淺談化學(xué)蝕刻技術(shù)的發(fā)展及意義

王紅松(西安醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，陜西 西安 710309)

0 引言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，對(duì)于金屬工件精密度和準(zhǔn)確度的要求越來(lái)越高，在評(píng)價(jià)金屬工件的好壞方面，精密度和準(zhǔn)確度就成為評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。

金屬工件的制作方法主要有機(jī)床切削法、熱處理法、鑄造法等。20世紀(jì)初期應(yīng)用化學(xué)技術(shù)對(duì)精密工件進(jìn)行特殊的加工，進(jìn)一步提高了工件的質(zhì)量，使其在精密度方面取得了明顯進(jìn)展。在軍工、精密儀器、汽車、電子、航天航海等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。直至近代，化學(xué)蝕刻技術(shù)在金屬工件的制造中的應(yīng)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(huì)的進(jìn)步，對(duì)工件的精密度及質(zhì)量的要求越來(lái)越高，化學(xué)蝕刻技術(shù)已成為目前人們探索、研究的熱點(diǎn)及重點(diǎn)。

1 化學(xué)蝕刻技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史

1.1 從古代到16世紀(jì)

化學(xué)蝕刻作為一種常見的加工技術(shù)，其歷史可以追溯到很遠(yuǎn)的年代。然而中國(guó)的相關(guān)資料并未記載，或許是由于中國(guó)古代不重視對(duì)科學(xué)技術(shù)的探索和記載。西方對(duì)化學(xué)蝕刻技術(shù)的記載比中國(guó)更早、更久遠(yuǎn)。其中提到對(duì)金屬化學(xué)蝕刻的應(yīng)用及發(fā)展必須具備兩個(gè)條件才是有意義的，一是金屬應(yīng)普及應(yīng)用，二是有合適的腐蝕劑。

化學(xué)蝕刻技術(shù)主要由三方面的發(fā)展而來(lái)：(1)金屬的發(fā)現(xiàn)與冶煉技術(shù)的發(fā)展；(2)各種腐蝕劑的發(fā)現(xiàn)；(3)防蝕材料的發(fā)現(xiàn)[1]。

金屬是古代人從石頭或黏土里面分離出而發(fā)現(xiàn)的，對(duì)推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步起到了至關(guān)重要的作用，人類文明進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)期。有了金屬的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，也就有了腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，這時(shí)化學(xué)蝕刻技術(shù)才開始被應(yīng)用。但要在一種金屬加工表面，用水很難在短期內(nèi)完成，這就必須要有一種能使金屬腐蝕的物質(zhì)，據(jù)歷史資料記載，酸是最早被使用的。

14世紀(jì)末15世紀(jì)初，薄板式的鎧甲應(yīng)用的非常普遍，為了進(jìn)行區(qū)分和防止腐蝕，工匠們常常把鎧甲的各個(gè)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(shí)地開始制作各種花紋圖案，化學(xué)蝕刻技術(shù)才逐漸的被人們重視并得到應(yīng)用。

15世紀(jì)，化學(xué)蝕刻技術(shù)在歐洲逐漸流行，主要是應(yīng)用于鎧甲的后期加工及藝術(shù)品的精細(xì)加工。

伴隨而來(lái)的是防腐蝕材料的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，亞麻油涂層是最早發(fā)現(xiàn)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(xué)蝕刻，最早的文字記載出現(xiàn)在15世紀(jì)的一份英國(guó)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(shí)，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(gè)表面被腐蝕劑腐蝕，形成所需要的圖案。

化學(xué)腐蝕技術(shù)的發(fā)展，首先取決于腐蝕劑的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，腐蝕劑能否被應(yīng)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(qiáng)才越有可能被應(yīng)用。另一個(gè)起決定作用的是防蝕材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，因?yàn)橐獙?duì)加工件按照?qǐng)D文進(jìn)行選擇性腐蝕，就必須保護(hù)那些不需要腐蝕的地方。對(duì)于化學(xué)腐蝕技術(shù)而言，腐蝕工藝及防蝕技術(shù)缺一不可。

1.2 17世紀(jì)到19世紀(jì)

