蓝宝石的生长及激光切割工艺简介

发布时间:2022-08-27 23:24 阅读次数:
本文摘要:蓝宝石的莫氏硬度高达9,多达沙子的硬度7。如果用蓝宝石作为屏幕,手机就会被沙子刮伤。华为发售蓝宝石屏幕的手机AscendP7,售价4688元。 而玻璃屏幕的P7,售价仅有为1788元。虽然蓝宝石屏幕不必贴膜,但价格远高于玻璃屏幕,这是什么原因呢?古代的玻璃用高温熔融法制取后,跟蓝宝石一样,必须抛光打磨,才能取得镜面效果,因此玻璃原本也很贵。然而1959年英国人Pilkington发明者了浮法工艺,SiO2为主要成分的玻璃溶液,平坦地沉在较低熔点金属Sn的表面。

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蓝宝石的莫氏硬度高达9,多达沙子的硬度7。如果用蓝宝石作为屏幕,手机就会被沙子刮伤。华为发售蓝宝石屏幕的手机AscendP7,售价4688元。

而玻璃屏幕的P7,售价仅有为1788元。虽然蓝宝石屏幕不必贴膜,但价格远高于玻璃屏幕,这是什么原因呢?古代的玻璃用高温熔融法制取后,跟蓝宝石一样,必须抛光打磨,才能取得镜面效果,因此玻璃原本也很贵。然而1959年英国人Pilkington发明者了浮法工艺,SiO2为主要成分的玻璃溶液,平坦地沉在较低熔点金属Sn的表面。

浮法工艺防止了抛光打磨,减少了玻璃的生产成本,平板玻璃窗、玻璃镜以求大规模生产,转入千家万户。那么,蓝宝石否用玻璃的制取工艺来廉价地生产呢?答案是无法。因为SiO2可作为非晶态网络的分解体,而蓝宝石的成分Al2O3只可以作为非晶态网络的中间体,无法分开构成非晶态。蓝宝石虽然便宜,但比起两个世纪前,早已低廉了不少。

蓝宝石最先源于天然矿石,法国人Verneuil于1892年发明者了火焰法,构建了蓝宝石的人工合成,使蓝宝石普遍用在手表、宝石和刀具等产品上。Al2O3粉末被高温的氢氧焰融化,然后展开加热,Al离子和O离子在库伦力起到下,规则地排成单晶体。火焰法虽然速度快、成本低,但是温度梯度较高,造成蓝宝石内的瓦解形变相当大。为了减少温度梯度,近年来GTAT公司发展了传热法,用来生长蓝宝石梨晶,梨晶经过刨篮、打磨等工艺后,被激光切割成沦为摄像头盖板、Home键等。

蓝宝石在外力作用下,带上正电的Al原子移动,带上负电的O原子随之移动。金属则与蓝宝石有所不同,带上正电的金属原子在外力作用下,带上负电的自由电子随之移动。因为原子质量远大于电子,因此O原子的加速度和速度近大于电子,蓝宝石无法像金属那样塑性变形。

蓝宝石和SiO2为主要成分的玻璃不易质地,合适用非同脉冲激光加工。激光脉长较短,晶格马上号召,激光将能量全部传送给电子,然后高温的电子在温度梯度起到下,将热量单向地传送给低温的晶格。晶格冷却时间较短,因此材料温度较低,热应力小。

激光切割成蓝宝石,关键在于掌控激光的传输。当单脉冲能量从30μJ减小到150μJ,加工长度从98μm减小到240μm。

当单脉冲能量从150μJ减小到210μJ,加工长度完全维持恒定。蓝宝石被单脉冲能量为210μJ的非同脉冲激光电离辐射后,加工长度为242μm。从图1(a)中可以显著显现出,加工长度随着单脉冲能量的减少而减小,然而,加工长度在单脉冲能量多达150μJ后饱和状态。图1.有所不同单脉冲能量下蓝宝石的加工形貌,以及仿真的透射产于饱和状态现象由衍射引发。

如图1(b)-(d)中仿真的透射右图,在空气和蓝宝石界面处的衍射区域随着单脉冲能量的减小而减小。当单脉冲能量从30μJ减小到150μJ,激光透射减小。当单脉冲能量从150μJ减小到210μJ,透射完全恒定,如图1(c)和1(d)右图。

尽管单脉冲能量减小,激光在蓝宝石中的传播受到衍射效应的容许。为了加工厚度多达饱和状态长度的蓝宝石,我们使用“隐切”的加工方式,将焦点从靠近物镜的下表面,渐渐向附近物镜的上表面移动。

如图2右图,激光在3个探讨方位电离辐射后,切割成500μm薄的蓝宝石。融合衍射和非线性传输的模型,计算出来出有的透射产于,与实际加工形貌完全一致。

图2.“隐切”过程中积累的透射的产于德龙激光自律研发的皮秒激光形变诱导加工设备,应用于蓝宝石和玻璃等材料的切割成,荣获“OFweek2016年最佳激光行业应用于案例奖”。


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