一种蓝宝石球面晶体的制备方法与流程

1.本发明属于蓝宝石球面晶体技术领域，具体涉及一种蓝宝石球面晶体的制备方法。

背景技术：

2.人造单晶蓝宝石，化学成分：三氧化二铝，化学式：al2o3，其红外透过率≥85%，莫氏硬度9级，抗划伤、耐酸碱腐蚀，并且拥有优良的光学性能、物理性能和化学性能，被广泛应用于光电子领域、智能穿戴、通讯、光学设备以及国防领域。
3.蓝宝石晶体的生长方法主要有：提拉法(cz法)、泡生法（ky法）、热交换法(hem法)、导膜法(efg法)、温梯法(tgt法)等。泡生法（ky法）生长的晶体质量好，但存在生产合格率低，材料利用率低等不足，热交换法(hem法)虽然自动化程度高，但是存在成本高，晶体缺陷高等不足，cz法自动化程度高，材料利用率很高，但存在控制引晶和生长的过程不容易控制，晶体生长不稳定，生成的晶体性能无法达到光学级蓝宝石单晶晶体位错密度、单晶性、无应力等特性，从而容易导致加工过程碎裂或晶体原材料无法达到光学设备以及国防领域所需晶体材料参数指标，尤其是晶体性能无法满足大口径（100-300mm）蓝宝石球面晶体原材料的要求，导致大口径（100-300mm）蓝宝石球面磨抛过程容易出现碎裂报废，大大增加了加工成本。
4.目前蓝宝石平片量产加工的晶体制备工艺已趋于成熟，但蓝宝石大口径球面的抛光工艺却一直沿用其他晶体的古典加工工艺，如铣磨、球面粗磨、球面精磨、球面抛光。需要指出的是，蓝宝石晶体结构呈现各向异性特点，这决定了其相关物理性质也具有一定的方向性。蓝宝石的硬度在不同的方向有不同的数值，可将其视为一个矢量。研究发现，硬度在三维空间表现为椭球体结构，椭球体的长轴方向为光轴方向，光轴方向的硬度相对较高，其努普硬度值为2000，垂直光轴方向的努普硬度值较低，为1800，这可以解释实践中蓝宝石除光轴方向外其他任何地方均容易被磨成椭圆的现象。实际应用中，由于晶体在生长过程中会产生相当大的热应力，其晶格会发生一定程度的变形，硬度椭球分布也会因此发生变化，通常蓝宝石最大硬度方向不是光轴方向，而是与光轴呈一定的角度，一般为60
°
，具体参见长春理工大学学位论文《蓝宝石红外整流罩原理及设计》，其大口径蓝宝石球面制造采用铸铁磨具，研磨粉为碳化硼磨料，但是易导致球面磨抛过程中不均匀等现象出现，只能通过数十个小时抛光去提升质量。这大大增加了蓝宝石球面晶体制造的难度，制造效果低下，成本高，这些均是传统的其他晶体的古典加工工艺无法适应蓝宝石球面晶体制造要求的种种弊端，亟需解决。

技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术存在的大口径蓝宝石球面抛光加工周期长、加工成本高以及蓝宝石球面晶体制造质量无法满足要求的缺陷，提供一种蓝宝石球面晶体的制备方法，该制备方法能够减少本发明的球面精抛过程的加工时间，降低加工成本，且能够
保证蓝宝石球面晶体的质量满足要求，可使得蓝宝石球面晶体的表面疵病等级b≤iv级、面形光圈数n≤5、光圈局部误差δn≤0.5，满足成品技术指标。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种蓝宝石球面晶体的制备方法，包括蓝宝石晶体生长步骤、蓝宝石晶体抛光成型步骤，所述蓝宝石晶体生长步骤包括装料、热场组装、加热、原料熔化、调整液面温度、引晶和生长，所述引晶和生长的过程包括：下放籽晶，将籽晶按照1.5-3mm/min的速度碰触液面，碰触到液面后通过称重系统观察籽晶的重量变化，通过调节生长或者融化的功率和调整上方通入的氩气冲入量在2-20l/min，直到维持籽晶重量稳定，然后在稳定1-3h后开始下降功率，开始长晶，在所述长晶过程完成后降温，所得蓝宝石单晶晶体的位错密度≤1100ps/cm2，根据xrd测试的单晶性≤14弧秒；且所述蓝宝石晶体抛光成型步骤包括：s1、铣磨，s2、球面粗磨，s3、球面精磨，s4、球面一次粗抛，s5、球面二次粗抛，s6、球面精抛。
7.在一些优选实施方式中，s2所述球面粗磨和s3所述球面精磨各自独立地满足：采用的磨具布氏硬度为100-270 n/mm2，磨具导热系数小于45w/（m
·
k)；且采用的粗磨磨料粒径为90-110μm，采用的精磨磨料粒径为20-30μm。
8.在一些优选实施方式中，s2所述球面粗磨的过程控制所得蓝宝石球面的粗糙度ra为1-1.2μm，s3所述球面精磨的过程控制所得蓝宝石球面的粗糙度ra为0.25-0.35μm。
9.在一些优选实施方式中，s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛各自独立地满足：采用的粗抛磨具布氏硬度为35-50 n/mm2，粗抛磨具导热系数大于350w/（m
·
k)，且采用含粗抛磨料的抛光液，所述粗抛磨料的粒径不大于2.5μm、优选小于1μm。
10.进一步优选地，所述粗抛磨具包括用于粗抛蓝宝石球面凸面的凹球面磨具和用于粗抛蓝宝石球面凹面的凸球面磨具，所述凹球面磨具的凹球面上和所述凸球面磨具的凸球面上均开设有若干圆环槽和若干竖槽，所述圆环槽用于分布抛光液，所述竖槽用于将外部空气导入粗抛磨具与蓝宝石球面之间；所述圆环槽以凹球面磨具或凸球面磨具的圆心点为中心，以同心圆环方式间隔排布，所述竖槽贯穿若干圆环槽并与圆环槽相连通且若干竖槽沿相应磨具的圆心点对称分布。
11.更优选地，所述圆环槽和竖槽的槽宽各自独立地为1-4mm，槽深各自独立地为1-6mm。
12.进一步优选地，所述竖槽的槽宽和槽深分别大于圆环槽的槽宽和槽深。
13.更优选地，所述凹球面磨具中圆环槽和竖槽的开槽面积总和为凹球面面积的1/5-3/10，所述凸球面磨具中圆环槽和竖槽的开槽面积总和为凸球面面积的1/5-3/10。
14.更优选地，若干圆环槽等距的间隔排布，若干竖槽等距的间隔排布。
