淺談化學蝕刻技術的發展及意義

王紅松(西安醫學高等專科學校，陜西 西安 710309)

0 引言

現代科學技術發展迅速，對于金屬工件精密度和準確度的要求越來越高，在評價金屬工件的好壞方面，精密度和準確度就成為評價的重要指標。

金屬工件的制作方法主要有機床切削法、熱處理法、鑄造法等。20世紀初期應用化學技術對精密工件進行特殊的加工，進一步提高了工件的質量，使其在精密度方面取得了明顯進展。在軍工、精密儀器、汽車、電子、航天航海等領域得到了廣泛的應用。直至近代，化學蝕刻技術在金屬工件的制造中的應用仍處于探索、研究階段。金屬工件的材料不同，所選用的試劑及工藝條件亦不相同。

隨著社會的進步，對工件的精密度及質量的要求越來越高，化學蝕刻技術已成為目前人們探索、研究的熱點及重點。

1 化學蝕刻技術的發展簡史

1.1 從古代到16世紀

化學蝕刻作為一種常見的加工技術，其歷史可以追溯到很遠的年代。然而中國的相關資料并未記載，或許是由于中國古代不重視對科學技術的探索和記載。西方對化學蝕刻技術的記載比中國更早、更久遠。其中提到對金屬化學蝕刻的應用及發展必須具備兩個條件才是有意義的，一是金屬應普及應用，二是有合適的腐蝕劑。

化學蝕刻技術主要由三方面的發展而來：(1)金屬的發現與冶煉技術的發展；(2)各種腐蝕劑的發現；(3)防蝕材料的發現[1]。

金屬是古代人從石頭或黏土里面分離出而發現的，對推動社會進步起到了至關重要的作用，人類文明進入了一個嶄新的時期。有了金屬的發現和應用，也就有了腐蝕現象的發生，這時化學蝕刻技術才開始被應用。但要在一種金屬加工表面，用水很難在短期內完成，這就必須要有一種能使金屬腐蝕的物質，據歷史資料記載，酸是最早被使用的。

14世紀末15世紀初，薄板式的鎧甲應用的非常普遍，為了進行區分和防止腐蝕，工匠們常常把鎧甲的各個部位都涂上油漆。隨著使用，部分油漆被損壞，形成了不同的花紋，引起了人們的注意，于是便有意識地開始制作各種花紋圖案，化學蝕刻技術才逐漸的被人們重視并得到應用。

15世紀，化學蝕刻技術在歐洲逐漸流行，主要是應用于鎧甲的后期加工及藝術品的精細加工。

伴隨而來的是防腐蝕材料的發現及應用，亞麻油涂層是最早發現于歷史資料記載的防蝕材料，稍晚一些的是石蠟。

鐵器上的化學蝕刻，最早的文字記載出現在15世紀的一份英國手抄本上。用鹽、活性炭和醋配制腐蝕劑，用亞麻油組成的涂料做防蝕涂料。加工時，先按要求的圖樣均勻刷上防蝕涂料，干燥后，在全部表面上都刷上腐蝕劑。于是，未涂防蝕涂料的各個表面被腐蝕劑腐蝕，形成所需要的圖案。

化學腐蝕技術的發展，首先取決于腐蝕劑的發現及應用，腐蝕劑能否被應用取決于這種化合物的效能，即該化合物的腐蝕性[2]。腐蝕性越強才越有可能被應用。另一個起決定作用的是防蝕材料的發現和發展，因為要對加工件按照圖文進行選擇性腐蝕，就必須保護那些不需要腐蝕的地方。對于化學腐蝕技術而言，腐蝕工藝及防蝕技術缺一不可。

1.2 17世紀到19世紀

17世紀初期，人們對化學反應在理論方面的了解進展緩慢，醫藥化學、酸堿對各種不同材料影響都處于探索階段[3]。但在這一時期，用化學蝕刻法來裝飾兵器及鎧甲已成為一種完全確定及相對成熟的工藝方法。

到了17世紀后期，由于化學蝕刻法能夠精確的對每一根細線條進行定位，人們開始使用加工測量工具。對于加工那些精度高、堅固性好的產品，化學蝕刻已成為主要方法。

隨后，氫氟酸(HF)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)相繼被發現，對于玻璃蝕刻技術、合金蝕刻技術及其他耐高溫材料的蝕刻技術的發展意義重大，化學蝕刻技術進入一個嶄新的階段。

