專利名稱：制造多晶透明陶瓷襯底的方法和制造尖晶石襯底的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造多晶透明陶瓷襯底的方法和制造尖晶石襯底的方法。本發(fā)明還涉 及在電子用途的光學產(chǎn)品、尤其是在液晶投影儀的透明襯底等中所使用的多晶透明陶瓷襯 底和尖晶石襯底的制造方法。
背景技術：
在過去幾年中，液晶投影儀已經(jīng)可商購獲得。在這些產(chǎn)品中，將液晶屏幕的正面和 背面制成透明的，充當液晶面板的一面暴露在光下，通過透鏡等來調(diào)節(jié)透過的光。用于保 護這些種類的液晶投影儀的液晶屏幕的透明襯底，不僅需要保護液晶屏幕免遭受塵土或空 氣，還要提供熱保護以免遭受相鄰的光源、釋放伴隨光源的光引起液晶屏幕內(nèi)產(chǎn)生吸熱現(xiàn) 象所致的溫度升高而產(chǎn)生的熱量，等等。近來，具有優(yōu)異透明度的多晶透明陶瓷襯底已經(jīng)用作這些種類的透明襯底，其中 代表性的是尖晶石(MgO -HAl2O3 ；η = 1 3)。還能夠列出氧化鎂(MgO)、氮化鋁(AlN)、硫 化鋅(ZnS)等作為多晶透明陶瓷。在專利文獻1 3中公開了具有良好透明度的尖晶石襯底和所述尖晶石襯底的制 造方法。專利文獻1 特公平6-72045號公報專利文獻2 特開2006-273679號公報專利文獻3 特表平4-502748號公報

發(fā)明內(nèi)容
技術問題然而，在專利文獻1 3中公開的制造尖晶石襯底的常規(guī)方法中，對單獨制造成預 定尺寸的尖晶石燒結體進行研磨、涂布抗反射(AR)涂層并制成預定的尖晶石襯底，所述方 法不能廉價提供尖晶石襯底。對于不僅能夠廉價提供尖晶石襯底，而且還有其他多晶透明陶瓷襯底的制造方 法，存在著需求。因此，本發(fā)明旨在提供在液晶投影儀的透明襯底等中使用的多晶透明陶瓷襯底的 廉價制造方法。解決問題的手段本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用通過下述方面公開的制造方法，能夠廉價制造多晶透明陶瓷 襯底，從而完成了本發(fā)明。下面根據(jù)各個方面描述本發(fā)明。本發(fā)明的第一方面是制造多晶透明陶瓷襯底的方法，其特征在于包括如下步驟通過對成形為預定形狀的陶瓷體進行燒結來制造多晶透明陶瓷燒結體；通過對所述多晶透明陶瓷燒結體進行切割來制造多個多晶透明陶瓷切割體；
通過對所述多晶透明陶瓷切割體的切割面進行研磨來制造多晶透明陶瓷研磨體； 以及通過向所述多晶透明陶瓷研磨體施加抗反射涂層來制造涂層多晶透明陶瓷體。在第一方面的發(fā)明中，將制成預定形狀(例如棒狀或塊狀)的多晶透明陶瓷燒結 體進行切割、研磨、涂布抗反射涂層、并隨后切割成預定形狀，從而制造多晶透明陶瓷襯底， 這與單個制造[襯底]的常規(guī)制造方法不同。因此，能夠一次制造大量多晶透明陶瓷襯底， 并能夠廉價制造所述多晶透明陶瓷襯底。本發(fā)明的第二方面是制造尖晶石襯底的方法，其特征在于包括如下步驟通過對成形為預定形狀的尖晶石進行燒結來制造尖晶石燒結體；通過對所述尖晶石燒結體進行切割來制造多個尖晶石切割體；通過對所述尖晶石切割體的切割面進行研磨來制造尖晶石研磨體；以及通過向所述尖晶石研磨體施加抗反射涂層來制造涂層尖晶石體。第二方面的發(fā)明是使用尖晶石燒結體制造多晶透明陶瓷襯底即尖晶石襯底的方 法。