CN101874006A - 制造多晶透明陶瓷衬底的方法和制造尖晶石衬底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在液晶投影仪的透明衬底等中所使用的多晶透明陶瓷衬底的制造方法。所述多晶透明陶瓷衬底的制造方法的特征在于包括：对成形为预定形状的陶瓷体进行烧结并制造多晶透明陶瓷烧结体的步骤；对所述多晶透明陶瓷烧结体进行切割并制造多个多晶透明陶瓷切割体的步骤；对所述多晶透明陶瓷切割体的切割面进行研磨并制造多晶透明陶瓷研磨体的步骤；以及向所述多晶透明陶瓷研磨体上施加抗反射涂层并制造涂层多晶透明陶瓷体的步骤。

Description

制造多晶透明陶瓷衬底的方法和制造尖晶石衬底的方法
技术领域
本发明涉及制造多晶透明陶瓷衬底的方法和制造尖晶石衬底的方法。本发明还涉及在电子用途的光学产品、尤其是在液晶投影仪的透明衬底等中所使用的多晶透明陶瓷衬底和尖晶石衬底的制造方法。
背景技术
在过去几年中，液晶投影仪已经可商购获得。在这些产品中，将液晶屏幕的正面和背面制成透明的，充当液晶面板的一面暴露在光下，通过透镜等来调节透过的光。用于保护这些种类的液晶投影仪的液晶屏幕的透明衬底，不仅需要保护液晶屏幕免遭受尘土或空气，还要提供热保护以免遭受相邻的光源、释放伴随光源的光引起液晶屏幕内产生吸热现象所致的温度升高而产生的热量，等等。
近来，具有优异透明度的多晶透明陶瓷衬底已经用作这些种类的透明衬底，其中代表性的是尖晶石(MgO·nAl2O3；n＝1～3)。还能够列出氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、硫化锌(ZnS)等作为多晶透明陶瓷。
在专利文献1～3中公开了具有良好透明度的尖晶石衬底和所述尖晶石衬底的制造方法。
专利文献1：特公平6-72045号公报
专利文献2：特开2006-273679号公报
专利文献3：特表平4-502748号公报
发明内容
技术问题
然而，在专利文献1～3中公开的制造尖晶石衬底的常规方法中，对单独制造成预定尺寸的尖晶石烧结体进行研磨、涂布抗反射(AR)涂层并制成预定的尖晶石衬底，所述方法不能廉价提供尖晶石衬底。
对于不仅能够廉价提供尖晶石衬底，而且还有其他多晶透明陶瓷衬底的制造方法，存在着需求。
因此，本发明旨在提供在液晶投影仪的透明衬底等中使用的多晶透明陶瓷衬底的廉价制造方法。
解决问题的手段
本发明人发现，使用通过下述方面公开的制造方法，能够廉价制造多晶透明陶瓷衬底，从而完成了本发明。
下面根据各个方面描述本发明。
本发明的第一方面是制造多晶透明陶瓷衬底的方法，其特征在于包括如下步骤：
通过对成形为预定形状的陶瓷体进行烧结来制造多晶透明陶瓷烧结体；
通过对所述多晶透明陶瓷烧结体进行切割来制造多个多晶透明陶瓷切割体；
通过对所述多晶透明陶瓷切割体的切割面进行研磨来制造多晶透明陶瓷研磨体；以及
通过向所述多晶透明陶瓷研磨体施加抗反射涂层来制造涂层多晶透明陶瓷体。
在第一方面的发明中，将制成预定形状(例如棒状或块状)的多晶透明陶瓷烧结体进行切割、研磨、涂布抗反射涂层、并随后切割成预定形状，从而制造多晶透明陶瓷衬底，这与单个制造[衬底]的常规制造方法不同。因此，能够一次制造大量多晶透明陶瓷衬底，并能够廉价制造所述多晶透明陶瓷衬底。
本发明的第二方面是制造尖晶石衬底的方法，其特征在于包括如下步骤：
通过对成形为预定形状的尖晶石进行烧结来制造尖晶石烧结体；
通过对所述尖晶石烧结体进行切割来制造多个尖晶石切割体；
通过对所述尖晶石切割体的切割面进行研磨来制造尖晶石研磨体；以及
通过向所述尖晶石研磨体施加抗反射涂层来制造涂层尖晶石体。
第二方面的发明是使用尖晶石烧结体制造多晶透明陶瓷衬底即尖晶石衬底的方法。
在第二方面的发明中，将制成预定形状(例如棒状或块状)的尖晶石烧结体进行切割、研磨、涂布抗反射涂层、并随后切割成预定形状，从而制造尖晶石衬底，这与单个制造[衬底]的常规制造方法不同。因此，能够一次制造大量尖晶石衬底，并能够廉价制造所述尖晶石衬底。
下面将对第二方面的各个步骤进行描述。
(制造尖晶石烧结体的步骤)
在压力机等中将尖晶石粉末成形为预定形状，然后在真空或预定气氛中进行烧结，从而制造尖晶石烧结体。在该阶段，预烧结的密度有时会不足，且透明度有时会不充分。在这种情况下使用热压或热等静压(HIP)进行致密化，并制造具有优异透明度的尖晶石烧结体。
