CN103806099B - 五氧化三钛晶体的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种五氧化三钛晶体的制备方法，包括将钛粉和二氧化钛在一烧结模具中混匀、平铺压实；置于真空烧结炉内抽真空；分阶段烧结，最后冷却获得产品；其中烧结曲线如下：常温-1200℃，6～8℃/min；1200℃-1670℃，3-5℃/min；1670℃-1770℃，1.5-2.5℃/min；1770℃-1805℃，1-2℃/min；1805℃保温4-8h后冷却。本发明可制得片状的五氧化三钛晶体，片状Ti₃O₅晶体可缩短预熔时间，甚而可去除预熔工序，直接蒸镀，大大缩短了镀膜时间；且用片状Ti₃O₅晶体制得的镀膜层产品，其纯度和质量得到有效提升。

Description

五氧化三钛晶体的制备方法

技术领域

本发明具体涉及一种五氧化三钛晶体的制备方法。

背景技术

五氧化三钛晶体广泛用于光电子元器件制造，因其蒸镀过程稳定的性质，得到业内的广泛认可，目前已取代二氧化钛，成为显示技术领域高折射率膜料中的主要应用材料。目前行业内广泛使用的五氧化三钛主要为颗粒态晶体，常规规格为1～3mm、3～5mm等。而颗粒状的五氧化三钛在镀膜前必须预先熔料，很大程度上影响了镀膜的效率，增加了镀膜生产成本。同时，现有技术中，颗粒状的五氧化三钛在制备过程均容易引入杂质，形成大量气孔，存在含氧量相对差异较大的物质，从而影响制得的镀膜层的纯度和质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种五氧化三钛晶体的制备方法，可制得片状的五氧化三钛晶体。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种五氧化三钛晶体的制备方法，利用一烧结模具制备五氧化三钛晶体，所述烧结模具包括一成型模具和一置于该成型模具上的坩埚；所述成型模具的中部向下凹陷，形成一容置槽；该成型模具具有一型腔，该型腔包括复数个紧贴设置的成型模孔，且每相邻两成型模孔之间均设有一缺口部；所述坩埚的中部向上隆起形成一凸台，且该坩埚的内壁与所述凸台之间环设有一凹槽；所述凹槽上间隔设有复数个小孔，且所述小孔与所述成型模孔一一对应设置；

所述制备方法具体包括如下步骤：

步骤1：将钛粉和二氧化钛按质量比为钛：二氧化钛＝1：8.25混合均匀；再将混匀后的原料装在烧结模具的坩埚内，平铺压实；

步骤2：将所述烧结模具置于一真空烧结炉内，抽真空至炉内真空度为10^-1pa以下；

步骤3：分阶段升温烧结，各阶段的参数设定如下：

A.常温-1200℃，升温速率为6～8℃/min，真空度保持在3.0×10^-2pa以下；

B.1200℃-1670℃，升温速率为3～5℃/min，真空度保持在4.0×10^-2pa以下；

C.1670℃-1770℃，升温速率为1.5～2.5℃/min，真空度保持在6.0×10^-2pa以下；

D.1770℃-1805℃，升温速率为1～2℃/min，真空度为保持在8.0×10^-2pa以下；此阶段在所述凹槽和所述凸台上分别生所颗粒状或块状的Ti₃O₅固体；

E.在1805℃保温4～8h，此过程中，所述凹槽中的Ti₃O₅固体逐渐熔化成液体，同时所述凸台上的Ti₃O₅固体也熔化成液体并流到凹槽中，然后所述液体通过凹槽上的复数个小孔流到相应的所述成型模孔中，并通过所述缺口部在各个成型模孔中流动，直至贯满所有成型模孔，其余的液体流到所述容置槽中；

步骤4：所述真空烧结炉以速度1.5～3℃/min冷却至1600℃，再断电自然冷却至室温，将所述烧结模具出炉，获得所述成型模孔中重新凝结的五氧化三钛晶体。

优选地，所述钛粉的粒径为10～12μm，纯度为99.9％以上；所述二氧化钛的粒径为3～5μm，纯度为99.99％以上。

优选地，所述步骤1中的平铺压实所采用的压力为400～800牛。

优选地，所述成型模孔的横截面为圆形，且该成型模孔的直径为25mm，高度为11mm。

优选地，所述成型模具的上表面间隔设有复数个第一垫块，所述坩埚的上表面间隔设有复数个第二垫块，且坩埚置于所述复数个第一垫块上。

优选地，还包括一盖板，该盖板盖于坩埚的复数个第二垫块上。

本发明的有益效果在于：可制得片状的五氧化三钛晶体，片状Ti₃O₅晶体可缩短预熔时间，甚而可去除预熔工序，直接蒸镀，大大缩短了镀膜时间；且用片状Ti₃O₅晶体制得的镀膜层产品，其纯度和质量得到有效提升。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明中烧结模具的一优选实施例的结构示意图。

