一种铝钇掺杂氧化锌陶瓷靶材及其制备方法与流程

本发明属于无机材料合成领域，具体涉及一种成分均匀、高纯度、高密度、低成本的铝钇掺杂氧化锌陶瓷靶材(AYZO)及其制备方法。
背景技术：
：铝钇掺杂氧化锌靶材是透明导电薄膜、显示器及薄膜太阳能电池等必须的功能材料。当前制备铝掺杂氧化锌的靶材方法可归纳为：热压烧结、热等静压、冷等静压加烧结和传统的注浆成型方法。热等静压、冷等静压成本高，成分不均匀而且产品纯度容易受影响，注浆成型虽然成本低但是生坯容易开裂，由于有添加剂产品纯度不高。因此现有技术中急需一种更为优化的制备方法。技术实现要素：为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种成分均匀、高纯度、高密度、低成本的铝钇掺杂氧化锌靶材及其制备方法，所述方法包括将混合粉体通过在水溶剂中近净尺寸原位固化成型，不添加或添加极少的有机物，产生密度高、强度高、均匀性好、形状不受限制的生坯。烧结成型后的陶瓷靶材纯度大于99.95％，密度大于99％，可达到99.95％。在本发明优选的实施方案中，所述制备方法包括将氧化锌粉末、氧化铝粉末、氧化钇粉末、水和分散剂在球磨机进行球磨后，加入固化剂，形成强度和可靠性高的生坯。在本发明优选的实施方案中，所述制备方法包括如下步骤：(1)将分散剂配置成0.6-1.0wt％的预制溶液，加入平均粒径0.02-1微米的氧化铝粉末、平均粒径0.04-1微米的氧化钇粉末和平均粒径0.2-0.5微米的氧化锌粉末，在球磨机中球磨8-12小时或高速搅拌，制备成高流动性浆料，浆料中原粉体的体积比为55％-70％；(2)在浆料中加入0.6-1.0wt％MgO的固化剂，浇注到模具中，静置12-16小时；(3)将固化的湿坯脱模，在常温下固化15-300钟，或在60℃烘箱中加热5-90分钟，得到干燥的生坯；(4)将干燥的生坯在烧结炉中升温至400-600℃，保温0.5-1小时，然后升温至1300-1550℃，保温5-8小时，烧结成致密陶瓷，加工成型得到铝钇掺杂氧化锌靶材。在本发明优选的实施方案中，所述的分散剂为聚丙烯酸铵。在本发明优选的实施方案中，粉末原料的尺寸为300-1000纳米。在本发明优选的实施方案中，粉末原料的纯度大于99.99％。在本发明优选的实施方案中，所述球磨采用氧化锆或氧化铝球。在本发明优选的实施方案中，所述的固化剂为氧化镁。在本发明优选的实施方案中，所述的氧化锌粉末和氧化铝粉末为混合粉末，采用化学共沉淀法制备或两种粉末球磨混合，纯度大于99.97％。在本发明优选的实施方案中，所述的模具的材料为无孔洞不吸水的塑料、玻璃、金属材料，优选为不锈钢模具。所谓的原位固化成型就是利用酶或自身催化反应，使浆料内部发生化学反应来增加浆料中的盐离子浓度或调节浆料中的酸碱浓度至等电点，从而实现浆料的固化。悬浮液的制备与固化过程的控制是成型技术的关键。将生坯在推板烧结炉中于1300-1550℃进行烧结并保温5-8小时，制备成本低，成分均匀，晶粒小(图2)纯度高,密度可达99.95％的各类形状的铝钇掺杂氧化锌靶材。本发明提供了一种以氧化锌为成分的磁控溅射生产透明导电氧化物(TCO)薄膜用铝钇掺杂氧化锌靶材及其原位固化成型生产生坯的方法。生产的靶材不受形状限制，成分均匀，生坯强度好(图1)，不易开裂，成品率高，烧结成型的陶瓷成分均匀、纯度高、密度大、达到99.97％。本发明的制造技术用于掺杂的氧化锌透明导电氧化物靶材的生产，具有固化时间短，生坯强度高，不容易产生裂纹，成品率高，成分均匀，成本低，重复性好等优点，特别适用于高密度靶材的生产，尤其是大规模工业化高品质的掺杂氧化锌导电氧化物陶瓷靶材生产，产品的微观结构均匀，密度高，明显优于目前的其它生产技术，而且形状不受限制，能够生产大尺寸一体化的各种靶材如平面靶和旋转靶。附图说明以下结合附图对本发明作进一步说明。图1为原位固化成型法生产的高强度铝钇掺杂氧化锌(AYZO)生坯；图2为烧结成型的铝钇掺杂氧化锌(AYZO)透明导电铝钇掺杂氧化锌(AYZO)氧化物陶瓷的金相显微结构。