[發明專利]一種大尺寸藍寶石光學晶體的熱處理工藝

在審

• 申請號: 201810275048.1
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108239789A
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 梁志強;林海;王銀惠;王西彬;周天豐;解麗靜;焦黎;劉志兵
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C30B33/02
• 分類號: C30B33/02;C30B29/20
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 劉黎明

本發明公開一種大尺寸藍寶石光學晶體的熱處理工藝，屬于晶體材料加工領域：大尺寸藍寶石毛坯件進行超精密磨削或者單面拋光研磨以及雙面拋光研磨等機械加工后，其表面會產生殘余應力，本發明采用包括退火和回火過程的六個升溫速度階段以及四個降溫速度階段使得大尺寸藍寶石受熱均勻，內部溫差小，可以有效降低藍寶石表面的殘余應力；并且分階段保溫不同時間可以降低大尺寸藍寶石的位錯密度，有助于提高藍寶石表面的完整性，從而提升藍寶石的整體質量。

技術領域

本發明涉及晶體材料的加工技術領域，特別是一種大尺寸藍寶石光學晶體的熱處理工藝。

背景技術

藍寶石晶體因其獨特的晶體結構、優良的機械性能、介電性能、化學穩定性以及高表面平滑度，作為一種重要的功能材料，在襯底材料和激光技術等領域發揮著重要作用，如以晶格完整度高、表面加工質量優良的藍寶石晶體為襯底的GaN基LED、激光二極管以及大規模集成電路；摻Ti藍寶石的獨特性體現在其除了具有寬大波段放大光譜，能夠獲得飛秒脈沖以外，具有大的誘導激發斷面。同時，作為一種重要的結構材料，已被廣泛應用于國防工業及民用領域，特別是在軍事、航空航天、高檔日用品等領域有著不可替代的地位和作用，如由藍寶石晶體制備而成的中紅外窗口和整流罩，已成為機載、星載、艦載以及潛基、陸基光電設備，尤其在高馬赫數導彈整流罩；藍寶石晶體可用于制作醫用手術用具、精密機械軸承和鐘表表殼、首飾，以及各種杯具器皿、透明燈具和護目鏡片。

隨著藍寶石的應用越來越廣泛，不僅需要大量的小尺寸藍寶石，對大尺寸的藍寶石需求也越來越高，無論是對藍寶石進行超精密磨削、單面研磨拋光以及雙面研磨拋光處理都會使得藍寶石表面產生殘余應力，小尺寸藍寶石表面的殘余應力通過退火處理很容易控制，但是大尺寸藍寶石由于體積比較大，退火過程中很容易由于升溫、降溫速度以及保溫時間控制不好而導致藍寶石表面產生破裂，或者不能夠有效地降低藍寶石表面的殘余應力。針對上述退火過程中容易出現的問題，本發明公開了一種大尺寸藍寶石光學晶體的熱處理工藝，能夠有效降低大尺寸藍寶石表面的殘余應力，提高藍寶石晶塊質量。

發明內容

本發明的主要目的是在于提供一種大尺寸藍寶石光學晶體的熱處理工藝加工方法，針對超精密磨削、單面研磨拋光以及雙面研磨拋光處理后大尺寸藍寶石晶塊，可以避免在退火過程中藍寶石表面因受熱不均勻產生裂紋，并能有效的降低藍寶石表面的殘余應力，提高晶體質量。

為了實現上述目標，本發明采用如下技術方案：

一種大尺寸藍寶石光學晶體的熱處理工藝，對超精密磨削、單面研磨拋光以及雙面研磨拋光處理后大尺寸藍寶石晶塊進行退火處理包括以下十個階段；

第一階段：溫度在室溫-200℃時，以3℃/min速度進行升溫。

第二階段：溫度在200℃-1100℃時，以4℃/min速度進行升溫。

第三階段：溫度在1100℃-1300℃時，以3℃/min速度進行升溫，升高到1300℃時保溫60min。

第四階段：溫度在1300℃-1500℃時，以1-2℃/min速度進行升溫。

第五階段：溫度在1500℃-1550℃時，以1-2℃/min速度進行升溫。升高到1550℃時保溫300min。

第六階段：溫度在1550℃-1400℃時，以1-2℃/min速度進行降溫。降溫到1400℃時保溫60min。

第七階段：溫度從1400℃-1500℃時，以1-2℃/min速度進行升溫。升溫到1500℃時保溫120min。

第八階段：溫度從1500℃降到1300℃時，以1-2℃/min速度降溫。

第九階段：溫度從1300℃降到1000℃時，以4℃/min速度降溫。

第十階段：溫度從1000℃自然降溫到室溫。