一種藍寶石屏幕及其生產工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及在電子產品、光學應用等生產生活中復合藍寶石屏及其生產制備工
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【背景技術】
[0002]藍寶石的莫氏硬度達到9，其硬度以及耐磨性僅次于金剛石，在自然界中屬于高硬度材料。同時，藍寶石抗劃傷性能優異，化學性能穩定，且可見光的透過率高，適合制作光學器件。
[0003]隨著觸摸技術的發展，高硬度高抗劃傷性能的屏幕材料受到越來越多的重視。而電子產品輕量化的要求也迫使電子產品制造商尋求單位厚度(或質量)強度更高的材料，而這使得藍寶石替代傳統使用的玻璃成為可能。如今，藍寶石已經成功應用在手機的攝像頭、Home鍵，而將藍寶石開發制成觸摸屏的研究工作也已經有了很大的突破。
[0004]現在，玻璃類材料對抗指紋效果的要求是水接觸角達到115°，接觸角越高，抗指紋效果越好，而藍寶石本身的水接觸角不到90°，所以將藍寶石應用于各類電子視窗的觸摸屏，對其進行抗指紋化處理是很有必要的，既可以提高屏幕的抗沾污性，同時還能改善手感。
[0005]藍寶石晶片具有優越的綜合性能，首先它具有超高的硬度和極低的摩擦系數，自然界僅僅次于金剛石;它在超寬波段(300nm?5000nm)具有高光學透過性能;并且，藍寶石單晶具有優異的抗酸堿腐蝕能力，一般酸堿常溫下甚至熔融狀態下都無法被侵蝕。故藍寶石單晶作為高端屏幕材料的商業化應用便應運而生，但是藍寶石晶片在作為屏幕材料時，其常溫下在外界彎曲應力作用下，通常會發生r面孿晶而導致晶片出現典型解理斷裂，導致其晶片(120 X 55 X 0.6mm3)的四點彎曲強度通常為500?1200MPa范圍，難以滿足現代高力學強度屏幕材料的要求，限制了藍寶石晶片更廣領域的應用和發展。藍寶石晶片r面孿晶導致的解理開裂，是脆性斷裂的一種形式，它起源于r面孿晶后位錯的塞積作用而引發的應力集中，從而導致r面典型的脆性解理斷裂。基于藍寶石晶片這種力學性能的缺陷，科研人員曾經提出過多種解決方法，比如美國專利US5702654，通過在藍寶石晶片表面形成一層鎂鋁尖晶石第二相來達到強化作用，雖然該方法可以一定程度上提高藍寶石的彎曲強度，但是僅僅通過表面改性的辦法來達到強化的目的是不夠的，并且表面第二相會降低藍寶石晶體的光譜透過性能。而美國專利1^622219481，采用快中子輻照強化藍寶石晶片，當經1乂1018neUtrOnS/Cm2的快中子輻照后，由于快中子輻照阻礙了孿晶的形成，故晶體的c軸強度大大提高。但該方法由于高昂的成本，無法開展規模化的產業應用。
【發明內容】
[0006]發明目的:本發明針對不足，提出一種抗指紋效果好、硬度高、透光率高且加工工藝簡單的藍寶石屏幕及其生產工藝。
[0007]技術方案:本發明所述的一種藍寶石屏幕，包括由外到內設置的5_90nm厚的外屏幕層、40ηπι-50μπι厚的過渡層以及藍寶石層，所述藍寶石層為單一藍寶石層或藍寶石與復合材料通過復合方法實現雙層、三層以及多層復合結構;所述藍寶石層采用純度為99.999%的Α1203基質原料，光譜純摻質原料Fe203和Ti02，其中摻入的鐵、鈦元素含量分別為10ppm?3000ppm和10ppm?100ppm，得到摻鐵鈦藍寶石晶片表示為Ti ,Fe:α-Α1203。
[0008]作為優化，所述外屏幕層為含氟化合物層、含硅化合物層或兩者的混合物層，含氟化合物為硅氧烷類的長鏈含氟化合物，所述含硅化合物為硅氧烷類的長鏈含硅化合物。
[0009]作為優化，所述外屏幕層的組分為CH3SiC12CH2CH2C00CH2(CF2CF2)nH(n = l?6)。
[0010]作為優化，所述過渡層為經原位生成得到的硅的氧化物層、鈦的氧化物層或兩者的混合物層。
[0011]作為優化，所述復合材料為同質或異質材料，選用藍寶石、玻璃、塑料、陶瓷，YAG晶體等中的一種或幾種。
