CN105538813A - 一种蓝宝石屏幕及其生产工艺 - Google Patents

一种蓝宝石屏幕及其生产工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN105538813A
CN105538813A CN201510924415.2A CN201510924415A CN105538813A CN 105538813 A CN105538813 A CN 105538813A CN 201510924415 A CN201510924415 A CN 201510924415A CN 105538813 A CN105538813 A CN 105538813A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sapphire
layer
wafer
al2o3
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510924415.2A
Other languages
English (en)
Inventor
陈志华
周丹
张海锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ANHUI HAIJU INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
ANHUI HAIJU INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ANHUI HAIJU INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical ANHUI HAIJU INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201510924415.2A priority Critical patent/CN105538813A/zh
Publication of CN105538813A publication Critical patent/CN105538813A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/002—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising natural stone or artificial stone
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/34—Edge-defined film-fed crystal-growth using dies or slits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/20—Aluminium oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/0012—Mechanical treatment, e.g. roughening, deforming, stretching
    • B32B2038/0016—Abrading
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/04—Punching, slitting or perforating
    • B32B2038/045—Slitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/40—Properties of the layers or laminate having particular optical properties
    • B32B2307/412—Transparent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/536—Hardness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/546—Flexural strength; Flexion stiffness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/584—Scratch resistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B32B2457/20—Displays, e.g. liquid crystal displays, plasma displays
