CN103465345B - 一种凝胶注模成型制备大规格平板ito靶材坯体的方法 - Google Patents

一种凝胶注模成型制备大规格平板ito靶材坯体的方法 Download PDF

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一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,是将纯度大于99.99%、平均粒径范围为0.08~2μm的ITO粉体通过在水溶剂中加入单体、交联剂、应力缓释剂、增塑剂、有机分散剂并调节pH值，再通过控制球磨工艺制备成高固含量（85~90%）、低粘度的ITO浆料，浆料中加入引发剂和催化剂并搅拌均匀后浇注于自制模具中，在55～58℃温度下干燥2h后固化，可制备出大规格、不变形的ITO靶材坯体。

Description

一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法
技术领域
本发明属于大规格平板陶瓷湿法成型技术领域，尤其涉及一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法。
背景技术
ITO靶材坯体成型技术分为干法成型与湿法成型两大类。干法普遍采用先模压再冷等静压(CIP)的方法；湿法普遍采用注浆成型、压滤注浆成型等方法。
干压成型技术制备ITO靶材坯体，在成型时对模具和压机精度要求高、均匀布料难度较大、加压过程控制精度要求高，这样导致成型出的坯体的密度均匀性难以控制、坯体规格不易扩大；用湿法成型技术制备大规格平板ITO靶材坯体较干压法有一定优势，由于采用浆料注入模具的形式，浆料可均匀填充于模具中，制备出的坯体均匀度较高且具有一定强度，可成型大规格的ITO靶材坯体。
湿法成型技术制备大规格平板ITO靶材坯体一般采用注浆成型法，但该方法制备的坯体整体强度较低、坯体不易搬运和加工，并且在干燥过程中易发生开裂。相较而言，凝胶注模成型由于是采用高分子单体间聚合反应形成的三维网格结构将悬浮的ITO粉体颗粒原位固结的方法，故成型的坯体强度较大、便于后续加工，但该方法局限于成型小规格、形状复杂的陶瓷坯体，在成型较大规格平板状陶瓷坯体时极易出现翘曲变形的情况，这点成为制约该技术应用于大规格平板陶瓷成型领域的瓶颈。
目前，尚无关于凝胶注模成型大规格平板ITO靶材坯体的专利和文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法，通过降低凝胶注模成型ITO靶材坯体的内应力，解决大规格陶瓷坯体的翘曲变形问题，从而制备出大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,选择纯度大于99.99％、平均粒径范围为0.08～2μm的ITO粉体为原料，其制备过程如下：
(1)预混液的制备:在占ITO粉体的11.1～17.6wt％的去离子水溶剂中加入添加剂，，其添加剂加入量的质量百分数为：单体占ITO粉体的1.10％～2.50％，交联剂占ITO粉体的0.15％～0.33％，分散剂占ITO粉体的0.12％～0.38％，应力缓释剂占单体的2.08％～20.15％，增塑剂占单体的10.42％～16.30％；用氨水调节溶液pH值至9～10，配置过程中用磁力转子或机械搅拌棒搅拌混合均匀；
(2)浆料球磨工艺：在步骤(1)制备的预混液中加入ITO粉体，再于球磨罐中进行湿磨；球磨后ITO浆料固含量为85～90％，转速20r/s下的室温粘度值为102～298mPa·s；
(3)大规格坯体的固化成型工艺：将步骤(2)制备的浆料中加入占单体0.73％的引发剂和占单体0.1％的催化剂，机械搅拌棒搅拌10min，拌均匀后，浇注于模具中并于55～58℃温度下干燥2h后固化，制备出大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
本发明所述步骤(2)球磨工艺中选用20L行星式球磨罐，所选用的球磨罐材质为尼龙，球磨介质选为聚氨酯球，所选用的磨球直径为8mm，球料质量比为1.5:1，采用的球磨转速为250r/min，球磨时间为35h。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明制备的ITO靶材坯体规格大、密度高、平面度高，无翘曲变形和开裂等缺陷。成型出的坯体规格到(300～400)×(400～600)×(10～15)mm；坯体密度高达4.076～4.505g/cm3(相对密度为57～63％，理论密度按7.15g/cm3计算)。
