[发明专利]一种蓝宝石的高温自膨胀压力扩散焊接方法

说明书

本发明属于蓝宝石领域，一种蓝宝石的高温自膨胀压力扩散焊接方法，包括以下步骤：将蓝宝石晶片裁切后进行表面抛光处理；将夹具擦洗干净，避免夹具表面具有硬质质点；采用夹具夹装蓝宝石进行充分固定并施压；设置好加热器目标温度，对夹具及蓝宝石晶片加热。待两片蓝宝石晶片界面不明显时，继续保温，随后缓慢冷却。本发明方法无需外加钎料，应用本方法制成的焊接接头成分即为蓝宝石，均匀化好、透明度高。

技术领域

本发明属于蓝宝石领域，具体来说是一种蓝宝石的高温自膨胀压力扩散焊接方法。

背景技术

蓝宝石，即α-Al₂O₃，是一种具有高硬度、高熔沸点、高耐磨性等优秀性能的晶体材料。同时由于其透光性好，透射光散射率低，已被广泛应用在激光医疗与制造、航空航天、军事工业等领域，比如用于制作深潜器材舷窗和装甲车观察窗。同时相关领域对大尺寸蓝宝石晶片的需求与日俱增。

目前，人工蓝宝石的制作方法有提拉法、泡生法、热交换法等。其中最主流的提拉法，在现有技术条件下晶坯生长直径极限仅350mm左右。切片加工后晶片产品直径常仅20mm。远不足以满足上述领域对大尺寸蓝宝石晶片的需求。为解决这一问题，需要提出一种可以将多块蓝宝石晶片连接起来的方法。

现有的连接蓝宝石晶片的方法包括浆液粘接法和钎焊法。浆液粘接法并没有实现晶片之间原子层面的结合，因而力学性能很差，光学性能也并不佳，满足不了高端场合的应用需求。钎焊方法虽实现了晶片之间原子层面的结合，但现有钎料以活泼金属及其化合物为主，具有焊接接头有不透明的缺陷，相当影响产品外观，且不能应用于光学仪器和窗面等大尺寸透射部件。

发明内容

本发明克服了当前提拉法制作的晶片尺寸过小，而粘结法可靠性不强，同时钎焊接头透明度不高等缺陷。从实现蓝宝石原子层面的结合、提高接头力学和光学性能的角度出发，提供了一种利用蓝宝石和夹具材料的热膨胀系数差，在高温条件下实现蓝宝石晶片接触面充分互相挤压，以促进界面原子互相扩散的连接方法，可以实现上述发明目标。

为达到上述目的，本发明具体实施技术方案如下：

一种蓝宝石的高温自膨胀压力扩散焊接方法，包括以下步骤：

将蓝宝石晶片裁切后进行表面抛光处理；

将夹具擦洗干净，避免夹具表面具有硬质质点；

采用夹具夹装蓝宝石进行充分固定并施压；

设置好加热器目标温度，对夹具及蓝宝石晶片加热。

待两片蓝宝石晶片界面处发生相互融合时，继续保温，随后缓慢冷却。

进一步的，表面抛光处理后的蓝宝石表面粗糙度Ra1.000nm。

进一步的，所述缓慢冷却为每次降低温度100℃，达到预设温度后保温10分钟后再次降温；加热器温度降低到200～300℃后关闭加热器，在室温中冷却。

进一步的，所述目标温度为1900℃～2000℃。

进一步的，待两片蓝宝石晶片界面处发生相互融合时，继续保温1～3小时。

进一步的，所述夹具包括底板和设置于底板两侧的侧板，所述侧板设置于底板上方，与底板垂直，一侧侧板上设置有2个对称设置的紧固螺栓孔，所述紧固螺栓孔为圆形，所述紧固螺栓孔内部设置有螺栓，用于对夹具内的蓝宝石进行固定。

进一步的，调节夹具侧板上的螺栓对蓝宝石进行充分固定，螺栓拧紧后回退1/4圈～1/2圈。

进一步的，所述夹具为耐高温材质。

进一步的，所述夹具的热膨胀系数比蓝宝石的热膨胀系数小。

进一步的，所述夹具材质为钨。