一種用于藍寶石加工過程中的退火方法
【專利摘要】在藍寶石加工過程中，研磨會造成較大的應力，產品翹曲度增大，使拋光難度大大增加，本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種方便實用的藍寶石加工過程中的退火方法，主要用于切割、研磨后的藍寶石晶片。對藍寶石晶片進行此退火處理，可以有效去除切割、研磨過程中的加工應力，采用該方法退火的晶片加工應力基本消除，晶片退火均勻，退火后的晶片翹曲度小，利于后期拋光加工。
【專利說明】一種用于藍寶石加工過程中的退火方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種用于藍寶石加工過程中的退火方法。
技術背景
[0003]藍寶石(sapphire)組成為氧化招(A1203),是由三個氧原子和兩個招原子以共價鍵型式結合而成，其晶體結構為六方晶格結構。它常被應用的切面有A-Plane，C-Plane及R-Plane0由于藍寶石的光學穿透帶很寬，從近紫外光(190nm)到中紅外線都具有很好的透光性。因此被大量用在光學元件上，它具有高聲速、耐高溫、抗腐蝕、高硬度、高透光性、熔點高(2045°C)等特點，因此常被用來作為光電元件的材料，但藍寶石是一種相當難加工的材料。
[0004]人工生長的藍寶石具有很好的耐磨性，硬度僅次于金剛石達到莫氏9級，同時藍寶石致密性使其具有較大的表面張力，上述兩個特性十分適用于手機等電子觸摸面板。但是人工生長的藍寶石同時藍寶石薄片脆性較高，抗沖擊性較低的缺點也限制了其使用范圍。人工生長的晶體有較大的應力，具有一個對稱的開裂面，稍加敲擊即會自行碎裂，不利于任意切割加工，為了滿足光學器件的特殊需求，對晶體退火是必不可少的。
[0005]現藍寶 石加工過程中，常使用的退火工藝有的分階段升溫降溫，溫控程序復雜并且周期冗長；還有的沒有完全褪去寶石在加工過程中產生的應力，導致后期加工不良，這些退火工藝或者是增加了生產成本或者是降低了寶石晶片的良品率。
【發明內容】
[0006]在藍寶石加工過程中,研磨會造成較大的應力，產品翹曲度增大,使拋光難度大大增加，本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種方便實用的藍寶石加工過程中的退火方法，主要用于切割、研磨后的藍寶石晶片。
[0007]對藍寶石晶片進行此退火處理，可以有效去除切割、研磨過程中的加工應力，采用該方法退火的晶片加工應力基本消除，晶片退火均勻，退火后的晶片翹曲度小，利于后期拋光加工。
[0008]本發明是一種用于藍寶石加工過程中的退火方法，其特征在于所述退火方法由以下步驟組成:
步驟一，將藍寶石晶體置于退火爐中，封閉爐腔；抽真空去除爐腔內空氣以及混有的雜質，并且持續充入高純氮氣進行保護，氮氣流量穩定在5~10L/min ；
步驟二，逐步升溫8小時至1450°C，升溫速比3°C /min,在此升溫速率下，晶體受熱較均勻，達到設定溫度，
步驟三，保持溫度在1450°C持續8小時；
步驟四，設定緩慢降溫，降溫速比1.250C /min，程序設定降溫16小時從1450°C至250°C，到250°C后，程序關閉，爐內仍舊持續充入氮氣，降溫至150°C，關閉氮氣，開爐自然冷卻。
[0009]本發明的退火優勢在于: 1.可以有效去除產品應力，有利于后道工序加工；
2.退火周期短，可以提高生產效率，降低生產成本；
3.操作程序簡單，方便，過程易控。
[0010]本發明有較大的優勢，可以提高產品的良品率，具有可觀的經濟效益。
[0011]所述步驟一中，持續充入氮氣并穩定流量，為藍寶石晶片提供了一個清潔、穩定的退火環境。
[0012]所述步驟二中，在升溫過程中持續通入氮氣并按正比速率升溫，減少了不必要的分步保溫步驟，不僅不影響晶片的退火質量，而且減少了退火時間，提高了生產效率。
所述步驟三中，保溫過程中，有持續氮氣充入保護，在此階段，產品有一個應力釋放的過程。
[0013]所述步驟四中，降溫過程中，降溫速率較慢，持續通入氮氣有利于穩定降溫速率，提供較好的降溫環境。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