在第二方面的發(fā)明中，將制成預定形狀(例如棒狀或塊狀)的尖晶石燒結體進行 切割、研磨、涂布抗反射涂層、并隨后切割成預定形狀，從而制造尖晶石襯底，這與單個制造 [襯底]的常規(guī)制造方法不同。因此，能夠一次制造大量尖晶石襯底，并能夠廉價制造所述 尖晶石襯底。下面將對第二方面的各個步驟進行描述。(制造尖晶石燒結體的步驟)在壓力機等中將尖晶石粉末成形為預定形狀，然后在真空或預定氣氛中進行燒 結，從而制造尖晶石燒結體。在該階段，預燒結的密度有時會不足，且透明度有時會不充分。 在這種情況下使用熱壓或熱等靜壓(HIP)進行致密化，并制造具有優(yōu)異透明度的尖晶石燒 結體。在熱等靜壓用于上述狀況的情況中，由此制得的尖晶石燒結體，在Imm厚度下對 450nm波長的可見光的透過率為84%以上，且透明度比使用熱壓時的更好。因此，優(yōu)選使 用熱等靜壓。所述HIP的壓力優(yōu)選為約100 200MPa。所述HIP的溫度優(yōu)選為1700 1850 O。(對尖晶石燒結體進行切割的步驟)以預定厚度對所制得的尖晶石燒結體進行切割，從而制造多個尖晶石切割體。由 于能夠同時制造多個尖晶石切割體，所以本方法比常規(guī)的制造方法更有效率。上述情況中的預定厚度是把后續(xù)步驟中的研磨等考慮進去后得到的厚度。此外，切割厚度不需要相同，且還可采用切割成不同的厚度。由于能夠制造具有不 同厚度的尖晶石切割體，所以可以迅速滿足對具有不同厚度的尖晶石透明襯底的需求。(對所述尖晶石切割體進行研磨的步驟)由于尖晶石切割體的切割面因切割而變得粗糙，所以如果不對所述表面進行處 理，則會對切割面方向上的透明度產(chǎn)生不利影響。因此，對切割面進行研磨并使其平滑，從 而恢復透明度。能夠使用與常規(guī)制造方法中相同的研磨方法(例如，使用松散顆粒進行研 磨等)。研磨過的表面的表面粗糙度優(yōu)選為Ra ^ 0.01 μ m,且平行度和翹曲各自優(yōu)選為10 μ m以下。(向尖晶石研磨體施加抗反射涂層的步驟)為了提高尖晶石研磨體的透明特性和表面穩(wěn)定性，對所述表面(一面或兩面)進 行抗反射涂層處理?？芍苯邮褂迷诔Ｒ?guī)制造方法中通常使用的涂層材料和涂層方法(例 如，涂層材料可以是MgF2或TiO2等；且涂層方法可以是真空沉積法或化學氣相沉積(CVD) 法等)。通過上述步驟得到的涂層尖晶石體能夠用作尖晶石襯底，但是還可以預先制造大 的涂層尖晶石體，并使用切片鋸等將涂層尖晶石體切割成預定尺寸，由此得到具有預定尺 寸的尖晶石襯底。在這種情況中，由于涂層尖晶石體是一面或兩面已經(jīng)被涂布的尖晶石燒 結體，所以利用切割能夠同時得到大量尖晶石襯底，并能夠廉價且高效地制造尖晶石襯底。本發(fā)明的第三方面是根據(jù)第二方面制造制造尖晶石的方法，其特征在于還包括使 用選自普通壓制和冷等靜壓的至少一種對尖晶石成形體進行成形的步驟。在第三方面的發(fā)明中，在尖晶石粉末成形中，通常使用與預定形狀相匹配的壓制 成形，且在要進一步提高填充系數(shù)的情況中能夠使用冷等靜壓(CIP)。由此能夠制造更均勻 的尖晶石成形體。從提供具有均勻密度的成形體考慮，優(yōu)選冷等靜壓。所述CIP的壓力優(yōu)選為約 100 200MPa。優(yōu)選通過壓制成形進行初步成形，然后通過CIP進行二次成形。本發(fā)明的第四方面是根據(jù)第二或第三方面制造尖晶石襯底的方法，其特征在于， 制造多個尖晶石切割體的步驟包括如下步驟對所述尖晶石燒結體進行研磨以調(diào)整其外 形；并利用線鋸或片鋸對具有調(diào)整的外形的所述尖晶石燒結體進行切割。