本发明涉及功能陶瓷制备技术领域，特别涉及一种高密度ito靶材的制备方法。
背景技术：
ito薄膜可由ito靶材经磁控溅射法制备得到，在工业生产中，大多采用磁控溅射法，将ito靶材在玻璃上溅射成极薄的一层透明导电膜(厚度100nm左右)，对薄膜进行刻蚀，以制备平板显示器用的电极材料。
要制备出高品质的ito膜，须采用均匀性好且密度高的ito靶。这是因为低密度靶内有许多孔洞，孔洞内的不确定元素在溅射过程中也进入到ito膜，从而影响ito膜导电性能。另外低密度ito靶面在溅射过程中容易产生一些黑化的低价氧化物称其为结瘤，因此在溅射过程中会出现飞弧现象(即局部击穿放电)，从而导致溅射工艺不稳定，使ito膜中出现杂质缺陷。再者低密度ito靶热导率低，在溅射过程中由于存在热应力而使靶开裂等。
ito靶材的生产主要包括粉末制备、成型和烧结三个主要环节。采用纳米级ito粉末，有利于提高ito靶的烧结密度。虽然采用先冷等静压后热等静压工艺，可使ito靶相对密度高达99％以上，但成本高，不利于工业化大规模生产。工业生产中一般采用在ito粉末中添加合适的烧结剂，并在氧气氛下无压烧结使靶材的密度提高到99％以上。
技术实现要素：
本发明提供一种高密度ito靶材的制备方法，首先筛选出最佳烧结助剂，结合注浆成型工艺的优势(低成本生产大尺寸部件)在流动的氧气氛下无压烧结，获得高密度ito靶材。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种低成本高密度ito靶材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预混液制备：取分散剂和粘接剂加入水中，搅拌均匀，用氨水调ph值至8～11，得预混液；分散剂的加入量为ito粉体质量的0.2～0.3％，粘接剂的加入量为ito粉体质量的0.3～2％，水的加入量为ito粉体质量的10～20％；所述分散剂为重量比为1～2：1的柠檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入以化学共沉淀法制备的ito粉体和烧结剂，再于球磨机中进行球磨，球磨后得到混合浆料，搅拌，抽真空除去浆料中的气泡；所述烧结剂由稀土氧化物、氮化钛和纳米geo2组成；
(3)注浆成型：把铝制模装在石膏板上，将步骤(2)所得浆料注入铝制模中；吸浆成型后脱模干燥，干燥温度为30～70℃，得ito坯体；
(4)烧结：干燥后的ito坯体在常压纯氧气的气氛下烧结，温度为1450～1550℃，保温时间为4～8小时，得ito靶材。
其中，优选地，所述ito粉体中氧化锡的质量含量为5～20％，氧化铟的质量含量为80～95％，粉体纯度不低于99.9％，粉体的粒径为0.2～1.0μm。
其中，优选地，所述粘接剂为聚丙烯酸类粘接剂或聚乙烯醇缩丁醛。
其中，优选地，所述稀土氧化物为ceo2、y2o3或dy2o3，所述稀土氧化物的添加量为ito粉体的1.0～1.5％。
其中，优选地，所述氮化钛的添加量为ito粉体0.005～0.05％，所述纳米geo2的添加量为ito粉体的0.6～1.0％。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明的创新在于通过掺杂稀土氧化物、氮化钛和纳米geo2，在常压纯氧气的气氛下烧结ito靶材。通过在共沉淀方法合成的铟锡氧化物粉体中添加烧结剂，在烧结的过程中，在较低温度发生固溶和液相烧结的作用。另外，在悬浮浆料的制备过程中，ito粉体悬浮在分散剂溶液形成牛顿流体粘度低，稳定性好。ito粉体能够均匀而稳定的分散。悬浮浆料的粘度随固含量地增加呈指数关系增大。
