一种蓝宝石光学片的处理方法与流程

本申请涉及蓝宝石光学片技术领域，具体的涉及一种蓝宝石光学片的处理方法。

背景技术：

蓝宝石的主要成分是氧化铝，是一种人工合成的硬脆性晶体材料。将蓝宝石加工成光学片，由于硬度高耐划伤，可以应用于手机摄像镜头、手机屏幕、手表盖等。通常，在将蓝宝石加工成蓝宝石光学片的过程中，蓝宝石光学片的表面会形成一层由微裂纹组成的表面损伤层，在有外力作用或者跌落时，微裂纹将扩展而导致蓝宝石光学片破裂。

针对这一问题，目前主要采用的方法是对蓝宝石光学片表面进行精加工，提高表面光洁度，减少表面损伤层厚度和微裂纹尺寸，提高破裂韧性。精加工后蓝宝石表面光洁度越高，破裂韧性越高。但是由于蓝宝石光学片硬度高，精加工十分困难，其中，由于光学片的边角、内圆等部位尤其容易在外力作用下发生破裂，因此对这些部位的精加工难度很大，对设备、工艺也有更高要求。

由此可见，如何提供一种既容易实现又有效的处理方法来提高蓝宝石光学片的破裂韧性，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请提供了一种蓝宝石光学片的处理方法，以解决现有技术中，通过表面精加工来提高蓝宝石光学片破裂韧性的方法工艺难度较大等问题。

本申请提供一种蓝宝石光学片的处理方法，包括：

制备用于填充蓝宝石光学片表面微裂纹的涂料；

将制备的所述涂料涂覆在蓝宝石光学片的表面，以在所述蓝宝石光学片的表面上形成涂层；

烘干在所述蓝宝石光学片表面上形成的涂层；

所述烘干后，在700-1500℃温度环境下，对所述蓝宝石光学片热处理1-3个小时，所述热处理过程中，涂层成分与蓝宝石成分共融，且形成的共熔物至少部分渗透至所述微裂纹中；

通过表面处理去除所述蓝宝石光学片表面的所述涂层，以使所述蓝宝石光学片的表面性能满足使用要求。

可选的，所述制备用于填充蓝宝石光学片表面微裂纹的涂料包括：

在纳米二氧化硅溶胶中加入烧结助剂，所述烧结助剂为纳米氧化钠、氧化镁和氧化钙；

将所述纳米二氧化硅溶胶、所述纳米氧化钠、所述氧化镁和所述氧化钙与水混和均匀，得到所述涂料，所述涂料的固体含量为15-60％。

可选的，所述热处理过程中，涂层成分与蓝宝石成分共融，发生如下化学反应：

3al2o3+2sio2＝3al2o3·2sio2；

其中，sio2为所述涂层成分，al2o3为所述蓝宝石成分。

可选的，所述烘干在蓝宝石光学片表面上形成的涂层，包括：

将表面涂覆有所述涂料的蓝宝石光学片，置于50-80℃的温度环境中，烘5-30分钟。

可选的，所述纳米二氧化硅和所述烧结助剂的粒度均小于100纳米。

可选的，所述表面处理方式为研磨或者抛光。

可选的，所述涂层厚度为10-500微米。

可选的，所述热处理的温度环境为1000-1500℃。

可选的，所述热处理使用的设备为马弗炉或者高温炉。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种蓝宝石光学片的处理方法，所述方法中，首先制备用于填充蓝宝石光学片表面微裂纹的涂料；然后将制备的所述涂料涂覆在蓝宝石光学片的表面，以在所述蓝宝石光学片的表面上形成涂层；再烘干在所述蓝宝石光学片表面上形成的涂层，以防止涂料在蓝宝石表面流动；所述烘干后，在700-1500℃温度环境下，对所述蓝宝石光学片热处理1-3个小时，热处理过程中，涂层成分与蓝宝石成分共融，且形成的共熔物至少部分渗透至所述微裂纹中；最后通过表面处理去除所述蓝宝石光学片表面的所述涂层，以使所述蓝宝石光学片的表面性能满足使用要求。

由于通过本申请方法，涂层成分与蓝宝石成分可以发生共融，且其共熔物会渗入蓝宝石光学片表面的微裂纹中，因此可以有效改善蓝宝石光学片的断裂韧性，解决在有外力作用或者跌落时，微裂纹扩展导致的蓝宝石光学片破裂的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种蓝宝石光学片的处理方法的流程图；

