一种注浆成型高密度ITO靶材的制备方法与流程

本发明涉及氧化铟锡靶材制备技术领域，特别涉及一种注浆成型高密度ito靶材的制备方法。

背景技术：

ito(锡铟氧化物)的主要成分是氧化锡固溶在氧化铟中的复合氧化物。ito具有很好的光电性能，ito的薄膜具有高的导电性和可见光透射性，被广泛应用于太阳能电池、液晶显示装置、触控电板等各种领域。随着液晶平板显示装置等的快速普及，ito靶材的消耗越来越多，对靶材的要求也越来越高。目前，采用纳米材料制备低温烧结的ito靶材是靶材研究者不懈努力的方向，虽然常用的方法是采用共沉淀法制备纳米ito粉末，但现有技术制备的ito粉末烧结性能较差，最终得到的ito靶材的密度较低，限制了ito靶材在高端显示等领域的应用。

ito靶材坯体成型技术分为干法成型与湿法成型两大类。干法普遍采用先预压再冷等静压(cip)的方法；湿法采用注浆成型、压滤注浆成型等方法。

干压成型技术是将ito粉料直接置于模具中，通过压机进行轴向加压而成型。其制程短、操作简单，但成型坯体密度不均匀、模压过程易出现分层、对模具和压机精度要求高、难于压制大规格坯体。注浆成型技术通常是将预先制备的ito浆料浇注到石膏模中，采用多面、双面或单面吸浆，使ito坯体成型。用该法可得到大规格、高密度、均匀的平面板状坯体，且成本较低。注浆成型的难点是如何开发适合于浇注的浆料的制备技术，目前采用的技术所制备的浆料存在固含量低、粘度大、流动性差等缺点，制备出的坯体容易出现开裂、分层、不均匀、变形等，造成废品率增加，制得ito靶材相对密度也较低。

技术实现要素：

本发明提供一种采用双分散剂注浆成型法来生产高密度ito靶材，解决现有的ito靶材的湿法成型的制备过程中坯体废品率高、得到靶材相对密度也较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种注浆成型高密度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1.5～3.0％，水的加入量为ito粉体质量的10～20％；

(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入ito粉体，经球磨机进行湿磨；

(3)坯体成型：将球磨后的浆料进行真空除气，把真空除气后料浆注入石膏模具中；吸浆成型后脱模，将生坯晾干72h以上，得ito坯体；

(4)脱脂：将干燥的ito坯体放置到脱脂炉中以0.5℃/min升温到600℃，并保温3h；

(5)烧结：将脱脂后的ito坯体放置到烧结炉中，在流动的氧气氛下，以50～120℃/h升温至1450～1650℃，并保温5～10h，通过自然降温至温度低于200℃，而得高密度ito靶材。

其中，优选地，所述ito粉体纯度大于99.99％，平均粒径范围为0.10～0.3μm。

其中，优选地，所述分散剂为重量比为1:1～2的柠檬酸和聚丙烯酸胺的混合物。

其中，优选地，所述分散剂为重量比为1:1～2的柠檬酸和聚乙二醇的混合物。

其中，优选地，所述分散剂为重量比为1:1～2的柠檬酸和阿拉伯树胶的混合物。

其中，优选地，所述步骤(2)中球磨机的球磨介质为直径为5mm的氧化锆球，球料比为2～4：1。

其中，优选地，所述步骤(2)中尼龙罐转速为120rpm，研磨时间为35～45h。

本发明的有益效果：

本发明在悬浮浆料的制备过程中，由于采用双分散剂结合调节溶液ph值，使高固含量ito粉体悬浮在水溶液中形成牛顿流体粘度低，稳定性好。悬浮体的粘度随固含量地增加呈指数关系增大。本发明制备高固含量ito浆料其粘度值为140～265mpa·s(室温，转速20s^-1)，其良好的流动性可使浇注过程顺利进行。

采用优化的料浆注浆成型得到ito坯体中颗粒微结构均匀而致密，无明显宏观缺陷。添加分散剂后，生坯径向压溃强度增加到13.5mpa，有利于后续素坯搬运、加工等过程。经过烧结后，获得了几乎全致密的烧结体，相对密度大于99.0％。其显微结构均匀，没有异常晶粒长大和异常缺陷。

本发明采用注浆成型与在氧气氛中无压烧结ito靶材工艺，可制得低成本、高致密化的ito靶材。

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本发明中采用优化后的注浆成型技术得到的坯体典型微结构；

图2本发明中制得高致密化的ito靶材典型微结构。

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

本实施例提供一种注浆成型高密度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2.2％，水的加入量为ito粉体质量的15％；

(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入ito粉体，再经球磨机进行湿磨；制备ito浆料其粘度值为195mpa·s(室温，转速20s^-1)

(3)坯体成型：将球磨后的浆料进行真空除气，把除气后料浆注入石膏模具中；吸浆成型后脱模，将生坯晾干72h，得ito坯体(见图1)；

(4)脱脂：将干燥的ito坯体放置到脱脂炉中以0.5℃/min升温到600℃，并保温3h；

(5)烧结：将脱脂后的ito坯体放置到烧结炉中，在流动的氧气氛下，以75℃/h升温至1500℃，并保温8h，通过自然降温至温度低于200℃，而得高密度ito靶材。