    • B32B2457/208—Touch screens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/0012—Mechanical treatment, e.g. roughening, deforming, stretching

Abstract

本发明公开了一种蓝宝石屏幕及其生产工艺，包括由外到内设置的5-90nm厚的外屏幕层、40nm-50μm厚的过渡层以及蓝宝石层，所述蓝宝石层为单一蓝宝石层或蓝宝石与复合材料通过复合方法实现双层、三层以及多层复合结构；所述蓝宝石层采用纯度为99.999％的Al2O3基质原料，光谱纯掺质原料Fe2O3和TiO2，得到掺铁钛蓝宝石晶片表示为Ti,Fe:α-Al2O3。采用本发明生长方法得到的蓝宝石屏幕，其切割抛光后的晶片四点弯曲强度高于1500MPa，300nm～5000nm范围的光谱透过率达到85％，且硬度更高、耐划伤性能更优异，可以实现高弯曲强度、优良光学性能商业化的蓝宝石屏幕材料的应用。

Description

一种蓝宝石屏幕及其生产工艺
技术领域
本发明涉及在电子产品、光学应用等生产生活中复合蓝宝石屏及其生产制备工艺。
背景技术
蓝宝石的莫氏硬度达到9，其硬度以及耐磨性仅次于金刚石，在自然界中属于高硬度材料。同时，蓝宝石抗划伤性能优异，化学性能稳定，且可见光的透过率高，适合制作光学器件。
随着触摸技术的发展，高硬度高抗划伤性能的屏幕材料受到越来越多的重视。而电子产品轻量化的要求也迫使电子产品制造商寻求单位厚度(或质量)强度更高的材料，而这使得蓝宝石替代传统使用的玻璃成为可能。如今，蓝宝石已经成功应用在手机的摄像头、Home键，而将蓝宝石开发制成触摸屏的研究工作也已经有了很大的突破。
现在，玻璃类材料对抗指纹效果的要求是水接触角达到115°，接触角越高，抗指纹效果越好，而蓝宝石本身的水接触角不到90°，所以将蓝宝石应用于各类电子视窗的触摸屏，对其进行抗指纹化处理是很有必要的，既可以提高屏幕的抗沾污性，同时还能改善手感。
蓝宝石晶片具有优越的综合性能，首先它具有超高的硬度和极低的摩擦系数，自然界仅仅次于金刚石；它在超宽波段(300nm～5000nm)具有高光学透过性能；并且，蓝宝石单晶具有优异的抗酸碱腐蚀能力，一般酸碱常温下甚至熔融状态下都无法被侵蚀。故蓝宝石单晶作为高端屏幕材料的商业化应用便应运而生，但是蓝宝石晶片在作为屏幕材料时，其常温下在外界弯曲应力作用下，通常会发生r面孪晶而导致晶片出现典型解理断裂，导致其晶片(120×55×0.6mm3)的四点弯曲强度通常为500～1200MPa范围，难以满足现代高力学强度屏幕材料的要求，限制了蓝宝石晶片更广领域的应用和发展。蓝宝石晶片r面孪晶导致的解理开裂，是脆性断裂的一种形式，它起源于r面孪晶后位错的塞积作用而引发的应力集中，从而导致r面典型的脆性解理断裂。基于蓝宝石晶片这种力学性能的缺陷，科研人员曾经提出过多种解决方法，比如美国专利US5702654，通过在蓝宝石晶片表面形成一层镁铝尖晶石第二相来达到强化作用，虽然该方法可以一定程度上提高蓝宝石的弯曲强度，但是仅仅通过表面改性的办法来达到强化的目的是不够的，并且表面第二相会降低蓝宝石晶体的光谱透过性能。而美国专利US6222194B1，采用快中子辐照强化蓝宝石晶片，当经1×1018neutrons/cm2的快中子辐照后，由于快中子辐照阻碍了孪晶的形成，故晶体的c轴强度大大提高。但该方法由于高昂的成本，无法开展规模化的产业应用。
发明内容
发明目的：本发明针对不足，提出一种抗指纹效果好、硬度高、透光率高且加工工艺简单的蓝宝石屏幕及其生产工艺。
技术方案：本发明所述的一种蓝宝石屏幕，包括由外到内设置的5-90nm厚的外屏幕层、40nm-50μm厚的过渡层以及蓝宝石层，所述蓝宝石层为单一蓝宝石层或蓝宝石与复合材料通过复合方法实现双层、三层以及多层复合结构；所述蓝宝石层采用纯度为99.999％的Al2O3基质原料，光谱纯掺质原料Fe2O3和TiO2，其中掺入的铁、钛元素含量分别为100ppm～3000ppm和100ppm～1000ppm，得到掺铁钛蓝宝石晶片表示为Ti,Fe:α-Al2O3。
作为优化，所述外屏幕层为含氟化合物层、含硅化合物层或两者的混合物层，含氟化合物为硅氧烷类的长链含氟化合物，所述含硅化合物为硅氧烷类的长链含硅化合物。
作为优化，所述外屏幕层的组分为CH3SiCl2CH2CH2COOCH2(CF2CF2)nH(n＝1～6)。
作为优化，所述过渡层为经原位生成得到的硅的氧化物层、钛的氧化物层或两者的混合物层。