图2为一种蓝宝石光学片的简易立体图；

图3为图1中步骤s1的详细流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

蓝宝石的主要成分是氧化铝，是一种人工合成的硬脆性晶体材料。由蓝宝石制备而成的蓝宝石光学片，由于硬度高、耐划伤，因此可以应用于手机摄像镜头、手机屏幕、手表盖等。

通常，在将蓝宝石加工成蓝宝石光学片的过程中，蓝宝石光学片的表面会形成一层由微裂纹组成的表面损伤层，在有外力作用或者跌落时，微裂纹将扩展而导致蓝宝石光学片破裂。而根据蓝宝石光学片应用领域的特性，包括有蓝宝石光学片产品，如手机、相机、手表等，极易遭受到外力作用或者被用户不慎跌落，因此，提高蓝宝石光学片的断裂韧性，以降低蓝宝石光学片破裂的概率，至关重要。

针对这一问题，目前主要采用的一种方法是对蓝宝石光学片表面进行精加工，提高表面光洁度，减少表面损伤层厚度和微裂纹尺寸，提高断裂韧性。精加工后蓝宝石表面光洁度越高，断裂韧性越高。但是由于蓝宝石光学片硬度高，精加工十分困难，其中，由于光学片的边角、内圆等部位尤其容易在外力作用下发生破裂，因此对这些部位的精加工难度很大，对设备、工艺也有更高要求。

有鉴于此，本申请提供一种蓝宝石光学片的处理方法，图1为本申请提供的一种蓝宝石光学片的处理方法的流程图，参考图1，该方法可以包括：

s1：制备用于填充蓝宝石光学片表面微裂纹的涂料。

图2为一种蓝宝石光学片的简易立体图，图2中蓝宝石光学片是圆形的，但图2只是示意性的表示，蓝宝石光学片可以根据不同的需要加工成方形、椭圆形、菱形等等，本申请对于蓝宝石光学片的形状不作具体限定。图2中在蓝宝石光学片的厚度方向z(虚线表示不可见部分)上，具有第一表面m1和第二表面m2(虚线表示不可见部分)，第一表面m1和第二表面m2可以是平面也可以是曲面，第一表面m1与第二表面m2可以平行也可以不平行，本申请均不作具体限定。蓝宝石光学片也可以具有三个表面、四个表面等等，蓝宝石光学片的表面也可以不都在厚度方向上排列，图2对于蓝宝石光学片的表面分布和表面的数量只是示意性的，本申请不做具体限定。

步骤s1中，蓝宝石光学片表面微裂纹则位于图2中的第一表面m1和第二表面m2上。

本申请实施例制备涂料的目的是将其用于蓝宝石光学片表面的涂覆，形成涂层，涂料成分在特定条件下，可以与蓝宝石成分共融，且其共融相在特定条件下将渗透至图2所示的微裂纹中，以填补微裂纹，使蓝宝石光学片表面损伤层的微裂纹数量减少，提高蓝宝石光学片的断裂韧性。

需要说明的是，可以实现上述作用的涂料有很多，可以是基于有机材料制备的，也可以是基于无机材料制备的，本申请步骤s1对该涂料的方法和原料不做限定。

可选的，一种制备用于填充蓝宝石光学片表面微裂纹的涂料的方法，可以如图3所示。参考图3，该方法包括：

s11：在纳米二氧化硅溶胶中加入烧结助剂，烧结助剂为纳米氧化钠、氧化镁和氧化钙。

需要说明的是，纳米二氧化硅溶胶是纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。制备溶胶有不同的途径，最常用的方法有离子交换法、硅粉一步水解法、硅烷水解法等。本申请对于纳米二氧化硅溶胶的制备方法不作具体限定，对于纳米级的二氧化硅颗粒实在水中还是其他溶剂中分散也不作具体限定。

s12：将纳米二氧化硅溶胶、纳米氧化钠、氧化镁和氧化钙与水混和均匀，得到涂料，涂料的固体含量为15-60％。

需要说明的是，纳米二氧化硅溶胶与烧结助剂的配比，以及，烧结助剂中纳米氧化钠、氧化镁和氧化钙的配比，本领域技术人员可以结合本领域的公知常识和有限次的实验，获得一个最佳配比值，本申请中不予限定。

