CN108863439B - 一种使表面未抛光蓝宝石增透的玻璃化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使表面未抛光蓝宝石增透的玻璃化处理方法及其生产工艺，玻璃化处理时所用的外加玻璃成分按摩尔百分比分别为10‑30％RE2O3(RE＝Y，La，Gd，Ce)和90％‑70％SiO2，选用的是未抛光或者单面抛光的蓝宝石。将稀土RE2O3和SiO2原料充分混合后均匀置于未抛光的蓝宝石表面，厚度1mm以上，在高温炉中1400℃‑1600℃之间，保温2小时以上，然后炉内降温至室温，出炉，检验，最后获得所需的透明度明显增加的蓝宝石，是用于红外光学、LED基板，光电显示、军工、透镜等行业领域。

Description

一种使表面未抛光蓝宝石增透的玻璃化处理方法
技术领域
本发明涉及一种使表面未抛光蓝宝石增透的玻璃化处理方法，具体说，是涉及通过对未经过抛光的蓝宝石表面进行玻璃化处理，降低制备成本和大幅度提高其光学透过性，使其成为工业自动化生产线不可或缺的关键元件，适合用于红外光学、LED基板、光电显示、军工、光学透镜、电子器件、耐热部件等行业领域，属于功能材料技术领域。
背景技术
蓝宝石是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料。它具有强度、硬度高(莫氏硬度9)，耐高温(熔点达2050℃)、耐磨擦、耐腐蚀能力强，化学性质稳定，不受酸腐蚀，只有在高温下才能为氢氟酸(HF)、磷酸(H2PO4)以及熔化的氢氧化钾(KOH)所侵蚀：且具有同氮化镓等半导体材料结合匹配性好、光透性能、电绝缘性能优良等一系列特性。
蓝宝石单晶是一种优良的透波材料，在紫外、可见光、红外波段、微波都具有良好的透过率，可以满足多模式复合制导(电视、红外成像、雷达等)的要求，在军事工业等领域被用作窗口材料及整流罩部件，在光电通讯领域作为重要的窗口材料使用。蓝宝石材料可以生长制备大尺寸的单晶，其内部缺陷很少，没有晶界、孔隙等散射源，强度的损失很小，透波率很高，是目前透波部件的首选材料；此外，由于蓝宝石电绝缘、透明、易导热、硬度高，因此可以用来作为集成电路的衬底材料，可广泛用于发光二极管(LED)及微电子电路，从而替代高价的氮化硅衬底，制作超高速集成电路；可以做成光学传感器以及其它一些光学通信和光波导器件。如高温高压或真空容器的观察窗、液晶显示投影仪的散热板、有害气体检测仪和火灾监测仪的窗口、光纤通讯接头盒等。
但国内在蓝宝石的后续加工方面仍存在较大的问题，由于蓝宝石的高硬度、耐摩擦的特点在蓝宝石抛光时产生了高昂的费用。本发明主要针对抛光难题，提出了新型的处理方法一一蓝宝石表面玻璃化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过蓝宝石表面玻璃化处理来大幅度提高未抛光蓝宝石的光学透过率，本发明的蓝宝石表面玻璃化处理的方法只需按比例配置玻璃成分，然后在一定温度条件下保温和炉内缓慢降温便可大幅度提高蓝宝石的光学透过性，降低了用传统机械抛光带来的高额费用，同时极大程度上改善了传统玻璃的制备工艺和成本。
本发明选择用RE2O3(RE＝Y，La，Gd，Ce)和SiO2系统作为玻璃化时所需的原料，选用未抛光或者单面抛光的蓝宝石作为基片材料，将调整玻璃的组分配方，采用玻璃原料的铺设、熔制、退火、检验、性能测试工艺步骤来实现其目的。
本发明的未抛光蓝宝石增透的玻璃化处理方法，其特征是选用的未抛光或单面抛光的蓝宝石基片材料并提供玻璃相中Al2O3的含量，其玻璃化时外加玻璃成分按摩尔百分比为
RE2O3 10-30％
SiO2 70％-90％
使未抛光蓝宝石增透的玻璃化处理方法包括如下步骤：
a)玻璃化时玻璃成分配料的制备
将原料按上述的组分及含量经充分混合后制得玻璃配合料；再将玻璃配料均匀置于未抛光的蓝宝石基片上，玻璃配料的厚度保持在1mm以上。
b)配合料的熔制
将由步骤a制得的蓝宝石基片和玻璃配合料置于容器中热处理，热处理温度为1400-1600℃，保温时间为2小时以上，然后继续让蓝宝石基片置于炉体内随炉体自然降温，最后出炉，检验，即得本发明所述的光学透明度大幅度提高的蓝宝石基片。
发明所述的蓝宝石表面玻璃化处理来提高光透过性与现有机械抛光相比，制备工艺简单，成本较低等特点，发明所述的高光透过性能可应用于红外光学、LED基板、光电显示、军工、光学透镜、电子器件、耐热部件等行业领域
上述配上中无As2O3，Sb2O3等澄清剂，对环境无污染。
附图说明
图1是实施例1-4样品和半抛光蓝宝石样品的透过率，图1中的插图是玻璃化处理前后蓝宝石基片的样品照片。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的实施例1-4的组分，工艺参数，性能参数如下表所示
Figure BSA0000144540770000031
本发明采用炉内慢速降温的工艺，上述实例制造工艺程序基本相同，只是选择体系有不同。以上实例均以在高温马弗炉内熔制，成型冷却都在炉体中完成，经1400-1600℃熔制，随炉缓慢降温最后出炉，成型。观察蓝宝石基片的内在质量，再取小样进行透过率测试。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种使表面未经过抛光的蓝宝石增透的玻璃化处理方法，其特征在于，所述的处理方法包括如下步骤：
a)将表面玻璃化所需外加玻璃成分原料经混合后制得玻璃配合料；再将玻璃配料均匀置于未抛光的蓝宝石上，玻璃配料的厚度保持在1mm以上；所述表面玻璃化所需外加玻璃成分原料按摩尔百分比计量为10-30％RE2O3和90％-70％SiO2，所述RE＝Y，La，Gd或Ce；在表面玻璃化时玻璃成分中所需要的Al2O3成分全部由蓝宝石提供；
b)配合料的熔制将由步骤a制得的含有玻璃料的蓝宝石置于高温马弗炉中热处理，热处理温度为1400-1600℃之间，保温时间保持在2小时以上，然后继续让蓝宝石置于炉体内随炉体自然降温，最后出炉，检验；即得玻璃化后透明度明显提高的蓝宝石。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，其中步骤b)中蓝宝石表面的玻璃化全部过程都是在炉内降温时完成，期间无需其他任何操作。
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