專利名稱：通過隨機施涂觸變性蝕刻劑進行選擇性表面織構(gòu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及表面處理領(lǐng)域。更具體來說，本發(fā)明涉及為表面提供試劑、 增大表面糙度，以提高隨后的表面涂層的粘著性的領(lǐng)域。
背景
存在一些目前使用的、人們接受的、改變金屬基板的表面特性，以提高通 過包括鍍敷法、濺射法、噴涂法等技術(shù)轉(zhuǎn)移到處理后的基板表面的涂層的粘著 性的處理方法。這些用于提高粘著性的表面改造方式通常需要增大表面"糙度" (或減小"平滑度")以增大表面積，這可以增加粘著在基板表面上的層的結(jié)合位 點。這些表面處理方法包括化學(xué)蝕刻，濕法和干法噴砂處理，雙絲電弧噴涂
(Twin Wire Arc Spmy),金屬噴涂和等離子體噴涂。其中大部分方法都具有 固有的缺點。對于噴砂處理，可能會發(fā)生顯著的不希望出現(xiàn)的基板變形，還會 在基板表面上殘留嵌入的砂粒。根據(jù)基板的應(yīng)用，這些嵌入的雜質(zhì)或材料變形 會削弱隨后的涂層和沉積物的粘著性。
熔融金屬噴涂，例如雙絲電弧噴涂(TWAS)也會得到不希望有的表面，這 是由于基板表面通常是通過噴砂法制備用于噴涂。使得隨后的沉積物的粘著性 最大化的TWAS性質(zhì)也容易使其呈多孔性。但是，比較多孔的涂層與基板的粘 著性要小于致密噴涂的涂層的粘著性。
發(fā)明概述
在一個實施方式中，本發(fā)明涉及包含王水的觸變性化合物、包含氯化鐵的 觸變性化合物、包含過氧化氫/HCl的觸變性化合物和包含氫氧化鉀的觸變性化 合物，所述觸變性化合物還包含一定量的熱解法二氧化硅。在另外的實施方式 中，以大約0.1-0.2克/毫升溶液的量將熱解法二氧化硅加入上述溶液中，以獲得 所需的觸變特性。
在另外的實施方式中，本發(fā)明涉及一種通過以下步驟對基板表面進行處理
并按照預(yù)期改變基板表面的方法對基板表面提供觸變性蝕刻化合物，使基板 表面暴露于該觸變性蝕刻化合物，使所述基板表面暴露于該化合物一段預(yù)先選 定的時間，然后從所述基板表面除去所述觸變性化合物。
在另一個實施方式中，本發(fā)明涉及一種通過以下步驟對基板表面進行處理 并按照預(yù)期改變基板表面的方法對基板表面提供選自以下的觸變性蝕刻化合 物包含王水的溶液、包含氯化鐵的溶液、包含過氧化氫/HCl的溶液和包含氫 氧化鉀的溶液，各種溶液都用一定量的熱解法二氧化硅處理。將所述蝕刻化合 物施涂到基板表面上，停留一段預(yù)定的時間，以獲得所需的表面效果，然后將 其從表面除去。
在另一個實施方式中，所述被本發(fā)明的觸變劑處理的基板表面優(yōu)選是含 鋁、含不銹鋼和含鈦的基板。
附圖
簡述
圖l是顯示本發(fā)明一種優(yōu)選方法的流程圖。 圖2是通過噴砂法處理的基板表面的放大照片。 圖3是通過TWAS處理的基板表面的放大照片。 圖4是根據(jù)本發(fā)明一種方法進行處理的基板表面的放大照片。
詳述
本發(fā)明涉及使用化學(xué)蝕刻劑選擇性侵蝕基板表面、產(chǎn)生與噴砂處理類似的 表面糙度，但是不會在基板表面上嵌入砂粒微粒，從而提高基板表面特性的方 法。為了屏蔽濺射沉積和化學(xué)氣相沉積(CVD)，需要織構(gòu)化的區(qū)域限于接受沉 積物的表面。為了防止發(fā)生不希望有的蝕刻，需要掩蔽所有無需織構(gòu)化的表面。 為了使任何化學(xué)表面織構(gòu)化技術(shù)都可在工業(yè)中實行，需要一種在最小限度的掩 蔽情況下對沉積區(qū)域施涂蝕刻劑的方法。
本發(fā)明涉及使用具有預(yù)先選定的粘度的觸變性蝕刻劑糊料，使得能夠?qū)⑺?述蝕刻劑施涂到基板表面的所需區(qū)域上，在所述區(qū)域上保持一段預(yù)定的時間， 而不發(fā)生移動、滴落或流掛。"觸變性"通常表示材料在獨立的情況下呈固態(tài) 或凝膠狀，但是在施加側(cè)向作用力(例如振動力)的時候能夠液化或者像液體 一樣流動，當(dāng)所述作用力解除的時候又能重新固化的性質(zhì)。本發(fā)明的觸變性蝕 刻劑糊料優(yōu)選使用以能夠得到所需粘度的比例混合有化學(xué)蝕刻劑的熱解法二