作为优化，所述复合材料为同质或异质材料，选用蓝宝石、玻璃、塑料、陶瓷，YAG晶体等中的一种或几种。
作为优化，所述复合方法采用光胶方法、化学胶水胶合方法、PVC压膜方法、键合方法中的一种。
本发明还公开了一种蓝宝石屏幕的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)原料选择：采用原料Al2O3、Fe2O3和TiO2，混合均匀后烧结成Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块，然后将Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块采用导模法生长为Ti,Fe:α-Al2O3晶片，晶片生长结束后，置于有氧环境的马弗炉中退火处理；
(2)晶片切片：选用合适晶坨，切去晶颈，将晶坨固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的多线切割机，对晶坨进行切片；
(3)打磨：对切下来的蓝宝石晶片上盘，在研磨机上进行单片研磨，双面磨平，所用设备为磨盘直径300～500mm的蓝宝石双面研磨机或硅片双面研磨机；
(4)抛光：对已平面磨砂好的蓝宝石晶片进行双面抛光，单片加工，所用设备为磨盘直径300～500mm的蓝宝石双面抛光机或硅片双面抛光机；
(5)切割：抛光后的蓝宝石晶片在激光切割设备上进行定型切割，切割根据产品规格，在激光切割设备上设定，自动切割；
(6)复合：将生产出来的蓝宝石层与外屏幕层与过渡层进行复合。
作为优化，所述步骤(1)中的导模法生长Ti,Fe:α-Al2O3晶片的具体步骤为：
将烧结好的原料块装入具有导模模具的钼制坩埚中，将钼制坩埚和籽晶装入导模炉内，密封后将导模炉抽真空，并加热持续升温至2100～2150℃时，恒温1～5小时化料，使得掺质在熔体中均匀分布；
然后将定向籽晶缓慢下种，使之与钼制的导模模具顶部的熔体液面接触，待熔体在模具顶部均匀铺展开，经一设定时间后开动提拉机构生长晶体，生长速率控制为1～50mm/h；晶体生长结束后，以20～40℃/h速率降至室温，取出晶片再置于有氧环境的马弗炉中，采用1600～1800℃温度退火48～72小时，再以20～40℃/h速率降至室温，得到Ti,Fe:α-Al2O3晶片。
作为优化，步骤(2)所述的旋转装夹装置包括底座，底座上设有导轨，导轨上滑动安装有滑座，导轨末端固定有尾架，尾架上转动安装有转轴，转轴由尾架上端的伺服电机驱动，所述的滑座上旋合安装有与转轴正对的顶杆，顶杆端部转动安装有顶盘，顶杆的尾部伸出滑座并安装有盘装手柄。
作为优化，所述导模炉抽真空至1×10-3Pa～1×10-4Pa。
有益效果：与现有玻璃抗指纹材料相比，本发明所提供的抗指纹蓝宝石材料具备了蓝宝石高硬度的特点，其莫氏硬度达到9级(玻璃只有7级)，硬度更高、耐划伤性能更优异，其水接触角大于100°，即抗指纹效果与玻璃类材料一致，远远优于普通蓝宝石材料的抗指纹效果，同时手感更加滑爽，其透过率大于85％。通过过渡层的设置，使抗指纹层能够牢固附着在蓝宝石材料层上，本发明的抗指纹蓝宝石材料非常适宜用于手机、平板电脑等各类电子产品的触摸窗口。同时通过在该晶片在蓝宝石晶体中掺杂一定含量的高纯Fe2O3和TiO2，采用导模法技术生长得到Ti,Fe:α-Al2O3晶片。采用了导模法技术的毛细管传质特征：其熔体在毛细管中对流作用非常弱，故晶体在生长过程中由分凝现象排出的溶质，只有靠扩散向熔体主体中运动，所以可以快速生长出掺质均匀、光学优良的Ti,Fe:α-Al2O3晶片；通过Fe3+和Ti4+对基质Al3+的不等径取代机制，而引起局部晶格的畸变作用，这种缺陷有效地阻碍了蓝宝石r面孪晶的启动，从而强化了蓝宝石晶片。与普通蓝宝石晶片相比，本发明生长的Ti,Fe:α-Al2O3晶片无色透明，光学均匀，力学性能优良，具有显著更高的弯曲强度，并且掺入的铁钛离子不损害晶片的光谱透过性能，可以实现高弯曲强度、优良光学性能商业化的蓝宝石屏幕材料的应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种蓝宝石屏幕，包括由外到内设置的5nm厚的外屏幕层、40nm厚的过渡层以及蓝宝石层，所述蓝宝石层为单一蓝宝石层或蓝宝石与复合材料通过复合方法实现双层、三层以及多层复合结构；所述蓝宝石层采用纯度为99.999％的Al2O3基质原料，光谱纯掺质原料Fe2O3和TiO2，其中掺入的铁、钛元素含量分别为100ppm和100ppm，得到掺铁钛蓝宝石晶片表示为Ti,Fe:α-Al2O3。
