Kjemisk fresing - Chemical milling

Kjemisk maling eller industriell etsning er den subtraktive produksjonsprosessen ved å bruke bad av temperaturregulerte etsekjemikalier for å fjerne materiale for å skape et objekt med ønsket form. Andre navn for kjemisk etsing inkluderer fotoetsing, kjemisk etsning, fotokjemisk etsning og fotokjemisk bearbeiding . Det brukes mest på metaller, selv om andre materialer blir stadig viktigere. Den ble utviklet fra panserdekorasjons- og trykketsingsprosesser utviklet under renessansen som alternativer til gravering på metall. Prosessen innebærer i hovedsak å bade skjæreområdene i et etsende kjemikalie kjent som et etsemiddel , som reagerer med materialet i området som skal kuttes og får det faste materialet til å bli oppløst; inerte stoffer kjent som maskeringsmidler brukes til å beskytte bestemte områder av materialet som motstandsdyktig .

Historie

En etset og delvis rustet og forgylt halv rustning laget av stål, messing, lær og tekstiler

Organiske kjemikalier som melkesyre og sitronsyre har blitt brukt til å etse metaller og lage produkter så tidlig som 400 fvt, da eddik ble brukt til å korrodere bly og lage pigment ceruse , også kjent som hvitt bly . De fleste moderne kjemiske malingsmetoder involverer alkaliske etsemidler; disse kan ha blitt brukt allerede i det første århundre e.Kr.

Rustningetsing med sterke mineralsyrer ble ikke utviklet før på det femtende århundre. Etsemidler blandet fra salt, kull og eddik ble påført plate rustning som var malt med en maskeringsmiddel av linoljemaling. Etsemidlet ville bite i de ubeskyttede områdene og forårsake at de malte områdene ble løftet opp i lettelse . Etsning på denne måten tillot rustning å bli dekorert som med presis gravering, men uten at det fantes hevede grader ; det forhindret også at rustningen var mykere enn et graveringsverktøy. Sent på 1600-tallet ble etsning brukt til å produsere graderinger på måleinstrumenter; den tynne linjen som etsning kunne produsere, tillot produksjon av mer presise og nøyaktige instrumenter enn det som var mulig før. Ikke lenge etter ble den brukt til å etse baneinformasjonsplater for kanon- og artillerioperatører ; papir ville sjelden overleve kampens strenghet, men en etset plate kan være ganske holdbar. Ofte slik informasjon (som normalt strekker seg tegn) ble etset bort på utstyr som stiletto kniver eller skovler.

I 1782 ble oppdagelsen gjort av John Senebier at visse harpikser mistet sin løselighet for terpentin når de ble utsatt for lys; det vil si at de herdet. Dette tillot utvikling av fotokjemisk fresing , der et flytende maskeringsmiddel påføres hele overflaten av et materiale, og omrisset av området som skal maskeres, opprettes ved å utsette det for UV-lys. Fotokjemisk fresing ble mye brukt i utviklingen av fotograferingsmetoder, slik at lys kunne skape inntrykk på metallplater.

En av de tidligste bruksområdene med kjemisk etsning for å frese kommersielle deler var i 1927, da det svenske selskapet Aktiebolaget Separator patenterte en metode for å produsere kantfiltre ved å kjemisk frese hullene i filtrene. Senere, rundt 1940-tallet, ble det mye brukt til å bearbeide tynne prøver av veldig hardt metall; fotoetsing fra begge sider ble brukt til å kutte metallplater, folier og mellomlager for å lage mellomlag, registrere varmebånd og andre komponenter.

applikasjoner

Etsing har applikasjoner innen kretskort og halvlederfabrikasjon . Den brukes også i luftfartsindustrien for å fjerne grunne lag med materiale fra store flykomponenter, raketthudpaneler og ekstruderte deler for flyrammer. Etsing brukes mye til å produsere integrerte kretser og mikroelektromekaniske systemer . I tillegg til standard, væskebaserte teknikker, bruker halvlederindustrien ofte plasmaetsing .

Prosess

Kjemisk fresing utføres normalt i en serie på fem trinn: rengjøring, maskering, skraping, etsning og demasking. Video av kjemisk malingsprosess Lær mer om videoen

Rengjøring

Rengjøring er den forberedende prosessen for å sikre at overflaten som skal etses er fri for forurensninger som kan påvirke kvaliteten på den ferdige delen negativt. En feilrenset overflate kan resultere i dårlig vedhefting av maskeringsmidlet, noe som fører til at områder blir etset feilaktig, eller en ikke-ensartet etsehastighet som kan resultere i unøyaktige endelige dimensjoner. Overflaten må holdes fri for oljer, fett, primerbelegg, markeringer og andre rester fra markeringsprosessen , avskalling (oksidasjon) og andre fremmede forurensninger. For de fleste metaller kan dette trinnet utføres ved å påføre et løsningsmiddel på overflaten som skal etses, og vaske fremmede forurensninger. Materialet kan også nedsenkes i alkaliske rengjøringsmidler eller spesialiserte oksidasjonsløsninger. Det er vanlig praksis i moderne industrielle kjemiske etseanlegg at arbeidsemnet aldri håndteres direkte etter denne prosessen, da oljer fra menneskelig hud lett kan forurense overflaten.

