专利名称：一种ito陶瓷靶制备方法
技术领域：
本发明涉及ITO陶瓷靶，具体是涉及一种ITO陶瓷靶制备方法。
技术背景
IT0(90wt% In203+10wt% SnO2)靶材主要是通过磁控溅射设备，将ITO溅射至玻璃或其它基板上形成透明电极ITO膜，由于ITO膜既透明又具有良好的导电性，所以被广泛应用在单极显示器等领域。ITO膜有以下主要性能和特点导电性能好，电阻率小，约 10-4 Ω 硬度高，耐磨，化学蚀刻性好，高可见光透过率可高达85%以上；对紫外线吸收率大于85% 对红外线反射率大于80% 对微波具有衰减性，衰减率大于85%。基于ITO 膜良好的性能，ITO膜被广泛应用于(1)平板显示器产业如IXD (液晶显示)与PDP (等离子体显示)，(2)太阳能电池的电极材料，(3) ITO涂层用于功能性玻璃以达到防紫外线和反红外线的功能。
ITO的理论密度为7. 15g/cm3,商业产品的相对密度至少要达到理论密度的98%以上，高端用途的产品其密度应该理论密度99. 5%左右。另外，高性能的ITO靶还具备以下性能高耐热冲击性、组织均一无偏板现象、微细均勻的晶粒尺寸、纯度达到99. 99%以上。目前，ITO靶材的主要制备技术有真空热压法、热等静压法。
其中真空热压法(Martin，U. S. Pat. No. 5531948)是烧结温度可依外加压力的大小而比常温烧结低约200-400°C，同时外加的能量使陶瓷的致密化速度加快，因此可以在较低温度及较短的时间内生成完全致密的陶器产品。此方法的主要缺点为由于受热压设备压力和模具尺寸所限，靶材尺寸较小，生产效率低，产品成本高，靶材晶粒均一性差，目前只能用于低档TN-LCD，建筑玻璃膜和冰柜玻璃镀膜等低端领域。
热等静压法(Martin，U. S. Pat. No. 6187253) 一般用惰性气体如氩气等常用来作为压力传递媒介，在800-1400°C及1000-2000kg/cm2的压力下加压烧结。此方法的主要缺点靶材尺寸受设备压力和压缸限制无法制备大尺寸靶，设备昂贵，投资成本高，生产效力低，生产成本高，产品竞争力不强。发明内容
本发明的主要目的是提高一种结构均一且产品尺寸无限制的ITO陶瓷靶制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是一种ITO陶瓷靶制备方法， 其特征在于，包括以下操作
①以ITO粉为原料，与有机单体，胶联剂、有机分散剂和水制成悬浮液，并加入引发剂至所述悬浮液中反应得到混合浆料；
②接着将所得的混合浆料注入模具中静置；
③干燥脱模后在1200-1700°C下烧结该素坯，即得致密ITO陶瓷靶。
本发明的处理方法存在的优点1)其适用范围广，对ITO粉体无特殊要求；2)可实现近净尺寸成型，制备出复杂形状的部件；幻坯体强度高，明显优于传统成型工艺所制的坯体，可进行机械加工；4)坯体有机物含量低力)坯体和烧结体性能均勻性好；6)工艺过程易控制；7)成本低廉。ITO陶瓷靶产品晶粒大小分布均勻，约为3-5 μ m、高致密且烧结体密度为99. 0%以上。
图1是ITO烧结体的XRD图2是ITO烧结体的SEM照片。
具体实施方式
一种ITO陶瓷靶制备方法，包括操作①以ITO粉为原料，与有机单体，胶联剂、有机分散剂和水制成悬浮液，并加入引发剂至所述悬浮液中反应得到混合浆料；②接着将所得的混合浆料注入模具中静置；③干燥脱模后在1200-1700°C下烧结该素坯，即得致密ITO 陶瓷靶。该方法是将高分子单体聚合的方法灵活地引入到了粉体成型领域中，通过制备低黏度、高固相含量的悬浮液来实现净尺寸成型高强度、高密度均勻素坯。其基本思想是采用具备三维网络结构的高分子物质将分散均勻的粉体悬浮液中的颗粒包裹使之后位固定从而得到具有粉体与高分子物质复合结构的坯体，再经烧结除去有机物质即可得到致密的 ITO陶瓷靶。
所述操作①中分散剂为聚甲基丙烯酸铵或四基氢氧化铵，分散剂占悬浮液质量的 0. 2-1%。分散剂利于悬浮液的分散，利于得到结构均一的ITO素坯。
所述操作①中有机单体为甲基丙烯酰胺或甲基丙烯酸。所述的有机单体占悬浮液质量的15%。有机单体在发生聚合反应后得到高分子物质，使悬浮液中分散均勻的ITO粉被三维网络结构的高分子物质包裹使之后位固定从而得到具有粉体与高分子物质复合结构的坯体。