所述外屏幕层为含氟化合物层、含硅化合物层或两者的混合物层，含氟化合物为硅氧烷类的长链含氟化合物，所述含硅化合物为硅氧烷类的长链含硅化合物。所述外屏幕层的组分为CH3SiCl2CH2CH2COOCH2(CF2CF2)nH(n＝1～6)。所述过渡层为经原位生成得到的硅的氧化物层、钛的氧化物层或两者的混合物层。所述复合材料为同质或异质材料，选用蓝宝石、玻璃、塑料、陶瓷，YAG晶体等中的一种或几种。所述复合方法采用光胶方法、化学胶水胶合方法、PVC压膜方法、键合方法中的一种。
上述一种蓝宝石屏幕的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)原料选择：采用原料Al2O3、Fe2O3和TiO2，混合均匀后烧结成Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块，然后将Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块采用导模法生长为Ti,Fe:α-Al2O3晶片，晶片生长结束后，置于有氧环境的马弗炉中退火处理；导模法生长Ti,Fe:α-Al2O3晶片的具体步骤为：
将烧结好的原料块装入具有导模模具的钼制坩埚中，将钼制坩埚和籽晶装入导模炉内，密封后将导模炉抽真空，并加热持续升温至2100～2150℃时，恒温1～5小时化料，使得掺质在熔体中均匀分布；
然后将定向籽晶缓慢下种，使之与钼制的导模模具顶部的熔体液面接触，待熔体在模具顶部均匀铺展开，经一设定时间后开动提拉机构生长晶体，生长速率控制为1～50mm/h；晶体生长结束后，以20℃/h速率降至室温，取出晶片再置于有氧环境的马弗炉中，采用1600℃温度退火48小时，再以20℃/h速率降至室温，得到Ti,Fe:α-Al2O3晶片；
(2)晶片切片：选用合适晶坨，切去晶颈，将晶坨固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的多线切割机，对晶坨进行切片；旋转装夹装置包括底座，底座上设有导轨，导轨上滑动安装有滑座，导轨末端固定有尾架，尾架上转动安装有转轴，转轴由尾架上端的伺服电机驱动，所述的滑座上旋合安装有与转轴正对的顶杆，顶杆端部转动安装有顶盘，顶杆的尾部伸出滑座并安装有盘装手柄；
(3)打磨：对切下来的蓝宝石晶片上盘，在研磨机上进行单片研磨，双面磨平，所用设备为磨盘直径300mm的蓝宝石双面研磨机或硅片双面研磨机；
(4)抛光：对已平面磨砂好的蓝宝石晶片进行双面抛光，单片加工，所用设备为磨盘直径300mm的蓝宝石双面抛光机或硅片双面抛光机；
(5)切割：抛光后的蓝宝石晶片在激光切割设备上进行定型切割，切割根据产品规格，在激光切割设备上设定，自动切割；
(6)复合：将生产出来的蓝宝石层与外屏幕层与过渡层进行复合。
实施例2
一种蓝宝石屏幕，包括由外到内设置的45nm厚的外屏幕层、450nm厚的过渡层以及蓝宝石层，所述蓝宝石层为单一蓝宝石层或蓝宝石与复合材料通过复合方法实现双层、三层以及多层复合结构；所述蓝宝石层采用纯度为99.999％的Al2O3基质原料，光谱纯掺质原料Fe2O3和TiO2，其中掺入的铁、钛元素含量分别为2000ppm和500ppm，得到掺铁钛蓝宝石晶片表示为Ti,Fe:α-Al2O3。
所述外屏幕层为含氟化合物层、含硅化合物层或两者的混合物层，含氟化合物为硅氧烷类的长链含氟化合物，所述含硅化合物为硅氧烷类的长链含硅化合物。所述外屏幕层的组分为CH3SiCl2CH2CH2COOCH2(CF2CF2)nH(n＝1～6)。所述过渡层为经原位生成得到的硅的氧化物层、钛的氧化物层或两者的混合物层。所述复合材料为同质或异质材料，选用蓝宝石、玻璃、塑料、陶瓷，YAG晶体等中的一种或几种。所述复合方法采用光胶方法、化学胶水胶合方法、PVC压膜方法、键合方法中的一种。
上述一种蓝宝石屏幕的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)原料选择：采用原料Al2O3、Fe2O3和TiO2，混合均匀后烧结成Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块，然后将Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块采用导模法生长为Ti,Fe:α-Al2O3晶片，晶片生长结束后，置于有氧环境的马弗炉中退火处理；导模法生长Ti,Fe:α-Al2O3晶片的具体步骤为：
将烧结好的原料块装入具有导模模具的钼制坩埚中，将钼制坩埚和籽晶装入导模炉内，密封后将导模炉抽真空，并加热持续升温至2125℃时，恒温1～5小时化料，使得掺质在熔体中均匀分布；
然后将定向籽晶缓慢下种，使之与钼制的导模模具顶部的熔体液面接触，待熔体在模具顶部均匀铺展开，经一设定时间后开动提拉机构生长晶体，生长速率控制为1～50mm/h；晶体生长结束后，以30℃/h速率降至室温，取出晶片再置于有氧环境的马弗炉中，采用1700℃温度退火56小时，再以30℃/h速率降至室温，得到Ti,Fe:α-Al2O3晶片；