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。实施例1(1)制备混合浆料：首先将分散剂聚丙烯酸铵与去离子水按0.6：99.4比例混合均匀；然后加入平均粒径200纳米99.99％的氧化锌粉末、平均粒径30纳米99.99％的氧化铝和平均粒径30纳米99.99％的氧化钇粉末，其中ZnO:Al2O3:Y2O3重量比为98：1.9：0.1，浆料中原粉体的体积为比为55％；(2)将上述浆料放入球磨机中用氧化铝球进行球磨8小时，制备成低粘度高流动性浆料；(3)在浆料中加入0.6wt％MgO固化剂，进行机械搅拌10分钟，浇注到不锈钢模具中，静置12小时；(4)将固化的湿坯脱模，在常温下固化3小时，得到干燥的生坯；(5)将生坯在空气气氛推板烧结炉中升温至400℃，保温1.5小时，然后升温1350℃保温5小时烧结成铝钇掺杂氧化锌致密陶瓷，机械加工成型得到所需要的铝钇掺杂氧化锌靶材。用金相显微镜、阿基米德密度测量仪、四探针电阻测量仪的晶粒尺寸、密度、导电性进行表征，表征结果见下表1。表1实例一密度(g/cm3)相对密度块体电导率(Ω.cm)晶粒尺寸(μm)AYZO5.5699.95％2.1×10-312实施例2(1)制备混合浆料：首先将分散剂聚丙烯酸铵与去离子水按0.8：99.2比例混合均匀；然后加入平均粒径200纳米99.99％的氧化锌粉末、平均粒径30纳米99.99％的氧化铝和平均粒径30纳米99.99％的氧化钇粉末，其中ZnO:Al2O3:Y2O3重量比为97.85：2：0.15，浆料中原粉体的体积为比为55％；(2)将上述浆料放入球磨机中用氧化铝球进行球磨5小时，制备成低粘度高流动性浆料；(3)在浆料中加入0.8wt％MgO固化剂，进行机械搅拌10分钟，浇注到不锈钢模具中，静置10小时；(4)将固化的湿坯脱模，在60℃固化1.5小时，得到干燥的生坯；(5)将生坯在空气气氛推板烧结炉中升温至600℃，保温1小时，然后升温1450℃保温5小时烧结成铝钇掺杂氧化锌致密陶瓷，机械加工成型得到所需要的铝钇掺杂氧化锌靶材。用金相显微镜、阿基米德密度测量仪、四探针电阻测量仪的晶粒尺寸、密度、导电性进行表征。表征结果见下表2。表2实例二密度(g/cm3)相对密度块体电导率(Ω.cm)晶粒尺寸(μm)AYZO5.5499.70％3.2×10-320实施例3(1)制备混合浆料：首先将分散剂聚丙烯酸铵与去离子水按0.6：99.4比例混合均匀；然后加入平均粒径200纳米99.99％的氧化锌粉末、平均粒径30纳米99.99％的氧化铝和平均粒径30纳米99.99％的氧化钇粉末，其中ZnO:Al2O3:Y2O3重量比为97.8：1.95：0.25，浆料中原粉体的体积为比为55％；(2)将上述浆料放入球磨机中用氧化铝球进行球磨8小时，制备成低粘度高流动性浆料；(3)在浆料中加入1.0wt％MgO固化剂，进行机械搅拌10分钟，浇注到塑料模具中，静置10小时；(4)将固化的湿坯脱模，在50℃固化2小时，得到干燥的生坯；(5)将生坯在空气气氛推板烧结炉中升温至500℃，保温1小时，然后升温1550℃保温8小时烧结成铝钇掺杂氧化锌致密陶瓷，机械加工成型得到所需要的铝钇掺杂氧化锌靶材。用金相显微镜、阿基米德密度测量仪、四探针电阻测量仪的晶粒尺寸、密度、导电性进行表征。表征结果见表3。表3实例三密度(g/cm3)相对密度块体电导率(Ω.cm)晶粒尺寸(μm)AYZO5.4499.50％4.5×10-330上述实施例1-3的产品的纯度可测得均为99.99％。可见，本发明制备得到的旋转靶材的尺寸不受限制，简单高效，成本低、成分均匀，晶粒小(图2)、纯度高,密度均高于99％，可达99.95％，明显优于现有技术。以上具体实施方式描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明的保护范围不受上述实施例的限制，任何不经过创造性劳动想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。当前第1页1 2 3