专利名称：高性能低成本azo复合靶材制备工艺研究的制作方法
技术领域：
:本专利属于无机化学金属元素；其化合物。
背景技术：
:复合氧化锌铝薄膜是一种被广泛研究的功能材料，属于透明导电氧化物TCO(Transparent Conductive Oxide)。TCO薄膜因具有可见光透过率高和导电率高(即电阻率低)的优异性能，在太阳能薄膜电池、平面显示、电子玻璃等领域广泛应用。磁控溅射制备TCO膜是国际上的主流工艺路线，所需的靶材有ΙΤ0(氧化铟掺杂锡)和ΑΖ0(氧化锌掺铝)。ITO靶材中所需的铟为稀缺元素，生产成本高、且有毒，同时制程中铟离子容易被还原，会大大降低导电率和光透过率。而AZO祀材原料易得,成本低廉，无毒，易于实现掺杂，且在等离子体中稳定性好，综合性能突出，是未来主流的TCO薄膜用靶材。AZO靶材在高温下都极易分解和挥发，因此将严重阻碍其高温下的烧结和致密化，使得其烧结异常困难。目前行业在溅射AZO靶材时，会因为靶材致密度低而出现的开裂等问题。解决了业界靶材溅射过程中的问题；并且溅射制备的薄膜光透光率在可见区为>80%，电阻率≤ 5 X 10-4 Ω.cm
发明内容
:本专利公开了一 种新型的高纯度、高密度、低成本的烧结复合氧化锌铝材料制备。其特征是在粉末中加入氧化镓(Ga203)粉末、并且不添加任何烧结助剂而使氧化锌铝烧结致密化。本专利所述的烧结AZO纯度高于99.9%，相对密度彡99.4%。本专利从复合AZO靶材烧结的实质入手，分析出烧结过程中靶材分解对晶粒间的结合过程和结合力的影响，提供出烧结与挥发的博奕过程中最有利于其晶粒结合的条件。详细研究并掌握了:(I)粉末成分配比及纯度:复合粉末成分为氧化铝(A1203)l 5%、氧化镓(Ga203) 0.5 2%、其余粉末为氧化锌(ZnO)粉末，粉末平均粒度为5 30微米，原料粉末纯度大于或等于4N(2)球磨:粉末越细，比表面积越大、烧结驱动力越大，越有利于烧结致密化；但粉末过细，分解挥发就过于剧烈，反而会阻碍烧结过程中晶粒结合。因此采用湿磨方法以获取最佳的粒度范围和粒度分布；球料比为3/1 5/1，湿磨介质为去离子水、液固比为1/1
1.5/1，成型剂为聚乙二醇(PEG)，球磨时间6 24小时(3)成型:采用冷等静压，成型压力为0.5 3吨/平方厘米(4)烧结:高温下粉末颗粒间微弱的机械级结合将转变成晶粒间牢固的冶金级结合；但温度过高会加剧分解挥发。因此烧结温度在800 1400度之间，保温时间I 4小时。为得到更高性能的靶材，可以在气氛环境下烧结通过以上关键工艺，以较低的成本制备出高结合力(硬度)、高密度、高性能的复合AZO靶材。
:下面结合附图对本专利进一步做说明:附图:高性能低成本AZO复合靶材制备工艺流程图。下面结合附图对本专利做进一步说明:如附图所示，本专利的工艺流程是:先将Zn0、A1203、Ga203粉末和成型剂PEG(聚乙二醇)加入球磨机中湿磨混合，液体介质为水，充分湿磨混合均匀后，经干燥过筛制粒得到混合料，然后成型(干压、冷等静 压等)得到生坯，经脱成型剂后，即可在空气中进行常压烧结或气压烧结，得到高纯度、高密度的烧结复合氧化锌铝。本专利的优点在于适用于普通粒度的粉末原料(粒度5-20微米)和超细的粉末原料(小于5微米)，不加入任何烧结助剂，就可制备出高纯度、高密度、低成本、各种复杂形状的烧结复合氧化锌铝。