(2)晶片切片：选用合适晶坨，切去晶颈，将晶坨固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的多线切割机，对晶坨进行切片；旋转装夹装置包括底座，底座上设有导轨，导轨上滑动安装有滑座，导轨末端固定有尾架，尾架上转动安装有转轴，转轴由尾架上端的伺服电机驱动，所述的滑座上旋合安装有与转轴正对的顶杆，顶杆端部转动安装有顶盘，顶杆的尾部伸出滑座并安装有盘装手柄；
(3)打磨：对切下来的蓝宝石晶片上盘，在研磨机上进行单片研磨，双面磨平，所用设备为磨盘直径400mm的蓝宝石双面研磨机或硅片双面研磨机；
(4)抛光：对已平面磨砂好的蓝宝石晶片进行双面抛光，单片加工，所用设备为磨盘直径400mm的蓝宝石双面抛光机或硅片双面抛光机；
(5)切割：抛光后的蓝宝石晶片在激光切割设备上进行定型切割，切割根据产品规格，在激光切割设备上设定，自动切割；
(6)复合：将生产出来的蓝宝石层与外屏幕层与过渡层进行复合。
实施例3
一种蓝宝石屏幕，包括由外到内设置的90nm厚的外屏幕层、50μm厚的过渡层以及蓝宝石层，所述蓝宝石层为单一蓝宝石层或蓝宝石与复合材料通过复合方法实现双层、三层以及多层复合结构；所述蓝宝石层采用纯度为99.999％的Al2O3基质原料，光谱纯掺质原料Fe2O3和TiO2，其中掺入的铁、钛元素含量分别为3000ppm和1000ppm，得到掺铁钛蓝宝石晶片表示为Ti,Fe:α-Al2O3。
所述外屏幕层为含氟化合物层、含硅化合物层或两者的混合物层，含氟化合物为硅氧烷类的长链含氟化合物，所述含硅化合物为硅氧烷类的长链含硅化合物。所述外屏幕层的组分为CH3SiCl2CH2CH2COOCH2(CF2CF2)nH(n＝1～6)。所述过渡层为经原位生成得到的硅的氧化物层、钛的氧化物层或两者的混合物层。所述复合材料为同质或异质材料，选用蓝宝石、玻璃、塑料、陶瓷，YAG晶体等中的一种或几种。所述复合方法采用光胶方法、化学胶水胶合方法、PVC压膜方法、键合方法中的一种。
上述一种蓝宝石屏幕的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)原料选择：采用原料Al2O3、Fe2O3和TiO2，混合均匀后烧结成Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块，然后将Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块采用导模法生长为Ti,Fe:α-Al2O3晶片，晶片生长结束后，置于有氧环境的马弗炉中退火处理；导模法生长Ti,Fe:α-Al2O3晶片的具体步骤为：
将烧结好的原料块装入具有导模模具的钼制坩埚中，将钼制坩埚和籽晶装入导模炉内，密封后将导模炉抽真空，并加热持续升温至2150℃时，恒温5小时化料，使得掺质在熔体中均匀分布；
然后将定向籽晶缓慢下种，使之与钼制的导模模具顶部的熔体液面接触，待熔体在模具顶部均匀铺展开，经一设定时间后开动提拉机构生长晶体，生长速率控制为1～50mm/h；晶体生长结束后，以40℃/h速率降至室温，取出晶片再置于有氧环境的马弗炉中，采用1800℃温度退火72小时，再以40℃/h速率降至室温，得到Ti,Fe:α-Al2O3晶片；
(2)晶片切片：选用合适晶坨，切去晶颈，将晶坨固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的多线切割机，对晶坨进行切片；旋转装夹装置包括底座，底座上设有导轨，导轨上滑动安装有滑座，导轨末端固定有尾架，尾架上转动安装有转轴，转轴由尾架上端的伺服电机驱动，所述的滑座上旋合安装有与转轴正对的顶杆，顶杆端部转动安装有顶盘，顶杆的尾部伸出滑座并安装有盘装手柄；
(3)打磨：对切下来的蓝宝石晶片上盘，在研磨机上进行单片研磨，双面磨平，所用设备为磨盘直径500mm的蓝宝石双面研磨机或硅片双面研磨机；
(4)抛光：对已平面磨砂好的蓝宝石晶片进行双面抛光，单片加工，所用设备为磨盘直径500mm的蓝宝石双面抛光机或硅片双面抛光机；
(5)切割：抛光后的蓝宝石晶片在激光切割设备上进行定型切割，切割根据产品规格，在激光切割设备上设定，自动切割；
(6)复合：将生产出来的蓝宝石层与外屏幕层与过渡层进行复合。
与现有玻璃抗指纹材料相比，本发明所提供的抗指纹蓝宝石材料具备了蓝宝石高硬度的特点，其莫氏硬度达到9级(玻璃只有7级)，硬度更高、耐划伤性能更优异，其水接触角大于100°，即抗指纹效果与玻璃类材料一致，远远优于普通蓝宝石材料的抗指纹效果，同时手感更加滑爽，其透过率大于85％。通过过渡层的设置，使抗指纹层能够牢固附着在蓝宝石材料层上，本发明的抗指纹蓝宝石材料非常适宜用于手机、平板电脑等各类电子产品的触摸窗口。同时通过在该晶片在蓝宝石晶体中掺杂一定