15.在一些优选实施方式中，s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛均在研磨机上进行，控制所述球面二次粗抛中研磨机的主轴转速和摆轴摆速均高于所述球面一次粗抛的主轴转速和摆轴摆速，且s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛的摆轴压力各自独立地为0.05-0.15mpa、优选0.1-0.15mpa。
16.更优选地，s4所述球面一次粗抛的工艺条件包括：控制主轴转速为10-30rpm，摆轴摆速为15-25rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa，和/或，控制蓝宝石球面的面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn满足0.5≤δn≤1。
17.更优选地，s5所述球面二次粗抛的工艺条件包括：控制主轴转速为30-50rpm，摆轴
摆速为20-40rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa，和/或，控制蓝宝石球面的表面疵病等级b≤vi级，面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn满足0.5≤δn≤1。
18.在一些优选实施方式中，s6所述球面精抛满足：采用含精抛磨料的抛光液，所述精抛磨料粒径为500-1000nm。
19.在一些优选实施方式中，s6所述球面精抛在抛光机上进行，其工艺条件包括：控制抛光机的主轴转速为50-150rpm，摆轴摆速为20-40rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa，和/或，控制蓝宝石球面晶体的表面疵病等级b≤iv级，面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn≤0.5。
20.在一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：在所述蓝宝石晶体抛光成型步骤之前，将所述蓝宝石晶体生长步骤得到的晶锭底部往上方200-250mm处进行第一分割，得到上方的第一晶锭；在所述第一晶锭底部再往上方130-180mm处进行第二分割，得到下方的第二晶锭，将所述第二晶锭作为所述蓝宝石晶体抛光成型步骤的原料。
21.有益效果：本发明通过控制引晶和生长的过程，使初期晶体生长更为稳定，提高生成的晶体性能，实现光学级蓝宝石单晶晶体位错密度≤1100ps/cm2，单晶性≤14弧秒，从而利于减少s2-s6的抛磨过程中大口径（100-300mm）蓝宝石球面出现碎裂报废的可能，晶体原材料达到光学设备以及国防领域所需晶体材料参数指标，提高成品良率，降低生产成本；配合包括两次粗抛的蓝宝石晶体抛光成型步骤，能有效减少磨抛时间，同时提升蓝宝石球面晶体的品质。而且，本发明所得单晶晶体硬度高（如可达2200dan/mm）、韧性好（如可达2.0mpa.m
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），杂质少，还能在后续加工过程中避免出现内裂、划伤等影响产品质量问题的可能，能让成品具有更高的强度，杂质少在后续加工过程中更容易达到光学红外透过率≥87%，使得成品更加适用于光电子领域、智能穿戴、通讯、光学设备以及国防领域。
22.在本发明优选特定的s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛的两次粗抛方案中，采用较低布氏硬度且高导热系数的粗抛磨具和细粒径粗抛磨料，能够快速修整s3球面精磨后的面形不规则，更利于快速实现光轴方向60
°
圆环区域凸起短时间内去除，缩短球磨精抛时间，使得后续的s6球面精抛过程无需耗费大量时间修整面形精度，同时两次粗抛后的大口径蓝宝石球面的表面疵病等级b可提升至≤vi级，而且更利于减少s6球面精抛过程的加工时间，降低加工成本，提高抛光效率。
23.在本发明优选工艺条件的两次粗抛方案中，更利于降低s3球面精磨后的表面粗糙度ra、提升表面疵病等级b，控制面形光圈数n和光圈局部误差δn，达到抛光成品高指标要求，无需用长时间抛光来提升表面疵病等级b、控制面形光圈数n和光圈局部误差δn。在一些具体实施方式中，通过对多次加工数据对比发现：本发明的球面精磨用时比常规的古典加工工艺减少2-3h，本发明的球面精抛用时比常规的古典加工工艺减少70-75h。
24.在本发明优选尺寸和结构的粗抛磨具方案中，能够为后续球面精抛提供了一个表面疵病等级b≤vi级、面形光圈数n≤5、光圈局部误差0.5≤δn≤1的大口径蓝宝石球面晶体零件，从而更利于提高后续球面精抛的加工效率，缩短球面精抛的加工周期，降低加工成本。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1是凹球面磨具或凸球面磨具的俯视图。
27.图2是凸球面磨具的剖视图。
28.图3是凹球面磨具的剖视图。
29.图4是晶锭切割的结构示意图。
30.附图标记说明1、圆环槽，2、竖槽，3、第二晶锭，4、晶锭底部。
具体实施方式
31.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
32.本发明中术语解释及其测试方法：球面晶体，其是指一种晶体生长后铣磨成球面，经球面粗磨、球面精磨、抛光处理（包括粗抛和抛光）获得球面（或称弧面）形式的蓝宝石晶体产品，例如可以为蓝宝石球罩等产品。其并非指单独晶体。其中在球面粗磨、球面精磨、抛光处理（包括粗抛和精抛）的中间加工过程中的中间产物称为蓝宝石球面。
33.位错密度，其为单位体积晶体中所含的位错线的总长度，单位是ps/cm2。位错密度参考gb/t33763-2017通过腐蚀金相法腐蚀法测试得到。
