新材料及其应用

蓝宝石表面结构与成分梯度层设计改善其焊接性能的方法，属于蓝宝石表面改性、蓝宝石/异质金属材料焊接领域。它是通过采用微波等离子体（H+、Ar+等离子）对蓝宝石表面进行刻蚀加工，使其表面形成结构梯度层；表面合金化技术（Ar+为放电气体）在蓝宝石表面分别制备成分梯度层；在前两步的基础上，采用常用焊料、真空焊接工艺，实现蓝宝石表面结构、成分梯度加工处理后的样品与异质金属材料的焊接。本发明为高性能、高可靠性蓝宝石/异质金属材料焊接结构的设计与制造提供理论支持与实践依据。

光电子领域：蓝宝石是一种重要的光电子材料，广泛应用于 LED、激光二极管等光电器件的制造。改善其焊接性能后，可提高蓝宝石与其他材料的连接可靠性，实现更复杂的光电器件结构设计，提高光电器件的性能和生产效率，推动光电子产业的发展。

微电子领域：在微电子封装中，蓝宝石作为绝缘衬底或窗口材料，其良好的焊接性能有助于提高封装的可靠性和稳定性，保障微电子器件的正常运行，满足微电子技术向高性能、高集成度发展的需求。

高端光学仪器领域：如在天文望远镜、光刻机等高端光学仪器中，蓝宝石的应用越来越广泛。改善焊接性能后，可实现蓝宝石与其他光学元件的高精度连接，提高光学仪器的性能和精度，为科学研究和高端制造业提供更有力的支持。

本发明是通过微薄等离子体刻蚀在蓝宝石表面形成结构梯度层、通过双辉离子渗金属技术在前一步的基础上设计形成Nb、Ti元素的成分梯度层，通过结构与成分梯度层设计，改善蓝宝石与异质材料的焊接性能。

本发明的优点在于表面通过一定设计获得结构梯度、成分梯度，使蓝宝石表面的结构、成分及性能沿厚度方向呈梯度变化，由于不存在明显的界面，能有效避免异质材料之间由于硬度、弹性模量、热膨胀系数差异引起的界面应力问题。此外，蓝宝石表面结构与成分梯度改性层设计工艺简单、成本低、绿色环保等。