触摸屏用盖板材料研究报告

触摸屏用盖板材料研究报告

一、综述

1.触摸屏的结构

电容式触摸屏的结构较为复杂，由于技术进步和厂商技术选择的不同，有多种结构形式，典型的触摸屏结构如图1所示。包括保护膜、防反射层、盖板、粘接层、透明导电膜、显示屏等。本文中关心的是其中的盖板（Protective Cover）的材料性能和新型盖板材料的选择。

图1电容触摸屏的典型结构

对于这层盖板材料而言，目前所使用的最为成熟的材料是康宁（Corning）公司的大猩猩玻璃（Gorilla Glass），目前已经发展到第4代。其基本性能见表1。

对于康宁大猩猩玻璃而言，已经具备了良好的综合性能，如其维氏硬度指标已经较高，但仍然不能抵抗日常使用中如沙粒（主要成分为SiO2）等的磨损破坏，同时由于断裂韧性较低，仍不能满足抗跌落

性能的要求。

表1 康宁大猩猩4代玻璃盖板材料性能

除了上面所列指标外，透光率、表面应力状态、折射率和厚度等

基本参数也必须作为盖板材料选择时的重要参考依据。

2.可行的技术路线汇总

分析认为，目前潜在的提高盖板材料性能的技术路线有以下几条，

可通过深入分析从而选择技术上可行及低成本可产业化的路线进行：

1.织构化透明陶瓷（Textured T ransparent C eramics）技术路线

2.织构化微晶玻璃（Textured G lass C eramics）技术路线

3.织构化低温镀膜（Textured & L T C oating）技术路线

4.非晶化镀膜技术路线

为实现几条技术路线，需要突破的关键技术有透明陶瓷取向制备

技术；微晶玻璃晶化过程控制技术；低温（室温）织构化镀膜技术。

这几条技术路线各有优缺点，各自需要面对的技术难点问题是不

同的：

对于微晶玻璃而言，对晶化过程进行取向控制从而改进其硬度和韧性指标是技术难点。

对于透明陶瓷而言，一旦基于硬度、韧性指标选定了某种材料或体系，注意力就需要转移到提高其透光率、表面裂纹控制等方面。超细粉体的制备、等静压技、真空烧结技术控制气孔率和气孔大小都是技术难点。在透明陶瓷制备中取向控制是提高透明陶瓷透光率的重要技术手段之一。

对于薄膜材料，基底的选择，薄膜与基底结合力、薄膜应力状态等成为技术难点。如果选用低熔点的PMMA（polymethyl methacrylate聚甲基丙烯酸甲酯）或PC（Polycarbonate聚碳酸酯）材料作为基底，则要求镀膜在低温下进行，在低温下制备高性能薄膜的镀膜工艺如离子束辅助沉积技术（IBAD）或低温溶胶凝胶（sol--‐gel）技术是研究重点。

3.盖板材料设计思路

固体材料各种性质取决于其晶体结构，要正确地选择性能符合要求的材料或研制具有更好性能的材料，首先要熟悉乃至控制其结构。

已知共价键的结合能高于离子键或者相差不大，远高于分子键、金属键和氢键。

共价键结合的原子晶体（covalent crystal）包括金刚石（C）、硅（Si）、锗（Ge）、碳化硅（SiC）、立方氮化硼（CBN）、氮化硅（Si3N4）二氧化硅（SiO2）等，这些材料表现出来的性质是高熔点、高硬度、但是均属脆性材料。

通过离子键结合的离子晶体也表现出较高的熔点、较高的硬度，AB型的硬度较高的离子晶体有MgO（莫氏硬度6.5）； AB2型的离子晶体包括CaF2（萤石）、TiO2（金红石）、ZrO2（立方氧化锆为稳定相）等；A2B3型包括刚玉（α--‐Al2O3）；AB2O4包括尖晶石（MgAl2O4）、氮氧化铝（ALON）。