34.单晶性，其是指晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间排列的长程有序性，以表征晶体的生长质量；数值越小，晶格畸变越小。其通过xrd测试得到，其为xrd摇摆曲线的半高宽（半峰宽）数值，单位为弧秒，用于反映x射线被待测晶面反射后其衍射束的发散情况，从而表征待测晶体的生长质量，半高宽越小则晶体质量越好，反之越差。
35.表面疵病等级b，表面疵病包括擦痕和麻点，划分为10个等级（0、i-10、i-20、i-30、ii、iii、iv、v、vi、vii），具体判定按照国标gb1185-74。本发明使用影像测量仪测量擦痕和麻点。
36.面形光圈数n，是指检验光学零件（蓝宝石球面晶体或蓝宝石球面）表面时，被检球面表面与标准样板的标准表面曲率半径有偏差时所产生的干涉条纹（光圈）数，牛顿干涉圈一般用n表示。其通过球面工作样板（其通过球面标准样板复制，参考gb/t1240-76，用于检验加工零件）测量，球面工作样板的光圈数以546nm的单光为基准，测量时室温保持在20
±
3℃，球面曲率半径（即球面工作样板曲率半径）参考球面标准表面曲率半径，球面工作样板放置到被检球面上，球面工作样板表面曲率半径与被检球面表面曲率半径有偏差时所产生的干涉条纹（光圈）数，即面形光圈数n。
37.光圈局部误差δn，其是指在本发明使用光学工作样板测量下，应用光的干涉原理检验零件表面面形光圈误差时，被检球面表面与参考球面工作样板表面之间所产生的干涉条纹的局部不规则的程度。光圈局部误差δn的度量是以被检球面的局部不规则干涉条纹对理想平滑干涉条纹的偏离量与两相邻条纹间距的比值，取最大值，即δn=偏离量/两相邻条纹间距。
38.本发明提供了一种蓝宝石球面晶体的制备方法，包括蓝宝石晶体生长步骤、蓝宝石晶体抛光成型步骤，所述蓝宝石晶体生长步骤包括装料、热场组装、加热、原料熔化、调整液面温度、引晶和生长，所述引晶和生长的过程包括：下放籽晶，将籽晶按照1.5-3mm/min的速度碰触液面，碰触到液面后通过称重系统观察籽晶的重量变化，通过调节生长或者融化的功率和调整上方通入的氩气冲入量在2-20l/min，直到维持籽晶重量稳定，然后在稳定1-3h后开始下降功率，开始长晶，在所述长晶过程完成后降温，所得蓝宝石单晶晶体的位错密度≤1100ps/cm2，根据xrd测试的单晶性≤14弧秒；且所述蓝宝石晶体抛光成型步骤包括：s1、铣磨，s2、球面粗磨，s3、球面精磨，s4、球面一次粗抛，s5、球面二次粗抛，s6、球面精抛。
39.本发明所述装料、热场组装、加热、原料熔化、调整液面温度的具体工艺可以分别按照本领域的现有方法进行，例如本技术人的早期专利cn102383187b、cn103060913b。
40.在本发明蓝宝石晶体生长步骤中采用的原料种类和形状可以为本领域现有的任何原料，本领域技术人员可以根据需求选择；原料种类如可以采用99.999wt%的高纯氧化铝，原料形状例如可以为圆饼（其尺寸例如直径40-80mm）和/或颗粒（如规则形状和/或不规则形状）。
41.本发明所述热场组装包括调整安装好加热器和热场，其为现有技术，在此不再赘述。本发明中，应当理解的是，所述上方通入的氩气是指通过在装载物料的坩埚上方钨管引入的高纯氩气，其为本领域的常规手段，在此不再赘述。
42.可以理解的是，本发明所述维持籽晶重量稳定是指籽晶处在不溶不长的稳定状态，籽晶重量稳定不变。
43.本发明所述蓝宝石晶体生长步骤得到的晶锭为c向蓝宝石晶锭。
44.在一些优选实施方式中，如图4所示，所述制备方法还包括：在所述蓝宝石晶体抛光成型步骤之前，将所述蓝宝石晶体生长步骤得到的晶锭底部4往上方200-250mm处进行第一分割，得到上方的第一晶锭；在所述第一晶锭底部再往上方130-180mm处进行第二分割，得到第二晶锭3，将所述第二晶锭3作为所述蓝宝石晶体抛光成型步骤的原料。该优选方案下，能够保证第二晶锭中无气泡、无应力、纯度≥99.999wt%，这是由于在所述蓝宝石晶体生长步骤中的初始长晶过程中与籽晶接触位置会出现不同程度的气泡或者雾状气泡，所以晶体顶端的气泡含量会比较多，在原料融化过程中，原料中的杂质会逐渐沉入坩埚底部，所以晶体底部杂质比较多，因而取第二晶锭作为所述蓝宝石晶体抛光成型步骤的原料，更利于达到蓝宝石球面晶体成品所需的晶体原材料指标。
45.所述第一分割、第二分割可以在本领域现有切割设备中进行，例如单线切割机。
46.本领域技术人员还可以根据实际需求进行其他常规的操作，例如测定得到的晶锭（可以为所述生长得到的晶锭，也可以为上述第二分割得到的第二晶锭）的晶轴方向进行定向，具体例如可以为放在8bd定向仪定向平台上，使用8bd定向仪测定晶锭晶轴方向：c向≤1
°
。再例如，在晶锭加工完成后，对其进行机加工（例如掏棒、磨削等）得到所需形状的所述
蓝宝石晶体抛光成型步骤的原料。
47.本发明s1所述铣磨可以采用现有技术的方法进行，在此不再赘述。
48.在一些优选实施方式中，s2所述球面粗磨和s3所述球面精磨各自独立地满足：采用的磨具布氏硬度为100-270 n/mm2，磨具导热系数小于45w/（m
·
k)；和/或，采用的粗磨磨料粒径为90-110μm，采用的精磨磨料粒径为20-30μm。本发明的该优选方案下，采用高硬度磨具、适宜粒径的磨料进行s2所述球面粗磨和s3所述球面精磨，更利于提高磨削速度，具体的，高硬度磨具耐磨损，更利于加快磨削速度，成本低；同时控制适宜的磨料粒度范围能够尽可能地避免高硬度磨具对蓝宝石球面造成划伤。而在相同条件下，若磨料低于上述粒径范围，虽然球面光轴方向60
°
圆环区域凸起小，但是有出现划伤的可能；若高于上述粒度范围，蓝宝石球面粗糙度相对较大（如可达ra 0.5-0.6μm），会相对增加后期处理时间，会有出现过抛等问题的可能。
49.本发明中所述磨具的具体种类只要满足上述布氏硬度和导热系数即可，例如可以为铸铁等高硬度磨具。相应磨料的具体种类只要是本领域的能满足上述粒径的相应磨料即可，例如可以为碳化硼等磨料。
