Паста для травления
Владельцы патента RU 2449000:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") (RU)
Изобретение относится к материалам для обработки поверхностей стекла, ситалла и кварца и может быть использовано в оптико-электронной промышленности при изготовлении оптических деталей. Паста содержит гидрофторид аммония (NH4F·HF), сульфат бария (BaSO4), серную кислоту (H2SO4), изоамилацетат, гранулированный фторид щелочноземельного металла с размерами гранул 25-63 мкм и воду. Соотношение компонентов следующее, мас.%: гидрофторид аммония - 10-34; сульфат бария - 17-22; серная кислота - 2-4; изоамилацетат - 1-2; фторид щелочноземельного металла - 10-34; вода - остальное. Предлагаемая паста обладает меньшей токсичностью за счет снижения концентрации активных ионов фтора в результате использования гидрофторида аммония вместо фтороводородной кислоты. Использование пасты обеспечивает возможность получения крупнозернистой поверхности с шероховатостью до 65 мкм. 1 табл., 3 пр.
Изобретение относится к материалам для обработки поверхностей стекла, ситалла и кварца и может быть использовано в оптико-электронной промышленности при изготовлении оптических деталей, а также для изготовления шлифующих экологических материалов.
Известна паста для травления [а.с. 948926], включающая, мас.%:
| Гидрофторид аммония (NH4F·HF) | 36-39 |
| Сульфат бария (BaSO4) | 30-33 |
| Фтороводородная кислота (HF) | 15-17 |
| Серная кислота (H2SO4) | 4-6 |
| Ацетат натрия (CH3COONa) | 9-7 |
Паста не позволяет получать в процессе химического травления стекла, поверхность которых обладает высокими шлифовальными характеристиками, наличие фтороводородной кислоты в составе пасты делает процесс травления неэкологическим.
Известен травильный раствор [а.с. 779323], выбранный за прототип. Раствор включает, мас.%:
| Фтороводородная кислота (HF) | 15-20 |
| Серная кислота (H2SO4) | 40-50 |
| Изоамилацетат | 1-2 |
| Глицерин | остальное |
Раствор не позволяет получать поверхность с глубиной травления материала более 2,5 мкм, что не позволяет использовать эту поверхность для шлифовки. При этом травильный раствор обладает токсичностью за счет наличия фтороводородной кислоты.
Задачей изобретения является увеличение глубины травления обрабатываемой поверхности, т.е. повышение шероховатости, снижение токсичности и расширение области применения.
Для решения задачи предложена паста для травления, содержащая серную кислоту, изоамилацетат, гидрофторид аммония, сульфат бария, воду, гранулированный фторид щелочноземельного металла с размерами гранул 25-63 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Гидрофторид аммония (NH4F·HF) | 10-34 |
| Сульфат бария (BaSO4) | 17-22 |
| Серная кислота (H2SO4) | 2-4 |
| Изоамилацетат | 1-2 |
| Фторид щелочноземельного металла | 34-10 |
| Вода | остальное |
Фторид щелочноземельного металла, будучи нереакционно-способным, создает естественную преграду реагирующего компонента к обрабатываемой поверхности и отвечает за количество вытравленных зерен на участке поверхности. Использование гидрофторида аммония обеспечивает, за счет его гидролиза, появление активного травящего реагента - фтороводородной кислоты, которая обеспечивает вытравливание поверхности. Применение гидрофторида аммония предпочтительнее перед фотороводородной кислотой, так как при его гидролизе образуется небольшое количество фтороводородной кислоты, равное установившемуся химическому равновесию:
По мере расходования фтороводородной кислоты на взаимодействие со стеклом происходит смешение химического равновесия, для выравнивания которого протекает дальнейший гидролиз гидрофторида аммония, пополняя раствор реакционной фтороводородной кислотой в необходимых количествах. При этом паста не содержит избыток фтороводородной кислоты, что понижает токсичность пасты. Сульфат бария не реагирует ни с одним компонентом пасты и отвечает за густоту пасты. Серная кислота необходима для превращения продуктов реакции фтороводородной кислоты в растворимые соли. Изоамилацетат способствует равномерному распределению реакционно-способных ионов в травильной пасте.
