蓝宝石材质手机视窗盖板的制备及性能研究
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[摘 要]蓝宝石材质在力学、光学、电学、散热等方面皆有非常特点的特性，可有效满足手机视窗盖板的实际需求。近年来，国内外很多手机生产厂家开始研究基于蓝宝石材质的手机视窗盖板，并取得了良好成绩。但我国对此方面的研究还不够深入，因此，本文基于理论实践，对蓝宝石材质手机视窗盖板的制备及性能做了如下研究，仅供参考。
[关键词]蓝宝石材质；智能手机；视窗盖板；制备；性能
中图分类号：J51-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0172-02
引言
随着科学技术的发展，手机愈发先进，为人们沟通交流和接触外界信息提供了便利条件。视窗盖板是智能手机的主要组成部分，其应用性能直接决定了智能手机的使用年限，和手机性能的发挥。传统合金或者硬化塑料制作的视窗盖板，在散热、触感、性能等方面普遍存在较大的局限性，难以满足智能手机功能越来越强的实际需求。而蓝宝石材质具有优异的物理学性能，可有效满足手机视窗盖板各项性能和标准的需求，值得大范围推广应用。
1、对蓝宝石材质手机视窗盖板的需求分析
研究表明，蓝宝石材质的自身结构特性，决定了其在力学、光学、电学、物理学、化学稳定性和散热性等方面具有非常优异的性能。是制作智能手机视窗盖板最佳的材料。蓝宝石材质手机视窗盖板水由美国苹果公司最先提出，其后被全球各大智能手机生产厂家模仿应用，发展至今已经被广泛应用在手机视窗盖板制作中。因此，近年来，各个国家对蓝宝石材质的需求量与日俱增。蓝宝石材质在智能手机视窗盖板和其他消费类电子产品中的应用率越来越高，市场对大尺寸、高品质蓝宝石材质和性能稳定性的需求提出了更高要求，这样的基础上，开展蓝宝石材质手机视窗盖板的制备和性能的研究，就显得尤为重要。
2、蓝宝石材质的制备
目前制备蓝宝石材质最先进的技术是美国的HEM长晶炉制备法，和制备工艺相比HEM工艺具有更高的自动化、产能也更加稳定，可实现大批量制备。其制备原理是坩埚底部通过控制热交换器中的氦气流量，实现晶体炉热场中温度梯的控制，从而达到蓝宝石材质从下到上缓慢结晶的目的。在直径为17英寸的旋压钼坩埚中，逐步形成蓝宝石籽晶，其形成速度大约为诶0.6mm/h～1.2mm/h，制备出φ400X250mm重量为140KG的蓝宝石单晶。
3、蓝宝石材质手机视窗盖板的制备
从图1中可以可以看出，蓝宝石材质手机视窗盖板制备共分9步，包括：准备大尺寸蓝宝石长晶、进行蓝宝石开发、蓝宝石晶块成型及热处理、低损伤层多线切割、低损伤层双面研磨、高平坦度精磨、CNC成型及开孔、CMP机械化学抛光、边缘强化就可以制作出蓝宝石材质手机视窗盖板【1】。在这九大步骤中，任何一个环节控制不当，都会造成严重的损坏，所以，在具体制备中必须严格做好每个环节的质量，才能从根本上提升蓝宝石材质手机视窗盖板的效率和质量。
4、蓝宝石材质手机视窗盖板性能分析
4.1 表面粗糙度分析
在分析蓝宝石材质手机视窗盖板的表明粗糙度时，应用到的主要工具为原子力显微镜，对其表明粗糙度进行全面测试。在原子力显微镜弹性微悬臂的一侧，安装了高精度探针，微悬臂另一侧固定。在进行样品表面扫描时，探针会和原子力之间形成相互排斥的作用力，导致悬臂一侧发生变形，通过对变形量测量和计算的结果，就可以作为探针和样品之间排斥力的量度。此时在通过一束激光经过微悬臂的表面反射落到光电检测器上，通过这样的方法就可以准确反映出样品表面形貌和其表明的实际情况。再选择420μmX420μm测试区进行全方面扫描测试，就可以获得蓝宝石材质手机视窗盖板表明粗糙度的实际情况，粗糙度的平均值小于1nm，就可以认为其符合智能手机需求的表明。
4.2厚度偏差分析
在进行蓝宝石材质手机视窗盖板厚度偏差测试时，要先在蓝宝石材质手机视窗盖板上选择9测试点位，分别标号为1～9，其中5测试点位的为中心点位，而1～4，6～9测试点位距离边缘2cm以上。然后分别测量1～9测试点位蓝宝石材质手机视窗盖板的厚度，以5測试单位为标准厚度，9个测试定位最大厚度和最小厚度的差值，就是蓝宝石材质手机视窗盖板的厚度变化值。
4.3硬度分析
根据相关标准对硬度测试的规定，在进行蓝宝石材质手机视窗盖板硬度测试时，要对其的努氏硬度、莫氏硬度、表面纳米硬度等进行全方位测试，测试结果为努氏硬度为达到61.7GPa、莫氏硬度达到9级、表面纳米硬度的平均值为31.18GPa，可有效满足智能手机应用和性能的具体需求【2】。
4.4可见光透过率分析
可见光透光率是衡量蓝宝石材质手机视窗盖板是否可以有效满足智能手机具体需求的重中之重，因此，需要对可见光透过率进行全面综合分析。具体做法为：先用超声波对双面抛光的蓝宝石材质手机视窗盖板进行全面清洗；然后放入恒温60℃无尘的烘箱中进行为10～15min的烘干处理，才能就进行透过率测试，蓝宝石材质手机视窗盖板在400nm～740nm可见光波段中，其透过率普遍在85.6%以上，符合智能手机应用和相关性能标准的需求。
4.5弯曲强度测试
为检验蓝宝石材质手机视窗盖板的弯曲强度是否符合相关标准，现状蓝宝石材质手机视窗盖板上4个点进行弯曲强度测试，测试尺寸为145mmX73mmX0.45mm。从物理学的结构特性而言，蓝宝石材质属于各项异性的晶体材料，因此，晶体排列的方向不同，蓝宝石材质的各项性能和参数也不尽相同。弯曲强度计算公式为： ，此公式中，S 表示弯曲强度（MPa）；F表示断裂时样品所能承受的最大压力（N）；L表示蓝宝石材质手机视窗盖板的下跨距（mm）；b表示样品的宽度（mm）；h表示被测样品的厚度（mm）【3】。
5、结束语
综上所述，本文结合理论实践，深入分析了蓝宝石材质手机视窗盖板的制备和性能。分析结果表明，蓝宝石材质手机视窗盖板制备共分9大步骤，每个步骤都要科学合理的控制，才能保证手机视窗盖板的质量。同时通过试验测试结果表明，蓝宝石材质手机视窗盖板的表面粗糙度、厚度偏差、翘曲度、硬度、可见光透过率、弯曲强度、落球强等都均可满足智能手机应用和性能的实际需求，值得大范围推广应用。
参考文献
[1]杜彦召. 蓝宝石材质手机视窗盖板的制备和性能分析[J]. 中国科技信息， 2017（16）：79-82.
[2]杜彦召. 消费类电子产品用蓝宝石晶体生长方法综述[J]. 科技创新导报， 2017， 14（25）：104-105.
[3]关力锋. 蓝宝石数控加工工艺优化[J]. 金属加工：冷加工， 2017（19）：24-29.
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