CN102134702A - 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 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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匀湿混及造粒,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,湿混均匀,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℃,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。
附图说明
图1AZO靶材微观结构
图2致密平面AZO靶材外观图
图3致密管状AZO靶材外观图
图4直流溅射镀膜的透光率
图5射频溅射镀膜的透光率
具体实施方式
实施例1
投入20kg氧化锌,408g氧化铝及13.3kg水,湿混均匀,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℃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,湿混均匀,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℃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,湿混均匀,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℃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,湿混均匀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℃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,湿混均匀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℃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,湿混均匀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80MPa在空气气氛下,在1600℃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,湿混均匀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℃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:
射频溅射镀膜的参数如下表:
Figure BSA00000313772300032

Claims (9)

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匀混合及造粒,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,湿混均匀,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℃,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℃。
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。
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