50.在一些优选实施方式中，s2所述球面粗磨的过程控制所得蓝宝石球面的粗糙度ra为1-1.2μm，s3所述球面精磨的过程控制所得蓝宝石球面的粗糙度ra为0.25-0.35μm。该优选方案，更利于缩短下一道工序（两次粗抛）的加工时间。
51.本发明优选地，所述制备方法还包括：对s3所述球面精磨得到的蓝宝石球面进行清洗，之后使用球径仪对蓝宝石球面的曲率半径进行测量，为s4所述球面一次粗抛预留粗抛余量（粗抛余量优选为0.03-0.05mm）。该优选方案下，能够更准确的通过s4所述球面一次粗抛把s3所述球面精磨产生的破坏层去除掉，更利于减少加工时间。
52.本发明的发明人进一步研究发现，在球面精磨后，蓝宝石球面光轴方向60
°
圆环区域会出现凸起，导致面形不规则；蓝宝石抛光多采用古典抛光工艺控制面形，为避免蓝宝石球面光轴方向60
°
圆环区域出现凸起在抛光时导致抛光划伤、过抛等问题影响抛光质量，需要采用细粒磨料软磨具长时间抛光，抛光时，蓝宝石球面光轴方向60
°
圆环区域会先抛亮，而蓝宝石的特性之一为硬度高，使得抛光去除量有限，难以快速的使面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn≤0.5，球面不能均匀地抛光，表面质量也难以达到表面疵病等级b≤iv级。而现有技术中用古典抛光长时间修球面面形，待修规则后，再均匀抛光，使表面疵病等级b≤iv级，面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn≤0.5，这种古典的加工工艺，导致大口径蓝宝石球面抛光加工周期长、加工成本高。对此，在本发明的一些优选实施方式中，s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛各自独立地满足：采用的粗抛磨具布氏硬度为35-50 n/mm2，粗抛磨具导热系数大于350w/（m
·
k)，和/或，采用含粗抛磨料的抛光液，所述粗抛磨料的粒径不大于2.5μm、优选小于1μm。本发明的上述优选方案中，采用硬度小、导热系数高的中等硬度的粗抛磨具，优选配合适宜小粒径粗抛磨料抛光液，实现了光轴方向60
°
圆环区域凸起短时间的去除，以及缩短球磨精抛时间；同时提升蓝宝石球面晶体品质。
53.在一些更优选的实施方式中，s2所述球面粗磨和s3所述球面精磨各自独立地满足：采用的磨具布氏硬度为100-270 n/mm2，磨具导热系数小于45w/（m
·
k)；且采用的粗磨磨料粒径为90-110μm，采用的精磨磨料粒径为20-30μm；s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛各自独立地满足：采用的粗抛磨具布氏硬度为35-50 n/mm2，粗抛磨具导热系数大
于350w/（m
·
k)，且采用含粗抛磨料的抛光液，所述粗抛磨料的粒径小于1μm。该优选方案下，更利于避免划伤大口径蓝宝石球面的可能，更利于改善大口径蓝宝石球面的表面疵病等级b；其中，粗抛磨具布氏硬度小于s2所述球面粗磨和s3所述球面精磨的磨具，具有更佳的缓冲性能，能在实现球面光轴方向60
°
圆环区域凸起短时间去除的加工过程中有效的分散球面的冲击力，同时导热系数大的粗抛磨具远高于s2-s3中采用的高硬度磨具的导热系数，能更快的传递在加工过程中产生的热量，避免磨具和蓝宝石球面受热变形导致球面面形不规则，从而快速实现球面光轴方向60
°
圆环区域凸起短时间内去除，以及缩短s3-s6的总体加工时间，更利于提高抛光效率。
54.本发明中所述粗抛磨具的具体种类只要满足上述布氏硬度和导热系数且优选纯度高、杂质含量极少的磨具即可，例如可以优选为紫铜等磨具。所述粗抛磨料的具体种类只要是本领域的能满足上述粒径的磨料即可，例如可以优选为金刚石等磨料。
55.在一种优选实施方式中，s2球面粗磨和s3球面精磨均选用铸铁磨具，s4球面一次粗抛和s5球面二次粗抛均选用铜质磨具（优选为紫铜）。该优选方案下，采用质地比铸铁磨具软的铜质磨具，更利于有效的分散球面的冲击力，且不易划伤蓝宝石球面。
56.进一步优选地，所述粗抛磨具包括用于粗抛蓝宝石球面凸面的凹球面磨具和用于粗抛蓝宝石球面凹面的凸球面磨具，如图1、图2、图3所示，所述凹球面磨具的凹球面上和所述凸球面磨具的凸球面上均开设有若干圆环槽1和若干竖槽2，所述圆环槽1用于分布抛光液，所述竖槽2用于将外部空气导入粗抛磨具与蓝宝石球面之间。在本发明的优选方案下，设置的圆环槽能有效分布抛光液，减少抛光液的损耗，降低成本；圆环槽中的抛光液能在粗抛磨具的摆动、工件主轴旋转过程中均匀的分布在蓝宝石球面的任何位置，使得蓝宝石球面研磨更均匀，面形精度更高；同时设置的竖槽能把外部空气导入粗抛磨具与蓝宝石球面之间，使得在两次粗抛过程中空气能够充分的快速的均匀到达蓝宝石球面，更利于减少粗抛磨具和蓝宝石球面分离时对大口径蓝宝石球面产生的损伤。
57.本发明中，应当理解的是，所述粗抛磨具应用时，可以先使用凹球面磨具加工蓝宝石球面凸面，再用凸球面磨具粗抛蓝宝石球面凹面。应当理解的是，所述凹球面磨具和凸球面磨具的尺寸分别与蓝宝石球面的凸面、凹面曲率半径相匹配，以对其进行研磨。
58.本发明的圆环槽与竖槽相互交叉且相连通。优选地，所述圆环槽以凹球面磨具或凸球面磨具的圆心点为中心，以同心圆环方式间隔排布。优选地，所述竖槽贯穿若干圆环槽并与圆环槽相连通。所述竖槽可以位于或不位于相应球面的半径上。更优选若干竖槽沿相应磨具的圆心点对称分布。在本发明的优选方案下，圆环槽和竖槽分布合理，能进一步避免蓝宝石球面光轴方向60
°
圆环区域凸起进行两次粗抛时受力损伤、热量聚集带来的不利影响；其中，圆环槽能实现抛光液与粗抛磨具的径向间隔分布，以及抛光液的圆周方向的流动，更利于抛光液的均匀分布，更利于抛光液中粗抛磨料的磨损颗粒与未磨损颗粒的混匀，保证抛光程度一致；竖槽引入空气，有效隔断力的传导和热的传导，可进一步减少蓝宝石球面的损伤、受热、黏连等问题，更利于保证粗抛磨具在两次粗抛过程中的安全使用。
