一种注浆成型高密度AZO靶材的制备方法与流程

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

背景技术：

近年来随着液晶显示器与太阳能电池的发展，使得透明导电薄膜成为关键性材料之一。目前常用的透明导电薄膜材料主要是ito。近年来由于液晶显示器与太阳能电池的需求大幅增长；手机及触摸屏的需求迅速增加。如何降低透明导电薄膜的材料成本与提高薄膜材料的性能成为当前的首要目标。但由于铟资源的稀少和价格的增加，世界各国的学者都急欲寻找新一代的透明导电薄膜材料，开发具有高透光、导电特性好的“非铟”材料来替代ito。由于azo透明导电薄膜价格较为低廉，且不具毒性，在发展上有相当的优势。对azo材料和制备技术的研究，引起了广泛的重视。虽然，目前azo薄膜的特性仍与ito薄膜有一定差距，但在触控面板与太阳能电池领域azo最具潜力取代ito。

对于用磁控溅射法制备azo薄膜来说，其靶材性能在很大程度上影响其制得的薄膜的性能，也就是说没有高性能靶材，就没有高性能薄膜。靶材质量高低的一个重要指标就是靶材的致密度，所以如何获得高致密度的靶材成为一个亟待解决的难题。一般把相对密度在95％以上的靶材称为高致密度靶材，把相对密度在98％以上靶材称为超高密度靶材。随着未来薄膜产业的不断扩大，可用于工业化生产的低成本azo陶瓷靶材的制备不仅具有一定的学术意义，而且具有极大的经济价值。

技术实现要素：

本发明提供一种双分散剂注浆成型生产高密度azo靶材的方法，解决现有的azo靶材的制备过程中成品率低、成本较高、制得的靶材相对密度较低的问题。

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azo靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)预混液制备：将重量比为100：3～5的氧化锌粉末和氧化铝粉末混合均匀，得混合物料，将混合物料加入尼龙罐中，以混合物重量为100％计，向尼龙制罐中加入1.5～3.0％的分散剂和20～35％的水，用氨水或醋酸调ph值为8.5～10.3；

(2)悬浮浆料的制备：将预混液经湿磨制备悬浮液；

(3)坯体成型：将球磨好的浆料进行真空除气，把进行除气后料浆注入石膏模中；吸浆成型后脱模，将生坯晾干72h以上，得azo坯体；

(4)脱脂：将脱模后的azo素坯置于脱脂炉中，以0.5℃/min升温至600℃，并恒温3h；

(5)烧结：将脱脂的azo坯体放在置在高温烧结炉中进行无压烧结，以50～100℃/h升温至1300～1500℃，保温5～10h，冷却，得azo靶材。

其中，优选地，所述氧化锌粉末的平均粒径为250nm，所述氧化铝粉末的平均粒径为310nm。

其中，优选地，所述分散剂为聚丙烯酸、聚乙二醇、聚丙烯酸胺、阿拉伯树胶的任意一种或几种。

其中，优选地，所述分散剂为重量比为3～4：2的聚丙烯酸和聚乙二醇。

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：

本发明在预混液的制备中，采用添加双分散剂与调节ph方法(因zno和al2o3悬浮液在ph8～10.3的碱性范围有较高的zeta电位)。这使得高固含量zno-al2o3混合粉末悬浮液表现为牛顿流体，粘度低，稳定性好。sem观察显示，al2o3颗粒能够均匀而稳定的分散在zno颗粒之间。悬浮体的粘度随固含量地增加呈指数关系增大。可制得粘度小于40mpa·s(室温，20s^-1)的高固含量的悬浮液。

采用优化的料浆注浆成型得到相对密度大于67.2td的生坯，zno-al2o3混合物生坯中微结构均匀而无明显缺陷。同时添加高分子量分散剂后，使生坯径向压溃强度增加到12.5mpa，从而有利于后续搬运与素坯加工等过程。经过1300～1500℃无压烧结后，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，铝元素均匀分布。

本发明采用注浆成型与无压烧结生产高致密化azo靶材，技术路线简单、成本低，有利于规模化工业生产。

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本发明实施例1中注浆成型zno-al2o3素坯典型微结构；

图2本发明实施例1中掺铝高烧结性氧化锌靶材典型微结构图。

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

本实施例提供一种注浆成型高密度azo靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)预混液制备：将重量比为100：4的氧化锌粉末和氧化铝粉末混合均匀，得混合物料，将混合物料加入尼龙罐中，以混合物重量为100％计，向尼龙制罐中加入2.2％的分散剂和30％的水，用氨水或醋酸调ph值为9.5；该预混液的粘度38mpa·s(室温，20s^-1)；

