蓝宝石窗口片及其抛光工艺的制作方法

本发明涉及的是一种抛光领域的技术，具体是一种蓝宝石窗口片及其抛光工艺。

背景技术：

蓝宝石窗口片其主要成分是氧化铝，具有极好的力学机械性能，热特性，电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，它耐高温，导热好，硬度高，透红外，化学稳定性好。因此常用它来代替其它光学材料制作光学元件、透红外线光学窗片，并被广泛地应用于红外及远红外军用装备方面，如:应用于夜视红外和远红外瞄准镜、夜视摄像机等仪器和卫星、空间技术的仪器仪表中以及用作高功率激光器的窗口、各种光学棱镜、光学窗口、uv和ir窗口及透镜、低温实验的观察口，在航海航天航空用高精密仪器仪表等方面得到充分应用。

现如今，无论是蓝宝石衬底片还是窗口片，其表面的加工质量，对材料外延生长质量和性能都有至关重大的作用。目前国内工业化生产蓝宝石片一般有粗磨(一致化)，精磨(平整化)，抛光(镜面化)，由于蓝宝石属于硬脆性材料，抛光过程中极易出现效率低，表面有深浅划痕，坑点，发雾等缺陷。

现有技术一般精磨后直接采用氧化硅基(80～120nm)或氧化铝基(300nm左右)抛光液，抛光效率低5～6μm/h，划伤率5％，表面粗糙度ra在0.3nm左右。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种蓝宝石窗口片及其抛光工艺，在提高抛光速率的同时保证了蓝宝石窗口片表面粗糙度的精度要求。

本发明涉及一种蓝宝石窗口片抛光工艺，包括以下步骤：

浸泡处理：先将经过精磨处理的蓝宝石片浸泡高温高浓度浓磷酸中，之后取出再浸泡在氢氟酸中；

超声抛光：将经过浸泡处理的蓝宝石片放入双面抛光机中，在超声辅助下采用抛光液进行抛光，得到蓝宝石窗口片。

浓磷酸的浓度为83％-98％，温度为100-200℃。

在浸泡处理步骤中，蓝宝石片在浓磷酸中的浸泡时间为20-40min，在氢氟酸中的浸泡时间为10-20min。优选地，在在浓磷酸中的浸泡时间为30min，在氢氟酸中的浸泡时间为10-15min。

抛光液为氧化铝抛光液，ph值为13-14，氧化铝颗粒的粒径d50为0.8-2.0μm，优选地为0.8-1.2μm；采用上述大粒径的氧化铝基抛光液，同时提高抛光液的ph值，能够达到化学机械抛光的平衡，更有效的提高抛光效率。

在超声抛光步骤中，抛光压力450-550kg，下盘转速40-50rpm，流量5-10l/min。

抛光步骤中采用suba800开槽抛光垫，主要成分是聚氨酯，掺杂有各类混合物。

本发明涉及一种蓝宝石窗口片，采用上述抛光工艺制成。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1)抛光速率可达8-10μm/h，整体良率在96％以上，50*50μm²尺寸蓝宝石窗口片的表面粗糙度ra为0.2-0.3nm；

2)在抛光前先对蓝宝石片采用浓磷酸长时间高温浸泡处理完成表面腐蚀，之后采用氢氟酸浸泡修复浓磷酸腐蚀造成的损伤层，释放应力；有利于后续超声抛光处理，避免了直接抛光中抛光液的腐蚀达不到全局化的问题；

3)采用超声辅助抛光，解决了抛光液颗粒团聚而机械搅拌难以分散的问题，避免抛光过程中颗粒团聚导致蓝宝石表面出现划痕的问题。

附图说明

图1为本发明实施例流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例包括以下步骤：

s1，将经过精磨处理的2英寸蓝宝石片清洗干净，按厚度分组，同一组厚度误差在2μm以内，每组144片；

s2，测量所有的蓝宝石片中心点厚度，记录序号及厚度数据；

s3，将经过s1和s2准备的蓝宝石片浸泡在温度100℃、浓度95％的浓磷酸里30min，之后再浸泡在氢氟酸里15min，浸泡结束后取出蓝宝石片并清洗干净，再按顺序放置在18b的双面抛光机中；

s4，双面抛光机上下盘粘贴suba800开槽抛光垫，按抛光压力450kg，下盘转速40rpm，流量5l/min，使用粒径d50为0.8μm、氧化铝颗粒与水重量配比1:10的氧化铝抛光液循环抛光8次，抛光液ph值控制在13，共抛光60min，得到蓝宝石窗口片，抛光结束后取出清洗；抛光过程中采用20-120khz超声辅助抛光；

s5，测成品质量，包括用量表从起始片开始按序顺时针测量蓝宝石窗口片的中心点厚度，以及使用显微镜对蓝宝石窗口片进行缺表面检查，结果见表1。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

s1，将经过精磨处理的2英寸蓝宝石片清洗干净，按厚度分组，同一组厚度误差在2μm以内，每组144片；

s2，测量所有的蓝宝石片中心点厚度，记录序号及厚度数据；

s3，将经过s1和s2准备的蓝宝石片浸泡在温度150℃、浓度88％的浓磷酸里30min，之后再浸泡在氢氟酸里15min，浸泡结束后取出蓝宝石片并清洗干净，再按顺序放置在18b的双面抛光机中；

