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蚀刻液

铜版画雕刻用原料

蚀刻液，是一种铜版画雕刻用原料。

分类
已经使用的蚀刻液类型有六种类型：酸性氯化铜、碱性氯化铜、氯化铁、过硫酸铵、硫酸/铬酸、硫酸/双氧水蚀刻液。
酸性氯化铜，工艺体系，根据添加不同的氧化剂又可细分为盐酸氯化铜+空气体系、盐酸氯化铜+氯酸钠体系、盐酸氯化铜+双氧水体系三种蚀刻工艺，在生产过程中通过补加盐酸+空气、盐酸+氯酸钠、盐酸+双氧水和少量的添加剂来实现线路板板的连续蚀刻生产。
使用方法
(1)原料
①氟化铵：分子式为NH4F，白色晶体，易潮解，易溶于水和甲醇，较难溶于乙醇，能升华，在蚀刻液中起腐蚀作用，一般选用工业产品。
②草酸：在蚀刻液中作还原剂使用，一般选用工业产品。
③硫酸钠：在蚀刻液中作为填充剂使用，一般选用工业产品。
④氢氟酸：即氟化氢的水溶液，为无色液体，能在空气中发烟，有强烈腐蚀性和毒性，能侵蚀玻璃，需贮存于铅制、蜡制或塑料容器中，可作为蚀刻玻璃的主要原料，一般选用工业品。
⑤硫酸：纯品为无色油状液体，含杂质时呈黄、棕等色。用水稀释时，应将浓硫酸慢慢注入水中，并随时搅和，而不能将水倒入浓硫酸中，以防浓硫酸飞溅而引发事故，可作为腐蚀助剂，一般选用工业品。
⑥硫酸铵：一般选用工业品。
⑦甘油：一般选用工业品。
⑧水：自来水。
(2)配方
①热水12g，氟化铵15g，草酸8g，硫酸铵10g，甘油40g，硫酸钡15g；
②氟化铵15g，草酸7g，硫酸铵8g，硫酸钠14g，甘油35g，水10g；
③氢氟酸60（体积数，下同），硫酸10，水30。
(3)配制方法
配制蚀刻液①和②时，将上述原料与60℃热水混合，搅拌均匀即可。配置时不要使溶液溅到皮肤上，而且操作时应戴上口罩。配制蚀刻液③时，按配方将氢氟酸和硫酸混合，然后将混合液倒入水中（不能将水倒入混合液），并不断搅拌。
(4)使用方法
使用刻蚀液①或②时，把要蚀刻的玻璃洗净、晾干，最好用电炉或红外线灯将玻璃稍微加热，以便于蚀刻。蚀刻时，用毛笔蘸蚀刻液书写文字或图案于玻璃上，2 min蚀刻工作即完成。制作毛玻璃时，将玻璃洗净、晾干，用刷子均匀涂上腐蚀液即可。
特点
酸性氯化铜蚀刻液
1) 蚀刻机理： Cu+CuCl2→Cu2Cl2
Cu2Cl2+4Cl-→2(CuCl3)2-
2) 影响蚀刻速率的因素：影响蚀刻速率的主要因素是溶液中Cl-、Cu+、Cu2+的含量及蚀刻液的温度等。
a、Cl-含量的影响：溶液中氯离子浓度与蚀刻速率有着密切的关系，当盐酸浓度升高时，蚀刻时间减少。在含有6N的HCl溶液中蚀刻时间至少是在水溶液里的1/3，并且能够提高溶铜量。但是，盐酸浓度不可超过6N，高于6N盐酸的挥发量大且对设备腐蚀，并且随着酸浓度的增加，氯化铜的溶解度迅速降低。
添加Cl-可以提高蚀刻速率的原因是：在氯化铜溶液中发生铜的蚀刻反应时，生成的Cu2Cl2不易溶于水，则在铜的表面形成一层氯化亚铜膜，这种膜能够阻止反应的进一步进行。过量的Cl-能与Cu2Cl2络合形成可溶性的络离子(CuCl3)2-，从铜表面上溶解下来，从而提高了蚀刻速率。
b、Cu+含量的影响：根据蚀刻反应机理，随着铜的蚀刻就会形成一价铜离子。较微量的Cu+就会显著的降低蚀刻速率。所以在蚀刻操作中要保持Cu+的含量在一个低的范围内。
c、Cu2+含量的影响：溶液中的Cu2+含量对蚀刻速率有一定的影响。一般情况下，溶液中Cu2+浓度低于2mol/L时，蚀刻速率较低；在2mol/L时速率较高。随着蚀刻反应的不断进行，蚀刻液中铜的含量会逐渐增加。当铜含量增加到一定浓度时，蚀刻速率就会下降。为了保持蚀刻液具有恒定的蚀刻速率，必须把溶液中的含铜量控制在一定的范围内。