另外一些有一些金属元素和准金属元素通过共价键、离子键和金属键结合的形成间隙化合物也表现出极高的硬度如VC、WC、TiC等碳化物和TiN、CrN、MoN、GaN等氮化物。由于这些间隙化合物表现出金属晶体的性质，在可见光区域一般是不透明的或半透明，不能作为盖板材料，某些透明材料如GaN或可以薄膜形式作为盖板保护材料，但其制备工艺及成本或不允许选择作为备选材料。

硅酸盐的基本结构单元是SiO4四面体，包括Mg2 S iO4（镁橄榄石）、Y3Al5O12（钇铝石榴石YAG）、Be3Al2[Si6O18]（绿柱石）等硬度较高，透明度也较高的潜在可用的材料体系。

寻找适合触摸屏盖板的材料时，如果选用体材料（透明陶瓷或微晶玻璃）需要考虑材料的硬度、透光率、韧性等几个基本性能指标；如果选用膜材料除上述以外还需要考虑基底材料的选择、基底与薄膜之间的结合力、薄膜应力状态、制备技术所需的工艺过程、温度等技术条件及设备成本等。

一些满足硬度要求物质的基本性质见表2。表中仅列出了莫氏硬度大于7的自然界中存在的材料。这些材料虽然硬度较高，韧性虽然较玻璃高，但仍属于脆性材料。除石英和金刚石，表2中所列的其他

材料透明度较低。除金刚石外，都具有双折射性质，这对于提高透光率是有损害的。

表2 自然界中常见较硬物质的性质

4.织构化对于盖板材料的意义

织构是指晶体具有择优取向，即具有各向异性的材料。在透明陶瓷的制备中，关于织构化的研究较少，Xiaojian Mao 等人将氧化铝粉末在12T 的强磁场下注浆成型H//c （对于氧化铝其磁化率χc >χa ），随后在1850°C 下氢气中烧结制备了具有c 轴取向的透明氧化铝陶瓷，所制备的氧化铝陶瓷与未在磁场下注浆成型的普通透明陶瓷相比，其透光率（300nm ）从10%提高到44%。如图2所示为织构化透明氧化性质

金刚石 刚玉 黄玉 绿柱石 石英 莫氏硬度

10 9 8 7.5 7 努氏硬度

(MP a /mm 2)

70000 21000 13400 无数据 8200 断裂韧性

低 低 低 低 低 透光率 透明 半透明--‐透明 半透明--‐透明 半透明--‐透明 透明 折射率 2.417 1.762--‐1.770 1.619--‐1.627 1.56--‐1.59 1.533--‐1.541 双折射率 单折射 0.008--‐0.010 0.008--‐0.010 0.005--‐0.009 0.009 主要成分

C α--‐Al 2O 3 氟硅酸盐 铍硅酸盐 SiO 2 晶系 立方晶系 六方晶系 斜方晶系 六方晶系 六方晶系

三方晶系

Eng Diamond Corundum

（Sapphire ） Topaz Beryl

Quartz

铝陶瓷与非织构化半透明氧化铝。这种方法也适用于其他具有磁各向异性的透明陶瓷制备，当χc<χa时，需要使磁场满足H⊥c。此时可以获得c轴垂直于磁场的多晶透明陶瓷。

图2a）采用强磁场织构化制备的透明氧化铝陶瓷b）透明度随波长变化曲线。

Satoshi T anaka等人在旋转磁场中（10T）对具有磁各向异性的四方铌酸锶钡（SBN）进行胶态成型，随后1350°C高温Ar气氛烧结，具有c 轴织构的SBN多晶陶瓷透明度大大提高（超过50%）。在旋转磁场下（H⊥c），晶粒取向稳定在c轴垂直于磁场方向（χc<χa）。

采用晶粒织构化可以使晶体取向趋于一致，一方面可以降低晶界处的双折射损失；另外一方面由于织构造成的机械性能各向异性，可以预期可能会提高某个方向的断裂韧性，提高抗跌落性能。如可以预期跌落实验中长度方向（或宽度方向）跌落到地面时，盖板材料的跌落完好率提高。