氧化硅材料制備。根據(jù)本發(fā)明，通過選擇合適的基板和基板表面，可通過使用 預(yù)先選擇的蝕刻劑糊料施涂方法得到具有所需表面形貌的表面糙度。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，如圖l的流程圖所示，在優(yōu)選的過程io的第 一步驟12中，提供了清潔干燥的部件，接下來的步驟14中使用與選擇的蝕刻劑 相容的材料掩蔽(任選)。在接下來的步驟16中，選擇蝕刻劑并進行混合，制備觸
變性糊料，然后在以下步驟18中(例如通過濺射噴涂(splatter spray))將其施涂 到待織構(gòu)化的部件表面上。在接下來20所示的步驟中，所述蝕刻劑保持與部件 表面接觸直至干燥，然后在步驟22中對部件進行淋洗清潔和干燥。然后在步驟 24使用隨機噴涂技術(shù)第二次對部件表面施涂觸變性糊料，然后通過清潔步驟26 除去用過的糊料。在之后的步驟28中檢査所述部件，測量表面"糙度"和均一 性。如果通過檢查28，發(fā)現(xiàn)織構(gòu)結(jié)構(gòu)不滿足工藝條件，則在步驟30中重復(fù)該過 程。如果該部件通過了檢查，則對該部件進行解掩蔽32，根據(jù)需要繼續(xù)用于以 后的工藝。
圖2是使用設(shè)定在大約40-80psi的虹吸噴砂設(shè)備，用36-24粒度的氧化鋁(帆
土)進行噴砂處理的鋁表面放大的背散射電子圖像?？梢郧逦赜^察到存在噴 砂過程形成的嵌入的氧化鋁顆粒。這些噴砂法形成的嵌入的顆粒會形成使得后 續(xù)的沉積物發(fā)生解離的位點，還有可能在PVD室中形成飛弧位點。另外，不希 望的嵌入的顆粒還可能成為在真空沉積室中形成顆粒的源頭。
圖3是TWAS處理的不銹鋼基板表面放大的背散射電子圖像。TWAS處理通 常包括雙絲供料，對于鋁，是與直流電壓電源的相反的極相連。當(dāng)金屬絲供給 噴嘴的時候，金屬絲被金屬絲之間的電弧熔化，然后原子化，被壓縮氣流推射 向基板表面。金屬在與基板接觸的時候冷卻，通過結(jié)合在基板表面上而產(chǎn)生所 需的表面織構(gòu)?；灞砻嫔铣练e的熔融噴涂物能夠顯著地提高表面織構(gòu)或糙 度。因此，TWAS涂層通過施涂熔融金屬噴涂物、在理論上形成所需的表面"糙 度"，提高護罩的表面糙度。通過增大用于機械連接和吸收的面積，或者隨著 膜厚度的增大減小膜應(yīng)力，可以利用這些涂層增加濺射沉積物的量。電弧噴涂 涂層也容易由于粘合或粘著失效而發(fā)生脫離。由于在本發(fā)明中沒有在平滑或處 理表面上施涂永久性的涂層，從而消除了這些涂層發(fā)生失效的可能性。相反， 本發(fā)明的觸變性蝕刻劑以糊狀的形式、所需的粘度施涂到基板表面上一段預(yù)定 和受控的時間，之后完全從施涂該糊料的基板表面除去。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，在常溫常壓下每次處理約l小時，總共
處理三次的改進的化學(xué)織構(gòu)化基板表面的放大的背散射電子圖像。所述基板是
6061鋁合金，使用如下文所述制備的基于王水的觸變性蝕刻劑。
本發(fā)明的觸變性蝕刻劑優(yōu)選根據(jù)已知的用來沉積超薄均勻?qū)拥姆椒ǔ练e
在待處理的基板部件上。這些沉積的觸變性蝕刻劑層的厚度優(yōu)選約為l-5毫米， 更優(yōu)選約為l-2毫米。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，任意用來成功地以這種厚度輸 送粘性涂層的方法均可應(yīng)用于本發(fā)明。另外，應(yīng)當(dāng)理解所有的處理優(yōu)選能夠在 常溫和常壓下完成，以簡化處理成本(無需另外的設(shè)備或考慮因素)，實際的干燥 時間可根據(jù)溫度和濕度變化。
