一种蓝宝石屏幕及其生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在电子产品、光学应用等生产生活中复合蓝宝石屏及其生产制备工
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【背景技术】
[0002]蓝宝石的莫氏硬度达到9，其硬度以及耐磨性仅次于金刚石，在自然界中属于高硬度材料。同时，蓝宝石抗划伤性能优异，化学性能稳定，且可见光的透过率高，适合制作光学器件。
[0003]随着触摸技术的发展，高硬度高抗划伤性能的屏幕材料受到越来越多的重视。而电子产品轻量化的要求也迫使电子产品制造商寻求单位厚度(或质量)强度更高的材料，而这使得蓝宝石替代传统使用的玻璃成为可能。如今，蓝宝石已经成功应用在手机的摄像头、Home键，而将蓝宝石开发制成触摸屏的研究工作也已经有了很大的突破。
[0004]现在，玻璃类材料对抗指纹效果的要求是水接触角达到115°，接触角越高，抗指纹效果越好，而蓝宝石本身的水接触角不到90°，所以将蓝宝石应用于各类电子视窗的触摸屏，对其进行抗指纹化处理是很有必要的，既可以提高屏幕的抗沾污性，同时还能改善手感。
[0005]蓝宝石晶片具有优越的综合性能，首先它具有超高的硬度和极低的摩擦系数，自然界仅仅次于金刚石;它在超宽波段(300nm?5000nm)具有高光学透过性能;并且，蓝宝石单晶具有优异的抗酸碱腐蚀能力，一般酸碱常温下甚至熔融状态下都无法被侵蚀。故蓝宝石单晶作为高端屏幕材料的商业化应用便应运而生，但是蓝宝石晶片在作为屏幕材料时，其常温下在外界弯曲应力作用下，通常会发生r面孪晶而导致晶片出现典型解理断裂，导致其晶片(120 X 55 X 0.6mm3)的四点弯曲强度通常为500?1200MPa范围，难以满足现代高力学强度屏幕材料的要求，限制了蓝宝石晶片更广领域的应用和发展。蓝宝石晶片r面孪晶导致的解理开裂，是脆性断裂的一种形式，它起源于r面孪晶后位错的塞积作用而引发的应力集中，从而导致r面典型的脆性解理断裂。基于蓝宝石晶片这种力学性能的缺陷，科研人员曾经提出过多种解决方法，比如美国专利US5702654，通过在蓝宝石晶片表面形成一层镁铝尖晶石第二相来达到强化作用，虽然该方法可以一定程度上提高蓝宝石的弯曲强度，但是仅仅通过表面改性的办法来达到强化的目的是不够的，并且表面第二相会降低蓝宝石晶体的光谱透过性能。而美国专利1^622219481，采用快中子辐照强化蓝宝石晶片，当经1乂1018neUtrOnS/Cm2的快中子辐照后，由于快中子辐照阻碍了孪晶的形成，故晶体的c轴强度大大提高。但该方法由于高昂的成本，无法开展规模化的产业应用。
【发明内容】
[0006]发明目的:本发明针对不足，提出一种抗指纹效果好、硬度高、透光率高且加工工艺简单的蓝宝石屏幕及其生产工艺。
[0007]技术方案:本发明所述的一种蓝宝石屏幕，包括由外到内设置的5_90nm厚的外屏幕层、40ηπι-50μπι厚的过渡层以及蓝宝石层，所述蓝宝石层为单一蓝宝石层或蓝宝石与复合材料通过复合方法实现双层、三层以及多层复合结构;所述蓝宝石层采用纯度为99.999%的Α1203基质原料，光谱纯掺质原料Fe203和Ti02，其中掺入的铁、钛元素含量分别为10ppm?3000ppm和10ppm?100ppm，得到掺铁钛蓝宝石晶片表示为Ti ,Fe:α-Α1203。
[0008]作为优化，所述外屏幕层为含氟化合物层、含硅化合物层或两者的混合物层，含氟化合物为硅氧烷类的长链含氟化合物，所述含硅化合物为硅氧烷类的长链含硅化合物。
[0009]作为优化，所述外屏幕层的组分为CH3SiC12CH2CH2C00CH2(CF2CF2)nH(n = l?6)。
[0010]作为优化，所述过渡层为经原位生成得到的硅的氧化物层、钛的氧化物层或两者的混合物层。
[0011]作为优化，所述复合材料为同质或异质材料，选用蓝宝石、玻璃、塑料、陶瓷，YAG晶体等中的一种或几种。
