在玻璃表面等离子体刻蚀形成纹理结构的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种玻璃表面处理方法，尤其涉及一种采用等离子体刻蚀设备在玻璃表面形成纹理结构的方法。
【背景技术】
[0002]玻璃属于无机硅物质中的一种，非晶态固体，易碎、透明，现代人已不再满足于物理式机械手段进行表面纹理的制作，主要是因为机械刻蚀手段的效率低且不易加工微纳米量级的表面纹理，所以，目前人们主要致力于采用化学、等离子体刻蚀或激光等方式对玻璃表面进行表面纹理的加工。
[0003]现有的对玻璃表面采用化学方式进行刻蚀的方法主要包括化学粗化法、化学深蚀刻法、化学抛光及其它工艺等，其中，采用化学粗化法如蒙砂、玉砂等；化学深蚀刻法如凹蒙、冰雕等。然而，要达到化学刻蚀的目的，则需要采用能够与玻璃起氧化反应的物质，例如，硫酸、硝酸和盐酸等，它们能与玻璃中的硅原子发生氧化作用形成S12，在刻蚀液中加入络合剂氢氟酸能将3102再次分解，达到对玻璃刻蚀的目的。另一种化学刻蚀技术采用的试剂为强碱腐蚀液，如NaOH溶液。但是无论是何种化学刻蚀技术都要用到强酸或强碱，刻蚀剂的生产和使用都存在强烈的腐蚀问题，使生产和使用的安全性低，而且污染环境。而等离子体刻蚀技术与化学刻蚀技术原理基本相同，采用含氟气体与氢气混合，产生等离子体，在等离子体中形成氟化氢而达到对玻璃的刻蚀作用，该方法同样存在对设备系统的腐蚀和含氟气体的大气排放而污染环境。另外，激光刻蚀技术虽然可以解决环境污染问题，但其存在生产效率低、成本高、技术难度大，表面纹理难于达到微纳米量级等问题。
[0004]关于在玻璃表面形成纹理结构的设备及方法方面的专利文献报道也有不少，例如，申请号为“200710048906.0”、发明名称为“能随视角变换图案的深度刻蚀玻璃的生产方法”的发明专利申请公开的生产方法，包括如下步骤:1)将预先设计好的图案丝网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)用保护膜将平板玻璃上的另一面封闭并清洗、晾干；3)将晾干后印有图案的平板玻璃放入有刻蚀液的池中进行刻蚀60?120分钟；4)将刻蚀后的玻璃放入清水池浸泡后取出再移入盛有氢氧化钠溶液的池中浸泡后清洗掉防腐油墨并去掉其上的保护膜后再清洗干净，烘干或晾干；5)在玻璃未刻蚀面上将和刻蚀面图案相同的丝网的图案对准刻蚀面上的图案并用蒙砂膏印刷在未刻蚀面上，保持I?2分钟；6)用水冲洗掉蒙砂膏、清洗晾干即为成品，其中，上述步骤中的刻蚀液按重量百分比由重量百分比浓度为55%的氢氟酸20?24%，重量百分比浓度为98%的酸液20?31%，和水48?58%组成，其中酸液为硝酸或硫酸；该发明专利提供的方法简单，图案晶莹剔透、立体感强，能随视角变化。又如，申请号为“201410532673.1”、发明名称为“一种大气压下对硅系材料进行无掩膜微细加工的方法”的发明专利申请公开的加工的方法，其工作气体选择氩气或氦气，刻蚀气体选择含氟气体或含氯气体，另外还需通入少量辅助气体如氧气或氢气。射流发生器采用微细射流发生器，生成直径在毫米至微米级的微细射流，射流中富含多种活性成分，包括能和硅系材料发生反应的氟自由基或氯自由基。本发明提供的方法可在不使用传统掩膜的情况下，在硅系材料上实现毫米至微米级的微细加工。大气压等离子体射流宏观温度低，对硅系材料的热损伤低。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在玻璃表面等离子体刻蚀形成纹理结构的方法，以解决上述问题。
[0006]本发明提供一种在玻璃工件表面等离子体刻蚀形成纹理结构的方法，包括以下步骤:
步骤一、将玻璃工件置于等离子体发生室中，并使所述等离子体发生室内的真空压力低于 5 X 10 3 Pa;
