حکاکی روی شیشه

حکاکی بر روی اجسام پیشینه ای دور و تقریبا برابر با سن نوع بشر دارد، کشیدن تصاویر و نوشتن بر روی سنگ ها و دیواره غارها اولین نمونه های حکاکی بر روی اجسام هستند. امروزه حکاکی پیشرفت های فراوانی کرده و به صورت یک هنر درآمده است. حکاکی روی شیشه را می توان به روش های متفاوتی انجام دا د که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.

حکاکی روی شیشه با قلم حکاکی

شکل عمومی قلم های حکاکی به صورت مته های کوچک با تیغه های سخت و گرد هستند که با چرخش تیغه و برخورد با سطح مورد نظر باعث خراش خوردن آن می شوند. جنس تیغه ها می تواند از الماس، کوارتز، فولاد و یا هر ماده سخت دیگری باشد. در این روش حکاکان ابتدا طرح مورد نظر را خود را بر روی شیشه می کشند، برای کشیدن طرح از شابلون نیز می توان استفاده کرد. پس از ایجاد طرح با ایتفاده از تیغه شیشه خراش داده می شود و طرح مورد نظر بر روی شیشه حک خواهد شد.

یکی از مواردی که در این نوع حکاکی باید مورد توجه قرار داد، جلوگیری از زیاد داغ شدن تیغه و شیشه است. داغی بیش از اندازه مته و شیشه می تواند هم به مته آسیب بزند و هم شیشه را بشکند، برای جلوگیری از این کار می توان از آب استفاده کرد. 

استفاده از چرخ مسی

استفاده از چرخ مسی یکی از روش های سنتی برای حکاکی روی شیشه است. در این روش یک چرخ مسی وجود دارد که به پدال وصل است و پدال نیز توسط پا چرخانده می شود. برای تغذیه چرخ نیز از یک سخت سخت مانند سیلیکون کاربید استفاده می شود.

تکنیک سندبلاست

روش سند بلاست که با نام حکاکی شن نیز شناخته می شود یکی از روش هایی است که برای حکاکی روی شیشه در مقیاس صنعتی استفاده می شود. ابتدا مناطقی که نباید خراش بردارند پوشانده می شوند و سپس شن با فشار بالا همراه با هوا بر روی شیشه دمیده می شود. برخورد شن با سرعت بالا با شیشه باعث خراش برداشتن و حک شدن طرح روی سطح می شود، طرح بدست آمده با این روش مات خواهد بود.

 

حکاکی نقطه ای

در این روش با استفاده از کاربید بر روی سطح نقطه هایی ایجاد می شوند که با تکرار این کار طرح مورد نظر به وجود می آید. استفاده از این روش نیازمند مهارت و صبر بالایی است و طرحی که به وجود می آید مات است.

حکاکی با لیزر

در حکاکی با لیزر اشعه لیزر بر روی سطح شیشه تابانده می شود و با حرارتی که ایجاد می کند تصویر مورد نظر بر روی شیشه ایجاد می شود.  این روش در مقیاس صنعتی و مواردی که نیاز باشد یک تصویر بر روی سطوح مختلف تکرار شود مورد استفاده قرار می گیرد.

 

حکاکی با مواد شیمیایی

مواد شیمیایی از جمله اسیدها که خاصیت خورندگی دارند می توانند برای حکاکی بر روی انواع سطوح شیشه ای، سنگی و فلزی مورد استفاده قرار گیرند. از محبوب ترین اسید ها برای حکاکی بر روی شیشه اسید هیدروفلوئوریک است که در ادامه به آن خواهیم پرداخت،. کرم آرمور نیز از جمله موادی است که اخیرا محبوبیت زیادی در بین حکاکان پیدا کرده است.

هیدروفلوئوریک اسید تنها اسیدی است که میتواند به SiO2بی شکل ، کوارتز و شیشه با سرعت قابل توجهی اثر بگذارد(حکاکی کند).
البته HF تنها اسید خورنده موجود نیست ولی در غلطت های بالا سمی است بطوریکه اثرات موضعی شامل تخریب بافت را در پی دارد و باعث نکروز شدن بافت و اندام ها میشود.
طبق گزارش ها، این اسید در غلظت های بالا در محدوده ای حتی کمتر از 2.5 درصد سطح بدن باعث مرگ شده است.
توصیه میشود علاوه بر استفاده از تجهیزات حفاظتی ، بهتر است برای استفاده در غلظت های پایین ، اسید با غلظت بالا را رقیق نکنیم و از همان ابتدا اسید با غلظت پایین را خریداری کنیم. 

 

پایداری در مقابل HF:

برای استفاده از اسید HF باید از ماسک های ضدنوری استفاده کرد. تمام ضد نورهای معمولی  در مقابل HF به اندازه کافی پایدارند که فقط اسید ضعیف با pka=3.14 میباشد. حتی HF 50% با گذشت چندین ساعت قادر نیست که به این ماسک ها نفوذ کند.

