青板ガラスをフッ酸でエッチングすると表面が白濁してきます。
白濁した表面を顕微鏡で観察すると、数ミクロンの凹凸が見えます。
このように不均一にエッチングされるメカニズムはどのようなものなのでしょうか。
ガラスが数ミクロンの大きさで不均一になっていると思えないので、
現象の説明に苦慮しています。
よろしくお願いします。

A 回答 (3件)

はじめまして



専門家(仕事では使ってますが)ではないので知っている範囲になりますが、

フッ酸の濃度はどのくらいでしょうか?
どのくらいエッチングで削るのでしょうか?
エッチングレートは何%以内になりますか?
フッ酸以外の化合物は何でしょうか?


SiO2 + 4HF(aq) → SiF4 + 2H2O(l)
SiO2 + 6HF(aq) → H2[SiF6](aq) + 2H2O(l)
↑ガラスとフッ酸の化学式


フッ酸とガラスとの反応以外にも、ガラスに含まれているカルシウムが溶けます。
数ミクロンとなってますが、基本的に腐食させているので凹凸は出来ると思います。

数ミクロンの精度で凹凸をコントロールするのはものすごい技術になると思います。
↑これを求めてらっしゃる方?
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専門家でないので詳しいことは分かりませんが、趣味でガラスエッチングを少しやったことがあります。


そこで一度試してみたのですがフッ化水素酸をガラスに塗布しても白濁(いわゆる擦りガラス)にはならず強力なエッチング作用でカンナで削ったように綺麗に解けていきましたけど。
ただフッ化水素酸を噴霧状にしそのガス中にガラスを晒すと白濁しました。
ちなみにホビーで使用するエッチング材(クリーム状)のものには色々入ってるようでフッ化水素酸以外が作用してるのでは無いかと推測します
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何でしょうね。


磨きガラスなど、表面に目に見えない研磨のストレスが残っているようなものでは、エッチングで応力のかかっている部分、あるいは目に見えない傷が優先的に溶けて凹凸ができる可能性がありますが、青板ガラスは多分フロート法で作られたガラスなので、そのような微細な傷や応力が残っているかどうか・・。
あと、フッ酸に溶けないフッ化カルシウムの沈殿が表面に着いて、エッチング速度に差ができているのかもしれません。
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Aベストアンサー

端的には「高pH化により、SiO2溶解反応が緩和される」ということだと思います。
http://www.stella-chemifa.co.jp/product/bhfsa.html


二酸化珪素がフッ化水素酸によって溶解される場合、まず酸素原子へのプロトン
付加が起こり、次に脱水、そしてSi-F結合の形成、という順序で反応が進むものと
思われます。
従って、pHが低い(=プロトン濃度が高い)ほど溶解反応は活発になり、逆にpHが高いと
溶解反応は穏やかになる、と考えられます。


  O
  |
-Si-OH + H^+
  |

   ↑↓  ←平衡反応 : H^+が多い(=pHが低い)ほど、反応が下に進みやすくなる

  O
  |  +
-Si-OH2
  |

   ↑↓

  O
  |
-Si^+
  |

   ↓ + F^-

  O
  |
-Si^-F
  |

  ↓

以下、同様に反応が繰り返され、最終的にはヘキサフルオロ珪酸(H2SiF6)を生じる。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%83%E5%8C%96%E6%B0%B4%E7%B4%A0

端的には「高pH化により、SiO2溶解反応が緩和される」ということだと思います。
http://www.stella-chemifa.co.jp/product/bhfsa.html


二酸化珪素がフッ化水素酸によって溶解される場合、まず酸素原子へのプロトン
付加が起こり、次に脱水、そしてSi-F結合の形成、という順序で反応が進むものと
思われます。
従って、pHが低い(=プロトン濃度が高い)ほど溶解反応は活発になり、逆にpHが高いと
溶解反応は穏やかになる、と考えられます。


  O
  |
-Si-OH + H^+
  |

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