步骤二、向所述等离子体发生室中通入Ar气至所述等离子体发生室内的真空压力至0.4?0.6 Pa，保持Ar气流量不变，对所述玻璃工件表面进行等离子清洗；
步骤三、保持Ar气流量不变，向所述等离子体发生室通入刻蚀气体，所述刻蚀气体为碳氢气体和H2的混合气体，所述等离子体发生室中的各气体的分压保持在Ar:碳氢气体:H2=1:2:10的状态，在清洗后的玻璃工件表面形成含碳的纹理结构。
[0007]基于上述，所述步骤一包括提供等离子体刻蚀设备，所述等离子体刻蚀设备包括所述等离子体发生室、与所述等离子体发生室连通的抽真空装置、设置在所述等离子体发生室内部的阳极结构和与所述阳极结构间隔设置的阴极结构，所述阳极结构和所述阴极结构分别设置所述等离子体发生室内部相对设置的两端，所述阳极结构与所述等离子体发生室电连接，所述阴极结构与所述等离子体发生室电绝缘，所述阴极结构包括阴极板、用于罩所述阴极板的阳极罩筒和绝缘板；将所述玻璃工件置于所述阳极罩筒上，使所述玻璃工件与所述阳极罩筒和所述绝缘板形成电气绝缘腔，将所述阴极板与所述阳极罩筒电绝缘；调整所述阳极结构与所述玻璃工件之间的间距至预定距离；采用抽真空装置将所述等离子体发生室内的真空压力抽至低于5 X 10 3 Pa。
[0008]其中，所述阴极板固定在所述绝缘板上，所述阴极板处于所述阳极罩筒、所述玻璃工件和所述绝缘板所围成的封闭空间内，使得所述封闭空间内等离子体无法发生。所述阴极板通过绝缘板与所述等离子体电离室电绝缘。所述阴极结构不受形状的限制，所述阴极结构的形状与所述玻璃工件的形成对应，即，所述阴极结构的形状基本上与所述玻璃工件的形状一致，例如圆形对应圆形玻璃，方形对应方形玻璃，而多边形对应多边形玻璃，但基本结构形态并不改变。所述等离子体发生室与地线连接。
[0009]基于上述，所述阴极板上连接有阴极导入线，所述阴极导入线通过绝缘套与所述等离子体电离室电绝缘。
[0010]基于上述，所述阴极板与所述阳极罩筒环向间隔为I?2 mm，所述玻璃工件与所述阴极板之间的距离为4?5 mm。
[0011]基于上述，在所述步骤一中，所述阳极结构包括与所述等离子体反应室电连接的阳极板和调节所述阳极板与所述阳极罩筒之间间距的距离调节器，通过所述距离调节器将所述阳极板与所述玻璃工件之间的间距至所述预定距离。
[0012]其中，在所述阴极结构中，所述玻璃工件与所述阴极板不接触，而使其处于所述阳极罩筒之上，与所述阳极结构直接对应，所述玻璃工件的高绝缘性并不妨碍所述阴极板和所述阳极板之间在交变电场中形成等离子体；因此，在所述等离子体发生室中，通过所述距离调节器将所述阳极板与玻璃工件间的间距ST可在O到100 mm范围内调整，所述等离子体刻蚀设备通过所述距离调节器控制ST距离可以控制等离子体的刻蚀强度，以得到不同密度的表面纹理结构。
[0013]基于上述，在所述步骤一中，通过所述距离调节器将所述阳极板与所述玻璃板之间的距离调整到30?70 mm之间。
[0014]其中，所述等离子体发生室上设置有原料进气口，所述气体原料进气口上连接有供气系统，所述步骤二和步骤三中的气体，如Ar、所述刻蚀气体等，均通过所述供气系统进入所述等离子体发生室中。
[0015]所述等离子体刻蚀设备还包括分别与所述阳极结构和所述阴极结构连接的等离子发生源。其中，所述等离子发生源为交变等离子发生电源、高频交变等离子发生源，如RF射频电源等，或者为微波等离子发生源等。
[0016]其中，上述等离子体刻蚀设备适用于各种硅酸盐玻璃的表面纹理刻蚀处理，如石英玻璃、钠钙玻璃、高硅氧玻璃、铝硅酸盐玻璃、铅硅酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃等。
[0017]因此，在所述步骤三中，采用上述等离子体刻蚀设备，所述刻蚀气体最终在所述玻璃工件表面形成含碳的“蝴蝶斑”纹