[发明专利]一种适合于屏幕材料的常温高强力学性能氧化铝晶片的制备方法及其制得的产品

权利要求书

1.一种适合于屏幕材料的常温高强力学性能氧化铝晶片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：采用泡生法技术制备Al₂O₃:C晶体，通过石墨气氛掺杂以生长得到掺质分布均匀的Al₂O₃:C晶体；

步骤2：将步骤1制得的Al₂O₃:C晶体经切割抛光加工成Al₂O₃:C晶片后，采用退火处理工艺，实现Al₂O₃:C晶片的常温强韧化；

所述步骤2中的退火处理工艺的具体工艺步骤包括：

步骤2.1高火保温退火：将退火炉抽真空至1～10×10^-4Pa，持续升温至1700～1900℃，保温4～8h退火处理，实现拆开Al₂O₃晶片在熔体法生长过程中形成的位错密排线结构；

步骤2.2中火快速降温退火：调整退火工艺参数，充入氢气气氛的气压为1atm+1～5kPa，从高火温度1700～1900℃以30～120℃/h速率缓慢降温至1400～1600℃的中火温度后，以180～600℃/h快速降温，实现提高并调控Al₂O₃晶格中的位错密度；

步骤2.3低火长时间保温退火：再次调整退火工艺参数，从第二阶段的中火温度快速降温至1000～1200℃的低火温度，保温8～16h，同时保持氢气气氛的气压为1atm+1～5kPa，实现Al₂O₃:C晶片积累热应力的释放，然后以30～120℃/h缓慢降温至室温，完成退火处理工艺。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中泡生法制备Al₂O₃:C晶体的具体工艺步骤包括：

步骤1.1：将晶体生长原料放入钨钼坩埚，泡生炉采用钨笼发热体，内衬保温罩采用石墨材料，抽真空至1～10×10^-4Pa，持续升温至2100～2150℃，恒温4～8小时后至原料完全融化；

步骤1.2：将温度调至2050℃熔点附近逐渐下降籽晶，籽晶末端于液面10～20mm处以1～10转/分钟速度转动，预热10～60分钟后引晶；调节输出电压以0.1～1℃/h的速率降温，同时以0.05～2mm/h的速度提拉籽晶，此时晶体等径泡生长，直至晶体质量达到原料质量，Al₂O₃:C晶体制备结束。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1.1中的生长原料为纯度为99.999%的Al₂O₃晶块料或烧结料，内衬保温罩为纯度为99.9%的高纯石墨材料。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1.2中的籽晶为[11-20]或[10-10]或[1-102]或[0001]方向的氧化铝单晶，制得Al₂O₃:C晶体的掺碳量为100～1000ppm。

5.根据权利要求1-4任一所述制备方法制得的Al₂O₃:C晶片，其特征在于：所述Al₂O₃:C晶片中不存在引起脆性开裂的位错密排线结构。

6.根据权利要求1-4任一所述制备方法制得的Al₂O₃:C晶片，其特征在于：所述Al₂O₃:C晶片中位错呈孤立岛状分散，位错密度达0.5～5.0×10⁴/cm²。

7.根据权利要求1-4任一所述制备方法制得的Al₂O₃:C晶片，其特征在于：所述Al₂O₃:C晶片常温条件下四点弯曲强度达2000MPa及以上，并在380～2500nm宽谱域的透过率达82%。

8.根据权利要求1-4任一所述制备方法制得的Al₂O₃:C晶片，其特征在于：所述Al₂O₃:C晶片可应用于高端屏幕材料。