专利名称：一种以喷雾干燥工艺制备azo粉末及平面和旋转靶材的方法
技术领域：
本发明涉及光电领域，尤其涉及一种以喷雾干燥工艺制备AZO粉末及平面和管状 靶的方法。
背景技术：
随着低碳经济的兴起及能源危机的到来，可再生绿色能源的开发及节能减排的推 广，成为科学技术发展的重要课题与推动经济增长的重要产业。太阳能作为一种丰富清洁 的能源，已经呈现爆炸式增长，在节能减排方面，Low-E玻璃的应用也日益广泛。太阳能行 业及Low-E玻璃对TCO靶材都有极大的需求，ITO靶材因其较低的电阻率，可见光波段较高 的透光率，在环境中的稳定性，是作为TCO的主要的材料，但ITO靶材价格较高，制备工艺复 杂，需要HIP，不适合柔性衬底镀膜，加之铟资源匮乏，限制了 TCO靶材及相关行业的发展。 在过去的几十年，开展了大量以掺杂氧化锌和掺杂氧化锡替代ITO产品的研究开发，其中 氧化铝掺杂氧化锌的材料效果较好AZO靶材及镀膜具有与ITO相近的电学和光学特性且原 料丰富。为降低靶材成本，AZO成为透明导电薄膜材料的关注焦点。氧化锌机体中掺杂适 当量的氧化铝，在透光率损失不大的前提下，可以提高导电性。国内AZO平面靶虽有一些厂 家可以制备，但管状靶鲜有供应商能够提供，尤其是尺寸较大的靶材，存在密度、色泽及开 裂的问题。随着磁控溅射镀膜的发展，对成本降低的要求越来越高，平面AZO靶材的30 40 %的利用率就难以降低成本，而管状AZO靶材70 90 %的利用率就使得其成本优势极具 吸引力。另外，平面靶溅射时功率无法很大，否则会造成开裂。管状AZO靶适用于大溅射功 率，具有高生产效率。本发明通过喷雾干燥工艺对粉末制备的控制，既可以制备不同尺寸的 平面AZO靶，也可制备较大尺寸的管状AZO靶材。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于平面和管状AZO靶材的AZO粉末制备方法，以及 制备平面和管状AZO靶材的方法，用以制备性能优良的AZO薄膜。一种以喷雾干燥工艺制备AZO粉末及平面和旋转靶材方法，该方法采用纯度大于 99. 99%的ZnO粉末及纯度大于99. 95%的氧化铝粉末，以喷雾干燥工艺对其均勻湿混及造 粒，形成AZO粉末。并以喷雾干燥工艺制得的AZO粉末，烧结成密度在90 % 99 %的平面 及管状靶材，其中氧化铝占质量百分比为0. 5 5%。AZO粉末制备的具体步骤为1.按一定比例称取原料氧化锌，氧化铝，加入粘结剂PVA(粘结剂的添加量为氧化 锌总重量的0 5% )及水，湿混均勻，获得固含量为50 70%的料浆，氧化铝占质量百分 比范围为0. 5 5%。2.采用喷雾干燥器进行喷雾干燥造粒，制成AZO粉末。
3.然后将AZO粉末装入不同模具，制成平面和管状生坯，模压压力20 60MPa，冷 等静压压力为80 200MPa。4.在空气气氛下进行脱胶烧结，烧结温度为1300 1600°C，制成密度为90 99% AZO平面靶及管状靶。5.靶材经过精磨，获得最终尺寸。
图IAZO靶材微观结构图2致密平面AZO靶材外观3致密管状AZO靶材外观4直流溅射镀膜的透光率图5射频溅射镀膜的透光率
具体实施例方式实施例1投入20kg氧化锌，408g氧化铝及13. 3kg水，湿混均勻，获得料浆，对料浆进行喷雾 干燥造粒，粉末收得率90%。造粒后的粉末装入不锈钢模具中，采用60MPa，冷压成平面生 坯，在空气气氛下，在1500°C烧制成密度为97. 5%的平面AZO靶材。靶材经过精磨，获得最 终尺寸。制得的AZO靶微观结构如图1所示。实施例2投入20kg氧化锌，102g氧化铝及13. 3kg水，湿混均勻，获得料浆，对料浆进行喷雾 干燥造粒，粉末收得率93%。造粒后的粉末装入不锈钢模具中，采用20MPa，冷压成平面及 管状生坯，在空气气氛下，在1400°C烧制成密度为97%的平面AZO靶材及96%管状AZO靶 材。靶材经过精磨，获得最终尺寸。实施例3投入20kg氧化锌，408g氧化铝及13. 3kg水，湿混均勻，获得料浆，对料浆进行喷雾 干燥造粒，粉末收得率90%。造粒后的粉末装入相应形状的模具，经冷等静压，压制成平面 或管状的生坯，冷等静压压力200MPa，在空气气氛下，在1500°C烧制成密度为98%的平面 AZO靶材。靶材经过精磨，获得最终尺寸。实施例4投入20kg氧化锌，408g氧化铝，101克PVA及13. 3kg水，湿混均勻后进行喷雾干 燥造粒，粉末收得率98%。造粒后的粉末装入相应形状的模具，经冷等静压，压制成平面或 管状的生坯，冷等静压压力200MPa，在空气气氛下，在1550°C烧制成密度为96%的平面及 密度为99%管状靶材。靶材经过精磨，获得最终尺寸。平面AZO靶材如图2所示，管状AZO 靶材如图3所示。实施例5投入20kg氧化锌，408g氧化铝，204克PVA及13. 