图2为本发明中烧结模具的另一优选实施例的结构示意图。

图3为本发明中五氧化三钛晶体的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1和图2，一种五氧化三钛晶体的制备方法，利用一烧结模具100制备五氧化三钛晶体200(见图3)，所述烧结模具100包括一成型模具1、一置于该成型模具1上的坩埚2和一盖板3；所述成型模具1的中部向下凹陷，形成一容置槽12；该成型模具1具有一型腔11，该型腔11包括复数个紧贴设置的成型模孔111，且每相邻两成型模孔111之间均设有一缺口部112；所述成型模孔111的横截面为圆形，且该成型模孔111的直径为25mm，高度为11mm。

请再参阅图1和图2，所述坩埚2的中部向上隆起形成一凸台21，且该坩埚2的内壁与所述凸台21之间环设有一凹槽22；所述凹槽22上间隔设有复数个小孔23，且所述小孔23与所述成型模孔111一一对应设置，每所述小孔23的孔径为0.3～1.5mm。所述成型模具1的上表面还间隔设有复数个第一垫块13，所述坩埚2的上表面间隔设有复数个第二垫块24，且坩埚2置于所述复数个第一垫块13上，所述盖板3盖于坩埚2的复数个第二垫块24上，以防止在反应过程中材料发生轻微溅射。第一垫块13和第二垫块24的设置都是便于将坩埚2内部和成型模具1内部抽成真空。

为清楚地阐述五氧化三钛晶体的制备方法，特举实施例如下：

实施例一

请再参阅图1，所述制备方法具体包括如下步骤：

步骤1：将钛粉和二氧化钛按质量比为钛：二氧化钛＝1：8.25混合均匀；再将混匀后的原料装在烧结模具100的坩埚2内，并采用400牛的压力平铺压实；所述钛粉的粒径为10～12μm，纯度为99.9％以上；所述二氧化钛的粒径为3～5μm，纯度为99.99％以上。

步骤2：将所述烧结模具100置于一真空烧结炉内，抽真空至炉内真空度为10^-1pa以下；

步骤3：分阶段升温烧结，各阶段的参数要求如下：

A.常温-1200℃，升温速率为6℃/min，真空度保持在3.0×10^-2pa；

此阶段升温速率较快，原料钛和二氧化钛未发生反应，原料受热后体积膨胀排除部分内部气体。

B.1200℃-1670℃，升温速率为3℃/min，真空度保持在4.0×10^-2pa；

本阶段中，钛和二氧化钛在温度为1500℃-1670℃区间开始发生Ti+TiO₂→TiO反应，反应为渐变的过程，需要适当的反应时间来完成，由实验可知，在3-5℃/min升温条件下，可以得到充分的反应，反应生成黄色颗粒或块状的物质。

C.1670℃-1770℃，升温速率为1.5℃/min，真空度保持在6.0×10^-2pa；

此阶段主体反应为TiO+TiO₂→Ti₂O₃，反应主要生成蓝色颗粒状或块状的物质。

D.1770℃-1805℃，升温速率为1℃/min，真空度为8.0×10^-2pa；此阶段在所述凹槽22和所述凸台21上分别生所颗粒状或块状的Ti₃O₅固体。

此阶段主要发生Ti₂O₃+TiO₂→Ti₃O₅反应，反应主要生成紫黑色颗粒状或块状的物质。

E.在1805℃保温4h，此过程中，所述凹槽22中的Ti₃O₅固体逐渐熔化成液体，同时所述凸台21上的Ti₃O₅固体也熔化成液体并流到凹槽22中，然后所述液体通过凹槽22上的复数个小孔23流到相应的所述成型模孔111中，并通过所述缺口部112在各个成型模孔111中流动，直至贯满所有成型模孔111，其余的液体流到所述容置槽12中。

此阶段前期，烧结模具100内部的实际温度继续提升，加快了Ti₂O₃+TiO₂→Ti₃O₅的反应速度，由于模具传热由外及内，以及晶体沿壁生长的特性，相比于所述凸台21上的晶体，坩埚2的凹槽22位置处晶体长得更多更大，随着保温的继续，坩埚2的凹槽22处的晶体先熔化成液体，并在重力作用下往成型模具1中流动，在成型模孔111中冷却后成型。

步骤4：所述真空烧结炉以速度1.5℃/min冷却至1600℃，以有利于晶体的稳定，不容易出现裂纹，再断电自然冷却至室温，将所述烧结模具100出炉，获得所述成型模孔111中重新凝结的五氧化三钛晶体200，可用薄刀片刮开晶体四周和底部，将片状五氧化三钛晶体200取出。

