[发明专利]一种大尺寸蓝宝石光学晶体的热处理工艺

说明书

本发明公开一种大尺寸蓝宝石光学晶体的热处理工艺，属于晶体材料加工领域：大尺寸蓝宝石毛坯件进行超精密磨削或者单面抛光研磨以及双面抛光研磨等机械加工后，其表面会产生残余应力，本发明采用包括退火和回火过程的六个升温速度阶段以及四个降温速度阶段使得大尺寸蓝宝石受热均匀，内部温差小，可以有效降低蓝宝石表面的残余应力；并且分阶段保温不同时间可以降低大尺寸蓝宝石的位错密度，有助于提高蓝宝石表面的完整性，从而提升蓝宝石的整体质量。

技术领域

本发明涉及晶体材料的加工技术领域，特别是一种大尺寸蓝宝石光学晶体的热处理工艺。

背景技术

蓝宝石晶体因其独特的晶体结构、优良的机械性能、介电性能、化学稳定性以及高表面平滑度，作为一种重要的功能材料，在衬底材料和激光技术等领域发挥着重要作用，如以晶格完整度高、表面加工质量优良的蓝宝石晶体为衬底的GaN基LED、激光二极管以及大规模集成电路；掺Ti蓝宝石的独特性体现在其除了具有宽大波段放大光谱，能够获得飞秒脉冲以外，具有大的诱导激发断面。同时，作为一种重要的结构材料，已被广泛应用于国防工业及民用领域，特别是在军事、航空航天、高档日用品等领域有着不可替代的地位和作用，如由蓝宝石晶体制备而成的中红外窗口和整流罩，已成为机载、星载、舰载以及潜基、陆基光电设备，尤其在高马赫数导弹整流罩；蓝宝石晶体可用于制作医用手术用具、精密机械轴承和钟表表壳、首饰，以及各种杯具器皿、透明灯具和护目镜片。

随着蓝宝石的应用越来越广泛，不仅需要大量的小尺寸蓝宝石，对大尺寸的蓝宝石需求也越来越高，无论是对蓝宝石进行超精密磨削、单面研磨抛光以及双面研磨抛光处理都会使得蓝宝石表面产生残余应力，小尺寸蓝宝石表面的残余应力通过退火处理很容易控制，但是大尺寸蓝宝石由于体积比较大，退火过程中很容易由于升温、降温速度以及保温时间控制不好而导致蓝宝石表面产生破裂，或者不能够有效地降低蓝宝石表面的残余应力。针对上述退火过程中容易出现的问题，本发明公开了一种大尺寸蓝宝石光学晶体的热处理工艺，能够有效降低大尺寸蓝宝石表面的残余应力，提高蓝宝石晶块质量。

发明内容

本发明的主要目的是在于提供一种大尺寸蓝宝石光学晶体的热处理工艺加工方法，针对超精密磨削、单面研磨抛光以及双面研磨抛光处理后大尺寸蓝宝石晶块，可以避免在退火过程中蓝宝石表面因受热不均匀产生裂纹，并能有效的降低蓝宝石表面的残余应力，提高晶体质量。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种大尺寸蓝宝石光学晶体的热处理工艺，对超精密磨削、单面研磨抛光以及双面研磨抛光处理后大尺寸蓝宝石晶块进行退火处理包括以下十个阶段；

第一阶段：温度在室温-200℃时，以3℃/min速度进行升温。

第二阶段：温度在200℃-1100℃时，以4℃/min速度进行升温。

第三阶段：温度在1100℃-1300℃时，以3℃/min速度进行升温，升高到1300℃时保温60min。

第四阶段：温度在1300℃-1500℃时，以1-2℃/min速度进行升温。

第五阶段：温度在1500℃-1550℃时，以1-2℃/min速度进行升温。升高到1550℃时保温300min。

第六阶段：温度在1550℃-1400℃时，以1-2℃/min速度进行降温。降温到1400℃时保温60min。

第七阶段：温度从1400℃-1500℃时，以1-2℃/min速度进行升温。升温到1500℃时保温120min。

第八阶段：温度从1500℃降到1300℃时，以1-2℃/min速度降温。

第九阶段：温度从1300℃降到1000℃时，以4℃/min速度降温。

第十阶段：温度从1000℃自然降温到室温。