所述操作①中胶联剂为NN-亚甲基双丙烯酰胺或聚双甲基丙烯酸。有机单体与所述的胶联剂的质量比为2-6 1。胶联剂可使得高分子聚合物形成三围网状结构。
所述操作①中引发剂为NH4S2O4或偶氮(2-眯基丙烷)盐酸盐，且其加入量为有机单体质量的0. 5-1%。引发剂使有机单体发生凝胶反应，且使混合浆料黏度随反应的进行急剧增加。注意过量的引发剂可能导致浆料在注模之前就发生凝固而无法成型，所以引发剂的使用量不宜过多。
所述的操作①中ITO粉占悬浮液质量的40-50%。
所述的ITO粉在制备成悬浮液过程中分三步加入，每次加入的量分别为ITO粉总质量的1/2、1/4、1/4，并且每次加入后使用球磨进行排气处理。为了增加的固含量必须分步加入ITO粉，在每次加入后，先用较慢球磨速度，再用高速球磨，借助真空球磨工艺排除浆料中的气泡，降低悬浮液黏度，增加浆料的流动性，制备出低黏度高固相体积分数的浓悬浮液。
所述操作②中静置温度为室温至80°C，时间1-20小时。在该条件下，有机单体持续发生凝胶反应，浆料的黏度随反应的进行急剧增加，从而导致浆料中的ITO粉体被原位包裹、固化成型，最终形成具有一定强度和柔韧性的三维网状结构，得到含一定溶剂的坯体。脱模后，在一定的温度和湿度条件下干燥，得到较高强度的坯体，如需要，还可进行适当的机加工进行修坯。
所述操作③中干燥脱模后以0. l-5°C/min升温到300-600°C，并保温1-5小时；所述烧结环境为富氧。这样可完全排除素坯中的有机添加剂，使坯体内的凝胶等有机物质分解、挥发，最后烧结得到致密部件。
实施例1
①制备混合浆料首先将分散剂(聚甲基丙烯酸铵(PMAA-NH4))、凝胶体系的单体与胶联剂(甲基丙烯酰胺(MAM)与NN-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM))溶于水中，其中分散剂量约为混合浆料总质量的0.2wt%。而凝胶体系单体的量为混合浆料总质量的15wt% (其中MAM与MBAM的质量比为2 1)；为了增加的固含量必须分步加入质量为混合浆料总质量 40%的ITO粉，例如分三步加入，分别为1/2、1/4、1/4，在每次加入后，先用较慢球磨速度， 再用高速球磨，球磨总时间约为1小时；在浆料脱气前根据单体的质量加入0. 5%的引发剂 (NH4S2O4)；
②脱气后，将浆料倒入模具内，在室温静置1小时可达到结构均勻，有一定强度的素坯；
③素坯干燥后，用加热速度为0. I0C /min升温到300°C，保温1小时，这样可完全排除素坯中的有机添加剂；最后将预烧过的素坯在1200°C富氧气氛下烧结1小时，即可得到ITO陶瓷靶。
实施例2
①制备混合浆料首先将分散剂(四基氢氧化铵)、凝胶体系的单体与胶联剂(甲基丙烯酰胺(MAM)与聚双甲基丙烯酸(PEGDMA))溶于水中，其中分散剂量约混合浆料总质量的0. 5wt%，而凝胶体系单体的量为混合浆料总质量的15wt% (MAM与MBAM的质量比为 3 1)；为了增加的固含量必须分步加入质量为混合浆料总质量45%的ITO粉，例如分三步加入，分别为1/2、1/4、1/4，在每次加入后，先用较慢球磨速度，再用高速球磨，球磨总时间约为5小时；在浆料脱气前根据单体的质量加入0. 7%的引发剂(NH4S2O4)；
②脱气后，将浆料倒入模具内，在室温至80°C静置10小时可达到结构均勻，有一定强度的素坯；
③素坯干燥后，用加热速度为3°C /min升温到400°C，保温3小时，这样可完全排除素坯中的有机添加剂。6)最后将预烧过的素坯在1500°C富氧气氛下烧结5小时，即可得到ITO陶瓷靶。
实施例3
①制备混合浆料首先将分散剂(聚甲基丙烯酸铵(PMAA-NH4))、凝胶体系的单体与胶联剂(甲基丙烯酸(MAA)与NN-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM))溶于水中，其中分散剂量约为混合浆料总质量的Iwt %，而凝胶体系单体的量为混合浆料总质量的15wt% (MAA与 MBAM的质量比为6 1)；为了增加的固含量必须分步加入质量为混合浆料总质量50%的 ITO粉，例如分三步加入，分别为1/2、1/4、1/4，在每次加入后，先用较慢球磨速度，再用高速球磨，球磨总时间约为10小时；在浆料脱气前根据单体的质量加入的引发剂(偶氮 (2-眯基丙烷)盐酸盐(AZAP))；