含量的高纯Fe2O3和TiO2，采用导模法技术生长得到Ti,Fe:α-Al2O3晶片。采用了导模法技术的毛细管传质特征：其熔体在毛细管中对流作用非常弱，故晶体在生长过程中由分凝现象排出的溶质，只有靠扩散向熔体主体中运动，所以可以快速生长出掺质均匀、光学优良的Ti,Fe:α-Al2O3晶片；通过Fe3+和Ti4+对基质Al3+的不等径取代机制，而引起局部晶格的畸变作用，这种缺陷有效地阻碍了蓝宝石r面孪晶的启动，从而强化了蓝宝石晶片。与普通蓝宝石晶片相比，本发明生长的Ti,Fe:α-Al2O3晶片无色透明，光学均匀，力学性能优良，具有显著更高的弯曲强度，并且掺入的铁钛离子不损害晶片的光谱透过性能，可以实现高弯曲强度、优良光学性能商业化的蓝宝石屏幕材料的应用。

Claims (10)

1.一种蓝宝石屏幕，其特征在于：包括由外到内设置的5-90nm厚的外屏幕层、40nm-50μm厚的过渡层以及蓝宝石层，所述蓝宝石层为单一蓝宝石层或蓝宝石与复合材料通过复合方法实现双层、三层以及多层复合结构；所述蓝宝石层采用纯度为99.999％的Al2O3基质原料，光谱纯掺质原料Fe2O3和TiO2，其中掺入的铁、钛元素含量分别为100ppm～3000ppm和100ppm～1000ppm，得到掺铁钛蓝宝石晶片表示为Ti,Fe:α-Al2O3。
2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石屏幕，其特征在于：所述外屏幕层为含氟化合物层、含硅化合物层或两者的混合物层，含氟化合物为硅氧烷类的长链含氟化合物，所述含硅化合物为硅氧烷类的长链含硅化合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种蓝宝石屏幕，其特征在于：所述外屏幕层的组分为CH3SiCl2CH2CH2COOCH2(CF2CF2)nH(n＝1～6)。
4.根据权利要求1所述的一种蓝宝石屏幕，其特征在于：所述过渡层为经原位生成得到的硅的氧化物层、钛的氧化物层或两者的混合物层。
5.根据权利要求1所述的一种蓝宝石屏幕，其特征在于：所述复合材料为同质或异质材料，选用蓝宝石、玻璃、塑料、陶瓷，YAG晶体中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种蓝宝石屏幕，其特征在于：所述复合方法采用光胶方法、化学胶水胶合方法、PVC压膜方法、键合方法中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种蓝宝石屏幕的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)原料选择：采用原料Al2O3、Fe2O3和TiO2，混合均匀后烧结成Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块，然后将Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块采用导模法生长为Ti,Fe:α-Al2O3晶片，晶片生长结束后，置于有氧环境的马弗炉中退火处理；
(2)晶片切片：选用合适晶坨，切去晶颈，将晶坨固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的多线切割机，对晶坨进行切片；
(3)打磨：对切下来的蓝宝石晶片上盘，在研磨机上进行单片研磨，双面磨平，所用设备为磨盘直径300～500mm的蓝宝石双面研磨机或硅片双面研磨机；
(4)抛光：对已平面磨砂好的蓝宝石晶片进行双面抛光，单片加工，所用设备为磨盘直径300～500mm的蓝宝石双面抛光机或硅片双面抛光机；
(5)切割：抛光后的蓝宝石晶片在激光切割设备上进行定型切割，切割根据产品规格，在激光切割设备上设定，自动切割；
(6)复合：将生产出来的蓝宝石层与外屏幕层与过渡层进行复合。
8.根据权利要求7所述的一种蓝宝石屏幕的生产工艺，其特征在于：所述步骤(1)中的导模法生长Ti,Fe:α-Al2O3晶片的具体步骤为：
将烧结好的原料块装入具有导模模具的钼制坩埚中，将钼制坩埚和籽晶装入导模炉内，密封后将导模炉抽真空，并加热持续升温至2100～2150℃时，恒温1～5小时化料，使得掺质在熔体中均匀分布；
