“蚀刻”二字,从字面上看表示通过侵蚀、腐蚀等方法去除物体上部分材料的意思。其原理可能不是专业人士理解起来有点困难,但是下面这个词相信很多人都能听过:水滴石穿

工程师不会(其实很多工程师都不了解)(1)

水滴石穿这个成语最早出自东汉班固的《汉书·枚乘传》,原文为“水非石之钻,索非木之锯,渐靡使之然也",指不断滴落的水滴可以滴穿石头,比喻只要坚持不懈,即使力量微弱也能达成艰巨的任务。这是文学上的解释,但从科学的角度上看,被水“滴穿”的那部分石头,到底是怎样消失掉了呢?

由于“水滴石穿”现象发生的时间跨度大,其形成的环境因素很多(物理因素、化学因素等),由于物理因素跟本文主题关系不大就不细说了,但是有一化学因素是存在的:那就是被水腐蚀了,那水是怎么样腐蚀石头的呢?

我们知道,石头常见的成分有碳酸钙(CaCO₃)、硅酸盐(如CaSiO₃)和二氧化硅(SiO₂)等。当水滴落的过程中,遇到空气中的二氧化碳(CO₂),就会生成碳酸(H₂CO₃),当然,这里可能还跟其他气体生成其他的酸性物质,碳酸和碳酸钙反应生成可溶的碳酸氢钙,化学式如下:CaCO₃ CO₂ H₂O=Ca(HCO₃)₂,由于碳酸是一种弱酸,且生成的量少,所以石头被水“滴穿”的过程是很缓慢的,所以在自然环境下,只有不断滴落的水滴才能慢慢腐蚀掉部分石头,这种现象其实就是简单的蚀刻。

完美的分割线


金属蚀刻,业内通常称蚀刻,也称光化学蚀刻(photochemical etching),指通过曝光制版、显影后,将要蚀刻区域的保护膜去除,在蚀刻时接触化学溶液,达到溶解腐蚀的作用,形成凹凸或者镂空成型的效果。

蚀刻加工技术分为湿式蚀刻与干式蚀刻,湿式蚀刻最为常用,利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光阻覆盖的部分,而达到蚀刻的目的,这种蚀刻方式也就是所谓的湿式蚀刻,所以本文重点介绍的也是湿式蚀刻。蚀刻加工可快速、低成本地生产具有凹凸图案或纹理的金属零件,以及某些其它加工技术可能不适合加工的薄金属网孔零件。

大家可通过以下视频感受下蚀刻的整个过程:

在铜片上蚀刻表盘

一、蚀刻的一般工艺流程:

主要包括工程绘图、裁剪、清洗、丝印、烘干、曝光、显影、蚀刻、退膜、数据检测等。

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以上流程比较关键的工序就是曝光显影,其原理如下:

首先将需蚀刻的图形通过丝印的方式转移胶片菲林上,或是通过光刻的方式转移至玻璃菲林上,然后通过人工对位方式或机器对位方式将菲林对准。再将已涂布感光油墨或贴好感光干膜的钢片置于菲林下,吸气后即可在紫外光照射下曝光。曝光时对应菲林黑色处(蚀刻的图形)的钢片未被感光,对应菲林白色处的钢片感光,钢片感光处的油墨或干膜发生聚合反应。最后经过显影机,钢片上被感光的油墨或干膜不被显影液溶化,而未感光的油墨或干膜在显影液被溶化去除,这样需蚀刻的图形通过曝光显影后就转移到钢片上去了。

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题外话:实际上曝光显影工艺还可以应用在一些金属外壳logo的制作上,比如下面铝合金手机外壳的高亮logo。

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大概工艺流程:壳件抛光——喷涂感光油墨——曝光显影——去除非保护区油墨(非logo区域)——喷砂——第一次阳极氧化、染色——镭雕出导电位——二次氧化、染色(若logo区域需要颜色)。

二、金属蚀刻相对于其他机械加工工艺,主要有以下优势:

1. 低开模费,可以按设计人员的设计要求进行任意更改,变更灵活,成本低,模版的制作周期短。

2. 蚀刻图案的适应性大,对各种图案设计无限制,针对特别精细的图案,蚀刻工艺甚至能提供更好的效果,也可以实现金属表面的半蚀刻。

3. 精度高,最高可达 /-0.01mm的精度,满足不同产品的组装要求,材料越薄,精度控制相对越高。可以加工最薄0.02mm厚的金属材料,直至1mm厚,都可以实现批量化的生产加工。

4. 加工质量高,没有毛刺,压点,产品不变形,不改变材料性质,不影响产品的功能。特别针对有表面组装要求的,光洁度要求的产品,蚀刻加工很好地解决了冲压和线割以及激光切割加工的各种不足。同时,精度又能满足产品的要求,甚至比上述几种工艺更好,拥有不可替代性。

6. 几乎所有金属都能被蚀刻,不同的金属材质,需要配备不同的化学配方。比如:稀有金属:钼等,也同样可以蚀刻加工。

7. 容易制造其他机械加工方式难以加工的金属部件,冲压,激光完成不了精细,超薄材料的加工,蚀刻更容易应对。

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例子:金属喇叭网加工方法常常有以下3种方案,各自有各自的优势和缺陷。

1.冲压

冲压是最原始的一种金属喇叭网的加工方法,主要针对是一些外观要求比较粗糙,对网孔要求不严格的情况下,可以使用此工艺。一般针对网孔比较大,间距较宽的金属喇叭网,比如大的功放音箱,小型的迷你音箱,一般都是面积比较大,网孔较多。

优点:加工成本低,速度快,人员安排简单。

缺点:高昂的模具成本,网孔有毛剌卷边,易变形,定型后,一般不可以再行更改,不利于更新换代新产品,研发的成本高。

2.激光切割

激光切割金属喇叭网应用的还不是很广泛,虽然其切割的孔壁垂直,但也同样存在很多不足

优点:网孔可以切到很小,很密,孔壁垂直

缺点:网孔边缘有毛剌,切割后网孔四周有残渣,材料性质改变,边缘发黑残留烧焦一现象,下刀口和收刀口会出现棱边,极难处理,对网孔很多的情况,成本高昂

3.蚀刻

蚀刻工艺加工金属喇叭网兼有冲压和激光的优点,又避免上述二者的缺点。蚀刻加工的工艺可以加工超薄的材料以及1mm厚以内的不锈钢等金属材质的喇叭网。喇叭网的网孔均匀,无毛剌,无卷边,孔壁垂直。对一些密集孔同样可以加工,大小面积同样可以更改,设计成本低。

优点:孔光滑,无毛剌,平整,均匀,更改设计图方便,成本低。

缺点:大批量加工,相对比冲压成本高一些,比激光成本低很多。

三、金属蚀刻的应用:

1.各类金属铭牌

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2.各类微孔滤网

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3.各类喇叭网

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4.其他金属零件

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