優(yōu)選的觸變性蝕刻劑根據(jù)部件基板材料選擇。例如，優(yōu)選使用基于氯化鐵 的觸變性蝕刻劑(82.5重量y。的FeCl3， 10體積c/。的HCl)選擇性蝕刻不銹鋼和鋁基 基板的表面。王水觸變性蝕刻劑(25體積。/。的HN03, 75體積。/。的HCl)被用來成功 地蝕刻鋁基基板。另外，人們還認(rèn)為過氧化氫/HCl觸變性混合物也可有效地用 于本發(fā)明，用來蝕刻包括鈦在內(nèi)的金屬基板。另外，根據(jù)本發(fā)明，認(rèn)為基于氫 氧化鉀(KOH/H20)-的觸變性蝕刻劑也可用來蝕刻鋁基基板。
本發(fā)明預(yù)期通過向所述混合物提供一定量的熱解法二氧化硅(Si02)、例如 以大約O.1-0.2克/毫升的量提供Cab-0-Sil⑧M-5(購自美國伊利諾伊州Tuscola的 Cabot Corp的Cob-0-Si1②)，處理上述化學(xué)蝕刻劑，使其成為"穩(wěn)定的"觸變性 糊料。
本發(fā)明考慮的方法將會比半導(dǎo)體領(lǐng)域中用來制造金屬護罩(例如銅沉積室 中的鋁護罩)的常規(guī)技術(shù)更加有效和有益。本發(fā)明的觸變性蝕刻劑的粘性使得 可以將所述蝕刻劑施涂在待處理的基板區(qū)域上任意所需時間，完成所需的表面 處理，然后進行進一步處理。盡管任意的觸變性糊料，只要具有能夠保持在基 板表面上的位置的粘度均可考慮，但是本發(fā)明優(yōu)選的觸變性糊料更優(yōu)選在25'C 的粘度約為100,000-500,000cp，最優(yōu)選在25。C的粘度約為150,000-300,000cp。除 去糊料，從部件上清潔掉剩余的蝕刻劑之后，可以得到具有所需表面特征(平滑 度或糙度)的基板表面。這與這些更多表現(xiàn)流體特性而非糊狀的常規(guī)蝕刻劑形成 強烈反差，后者難以控制，實際上需要有效地掩蔽基板的表面，以免蝕刻不希 望蝕刻的區(qū)域。通過減小或完全消除對掩蔽的需要，使得本發(fā)明的方法特別適 合，這是因為消除了這些耗時的掩蔽步驟，可以顯著減少總工藝成本，提高總 體產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明的觸變劑可以施涂到部件基板表面上所需的位置，在原位 保持所需的時間，然后被除去。本發(fā)明的化學(xué)表面織構(gòu)化(例如平面化或粗糙化)
消除了施涂的涂層失效的可能性，這是由于從表面處理過程中消除了各種施涂 和掩蔽步驟。
另外，根據(jù)本發(fā)明的方法，可以對用于基板表面織構(gòu)化的觸變性蝕刻劑進 行預(yù)先選擇，通過設(shè)計蝕刻劑的性質(zhì)，使其以可預(yù)期的速率對基板表面晶粒邊 界進行化學(xué)侵蝕，提供獨特的表面形貌。
本發(fā)明的方法和化合物主要涉及使用具有特殊的稠度的蝕刻劑處理某些 金屬表面，處理時使蝕刻劑與其所施涂的表面保持接觸一段特定的時間。所述 蝕刻劑具有設(shè)計的化學(xué)性質(zhì)，用來以預(yù)定的方式與基板表面反應(yīng)，以得到具有 所需特征的新的基板表面。應(yīng)當(dāng)理解一旦表面發(fā)生了所需的變化，便可將所述 蝕刻劑從基板表面上洗去。從去除工藝步驟、減少清潔操作和安全方面考慮因 素的角度來考慮，如果能夠?qū)⑽g刻劑以稠的觸變性狀態(tài)、以所需的粘度和厚度 施涂，而不會"流動"、滴落或移動離開施涂點，將會是人們迫切需要的，也 是工業(yè)上有益的。
應(yīng)理解本發(fā)明還考慮制造和使用觸變劑，以改變包括天然和合成橡膠、熱 成形和熱塑性化合物等的非金屬基板表面。
盡管上文已經(jīng)參照具體實施方式
詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以很明顯地看出，可以在不背離所附權(quán)利要求書的范圍的前提下，進行各種 改變和變化，使用等價物。
權(quán)利要求
1.一種觸變性化合物，由選自以下的組合物制成包含王水的溶液；包含氯化鐵的溶液；包含過氧化氫/HCl的溶液；以及包含氫氧化鉀的溶液，所述溶液用一定量的熱解法二氧化硅處理。