然后将定向籽晶缓慢下种，使之与钼制的导模模具顶部的熔体液面接触，待熔体在模具顶部均匀铺展开，经一设定时间后开动提拉机构生长晶体，生长速率控制为1～50mm/h；晶体生长结束后，以20～40℃/h速率降至室温，取出晶片再置于有氧环境的马弗炉中，采用1600～1800℃温度退火48～72小时，再以20～40℃/h速率降至室温，得到Ti,Fe:α-Al2O3晶片。
9.根据权利要求7所述的一种蓝宝石屏幕的生产工艺，其特征在于：步骤(2)所述的旋转装夹装置包括底座，底座上设有导轨，导轨上滑动安装有滑座，导轨末端固定有尾架，尾架上转动安装有转轴，转轴由尾架上端的伺服电机驱动，所述的滑座上旋合安装有与转轴正对的顶杆，顶杆端部转动安装有顶盘，顶杆的尾部伸出滑座并安装有盘装手柄。
10.根据权利要求7所述的一种蓝宝石屏幕的生产工艺，其特征在于：所述导模炉抽真空至1×10-3Pa～1×10-4Pa。
CN201510924415.2A 2015-12-09 2015-12-09 一种蓝宝石屏幕及其生产工艺 Pending CN105538813A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510924415.2A CN105538813A (zh) 2015-12-09 2015-12-09 一种蓝宝石屏幕及其生产工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510924415.2A CN105538813A (zh) 2015-12-09 2015-12-09 一种蓝宝石屏幕及其生产工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105538813A true CN105538813A (zh) 2016-05-04

Family

ID=55818571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510924415.2A Pending CN105538813A (zh) 2015-12-09 2015-12-09 一种蓝宝石屏幕及其生产工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105538813A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106435504A (zh) * 2016-12-02 2017-02-22 赫得纳米科技(昆山)有限公司 在铝合金表面镀抗指纹膜的方法
CN106827688A (zh) * 2016-12-30 2017-06-13 惠州市众业科技有限公司 金属胚料保护膜
CN106862747A (zh) * 2017-04-01 2017-06-20 江苏中电振华晶体技术有限公司 一种用于大尺寸蓝宝石光窗的扩散焊接装置及其焊接方法
CN107937983A (zh) * 2018-01-04 2018-04-20 河北工业大学 一种多成分掺杂的蓝宝石材料及其制备方法和应用
CN110396724A (zh) * 2019-08-07 2019-11-01 苏州恒嘉晶体材料有限公司 一种蓝宝石光学片的处理方法
CN110603496A (zh) * 2017-03-17 2019-12-20 Fgp资本公司 包括晶体或屏幕的装置
CN110587842A (zh) * 2019-10-25 2019-12-20 江苏晶杰光电科技有限公司 一种碳化硅单晶晶片制造工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103014857A (zh) * 2013-01-10 2013-04-03 苏州巍迩光电科技有限公司 一种星化蓝宝石晶片及其制备方法
CN103014856A (zh) * 2013-01-10 2013-04-03 苏州巍迩光电科技有限公司 掺铁钛蓝宝石晶片及其制备方法
CN103640273A (zh) * 2013-11-26 2014-03-19 浙江上城科技有限公司 一种抗指纹蓝宝石材料
CN103895114A (zh) * 2014-03-28 2014-07-02 合肥晶桥光电材料有限公司 一种蓝宝石屏加工工艺

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103014857A (zh) * 2013-01-10 2013-04-03 苏州巍迩光电科技有限公司 一种星化蓝宝石晶片及其制备方法
CN103014856A (zh) * 2013-01-10 2013-04-03 苏州巍迩光电科技有限公司 掺铁钛蓝宝石晶片及其制备方法
CN103640273A (zh) * 2013-11-26 2014-03-19 浙江上城科技有限公司 一种抗指纹蓝宝石材料