Уменьшение концентрации гидрофторида аммония ниже 10 мас.% нецелесообразно в связи уменьшением толщины протравленного слоя и недостижением желаемой шероховатости, увеличение гидрофторида аммония более 34 мас.% приводит к получению перетравленной, неоднородной поверхности материала.
Уменьшение концентрации сульфата бария ниже 17 мас.% приводит к появлению неоднородности пасты и неравномерному травлению, увеличение концентрации сульфата бария выше 22 мас.% приводит к появлению комковатости и неравномерному доступу травящего реагента к обрабатываемой поверхности.
Уменьшение концентрации кислоты ниже 2 мас.% не позволяет удалять все соли, а увеличение концентрации выше значения 4 мас.% приводит к недоиспользованию кислоты и излишнему повышению токсичности пасты.
При концентрациях изоамилацетата, меньших 1 мас.%, перемещение в пасте таких ионов происходит неравномерно, при его концентрациях больше 2 мас.% происходит расслаивание пасты.
Значения концентраций фторида щелочноземельного металла ниже 10 мас.% приводит к появлению областей полностью вытравленных больших впадин на обработанной поверхности, а концентрация фторида щелочноземельного металла выше 34 мас.% приводит к появлению больших не вытравленных областей, выступов, т.е. в обоих случаях происходит неравномерное вытравливание зерен поверхности. Наличие фторида щелочноземельного металла с размерами гранул 25-63 мкм позволяет получать крупнозернистое травление с шероховатостью в интервале 27-65 мкм.
Вода необходима для гидролиза гидрофторида аммония, и значения ее концентрации рассчитаны исходя из уравнения 1. Отклонение от этих значений нецелесообразно, так как будут не полностью использованы либо гидрофторид аммония, либо вода.
Предлагаемой пастой были обработаны различные поверхности: стекло, ситалл, кварц.
| Компоненты | Состав, мас.% | ||
| стекло | ситалл | кварц | |
| Гидрофторид аммония | 10 | 22 | 34 |
| Сульфат бария | 17 | 19,5 | 22 |
| Серная кислота | 2 | 3 | 4 |
| Изоамилацетат | 1 | 1,5 | 2 |
| Фторид щелочноземельного металла | 34 | 22 | 10 |
| Вода | остальное | остальное | остальное |
| Шероховатость обработанной поверхности, мкм | 65 | 45 | 30 |
В результате применения пасты шероховатость обработанной поверхности материалов повышается примерно в 24, 18, 12 раз для стекла, ситалла и кварца соответственно по сравнению с прототипом. Это позволяет использовать пасту для создания экологических шлифовальных инструментов, абразивов, например, для стачивания материалов, твердость которых ниже твердости обработанной поверхности. Предлагаемая паста обладает меньшей токсичностью за счет снижения концентрации активных ионов фтора.
Использование пасты для травления стекла, ситалла и кварца обеспечивает по сравнению с известными аналогами следующие преимущества:
- возможность получения крупнозернистой поверхности с шероховатостью до 65 мкм;
- возможность регулирования размера протравленных зерен от 30 до 65 мкм по средствам изменения состава пасты;
- уменьшение токсичности пасты за счет использования гидрофторида аммония вместо фтороводородной кислоты.
Паста для травления, содержащая серную кислоту, изоамилацетат, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит гидрофторид аммония, сульфат бария, воду, гранулированный фторид щелочноземельного металла с размерами гранул 25-63 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Гидрофторид аммония (NH4F·HF) | 10-34 |
| Сульфат бария (BaSO4) | 17-22 |
| Серная кислота (H2SO4) | 2-4 |
| Изоамилацетат | 1-2 |
| Фторид щелочноземельного металла | 10-34 |
| Вода | Остальное |
