CN104058729A

CN104058729A - 一种制备大规格ito靶材的方法

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Publication number: CN104058729A
Application number: CN201410302160.1A
Authority: CN
Inventors: 杨硕; 王政红; 师琳璞
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2014-09-24

Abstract

一种制备大规格ITO靶材的方法，本发明通过采用机械加压方式将较高固含量、粘度较低、悬浮性能好的ITO浆料（4）通过微孔模具（5），在逐步升压、保压的过程中排除浆料中大部分水分而成型，成型出的坯体规格大、密度高、强度高、可近净尺寸均匀成型，坯体经过干燥和脱脂后，在常压氧气氛炉中进行烧结，可得到大规格、高密度的ITO靶材，本发明有效的克服了干压成型坯体密度不均匀，难于压制大规格坯体，以及石膏模注浆成型时间较长，成型坯体密度偏低、坯体易分层，且烧结条件较高的技术问题。

Description

一种制备大规格ITO靶材的方法

【技术领域】

本发明涉及一种ITO靶材，尤其涉及一种制备大规格ITO靶材的方法，具体涉及一种采用压滤成型技术制备大规格ITO靶材的方法。

【背景技术】

已知的，ITO靶材坯体的成型技术分为干法成型与湿法成型两大类，其中干法成型普遍采用先模压再冷等静压（CIP）的方法，即将ITO粉料直接置于模具中，通过压机进行轴向加压而成型，再通过冷等静压进一步提高坯体致密度等，该方法制程短、操作简单，但存在成型坯体密度不均匀、模压过程易出现分层、对模具和压机精度要求高、压制大规格坯体难度较大的缺点；其中湿法成型主要采用注浆成型、抽真空脱水成型等方法，其中注浆成型通常是将预先制备的ITO浆料浇注到石膏模中，采用多面、双面或单面吸浆，使ITO坯体成型，采用该法可得到大规格、高密度、均匀的板状坯体，且成本较低。

发明人经过检索，发现日本有相关专利公开了采用注浆成型技术制备大规格ITO靶材坯体（公开号为：JP2007-055055和公开号为：JP1997-272109等），但注浆成型方法的成型时间较长，成型坯体密度偏低、强度不足，坯体易出现开裂、分层等缺陷。

【发明内容】

为了克服上述技术的不足，本发明提供了一种制备大规格ITO靶材的方法，本发明采用干法和湿法成型相结合的成型技术，借助微孔模具通过在机械压力下使浆料固液分离来实现ITO靶材坯体的成型，进一步，成型后的ITO靶材坯体可立即脱模，脱模后的坯体经过干燥、脱脂和在氧气氛中烧结，可得到大规格、高密度的ITO靶材，本发明具有坯体规格大、密度高、强度高、可近净尺寸均匀成型等特点。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种制备大规格ITO靶材的方法，所述制备方法具体包括如下步骤：

第一步、制备ITO浆料：首先取ITO粉体或氧化铟和氧化锡的混合物，以去离子水为溶剂，在溶剂中加入有机分散剂，然后将ITO粉体或氧化铟和氧化锡的混合物与配置的含有机分散剂的溶剂一同进行球磨，制备出高固含量、较低粘度和悬浮性能好的ITO浆料；

第二步、接上步，制备大规格ITO靶材坯体：首先利用机械加压方式将第一步获得的高固含量、较低粘度、悬浮性能好的ITO浆料通过微孔模具压滤，然后压滤设备逐步对ITO浆料加压和保压，排除ITO浆料中的水分进而获得大规格的ITO靶材坯体；

第三步、接上步，对上步获得的ITO靶材坯体进行干燥、脱脂及烧结，首先将ITO靶材坯体经20～30℃干燥2～4天，80～150℃进一步干燥2～3天，600～900℃脱脂10～30h，1520～1650℃氧气氛烧结后，得到大规格、高密度的大规格ITO靶材。

所述的制备大规格ITO靶材的方法，所述第一步中ITO粉体的纯度大于99.99%、平均粒径范围为0.03～1.5μm。

所述的制备大规格ITO靶材的方法，所述第一步中氧化铟和氧化锡按重量比为90：10。

所述的制备大规格ITO靶材的方法，所述第一步中球磨的球磨罐材质为氧化锆或尼龙或聚氨酯，球磨介质为氧化锆球或聚氨酯球，球磨转速为70～150r/min，球磨时间为10～30h，球磨后的ITO浆料固含量为85～92%，粘度值为330～1350m Pa·s，球磨后的ITO浆料经过抽真空脱气后，得到满足压力注浆成型要求的高浓度、流动性较好的ITO浆料。

所述的制备大规格ITO靶材的方法，所述第二步中的机械加压，最高压力为6～10MPa，保压时间30～90min，当ITO靶材坯体固化成型后可立即脱模，得到大规格、高密度、结构均匀的ITO靶材坯体。

