高硼、高鋁玻璃蝕刻機理及性能

馬 蘭

（比亞迪精密制造有限公司，廣東深圳 518116）

玻璃蝕刻技術歷史悠久，其相關產品被廣泛應用在建筑裝飾、玻璃工件及儀表器件。近年來，玻璃后蓋因其對通信信號無阻礙、可裝飾性強、手感好及觸摸后無手汗痕跡等優點，逐漸成為手機行業的潮流趨勢。與此同時，玻璃蝕刻的相關研究仍主要集中在較為低端的鈉鈣玻璃方面，缺乏對具有優異韌性與強度的高硼、高鋁玻璃蝕刻的系統研究，難以實現對蝕刻后玻璃宏觀性質的調控。除此以外，現有的玻璃蝕刻工藝大多直接采用氫氟酸，極易對環境及工人安全造成較大危害；同時，外發成本高且良率較低也限制了玻璃蝕刻技術在手機背蓋等行業的應用。

本項目通過對高硼、高鋁玻璃蝕刻的機理分析，制定配方，確定關鍵參數，優化工藝流程，從而實現對蝕刻后玻璃的性質的調控，降低對環境及人身安全的危害，實現低成本和高良率。通過對關鍵參數的調控，成功實現效果明顯的漸變蝕刻。

1 原理

在化學拋光過程中，氫氟酸破壞玻璃表面原有氧化層，同時生成新的平整光潔的硅氧膜，使得玻璃獲得較高的透過率及光潔的表面。而在蒙砂過程中，蝕刻液與玻璃中的鉀、鈉、鈣、鋇等生成難溶的氟化物及氟硅酸鹽。這些難溶物能以結晶態緊密黏附在玻璃表面，阻礙氫氟酸與玻璃接觸反應；而未被難溶鹽覆蓋的玻璃則繼續被侵蝕，因而可以得到凹凸不平、粗糙無光澤的玻璃表面。蒙砂后的玻璃的表面性質主要取決于反應生成的鹽類性質、溶解度大小、結晶的大小及是否易被除去，玻璃蝕刻原理見圖1。

圖1 玻璃蝕刻原理圖

2 工藝參數及制備方法

2.1 玻璃蝕刻工藝流程及參數

2.1.1 玻璃蝕刻工藝流程

玻璃蝕刻工藝流程見圖2。

圖2 玻璃蝕刻工藝流程

2.1.2 玻璃蝕刻工藝參數

通過改變蝕刻時間及蝕刻液濃度，探究最優漸變蝕刻工藝參數，以達到均勻、參數可控的漸變蝕刻玻璃。

2.1.2.1 蝕刻時間

通過控制蝕刻時間，分別測試粗糙度Ra及霧度H，以得到關鍵參數與蝕刻時間的曲線。

如圖3所示，當蝕刻時間大于60s 后，粗糙度Ra趨于平緩，不再隨蝕刻時間增加而明顯變化。

圖3 粗糙度與蝕刻時間關系

如圖4所示，雖有突變，但霧度近似隨蝕刻時間線性增加。

圖4 霧度與蝕刻時間關系

2.1.2.2 蝕刻液濃度

通過調節蝕刻液濃度，分別測試粗糙度Ra 及霧度H，發現當蝕刻液濃度為25:10時效果較佳；當濃度較低時，霧度及粗糙度較高，但可控性較差；當濃度較高時，霧度及粗糙度較低，但不易在玻璃上均勻平鋪，難以形成均勻液膜，易產生蝕刻不均。

2.1.3 小結

從表1看出，可通過控制蝕刻液濃度、蝕刻時間及拋光時間來控制成品參數，現可實現霧度15%～90%，透過率大于89%，光澤度5～70，粗糙度0.15～0.5的均勻蝕刻玻璃。

表1 現可實現均勻蝕刻的關鍵參數

玻璃蝕刻效果圖見圖5。

圖5 玻璃蝕刻效果圖

2.2 漸變蝕刻工藝流程及參數

2.2.1 漸變蝕刻工藝流程

2.2.1.1 來料全檢

重點檢查來料是否有白點、溢油、臟污等。

2.2.1.2 超聲清洗對來料全檢后的玻璃進行超聲清洗，去除轉運過程中形成的表面臟污。

2.1.2.3 漸變蝕刻

對清洗后玻璃進行漸變蒙砂，之后進行清洗，烘干，確保無蒙砂液殘留。

2.1.2.4 退鍍清洗吹干

對處理后玻璃進行退鍍、清洗、吹干，工藝流程見圖6。

圖6 漸變蝕刻工藝流程

2.2.2 漸變蝕刻工藝參數

通過改變蝕刻時間及蝕刻液濃度，探究最優漸變蝕刻工藝參數，以達到均勻、漸變自然、霧度差異明顯的漸變蝕刻玻璃。

2.2.2.1 蝕刻時間

通過控制漸變蝕刻過程中玻璃下降程序來控制蝕刻時間，分別觀察不同蝕刻時間下漸變效果。

實驗用玻璃長度為160mm，設計下降程序，使玻璃入水到完全浸沒時間（實際蝕刻時間）分別等于300s，600s，900s。

當實際蝕刻時間為300s 時，肉眼下漸變效果不明顯，兩端霧度差僅為30。

當實際蝕刻時間為600s 時，肉眼下漸變效果明顯，形成霧度從12.5到85的均勻漸變。

當實際蝕刻時間為900s 時，漸變效果明顯，但出現大量白點、流痕、橫紋等不良（見圖7）。

圖7 漸變不良示意圖

2.2.2.2 蝕刻液濃度

在相同的蝕刻時間及下降程序情況下，改變蝕刻液濃度，分別測試霧度較高端及較低端的霧度等參數（見表2）。

表2 不同濃度時的霧度差、減薄量及粗糙度差異

綜合考慮漸變效果（霧度差）、減薄量及粗糙度差異，蝕刻液濃度為1 ∶3為最優濃度。

2.2.3 小結

經最優工藝參數處理后，可形成暗端霧度從60%～90%，明端霧度5%～10%的均勻明顯漸變（圖8），且粗糙度隨霧度近似線性變化，厚度隨霧度近似對數變化（見圖9～圖10）。形成的漸變效果最明顯，無流痕，漸變過渡均勻視覺效果最好。

圖5 漸變蝕刻玻璃

圖9 最優工藝下粗糙度與霧度關系

圖10 最優工藝下厚度與霧度關系

3 結語

針對玻璃蝕刻項目，以生成參數可控的均勻蝕刻玻璃及漸變蝕刻玻璃為目標，對玻璃蝕刻及漸變蝕刻技術及工藝進行了系統性的分析與研究。實驗結果表明，對均勻蝕刻技術而言，可通過控制蝕刻液濃度、蝕刻時間及拋光時間來控制成品參數，現可實現霧度15%～90%，透過率大于89%，光澤度5～70，粗糙度0.15～0.5的均勻蝕刻玻璃。對漸變蝕刻而言，經最優工藝參數處理后，可暗端霧度從60%～90%，明端霧度5%～10%的均勻明顯漸變。