17世紀(jì)初期，人們對(duì)化學(xué)反應(yīng)在理論方面的了解進(jìn)展緩慢，醫(yī)藥化學(xué)、酸堿對(duì)各種不同材料影響都處于探索階段[3]。但在這一時(shí)期，用化學(xué)蝕刻法來(lái)裝飾兵器及鎧甲已成為一種完全確定及相對(duì)成熟的工藝方法。

到了17世紀(jì)后期，由于化學(xué)蝕刻法能夠精確的對(duì)每一根細(xì)線條進(jìn)行定位，人們開始使用加工測(cè)量工具。對(duì)于加工那些精度高、堅(jiān)固性好的產(chǎn)品，化學(xué)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(fā)現(xiàn)，對(duì)于玻璃蝕刻技術(shù)、合金蝕刻技術(shù)及其他耐高溫材料的蝕刻技術(shù)的發(fā)展意義重大，化學(xué)蝕刻技術(shù)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。

1.3 20世紀(jì)至今

20世紀(jì)以來(lái)，化學(xué)蝕刻技術(shù)發(fā)展迅速，尤其在相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)方面取得了許多突破性進(jìn)展。

21世紀(jì)以來(lái)，化學(xué)蝕刻的數(shù)量和質(zhì)量都有極大的增長(zhǎng)，在航空和航天工業(yè)上的應(yīng)用尤為廣泛，化學(xué)蝕刻技術(shù)幾乎達(dá)到空前的發(fā)展[4]。在這一時(shí)期，在航天、航空事業(yè)上，為了盡可能的減輕導(dǎo)彈或飛機(jī)零部件的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，找到可靠的去掉多于金屬的加工方法，化學(xué)蝕刻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯，被廣泛推廣、應(yīng)用?；瘜W(xué)蝕刻技術(shù)做到了傳統(tǒng)的機(jī)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(jié)構(gòu)。

2 化學(xué)蝕刻技術(shù)的意義

化學(xué)蝕刻技術(shù)的研究進(jìn)展，與現(xiàn)代加工技術(shù)緊密相關(guān)，與人們的生活密不可分。近幾十年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步，化學(xué)蝕刻技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣[5]。

2.1 化學(xué)蝕刻技術(shù)的行業(yè)用途

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

(2)電子行業(yè)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(xué)及機(jī)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(biāo)牌及圖案復(fù)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(jì)念品、高檔銘牌、獎(jiǎng)牌、編碼盤的制作，顯示屏的電極、印花輥筒和模版、精細(xì)零件的加工等。

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

化學(xué)蝕刻技術(shù)和其他方法相比，它具有生產(chǎn)過程更簡(jiǎn)單、加工方法更容易、生產(chǎn)成本更便宜等特點(diǎn)，是一種傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法難于或不能完成的新方法。

隨著人們消費(fèi)要求的多樣化和審美水平的提高，形式多樣的紀(jì)念品、奢侈品隨之而生，人們的物質(zhì)、文化生活水平逐步提高，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)步發(fā)展，化學(xué)蝕刻技術(shù)起到了不可或缺的作用。

2.2 化學(xué)蝕刻技術(shù)的意義[6]

(1)采用化學(xué)蝕刻技術(shù)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(duì)簡(jiǎn)單、可程序化操作.(3)成本相對(duì)較低，效率較高。

3 應(yīng)用化學(xué)蝕刻技術(shù)應(yīng)注意的相關(guān)問題

3.1 確保蝕刻速率一致，提高蝕刻工件的質(zhì)量

化學(xué)蝕刻過程中，蝕刻速率是否一致是決定工件質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在連續(xù)蝕刻時(shí)尤為明顯。要達(dá)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(tài)。這就要求選擇易再生和補(bǔ)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(shè)備，通過控制蝕刻量、腐蝕液濃度、PH值、溫度等條件來(lái)達(dá)到蝕刻的目的。

3.2 提高對(duì)蝕刻件的保護(hù)，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(nèi)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(bào)廢。為解決此類問題，我們?cè)谖g刻前，必須對(duì)蝕刻件進(jìn)行保護(hù)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(chǎn)生的廢液對(duì)水的污染是利用化學(xué)蝕刻技術(shù)對(duì)工件進(jìn)行加工生產(chǎn)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(fù)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。