在热等静压用于上述状况的情况中，由此制得的尖晶石烧结体，在1mm厚度下对450nm波长的可见光的透过率为84％以上，且透明度比使用热压时的更好。因此，优选使用热等静压。所述HIP的压力优选为约100～200MPa。所述HIP的温度优选为1700～1850℃。
(对尖晶石烧结体进行切割的步骤)
以预定厚度对所制得的尖晶石烧结体进行切割，从而制造多个尖晶石切割体。由于能够同时制造多个尖晶石切割体，所以本方法比常规的制造方法更有效率。
上述情况中的预定厚度是把后续步骤中的研磨等考虑进去后得到的厚度。
此外，切割厚度不需要相同，且还可采用切割成不同的厚度。由于能够制造具有不同厚度的尖晶石切割体，所以可以迅速满足对具有不同厚度的尖晶石透明衬底的需求。
(对所述尖晶石切割体进行研磨的步骤)
由于尖晶石切割体的切割面因切割而变得粗糙，所以如果不对所述表面进行处理，则会对切割面方向上的透明度产生不利影响。因此，对切割面进行研磨并使其平滑，从而恢复透明度。能够使用与常规制造方法中相同的研磨方法(例如，使用松散颗粒进行研磨等)。研磨过的表面的表面粗糙度优选为Ra≤0.01μm，且平行度和翘曲各自优选为10μm以下。
(向尖晶石研磨体施加抗反射涂层的步骤)
为了提高尖晶石研磨体的透明特性和表面稳定性，对所述表面(一面或两面)进行抗反射涂层处理。可直接使用在常规制造方法中通常使用的涂层材料和涂层方法(例如，涂层材料可以是MgF2或TiO2等；且涂层方法可以是真空沉积法或化学气相沉积(CVD)法等)。
通过上述步骤得到的涂层尖晶石体能够用作尖晶石衬底，但是还可以预先制造大的涂层尖晶石体，并使用切片锯等将涂层尖晶石体切割成预定尺寸，由此得到具有预定尺寸的尖晶石衬底。在这种情况中，由于涂层尖晶石体是一面或两面已经被涂布的尖晶石烧结体，所以利用切割能够同时得到大量尖晶石衬底，并能够廉价且高效地制造尖晶石衬底。
本发明的第三方面是根据第二方面制造制造尖晶石的方法，其特征在于还包括使用选自普通压制和冷等静压的至少一种对尖晶石成形体进行成形的步骤。
在第三方面的发明中，在尖晶石粉末成形中，通常使用与预定形状相匹配的压制成形，且在要进一步提高填充系数的情况中能够使用冷等静压(CIP)。由此能够制造更均匀的尖晶石成形体。
从提供具有均匀密度的成形体考虑，优选冷等静压。所述CIP的压力优选为约100～200MPa。
优选通过压制成形进行初步成形，然后通过CIP进行二次成形。
本发明的第四方面是根据第二或第三方面制造尖晶石衬底的方法，其特征在于，制造多个尖晶石切割体的步骤包括如下步骤：对所述尖晶石烧结体进行研磨以调整其外形；并利用线锯或片锯对具有调整的外形的所述尖晶石烧结体进行切割。
在第四方面的发明中，在对所述尖晶石成形体进行烧结时，使用在空气气氛中的烧结或真空烧结。能够根据尖晶石粉末中的杂质量来适当选择烧结方法。例如，在其中含有大量有机粘合剂的情况中，使用在空气气氛中的烧结。
此外，在已经完成了在空气气氛中的烧结或真空烧结之后，在使用气氛烧结来进行加压烧结时，优选能够进一步提高透明度特性。在气氛烧结中，所述气氛优选为氮气、氩气或氧气。
本发明的第五方面是根据第二至第四方面中任一方面制造尖晶石衬底的方法，其特征在于，制造多个尖晶石切割体的步骤包括如下步骤：
对所述尖晶石烧结体进行研磨以调整其外形；以及
利用线锯或片锯对具有调整的外形的所述尖晶石烧结体进行切割。
由于在通过研磨对尖晶石烧结体的外形进行调整之后，使用线锯或片锯来制造尖晶石切割体，因而在第五方面的发明中能够进行高效切割。
对尖晶石烧结体的外部进行研磨，消除尖晶石烧结体表面上的不规则性，因此有可能减少切割期间的废料。此外，在该步骤中，能够对用于液晶投影仪中尖晶石衬底的尺寸、平行度等进行必要的调整。
当使用线锯进行切割时，能够在一个周期内切出大量衬底，并能够更高效地得到尖晶石衬底。
本发明的第六方面是第二至第五方面中任一方面制造尖晶石衬底的方法，其特征在于，使用精研板执行制造尖晶石研磨体的步骤。
由于在第六方面的发明中使用精研板对尖晶石切割体进行研磨，所以能够将切割面研磨成更高的平滑度。
