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(yīng)力，產(chǎn)品翹曲度增大，使拋光難度大大增加，本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)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(yīng)力，采用該方法退火的晶片加工應(yīng)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(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于藍寶石加工過程中的退火方法。
技術(shù)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(jié)合而成，其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu)。它常被應(yīng)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(yīng)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(xiàn)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(chǎn)生的應(yīng)力，導致后期加工不良，這些退火工藝或者是增加了生產(chǎn)成本或者是降低了寶石晶片的良品率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在藍寶石加工過程中,研磨會造成較大的應(yīng)力，產(chǎn)品翹曲度增大,使拋光難度大大增加，本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)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(yīng)力，采用該方法退火的晶片加工應(yīng)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(fā)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(nèi)空氣以及混有的雜質(zhì)，并且持續(xù)充入高純氮氣進行保護，氮氣流量穩(wěn)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(shè)定溫度，
步驟三，保持溫度在1450°C持續(xù)8小時；
步驟四，設(shè)定緩慢降溫，降溫速比1.250C /min，程序設(shè)定降溫16小時從1450°C至250°C，到250°C后，程序關(guān)閉，爐內(nèi)仍舊持續(xù)充入氮氣，降溫至150°C，關(guān)閉氮氣，開爐自然冷卻。
[0009]本發(fā)明的退火優(yōu)勢在于: 1.可以有效去除產(chǎn)品應(yīng)力，有利于后道工序加工；
2.退火周期短，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；
3.操作程序簡單，方便，過程易控。
[0010]本發(fā)明有較大的優(yōu)勢，可以提高產(chǎn)品的良品率，具有可觀的經(jīng)濟效益。
[0011]所述步驟一中，持續(xù)充入氮氣并穩(wěn)定流量，為藍寶石晶片提供了一個清潔、穩(wěn)定的退火環(huán)境。
[0012]所述步驟二中，在升溫過程中持續(xù)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(zhì)量，而且減少了退火時間，提高了生產(chǎn)效率。
所述步驟三中，保溫過程中，有持續(xù)氮氣充入保護，在此階段，產(chǎn)品有一個應(yīng)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(xù)通入氮氣有利于穩(wěn)定降溫速率，提供較好的降溫環(huán)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(nèi)空氣以及混有的雜質(zhì)，并且持續(xù)充入高純氮氣進行保護，氮氣流量穩(wěn)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(shè)定溫度，
步驟三，保持溫度在1450°C持續(xù)8小時；
步驟四，設(shè)定緩慢降溫，降溫速比1.25 V /min，程序設(shè)定降溫16小時從1450°C至250°C，到250°C后，程序關(guān)閉，爐內(nèi)仍舊持續(xù)充入氮氣，降溫至150°C，關(guān)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(wěn)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(xiàn)象較少，同時能提供最佳的流體升降溫環(huán)境。擾流和湍流現(xiàn)象會引發(fā)晶體表面的毛燥和不均勻，對穩(wěn)定的應(yīng)力釋放不利。
[0016]實施例三
與實施例一不同的是，氮氣流量穩(wěn)定在10L/min。 申請人:發(fā)現(xiàn)，IOL/ min的氣體流量具有更快的升降溫效率，但是會產(chǎn)生擾流和湍流，只有在爐腔體積300L以上時，擾流和湍流現(xiàn)象較小。
[0017]實施例四
與實施例一不同的是，氮氣流量穩(wěn)定在8L/min。
[0018]實施例五
與實施例一不同的是，氮氣流量穩(wěn)定在6L/min。[0019] 步驟四，設(shè)定緩慢降溫，降溫速比1.250C /min，程序設(shè)定降溫16小時從1450°C至250°C，到250°C后，程序關(guān)閉，啟動升溫程序，升溫速比3°C /min，爐內(nèi)仍舊持續(xù)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(guān)閉氮氣，開爐自然冷卻。
[0020] 申請人:發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，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(quán)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(nèi)空氣以及混有的雜質(zhì)，并且持續(xù)充入純氮氣進行保護，氮氣流量穩(wěn)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(shè)定溫度， 步驟三，保持溫度在1450°C持續(xù)8小時； 步驟四，設(shè)定緩慢降溫，降溫速比1.250C /min，程序設(shè)定降溫16小時從1450°C至250°C，到250°C后，程序關(guān)閉，爐內(nèi)仍舊持續(xù)充入氮氣，降溫至150°C，關(guān)閉氮氣，開爐自然冷卻。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(shè)定緩慢 降溫，降溫速比1.250C /min，程序設(shè)定降溫16小時從1450°C至250°C，到250°C后，程序關(guān)閉，啟動升溫程序，升溫速比:TC /min，爐內(nèi)仍舊持續(xù)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(guān)閉氮氣，開爐自然冷卻。
4.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】吳云才 申請人:浙江上城科技有限公司