s4，双面抛光机上下盘粘贴suba800开槽抛光垫，按抛光压力500kg，下盘转速40rpm，流量5l/min，使用颗粒粒径d50为1μm、氧化铝颗粒与水重量配比1:10的氧化铝抛光液循环抛光8次，抛光液ph值控制在13.5，共抛光60min，得到蓝宝石窗口片，抛光结束后取出清洗；抛光过程中采用20-120khz超声辅助抛光；

s5，测成品质量，包括用量表从起始片开始按序顺时针测量蓝宝石窗口片的中心点厚度，以及使用显微镜对蓝宝石窗口片进行缺表面检查，结果见表1。

实施例3

本实施例包括以下步骤：

s1，将经过精磨处理的2英寸蓝宝石片清洗干净，按厚度分组，同一组厚度误差在2μm以内，每组144片；

s2，选一片蓝宝石片为起始片，测量其中心点厚度；顺时针测量同一组中其他蓝宝石片的中心点厚度，记录得到全部蓝宝石片的中心点厚度数据；重复操作，测量剩余各组蓝宝石片的中心点厚度；

s3，将经过s1和s2准备的蓝宝石片浸泡在温度150℃、浓度93％的浓磷酸里30min，之后再浸泡在氢氟酸里15min，浸泡结束后取出蓝宝石片并清洗干净，再按顺序放置在18b的双面抛光机中；

s4，双面抛光机上下盘粘贴suba800开槽抛光垫，按抛光压力500kg，下盘转速45rpm，流量8l/min，使用颗粒粒径d50为1.2μm、氧化铝颗粒与水重量配比1:10的氧化铝抛光液循环抛光8次，抛光液ph值控制在13.5，共抛光60min，得到蓝宝石窗口片，抛光结束后取出清洗；抛光过程中采用20-120khz超声辅助抛光；

s5，测成品质量，包括用量表从起始片开始按序顺时针测量蓝宝石窗口片的中心点厚度，以及使用显微镜对蓝宝石窗口片进行缺表面检查，结果见表1。

实施例4

本实施例包括以下步骤：

s1，将经过精磨处理的2英寸蓝宝石片清洗干净，按厚度分组，同一组厚度误差在2μm以内，每组144片；

s2，测量所有的蓝宝石片中心点厚度，记录序号及厚度数据；

s3，将经过s1和s2准备的蓝宝石片浸泡在温度200℃、浓度92％的浓磷酸里30min，之后再浸泡在氢氟酸里15min，浸泡结束后取出蓝宝石片并清洗干净，再按顺序放置在18b的双面抛光机中；

s4，双面抛光机上下盘粘贴suba800开槽抛光垫，按抛光压力500kg，下盘转速50rpm，流量8l/min，使用颗粒粒径d50为1.2μm、氧化铝颗粒与水重量配比1:10的氧化铝抛光液循环抛光8次，抛光液ph值控制在14，共抛光60min，得到蓝宝石窗口片，抛光结束后取出清洗；抛光过程中采用20-120khz超声辅助抛光；

s5，测成品质量，包括用量表从起始片开始按序顺时针测量蓝宝石窗口片的中心点厚度，以及使用显微镜对蓝宝石窗口片进行缺表面检查，结果见表1。

实施例5

本实施例包括以下步骤：

s1，将经过精磨处理的2英寸蓝宝石片清洗干净，按厚度分组，同一组厚度误差在2μm以内，每组144片；

s2，测量所有的蓝宝石片中心点厚度，记录序号及厚度数据；

s3，将经过s1和s2准备的蓝宝石片浸泡在温度200℃、浓度90％的浓磷酸里30min，之后再浸泡在氢氟酸里15min，浸泡结束后取出蓝宝石片并清洗干净，再按顺序放置在18b的双面抛光机中；

s4，双面抛光机上下盘粘贴suba800开槽抛光垫，按抛光压力550kg，下盘转速50rpm，流量8l/min，使用颗粒粒径d50为1.2μm、氧化铝颗粒与水重量配比1:10的氧化铝抛光液循环抛光8次，抛光液ph值控制在13，共抛光60min，得到蓝宝石窗口片，抛光结束后取出清洗；抛光过程中采用20-120khz超声辅助抛光；

s5，测成品质量，包括用量表从起始片开始按序顺时针测量蓝宝石窗口片的中心点厚度，以及使用显微镜对蓝宝石窗口片进行缺表面检查，结果见表1。

实施例6

本实施例包括以下步骤：

s1，将经过精磨处理的2英寸蓝宝石片清洗干净，按厚度分组，同一组厚度误差在2μm以内，每组144片；

s2，测量所有的蓝宝石片中心点厚度，记录序号及厚度数据；

s3，将经过s1和s2准备的蓝宝石片浸泡在温度200℃、浓度94％的浓磷酸里30min，之后再浸泡在氢氟酸里15min，浸泡结束后取出蓝宝石片并清洗干净，再按顺序放置在18b的双面抛光机中；

s4，双面抛光机上下盘粘贴suba800开槽抛光垫，按抛光压力550kg，下盘转速50rpm，流量10l/min，使用颗粒粒径d50为1.2μm、氧化铝颗粒与水重量配比1:10的氧化铝抛光液循环抛光8次，抛光液ph值控制在14，共抛光60min，得到蓝宝石窗口片，抛光结束后取出清洗；抛光过程中采用20-120khz超声辅助抛光；

s5，测成品质量，包括用量表从起始片开始按序顺时针测量蓝宝石窗口片的中心点厚度，以及使用显微镜对蓝宝石窗口片进行缺表面检查，结果见表1。

表1蓝宝石窗口片工艺与性能对照表

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。