在上述第二至第六方面中，描述了由尖晶石烧结体制造尖晶石衬底的方法，但是在各个方面中公开的制造方法不仅能够应用于尖晶石烧结体，还能够应用于氧化镁、氮化铝、硫化锌以及各种其他多晶透明陶瓷体。
在这种情况中，所述CIP压力优选为约100～200MPa。所述HIP温度优选为1400～1900℃，且使用热等静压制造的多晶透明陶瓷烧结体在1mm厚度下对450nm波长的可见光的透过率为80％以上。通过利用抗反射涂层适当地涂布多晶陶瓷烧结体的侧面或两个侧面，可以提供具有优异直线透明度的透明多晶陶瓷烧结体。优选将MgF2、YF3、LaF3、CeF3、BaF2或其他金属氟化物用作抗反射涂层。具有SiO2、TiO2、Al2O3、Y2O3、Ta2O5、ZrO2和其他金属氧化物的多层也是可以的。物理气相沉积法能够用作提供抗反射涂层的手段；具体实例包括溅射法、离子电镀法和真空气相沉积法。
发明效果
通过应用本发明制造多晶透明陶瓷衬底的方法，能够廉价制造能够在液晶投影仪中用于透明衬底等的多晶透明陶瓷衬底。
优选实施方案描述
下面根据实施例，对本发明的优选实施方案进行更详细地描述。本发明不限于下述实施方案。在本发明的等同和等价范围内，可向下述实施方案添加多种修改。
应注意，尽管下列实施例中使用了尖晶石，但是也能够将氧化镁、氮化铝、硫化锌以及其他类似化合物应用于多晶透明陶瓷衬底中。
实施例
下面对实施例的各个步骤进行描述。
(制造尖晶石烧结体)
通过预成形(成形条件：196MPa)，在压力机中将尖晶石粉末(MgO·nAl2O3；n＝1.05～1.30)成形为棒状，并通过使用冷等静压(条件；196MPa)的二次成形进一步成形为尖晶石成形体。
随后将尖晶石成形体进行真空烧结(条件：1650℃×4小时)，并得到尖晶石烧结体。使用热等静压(条件：1750℃×2小时，200MPa)进一步施加压力和热，随后对表面进行研磨，消除不规则性，并最终得到尺寸为20×18×130mm的棒状尖晶石烧结体。
(对尖晶石烧结体进行切割)
使用多线锯(制造商：Yasunaga Corporation)将棒状尖晶石烧结体切割成1.2mm的厚度，并制造80个尖晶石切割体。
(对尖晶石切割体进行研磨)
使用精研板对各个尖晶石切割体的切割面进行研磨，并制造厚度为20×18×1mm的尖晶石研磨体(使用9、3和1μm的松散颗粒金刚石)。此处，表面粗糙度为Ra＝0.007μm，平行度为5.2μm，且翘曲为2.3μm。
(施加抗反射涂层)
使用真空沉积法，在完成了研磨的尖晶石烧结体的一个表面上施加0.1μm的MgF2单层涂层。
涂层后，对450nm波长可见光的透明度为91％以上。
当按如上所述使用本发明的制造方法时，能够一次性制造大量尖晶石衬底。

Claims (6)

1.一种制造多晶透明陶瓷衬底的方法，其特征在于包括如下步骤：
通过对成形为预定形状的陶瓷体进行烧结来制造多晶透明陶瓷烧结体；
通过对所述多晶透明陶瓷烧结体进行切割来制造多个多晶透明陶瓷切割体；
通过对所述多晶透明陶瓷切割体的切割面进行研磨来制造多晶透明陶瓷研磨体；以及
通过向所述多晶透明陶瓷研磨体施加抗反射涂层来制造涂层多晶透明陶瓷体。
2.一种制造尖晶石衬底的方法，其特征在于包括如下步骤：
通过对成形为预定形状的尖晶石成形体进行烧结来制造尖晶石烧结体；
通过对所述尖晶石烧结体进行切割来制造多个尖晶石切割体；
通过对所述尖晶石切割体的切割面进行研磨来制造尖晶石研磨体；以及
通过向所述尖晶石研磨体施加抗反射涂层来制造涂层尖晶石体。
3.如权利要求2所述的制造尖晶石衬底的方法，其特征在于，还包括如下步骤：使用选自普通压制和冷等静压中的至少一种以使所述尖晶石成形体成形。
4.如权利要求2或3所述的制造尖晶石衬底的方法，其特征在于，使用真空烧结、在空气气氛中烧结和气氛烧结中的一种来进行制造所述尖晶石烧结体的步骤。
5.如权利要求2或3所述的制造尖晶石衬底的方法，其特征在于，制造所述多个尖晶石切割体的步骤包括如下步骤：
对所述尖晶石烧结体进行研磨以调整其外形；以及
利用线锯或片锯对具有经调整的外形的所述尖晶石烧结体进行切割。
6.如权利要求2～5中任一项所述的制造尖晶石衬底的方法，其特征在于，使用精研板进行制造所述尖晶石研磨体的步骤。
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