在第四方面的發(fā)明中，在對所述尖晶石成形體進行燒結時，使用在空氣氣氛中的 燒結或真空燒結。能夠根據(jù)尖晶石粉末中的雜質(zhì)量來適當選擇燒結方法。例如，在其中含 有大量有機粘合劑的情況中，使用在空氣氣氛中的燒結。此外，在已經(jīng)完成了在空氣氣氛中的燒結或真空燒結之后，在使用氣氛燒結來進 行加壓燒結時，優(yōu)選能夠進一步提高透明度特性。在氣氛燒結中，所述氣氛優(yōu)選為氮氣、氬 氣或氧氣。本發(fā)明的第五方面是根據(jù)第二至第四方面中任一方面制造尖晶石襯底的方法，其 特征在于，制造多個尖晶石切割體的步驟包括如下步驟對所述尖晶石燒結體進行研磨以調(diào)整其外形；以及利用線鋸或片鋸對具有調(diào)整的外形的所述尖晶石燒結體進行切割。由于在通過研磨對尖晶石燒結體的外形進行調(diào)整之后，使用線鋸或片鋸來制造尖 晶石切割體，因而在第五方面的發(fā)明中能夠進行高效切割。對尖晶石燒結體的外部進行研磨，消除尖晶石燒結體表面上的不規(guī)則性，因此有 可能減少切割期間的廢料。此外，在該步驟中，能夠?qū)τ糜谝壕队皟x中尖晶石襯底的尺 寸、平行度等進行必要的調(diào)整。當使用線鋸進行切割時，能夠在一個周期內(nèi)切出大量襯底，并能夠更高效地得到 尖晶石襯底。本發(fā)明的第六方面是第二至第五方面中任一方面制造尖晶石襯底的方法，其特征在于，使用精研板執(zhí)行制造尖晶石研磨體的步驟。由于在第六方面的發(fā)明中使用精研板對尖晶石切割體進行研磨，所以能夠?qū)⑶懈?面研磨成更高的平滑度。在上述第二至第六方面中，描述了由尖晶石燒結體制造尖晶石襯底的方法，但是 在各個方面中公開的制造方法不僅能夠應用于尖晶石燒結體，還能夠應用于氧化鎂、氮化 鋁、硫化鋅以及各種其他多晶透明陶瓷體。在這種情況中，所述CIP壓力優(yōu)選為約100 200MPa。所述HIP溫度優(yōu)選為1400 1900°C，且使用熱等靜壓制造的多晶透明陶瓷燒結體在1mm厚度下對450nm波長的可見光 的透過率為80%以上。通過利用抗反射涂層適當?shù)赝坎级嗑沾蔁Y體的側面或兩個側 面，可以提供具有優(yōu)異直線透明度的透明多晶陶瓷燒結體。優(yōu)選將MgF2、YF3、LaF3、CeF3、BaF2 或其他金屬氟化物用作抗反射涂層。具有Si02、Ti02、Al203、Y203、Ta205、&02和其他金屬氧 化物的多層也是可以的。物理氣相沉積法能夠用作提供抗反射涂層的手段；具體實例包括 濺射法、離子電鍍法和真空氣相沉積法。發(fā)明效果通過應用本發(fā)明制造多晶透明陶瓷襯底的方法，能夠廉價制造能夠在液晶投影儀 中用于透明襯底等的多晶透明陶瓷襯底。優(yōu)選實施方案描述下面根據(jù)實施例，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行更詳細地描述。本發(fā)明不限于下 述實施方案。在本發(fā)明的等同和等價范圍內(nèi)，可向下述實施方案添加多種修改。應注意，盡管下列實施例中使用了尖晶石，但是也能夠?qū)⒀趸V、氮化鋁、硫化鋅 以及其他類似化合物應用于多晶透明陶瓷襯底中。