实施例二

本部分与实施例一不同之处在于：

步骤1：采用800牛的压力平铺压实；

步骤3：

A.升温速率为7℃/min，真空度保持在1.0×10^-2pa；

B.升温速率为4℃/min，真空度保持在2.0×10^-2pa；

C.升温速率为2℃/min，真空度保持在4.0×10^-2pa；

D.升温速率为1.5℃/min，真空度为6.0×10^-2pa；

E.在1805℃保温5h；

步骤4：所述真空烧结炉以速度3℃/min冷却至1600℃。

实施例三

本部分与实施例一不同之处在于：

步骤1：采用600牛的压力平铺压实；

步骤3：

A.升温速率为8℃/min，真空度保持在2.0×10^-2pa；

B.升温速率为5℃/min，真空度保持在3.0×10^-2pa；

C.升温速率为2.5℃/min，真空度保持在5.0×10^-2pa；

D.升温速率为2℃/min，真空度为7.0×10^-2pa；

E.在1805℃保温8h；

步骤4：所述真空烧结炉以速度2℃/min冷却至1600℃。

实施例四

本部分与实施例一不同之处在于：

步骤1：采用700牛的压力平铺压实；

步骤3：

A.真空度保持在0.5×10^-2pa；

B.真空度保持在1.0×10^-2pa；

C.真空度保持在2.0×10^-2pa；

D.真空度为4.0×10^-2pa；

E.在1805℃保温6h；

步骤4：所述真空烧结炉以速度2.5℃/min冷却至1600℃。

实施例五

本部分与实施例一不同之处在于：

步骤3：

A.真空度保持在0.1×10^-2pa；

B.真空度保持在0.5×10^-2pa；

C.真空度保持在1.0×10^-2pa；

D.真空度为2.0×10^-2pa；

E.在1805℃保温7h；

本发明不但可以使五氧化三钛在坩埚2的凹槽22中不断生成，然后熔化并下落到成型模具1中最终成型，得到对镀膜有利的片状晶体材料，随着五氧化三钛的生成及下落，所述凸台21上生成的五氧化三钛会逐渐熔化下移到坩埚2的凹槽22中从而提高了产品纯度，提高了良品率。

请再参阅图3，本发明制得的五氧化三钛晶体200为一圆柱薄片4，且该圆柱薄片4的相对的两侧面分别形成有一平切面5。所述圆柱薄片4的厚度T为5～15mm；所述圆柱薄片1的底面圆的直径D为10～30mm，优选为25mm。

Claims (6)

1.一种五氧化三钛晶体的制备方法，其特征在于：利用一烧结模具制备五氧化三钛晶体，所述烧结模具包括一成型模具和一置于该成型模具上的坩埚；所述成型模具的中部向下凹陷，形成一容置槽；该成型模具具有一型腔，该型腔包括复数个紧贴设置的成型模孔，且每相邻两成型模孔之间均设有一缺口部；所述坩埚的中部向上隆起形成一凸台，且该坩埚的内壁与所述凸台之间环设有一凹槽；所述凹槽上间隔设有复数个小孔，且所述小孔与所述成型模孔一一对应设置；

所述制备方法具体包括如下步骤：

步骤1：将钛粉和二氧化钛按质量比为钛：二氧化钛＝1：8.25混合均匀；再将混匀后的原料装在烧结模具的坩埚内，平铺压实；

步骤2：将所述烧结模具置于一真空烧结炉内，抽真空至炉内真空度为10^-1pa以下；

步骤3：分阶段升温烧结，各阶段的参数设定如下：

A.常温-1200℃，升温速率为6～8℃/min，真空度保持在3.0×10^-2pa以下；

B.1200℃-1670℃，升温速率为3～5℃/min，真空度保持在4.0×10^-2pa以下；

C.1670℃-1770℃，升温速率为1.5～2.5℃/min，真空度保持在6.0×10^-2pa以下；

D.1770℃-1805℃，升温速率为1～2℃/min，真空度保持在8.0×10^-2pa以下；此阶段在所述凹槽和所述凸台上分别生所颗粒状或块状的Ti₃O₅固体；

E.在1805℃保温4～8h，此过程中，所述凹槽中的Ti₃O₅固体逐渐熔化成液体，同时所述凸台上的Ti₃O₅固体也熔化成液体并流到凹槽中，然后所述液体通过凹槽上的复数个小孔流到相应的所述成型模孔中，并通过所述缺口部在各个成型模孔中流动，直至贯满所有成型模孔，其余的液体流到所述容置槽中；

步骤4：所述真空烧结炉以速度1.5～3℃/min冷却至1600℃，再断电自然冷却至室温，将所述烧结模具出炉，获得所述成型模孔中重新凝结的五氧化三钛晶体。

2.如权利要求1所述的五氧化三钛晶体的制备方法，其特征在于：所述钛粉的粒径为10～12μm，纯度为99.9％以上；所述二氧化钛的粒径为3～5μm，纯度为99.99％以上。

3.如权利要求1所述的五氧化三钛晶体的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的平铺压实所采用的压力为400～800牛。

4.如权利要求1所述的五氧化三钛晶体的制备方法，其特征在于：所述成型模孔的横截面为圆形，且该成型模孔的直径为25mm，高度为11mm。

5.如权利要求1所述的五氧化三钛晶体的制备方法，其特征在于：所述成型模具的上表面间隔设有复数个第一垫块，所述坩埚的上表面间隔设有复数个第二垫块，且坩埚置于所述复数个第一垫块上。

6.如权利要求5所述的五氧化三钛晶体的制备方法，其特征在于：还包括一盖板，该盖板盖于坩埚的复数个第二垫块上。