具体实施方式
以下通过的6种实施例具体实施方式的描述对本发明做进一步说明，但这并非对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种变型或改性，只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
6种实施例坯体规格均为300×400×10mm，ITO粉体纯度大于99.99％、平均粒径范围为0.08～2μm粉体，量均取5.6kg。
实施例1：
一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其制备过程如下：
选择纯度大于99.99％、平均粒径范围为0.08～2μm的ITO粉体5.6kg，并按照ITO浆料目标固含量为85％称取988.2g的去离子水预混液，在去离子水溶剂中加入添加剂，其添加量分别为：单体61.6g，交联剂8.4g，分散剂6.7g，应力缓释剂1.3g，增塑剂6.4g；用氨水调节溶液pH值至9，配置过程中用磁力转子搅拌混合均匀后制的预混液。将5.6kgITO粉体加入到预混液中，在20L行星式球磨罐中进行湿磨。其中，所选用的球磨罐材质为尼龙，球磨介质选为直径8mm的聚氨酯球，球料质量比为1.5:1，采用的球磨转速为250r/min，经过35h球磨后，ITO浆料固含量85％。
在上述制备的ITO浆料中加入质量分数占单体0.73％的引发剂和占单体0.1％的催化剂，用机械搅拌棒搅拌10min搅拌均匀后，浇注于坯体规格均为300mm×400mm×10mm的模具中，并于55℃温度下干燥2h后固化，制备出300mm×400mm×10mm的大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
实施例2：
一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其制备过程如下：
选择纯度大于99.99％、平均粒径范围为0.08～2μm的ITO粉体5.6kg，并按照ITO浆料目标固含量为86％称取911.6g的去离子水预混液，在去离子水溶剂中加入添加剂，其添加量分别为：单体67.2g，交联剂10.1g，分散剂7.8g，应力缓释剂3.5g，增塑剂7.1g；用氨水调节溶液pH值至9，配置过程中用磁力转子搅拌混合均匀后制的预混液。将5.6kgITO粉体加入到预混液中，在20L行星式球磨罐中进行湿磨。其中，所选用的球磨罐材质为尼龙，球磨介质选为直径8mm的聚氨酯球，球料质量比为1.5:1，采用的球磨转速为250r/min，经过35h球磨后，ITO浆料固含量86％。
在上述制备的ITO浆料中加入质量分数占单体0.73％的引发剂和占单体0.1％的催化剂，用机械搅拌棒搅拌10min搅拌均匀后，浇注于坯体规格均为300mm×400mm×10mm的模具中，并于55℃温度下干燥2h后固化，制备出300mm×400mm×10mm的大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
实施例3：
一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其制备过程如下：
选择纯度大于99.99％、平均粒径范围为0.08～2μm的ITO粉体5.6kg，并按照ITO浆料目标固含量为87％称取836.8g的去离子水预混液，在去离子水溶剂中加入添加剂，其添加量分别为：单体78.4g，交联剂12.9g，分散剂10.1g，应力缓释剂7.5g，增塑剂9.7g；用氨水调节溶液pH值至9.5，配置过程中用磁力转子搅拌混合均匀后制的预混液。将5.6kgITO粉体加入到预混液中，在20L行星式球磨罐中进行湿磨。其中，所选用的球磨罐材质为尼龙，球磨介质选为直径8mm的聚氨酯球，球料质量比为1.5:1，采用的球磨转速为250r/min，经过35h球磨后，ITO浆料固含量87％。
在上述制备的ITO浆料中加入质量分数占单体0.73％的引发剂和占单体0.1％的催化剂，用机械搅拌棒搅拌10min搅拌均匀后，浇注于坯体规格均为300mm×400mm×10mm的模具中，并于56℃温度下干燥2h后固化，制备出300mm×400mm×10mm的大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