由于蓝宝石光学片表面的微裂纹尺寸非常小，所以涂料的主要成分二氧化硅溶胶需要采用纳米级别的粒度，且粒度越小越好，本实施例中，纳米二氧化硅的粒度可以小于100纳米，可以使得在涂覆涂料的过程中部分涂料即可渗入到微裂纹中，同时更利于在热处理过程中发生共熔反应，生成的共熔物渗入蓝宝石光学片表面的微裂纹中。

另外，由于烧结助剂的作用是，可以使得热处理的温度降低到1500℃以下，烧结助剂的粒度越小，涂层成分与蓝宝石成分发生共熔需要的温度则越低，热处理的温度也就越低，所以在本申请实施例中，烧结助剂的粒度可以小于100纳米，有利于降低热处理的温度，减少工艺所需的能源消耗。

本实施例提供的方法中，烧结助剂的作用是，可以使得热处理的温度降低到1500℃以下，利于工艺实现、降低对于设备的要求，还能减少1500℃以上高温带来的其他问题。水的加入可以使得涂料呈浆状，固体含量15-60％可以保证涂料一定范围内的流动性，使得涂料更好的渗入到蓝宝石光学片表面的微裂纹中。

s2：将制备的涂料涂覆在蓝宝石光学片的表面，以在蓝宝石光学片的表面上形成涂层。

继续参考图2，涂料涂覆在蓝宝石光学片的第一表面m1和第二表面m2上，所以涂层也位于蓝宝石光学片的表面m1和表面m2上。

可选的，涂层厚度为10-500微米。需要说明的是，通过调整涂料的固体含量，可以调整涂料的粘稠度，粘稠度不同，在涂覆涂料的过程中形成的涂层的厚度则会不同。所以可以通过调整涂料的固体含量来调整涂层的厚度。本实施例提供的方法涂层厚度为10-500微米，可以根据不同的需要来调整涂层的厚度。涂层厚度越厚，表面处理难度和处理时间会相应加大，涂层厚度越薄，表面处理难度和时间减小，但是相应的对于微裂纹的改善效果可能也会减少，所以涂层的厚度需要控制在合适的范围内，本实施例只是给出涂层厚度的数值范围，具体数值不作具体限定。

s3：烘干在蓝宝石光学片表面上形成的涂层。

可选的，烘干在蓝宝石光学片表面上形成的涂层，包括：

将表面涂覆有涂料的蓝宝石光学片，置于50-80℃的温度环境中，烘5-30分钟。

由于涂层具有一定的流动性，因此，通过烘干，可以使得涂层均匀的粘附在蓝宝石光学片的表面，便于后续操作。

其中，温度环境50-80℃比较容易实现。烘干设备可以采用热烘箱或者热风枪。

s4：烘干后，在700-1500℃温度环境下，对蓝宝石光学片热处理1-3个小时，热处理过程中，涂层成分与蓝宝石成分共融，且形成的共熔物至少部分渗透至微裂纹中。

基于图3所示实施例，热处理过程中，涂层成分与蓝宝石成分共融，发生如下化学反应：

3al2o3+2sio2＝3al2o3·2sio2；

其中，sio2为涂层成分，al2o3为蓝宝石成分。

在700-1500℃的温度环境下，对蓝宝石光学片进行热处理，在热处理过程中，涂层成分sio2与蓝宝石成分al2o3共熔形成液态的玻璃相，液态玻璃相通过渗透作用和毛细作用进一步填充进蓝宝石光学片表面的微裂纹中，当热处理结束并且冷却后，液态玻璃相固化。一方面，液态玻璃相进一步填充进微裂纹中可以起到弥合微裂纹的作用；另一方面，蓝宝石成分与涂层成分在热处理过程中发生化学反应使得涂层与蓝宝石结合在一起，可以有效阻止微裂纹在外力作用下的扩展。

s5：通过表面处理去除蓝宝石光学片表面的涂层，以使蓝宝石光学片的表面性能满足使用要求。

可选的，所述表面处理方式为研磨或者抛光。

表面处理主要作用就是去除掉蓝宝石光学片表面上多余的涂层，热处理过后，共熔物已经部分渗入到蓝宝石光学片表面的微裂纹中，在蓝宝石光学片表面上微裂纹以外的位置上的涂层即为多余的，采用研磨或者抛光的方式可以去除掉多余的涂层，露出蓝宝石成分作为蓝宝石光学片的表面，以使蓝宝石光学片的表面性能满足使用要求。研磨或者抛光的方式比较容易实现且能达到要求的效果。