d、温度对蚀刻速率的影响：随着温度的升高，蚀刻速率加快，但是温度也不宜过高，一般控制在45~55℃范围内。温度太高会引起HCl过多地挥发，造成溶液组分比例失调。另外，如果蚀刻液温度过高，某些抗蚀层会被损坏。
碱性氯化铜蚀刻液
1) 蚀刻机理： CuCl2+4NH3→Cu(NH3)4Cl2
Cu(NH3)4Cl2+Cu→2Cu(NH3)2Cl
2) 影响蚀刻速率的因素：蚀刻液中的Cu2+浓度、pH值、氯化铵浓度以及蚀刻液的温度对蚀刻速率均有影响。
a、Cu2+离子浓度的影响：Cu 2+是氧化剂，所以Cu2+的浓度是影响蚀刻速率的主要因素。研究铜浓度与蚀刻速率的关系表明：在0~82g/L时，蚀刻时间长；在82~120g/L时，蚀刻速率较低，且溶液控制困难；在135~165g/L时，蚀刻速率高且溶液稳定；在165~225g/L时，溶液不稳定，趋向于产生沉淀。
b、溶液pH值的影响：蚀刻液的pH值应保持在8.0~8.8之间，当pH值降到8.0以下时，一方面对金属抗蚀层不利；另一方面，蚀刻液中的铜不能被完全络合成铜氨络离子，溶液要出现沉淀，并在槽底形成泥状沉淀，这些泥状沉淀能在加热器上结成硬皮，可能损坏加热器，还会堵塞泵和喷嘴，给蚀刻造成困难。如果溶液pH值过高，蚀刻液中氨过饱和，游离氨释放到大气中，导致环境污染；同时，溶液的pH值增大也会增大侧蚀的程度，从而影响蚀刻的精度。
c、氯化铵含量的影响：通过蚀刻再生的化学反应可以看出：[Cu(NH3)2]+的再生需要有过量的NH3和NH4Cl存在，如果溶液中缺乏NH4Cl，大量的[Cu(NH3)2]+得不到再生，蚀刻速率就会降低，以致失去蚀刻能力。所以，氯化铵的含量对蚀刻速率影响很大。随着蚀刻的进行，要不断补加氯化铵。
d、温度的影响：蚀刻速率与温度有很大关系，蚀刻速率随着温度的升高而加快。蚀刻液温度低于40℃，蚀刻速率很慢，而蚀刻速率过慢会增大侧蚀量，影响蚀刻质量；温度高于60℃，蚀刻速率明显增大，但NH3的挥发量也大大增加，导致污染环境并使蚀刻液中化学组分比例失调。故温度一般控制在45~55℃为宜。
氯化铁蚀刻液
1) 蚀刻机理： FeCl3+Cu→FeCl2+CuCl
FeCl3+CuCl→FeCl2+CuCl2
CuCl2+Cu→2CuCl
2) 影响蚀刻速率的因素：
a、Fe3+浓度的影响：Fe3+的浓度对蚀刻速率有很大的影响。蚀刻液中Fe3+浓度逐渐增加，对铜的蚀刻速率相应加快。当所含超过某一浓度时，由于溶液粘度增加，蚀刻速率反而有所降低。
b、蚀刻液温度的影响：蚀刻液温度越高，蚀刻速率越快，温度的选择应以不损坏抗蚀层为原则，一般在40~50℃为宜。
c、盐酸添加量的影响：在蚀刻液中加入盐酸，可以抑制FeCl3水解，并可提高蚀刻速率，尤其是当溶铜量达到37.4g/L后，盐酸的作用更明显。但是盐酸的添加量要适当，酸度太高，会导致液态光致抗蚀剂涂层的破坏。
d、蚀刻液的搅拌：静止蚀刻的效率和质量都是很差的，原因是在蚀刻过程中在板面和溶液里会有沉淀生成，而使溶液呈暗绿色，这些沉淀会影响进一步的蚀刻。
过硫酸铵蚀刻液
蚀刻机理： Cu+(NH4)2S2O8→CuSO4+(NH4)2SO4
(NH4)2S2O8+H2O→H2SO4+(NH4)2SO4+(O)
Cu+(O) + H2SO4→CuSO4+H2O
若添加银作为催化剂， Ag++ S2O82- →2SO4 2- + Ag 3+
Ag 3+ +Cu→Cu 2+ + Ag +
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