[发明专利]合成蓝宝石中的抗反射和耐刮擦处理的方法

说明书

合成蓝宝石材料的抗反射和耐刮擦处理的方法，其中：‑选择离子的加速电压为5kV‑1000kV，以产生厚度等于100nm的倍数的注入层；‑注入表面中微波诱导的退火温度为800℃‑2000℃，退火时间为1‑1000秒。因此有利地获得合成蓝宝石材料，其中处理面上的反射减少至少一半，同时保持硬度大于或等于8。

技术领域

本发明涉及使用离子注入和微波诱导的超快速表面退火的用于合成蓝宝石材料的抗反射耐刮擦处理；该方法的目标是抗反射处理，该处理使得波在可见光范围内的反射减少至少一半，同时保持莫氏表上的硬度大于或等于8。本发明的方法特别施用于合成蓝宝石手表玻璃表面、合成蓝宝石显示屏和任何其他需要的物体，施用于由合成蓝宝石制成的外表面，以保证在可见光范围内(380-800nm)的非常高的耐刮擦性和良好的透光率。

背景技术

“合成蓝宝石”应理解为是指对可见光透明的材料。合成蓝宝石由氧化铝(Al₂O₃)形成。从物理角度来看，合成蓝宝石是一种非常硬的结晶材料(莫氏表上的硬度等于9)，属于刚玉族，具有等于1.76的非常高的折射率。

天然蓝宝石由含有痕量杂质(氧化物)的氧化铝(Al₂O₃)晶体形成，所述杂质使其具有颜色(钛和铁为蓝色、钒为紫色、铬为粉红色、铁为黄色和绿色)。颜色是由于杂质的存在导致刚玉禁带内的能级出现。这些能级改变了材料的发射和吸收光谱，从而改变了其颜色。

可以对天然蓝宝石进行热处理；将太浅、太暗或具有很多夹杂物的宝石加热。通过将痕量存在的元素溶解于宝石中，该方法可以增强颜色和透明度。

自19世纪初以来，已经知道如何在实验室中制造合成蓝宝石和合成红宝石，其化学组成和物理性质与天然宝石相同。然而，至少对于最古老的产品，可以通过它们通常弯曲的结晶线来检测这些合成宝石。

由于其高耐刮擦性，合成蓝宝石可用作手表玻璃或相机透镜，特别是用于智能手机中。合成蓝宝石的制造目前处于工业阶段。

众所周知，由合成蓝宝石制成的表面反射约15.5％的入射光，从而降低了手表或计算机或移动电话平板显示器的读数。

这种由合成蓝宝石制成的表面上的光反射更通常地通过Fresnel方程来解释，对于在90°入射角下通过屈光度的光线，该方程给出以下反射系数(R)和透射系数(T)：

R＝((n2-n1)/(n2+n1))²；T＝4n1*n2/(n2+n1)²

其中n1和n2是由屈光度分开的介质的反射率。

观察到R+T＝1(能量守恒)

用这些公式获得的空气(n1＝1)和合成蓝宝石(n2＝1.76)的R＝0.0758、T＝1-R＝0.9242(仅反射7.6％而透射92.4％)。

对于由两个面形成的合成蓝宝石带，存在两倍的损耗，2×7.6％＝15.2％。这种高反射使得难以读取位于手表玻璃下方的手表的部件(手、日历、装饰品等)。

发明人已经开发出一种抗反射方法，其在于在由合成蓝宝石制成的表面中注入氮或氧离子，其能量约为20-40keV(千电子伏特)之间，并且剂量约为5×10¹⁶个离子/cm²-2×10¹⁷个离子/cm²。

这些抗反射处理使得可以将处理面的透射率显著提高约6％(根据指示，已经处理单面的合成蓝宝石在560nm处的透射率从85.5％变为大于或等于91.5％的值)。然而，这种处理具有一个缺点：原始合成蓝宝石的硬度(在莫氏表上估计为9)在氧气的情况下下降为4-5莫氏，在氮气的情况下下降为7-8莫氏。对于寻求尽可能保持接近或甚至与合成蓝宝石相当的耐刮擦性的应用，这点是不允许的。