在玻璃表面等離子體刻蝕形成紋理結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種玻璃表面處理方法，尤其涉及一種采用等離子體刻蝕設(shè)備在玻璃表面形成紋理結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]玻璃屬于無機(jī)硅物質(zhì)中的一種，非晶態(tài)固體，易碎、透明，現(xiàn)代人已不再滿足于物理式機(jī)械手段進(jìn)行表面紋理的制作，主要是因為機(jī)械刻蝕手段的效率低且不易加工微納米量級的表面紋理，所以，目前人們主要致力于采用化學(xué)、等離子體刻蝕或激光等方式對玻璃表面進(jìn)行表面紋理的加工。
[0003]現(xiàn)有的對玻璃表面采用化學(xué)方式進(jìn)行刻蝕的方法主要包括化學(xué)粗化法、化學(xué)深蝕刻法、化學(xué)拋光及其它工藝等，其中，采用化學(xué)粗化法如蒙砂、玉砂等；化學(xué)深蝕刻法如凹蒙、冰雕等。然而，要達(dá)到化學(xué)刻蝕的目的，則需要采用能夠與玻璃起氧化反應(yīng)的物質(zhì)，例如，硫酸、硝酸和鹽酸等，它們能與玻璃中的硅原子發(fā)生氧化作用形成S12，在刻蝕液中加入絡(luò)合劑氫氟酸能將3102再次分解，達(dá)到對玻璃刻蝕的目的。另一種化學(xué)刻蝕技術(shù)采用的試劑為強(qiáng)堿腐蝕液，如NaOH溶液。但是無論是何種化學(xué)刻蝕技術(shù)都要用到強(qiáng)酸或強(qiáng)堿，刻蝕劑的生產(chǎn)和使用都存在強(qiáng)烈的腐蝕問題，使生產(chǎn)和使用的安全性低，而且污染環(huán)境。而等離子體刻蝕技術(shù)與化學(xué)刻蝕技術(shù)原理基本相同，采用含氟氣體與氫氣混合，產(chǎn)生等離子體，在等離子體中形成氟化氫而達(dá)到對玻璃的刻蝕作用，該方法同樣存在對設(shè)備系統(tǒng)的腐蝕和含氟氣體的大氣排放而污染環(huán)境。另外，激光刻蝕技術(shù)雖然可以解決環(huán)境污染問題，但其存在生產(chǎn)效率低、成本高、技術(shù)難度大，表面紋理難于達(dá)到微納米量級等問題。
[0004]關(guān)于在玻璃表面形成紋理結(jié)構(gòu)的設(shè)備及方法方面的專利文獻(xiàn)報道也有不少，例如，申請?zhí)枮椤?00710048906.0”、發(fā)明名稱為“能隨視角變換圖案的深度刻蝕玻璃的生產(chǎn)方法”的發(fā)明專利申請公開的生產(chǎn)方法，包括如下步驟:1)將預(yù)先設(shè)計好的圖案絲網(wǎng)印刷在透明平板玻璃的一面上并烘干或晾干，印刷油墨采用防腐油墨；2)用保護(hù)膜將平板玻璃上的另一面封閉并清洗、晾干；3)將晾干后印有圖案的平板玻璃放入有刻蝕液的池中進(jìn)行刻蝕60?120分鐘；4)將刻蝕后的玻璃放入清水池浸泡后取出再移入盛有氫氧化鈉溶液的池中浸泡后清洗掉防腐油墨并去掉其上的保護(hù)膜后再清洗干凈，烘干或晾干；5)在玻璃未刻蝕面上將和刻蝕面圖案相同的絲網(wǎng)的圖案對準(zhǔn)刻蝕面上的圖案并用蒙砂膏印刷在未刻蝕面上，保持I?2分鐘；6)用水沖洗掉蒙砂膏、清洗晾干即為成品，其中，上述步驟中的刻蝕液按重量百分比由重量百分比濃度為55%的氫氟酸20?24%，重量百分比濃度為98%的酸液20?31%，和水48?58%組成，其中酸液為硝酸或硫酸；該發(fā)明專利提供的方法簡單，圖案晶瑩剔透、立體感強(qiáng)，能隨視角變化。又如，申請?zhí)枮椤?01410532673.1”、發(fā)明名稱為“一種大氣壓下對硅系材料進(jìn)行無掩膜微細(xì)加工的方法”的發(fā)明專利申請公開的加工的方法，其工作氣體選擇氬氣或氦氣，刻蝕氣體選擇含氟氣體或含氯氣體，另外還需通入少量輔助氣體如氧氣或氫氣。射流發(fā)生器采用微細(xì)射流發(fā)生器，生成直徑在毫米至微米級的微細(xì)射流，射流中富含多種活性成分，包括能和硅系材料發(fā)生反應(yīng)的氟自由基或氯自由基。本發(fā)明提供的方法可在不使用傳統(tǒng)掩膜的情況下，在硅系材料上實現(xiàn)毫米至微米級的微細(xì)加工。大氣壓等離子體射流宏觀溫度低，對硅系材料的熱損傷低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種在玻璃表面等離子體刻蝕形成紋理結(jié)構(gòu)的方法，以解決上述問題。
[0006]本發(fā)明提供一種在玻璃工件表面等離子體刻蝕形成紋理結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟:
步驟一、將玻璃工件置于等離子體發(fā)生室中，并使所述等離子體發(fā)生室內(nèi)的真空壓力低于 5 X 10 3 Pa;