②脱气后，将浆料倒入模具内，在室温至80°C静置20小时可达到结构均勻，有一定强度的素坯；
③素坯干燥后，用加热速度为5°C /min升温到600°C，保温5小时，这样可完全排除素坯中的有机添加剂；最后将预烧过的素坯在1700°C富氧气氛下烧结10小时，即可得到 ITO陶瓷靶。
权利要求
1.一种ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于，包括以下操作①以ITO粉为原料，与有机单体，胶联剂、有机分散剂和水制成悬浮液，并加入引发剂至所述悬浮液中反应得到混合浆料；②接着将所得的混合浆料注入模具中静置；③干燥脱模后在1200-1700°c下烧结该素坯，即得致密ITO陶瓷靶。
2.根据权利要求1所述的ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于所述操作①中分散剂为聚甲基丙烯酸铵或四基氢氧化铵，分散剂占悬浮液质量的0. 2-1 %。
3.根据权利要求1所述的ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于所述操作①中有机单体为甲基丙烯酰胺或甲基丙烯酸。
4.根据权利要求1所述的ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于所述操作①中胶联剂为 NN-亚甲基双丙烯酰胺或聚双甲基丙烯酸，有机单体与所述的胶联剂的质量比为2-6 1。
5.根据权利要求1所述的ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于所述操作①中引发剂为 NH4S2O4或偶氮(2-眯基丙烷)盐酸盐，且其加入量为有机单体质量的0. 5-1 %。
6.根据权利要求1或3所述的ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于所述的有机单体占悬浮液质量的15%。
7.根据权利要求1所述的ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于所述的操作①中ITO粉占悬浮液质量的40-50%。
8.根据权利要求1所述的ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于所述的ITO粉在制备成悬浮液过程中分三步加入，每次加入的量分别为ITO粉总质量的1/2、1/4、1/4，并且每次加入后使用球磨进行排气处理。
9.根据权利要求1所述的ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于所述操作②中静置温度为室温至80°C，时间1-20小时。
10.根据权利要求1所述的ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于所述操作③中干燥脱模后以0. 1-50C /min升温大到300-600°C，并保温1_5小时，所述烧结环境为富氧。
全文摘要
本发明的主要目的是提高一种ITO陶瓷靶制备方法。技术方案是一种ITO陶瓷靶制备方法，其特征在于，包括操作①以ITO粉为原料，与有机单体，胶联剂、有机分散剂和水制成悬浮液，并加入引发剂至所述悬浮液中反应得到混合浆料；②接着将所得的混合浆料注入模具中静置；③干燥脱模后在1200-1700℃下烧结该素坯，即得致密ITO陶瓷靶。本发明的处理方法存在的优点可实现近净尺寸成型，制备出复杂形状的部件；坯体和烧结体性能均匀性好。ITO陶瓷靶产品晶粒大小分布均匀，约为3-5μm、高致密且烧结体密度为99.0％以上。
文档编号C04B35/622GK102491741SQ20111036072
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者张天舒 申请人:张天舒