(2)悬浮浆料的制备：将预混液经湿磨制备悬浮液；

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

(4)脱脂：将脱模后的azo素坯置于脱脂炉中，以0.5℃/min升温至600℃，并恒温3h；

(5)烧结：将脱脂的azo坯体放在置在高温烧结炉中进行常压烧结，以50℃/h升温至1400℃，保温7h，冷却，得azo靶材(见图2)。

其中，所述氧化锌粉末的平均粒径约250nm，所述氧化铝粉末的平均粒径约为310nm。

其中，所述分散剂为重量比为3.5：2的聚丙烯酸和聚乙二醇。

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。

实施例2

本实施例提供一种注浆成型高密度azo靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)预混液制备：将重量比为100：3的氧化锌粉末和氧化铝粉末混合均匀，得混合物料，将混合物料加入尼龙罐中，以混合物重量为100％计，向尼龙制罐中加入3.0％的分散剂和20％的水，用氨水或醋酸调ph值为10.3；该预混液的粘度37mpa·s(室温，20s^-1)；

(2)悬浮浆料的制备：将预混液经湿磨制备悬浮液；

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

(4)脱脂：将脱模后的azo素坯置于脱脂炉中，以0.5℃/min升温至600℃，并恒温3h。(5)烧结：将脱脂的azo坯体放在置在高温烧结炉中进行常压烧结，以70℃/h升温至1500℃，保温5h，冷却，得azo靶材；

其中，所述氧化锌粉末的粒径约250nm，所述氧化铝粉末的平均粒径约为310nm。

其中，所述分散剂为重量比为1：1:1聚丙烯酸、聚乙二醇、阿拉伯树胶。

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。

实施例3

本实施例提供一种注浆成型高密度azo靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)预混液制备：将重量比为100：5的氧化锌粉末和氧化铝粉末混合均匀，得混合物料，将混合物料加入尼龙罐中，以混合物重量为100％计，向尼龙制罐中加入1.5％的分散剂和35％的水，用氨水或醋酸调ph值为8.5；该预混液的粘度35mpa·s(室温，20s^-1)；

(2)悬浮浆料的制备：将预混液经湿磨制备悬浮液；

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

(4)脱脂：将脱模后的azo素坯置于脱脂炉中，以0.5℃/min升温至600℃，并恒温3h。

(5)烧结：将脱脂的azo坯体放在置在高温烧结炉中进行常压烧结，以100℃/h升温至1300℃，保温10h，冷却，得azo靶材。

其中，所述氧化锌粉末的粒径约250nm，所述氧化铝粉末的平均粒径约为310nm。

其中，所述分散剂为重量比为2:1聚丙烯酸胺、阿拉伯树胶。

其中，所述分散剂为重量比为3.5：2的聚丙烯酸和聚乙二醇。

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45h。

实施例4

本实施例提供一种注浆成型高密度azo靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)预混液制备：将重量比为100：4的氧化锌粉末和氧化铝粉末混合均匀，得混合物料，将混合物料加入尼龙罐中，以混合物重量为100％计，向尼龙制罐中加入2.0％的分散剂和28％的水，用氨水或醋酸调ph值为10.0；该预混液的粘度34mpa·s(室温，20s^-1)；

(2)悬浮浆料的制备：将预混液经湿磨制备悬浮液；

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

(4)脱脂：将脱模后的azo素坯置于脱脂炉中，以0.5℃/min升温至600℃，并恒温3h；

(5)烧结：将脱脂的azo坯体放在置在高温烧结炉中进行常压烧结，以80℃/h升温至1350℃，保温8h，冷却，得azo靶材。

其中，所述氧化锌粉末的粒径～250nm，所述氧化铝粉末的平均粒径为～310nm。

其中，所述分散剂为重量比为3：2的聚丙烯酸和聚乙二醇。

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，所述步骤(2)中尼龙罐转速为120rpm，研磨时间为35h。

实施例5

本实施例提供一种注浆成型高密度azo靶材的制备方法，于包括以下步骤：

(1)预混液制备：将重量比为100：3的氧化锌粉末和氧化铝粉末混合均匀，得混合物料，将混合物料加入尼龙罐中，以混合物重量为100％计，向尼龙制罐中加入2.5％的分散剂和32％的水，用氨水或醋酸调ph值为9.5；该预混液的粘度35mpa·s(室温，20s^-1)；

(2)悬浮浆料的制备：将预混液经湿磨制备悬浮液；

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

(4)脱脂：将脱模后的azo素坯置于脱脂炉中，以0.5℃/min升温至600℃，并恒温3h。

(5)烧结：将脱脂的azo坯体放在置在高温烧结炉中进行常压烧结，以60℃/h升温至1450℃，保温6h，冷却，得azo靶材。

其中，所述氧化锌粉末的粒径～250nm，所述氧化铝粉末的平均粒径为～310nm。

其中，所述分散剂为聚丙烯酸、聚乙二醇、聚丙烯酸胺、阿拉伯树胶的任意一种或几种。

其中，所述分散剂为重量比为2：1的聚丙烯酸和聚乙二醇。

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35～45h。

现将实施例1～5所制得的azo靶材与现有技术所制得的azo靶材的吸水率、烧结密度、azo靶材微结构的均匀情况和azo靶材的开裂情况五个参数结果列举如下表：

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。