本发明涉及一种脱脂-烧结一体式生产ito靶材的方法。
背景技术
ito靶材是n型氧化物半导体氧化铟锡的烧结体，是制备ito薄膜的关键材料。用ito靶材通过磁控溅射得到的ito薄膜具有优良的透光性和导电性，且加工性能极好、硬度高、耐磨耐蚀，在薄膜晶体管(tft)、平板液晶显示(lcd)、太阳能电池、汽车防热除雾玻璃等领域得到了广泛应用。
ito靶材在生产过程中都需要进行ito靶坯致密化，最终获得的ito靶材才具有高的致密度。现有工艺大多都是通过对靶材进行脱脂和烧结来实现ito靶坯致密化，且脱脂和烧结分开独立进行，存在以下两方面的缺点：1)耗时长、生产效率低：需要先将处理好的靶坯搬运进脱脂炉进行升温脱脂(大约2天)，待脱脂炉温度从脱脂工作温度降到室温后(至少4天)，再将靶坯从脱脂炉搬运到烧结炉进行烧结(大约5天)；2)成品率低：靶坯经过脱脂后力学强度大大降低，容易在降温过程中因受热不均匀而开裂，且靶坯从脱脂炉搬运到烧结炉过程中也容易受到震动而开裂。例如：cn105712703a公开了一种高纯高密度ito靶材的制备方法，先对ito粉末进行喷雾干燥、造粒、模压预压和冷等静压成型得到靶坯，再将靶坯转移到脱脂炉进行脱脂，再将靶坯转移到烧结炉进行烧结，脱脂和烧结为先后独立的两个工艺流程，工艺流程耗时长，且靶坯从脱脂炉转移到烧结炉的过程中很容易发生震动开裂。
此外，也有研究者在ito粉末中不添加粘结剂直接成型制备靶坯，试图简化工艺、缩短ito靶坯致密化的时间、减少ito靶坯转移造成的破损。例如：cn102173817a公开了一种ito靶材的制备方法，直接对ito粉末进行成型、冷压得到靶坯，不添加粘结剂，所以不需要对靶坯进行脱脂，直接烧结即可，但由于ito粉末塑性低，靶坯容易出现分层或开裂等缺陷，成品率低。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种脱脂-烧结一体式生产ito靶材的方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种脱脂-烧结一体式生产ito靶材的方法，包括以下步骤：
1)将ito粉体、分散剂和水混合，进行球磨，再加入粘结剂，进行超声和真空脱泡，得到浆料；
2)将浆料注入模具，进行成型，得到靶坯，脱模，对靶坯进行干燥；
3)将靶坯放在脱脂-烧结一体式炉内的承烧板上，进行致密化，具体操作为：
a)以0.15～0.5℃/min的速率从室温升到100～200℃，同时通入流量为100～300l/min的干燥空气；
b)以0.2～0.4℃/min的速率升到350～400℃，保温2～4h，同时通入流量为100～300l/min的干燥空气；
c)以1～3℃/min的速率升到500～700℃，保温1～3h，同时通入流量为100～300l/min的干燥空气；
d)以2～3℃/min的速率升到900～1100℃，保温1～2h，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
e)以1～3℃/min的速率升到1180～1400℃，保温1～2h，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
f)以1.5～2.5℃/min的速率升到1400～1500℃，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
g)以6～8℃/min的速率升到1500～1700℃，保温4～20h，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
h)以1～2℃/min的速率降到1300～1500℃，保温1～3h，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
i)以0.5～3℃/min的速率降到1100～1300℃，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
j)以0.3～0.5℃/min的速率降到900～1100℃，保温1～2h，同时通入流量为0～300l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
k)以0.1～0.5℃/min的速率降到室温，得到ito靶材。
步骤1)所述分散剂的添加量为ito粉体质量的0.1％～2.2％。
步骤1)所述水的添加量为ito粉体质量的30％～45％。
步骤1)所述粘结剂的添加量为ito粉体质量的0.1％～2.1％。
步骤1)所述ito粉体的粒径为20～300nm。
步骤1)所述分散剂为聚羧酸类分散剂、聚丙烯酸类分散剂中的至少一种。
步骤1)所述粘结剂为丙烯酸树脂、聚乙烯醇中的至少一种。
步骤2)所述模具为石膏模具、树脂模具中的一种。
步骤2)所述成型的具体操作为：将浆料注入模具，控制注浆压力为0.1～0.3mpa，保压3～5h。
步骤2)所述干燥的温度为20～80℃，干燥时间为10～48h。
步骤3)所述脱脂-烧结一体式炉底部侧边设置有通气孔，顶部设置有排气孔。
步骤3)所述承烧板上设置有用于释放热胀冷缩过程中应力的缝隙。