مشکلات چسبندگی لایه مقاوم ” واقعی در طی خوردگی HF“

در محدوده وسیع باید گفت که یک چسبندگی ضعیف باعث میشود که HF بیش از آنچه که انتظار مبرود به سطح زیرین لایه نفوذ کند. همچنین ممکن است در اثر نازک شدن لایه محافط در حین شستشوی مداوم  نفوذ شدید اتفاق بیوفتد.

مشخصات پراش شده نشان میدهد که آیا چسبندگی در برابر مقاومت ضعیف است یا چسبندگی اجتناب ناپذیری دارد(سمت چپ) تنها در صورت اخلال ایزوتروپیک ، تحت فشارهای اجتناب ناپذیر قرار میگیرد(سمت راست).

 

برای مقاوم کردن لایه محافط و چسبندگی و جلوگیری از وقوع موارد بالا کارهای زیر را انجام می دهیم:

1- سطوح یا ناخالصی های آلی را  میتوان در دو مرحله پاک سازی کرد.
استون ناخالصی های آلی را از بین میبرد و پس از  شستشو با ایزوپروپیل الکل، استون از بین میرود.
2- برای سطوح پاک با گرم کردن سطح در 120- 140 درجه سانتی گراد برای چند دقیقه باعث میشود که آب را از سطح بزداید.

در 150 درجه سانتی گراد پیوندهای OH موجود در SiO2 و شیشه ها شکسته خواهند شد لذا باعث افزایش چسبندگی لایه خواهد شد.در صورت لزوم لایه مقاوم را باید برای جلوگیری از جذب مجدد آب در دمای اتاق آنرا خنک کرد.
3- خوردگی ناقص سطح توسط HF به  این دلیل است که لایه نشانی ضعیف صورت گرفته که البته با گرما دادن بالای 700درجه سانتی گراد این مشکل رفع میشود.
4- برای بالا بردن چسبندگی لایه ، گرم کردن در دمای 140-150درجه سانتی گراد برای 5-10 دقیقه پس از آماده کردن سطح میتواند مفید باشد.

از آنجایی که ما فیلم (لایه) مقاوم را به این صورت اصلاح میکنیم خنک کردن در دمای اتاق نباید به طور ناگهانی انجام شود و دست زدن به آن با دقت انجام شود تا از ایجاد ترک جلوگیری شود.
یک درجه حرارت سخت تر باعث میشود که مقاومت در برابر اچینگ بعلت اتصال حرارتی رزین از بین برود. برای جلوگیری از سرد شدن و شکنندگی نباید سرد کردن را تا دمای اتاق به طور سریع انجام دهیم و باید با احتیاط صورت بگیرد. در دمای بالا تقریبا جدا کردن لایه از سطح غیرممکن می شود چون در این دما پیوند های عرضی از بین میرود و سطح ایجاد میشود.

 

مشکلات چسبندگی لایه مقاوم در حین خوردگی با HF

در حین خوردگی با HF با محلول های حاوی HF در طی شستشوی زیاد معمولا جدا شدن لایه مقاوم زیاد دیده میشود.
این مشکل طی یک مکانیسم ایحاد میشود:
ورم یا لایه لایه شدن در اثر اخلال در مقاومت خوردگی زیاد ، پوشیده شدن توسط لایه وقتی که خورنده به لایه مقاوم نفوذ کرده و به سطح می رسد.
علاوه بر سطح اصلاح شده هردومکانیسم را میتوان با یک فیلم مقاوم در برابر ضخامت کاهش داد بعنوان یک قاعده کلی لایه لایه شدن باعث میشود خوردگی تا 4برابر بیشتر از خوردگی HF در حالت عادی صورت بگیرد. همچنین استفاده از بافر HF به طور واضحی زمان جدا شدن لایه را ولانی تر خواهد کرد و از طرفی یون های HF2- شکل میگیرند و در این زمان توانایی نفوذ نسبت به زمانی که یون های F- هستند کمتر میشود.

یون های f- از طریق فیلم مقاوم در برابر مواد زیرین پخش میشود و ماده سوبسترا را تمییز میکند و به دنبال آن یک لایه ی مقاوم در برابر انبساط بزرگ تشکیل میدهد.

خوردگی شیشه:

برخلاف SiO2 ، شیشه با ترکیبات مختلف نشان دهنده وابستگی شدید بین سرعت حکاکی کردن و مواد افزودنی در حکاکی است.
مثال هایی از مواد افزودنی : هیدروکلریک اسید (HCl) و نیتریک اسید (HNO3). شیشه های SiO2 نامرغوب ، با ترکیب های مختلف توسط توانایی مقاومتشان در برابر مقابل خوردگی مشخص میشود.
HCL  و HNO3 که سطح فیلم را تشکیل میدهند روی شیشه حین خوردگی که اغلب در مقابل HF بی اثر هستند و باید متوقف شوند یا از سرعت خوردگی کاسته میشود بنابراین این مواد افزودنی اجازه میدهند تا حکاکی (اچینگ) با سرعت ثابت و بالایی انجام شود. در نتیجه این عمل باعث میشود برای افزایش نرخ حکاکی غلظت HF کاهش پیدا کند که این حرکت متناسب است با افزایش ثبات در برابر مقاومت در برابر لایه برداری.