Maskering

Maskering er prosessen med å påføre maskeringsmaterialet på overflaten for å sikre at bare ønskede områder blir etset. Flytende maskeringsmidler kan påføres via dyppmaskering, der delen dyppes i en åpen tank med maskeringsmiddel og deretter maskeringsmidlet tørkes. Maskeringsmiddel kan også påføres med strømningsbelegg: flytende maskeringsmiddel strømmer over overflaten av delen. Visse ledende maskeringsmidler kan også påføres ved elektrostatisk avsetning , der elektriske ladninger påføres partikler av maskeringsmiddel når det sprøytes på overflaten av materialet. Ladningen får partiklene til maskeringen til å feste seg til overflaten.

Maskerende typer

Maskeringsmidlet som skal brukes bestemmes primært av kjemikaliet som brukes til å etse materialet, og selve materialet. Maskeringsmidlet må feste seg til overflaten av materialet, og det må også være kjemisk inert nok med hensyn til etsemidlet for å beskytte arbeidsstykket. De fleste moderne kjemiske malingsprosesser bruker maskeringsmidler med en vedheft rundt 350 g cm −1 ; hvis vedheftingen er for sterk, kan skriveprosessen være for vanskelig å utføre. Hvis adhesjonen er for lav, kan etseområdet defineres upresist. De fleste industrielle kjemiske mølleanlegg bruke maskeringsmidler basert på neopren elastomerer eller isobutylen-isopren-kopolymerer.

Skrive

Scribing er fjerning av maskeringsmiddel på områdene som skal etses. For dekorative applikasjoner gjøres dette ofte for hånd ved bruk av en skribentkniv, etsepinne eller lignende verktøy; moderne industrielle applikasjoner kan innebære at en operatør skriver ved hjelp av en mal eller bruker datamaskins numerisk kontroll for å automatisere prosessen. For deler som involverer flere etsetrinn, kan det brukes komplekse maler som bruker fargekoder og lignende enheter.

Etsing

Etsing er nedsenking av delen i det kjemiske badet, og virkningen av kjemikaliet på den delen som skal freses. Tiden brukt nedsenket i det kjemiske badet bestemmer dybden av den resulterende etsningen; denne tiden beregnes via formelen:

hvor E er etsningshastigheten (vanligvis forkortet til etsningshastighet ), s er dybden av kuttet som kreves, og t er den totale nedsenkingstiden. Etsningshastigheten varierer basert på faktorer som konsentrasjonen og sammensetningen av etsemiddelet, materialet som skal etses, og temperaturforholdene. På grunn av sin ukonstante natur blir etsehastighet ofte bestemt eksperimentelt rett før etsingsprosessen. En liten prøve av materialet som skal kappes, med samme materialspesifikasjon, varmebehandlingsbetingelse og omtrent samme tykkelse er etset i en viss tid; etter denne tiden måles etsedybden og brukes sammen med tiden for å beregne etsningshastigheten. Aluminium blir ofte etset med hastigheter rundt 0,178 cm / t og magnesium omtrent 0,46 cm / t.

Demasking

Demasking er prosessen med å fjerne delen av etsemiddel og maskeringsmiddel. Etsemiddel fjernes vanligvis med en vask med klart, kaldt vann. Et avoksiderende bad kan også være nødvendig i det vanlige tilfellet at etsingsprosessen etterlot en oksydfilm på overflaten av materialet. Ulike metoder kan brukes til å fjerne maskeringsmidlet, den vanligste er fjerning av hånd ved bruk av skrapeverktøy. Dette er ofte tidkrevende og arbeidskrevende, og for store prosesser kan det automatiseres.

Vanlige etsemidler

kobber laget av kontinuerlig støping , makroetset
For aluminium
For stål

2% Nital er vanlig etsemiddel for vanlig karbonstål.

For kobber
For silika

Se også

Merknader

Referanser

  • Harris, William T. (1976). Chemical Milling: The Technology of Cutting Materials by Etching . Oxford: Clarendon Press. ISBN 0 19 859115 2.