3kg水，湿混均勻后进行喷雾干 燥造粒，粉末收得率96. 7%。造粒后的粉末装入相应形状的模具，经冷等静压，压制成平面 或管状的生坯，冷等静压压力150MPa，在空气气氛下，在1300°C烧制成密度为90%的平面及密度为92%管状靶材。靶材经过精磨，获得最终尺寸。实施例6投入20kg氧化锌，408g氧化铝，949克PVA及20kg水，湿混均勻后进行喷雾干燥 造粒，粉末收得率78%。造粒后的粉末装入相应形状的模具，经冷等静压，压制成平面或管 状的生坯，冷等静压压力SOMI^a在空气气氛下，在1600°C烧制成密度为90%的平面靶材。靶 材经过精磨，获得最终尺寸。实施例7投入20kg氧化锌，408g氧化铝，204克PVA及8kg水，湿混均勻后进行喷雾干燥造 粒，粉末收得率81%。造粒后的粉末装入相应形状的模具，压制成平面或管状的生坯，冷等 静压压力120MPa，在空气气氛下，在1400°C烧制成密度为94%的平面及96%管状靶材。靶 材经过精磨，获得最终尺寸。以上述实例1、2、3、6中AZO靶材，采用直流和射频溅射方式在玻璃基板上镀膜，氩 气气压为5mTorr，薄膜透光率使用Lambda 950光谱仪测试，电阻率是使用Keithley装置测 试。随着膜厚的增长，透光率下降，但是吸收系数下降，这表明AZO薄膜吸收系数随膜厚增 长下降，膜层质量提高。为了优化太阳能电池的透光率与导电性，膜厚控制在600 1200nm 之间。另外，吸光系数也受溅射工艺的影响。射频溅射及直流溅射，轰击靶材Ar离子的能量 不同，导致AZO薄膜透光率与电阻率不同。射频溅射较直流溅射电阻率偏高，吸光系数也偏 高，透光率较低。直流溅射镀膜的透光率如图4所示，射频溅射镀膜的透光率如图5所示。直流溅射镀膜的参数如下表
样品厚度A电阻率Qcm吸光系数/cmDC实例16954.27E-037.29E03DC实例26644.99E-031.06E04DC实例35704.78E-031.01E04DC实例112303.73E-035.37E03DC实例212374.30E-036.6E03DC实例310935.76E-035.99E03射频溅射镀膜的参数如下表
权利要求
1.一种以喷雾干燥工艺制备AZO粉末及平面和旋转靶材方法，该方法采用纯度大于 99. 99%的ZnO粉末及纯度大于99. 95%的氧化铝粉末，以喷雾干燥工艺对其均勻混合及造 粒，形成AZO粉末。并以喷雾干燥工艺制得的AZO粉末，烧结成密度在90 % 99 %的平面 及管状靶材，其中氧化铝占质量百分比为0. 5 5%。
2.权利要求1所述的制备方法具体步骤如下a.按一定比例称取原料氧化锌，氧化铝，加入粘结剂PVA(粘结剂的添加量为所有氧化 物总重量的0 5% )及水，湿混均勻，获得固含量为50 70%的料浆，氧化铝占质量百分 比范围为0. 5 5%。b.采用喷雾干燥器进行喷雾干燥造粒，制成AZO粉末。c.然后将AZO粉末装入不同模具，制成平面和管状生坯，模压压力20 60MPa，冷等静 压压力为80 200MPa。d.在空气气氛下进行脱胶烧结，烧结温度为1300 1600°C，制成密度为90 99%AZO 平面靶及管状靶。e.靶材经过精磨，获得最终尺寸。
3.权利要求2所述的制备方法，其特征为，在步骤a中，氧化铝占所有氧化物质量百分 比范围为0. 5 5%。
4.权利要求2所述的制备方法，其特征为，在步骤a中，粘结剂为PVA，添加量为所有氧 化物总重量的0 5%。
5.权利要求2所述的制备方法，其特征为，在步骤b中，AZO粉末是通过喷雾干燥造粒 制得。
6.权利要求2所述的制备方法，其特征为，在步骤c中，模压压力为20 60MPa。
7.权利要求2所述的制备方法，其特征为，在步骤c中，冷等静压压力为80 200MPa。
8.权利要求2所述的制备方法，其特征为，在步骤d中，在空气气氛下进行脱胶烧结，烧 结温度为1300 1600 0C ο
9.权利要求2所述的制备方法，其特征为，在步骤e中，靶材需经过精磨，达到最终尺寸 要求，制成平面及管状的AZO靶材。
全文摘要
本发明提供了以喷雾干燥工艺制备AZO粉末及平面和管状靶材的方法，其中氧化铝的含量为0.5～5％的质量百分比，具体步骤为按一定比例称取原料氧化锌，氧化铝，加入水，湿混均匀，喷雾干燥造粒，制成AZO粉末。然后将AZO粉末装入不同模具，制成平面和管状生坯，在空气气氛下进行脱胶烧结，烧结温度为1300～1600℃，制成密度为90～99％AZO平面靶及管状靶。本发明具有成本低，产量大，靶材色泽均匀，密度可控，电阻率低，镀膜透光性好等特点。
文档编号B01J2/02GK102134702SQ20101051572
公开日2011年7月27日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者迟伟光 申请人:迟伟光