59.更优选地，所述圆环槽和竖槽的槽宽各自独立地为1-4mm，具体例如1、1.5、2、2.5、3、3.5、4mm等；槽深各自独立地为1-6mm，具体例如1、2、3、4、5、6mm等。该优选方案下，槽宽、槽深适宜，更利于设置适宜数量的圆环槽，更利于抛光液在球面的均匀分布，同时降低抛光液成本。
60.更优选地，所述竖槽的槽宽和槽深分别大于圆环槽的槽宽和槽深，也即，所述竖槽的槽宽大于圆环槽的槽宽，所述竖槽的槽深大于圆环槽槽深。该优选方案下，更利于缩短总加工时间，提升最终所得蓝宝石球面晶体质量。
61.所述圆环槽或竖槽的槽宽和槽深可以相同，也可以不同，优选圆环槽的槽宽和槽深相同，竖槽的槽宽和槽深相同。
62.更优选地，所述凹球面磨具中圆环槽和竖槽的开槽面积总和为凹球面面积的1/5-3/10，所述凸球面磨具中圆环槽和竖槽的开槽面积总和为凸球面面积的1/5-3/10。该优选方案下，开槽面积适宜，使得粗抛磨具和蓝宝石球面接触面适宜大，研磨面积适宜大，更利于提升研磨效率；同时保证抛光液流动性较好，更利于提高抛光液的分布均匀性，提高抛光效率与质量。
63.更优选地，若干圆环槽等距的间隔排布，若干竖槽等距的间隔排布。该优选方案下，更利于均匀分布抛光液和导入外部空气，从而更利于提升粗抛效果；还能够尽可能避免对蓝宝石球面光轴方向60
°
圆环区域凸起位置进行更密集槽设置而导致的接触面减少、研磨量不够、球面研磨不均匀等问题。
64.本领域技术人员可以根据上述开槽面积以及抛光液分布和外部空气的导入情况确定圆环槽和竖槽的数量以及槽深和槽宽。例如，粗抛磨具上每间隔2-6mm设置1-4mm（即槽宽）*1-4mm（即槽深）的圆环槽和对称的2-6条的2-6mm*2-6mm的竖槽，其有利于抛光液在蓝宝石球面上均匀分布，提升加工效率。
65.在一些优选实施方式中，s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛均在研磨机上进行，控制所述球面二次粗抛中研磨机的主轴转速和摆轴摆速均高于所述球面一次粗抛的主轴转速和摆轴摆速，和/或，s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛的摆轴压力各自独立地为0.05-0.15mpa、优选0.1-0.15mpa。
66.所述研磨机可以采用本领域的现有设备，应当理解的是，其具有主轴、摆轴，其能够实现主轴在转动的同时摆轴进行摆动，例如可以为单轴研磨机，或者可以为cn106736875b中的双摆机。
67.更优选地，s4所述球面一次粗抛的工艺条件包括：控制主轴转速为10-30rpm，摆轴摆速为15-25rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa，和/或，控制蓝宝石球面的面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn满足0.5≤δn≤1。该优选方案下，采用较低的转速、摆速，能够使粗抛磨料在蓝宝石球面上存在更长的时间而得到充分研磨，更利于在避免蓝宝石划伤的情况下实现较佳的快速去除光轴方向60
°
圆环区域凸起的效果，更利于快速改善光圈局部误差δn和面形光圈数n。
68.更优选地，s5所述球面二次粗抛的工艺条件包括：控制主轴转速为30-50rpm，摆轴摆速为20-40rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa，和/或，控制蓝宝石球面的表面疵病等级b≤vi级，面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn满足0.5≤δn≤1。该优选方案下，以较高的转速、摆速，能使粗抛磨具更快速的在蓝宝石球面上来回运动，更利于加快速度实现提升表面质量、提升表面疵病等级b；同时避免粗抛磨具在同一位置过多的停留而导致面形光圈变形。
69.在本发明的一些更优选的实施方式中，s4所述球面一次粗抛的工艺条件包括：控制主轴转速为10-30rpm，摆轴摆速为15-25rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa，和/或，控
制蓝宝石球面的面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn满足0.5≤δn≤1；s5所述球面二次粗抛的工艺条件包括：控制主轴转速为30-50rpm，摆轴摆速为20-40rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa，和/或，控制蓝宝石球面的表面疵病等级b≤vi级，面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn满足0.5≤δn≤1。该优选方案下，s4所述球面一次粗抛能够快速将光轴方向60
°
圆环区域凸起磨匀，更利于s5所述球面二次粗抛在不对蓝宝石球面划伤的情况下以较高的转速、摆速进行更快速的研磨，且研磨受力均匀，更利于加快速度实现提升表面质量和表面疵病等级b。
70.在本发明的s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛后，能快速降低s3所述球面精磨后的表面粗糙度ra，提升了表面疵病等级b、控制了面形光圈数n和光圈局部误差δn，达到抛光成品要求，无需用长时间s6所述球面精抛来提升表面疵病等级b和控制面形光圈数n和光圈局部误差δn。
