[发明专利]一种多成分掺杂的蓝宝石材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种多成分掺杂的蓝宝石材料，其特征为该材料的原料组成包括掺杂改色成分、掺杂增韧成分和高纯度Al₂O₃；其质量百分比为：掺杂改色成分为0.1-4％，掺杂增韧成分为0.1-0.3％，余量为高纯度Al₂O₃；所述的掺杂改色成分为高纯TiO₂、高纯Fe₂O₃、高纯Cr₂O₃、高纯NiO、高纯V₂O₅中的一种、两种或三种；所述的掺杂增韧成分为高纯石墨粉；

其中，所述的高纯Al₂O₃纯度为99.999％；

所述的高纯TiO₂、高纯Fe₂O₃、高纯Cr₂O₃、高纯NiO、高纯V₂O₅和高纯石墨粉的纯度均为99.99％ 。

2.如权利要求1所述的多成分掺杂的蓝宝石材料，其特征为所述的蓝宝石材料的断裂强度600~700MPa、透波率为80~87％ (0.5~1mm)、莫氏硬度9级。

3.如权利要求1所述的多成分掺杂的蓝宝石材料的制备方法，其特征为包括以下步骤：

(1) 原料混合：将所有原料在行星球磨机上70-120r/min转速混合研磨24-48h，取出后冷干压成型后烧结10-18h，得到烧结料；

(2) 制备蓝宝石晶体，为以下三种方法之一：

方法一：

将烧结料置入泡生法钨坩埚内，a方向蓝宝石籽晶装入籽晶夹具内，抽真空至5×10^-3Pa，然后持续升温至2100℃直至烧结料完全熔化为熔体，保持温度8-10h后将温度降至熔点2045~2055℃，逐渐下降籽晶，当籽晶下端位于熔体液面上方15-20mm处时烤籽晶20-30分钟；依次经历下种、缩颈、引晶、放肩、等径、晶体脱埚、退火冷却过程，晶体生长速率为0.1mm/h，退火冷却时间7天，得到蓝宝石晶体；

或者，方法二：

将a方向蓝宝石籽晶装入热交换法钨坩埚底部，烧结料置入钨坩埚内，高纯氩气（纯度99.999％）气氛持续升温至2045~2055℃，烧结料完全熔化为熔体；以5-8slm/h的速率增大籽晶杆的氦气流量，使晶体沿籽晶在熔体籽晶接触面位置自下向上开始结晶生长；晶体生长结束后以10-13slm/h的速率降低氦气流量，同时降低功率，降温冷却至室温，得到蓝宝石晶体；

或者，方法三：

将烧结料置入导模法钼坩埚内，装配所需形状模板，将a方向蓝宝石籽晶装入籽晶夹具内，高纯氩气（纯度99.999％）氛持续升温至2100℃，烧结料完全熔化为熔体；晶体沿籽晶在熔体籽晶接触面位置开始结晶生长，下种引晶温度为2070℃，放肩阶段生长速率从6mm/h逐渐增加至30mm/h，等径阶段晶体生长速率为30mm/h，晶体生长结束后，在4-5h冷却至室温，得到所需形状蓝宝石晶体。

4.如权利要求1所述的多成分掺杂的蓝宝石材料的应用，其特征为用作手机背板。

5.如权利要求4所述的多成分掺杂的蓝宝石材料的应用，其特征为包括以下步骤：通过机加工将蓝宝石晶体依次经切割、CNC加工外形、砂轮精磨、振动磨抛光，得到所述蓝宝石材质手机背板。