實施例下面對實施例的各個步驟進行描述。(制造尖晶石燒結體)通過預成形(成形條件196MPa)，在壓力機中將尖晶石粉末(MgO nAl203 ；n = 1.05 1.30)成形為棒狀，并通過使用冷等靜壓(條件；196MPa)的二次成形進一步成形為 尖晶石成形體。隨后將尖晶石成形體進行真空燒結(條件1650°C X4小時)，并得到尖晶石燒結 體。使用熱等靜壓(條件1750°C X2小時，200MPa)進一步施加壓力和熱，隨后對表面進 行研磨，消除不規(guī)則性，并最終得到尺寸為20X 18X 130mm的棒狀尖晶石燒結體。(對尖晶石燒結體進行切割)使用多線鋸(制造商Aasunaga Corporation)將棒狀尖晶石燒結體切割成1. 2mm 的厚度，并制造80個尖晶石切割體。(對尖晶石切割體進行研磨)使用精研板對各個尖晶石切割體的切割面進行研磨，并制造厚度為20 X 18 X 1mm 的尖晶石研磨體(使用9、3和lym的松散顆粒金剛石)。此處，表面粗糙度為Ra = 0. 007iim，平行度為5. 2iim，且翹曲為2. 3 ii m。(施加抗反射涂層)
使用真空沉積法，在完成了研磨的尖晶石燒結體的一個表面上施加0. 1 μ HiWMgF2
單層涂層。涂層后，對450nm波長可見光的透明度為91%以上。當按如上所述使用本發(fā)明的制造方法時，能夠一次性制造大量尖晶石襯底。
權利要求
一種制造多晶透明陶瓷襯底的方法，其特征在于包括如下步驟通過對成形為預定形狀的陶瓷體進行燒結來制造多晶透明陶瓷燒結體；通過對所述多晶透明陶瓷燒結體進行切割來制造多個多晶透明陶瓷切割體；通過對所述多晶透明陶瓷切割體的切割面進行研磨來制造多晶透明陶瓷研磨體；以及通過向所述多晶透明陶瓷研磨體施加抗反射涂層來制造涂層多晶透明陶瓷體。
2.一種制造尖晶石襯底的方法，其特征在于包括如下步驟通過對成形為預定形狀的尖晶石成形體進行燒結來制造尖晶石燒結體； 通過對所述尖晶石燒結體進行切割來制造多個尖晶石切割體； 通過對所述尖晶石切割體的切割面進行研磨來制造尖晶石研磨體；以及 通過向所述尖晶石研磨體施加抗反射涂層來制造涂層尖晶石體。
3.如權利要求2所述的制造尖晶石襯底的方法，其特征在于，還包括如下步驟使用選 自普通壓制和冷等靜壓中的至少一種以使所述尖晶石成形體成形。
4.如權利要求2或3所述的制造尖晶石襯底的方法，其特征在于，使用真空燒結、在空 氣氣氛中燒結和氣氛燒結中的一種來進行制造所述尖晶石燒結體的步驟。
5.如權利要求2或3所述的制造尖晶石襯底的方法，其特征在于，制造所述多個尖晶石 切割體的步驟包括如下步驟對所述尖晶石燒結體進行研磨以調(diào)整其外形；以及利用線鋸或片鋸對具有經(jīng)調(diào)整的外形的所述尖晶石燒結體進行切割。
6.如權利要求2 5中任一項所述的制造尖晶石襯底的方法，其特征在于，使用精研板 進行制造所述尖晶石研磨體的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在液晶投影儀的透明襯底等中所使用的多晶透明陶瓷襯底的制造方法。所述多晶透明陶瓷襯底的制造方法的特征在于包括對成形為預定形狀的陶瓷體進行燒結并制造多晶透明陶瓷燒結體的步驟；對所述多晶透明陶瓷燒結體進行切割并制造多個多晶透明陶瓷切割體的步驟；對所述多晶透明陶瓷切割體的切割面進行研磨并制造多晶透明陶瓷研磨體的步驟；以及向所述多晶透明陶瓷研磨體上施加抗反射涂層并制造涂層多晶透明陶瓷體的步驟。
文檔編號C04B35/443GK101874006SQ200880117859
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權日2007年11月26日
發(fā)明者中山茂, 吉村雅司, 藤井明人 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社