图3是几种晶体取向结构示意图，包括随机取向，c轴取向和双轴取向。对于超导材料制备而言，需要制备出具有双轴织构的超导材料才能保证其性能。如果仅需要考虑透光率，对于氧化铝透明陶瓷而言，只需要获得c轴织构就可以大幅度提高透光率。

图3晶体几种取向结构的示意图

二、透明陶瓷技术路线

与无定型的玻璃不同，陶瓷是结晶的、有时是多相的，而透明陶瓷与普通陶瓷相比虽然也是多晶的，但往往不是多相的，致密度更高，气孔率更低，气孔尺寸更小，晶界处也较普通陶瓷“特殊”，从而具有相当高的透明度。透明陶瓷最初是在代替恶劣条件下（高温、高腐蚀条件）使用的玻璃而应运而生的。1962年美国的Coble等人采用高纯、超细原材料，精确控制结构首先制备了透明氧化铝多晶陶瓷。

透明陶瓷具有陶瓷的高硬度、高强度、耐腐蚀、耐冲击、耐磨等陶瓷的特性以外，还具有玻璃的透光性。通过降低晶粒尺寸，纤维增韧等方法，可以将氧化铝陶瓷的韧性提高到10MP a m1/2以上。透明陶瓷在透明装甲、导弹鼻锥、各种红外高温窗口、多晶激光陶瓷等众多领域有广泛的用途。

1.透明陶瓷透光的原理：

光在介质中传播衰减的两个途径：1）光被原子吸收，将光能转

换成在介质中的热能。2）光散射，包括在光被吸收和同时再辐射的

能量。这个能量包括通过原子，分子，或多种离子辐射的能量。

一般多晶陶瓷的不透明性是由于非等轴（立方）晶系的多晶晶粒

在排列取向上的随机性，导致晶粒间折射系数不连续，以及晶界效应、气孔等引起的散射等原因所致。

在光学各向异性的晶体中，如非立方晶系的氧化铝陶瓷，入射

光在晶界处会产生双折射现象（birefringence），如氧化铝。减少双

折射（birefringence）的途径之一是通过降低晶粒尺寸（参考可见光

的波长）来实现，这已经在透明氧化铝中通过理论和实践证明。

图4 氧化铝透明度受气孔率和厚度影响较大，尖晶石在较厚时透明度仍较高

图4是不同气孔率、晶粒尺寸、厚度对氧化铝陶瓷透光率的影响。

不同陶瓷材料固有的透光率也有差别，如尖晶石在晶粒粗大，厚度较

厚状态下仍表现出高透光率。

阿贝数是衡量介质的色散程度的指标。高阿贝数对应的是低色散。

图5所示为玻璃和不同透明陶瓷的阿贝数。萤石是一种低色散的

材料。n d为不同材料在波长为587.56 nm处的折射率。在制备透明陶瓷材料中希望制备具有高折射率，高阿贝数的材料。

图5 玻璃和透明陶瓷的阿贝数与折射率。

双折射现象还和波长相关，对于很短波长的紫外线（200nm），即便是立方晶系的尖晶石（MgAl2O4）也表现出双折射现象。

图6立方氧化锆透明度随晶粒尺寸和波长的变化

尽管四方氧化锆的双折射率（0.035--‐0.050）比氧化铝的双折射率高的多（氧化铝为0.008，600nm），当制备的多晶陶瓷晶粒尺寸降低到<50nm以下时，仍可以制备出透明度较高的，致密的（残余

