Микроэмульсионный процесс полирования металлов.

В процессе создания различных механических и электронных устройств исходные подложки проходят большое количество различных операций. Каждая из таких операций важная для получения требуемых параметров устройства. Одним из таких важных процессов является полировка. Химическое полирование является одним из широко распространенных способов.

Полировка направлена на сглаживание микрорельефа поверхности, уменьшение внутренних механических напряжений и увеличение химической стойкости. Параметр, который характеризует эффективность процесса полировки - шероховатость. Все методы определения шероховатости можно разделить по принципу получения информации на щуповые (профилометры) и оптические (микроинтерференционный, растровый метод).

Атомно-силовая микроскопия позволяет определять перепады высот образцов с высокой точностью. Однако, согласно существующим ГОСТам, область, с которой необходимо получить значения неоднородности для определения шероховатости поверхности в большинстве случаев превышает максимальную область сканирования атомно силового микроскопа. Поэтому возникает необходимость оценить то, сколько изображений поверхности необходимо получить для того, чтобы погрешность измеренного <Ra> была минимальна 10% (максимальная точность для измерения данного параметра согласно ГОСТу).

Именно такой вопрос возник перед Тюлягином П. Е. и его коллегами, в процессе решения проблемы химической полировки металлов посредством микроэмульсий.

Сегодня мы рассмотрим первую часть работы Тюлягина П. Е., посвященную процессу микроэмульсионной полировки металлов. Вторую часть, направленную на решение вопроса точного определения шероховатости, ждите в дальнейших обзорах.

Использование микроэмульсий в процессе полировки металлов позволяет устранить проблемы, возникающие при обычной химической полировке, такие как использование большой концентрации токсичных и опасных для здоровья человека веществ, а также сложность контроля процесса как во времени, так и в пространстве.

Предложенный Тюлягином П. Е. и его коллегами метод полировки металлов обратными микроэмульсиями додецилсульфата натрия для химического полирования меди и алюминия показал свою эффективность. Разработанный метод позволяет посредством управления состава кислот в микроэмульсиях, а также размерами микроэмульсий управлять процессом полировки. Полученные результаты вы можете видеть в таблицах 1 и 2.

Наилучшие результаты для меди показали составы № 2 и 5, позволившие уменьшить среднюю шероховатость (Ra) на 28% и 20% соответственно, особо не уменьшая наибольшей высоты профиля (Rz) (уменьшение 8% и 6%). Из этого следует, что для данные составы эффективны при необходимости сглаживания малых неровностей поверхности меди.

Состав № 6, показал уменьшение средней шероховатости (Ra) так и высоты профиля поверхности (Rz) на 26% и 16% соответственно, обеспечивая равномерное сглаживание.

Наилучший эффект полировки алюминия, при котором происходит статистически значимое снижение средней шероховатости и наибольшей высоты профиля, достигается спустя 15 минут. При этом Ra уменьшается на 16% по сравнению с контрольным образцом, а Rz — на 21%.

Таким образом, было показано, что использование для химического полирования меди и алюминия обратных микроэмульсий в системе додецилсульфат натрия—бутанол-1—керосин—водный раствор кислот позволяют получать как равномерное сглаживание поверхности, так и устранение мелких неоднородностей, без растравливания больших неровностей.

Кроме того, концентрации кислот в каплях микроэмульсии, при которых достигается эффект полировки, составляют не более 2,6 моль / л, что значительно меньше, чем при полировке металлов водными растворами кислот, благодаря чему снижается опасность полирующей растворов для человека.

Источник: Получение и исследование структуры микроэмульсий додецилсульфат натрия—бутанол-1—керосин—водный раствор кислот, пригодных для химического полирования поверхности меди и алюминия / П. Е. Тюлягин; А. А. Стешенко; А. С. Полякова, Н. М. Мурашова // Технология неорганических веществ и материалов DOI: 10.31044 / 1684-5811-2023-24-9-322-328