本发明的有益效果是：本发明在进行靶坯致密化的过程中，将靶坯从脱脂的最高温度直接升温进行温度更高的烧结，省略了靶坯脱脂后的冷却、转移和再升温过程，脱脂和烧结的效率显著提高，且消除了靶坯在脱脂炉和烧结炉之间转移而造成的开裂，提高了生产效益，有利于ito靶材的大批量生产。
具体实施方式
一种脱脂-烧结一体式生产ito靶材的方法，包括以下步骤：
1)将ito粉体、分散剂和水混合，进行球磨，再加入粘结剂，进行超声和真空脱泡，得到浆料；
2)将浆料注入模具，进行成型，得到靶坯，脱模，对靶坯进行干燥；
3)将靶坯放在脱脂-烧结一体式炉内的承烧板上，进行致密化，具体操作为：
a)以0.15～0.5℃/min的速率从室温升到100～200℃，同时通入流量为100～300l/min的干燥空气；
b)以0.2～0.4℃/min的速率升到350～400℃，保温2～4h，同时通入流量为100～300l/min的干燥空气；
c)以1～3℃/min的速率升到500～700℃，保温1～3h，同时通入流量为100～300l/min的干燥空气；
d)以2～3℃/min的速率升到900～1100℃，保温1～2h，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
e)以1～3℃/min的速率升到1180～1400℃，保温1～2h，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
f)以1.5～2.5℃/min的速率升到1400～1500℃，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
g)以6～8℃/min的速率升到1500～1700℃，保温4～20h，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
h)以1～2℃/min的速率降到1300～1500℃，保温1～3h，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
i)以0.5～3℃/min的速率降到1100～1300℃，同时通入流量为300～800l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
j)以0.3～0.5℃/min的速率降到900～1100℃，保温1～2h，同时通入流量为0～300l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
k)以0.1～0.5℃/min的速率降到室温，得到ito靶材。
优选的，步骤1)所述分散剂的添加量为ito粉体质量的0.1％～2.2％。
优选的，步骤1)所述水的添加量为ito粉体质量的30％～45％。
优选的，步骤1)所述粘结剂的添加量为ito粉体质量的0.1％～2.1％。
优选的，步骤1)所述ito粉体的粒径为20～300nm。
优选的，步骤1)所述分散剂为聚羧酸类分散剂、聚丙烯酸类分散剂中的至少一种。
优选的，步骤1)所述粘结剂为丙烯酸树脂、聚乙烯醇中的至少一种。
优选的，步骤2)所述模具为石膏模具、树脂模具中的一种。
优选的，步骤2)所述成型的具体操作为：将浆料注入模具，控制注浆压力为0.1～0.3mpa，保压3～5h。
优选的，步骤2)所述干燥的温度为20～80℃，干燥时间为10～48h。
优选的，步骤3)所述脱脂-烧结一体式炉底部侧边设置有通气孔，顶部设置有排气孔。
优选的，步骤3)所述承烧板上设置有用于释放热胀冷缩过程中应力的缝隙。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种脱脂-烧结一体式生产ito靶材的方法，包括以下步骤：
1)将100质量份的ito粉体(粒径70～100nm)、0.5质量份的聚羧酸类分散剂和45质量份的去离子水混合，球磨20h，再加入0.5质量份的丙烯酸树脂，进行超声和真空脱泡，得到浆料；
2)将浆料注入多孔石膏模具，控制注浆压力为0.23mpa，保压5h，得到靶坯，脱模，再将靶坯置于60℃下干燥20h；
3)将靶坯放在脱脂-烧结一体式炉内的承烧板上，进行致密化，具体操作为：
a)以0.18℃/min的速率从室温升到160℃，同时通入流量为200l/min的干燥空气；
b)以0.3℃/min的速率升到350℃，保温2h，同时通入流量为200l/min的干燥空气；
c)以2.5℃/min的速率升到700℃，保温1h，同时通入流量为200l/min的干燥空气；
d)以2℃/min的速率升到1050℃，保温2h，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
e)以1℃/min的速率升到1350℃，保温1h，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
f)以2℃/min的速率升到1480℃，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
g)以6℃/min的速率升到1550℃，保温8h，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
h)以1℃/min的速率降到1300℃，保温3h，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
i)以3℃/min的速率降到1125℃，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
j)以0.5℃/min的速率降到900℃，保温2h，同时通入流量为100l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
k)以0.5℃/min的速率降到室温，得到ito靶材(长600mm、宽350mm、厚10mm)。
经测试，ito靶材的密度为7.135g/cm3，纯度为99.99％，晶体大小为2～3.5μm，晶体的尺寸均匀。
实施例2：
一种脱脂-烧结一体式生产ito靶材的方法，包括以下步骤：
1)将100质量份的ito粉体(粒径70～100nm)、1质量份的聚羧酸类分散剂和40质量份的去离子水混合，球磨20h，再加入0.5质量份的丙烯酸树脂，进行超声和真空脱泡，得到浆料；
2)将浆料注入多孔石膏模具，控制注浆压力为0.23mpa，保压5h，得到靶坯，脱模，再将靶坯置于50℃下干燥25h；
3)将靶坯放在脱脂-烧结一体式炉内的承烧板上，进行致密化，具体操作为：
a)以0.18℃/min的速率从室温升到120℃，同时通入流量为200l/min的干燥空气；
b)以0.2℃/min的速率升到350℃，保温2h，同时通入流量为200l/min的干燥空气；
c)以2.5℃/min的速率升到600℃，保温1h，同时通入流量为200l/min的干燥空气；
d)以2℃/min的速率升到1050℃，保温2h，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
e)以1℃/min的速率升到1350℃，保温2h，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
f)以2.5℃/min的速率升到1480℃，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
g)以6℃/min的速率升到1550℃，保温8h，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
h)以1℃/min的速率降到1330℃，保温3h，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
i)以2℃/min的速率降到1150℃，同时通入流量为600l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
j)以0.5℃/min的速率降到900℃，保温2h，同时通入流量为100l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
k)以0.4℃/min的速率降到室温，得到ito靶材(长600mm、宽350mm、厚10mm)。
经测试，ito靶材的密度为7.145g/cm3，纯度为99.99％，晶体大小为2.5～4μm，晶体的尺寸均匀。
实施例3：
一种脱脂-烧结一体式生产ito靶材的方法，包括以下步骤：
1)将100质量份的ito粉体(粒径70～100nm)、1.5质量份的聚羧酸类分散剂和35质量份的去离子水混合，球磨28h，再加入0.5质量份的丙烯酸树脂，进行超声和真空脱泡，得到浆料；
2)将浆料注入多孔石膏模具，控制注浆压力为0.23mpa，保压4h，得到靶坯，脱模，再将靶坯置于50℃下干燥20h；
3)将靶坯放在脱脂-烧结一体式炉内的承烧板上，进行致密化，具体操作为：
a)以0.15℃/min的速率从室温升到150℃，同时通入流量为250l/min的干燥空气；
b)以0.2℃/min的速率升到380℃，保温2h，同时通入流量为250l/min的干燥空气；
c)以2.5℃/min的速率升到700℃，保温1h，同时通入流量为250l/min的干燥空气；
d)以2℃/min的速率升到1050℃，保温2h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
e)以1℃/min的速率升到1350℃，保温1h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
f)以2.5℃/min的速率升到1400℃，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
g)以6℃/min的速率升到1600℃，保温10h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
h)以1℃/min的速率降到1400℃，保温3h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
i)以2℃/min的速率降到1300℃，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