气孔率低于0.01%）透明氧化锆陶瓷，如图6所示。

对于透明陶瓷来说，透明度受多种因素的影响，包括光的吸收、

陶瓷的致密度（气孔率），反射率，双折射率，晶粒尺寸等。如图所

示入射束在上下表面处均有一定程度的反射损失、在晶界处有双折射

损失、在缺陷和气孔处还有漫散射损失。如图7所示

图7 发生在透明陶瓷内部的反射、双折射、散射 透明陶瓷材料的理论透光率较低，大部分达不到玻璃的透光率水

平，透明陶瓷的透光率往往用真实直线透过率表征RIT(Real i n--‐line Transmission) 。表3列出了一些材料的理论透过率。

表3一些透明陶瓷材料的理论透光率

在透明陶瓷作为盖板材料的选择中，可以考虑的材料包括：透明

氧化铝、透明氧化锆、透明氧化钇、透明尖晶石、透明氮氧化铝（ALON）等等。

2.制备方法

制备透明陶瓷的首要条件是组成陶瓷的单晶体本身是透明的，同时具有高的对称性，一般为立方晶系。某些非立方晶系的陶瓷材料如六方相的氧化铝，一定条件下可以制得半透明（translucent）陶瓷。

透明陶瓷通常采用压力烧结，包括热压、等离子体压力烧结（SPS）、热等静压（HIP）等和气氛烧结（包括氢气烧结、氧气烧结和真空烧结）等方法制备而成。

3.透明陶瓷体系分类

（一） 透明氧化铝：

透明氧化铝在1962年制备出来，开创了透明陶瓷研究和应用领域。采用注浆成型、冷等静压或挤出成型方法，在真空或H2气氛（>1700°C）常压烧结制成。制备氧化铝由于受到双折射效应的影响（birefringent）往往表现出半透明(Translucent)的性质。为了制备出透光率较高的氧化铝陶瓷，国内外的研究者从3个方面展开研究工作：1）亚微米晶透明氧化铝陶瓷的研究：如果要获得透明度超过70%陶瓷，制备过程的要求是必须制备亚微米尺寸的晶粒。