一種用于藍寶石加工過程中的退火方法，由以下步驟組成:
步驟一，將藍寶石晶體置于退火爐中，封閉爐腔；抽真空去除爐腔內空氣以及混有的雜質，并且持續充入高純氮氣進行保護，氮氣流量穩定在5L/min ；
步驟二，逐步升溫8小時至1450°C，升溫速比3°C /min,在此升溫速率下，晶體受熱較均勻，達到設定溫度，
步驟三，保持溫度在1450°C持續8小時；
步驟四，設定緩慢降溫，降溫速比1.25 V /min，程序設定降溫16小時從1450°C至250°C，到250°C后，程序關閉，爐內仍舊持續充入氮氣，降溫至150°C，關閉氮氣，開爐自然冷卻。
[0015]實施例二
與實施例一不同的是，氮氣流量穩定在6L/min。 申請人:研究得出，氮氣流量在6L/min時，氣體擾流和湍流現象較少，同時能提供最佳的流體升降溫環境。擾流和湍流現象會引發晶體表面的毛燥和不均勻，對穩定的應力釋放不利。
[0016]實施例三
與實施例一不同的是，氮氣流量穩定在10L/min。 申請人:發現，IOL/ min的氣體流量具有更快的升降溫效率，但是會產生擾流和湍流，只有在爐腔體積300L以上時，擾流和湍流現象較小。
[0017]實施例四
與實施例一不同的是，氮氣流量穩定在8L/min。
[0018]實施例五
與實施例一不同的是，氮氣流量穩定在6L/min。[0019] 步驟四，設定緩慢降溫，降溫速比1.250C /min，程序設定降溫16小時從1450°C至250°C，到250°C后，程序關閉，啟動升溫程序，升溫速比3°C /min，爐內仍舊持續充入氮氣，升溫至310攝氏度后，啟動降溫程序，降溫至150°C后，關閉氮氣，開爐自然冷卻。
[0020] 申請人:發現，在步驟四的降溫過程中加入一個升溫工序，對藍寶石晶體表面的強度有增強作用，特別是含尖角部分的藍寶石晶體，其韌性大為提高，不易斷裂。
[0021]實施例六
與實施例五不同的是，本方案米用IS氣和氮氣的混合氣替代單一的氮氣，気氣和氮氣的比例為1:10。 申請人:發現，在氮氣中摻入適量的氬氣，有利于提高退火后藍寶石晶體的表面平整度，減少表面毛刺。
[0022]實施例七
與實施例五不同的是，本方案采用氦氣和氮氣的混合氣替代單一的氮氣，氦氣和氮氣的比例為3:10。 申請人:發現，在氮氣中摻入適量的氦氣，有利于提高退火后藍寶石晶體的表面平整度，減少表面毛刺。
【權利要求】
1.一種用于藍寶石加工過程中的退火方法，其特征在于所述退火方法由以下步驟組成: 步驟一，將藍寶石晶體置于退火爐中，封閉爐腔；抽真空去除爐腔內空氣以及混有的雜質，并且持續充入純氮氣進行保護，氮氣流量穩定在5~10L/min ； 步驟二，逐步升溫8小時至1450°C，升溫速比3°C /min,在此升溫速率下，晶體受熱較均勻，達到設定溫度， 步驟三，保持溫度在1450°C持續8小時； 步驟四，設定緩慢降溫，降溫速比1.250C /min，程序設定降溫16小時從1450°C至250°C，到250°C后，程序關閉，爐內仍舊持續充入氮氣，降溫至150°C，關閉氮氣，開爐自然冷卻。
2.根據權利要求1所述的用于藍寶石加工過程中的退火方法，其特征在于所述氮氣流量為 6L/min。
3.根據權利要求1或2所述的用于藍寶石加工過程中的退火方法，其特征在于所述步驟四，設定緩慢 降溫，降溫速比1.250C /min，程序設定降溫16小時從1450°C至250°C，到250°C后，程序關閉，啟動升溫程序，升溫速比:TC /min，爐內仍舊持續充入氮氣，升溫至310攝氏度后，再啟動降溫程序，降溫至150°C后，關閉氮氣，開爐自然冷卻。
4.根據權利要求1所述的用于藍寶石加工過程中的退火方法，其特征在于采用氬氣和氮氣的混合氣替代步驟一中的純氮氣，氬氣和氮氣的體積比為1:10。
5.根據權利要求1所述的用于藍寶石加工過程中的退火方法，其特征在于采用氦氣和氮氣的混合氣替代步驟一中的純氮氣，氦氣和氮氣的體積比為3:10。
【文檔編號】C30B29/20GK103643300SQ201310605298
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】吳云才 申請人:浙江上城科技有限公司