步驟二、向所述等離子體發(fā)生室中通入Ar氣至所述等離子體發(fā)生室內(nèi)的真空壓力至0.4?0.6 Pa，保持Ar氣流量不變，對所述玻璃工件表面進(jìn)行等離子清洗；
步驟三、保持Ar氣流量不變，向所述等離子體發(fā)生室通入刻蝕氣體，所述刻蝕氣體為碳?xì)錃怏w和H2的混合氣體，所述等離子體發(fā)生室中的各氣體的分壓保持在Ar:碳?xì)錃怏w:H2=1:2:10的狀態(tài)，在清洗后的玻璃工件表面形成含碳的紋理結(jié)構(gòu)。
[0007]基于上述，所述步驟一包括提供等離子體刻蝕設(shè)備，所述等離子體刻蝕設(shè)備包括所述等離子體發(fā)生室、與所述等離子體發(fā)生室連通的抽真空裝置、設(shè)置在所述等離子體發(fā)生室內(nèi)部的陽極結(jié)構(gòu)和與所述陽極結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置的陰極結(jié)構(gòu)，所述陽極結(jié)構(gòu)和所述陰極結(jié)構(gòu)分別設(shè)置所述等離子體發(fā)生室內(nèi)部相對設(shè)置的兩端，所述陽極結(jié)構(gòu)與所述等離子體發(fā)生室電連接，所述陰極結(jié)構(gòu)與所述等離子體發(fā)生室電絕緣，所述陰極結(jié)構(gòu)包括陰極板、用于罩所述陰極板的陽極罩筒和絕緣板；將所述玻璃工件置于所述陽極罩筒上，使所述玻璃工件與所述陽極罩筒和所述絕緣板形成電氣絕緣腔，將所述陰極板與所述陽極罩筒電絕緣；調(diào)整所述陽極結(jié)構(gòu)與所述玻璃工件之間的間距至預(yù)定距離；采用抽真空裝置將所述等離子體發(fā)生室內(nèi)的真空壓力抽至低于5 X 10 3 Pa。
[0008]其中，所述陰極板固定在所述絕緣板上，所述陰極板處于所述陽極罩筒、所述玻璃工件和所述絕緣板所圍成的封閉空間內(nèi)，使得所述封閉空間內(nèi)等離子體無法發(fā)生。所述陰極板通過絕緣板與所述等離子體電離室電絕緣。所述陰極結(jié)構(gòu)不受形狀的限制，所述陰極結(jié)構(gòu)的形狀與所述玻璃工件的形成對應(yīng)，即，所述陰極結(jié)構(gòu)的形狀基本上與所述玻璃工件的形狀一致，例如圓形對應(yīng)圓形玻璃，方形對應(yīng)方形玻璃，而多邊形對應(yīng)多邊形玻璃，但基本結(jié)構(gòu)形態(tài)并不改變。所述等離子體發(fā)生室與地線連接。
[0009]基于上述，所述陰極板上連接有陰極導(dǎo)入線，所述陰極導(dǎo)入線通過絕緣套與所述等離子體電離室電絕緣。
[0010]基于上述，所述陰極板與所述陽極罩筒環(huán)向間隔為I?2 mm，所述玻璃工件與所述陰極板之間的距離為4?5 mm。
[0011]基于上述，在所述步驟一中，所述陽極結(jié)構(gòu)包括與所述等離子體反應(yīng)室電連接的陽極板和調(diào)節(jié)所述陽極板與所述陽極罩筒之間間距的距離調(diào)節(jié)器，通過所述距離調(diào)節(jié)器將所述陽極板與所述玻璃工件之間的間距至所述預(yù)定距離。
[0012]其中，在所述陰極結(jié)構(gòu)中，所述玻璃工件與所述陰極板不接觸，而使其處于所述陽極罩筒之上，與所述陽極結(jié)構(gòu)直接對應(yīng)，所述玻璃工件的高絕緣性并不妨礙所述陰極板和所述陽極板之間在交變電場中形成等離子體；因此，在所述等離子體發(fā)生室中，通過所述距離調(diào)節(jié)器將所述陽極板與玻璃工件間的間距ST可在O到100 mm范圍內(nèi)調(diào)整，所述等離子體刻蝕設(shè)備通過所述距離調(diào)節(jié)器控制ST距離可以控制等離子體的刻蝕強(qiáng)度，以得到不同密度的表面紋理結(jié)構(gòu)。
[0013]基于上述，在所述步驟一中，通過所述距離調(diào)節(jié)器將所述陽極板與所述玻璃板之間的距離調(diào)整到30?70 mm之間。
[0014]其中，所述等離子體發(fā)生室上設(shè)置有原料進(jìn)氣口，所述氣體原料進(jìn)氣口上連接有供氣系統(tǒng)，所述步驟二和步驟三中的氣體，如Ar、所述刻蝕氣體等，均通過所述供氣系統(tǒng)進(jìn)入所述等離子體發(fā)生室中。
[0015]所述等離子體刻蝕設(shè)備還包括分別與所述陽極結(jié)構(gòu)和所述陰極結(jié)構(gòu)連接的等離子發(fā)生源。其中，所述等離子發(fā)生源為交變等離子發(fā)生電源、高頻交變等離子發(fā)生源，如RF射頻電源等，或者為微波等離子發(fā)生源等。
[0016]其中，上述等離子體刻蝕設(shè)備適用于各種硅酸鹽玻璃的表面紋理刻蝕處理，如石英玻璃、鈉鈣玻璃、高硅氧玻璃、鋁硅酸鹽玻璃、鉛硅酸鹽玻璃和硼硅酸鹽玻璃等。
[0017]因此，在所述步驟三中，采用上述等離子體刻蝕設(shè)備，所述刻蝕氣體最終在所述玻璃工件表面形成含碳的“蝴蝶斑”紋