日本的Hayashi等人采用高温热等静压(HIP)制备了具有

亚微米晶粒的透明氧化铝。亚微米晶透明氧化铝的烧结温

度较低(<1400°C),陶瓷体的密度很高，晶粒尺寸小于1μm；

被称为亚微米晶透明氧化铝陶瓷。由于细晶强化效应，这

种晶粒细小的透明氧化铝的三点弯曲强度可达

700-812MPa，其显微硬度达到20-21GPa，其光学性能接

近蓝宝石，而力学性能优于蓝宝石。虽然亚微米晶透明陶

瓷与传统半透明氧化铝比较，强度和通过率大大提高，但

是在500nm波长处，通过率反而下降。这被解释为当晶

粒尺寸与波长接近时，晶粒对入射光的散射最强，称为

Mie散射。亚微米晶粒透明氧化铝并不能完全解决晶界双

折射问题。

2）晶粒定向透明氧化铝研究：利用磁各向异性的氧化铝晶体中c轴与a、b轴磁化系数的差异足够大（χc>χa,χb）,在静

强磁场下（通常高于10T）使晶粒发生偏转，使c轴平行

于磁场方向排列，这对于Al2O3、TiO2、SiC都是适用的。

经高温烧结后，这种晶粒排列固定下来，氧化铝的光轴与

c轴平行，当光透过这样定向生长的晶粒时，理论上消除

了晶粒之间的双折射现象。对于这一研究方向需要解决的

问题是后续的烧结温度高（1800°C），晶粒尺寸大

（20-30μm），气孔尺寸和气孔率较高，力学性能无明显

提高，仍需继续深入研究。

3）固态晶体生长法制备氧化铝单晶：先制备出多晶氧化铝陶瓷，而后添加晶种或利用异常晶粒长大技术，将多晶氧化

铝转化成单晶。这一技术的优点在于可以制备出任意形状

的蓝宝石部件，有利于降低单晶制备成本。但也有晶体内

部存在空隙、气孔等缺陷；单晶取向不易控制；力学性能

欠佳等缺点。

（二） 透明尖晶石：

透明尖晶石（Mg2AlO4）通常是作为导弹鼻锥、窗口材料或透明装甲和光学材料来研究。美国的NASA和陆军研究实验室都对这种材料进行深入地研究。与氧化铝相比，尖晶石可以在较厚的厚度时仍然获得较高的透光率（图4）。目前对这种材料的研究集中在提高可靠性和耐久性上。包括研究通过细化晶粒来增加尖晶石的强度，例如通过放电等离子体烧结spark p lasma s intering （SPS）来大大缩短烧结时间以抑制晶粒长大。利用纳米原料（<100nm）来降低烧结温度，最终获得亚微米尺寸的晶粒，这些方法目前还处在实验室阶段。在尖晶石基础上开发出新的透明陶瓷材料是重大的挑战。如Anthony C. Sutorik等人通过改变MgO相和Al2O3相的配比，采用高纯的γ-Al2O3、Mg(OH)2为原料制备的MgO·1.2 Al2O3。其透光率高于82%，双轴弯曲强度达到160MPa，努氏硬度为12.2GPa，弹性模量290MPa。Jonathan A. Salem 对尖晶石和氮氧化铝材料进行了晶粒尺寸、断裂韧性、轴向强度、裂纹生长方面进行了系统的机械性能研究，与传统的熔融石英相比具有更大的优势。较小的晶粒尺寸（5μm）可以获得断裂韧性较强（1.9 M P a m1/2）的透明陶瓷材料。图8是IKTS制备的达到83%透光率的尖晶石。

图8 亚微米透明尖晶石，真实直线透光率83%。

（三） 透明氧化钇：

氧化钇（Y2O3）是高度对称的立方晶系材料，具有光学各向同性。Karn Serivalsatit等人研究了掺杂铒（Er）的透明氧化钇陶瓷。制备了0.3μm晶粒尺寸的细晶透明陶瓷，其显微硬度达到9GPa、断裂韧性达到1.39 M P a m1/2。

图9 亚微米透明氧化钇陶瓷

（四） 透明钇稳定氧化锆：

钇稳定氧化锆是立方晶系的氧化锆（c-YSZ），具有陶瓷硬度高，耐磨等优良特性，用途非常广泛。Haibin Zhang等人采用高压（400MPa）放电等离子体烧结方法（SPS）制备了Y含量8%的YSZ透明陶瓷。

氧空位和残余气孔是其主要缺陷，影响了透明陶瓷的光学性能。研究了制备透明YSZ陶瓷过程与光学特性之间的关系，气孔率，气孔尺寸，晶粒大小是影响透明YSZ陶瓷的光学特性的重要影响因素。透明YSZ陶瓷的透光率达到80%。Willy Vandermeulen等人研究了YSZ 陶瓷的维氏硬度和断裂模式，断裂韧性可达6.4 M P a m1/2。

图10 透明YSZ 陶瓷

（五） 透明氮氧化铝：

AION（氮氧化铝）是一种陶瓷材料，是由AlN和Al2O3按一定重量百分比组成的伪二元固溶体，其成分大致为9Al2O3·4AlN（误差大致10%mol）。是含5%（wt）氮的尖晶石结构立方氧化铝。具有各向同性的光学和机械性能。具有很高的耐磨性、压缩强度及良好的耐久性。透光率大于80%，但是由于单晶制备成本高，人们利用各种工艺制备低成本的多晶ALON。抛光后，可作为武器装备的透明装甲使用。质量及厚度大约为传统玻璃透明装甲的一半。在美军材料与机械研究中心（AMMRC）进行了关于ALON陶瓷的系统研究后，目前关于

ALON透明陶瓷的研究已经向规模化、产品大型化方向发展。通常采用热压烧结、真空烧结、常压烧结、微波烧结、气氛烧结等制备。等离子电弧烧结和微波烧结是制备ALON透明陶瓷的高效和实用的工艺。虽然具有粗大的晶粒尺寸（250-300μm），却具有目前已知的商业化透明陶瓷的最高硬度（HV10≈15GPa），这一数据与透明亚微