实施例4：
一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其制备过程如下：
选择纯度大于99.99％、平均粒径范围为0.08～2μm的ITO粉体5.6kg，并按照ITO浆料目标固含量为88％称取736.6g的去离子水预混液，在去离子水溶剂中加入添加剂，其添加量分别为：单体112g，交联剂15.7g，分散剂12.3g，应力缓释剂18.3g，增塑剂15.7g；用氨水调节溶液pH值至9.5，配置过程中用磁力转子搅拌混合均匀后制的预混液。将5.6kgITO粉体加入到预混液中，在20L行星式球磨罐中进行湿磨。其中，所选用的球磨罐材质为尼龙，球磨介质选为直径8mm的聚氨酯球，球料质量比为1.5:1，采用的球磨转速为250r/min，经过35h球磨后，ITO浆料固含量88％。
在上述制备的ITO浆料中加入质量分数占单体0.73％的引发剂和占单体0.1％的催化剂，用机械搅拌棒搅拌10min搅拌均匀后，浇注于坯体规格均为300mm×400mm×10mm的模具中，并于57℃温度下干燥2h后固化，制备出300mm×400mm×10mm的大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
实施例5：
一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其制备过程如下：
选择纯度大于99.99％、平均粒径范围为0.08～2μm的ITO粉体5.6kg，并按照ITO浆料目标固含量为89％称取692.1g的去离子水预混液，在去离子水溶剂中加入添加剂，其添加量分别为：单体128.8g，交联剂16.8g，分散剂17.4g，应力缓释剂23.8g，增塑剂19.8g；用氨水调节溶液pH值至10，配置过程中用磁力转子搅拌混合均匀后制的预混液。将5.6kgITO粉体加入到预混液中，在20L行星式球磨罐中进行湿磨。其中，所选用的球磨罐材质为尼龙，球磨介质选为直径8mm的聚氨酯球，球料质量比为1.5:1，采用的球磨转速为250r/min，经过35h球磨后，ITO浆料固含量89％。
在上述制备的ITO浆料中加入质量分数占单体0.73％的引发剂和占单体0.1％的催化剂，用机械搅拌棒搅拌10min搅拌均匀后，浇注于坯体规格均为300mm×400mm×10mm的模具中，并于57℃温度下干燥2h后固化，制备出300mm×400mm×10mm的大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
实施例6：
一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其制备过程如下：
选择纯度大于99.99％、平均粒径范围为0.08～2μm的ITO粉体5.6kg，并按照ITO浆料目标固含量为90％称取622.2g的去离子水预混液，在去离子水溶剂中加入添加剂，其添加量分别为：单体140g，交联剂18.5g，分散剂21.3g，应力缓释剂28.2g，增塑剂22.8g；用氨水调节溶液pH值至10，配置过程中用磁力转子搅拌混合均匀后制的预混液。将5.6kgITO粉体加入到预混液中，在20L行星式球磨罐中进行湿磨。其中，所选用的球磨罐材质为尼龙，球磨介质选为直径8mm的聚氨酯球，球料质量比为1.5:1，采用的球磨转速为250r/min，经过35h球磨后，ITO浆料固含量90％。
在上述制备的ITO浆料中加入质量分数占单体0.73％的引发剂和占单体0.1％的催化剂，用机械搅拌棒搅拌10min搅拌均匀后，浇注于坯体规格均为300mm×400mm×10mm的模具中，并于58℃温度下干燥2h后固化，制备出300mm×400mm×10mm的大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
上述各个实施例在不同工艺参数过程中的坯体成型效果如表1所示。
表1：实施例1～6的坯体成型效果
另外，为了更进一步说明应力缓释剂或增塑剂的作用，以上述实施例5做比较，选取未加入应力缓释剂或增塑剂的制备过程作为对比例，其具体如下。
对比例1：
一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其制备过程如下：