1.3 20世紀至今

20世紀以來，化學蝕刻技術發展迅速，尤其在相關的技術細節方面取得了許多突破性進展。

21世紀以來，化學蝕刻的數量和質量都有極大的增長，在航空和航天工業上的應用尤為廣泛，化學蝕刻技術幾乎達到空前的發展[4]。在這一時期，在航天、航空事業上，為了盡可能的減輕導彈或飛機零部件的結構質量，找到可靠的去掉多于金屬的加工方法，化學蝕刻技術的優勢明顯，被廣泛推廣、應用。化學蝕刻技術做到了傳統的機械加工方法所不能完成的事情，比如在彎曲的薄壁金屬材料上腐蝕加工出各種溝、槽等結構。

2 化學蝕刻技術的意義

化學蝕刻技術的研究進展，與現代加工技術緊密相關，與人們的生活密不可分。近幾十年來，隨著經濟發展、社會進步，化學蝕刻技術的應用越來越廣[5]。

2.1 化學蝕刻技術的行業用途

(1)石油、化工、食品、制藥用精密過濾網、過濾板、過濾筒、過濾器的蝕刻加工。

(2)電子行業用金屬漏板、蓋板、平面引腳、引線框架、金屬基片的蝕刻加工。

(3)精密光學及機械平面零件、彈簧零件的蝕刻加工。

(4)摩擦片及其它凹凸型平面零件的蝕刻加工。

(5)金屬標牌及圖案復雜的金屬裝飾板和精美工藝品的蝕刻加工，主要包括各類旅游紀念品、高檔銘牌、獎牌、編碼盤的制作，顯示屏的電極、印花輥筒和模版、精細零件的加工等。

化學蝕刻技術，不僅科學而且精密度高，尤其在蝕刻金屬方面應用廣泛。如在鋼鐵、銅、鋁及其合金等表面蝕刻圖案、文字、藝術作品等，還有制作各類店鋪的凹凸字招牌，各類獎牌、壁畫等的加工上，都離不開化學蝕刻技術。

化學蝕刻技術和其他方法相比，它具有生產過程更簡單、加工方法更容易、生產成本更便宜等特點，是一種傳統的機械加工方法難于或不能完成的新方法。

隨著人們消費要求的多樣化和審美水平的提高，形式多樣的紀念品、奢侈品隨之而生，人們的物質、文化生活水平逐步提高，推動經濟社會的穩步發展，化學蝕刻技術起到了不可或缺的作用。

2.2 化學蝕刻技術的意義[6]

(1)采用化學蝕刻技術可以提高金屬工件工藝的精密度及分辨率。

(2)蝕刻過程相對簡單、可程序化操作.(3)成本相對較低，效率較高。

3 應用化學蝕刻技術應注意的相關問題

3.1 確保蝕刻速率一致，提高蝕刻工件的質量

化學蝕刻過程中，蝕刻速率是否一致是決定工件質量的關鍵因素，在連續蝕刻時尤為明顯。要達到蝕刻速率一致，必須保證腐蝕劑在蝕刻過程中始終保持在最佳的蝕刻狀態。這就要求選擇易再生和補償、蝕刻速率容易控制的腐蝕劑，選用能提供恒定的操作條件的工藝和設備，通過控制蝕刻量、腐蝕液濃度、PH值、溫度等條件來達到蝕刻的目的。

3.2 提高對蝕刻件的保護，確保蝕刻過程安全

不同的蝕刻件，自身承受壓力的程度不一樣，如多層板內層的蝕刻，由于蝕刻板本身較薄，板子很容易卷繞在滾輪和傳送輪而造成報廢。為解決此類問題，我們在蝕刻前，必須對蝕刻件進行保護處理，如采取附加聚四氟乙烯涂包線作為薄層壓板傳送的支撐物等措施。

3.3 提高工藝水平，減少污染

蝕刻過程中產生的廢液對水的污染是利用化學蝕刻技術對工件進行加工生產中普遍存在的問題。一般采取的措施是采用第二次噴淋操作的方法，腐蝕劑不重復使用，一方面提高蝕刻效率，另一方面減輕了由于鹽類聚集而造成的廢液難處理問題。