具体实施方式
:实例1:高纯度、高致密度AZO复合靶材ZnO粉末(平均粒度17微米)中掺入2.5%质量百分比Al203粉末(平均粒度1.2微米)、I %的Ga203粉末(平均粒度2.0微米)，再加入1_5 % (重量)聚乙二醇(PEG)作为成型剂，加入蒸馏水在球磨机中湿磨20-90小时，干燥过筛后在100-200MPa压力下压制成型，脱成型剂后高温炉中硅钥棒炉中，在1100°C -1400°C下于空气中常压烧结60-180分钟，随炉冷却制的烧结AZO复合靶材，纯度高于99.9%，相对密度> 99.4%。实例2:高纯度、高致密度AZO复合靶材ZnO粉末(平均粒度10微米)中掺入2.0%质量百分比A1203粉末(平均粒度1.5微米)、I %的Ga203粉末(平均粒度1.0微米)，再加入3_5 % (重量)聚乙二醇(PEG)作为成型剂，加入蒸馏水在球磨机中湿磨20-80小时，干燥过筛后在100-200MPa压力下压制成型，脱成型剂后高温炉中硅钥棒炉中，在1100°C -1200°C下于空气中常压烧结60-180分钟，随炉冷却制的烧结AZO复合靶材，纯度高于99.92%，相对密度> 99.7%。实例3:本发明烧结的AZO复合靶材应用实例应用:光伏玻璃镀膜靶材:烧结AZO复合靶材相对密度彡99.4 %溅射镀膜条件:中频溅射电流2.0A,基板温度为200°C，靶材距基板距离为7.5cm,氩气压0.8Pa，本底真空2.3xlO-3Pa光伏玻璃镀膜后光透光率在可见区为83%，电阻率为5 X 10-4 Ω.cm。实例4:本发明烧结的AZO复合靶材应用实例应用:光伏玻璃镀膜靶材:烧结AZO复合靶材相对密度彡99.7 %溅射镀膜条件:中频溅射电流2.0A,基板温度为150°C，靶材距基板距离为7.5cm,氩气压0.8Pa，本底真空2.3xlO-3Pa光伏玻璃镀膜后光透光率在可见区为87%，电阻率为4 X 10-4 Ω.cm。
实例3和4表明:光伏玻璃溅射镀AZO复合膜后，能够明显增加可见光区的透过率、降低电阻率。
权利要求
1.一种新型致密的复合氧化锌铝，其特征是在粉末中加入氧化镓(Ga203)粉末、并且不添加任何烧结助剂而使氧化锌铝烧结致密化，所述的烧结AZO纯度高于99.9%，相对密度彡99.4%。
2.根据权利要求1所述的致密复合氧化锌铝，主要是通过球磨-干燥-过筛-成型-烧结等工序制成。
3.根据权利要求1所述的烧结复合氧化锌铝，适用于普通粒度的粉末原料(粒度5-20微米)和超细的粉末原料(小于5微米)，不加入任何烧结助剂，就可制备出高纯度、高密度、低成本、各种复杂形状的 烧结复合氧化锌铝。
全文摘要
高纯度、高密度、低成本的烧结复合氧化锌铝材料。本发明属于无机化学金属元素；其化合物。本发明公开了一种新型致密的复合氧化锌铝。其特征是在粉末中加入氧化镓Ga2O3粉末、并且不添加任何烧结助剂而使氧化锌铝烧结致密化。本发明所述的烧结AZO纯度高于99.9％，相对密度≥99.4％。这种致密的复合氧化锌铝可作为镀膜用靶材，在平板显示、光电转换、电子玻璃等领域有着广泛的应用。
文档编号C04B35/622GK103193475SQ20131011099
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者杨进, 路彦军, 李卓娜 申请人:杭州碳诺光伏材料有限公司