本发明制备的ito靶材的相对密度为99.0～99.8％，抗弯强度为128～156mpa，电阻率在2.2×10-4ω·cm到3.2×10-4ω·cm之间。与现有技术相比，本方法获得的产品致密度高、电阻率低及晶粒尺寸分布均匀。本发明适用于高密度、大尺寸ito靶材的制备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中高密度ito靶材的典型微观结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种低成本、高密度ito靶材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预混液制备：取分散剂和粘接剂加入水中，搅拌均匀，用氨水调ph值至10，得预混液；分散剂的加入量为ito粉体质量的0.25％，粘接剂的加入量为ito粉体质量的1％，水的加入量为ito粉体质量的15％；所述分散剂为重量比为1～2：1的柠檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入以化学共沉淀法制备的ito粉体和烧结剂，再于球磨机中进行球磨，球磨后得到混合浆料，搅拌，抽真空除去浆料中的气泡；所述烧结剂由稀土氧化物、氮化钛和纳米geo2组成；所述稀土氧化物为ceo2、y2o3或dy2o3，所述金属氧化物的添加量为ito粉体的1.2％。所述氮化钛的添加量为ito粉体0.02％，所述纳米geo2的添加量为ito粉体的0.8％；
(3)注浆成型：把铝制模装在石膏板上，将步骤(2)所得浆料注入铝制模中；吸浆成型后脱模干燥，干燥温度为50℃，得ito坯体；
(4)烧结：干燥后的ito坯体在常压纯氧气的气氛下烧结，温度为1450～1550℃，保温时间为6小时，得ito靶材(图1)。
其中，所述ito粉体中氧化锡的质量含量为12％，氧化铟的质量含量为88％，粉体纯度为99.91％，粉体的粒径为0.2～1.0μm。
其中，所述粘接剂为聚丙烯酸类粘接剂。
本实施例制备的ito靶材的相对密度为99.8％，抗弯强度为152mpa，电阻率在2.2×10-4ω·cm。
实施例2
本实施例提供一种低成本、高密度ito靶材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预混液制备：取分散剂和粘接剂加入水中，搅拌均匀，用氨水调ph值至8，得预混液；分散剂的加入量为ito粉体质量的0.3％，粘接剂的加入量为ito粉体质量的0.3％，水的加入量为ito粉体质量的20％；所述分散剂为重量比为1～2：1的柠檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入以化学共沉淀法制备的ito粉体和烧结剂，再于球磨机中进行球磨，球磨后得到混合浆料，搅拌，抽真空除去浆料中的气泡；所述烧结剂由稀土氧化物、氮化钛和纳米geo2组成；所述稀土氧化物为ceo2、y2o3或dy2o3，所述稀土氧化物的添加量为ito粉体的1.0％。所述氮化钛的添加量为ito粉体0.05％，所述纳米geo2的添加量为ito粉体的0.6％；
(3)注浆成型：把铝制模装在石膏板上，将步骤(2)所得浆料注入铝制模中；吸浆成型后脱模干燥，干燥温度为70℃，得ito坯体；
(4)烧结：干燥后的ito坯体在常压纯氧气的气氛下烧结，温度为1450～1550℃，保温时间为4小时，得ito靶材。
其中，所述ito粉体中氧化锡的质量含量为20％，氧化铟的质量含量为80％，粉体纯度为99.95％，粉体的粒径为0.2～1.0μm。
其中，所述粘接剂为聚丙烯酸类粘接剂。
本实施例制备的ito靶材的相对密度为99.3％，抗弯强度为128mpa，电阻率在3.2×10-4ω·cm。
实施例3
本实施例提供一种低成本、高密度ito靶材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预混液制备：取分散剂和粘接剂加入水中，搅拌均匀，用氨水调ph值至11，得预混液；分散剂的加入量为ito粉体质量的0.2％，粘接剂的加入量为ito粉体质量的2％，水的加入量为ito粉体质量的10％；所述分散剂为重量比为1～2：1的柠檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入以化学共沉淀法制备的ito粉体和烧结剂，再于球磨机中进行球磨，球磨后得到混合浆料，搅拌，抽真空除去浆料中的气泡；所述烧结剂由稀土氧化物、氮化钛和纳米geo2组成；所述稀土氧化物为ceo2、y2o3或dy2o3，所述稀土氧化物的添加量为ito粉体的1.5％。所述氮化钛的添加量为ito粉体0.005％，所述纳米geo2的添加量为ito粉体的1.0％；