需要说明的是，蓝宝石光学片的表面性能主要包括光学相关性能、表面光洁度、亲水性等等，光学相关性能例如透光率，光的反射率，折射率等等，本申请对于表面性能参数种类只是示意性举例，不作具体限定；而使用要求即为蓝宝石光学片的表面性能的规定指。

需要说明的是，对蓝宝石光学片热处理1-3小时后，还有冷却到常温的过程，而后再进行表面处理。通过表面处理，可以去除蓝宝石光学片表面残余的涂层。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种蓝宝石光学片的处理方法，通过在蓝宝石光学片的表面涂覆涂料，用于填充蓝宝石光学片表面微裂纹，以在蓝宝石光学片的表面上形成涂层；烘干涂层后，对蓝宝石光学片热处理，热处理过程中，涂层成分与蓝宝石成分共融，且形成的共熔物至少部分渗透至微裂纹中；再经过表面处理去除蓝宝石光学片表面的所述涂层，以使所述蓝宝石光学片的表面性能满足使用要求。

由于通过本申请方法，涂层成分与蓝宝石成分可以发生共融，且其共熔物会渗入蓝宝石光学片表面的微裂纹中，因此可以有效改善蓝宝石光学片的断裂韧性，解决在有外力作用或者跌落时，微裂纹扩展导致的蓝宝石光学片破裂的问题。另一种方法可以解决上述问题，即通过高温处理，这里的高温的温度设定在1500℃以上，可以减小蓝宝石光学片表面应力，提高断裂韧性。然而，高温处理的方法只是减小表面应力，蓝宝石光学片表面的微裂纹并没有消失或是减少，不能有效的提高蓝宝石光学片的断裂韧性，并且1500℃以上的高温还会带来其他问题。

而本实施例的技术方案是在蓝宝石光学片表面涂覆涂料形成涂层，再经过烘干、热处理、表面处理步骤，使得涂层成分与蓝宝石成分共熔，共熔物至少部分渗入到蓝宝石光学片表面的微裂纹中，以弥补微裂纹，减少表面的微裂纹数量，再经过表面处理去掉多余的涂层。

因此，本实施例提供的方法具有如下的有益效果：

首先，本申请的技术方案中涂覆涂料、烘干、热处理和表面处理的工艺相比较表面精加工的现有技术更容易实现；其次，涂层成分与蓝宝石成分的共熔物渗入蓝宝石光学片表面的微裂纹中，可以有效改善在有外力作用或者跌落时，微裂纹扩展导致蓝宝石光学片破裂的问题；再次，本实施例技术方案中热处理的温度环境低于1500℃，与高温处理的现有技术相比，可以减少1500℃以上高温带来的其他问题，也降低了对设备的要求和工艺难度。

所以，本实施例所提供的技术方案，在工艺上容易实现，在效果上比现有技术更有效的改善由于表面微裂纹导致蓝宝石光学片在受到外界应力影响时容易破裂的问题。

在另一种可能的实施例中，步骤s4所述热处理的温度环境为1000-1500℃。

本实施例提供的方法，热处理的温度环境为1000-1500℃，此温度范围利于工艺实现、降低对于设备的要求，还能减少1500℃以上高温带来的其他问题。

可选的，热处理使用的设备为马弗炉或者高温炉。热处理对于设备的要求比较严格，既需要稳定的升温和降温过程，又需要保持最高温度的稳定性，并且温度至少能够达到1500℃，马弗炉和高温炉都可以满足要求。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种蓝宝石光学片的处理方法，通过在蓝宝石光学片的表面涂覆涂料，用于填充蓝宝石光学片表面微裂纹，以在蓝宝石光学片的表面上形成涂层；烘干涂层后，对蓝宝石光学片热处理，热处理过程中，涂层成分与蓝宝石成分共融，且形成的共熔物至少部分渗透至微裂纹中；再经过表面处理去除蓝宝石光学片表面的所述涂层，以使所述蓝宝石光学片的表面性能满足使用要求。

由于通过本申请方法，涂层成分与蓝宝石成分可以发生共融，且其共熔物会渗入蓝宝石光学片表面的微裂纹中，因此可以有效改善蓝宝石光学片的断裂韧性，解决在有外力作用或者跌落时，微裂纹扩展导致的蓝宝石光学片破裂的问题。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。