71.在一些优选实施方式中，s6所述球面精抛满足：采用含精抛磨料的抛光液，所述精抛磨料粒径为500-1000nm。该优选方案下，采用较细粒径精抛磨料，其产生的研磨物理作用小，去除量小，能进一步精细化提升光学级蓝宝石球面晶体零件的表面光洁度，减小光圈局部误差δn、减小面形光圈数n，进一步实现了提高光学级蓝宝石球面晶体零件的表面疵病等级b和面形精度，其能使得蓝宝石球面晶体的面形光圈数n《5，光圈数越小面形精度越好。
72.本发明中所述球面精抛采用的精抛磨具可以为现有技术中常规采用的材质，例如可以为柏油磨具（优选抛光柏油，其以半固态形式按照零件曲率半径压制成所需磨具；抛光柏油优选熔点为60-70℃）。
73.所述精抛磨料的具体种类只要是本领域的能满足上述粒径的抛光磨料即可，例如可以为氧化铝等磨料。
74.本发明中s4-s6中采用的抛光液的抛光剂种类以及固含量，均可以采用本领域常规的进行，均可以用于本发明；例如s4-s5中所述抛光液中相应磨料的固含量可以为0.5-3wt%，所述s6抛光液中相应磨料的固含量可以为10-20wt%。本领域技术人员可以根据实际需求选择，均可以达到本发明的效果。
75.在一些优选实施方式中，s6所述球面精抛在抛光机上进行，其工艺条件包括：控制抛光机的主轴转速为50-150rpm、优选80-120rpm，摆轴摆速为20-40rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa，和/或，控制蓝宝石球面晶体的表面疵病等级b≤iv级，面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn≤0.5。该优选方案下，采用适宜转速、适宜摆速，更利于提升光学级蓝宝石球面晶体的面形精度，同时缓慢的提升光学级蓝宝石球面晶体零件的表面疵病等级b。
76.更优选地，s6所述球面精抛在抛光机上进行，其工艺条件包括：控制抛光机的主轴转速为80-120rpm，摆轴摆速为20-40rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa，控制蓝宝石球面晶体的表面疵病等级b≤iv级，面形光圈数n≤5，光圈局部误差δn≤0.5。该优选方案下，能够在更短时间内实现控制光学级蓝宝石球面晶体零件的质量满足要求。而在相同条件下，若主轴速度过快，表面疵病等级b会更快提升至b≤iv，但光圈局部误差δn修整变慢，需要增加时间修整光圈局部误差δn；过低摆速会导致表面疵病等级b提升过慢，会延长精抛时间。
77.本发明中本领域技术人员还可以根据实际需求进行其他常规操作，例如，在s6所述球面精抛中，本领域技术人员可以每隔一定时间（如1-2h），取下蓝宝石球面晶体零件进
行检测面形精度和表面疵病。再例如，在各个步骤的预设研磨尺寸中，均为下一道工序留设置足够研磨余量，以去除上一道工序所产生的破坏层或者砂面，使得整个蓝宝石球面晶体的砂面保证一致。
78.本领域技术人员可以根据实际需求选择蓝宝石球面晶体零件的尺寸，例如可以为总高20-164mm，中心厚3-150mm，外圆直径100-300mm，球面凸面曲率半径50-2000mm，球面凹面曲率半径45-2000mm。
79.在一些具体实施方式中，本发明的制备方法相比于现有技术的古典大口径蓝宝石球面晶体抛光工艺，在多次加工中其各阶段的用时分别如下表1和表2所示，可以看出，本发明的制备方法能够显著提高加工效率，尤其是缩短s6球面精抛的加工周期，降低加工成本。
80.表1：古典大口径蓝宝石球面晶体抛光工艺加工时间表2：本发明一种蓝宝石球面晶体的制备方法加工时间下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细阐述。
81.实施例1一种蓝宝石球面晶体的制备方法，具体步骤如下：1、采用99.999wt%的高纯氧化铝直径50mm的圆饼及不可避免的部分不规则形状颗粒进行填料，调整安装好加热器和热场，加热，原料融化，调整液面温度，下放籽晶，将籽晶按照2mm/min的速度碰触液面，碰触到液面后通过高精度称重系统观察籽晶的重量变化，通过调节生长或者融化的功率和调整上方通入的高纯氩气冲入量在15l/min，直到维持籽晶重量稳定，籽晶处在不溶不长的状态，然后在稳定2h后开始下降功率，开始长晶，颈部生长，肩部生长，等颈部生长，降温，取晶体，晶体检测。所得晶体肉眼观察没有明显的缺陷，气泡少、应力小，纯度≥99.999wt%，为c向蓝宝石晶锭。通过检测晶体位错密度≤1100ps/cm2，根据xrd测试的单晶性≤14弧秒。
82.2、把所得晶锭放在8bd定向仪定向平台上，使用8bd定向仪测定晶锭晶轴方向：c向
≤0.5
°
并粘接在铁盘上。
83.3、把定向完成后的晶锭放在单线切割机平台上，使用单线切割机，从晶锭底部往上220mm处进行第一分割，得到上方的第一晶锭；在所述第一晶锭底部再往上方155mm处进行第二分割，得到下方的第二晶锭。原料选用第二晶锭。
84.4、把单线切割机切割下来的第二晶锭使用8bd定向仪重新定向：c向≤0.5
°
粘接在铁盘上，然后使用加工中心，选择直径为160mm的掏棒钻进行掏棒。
85.5、把直径153mm圆棒固定在顶针外圆磨机上，使用顶针外圆磨机床，把原材料直径磨削掉2mm。
86.6、把顶针外圆磨机研磨好的棒料固定在单线切割机上，再次使用单线切割机，把原材料切割成长度77mm的晶块。
87.7、把切割下来的晶块固定在平面磨机床平台上，使用平面磨机床研磨原材料端面0.5mm。
88.8、把平面磨机床加工完成的晶块固定在球磨机工件轴上，然后用球磨机，选用60#的铣磨砂轮，把原材料铣磨成大口径蓝宝石球面毛坯：总高76.5mm，中心厚7mm，球面凸面曲率半径78mm，球面凹面曲率半径67mm。
89.9、把大口径蓝宝石球面抛光铣磨件固定在单轴研磨机工件轴上，使用单轴研磨机，选用铸铁磨具，选用粒径为90-110μm的碳化硼磨料，进行球面粗磨，使大口径蓝宝石球面毛坯达到总高76mm，中心厚6mm，球面凸面曲率半径76mm，球面凹面曲率半径69mm，所得蓝宝石球面的粗糙度ra为1.2μm。