[0012]作為優化，所述復合方法采用光膠方法、化學膠水膠合方法、PVC壓膜方法、鍵合方法中的一種。
[0013]本發明還公開了一種藍寶石屏幕的生產工藝，其特征在于:包括如下步驟:
[0014](I)原料選擇:采用原料A1203、Fe203和Ti02，混合均勻后燒結成Ti，Fe:a-A1203晶體原料塊，然后將Ti，Fe: a-Al203晶體原料塊采用導模法生長為Ti，Fe: a-Al203晶片，晶片生長結束后，置于有氧環境的馬弗爐中退火處理；
[0015](2)晶片切片:選用合適晶坨，切去晶頸，將晶坨固定于旋轉裝夾裝置上，利用上下移動的多線切割機，對晶坨進行切片；
[0016](3)打磨:對切下來的藍寶石晶片上盤，在研磨機上進行單片研磨，雙面磨平，所用設備為磨盤直徑300?500mm的藍寶石雙面研磨機或硅片雙面研磨機；
[0017](4)拋光:對已平面磨砂好的藍寶石晶片進行雙面拋光，單片加工，所用設備為磨盤直徑300?500mm的藍寶石雙面拋光機或硅片雙面拋光機；
[0018](5)切割:拋光后的藍寶石晶片在激光切割設備上進行定型切割，切割根據產品規格，在激光切割設備上設定，自動切割；
[0019](6)復合:將生產出來的藍寶石層與外屏幕層與過渡層進行復合。
[0020]作為優化，所述步驟(I)中的導模法生長Ti，Fe:a-A1203晶片的具體步驟為:
[0021 ]將燒結好的原料塊裝入具有導模模具的鉬制坩禍中，將鉬制坩禍和籽晶裝入導模爐內，密封后將導模爐抽真空，并加熱持續升溫至2100?2150°C時，恒溫I?5小時化料，使得摻質在熔體中均勻分布；
[0022]然后將定向籽晶緩慢下種，使之與鉬制的導模模具頂部的熔體液面接觸，待熔體在模具頂部均勻鋪展開，經一設定時間后開動提拉機構生長晶體，生長速率控制為I?50mm/h;晶體生長結束后，以20?40°C/h速率降至室溫，取出晶片再置于有氧環境的馬弗爐中，采用1600?1800°C溫度退火48?72小時，再以20?40°C/h速率降至室溫，得到Ti’Feza-AUOS晶片。
[0023]作為優化，步驟(2)所述的旋轉裝夾裝置包括底座，底座上設有導軌，導軌上滑動安裝有滑座，導軌末端固定有尾架，尾架上轉動安裝有轉軸，轉軸由尾架上端的伺服電機驅動，所述的滑座上旋合安裝有與轉軸正對的頂桿，頂桿端部轉動安裝有頂盤，頂桿的尾部伸出滑座并安裝有盤裝手柄。
[0024]作為優化，所述導模爐抽真空至I X 10_3Pa?I X 10_4Pa。
[0025]有益效果:與現有玻璃抗指紋材料相比，本發明所提供的抗指紋藍寶石材料具備了藍寶石高硬度的特點，其莫氏硬度達到9級(玻璃只有7級)，硬度更高、耐劃傷性能更優異，其水接觸角大于100°，即抗指紋效果與玻璃類材料一致，遠遠優于普通藍寶石材料的抗指紋效果，同時手感更加滑爽，其透過率大于85 % ο通過過渡層的設置，使抗指紋層能夠牢固附著在藍寶石材料層上，本發明的抗指紋藍寶石材料非常適宜用于手機、平板電腦等各類電子產品的觸摸窗口。同時通過在該晶片在藍寶石晶體中摻雜一定含量的高純Fe203和Ti02，采用導模法技術生長得到Ti，Fe:a-A1203晶片。采用了導模法技術的毛細管傳質特征:其熔體在毛細管中對流作用非常弱，故晶體在生長過程中由分凝現象排出的溶質，只有靠擴散向熔體主體中運動，所以可以快速生長出摻質均勻、光學優良的Ti，Fe:a-A1203晶片;通過Fe3+和Ti4+對基質A13+的不等徑取代機制，而引起局部晶格的畸變作用，這種缺陷有效地阻礙了藍寶石r面孿晶的啟動，從而強化了藍寶石晶片。與普通藍寶石晶片相比，本發明生長的Ti，Fe:a-A1203晶片無色透明，光學均勻，力學性能優良，具有顯著更高的彎曲強度，并且摻入的鐵鈦離子不損害晶片的光譜透過性能，可以實現高彎曲強度、優良光學性能商業化的藍寶石屏幕材料的應用。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明:
[0027]實施例1<