米氧化铝的21GPa相比还比较差。

三、微晶玻璃技术路线

微晶玻璃（Glass Ceramics）也叫玻璃陶瓷，是一种晶化的玻璃，由于晶粒细小（通常在亚微米量级）而称为微晶玻璃。具有玻璃的透光性，其韧性又较普通玻璃更好。通常的微晶透明玻璃其晶化体积百分比大约从1%到70%变化，玻璃相含量大于30%；但是对于高度结晶的微晶玻璃来说，晶化体积百分比甚至高于95%。透明的微晶玻璃有替代晶体或透明陶瓷的潜力。微晶玻璃的透光性比透明陶瓷要好（一般透光率在90%以上），但断裂韧性较差，在实际使用中抗跌落性能较差。由于硬度也不及透明陶瓷，其耐摩擦性能也较差，而盖板材料在使用过程中由于表面划痕造成的局部缺陷从而降低其抗跌落性也是困扰微晶玻璃的一个难题。

微晶玻璃的结构、性能及生产方法与玻璃和陶瓷都有一定的区别，但是微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又具有陶瓷的多相特性，集中了玻璃和陶瓷的特点，是一种新型的材料。微晶玻璃的性能主要决定于微晶相的种类、晶粒尺寸和数量、残余玻璃相的性质和数量。这些因

素是由原始玻璃的成分组成和后续的热处理过程决定。热处理不但决定晶体的尺寸和体积比，而且在某些材料体系中会引起主晶相的变化，从而引起微晶玻璃性能发生显著变化。

微晶玻璃的原始组成不同，其主晶相种类不同，大致包括硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐和磷酸盐系统。由于液体的玻璃黏度很大，其中晶体生长的扩散过程和原子的重排都进行地比较缓慢，而且温度的降低能使黏度快速增加，通过控制冷却过程可以控制析晶过程，从而实现对整个过程的控制，以得到所需要性能的微晶玻璃，这是微晶玻璃性能的可设计性，是其他材料所不可比拟的。微晶玻璃的性能是由晶相与玻璃相的化学组成及其结构、分布均匀性和体积比决定的。调整上述各种因素就可以生成各种所需性能的材料，其中晶相是最主要的影响因素。在几种主要系统的微晶玻璃中，硅酸盐系统微晶玻璃可通过改变组分得到强介电性或磁性材料；铝硅酸盐体系的微晶玻璃通过控制主晶相可以获得耐高温、低膨胀、高强度、耐磨的材料；硼酸盐和硼硅酸盐微晶玻璃可以制备强磁性、耐腐蚀、膨胀系数可调节、可封装的材料。

与透明陶瓷相比，高度结晶的透明微晶玻璃具有很多优点。第一，微晶玻璃具有良好的成分均匀性，这是由于在基础玻璃熔化过程中其分子是均匀混合的，而这一点在透明陶瓷的机械混合制备过程中是很难达到的。第二，陶瓷材料的制备通常是粉料成型和烧结，其中必然存在大量的多晶体和晶界。然而在微晶玻璃中其微晶体是从玻璃基体中原位生长而成，在玻璃相和微晶相之间或微晶相之间没有明显的晶