90.10、把大口径蓝宝石球面抛光粗磨件固定在单轴研磨机工件轴上，使用单轴研磨机，选用铸铁磨具，选用粒径为20-30μm的碳化硼磨料，进行球面精磨，使大口径蓝宝石球面毛坯达到总高75.5mm，中心厚5.1mm，球面凸面曲率半径75.05mm，球面凹面曲率半径69.95mm。所得蓝宝石球面的粗糙度ra为0.30μm。
91.11、根据大口径蓝宝石球面晶体尺寸，设计匹配的一套紫铜材质的球面磨具：凹球面磨具和凸球面磨具。
92.12、在凹球面磨具和凸球面磨具的磨面上，沿相应磨具的球面的直径方向每间隔4mm车2mm*2mm的若干同心圆环的圆环槽和沿相应磨具的球面中心对称的4条4mm*4mm竖槽，4条竖槽整体呈十字形，竖槽贯穿圆环槽且相连通，开槽面积总和均为相应磨面球面面积的1/5。这将有利于抛光液在大口径蓝宝石球面上均匀分布，提升加工效率。
93.13、两次粗抛的抛光液选用粒径小于0.5μm的金刚石抛光液，其中金刚石固含量为2wt%。
94.14、将所述球面精磨完工的大口径蓝宝石球面清洗干净，使用球径仪对球面进行测量，测得球面凸面曲率半径实际值75.05mm，球面凹面曲率半径实际值69.95mm，其接近球面精磨标准球面凸面曲率半径r=75mm，标准球面凹面曲率半径r=70mm；然后装夹在单轴研磨机上，用球面磨具配上述金刚石粗抛液进行球面一次粗抛，控制主轴转速20rpm，摆轴摆速20rpm，压力0.1mpa，加工时间10min。此时大口径蓝宝石球面光轴方向60
°
圆环凸起区域被迅速磨匀，取下零件进行清洗，使用球面工作样板测量，确定面形光圈数n为5，光圈局部误差δn为0.86。
95.15、把上述球面一次粗抛所得的大口径蓝宝石球面重新装夹在单轴研磨机上进行
球面二次粗抛，将主轴转速调至40rpm，摆轴摆速调至30rpm，压力0.1mpa，加工时间20min，控制光圈同时提升表面质量，完成后，取下零件，使用影像测量仪、工作样板测量，确定表面疵病等级b为vi级，面形光圈数n为4，光圈局部误差δn为0.75。
96.16、把上述球面二次粗抛所得的大口径蓝宝石球面装夹在抛光机上，进行球面精抛，采用抛光柏油作为精抛磨具，粒径为700-900nm的氧化铝抛光液作为精抛磨料，抛光液中氧化铝固含量为15wt%，将主轴转速调至100rpm，摆轴摆速调至30rpm，压力0.1mpa，每隔1h，取下零件进行检测，记录数据，10h内大口径蓝宝石球面晶体零件经过检测可以达到指标：表面疵病等级b为iv级，面形光圈数n为3，光圈局部误差δn为0.4。
97.上述各个步骤的加工用时如下表3所示。
98.实施例2参照实施例1的方法进行，不同的是，凹球面磨具和凸球面磨具中竖槽的槽宽和槽深与圆环槽相同，为2mm*2mm。各工序的加工时间如表3所示；且其在球面一次粗抛后得到的蓝宝石球面的面形光圈数n为5，光圈局部误差δn为0.95；在球面二次粗抛后得到的蓝宝石球面的表面疵病等级b》vi级，面形光圈数n为5，光圈局部误差δn为0.8；在球面精抛30h得到的蓝宝石球面晶体的表面疵病等级b为iv级，面形光圈数n为4，光圈局部误差δn为0.45。
99.实施例3参照实施例1的方法进行，不同的是，球面精抛中主轴转速为150rpm，各工序的加工时间如表3所示；在球面精抛40h得到的蓝宝石球面晶体的表面疵病等级b为iii级，面形光圈数n为5，光圈局部误差δn为0.5。
100.该实施例中因主轴转速高，光圈局部误差δn修整变慢，球面精抛40h主要修光圈局部误差δn；同时因主轴转速高，蓝宝石球面晶体的表面疵病等级提升快。
101.实施例4参照实施例1的方法进行，不同的是，步骤13中两次粗抛的抛光液中金刚石粒径与实施例1不同，具体均选用粒径为1-2.5μm的金刚石，各工序的加工时间如表3所示；且其在球面一次粗抛后得到的蓝宝石球面的面形光圈数n为5，光圈局部误差δn为0.86；在球面二次粗抛后得到的蓝宝石球面的表面疵病等级b》vi级，面形光圈数n为4，光圈局部误差δn为0.8；在球面精抛30h得到的蓝宝石球面晶体的表面疵病等级b为iv级，面形光圈数n为4，光圈局部误差δn为0.45。
102.该实施例中两次粗抛后表面疵病等级b＞vi级，光圈局部误差δn为0.8，需长时间精抛提升表面疵病等级b和光圈局部误差δn。
103.实施例5参照实施例1的方法进行，不同的是，步骤14-步骤15中两次粗抛的摆轴压力0.1mpa均改为0.05mpa，各工序的加工时间如表3所示；且其在球面一次粗抛后得到的蓝宝石球面的面形光圈数n为6，光圈局部误差δn为0.9；在球面二次粗抛后得到的蓝宝石球面的表面疵病等级b》vi级，面形光圈数n为6，光圈局部误差δn为0.8；在球面精抛40h得到的蓝宝石球面晶体的表面疵病等级b为iv级，面形光圈数n为5，光圈局部误差δn为0.4。
104.该实施例中两次粗抛后表面疵病等级b＞vi级，光圈局部误差δn为0.8，需长时间精抛提升表面疵病等级b和光圈局部误差δn。
105.对比例1
参照实施例1的方法进行，不同的是，不采用两次粗抛，而仅采用一次抛光；相应的工艺调整为：不进行步骤14，而直接进行步骤15。对比例1直接进行步骤15的球面二次粗抛并使用步骤15的工艺参数，会导致球面表面出现宽度》0.1mm的划伤，精抛去除量为0.01-0.03mm之间，划伤无法去除，无法进行下一道工序。
106.表3：各实施例中不同加工阶段的加工时间
加工时间铣磨球面粗磨球面精磨球面一次粗抛球面二次粗抛球面精抛实施例12h2h2h10min20min10h实施例2同实施例1同实施例1同实施例110min20min30h实施例3同实施例1同实施例1同实施例1同实施例1同实施例140h实施例4同实施例1同实施例1同实施例110min20min30h实施例5同实施例1同实施例1同实施例110min20min40h