(3)注浆成型：把铝制模装在石膏板上，将步骤(2)所得浆料注入铝制模中；吸浆成型后脱模干燥，干燥温度为30℃，得ito坯体；
(4)烧结：干燥后的ito坯体在常压纯氧气的气氛下烧结，温度为1450～1550℃，保温时间为8小时，得ito靶材。
其中，所述ito粉体中氧化锡的质量含量为5％，氧化铟的质量含量为95％，粉体纯度为99.94％，粉体的粒径为0.2～1.0μm。
其中，所述粘接剂为聚丙烯酸类粘接剂。
本实施例制备的ito靶材的相对密度为99.6％，抗弯强度为156mpa，电阻率在2.4×10-4ω·cm。
实施例4
本实施例提供一种低成本、高密度ito靶材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预混液制备：取分散剂和粘接剂加入水中，搅拌均匀，用氨水调ph值至9，得预混液；分散剂的加入量为ito粉体质量的0.29％，粘接剂的加入量为ito粉体质量的0.75％，水的加入量为ito粉体质量的12％；所述分散剂为重量比为1～2：1的柠檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入以化学共沉淀法制备的ito粉体和烧结剂，再于球磨机中进行球磨，球磨后得到混合浆料，搅拌，抽真空除去浆料中的气泡；所述烧结剂由金属氧化物、氮化钛和纳米geo2
组成；所述稀土氧化物为ceo2、y2o3或dy2o3，所述稀土氧化物的添加量为ito粉体的1.4％。
所述氮化硅的添加量为ito粉体0.03％，所述纳米geo2的添加量为ito粉体的0.9％；
(3)注浆成型：把铝制模装在石膏板上，将步骤(2)所得浆料注入铝制模中；吸浆成型后脱模干燥，干燥温度为50℃，得ito坯体；
(4)烧结：干燥后的ito体在常压纯氧气的气氛下烧结，温度为1450～1550℃，保温时间为7小时，得ito靶材。
其中，所述ito粉体中氧化锡的质量含量为14％，氧化铟的质量含量为86％，粉体纯度为99.92％，粉体的粒径为0.2～1.0μm。
其中，所述粘接剂为聚乙烯醇缩丁醛。
本实施例制备的ito靶材的相对密度为99.5％，抗弯强度为145mpa，电阻率在2.8×10-4ω·cm。
实施例5
本实施例提供一种低成本、高密度ito靶材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预混液制备：取分散剂和粘接剂加入水中，搅拌均匀，用氨水调ph值至10，得预混液；分散剂的加入量为ito粉体质量的0.28％，粘接剂的加入量为ito粉体质量的1.5％，水的加入量为ito粉体质量的19％；所述分散剂为重量比为1～2：1的柠檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入以化学共沉淀法制备的ito粉体和烧结剂，再于球磨机中进行球磨，球磨后得到混合浆料，搅拌，抽真空除去浆料中的气泡；所述烧结剂由金属氧化物、氮化硅和纳米geo2组成；所述稀土氧化物为ceo2、y2o3或dy2o3，所述稀土氧化物的添加量为ito粉体的1.4％。
所述氮化钛的添加量为ito粉体0.01％，所述纳米geo2的添加量为ito粉体的0.7％；
(3)注浆成型：把铝制模装在石膏板上，将步骤(2)所得浆料注入铝制模中；吸浆成型后脱模干燥，干燥温度为50℃，得ito坯体；
(4)烧结：干燥后的ito坯体在常压纯氧气的气氛下烧结，温度为1450～1550℃，保温时间为7小时，得ito靶材。
其中，所述ito粉体中氧化锡的质量含量为8％，氧化铟的质量含量为92％，粉体纯度为99.93％，粉体的粒径为0.2～1.0μm。
其中，所述粘接剂聚乙烯醇缩丁醛。
本实施例制备的ito靶材的相对密度为99.4％，抗弯强度为135mpa，电阻率在2.7×10-4ω·cm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。