[0012]作为优化，所述复合方法采用光胶方法、化学胶水胶合方法、PVC压膜方法、键合方法中的一种。
[0013]本发明还公开了一种蓝宝石屏幕的生产工艺，其特征在于:包括如下步骤:
[0014](I)原料选择:采用原料A1203、Fe203和Ti02，混合均匀后烧结成Ti，Fe:a-A1203晶体原料块，然后将Ti，Fe: a-Al203晶体原料块采用导模法生长为Ti，Fe: a-Al203晶片，晶片生长结束后，置于有氧环境的马弗炉中退火处理；
[0015](2)晶片切片:选用合适晶坨，切去晶颈，将晶坨固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的多线切割机，对晶坨进行切片；
[0016](3)打磨:对切下来的蓝宝石晶片上盘，在研磨机上进行单片研磨，双面磨平，所用设备为磨盘直径300?500mm的蓝宝石双面研磨机或硅片双面研磨机；
[0017](4)抛光:对已平面磨砂好的蓝宝石晶片进行双面抛光，单片加工，所用设备为磨盘直径300?500mm的蓝宝石双面抛光机或硅片双面抛光机；
[0018](5)切割:抛光后的蓝宝石晶片在激光切割设备上进行定型切割，切割根据产品规格，在激光切割设备上设定，自动切割；
[0019](6)复合:将生产出来的蓝宝石层与外屏幕层与过渡层进行复合。
[0020]作为优化，所述步骤(I)中的导模法生长Ti，Fe:a-A1203晶片的具体步骤为:
[0021 ]将烧结好的原料块装入具有导模模具的钼制坩祸中，将钼制坩祸和籽晶装入导模炉内，密封后将导模炉抽真空，并加热持续升温至2100?2150°C时，恒温I?5小时化料，使得掺质在熔体中均匀分布；
[0022]然后将定向籽晶缓慢下种，使之与钼制的导模模具顶部的熔体液面接触，待熔体在模具顶部均匀铺展开，经一设定时间后开动提拉机构生长晶体，生长速率控制为I?50mm/h;晶体生长结束后，以20?40°C/h速率降至室温，取出晶片再置于有氧环境的马弗炉中，采用1600?1800°C温度退火48?72小时，再以20?40°C/h速率降至室温，得到Ti’Feza-AUOS晶片。
[0023]作为优化，步骤(2)所述的旋转装夹装置包括底座，底座上设有导轨，导轨上滑动安装有滑座，导轨末端固定有尾架，尾架上转动安装有转轴，转轴由尾架上端的伺服电机驱动，所述的滑座上旋合安装有与转轴正对的顶杆，顶杆端部转动安装有顶盘，顶杆的尾部伸出滑座并安装有盘装手柄。
[0024]作为优化，所述导模炉抽真空至I X 10_3Pa?I X 10_4Pa。
[0025]有益效果:与现有玻璃抗指纹材料相比，本发明所提供的抗指纹蓝宝石材料具备了蓝宝石高硬度的特点，其莫氏硬度达到9级(玻璃只有7级)，硬度更高、耐划伤性能更优异，其水接触角大于100°，即抗指纹效果与玻璃类材料一致，远远优于普通蓝宝石材料的抗指纹效果，同时手感更加滑爽，其透过率大于85 % ο通过过渡层的设置，使抗指纹层能够牢固附着在蓝宝石材料层上，本发明的抗指纹蓝宝石材料非常适宜用于手机、平板电脑等各类电子产品的触摸窗口。同时通过在该晶片在蓝宝石晶体中掺杂一定含量的高纯Fe203和Ti02，采用导模法技术生长得到Ti，Fe:a-A1203晶片。采用了导模法技术的毛细管传质特征:其熔体在毛细管中对流作用非常弱，故晶体在生长过程中由分凝现象排出的溶质，只有靠扩散向熔体主体中运动，所以可以快速生长出掺质均匀、光学优良的Ti，Fe:a-A1203晶片;通过Fe3+和Ti4+对基质A13+的不等径取代机制，而引起局部晶格的畸变作用，这种缺陷有效地阻碍了蓝宝石r面孪晶的启动，从而强化了蓝宝石晶片。与普通蓝宝石晶片相比，本发明生长的Ti，Fe:a-A1203晶片无色透明，光学均匀，力学性能优良，具有显著更高的弯曲强度，并且掺入的铁钛离子不损害晶片的光谱透过性能，可以实现高弯曲强度、优良光学性能商业化的蓝宝石屏幕材料的应用。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明:
[0027]实施例1<