2. 如權(quán)利要求l所述的觸變性化合物，其特征在于，所述熱解法二氧化硅 以大約0.1-0.2克/毫升溶液的量提供給所述溶液。
3. 如權(quán)利要求l所述的觸變性化合物，其特征在于，所述化合物在25"C的 粘度約為100,000-500，000cp。
4. 一種用來處理基板表面的方法，該方法包括以下步驟提供具有表面的基板； 提供觸變性蝕刻化合物；將所述觸變性蝕刻化合物施涂到基板表面上，使所述表面與所述化合物接 觸一段預(yù)先選定的時間；從所述基板表面除去所述觸變性化合物。
5. —種用來處理基板表面的方法，該方法包括以下步驟 提供具有表面的基板；提供觸變性蝕刻化合物，所述化合物包含選自以下的溶液包含王水的溶液；包含氯化鐵的溶液；包含過氧化氫/HCl的溶液；包含氫氧化鉀的溶液，所 述溶液用一定量的熱解法二氧化硅處理；將所述觸變性蝕刻化合物施涂到基板表面上，使所述表面與所述化合物接 觸一段預(yù)先選定的時間；將所述觸變性化合物從所述基板表面除去。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述基板選自鋁、不銹鋼和鈦。
7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述觸變性化合物包含約25% 的HN03，約75。/。的HCl和約0.2克/毫升的熱解法二氧化硅。
8. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述觸變性化合物包含約82.5 重量Q/。的FeCl3, 10體積。/。的HCl和約0.2克/毫升的熱解法二氧化硅。
9. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述觸變性化合物在25'C的粘 度約為100，000-500,000cp。
10. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述觸變性化合物是通過選自 以下的施涂方法施涂到基板表面上的濺射噴涂和手工施涂技術(shù)。
11. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過用去離子水淋洗所述基板 表面，將所述觸變性化合物從基板表面除去。
12. —種按照預(yù)期增加基板表面糙度的方法，該方法包括以下步驟 提供具有表面的基板；提供觸變性蝕刻化合物，所述化合物包含選自以下的溶液包含王水的溶 液，包含氯化鐵的溶液，包含過氧化氫/HCl的溶液，以及包含氫氧化鉀的溶液,所述溶液用一定量的熱解法二氧化硅處理；將所述觸變性蝕刻化合物施涂到基板表面上，使所述基板表面與所述化合物接觸一段預(yù)先選定的時間；將所述觸變性化合物從所述基板表面除去。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述基板由選自以下的金屬制造鋁、不銹鋼和鈦。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述基板是選自以下的部件濺射沉積護罩和化學(xué)氣相沉積護罩。
15. 具有用觸變性蝕刻劑處理過的表面的金屬部件，所述觸變性蝕刻劑選自包含王水的溶液、包含氯化鐵的溶液、包含過氧化氫/HCl的溶液和包含氫氧化鉀的溶液，所述溶液用一定量的熱解法二氧化硅處理。
16. 如權(quán)利要求15所述的金屬部件，其特征在于，所述熱解法二氧化硅的 提供量約為0.1-0.2克慮升溶液。
17. 如權(quán)利要求14所述的金屬部件，其特征在于，所述部件選自濺射沉積護罩和化學(xué)氣相沉積護罩。
全文摘要
提供了一種可以按照預(yù)期處理基板表面的改進方法，該方法包括使用預(yù)先選擇的觸變性蝕刻劑獲得優(yōu)良并且預(yù)先確定的基板表面。
文檔編號B44C1/22GK101189134SQ200580046012
公開日2008年5月28日 申請日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者D·P·勞比, J·G·迪姆 申請人:波克股份有限公司