CN103895114A (zh) * 2014-03-28 2014-07-02 合肥晶桥光电材料有限公司 一种蓝宝石屏加工工艺

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106435504A (zh) * 2016-12-02 2017-02-22 赫得纳米科技(昆山)有限公司 在铝合金表面镀抗指纹膜的方法
CN106827688A (zh) * 2016-12-30 2017-06-13 惠州市众业科技有限公司 金属胚料保护膜
CN110603496A (zh) * 2017-03-17 2019-12-20 Fgp资本公司 包括晶体或屏幕的装置
CN106862747A (zh) * 2017-04-01 2017-06-20 江苏中电振华晶体技术有限公司 一种用于大尺寸蓝宝石光窗的扩散焊接装置及其焊接方法
CN107937983A (zh) * 2018-01-04 2018-04-20 河北工业大学 一种多成分掺杂的蓝宝石材料及其制备方法和应用
CN110396724A (zh) * 2019-08-07 2019-11-01 苏州恒嘉晶体材料有限公司 一种蓝宝石光学片的处理方法
CN110587842A (zh) * 2019-10-25 2019-12-20 江苏晶杰光电科技有限公司 一种碳化硅单晶晶片制造工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105538813A (zh) 一种蓝宝石屏幕及其生产工艺
KR101423963B1 (ko) 사파이어 재료 및 그의 제조방법
Shan et al. Influence of TiO2 on the physical properties of low-temperature ceramic vitrified bond and mechanical properties of CBN composites
JP2008301066A (ja) タンタル酸リチウム（ｌｔ）又はニオブ酸リチウム（ｌｎ）単結晶複合基板
CN101918338A (zh) 一种具有择优取向的多晶氧化铝透明陶瓷及其制备方法
US20070087204A1 (en) Low loss visible-IR transmitting glass-ceramic spinel composites and process
CN104108880B (zh) 一种无铅钾钡玻璃
CN113563063B (zh) 高致密细晶粒的氧化锌掺杂氧化锡基陶瓷靶材及其制备方法
CN113149652B (zh) 基于冷烧结技术制备的高透光率透明陶瓷及其制备方法
CN108423984A (zh) 一种二价锰掺杂的全无机钙钛矿量子点玻璃及其制备方法和应用
CN109721379B (zh) 一种用AlON粉体作为原料连接AlON陶瓷的方法
CN103014856B (zh) 掺铁钛蓝宝石晶片及其制备方法
CN108623287A (zh) 一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法
CN105314852A (zh) 一种稀土掺杂钙铝硅系透明玻璃陶瓷及其制备方法
CN105128157B (zh) 蓝宝石指纹识别面板的制备方法
CN101876059A (zh) 一种透明氧化物半导体InGaZn4O7薄膜的制备方法
US8663781B2 (en) Ceramic article and method for making same, and electronic device using same
CN108456927A (zh) 一种大尺寸LiTaO3晶体的全自动控制晶体生长方法
CN104445952A (zh) 一种高硬度透明微晶玻璃及其制备方法
KR101792594B1 (ko) 사파이어 글래스 및 그의 제조방법
CN105154968A (zh) 蓝宝石led灯丝基板的制备方法
CN1281788A (zh) 陶瓷－微晶玻璃梯度复合板材及生产工艺方法
CN108675770B (zh) 一种氧化铅陶瓷的制备方法
CN112062472B (zh) 一种高硬度Lu2Si2O7透明微晶玻璃及其制备方法
CN105541354A (zh) 抗水化坩埚用CaO耐火材料及其坩埚的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160504

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication