CN102086504B - 高致密度氧化镁靶材的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化镁靶材的制造方法。该方法采用以下步骤：A.以纯度大于99.99％、平均粒径100nm左右的MgO粉作为靶材主料；B.将有机物聚合单体、交联剂、分散剂等加入到甲苯溶液中制成预混液，然后依次加入步骤A所得的靶材原料，搅拌制浆并将研磨后得到浆料；C.步骤B所得的浆料真空搅拌脱气，然后浇注入模具，进行恒温干燥使坯体发生凝胶反应而固化。D.将具备了一定强度的坯体，从模具中脱离出来，对坯体表面进行必要的打磨、修整。E.对D的产物进行致密化处理，即得氧化镁靶材。本发明解决了现有技术均匀度和致密度不高，工艺耗能耗时、不能批量生产的问题，使生产效率和成品率大大提高，所得MgO靶材整体均匀性好、致密度高。

Description

高致密度氧化镁靶材的制造方法

技术领域

本发明涉及一种高致密度氧化镁(MgO)靶材的制造方法，该氧化镁靶材在例如使用溅射法制造等离子显示面板(以下，称为“PDP”)用介质保护层时，被用作溅射源，属于新材料制造及应用技术领域。

背景技术

MgO靶材的溅射沉积薄膜在等离子体显示板中，复在介质层上，作为等离子体显示屏的介质保护层，不仅可以耐受溅射离子的撞击，延长PDP的工作寿命，而且可以降低空腔中辉光放电的着火电压和维持电压，提高其发光强度，对可见光区透过率足够高，是在PDP工作过程中起着极其重要作用的材料。

靶材制约着溅镀薄膜的物理、力学性能，影响镀膜质量，因而对靶材质量要求较为严格。比如靶材杂质含量低和纯度高对薄膜的均匀性起决定性作用。高致密度靶材具有导热性好、强度高等优点。使用这种靶材镀膜，溅射功率小，成膜速率高，薄膜不易开裂，靶材使用寿命长，而且溅镀薄膜的透光率高；靶材成分均匀是镀膜质量稳定的重要保证；靶材的晶粒尺寸越细小，溅镀薄膜的厚度分布越均匀，溅射速率越快。

近年来我国电子信息产业飞速发展，集成电路、光盘及显示器生产线均有大量合资或独资企业出现，我国已逐渐成为了世界上薄膜靶材的最大需求地区之一。由于国内靶材产业的滞后发展，一般采用热等静压工艺制造靶材，这种工艺生产成本昂贵、成品率低。其靶材纯度和致密度不能同时达到要求。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的缺陷，而提供一种高致密度氧化镁靶材的制造方法。

上述高致密度氧化镁靶材的制造方法，包括下述工艺步骤：

A.以纳米氧化镁粉体为主要原料，平均粒径在100nm左右，原料粉体纯度大于99.99％在上述粉体中添加0.005-0.01wt％不降低氧化镁陶瓷靶材最终性能的氧化钇粉末做为助烧结剂；

B.将甲苯、有机物聚合单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶10-15∶0.5-1的重量比例充分溶解制成预混液，加入0.1-1wt％改性聚脂做分散剂，然后依次加入步骤A所得的靶材原料，加入原料粉体的体积含量为55％-75％，搅拌制浆并经研磨后得到浆料；

C.步骤B所得的浆料加入0.1-1.5％体积的有机脱气剂正丁醇，加入0.01-2wt‰催化剂二甲基苯胺和0.01-2wt‰引发剂过氧化苯甲酰真空搅拌脱气15-60分钟，然后根据所需产品的尺寸浇注入相应尺寸的模具，再将浆料进行60-80℃恒温干燥1-2小时，使坯体发生凝胶反应而固化。

D.将固化定型后的坯体，从模具中脱离出来，对坯体表面进行必要的打磨、修整，从而使坯体表面更为光滑、美观。这时形成的坯体相对密度55％-75％，坯体的加工强度很好。

E.对D的产物进行致密化处理，即得氧化镁靶材。

所述的氧化镁粉体平均粒径在100nm左右，原料粉体限于纯度大于≥99.99％或者在纯度大于4N的上述粉体中添加0.005-0.01wt％不降低氧化镁陶瓷靶材最终性能的氧化钇粉末做为助烧结剂。

上述的预混液体采用以下组成比例：每100质量分数的甲苯加入10-15份甲基丙烯酸乙酯单体，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，交联剂与甲基丙烯酸乙酯单体的比例为1∶15-20。

本发明如无特殊说明所说的百分比均为重量百分比wt％。

所述致密化处理可以这样进行：将步骤D的产物在氧化镁坩埚中1650-1850℃烧结3-5小时。

本发明的优点在于：

1.本发明采用凝胶注模成型法来制造高致密度、高均匀度素坯，采用这种方法制造的素坯相对密度可达60％，大大超过了等静压成型坯体密度，在1650-1850℃烧结时极易高致密度化(相对密度大于99％)，而且收缩小，变形小。可以对成型体的尺寸进行精确控制，不受尺寸大小，最终烧结体的加工量很小。

2.本发明的制造成本相对于以往的冷等静压-烧结，热压和热等静压工艺成型和致密化的制造工艺成本大大降低，生产效率和成品率大大提高且不受尺寸的约束。

3.坯体有机物含量少，排除较易。坯体中的有机物相当于陶瓷粉末重量的3-4wt％，故其去除过程容易，可与烧成过程同步完成，避免传统工艺耗能耗时环节，节约能源，降低成本。

具体实施方式

实施例1

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.01％的纳米氧化钇粉体组成原料。

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶15∶0.5的比例充分溶解组成预混液，加入0.1％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量65％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入0.4％体积的有机脱气剂正丁醇、0.1wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂0.5wt‰，真空搅拌脱气15分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，60℃恒温干燥2小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化。固化定型后的坯体具备了一定的强度，可方便地从模具中脱离出来，这时还可对坯体表面进行必要的打磨、修整，从而使坯体表面更为光滑、美观。形成高致密度的坯体，坯体的加工强度好。

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1850℃烧结3小时致密化，缓慢降至室温。从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

实施例2

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.005％的纳米氧化钇粉体组成原料。

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶10∶0.8的比例充分溶解组成预混液，加入1％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量55％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入0.1％体积的有机脱气剂正丁醇、0.01wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂0.01wt‰，真空搅拌脱气25分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，70℃恒温干燥1.5小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化。固化定型后的坯体具备了一定的强度，可方便地从模具中脱离出来，这时还可对坯体表面进行必要的打磨、修整，从而使坯体表面更为光滑、美观。形成高致密度的坯体，坯体的加工强度好。

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1650℃烧结5小时致密化，缓慢降至室温。从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

实施例3

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.008％的纳米氧化钇粉体组成原料。

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶13∶1的比例充分溶解组成预混液，加入0.7％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量75％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入0.9％体积的有机脱气剂正丁醇、1.5wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂1.4wt‰，真空搅拌脱气15分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，80℃恒温干燥2小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化。固化定型后的坯体具备了一定的强度，可方便地从模具中脱离出来，这时还可对坯体表面进行必要的打磨、修整，从而使坯体表面更为光滑、美观。形成高致密度的坯体，坯体的加工强度好。

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1750℃烧结4小时致密化，缓慢降至室温。从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

实施例4

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.008％的纳米氧化钇粉体组成原料。

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶12∶1的比例充分溶解组成预混液，加入0.9％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量70％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入1.5％体积的有机脱气剂正丁醇、2wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂2wt‰，真空搅拌脱气15分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，75℃恒温干燥1小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化。固化定型后的坯体具备了一定的强度，可方便地从模具中脱离出来，这时还可对坯体表面进行必要的打磨、修整，从而使坯体表面更为光滑、美观。形成高致密度的坯体，坯体的加工强度好。

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1700℃烧结4.5小时致密化，缓慢降至室温。从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

实施例5

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.008％的纳米氧化钇粉体组成原料。

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶14∶1的比例充分溶解组成预混液，加入0.3％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量70％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入1.3％体积的有机脱气剂正丁醇、0.05wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂0.9wt‰，真空搅拌脱气15分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，65℃恒温干燥2小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化。固化定型后的坯体具备了一定的强度，可方便地从模具中脱离出来，这时还可对坯体表面进行必要的打磨、修整，从而使坯体表面更为光滑、美观。形成高致密度的坯体，坯体的加工强度好。

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1800℃烧结3.5小时致密化，缓慢降至室温。从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

实施例6

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.008％的纳米氧化钇粉体组成原料。

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶11∶0.6的比例充分溶解组成预混液，加入0.5％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量70％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入0.7％体积的有机脱气剂正丁醇、0.13wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂0.07wt‰，真空搅拌脱气15分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，75℃恒温干燥2小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化。固化定型后的坯体具备了一定的强度，可方便地从模具中脱离出来，这时还可对坯体表面进行必要的打磨、修整，从而使坯体表面更为光滑、美观。形成高致密度的坯体，坯体的加工强度好。

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1700℃烧结4.5小时致密化，缓慢降至室温。从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

上述实施例1-6解决了用冷静压烧结和热等静压制造工艺所造成的MgO靶材的均匀度和致密度不高，不能批量生产的问题。

Claims (8)

1.一种高致密度氧化镁靶材的制造方法，其特征在于它包括下述工艺步骤：

A.以纳米氧化镁粉体为主要原料，平均粒径在100nm，原料粉体纯度大于99.99％在上述粉体中添加0.005-0.01wt％不降低氧化镁陶瓷靶材最终性能的氧化钇粉末做为助烧结剂；

B.将甲苯、有机物聚合单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶10-15∶0.5-1的重量比例充分溶解制成预混液，加入0.1-1wt％改性聚脂做分散剂，然后依次加入步骤A所得的靶材原料，加入原料粉体的体积含量为55％-75％，搅拌制浆并经研磨后得到浆料；

C.步骤B所得的浆料加入0.1-1.5％体积的有机脱气剂正丁醇，加入0.01-2wt‰催化剂二甲基苯胺和0.01-2wt‰引发剂过氧化苯甲酰真空搅拌脱气15-60分钟，然后根据所需产品的尺寸浇注入相应尺寸的模具，再将浆料进行60-80℃恒温干燥1-2小时，使坯体发生凝胶反应而固化；

D.将固化定型后的坯体，从模具中脱离出来，对坯体表面进行打磨、修整；

E.对步骤D的产物进行致密化处理，即得氧化镁靶材。

2.如权利要求1所述的高致密度氧化镁靶材的制造方法，其特征在于所述致密化处理是将步骤D的产物在氧化镁坩埚中1650-1850℃烧结3-5小时。

3.如权利要求1所述的高致密度氧化镁靶材的制造方法，其特征在于它包括下述具体步骤：

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.01％的纳米氧化钇粉体组成原料；

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶15∶0.5的比例充分溶解组成预混液，加入0.1％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量65％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入0.4％体积的有机脱气剂正丁醇、0.1wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂0.5wt‰，真空搅拌脱气15分钟后过100目筛浇注入模具，将浆料带模放入烘箱，60℃恒温干燥2小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化，固化定型后的坯体可方便地从模具中脱离出来，对坯体表面进行打磨、修整；

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1850℃烧结3小时致密化，缓慢降至室温。从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

4.如权利要求1所述的高致密度氧化镁靶材的制造方法，其特征在于它包括下述具体步骤：

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.005％的纳米氧化钇粉体组成原料；

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶10∶0.8的比例充分溶解组成预混液，加入1％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量55％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入0.1％体积的有机脱气剂正丁醇、0.01wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂0.01wt‰，真空搅拌脱气25分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，70℃恒温干燥1.5小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化，固化定型后的坯体可方便地从模具中脱离出来，对坯体表面进行打磨、修整；

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1650℃烧结5小时致密化，缓慢降至室温。从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

5.如权利要求1所述的高致密度氧化镁靶材的制造方法，其特征在于它包括下述具体步骤：

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.008％的纳米氧化钇粉体组成原料；

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶13∶1的比例充分溶解组成预混液，加入0.7％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量75％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入0.9％体积的有机脱气剂正丁醇、1.5wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂1.4wt‰，真空搅拌脱气15分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，80℃恒温干燥2小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化，固化定型后的坯体可方便地从模具中脱离出来，对坯体表面进行打磨、修整；

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1750℃烧结4小时致密化，缓慢降至室温，从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

6.如权利要求1所述的高致密度氧化镁靶材的制造方法，其特征在于它包括下述具体步骤：

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.008％的纳米氧化钇粉体组成原料；

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶12∶1的比例充分溶解组成预混液，加入0.9％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量70％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入1.5％体积的有机脱气剂正丁醇、2wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂2wt‰，真空搅拌脱气15分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，75℃恒温干燥1小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化；固化定型后的坯体可方便地从模具中脱离出来，对坯体表面进行打磨、修整；

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1700℃烧结4.5小时致密化，缓慢降至室温，从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

7.如权利要求1所述的高致密度氧化镁靶材的制造方法，其特征在于它包括下述具体步骤：

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.008％的纳米氧化钇粉体组成原料；

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶14∶1的比例充分溶解组成预混液，加入0.3％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量70％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入1.3％体积的有机脱气剂正丁醇、0.05wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂0.9wt‰，真空搅拌脱气15分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，65℃恒温干燥2小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化，固化定型后的坯体可方便地从模具中脱离出来，对坯体表面进行打磨、修整；

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1800℃烧结3.5小时致密化，缓慢降至室温，从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。

8.如权利要求1所述的高致密度氧化镁靶材的制造方法，其特征在于它包括下述具体步骤：

以平均粒径100nm的氧化镁粉体为主要原料加入0.008％的纳米氧化钇粉体组成原料；

将甲苯、有机单体甲基丙烯酸乙酯、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以100∶11∶0.6的比例充分溶解组成预混液，加入0.5％的改性聚脂做分散剂，加入以上所述陶瓷原料粉体搅拌制浆，浆料中原料粉体的固相含量70％，将制好的浆料倒入球磨机中，用聚氨酯包覆铅球做介质球磨24小时以上，再加入0.7％体积的有机脱气剂正丁醇、0.13wt‰二甲基苯胺催化剂及过氧化苯甲酰引发剂0.07wt‰，真空搅拌脱气15分钟后过100目筛浇注入模具。将浆料带模放入烘箱，75℃恒温干燥2小时，在引发剂的作用下，有机单体与交联剂形成三维网状结构，使坯体发生凝胶反应而固化，固化定型后的坯体可方便地从模具中脱离出来，对坯体表面进行打磨、修整；

将上述打磨和修整好的坯体放在氧化镁坩埚中450℃保温脱除有机添加剂后，在1700℃烧结4.5小时致密化，缓慢降至室温，从而制造出高致密度的MgO靶材，相对密度≥99.99％。