其中，所述ito粉体纯度大于99.99％，平均粒径范围为0.10～0.3μm。

其中，所述分散剂为重量比为1:1的柠檬酸和聚丙烯酸胺的混合物。

其中，所述步骤(2)中球磨机的球磨介质为直径为5mm的氧化锆球，球料比为3：1。

其中，所述步骤(2)中尼龙罐转速为120rpm，研磨时间为40h。

取样测得本实施例制得的ito靶材的相对密度为99.6％。其典型的微结构见图2。

实施例2

本实施例提供一种注浆成型高密度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3.0％，水的加入量为ito粉体质量的10％；

(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入ito粉体，再经球磨机进行湿磨；制备ito浆料其粘度值为240mpa·s(室温，转速20s^-1)

(3)坯体成型：将球磨后的浆料进行真空除气，把除气后料浆注入石膏模具中；吸浆成型后脱模，将生坯晾干80h，得ito坯体；

(4)脱脂：将干燥的ito坯体放置到脱脂炉中以0.5℃/min升温到600℃，并保温3h；

(5)烧结：将脱脂后的ito坯体放置到烧结炉中，在流动的氧气氛下，以50℃/h升温至1450℃，并保温10h，通过自然降温至温度低于200℃，而得高密度ito靶材。

其中，所述ito粉体纯度大于99.99％，平均粒径范围为0.10～0.3μm。

其中，所述分散剂为重量比为1:2的柠檬酸和聚乙二醇的混合物。

其中，所述步骤(2)中球磨机的球磨介质为直径为5mm的氧化锆球，球料比为2：1。

其中，优选地，所述步骤(2)中尼龙罐转速为120rpm，研磨时间为35h。

取样测得本实施例制得的ito靶材的相对密度为99.5％。

实施例3

本实施例提供一种注浆成型高密度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1.5％，水的加入量为ito粉体质量的20％；

(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入ito粉体，再经球磨机进行湿磨；制备ito浆料其粘度值为140mpa·s(室温，转速20s^-1)

(3)坯体成型：将球磨后的浆料进行真空除气，把除气后料浆注入石膏模具中；吸浆成型后脱模，将生坯晾干84h，得ito坯体；

(4)脱脂：将干燥的ito坯体放置到脱脂炉中以0.5℃/min升温到600℃，并保温3h；

(5)烧结：将脱脂后的ito坯体放置到烧结炉中，在流动的氧气氛下，以120℃/h升温至1650℃，并保温5h，通过自然降温至温度低于200℃，而得高密度ito靶材。

其中，所述ito粉体纯度大于99.99％，平均粒径范围为0.10～0.3μm。

其中，所述分散剂为重量比为1:2的柠檬酸和阿拉伯树胶的混合物。

其中，所述步骤(2)中球磨机的球磨介质为直径为5mm的氧化锆球，球料比为4：1。

其中，所述步骤(2)中尼龙罐转速为120rpm，研磨时间为45h。

取样测得本实施例制得的ito靶材的相对密度为99.6％。

实施例4

本实施例提供一种注浆成型高密度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2.4％，水的加入量为ito粉体质量的12％；

(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入ito粉体，再经球磨机进行湿磨；制备ito浆料其粘度值为265mpa·s(室温，转速20s^-1)

(3)坯体成型：将球磨后的浆料进行真空除气，把除气后料浆注入石膏模具中；吸浆成型后脱模，将生坯晾干72h，得ito坯体；

(4)脱脂：将干燥的ito坯体放置到脱脂炉中以0.5℃/min升温到600℃，并保温3h；

(5)烧结：将脱脂后的ito坯体放置到烧结炉中，在流动的氧气氛下，以60℃/h升温至1600℃，并保温6h，通过自然降温至温度低于200℃，而得高密度ito靶材。

其中，所述ito粉体纯度大于99.99％，平均粒径范围为0.1～0.3μm。

其中，所述分散剂为重量比为1:1的柠檬酸和阿拉伯树胶的混合物。

其中，所述步骤(2)中球磨机的球磨介质为直径为5mm的氧化锆球，球料比为3：1。

其中，所述步骤(2)中尼龙罐转速为120rpm，研磨时间为40h。

取样测得本实施例制得的ito靶材的相对密度为99.7％。

实施例5

本实施例提供一种注浆成型高密度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1.8％，水的加入量为ito粉体质量的12％；

(2)悬浮浆料的制备：向预混液中加入ito粉体，再于球磨机中进行湿磨；制备ito浆料其粘度值为212mpa·s(室温，转速20s^-1)

(3)坯体成型：将球磨后的浆料进行真空除气，把除气后料浆注入石膏模具中；吸浆成型后脱模，将生坯晾干72h，得ito坯体；

(4)脱脂：将干燥的ito坯体放置到脱脂炉中以0.5℃/min升温到600℃，并保温3h；

(5)烧结：将脱脂后的ito坯体放置到烧结炉中，在流动的氧气氛下，以80℃/h升温至1550℃，并保温7h，通过自然降温至温度低于200℃，而得高密度ito靶材。

其中，所述ito粉体纯度大于99.99％，平均粒径范围为0.10～0.3μm。

其中，所述分散剂为重量比为1:2的柠檬酸和聚乙二醇的混合物。

其中，所述步骤(2)中球磨机的球磨介质为直径为5mm的氧化锆球，球料比为3：1。

其中，所述步骤(2)中尼龙罐转速为120rpm，研磨时间为40h。

取样测得本实施例制得的ito靶材的相对密度为99.8％。

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。