界。第三，陶瓷材料通常不可避免的具有一定的孔隙度，因此有必要

采用高温高压烧结以排除气孔，这在设备和技术上相对微晶玻璃来说

较难实现。一般通过添加烧结助剂来降低烧结温度，减少气孔，但是

外来成分的引入会引起结构和性能明显的改变。微晶玻璃的制备过程

是在基础玻璃的晶核结晶的过程。可以采用多种方法来消除玻璃熔化

过程中的气泡，如加澄清剂，提高熔化温度，机械搅拌，将气体引入

玻璃熔体，真空熔炼，玻璃重熔等。与透明陶瓷相比，得到无气孔的

微晶玻璃是相对容易的，其结构也更加致密。另外，透明陶瓷的化学

成分往往比较简单，微量杂质对性能和结构的影响会比较严重。然而

对微晶玻璃而言，其组成要复杂的多，具有更好的成分杂质的宽容度，

这也使优化微晶玻璃的性能和结构更加容易。图11，e是掺Yb2O3

的Na2O--‐CaO--‐SiO2玻璃。f、g是微晶玻璃。

图11 掺Yb2O3的Na2O--‐CaO--‐SiO2玻璃（e）和微晶玻璃（f、g）

制备工艺

微晶玻璃常用的生产过程大致包括玻璃熔化、形核和结晶热处理

过程。工艺主要为整体析晶法和烧结法。

然而，与Na2O--‐CaO--‐SiO2微晶玻璃体系相比，熔点较高的Y2O3、

Al2O3、MgO、Ga2O3、SiO2和Si3N4体系的微晶玻璃制备相对困难。

而这些高熔点、高硬度、高耐磨性微晶可以提高微晶玻璃的断裂韧性、

硬度和耐磨性等。

因此微晶玻璃技术路线需要解决硬度和断裂韧性两个技术难点。在现有的盖板材料制备中，微晶玻璃是一条可行的技术路线。如果能够通过添加高硬度的微晶相的可控制晶化增加硬度、韧性、耐磨性等，将极大的提高现有微晶玻璃的可用性。

与透明陶瓷相比，可以通过高温熔融及冷却晶化过程的取向控制获得具有各向异性的微晶玻璃盖板材料是目前尚未有涉及的研究领域。通过获得具有取向的微晶玻璃，可以利用磁各向异性微晶的添加及取向控制实现高硬度、高韧性、高耐磨性的微晶玻璃的制备。而这样的制备技术与透明陶瓷相比又具有致密性、透明性、制备设备和技术相对容易的优点。这一研究方向的难点在于高温下可用的高强磁场的获得。另外添加具有磁各向异性的高温微晶相其添加、熔融、结晶控制、取向控制将是研究难点。

对于微晶玻璃来说，如果对其表面进行微晶化及取向控制，通过采用离子注入或离子束轰击加工等技术，可实现表面晶化或表面晶粒取向的控制，希望获得表面晶粒取向一致的结构。这样既可以提高透明度、控制表面压应力状态、又可以提高表面的硬度、耐磨性，获得可用的盖板材料。

四、镀膜技术路线

薄膜是一种特殊形态。薄膜与块材一样，可以有非晶态、多晶态、单晶态、微晶、纳米晶、可以是多层膜或超晶格。薄膜可以把材料的

表面改造成具有人们所期望的各种功能。薄膜材料以最经济、最有效的方式改善材料表面和进表面区的形态、化学成分、组织结构、应力状态、赋予材料表面新的复合性能。从表面与界面科学研究角度，通常几个到几十个原子层，通常厚度几个纳米到几十微米范围都是薄膜物理研究的范围。

1.制备方法

薄膜沉积大都采用物理或化学气相沉积方法制备。这些都属于真空方法，是属于原子量级的熔铸工艺。是将单个原子一个一个沉积凝结在基底表面，经过形核和生长过程，形成薄膜。不仅存在多晶、表面界面缺陷、结构上的无序，更与基底表面有黏附性（结合强度）问题。甚至例如对于超导薄膜材料而言，还有晶体的择优取向特性需要深入研究。

常用的制备薄膜的方法包括：化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、材料表面改性。其中化学气相沉积包括一般CVD、射频、直流、脉冲、微波PCVD、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）；物理气相沉积包括蒸发镀膜（包括热蒸发、电子束蒸发、感应加热蒸发）、溅射离子镀膜、磁控溅射、分子束外延（MBE）、脉冲激光沉积（PLD）等；材料表面改性包括离子扩散、离子注入、激光表面处理、离子束混合等。溶液法包括溶胶凝胶（sol g el）、金属有机物沉积（MOD）可以被用来制备氧化物薄膜和超导薄膜。

薄膜制备方法中，分子束外延法（MBE）和金属有机化学气相沉积法（MOCVD）沉积的薄膜接近单晶膜，而用溅射法、蒸发法、微