j)以0.5℃/min的速率降到900℃，保温2h，同时通入流量为100l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
k)以0.5℃/min的速率降到室温，得到ito靶材(长600mm、宽350mm、厚10mm)。
经测试，ito靶材的密度为7.143g/cm3，纯度为99.99％，晶体大小为2～3μm，晶体的尺寸均匀。
实施例4：
一种脱脂-烧结一体式生产ito靶材的方法，包括以下步骤：
1)将100质量份的ito粉体(粒径70～100nm)、2.2质量份的聚羧酸类分散剂和30质量份的去离子水混合，球磨28h，再加入0.5质量份的丙烯酸树脂，进行超声和真空脱泡，得到浆料；
2)将浆料注入多孔石膏模具，控制注浆压力为0.23mpa，保压4h，得到靶坯，脱模，再将靶坯置于30℃下干燥40h；
3)将靶坯放在脱脂-烧结一体式炉内的承烧板上，进行致密化，具体操作为：
a)以0.15℃/min的速率从室温升到150℃，同时通入流量为250l/min的干燥空气；
b)以0.2℃/min的速率升到380℃，保温2h，同时通入流量为250l/min的干燥空气；
c)以2.5℃/min的速率升到700℃，保温1h，同时通入流量为250l/min的干燥空气；
d)以2℃/min的速率升到1050℃，保温1h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
e)以1℃/min的速率升到1350℃，保温2h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
f)以2.5℃/min的速率升到1400℃，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
g)以6℃/min的速率升到1600℃，保温20h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
h)以1℃/min的速率降到1400℃，保温3h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
i)以2℃/min的速率降到1300℃，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
j)以0.5℃/min的速率降到900℃，保温2h，同时通入流量为100l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
k)以0.5℃/min的速率降到室温，得到ito靶材(长600mm、宽350mm、厚10mm)。
经测试，ito靶材的密度为7.140g/cm3，纯度为99.99％，晶体大小为2～3μm，晶体的尺寸均匀。
实施例5：
一种脱脂-烧结一体式生产ito靶材的方法，包括以下步骤：
1)将100质量份的ito粉体(粒径70～100nm)、0.5质量份的聚羧酸类分散剂和45质量份的去离子水混合，球磨28h，再加入0.5质量份的丙烯酸树脂，进行超声和真空脱泡，得到浆料；
2)将浆料注入多孔石膏模具，控制注浆压力为0.23mpa，保压4h，得到靶坯，脱模，再将靶坯置于60℃下干燥20h；
3)将靶坯放在脱脂-烧结一体式炉内的承烧板上，进行致密化，具体操作为：
a)以0.15℃/min的速率从室温升到150℃，同时通入流量为250l/min的干燥空气；
b)以0.2℃/min的速率升到380℃，保温2h，同时通入流量为250l/min的干燥空气；
c)以2.5℃/min的速率升到700℃，保温1h，同时通入流量为250l/min的干燥空气；
d)以2℃/min的速率升到1050℃，保温1h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
e)以1℃/min的速率升到1300℃，保温1h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
f)以2.5℃/min的速率升到1400℃，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
g)以6℃/min的速率升到1620℃，保温20h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
h)以1℃/min的速率降到1400℃，保温3h，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
i)以2℃/min的速率降到1300℃，同时通入流量为500l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
j)以0.5℃/min的速率降到900℃，保温2h，同时通入流量为100l/min的氧气，炉内氧气压力为常压；
k)以0.5℃/min的速率降到室温，得到ito靶材(长600mm、宽350mm、厚10mm)。
经测试，ito靶材的密度为7.146g/cm3，纯度为99.99％，晶体大小为2～3μm，晶体的尺寸均匀。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。