[發明專利]一種多成分摻雜的藍寶石材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810007464.3
• 申請日: 2018-01-04
• 公開（公告）號: CN107937983A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 陳洪建;王佳
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C30B29/20
• 分類號: C30B29/20;C30B17/00;C30B15/34
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 趙鳳英

1.一種多成分摻雜的藍寶石材料，其特征為該材料的原料組成包括摻雜改色成分、摻雜增韌成分和高純度Al₂O₃；其質量百分比為：摻雜改色成分為0.1-4％，摻雜增韌成分為0.1-0.3％，余量為高純度Al₂O₃；所述的摻雜改色成分為高純TiO₂、高純Fe₂O₃、高純Cr₂O₃、高純NiO、高純V₂O₅中的一種、兩種或三種；所述的摻雜增韌成分為高純石墨粉；

其中，所述的高純Al₂O₃純度為99.999％；

所述的高純TiO₂、高純Fe₂O₃、高純Cr₂O₃、高純NiO、高純V₂O₅和高純石墨粉的純度均為99.99％ 。

2.如權利要求1所述的多成分摻雜的藍寶石材料，其特征為所述的藍寶石材料的斷裂強度600~700MPa、透波率為80~87％ (0.5~1mm)、莫氏硬度9級。

3.如權利要求1所述的多成分摻雜的藍寶石材料的制備方法，其特征為包括以下步驟：

(1) 原料混合：將所有原料在行星球磨機上70-120r/min轉速混合研磨24-48h，取出后冷干壓成型后燒結10-18h，得到燒結料；

(2) 制備藍寶石晶體，為以下三種方法之一：

方法一：

將燒結料置入泡生法鎢坩堝內，a方向藍寶石籽晶裝入籽晶夾具內，抽真空至5×10^-3Pa，然后持續升溫至2100℃直至燒結料完全熔化為熔體，保持溫度8-10h后將溫度降至熔點2045~2055℃，逐漸下降籽晶，當籽晶下端位于熔體液面上方15-20mm處時烤籽晶20-30分鐘；依次經歷下種、縮頸、引晶、放肩、等徑、晶體脫堝、退火冷卻過程，晶體生長速率為0.1mm/h，退火冷卻時間7天，得到藍寶石晶體；

或者，方法二：

將a方向藍寶石籽晶裝入熱交換法鎢坩堝底部，燒結料置入鎢坩堝內，高純氬氣（純度99.999％）氣氛持續升溫至2045~2055℃，燒結料完全熔化為熔體；以5-8slm/h的速率增大籽晶桿的氦氣流量，使晶體沿籽晶在熔體籽晶接觸面位置自下向上開始結晶生長；晶體生長結束后以10-13slm/h的速率降低氦氣流量，同時降低功率，降溫冷卻至室溫，得到藍寶石晶體；

或者，方法三：

將燒結料置入導模法鉬坩堝內，裝配所需形狀模板，將a方向藍寶石籽晶裝入籽晶夾具內，高純氬氣（純度99.999％）氛持續升溫至2100℃，燒結料完全熔化為熔體；晶體沿籽晶在熔體籽晶接觸面位置開始結晶生長，下種引晶溫度為2070℃，放肩階段生長速率從6mm/h逐漸增加至30mm/h，等徑階段晶體生長速率為30mm/h，晶體生長結束后，在4-5h冷卻至室溫，得到所需形狀藍寶石晶體。

4.如權利要求1所述的多成分摻雜的藍寶石材料的應用，其特征為用作手機背板。

5.如權利要求4所述的多成分摻雜的藍寶石材料的應用，其特征為包括以下步驟：通過機加工將藍寶石晶體依次經切割、CNC加工外形、砂輪精磨、振動磨拋光，得到所述藍寶石材質手機背板。