选择纯度大于99.99％、平均粒径范围为0.08～2μm的ITO粉体5.6kg，并按照ITO浆料目标固含量为89％称取692.1g的去离子水预混液，在去离子水溶剂中加入添加剂，其添加量分别为：单体128.8g，交联剂16.8g，分散剂17.4g，增塑剂19.8g(不添加应力缓释剂)；用氨水调节溶液pH值至10，配置过程中用磁力转子搅拌混合均匀后制的预混液。将5.6kgITO粉体加入到预混液中，在20L行星式球磨罐中进行湿磨。其中，所选用的球磨罐材质为尼龙，球磨介质选为直径8mm的聚氨酯球，球料质量比为1.5:1，采用的球磨转速为250r/min，经过35h球磨后，ITO浆料固含量89％。
在上述制备的ITO浆料中加入质量分数占单体0.73％的引发剂和占单体0.1％的催化剂，用机械搅拌棒搅拌10min搅拌均匀后，浇注于坯体规格均为300mm×400mm×10mm的模具中，并于57℃温度下干燥2h后固化，制备出300mm×400mm×10mm的大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
对比例2：
一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其制备过程如下：
选择纯度大于99.99％、平均粒径范围为0.08～2μm的ITO粉体5.6kg，并按照ITO浆料目标固含量为89％称取692.1g的去离子水预混液，在去离子水溶剂中加入添加剂，其添加量分别为：单体128.8g，交联剂16.8g，分散剂17.4g，应力缓释剂23.8g(不添加增塑剂)；用氨水调节溶液pH值至10，配置过程中用磁力转子搅拌混合均匀后制的预混液。将5.6kgITO粉体加入到预混液中，在20L行星式球磨罐中进行湿磨。其中，所选用的球磨罐材质为尼龙，球磨介质选为直径8mm的聚氨酯球，球料质量比为1.5:1，采用的球磨转速为250r/min，经过35h球磨后，ITO浆料固含量89％。
在上述制备的ITO浆料中加入质量分数占单体0.73％的引发剂和占单体0.1％的催化剂，用机械搅拌棒搅拌10min搅拌均匀后，浇注于坯体规格均为300mm×400mm×10mm的模具中，并于57℃温度下干燥2h后固化，制备出300mm×400mm×10mm的大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
对比例与实施例5的坯体成型效果如表2所示。
表2：对比例与实施例5的坯体成型效果

Claims (4)

1.一种凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其特征是：选择纯度大于99.99%、平均粒径范围为0.08~2μm的ITO粉体为原料，其制备过程如下：
（1）预混液的制备:在占ITO粉体的11.1wt%~17.6wt%的去离子水溶剂中加入添加剂，其添加剂加入量的质量百分数为：单体占ITO粉体的1.10%~2.50%，交联剂占ITO粉体的0.15%~0.33%，分散剂占ITO粉体的0.12%~0.38%，应力缓释剂占单体的2.08%~20.15%，增塑剂占单体的10.42%~16.30%；用氨水调节溶液pH值至9~10，配置过程中搅拌混合均匀；
（2）浆料球磨工艺：在步骤（1）制备的预混液中加入ITO粉体，再于球磨罐中进行湿磨；球磨后ITO浆料固含量为85~90%，转速20r/s下的室温粘度值为102~298mPa·s；
（3）大规格坯体的固化成型工艺：将步骤（2）制备的浆料中加入占单体0.73%的引发剂和占单体0.1%的催化剂，搅拌均匀后，浇注于模具中并于55～58℃温度下干燥2h后固化，制备出大规格、高密度、不变形的ITO靶材坯体。
2.如权利要求1所述的凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其特征是：步骤（1）配置过程中用磁力转子或机械搅拌棒搅拌。
3.如权利要求1所述的凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其特征是：步骤（2）球磨工艺中选用20L行星式球磨罐，所选用的球磨罐材质为尼龙，球磨介质选为直径8mm的聚氨酯球，球料质量比为1.5:1，采用的球磨转速为250r/min，球磨时间为35h。
4.如权利要求1所述的凝胶注模成型制备大规格平板ITO靶材坯体的方法,其特征是：步骤（3）中的搅拌为用机械搅拌棒搅拌10min。
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