通过上述实施例和对比例可以看出，采用本发明的实施例能够使得得到的蓝宝石球面晶体的表面疵病等级、面形光圈数、光圈局部误差等指标均达到技术要求或国标要求。而不采用本发明的特定方法，蓝宝石球面晶体表面划伤无法去除，无法满足要求。
107.进一步的，通过实施例1和实施例2-5可以看出，采用本发明的优选磨具方案或优选球面精抛或优选粗抛的实施例1方案，能够在蓝宝石球面晶体成品品质满足要求的基础上，进一步缩短加工时间。
108.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种蓝宝石球面晶体的制备方法，包括蓝宝石晶体生长步骤、蓝宝石晶体抛光成型步骤，所述蓝宝石晶体生长步骤包括装料、热场组装、加热、原料熔化、调整液面温度、引晶和生长，其特征在于，所述引晶和生长的过程包括：下放籽晶，将籽晶按照1.5-3mm/min的速度碰触液面，碰触到液面后通过称重系统观察籽晶的重量变化，通过调节生长或者融化的功率和调整上方通入的氩气冲入量在2-20l/min，直到维持籽晶重量稳定，然后在稳定1-3h后开始下降功率，开始长晶，在所述长晶过程完成后降温，所得蓝宝石单晶晶体的位错密度≤1100ps/cm2，根据xrd测试的单晶性≤14弧秒；且所述蓝宝石晶体抛光成型步骤包括：s1、铣磨，s2、球面粗磨，s3、球面精磨，s4、球面一次粗抛，s5、球面二次粗抛，s6、球面精抛。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2所述球面粗磨和s3所述球面精磨各自独立地满足：采用的磨具布氏硬度为100-270 n/mm2，磨具导热系数小于45w/（m
·
k)；且采用的粗磨磨料粒径为90-110μm，采用的精磨磨料粒径为20-30μm；和/或，s2所述球面粗磨的过程控制所得蓝宝石球面的粗糙度ra为1-1.2μm，s3所述球面精磨的过程控制所得蓝宝石球面的粗糙度ra为0.25-0.35μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛各自独立地满足：采用的粗抛磨具布氏硬度为35-50 n/mm2，粗抛磨具导热系数大于350w/（m
·
k)，且采用含粗抛磨料的抛光液，所述粗抛磨料的粒径不大于2.5μm。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述粗抛磨具包括用于粗抛蓝宝石球面凸面的凹球面磨具和用于粗抛蓝宝石球面凹面的凸球面磨具，所述凹球面磨具的凹球面上和所述凸球面磨具的凸球面上均开设有若干圆环槽和若干竖槽，所述圆环槽用于分布抛光液，所述竖槽用于将外部空气导入粗抛磨具与蓝宝石球面之间；所述圆环槽以凹球面磨具或凸球面磨具的圆心点为中心，以同心圆环方式间隔排布，所述竖槽贯穿若干圆环槽并与圆环槽相连通且若干竖槽沿相应磨具的圆心点对称分布。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述圆环槽和竖槽的槽宽各自独立地为1-4mm，槽深各自独立地为1-6mm；和/或，所述竖槽的槽宽和槽深分别大于圆环槽的槽宽和槽深。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述凹球面磨具中圆环槽和竖槽的开槽面积总和为凹球面面积的1/5-3/10，所述凸球面磨具中圆环槽和竖槽的开槽面积总和为凸球面面积的1/5-3/10；和/或，若干圆环槽等距的间隔排布，若干竖槽等距的间隔排布。7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛均在研磨机上进行，控制所述球面二次粗抛中研磨机的主轴转速和摆轴摆速均高于所述球面一次粗抛的主轴转速和摆轴摆速，且s4所述球面一次粗抛和s5所述球面二次粗抛的摆轴压力各自独立地为0.05-0.15mpa。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，s4所述球面一次粗抛的工艺条件包括：控制主轴转速为10-30rpm，摆轴摆速为15-25rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa；和/或，s5所述球面二次粗抛的工艺条件包括：控制主轴转速为30-50rpm，摆轴摆速为20-40rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s6所述球面精抛满足：采用含精抛磨料的抛光液，所述精抛磨料粒径为500-1000nm；和/或，s6所述球面精抛在抛光机上进行，其工艺条件包括：控制抛光机的主轴转速为50-150rpm，摆轴摆速为20-40rpm，控制摆轴的压力为0.05-0.15mpa。10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在所述蓝宝石晶体抛光成型步骤之前，将所述蓝宝石晶体生长步骤得到的晶锭底部往上方200-250mm处进行第一分割，得到上方的第一晶锭；在所述第一晶锭底部再往上方130-180mm处进行第二分割，得到下方的第二晶锭，将所述第二晶锭作为所述蓝宝石晶体抛光成型步骤的原料。

技术总结

本发明属于蓝宝石球面晶体技术领域，具体涉及一种蓝宝石球面晶体的制备方法，包括蓝宝石晶体生长步骤、蓝宝石晶体抛光成型步骤，其中引晶和生长的过程包括：下放籽晶，将籽晶按照1.5-3mm/min的速度碰触液面，碰触到液面后观察籽晶的重量变化，通过调节生长或者融化的功率和调整上方通入的氩气冲入量在2-20L/min，直到维持籽晶重量稳定，在稳定1-3h后开始下降功率，开始长晶，在所述长晶过程完成后降温，晶体的位错密度≤1100ps/cm2，单晶性≤14弧秒；蓝宝石晶体抛光成型步骤包括：S4、球面一次粗抛，S5、球面二次粗抛，S6、球面精抛。本发明能够显著减少加工时间，降低加工成本，满足成品技术指标。品技术指标。品技术指标。