浅谈化学蚀刻技术的发展及意义

2020-01-14王红松西安医学高等专科学校陕西西安710309

化工管理 2020年2期

王红松(西安医学高等专科学校，陕西西安 710309)

0 引言

现代科学技术发展迅速，对于金属工件精密度和准确度的要求越来越高，在评价金属工件的好坏方面，精密度和准确度就成为评价的重要指标。

金属工件的制作方法主要有机床切削法、热处理法、铸造法等。20世纪初期应用化学技术对精密工件进行特殊的加工，进一步提高了工件的质量，使其在精密度方面取得了明显进展。在军工、精密仪器、汽车、电子、航天航海等领域得到了广泛的应用。直至近代，化学蚀刻技术在金属工件的制造中的应用仍处于探索、研究阶段。金属工件的材料不同，所选用的试剂及工艺条件亦不相同。

随着社会的进步，对工件的精密度及质量的要求越来越高，化学蚀刻技术已成为目前人们探索、研究的热点及重点。

1 化学蚀刻技术的发展简史

1.1 从古代到16世纪

化学蚀刻作为一种常见的加工技术，其历史可以追溯到很远的年代。然而中国的相关资料并未记载，或许是由于中国古代不重视对科学技术的探索和记载。西方对化学蚀刻技术的记载比中国更早、更久远。其中提到对金属化学蚀刻的应用及发展必须具备两个条件才是有意义的，一是金属应普及应用，二是有合适的腐蚀剂。

化学蚀刻技术主要由三方面的发展而来：(1)金属的发现与冶炼技术的发展；(2)各种腐蚀剂的发现；(3)防蚀材料的发现[1]。

金属是古代人从石头或黏土里面分离出而发现的，对推动社会进步起到了至关重要的作用，人类文明进入了一个崭新的时期。有了金属的发现和应用，也就有了腐蚀现象的发生，这时化学蚀刻技术才开始被应用。但要在一种金属加工表面，用水很难在短期内完成，这就必须要有一种能使金属腐蚀的物质，据历史资料记载，酸是最早被使用的。

14世纪末15世纪初，薄板式的铠甲应用的非常普遍，为了进行区分和防止腐蚀，工匠们常常把铠甲的各个部位都涂上油漆。随着使用，部分油漆被损坏，形成了不同的花纹，引起了人们的注意，于是便有意识地开始制作各种花纹图案，化学蚀刻技术才逐渐的被人们重视并得到应用。

15世纪，化学蚀刻技术在欧洲逐渐流行，主要是应用于铠甲的后期加工及艺术品的精细加工。

伴随而来的是防腐蚀材料的发现及应用，亚麻油涂层是最早发现于历史资料记载的防蚀材料，稍晚一些的是石蜡。

铁器上的化学蚀刻，最早的文字记载出现在15世纪的一份英国手抄本上。用盐、活性炭和醋配制腐蚀剂，用亚麻油组成的涂料做防蚀涂料。加工时，先按要求的图样均匀刷上防蚀涂料，干燥后，在全部表面上都刷上腐蚀剂。于是，未涂防蚀涂料的各个表面被腐蚀剂腐蚀，形成所需要的图案。

化学腐蚀技术的发展，首先取决于腐蚀剂的发现及应用，腐蚀剂能否被应用取决于这种化合物的效能，即该化合物的腐蚀性[2]。腐蚀性越强才越有可能被应用。另一个起决定作用的是防蚀材料的发现和发展，因为要对加工件按照图文进行选择性腐蚀，就必须保护那些不需要腐蚀的地方。对于化学腐蚀技术而言，腐蚀工艺及防蚀技术缺一不可。

1.2 17世纪到19世纪

17世纪初期，人们对化学反应在理论方面的了解进展缓慢，医药化学、酸碱对各种不同材料影响都处于探索阶段[3]。但在这一时期，用化学蚀刻法来装饰兵器及铠甲已成为一种完全确定及相对成熟的工艺方法。

到了17世纪后期，由于化学蚀刻法能够精确的对每一根细线条进行定位，人们开始使用加工测量工具。对于加工那些精度高、坚固性好的产品，化学蚀刻已成为主要方法。

随后，氢氟酸(HF)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)相继被发现，对于玻璃蚀刻技术、合金蚀刻技术及其他耐高温材料的蚀刻技术的发展意义重大，化学蚀刻技术进入一个崭新的阶段。

1.3 20世纪至今

20世纪以来，化学蚀刻技术发展迅速，尤其在相关的技术细节方面取得了许多突破性进展。

21世纪以来，化学蚀刻的数量和质量都有极大的增长，在航空和航天工业上的应用尤为广泛，化学蚀刻技术几乎达到空前的发展[4]。在这一时期，在航天、航空事业上，为了尽可能的减轻导弹或飞机零部件的结构质量，找到可靠的去掉多于金属的加工方法，化学蚀刻技术的优势明显，被广泛推广、应用。化学蚀刻技术做到了传统的机械加工方法所不能完成的事情，比如在弯曲的薄壁金属材料上腐蚀加工出各种沟、槽等结构。

2 化学蚀刻技术的意义

化学蚀刻技术的研究进展，与现代加工技术紧密相关，与人们的生活密不可分。近几十年来，随着经济发展、社会进步，化学蚀刻技术的应用越来越广[5]。

2.1 化学蚀刻技术的行业用途

(1)石油、化工、食品、制药用精密过滤网、过滤板、过滤筒、过滤器的蚀刻加工。

(2)电子行业用金属漏板、盖板、平面引脚、引线框架、金属基片的蚀刻加工。

(3)精密光学及机械平面零件、弹簧零件的蚀刻加工。

(4)摩擦片及其它凹凸型平面零件的蚀刻加工。

(5)金属标牌及图案复杂的金属装饰板和精美工艺品的蚀刻加工，主要包括各类旅游纪念品、高档铭牌、奖牌、编码盘的制作，显示屏的电极、印花辊筒和模版、精细零件的加工等。

化学蚀刻技术，不仅科学而且精密度高，尤其在蚀刻金属方面应用广泛。如在钢铁、铜、铝及其合金等表面蚀刻图案、文字、艺术作品等，还有制作各类店铺的凹凸字招牌，各类奖牌、壁画等的加工上，都离不开化学蚀刻技术。

化学蚀刻技术和其他方法相比，它具有生产过程更简单、加工方法更容易、生产成本更便宜等特点，是一种传统的机械加工方法难于或不能完成的新方法。

随着人们消费要求的多样化和审美水平的提高，形式多样的纪念品、奢侈品随之而生，人们的物质、文化生活水平逐步提高，推动经济社会的稳步发展，化学蚀刻技术起到了不可或缺的作用。

2.2 化学蚀刻技术的意义[6]

(1)采用化学蚀刻技术可以提高金属工件工艺的精密度及分辨率。

(2)蚀刻过程相对简单、可程序化操作.(3)成本相对较低，效率较高。

3 应用化学蚀刻技术应注意的相关问题

3.1 确保蚀刻速率一致，提高蚀刻工件的质量

化学蚀刻过程中，蚀刻速率是否一致是决定工件质量的关键因素，在连续蚀刻时尤为明显。要达到蚀刻速率一致，必须保证腐蚀剂在蚀刻过程中始终保持在最佳的蚀刻状态。这就要求选择易再生和补偿、蚀刻速率容易控制的腐蚀剂，选用能提供恒定的操作条件的工艺和设备，通过控制蚀刻量、腐蚀液浓度、PH值、温度等条件来达到蚀刻的目的。