所述的制备大规格ITO靶材的方法，所述第二步中的压滤设备包括上模框、压头、微孔模具和下模框，在下模框的上端设有上模框，在所述上模框与下模框之间设有微孔模具，在上模框内设有压头，所述压头的外缘面与上模框的内缘面之间设有密封体形成所述的压滤成型机。

所述的制备大规格ITO靶材的方法，所述微孔模具通过支架固定在下模框的上端，在微孔模具中部的下面设有支柱，所述支柱的下端设置在下模框的底部。

所述的制备大规格ITO靶材的方法，所述下模框与上模框之间通过螺栓固定。

所述的制备大规格ITO靶材的方法，所述下模框的底部设有排水阀。

所述的制备大规格ITO靶材的方法，所述压头上面的中部设有压杆。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明所述的一种制备大规格ITO靶材的方法，本发明通过采用机械加压方式将较高固含量、粘度较低、悬浮性能好的ITO浆料通过微孔模具，在逐步升压、保压的过程中排除浆料中大部分水分而成型，成型出的坯体规格大、密度高、强度高、可近净尺寸均匀成型，坯体经过干燥和脱脂后，在常压氧气氛炉中进行烧结，可得到大规格、高密度的ITO靶材，本发明有效的克服了干压成型坯体密度不均匀，难于压制大规格坯体，以及石膏模注浆成型时间较长，成型坯体密度偏低、坯体易分层，且烧结条件较高的技术问题。

【附图说明】

图1是本发明压滤设备的结构示意图；

在图中：1、压杆；2、上模框；3、压头；4、ITO浆料；5、微孔模具；6、支架；7、下模框；8、螺栓；9、支柱；10、排水阀。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

本发明所述的一种制备大规格ITO靶材的方法，所述制备方法具体包括如下步骤：

第一步、制备ITO浆料：首先取纯度大于99.99%、平均粒径范围为0.03～1.5μm的ITO粉体或氧化铟和氧化锡的混合物，所述氧化铟和氧化锡按重量比为90：10，进一步，以去离子水为溶剂（在制备固含量85～92%浆料时，水溶剂的质量含量占粉体的8.7～17.6%），在溶剂中加入占粉体0.5～1.5%（质量分数，下同）的有机分散剂，然后将ITO粉体或氧化铟和氧化锡的混合物与配置的含有机分散剂的溶剂一同进行球磨，所述球磨的球磨罐材质为氧化锆或尼龙或聚氨酯，球磨介质为氧化锆球或聚氨酯球，球磨转速为70～150r/min，球磨时间为10～30h，球磨后的ITO浆料4固含量为85～92%，粘度值为330～1350m Pa·s，球磨后的ITO浆料4经过抽真空脱气后，得到满足压力注浆成型要求的制备出高固含量、较低粘度和悬浮性能好的ITO浆料4；

第二步、接上步，制备大规格ITO靶材坯体：首先利用机械加压方式将第一步获得的高固含量、较低粘度、悬浮性能好的ITO浆料4通过微孔模具5压滤，所述微孔模具5采用树脂或高强石膏等材料，型腔规格为400～500×500～800×10～12mm，加压的最高压力为6～10MPa，保压时间30～90min，当ITO靶材坯体固化成型后可立即脱模，得到大规格、高密度、结构均匀的ITO靶材坯体，然后压滤设备逐步对ITO浆料4加压和保压，排除ITO浆料4中的水分进而获得大规格的ITO靶材坯体；

第三步、接上步，对上步获得的ITO靶材坯体（ITO靶材坯体用称重法测量，密度可达4.65～5.37g/cm3“相对密度约65～75%，理论密度按7.15g/cm³计算”）进行干燥、脱脂及烧结，首先将ITO靶材坯体经20～30℃干燥2～4天，80～150℃进一步干燥2～3天，600～900℃脱脂10～30h，1520～1650℃氧气氛烧结后，得到大规格、高密度（相对密度＞99.5%）的大规格ITO靶材。

结合附图1，本发明中压滤设备包括上模框2、压头3、微孔模具5和下模框7，在下模框7的上端通过螺栓8设有上模框2，在所述上模框2与下模框7之间设有微孔模具5，所述微孔模具5通过支架6固定在下模框7的上端，在微孔模具5中部的下面设有支柱9，所述支柱9的下端设置在下模框7的底部；进一步，在上模框2内设有压头3，所述压头3上面的中部设有压杆1，所述压杆1连接动力源，所述动力源为液压缸或气缸，所述压头3的外缘面与上模框2的内缘面之间设有密封体，所述密封体为O型环或橡胶圈，所述下模框7的底部设有用于排水的排水阀10形成所述的压滤成型机。

本发明的具体实施如下：

实施例1：

取纯度大于99.99%、平均粒径为0.03μm的ITO粉体10500g，称取1850g的水（固含量85%），在水中加入占粉体0.5%的有机分散剂，并搅拌均匀，将ITO粉体和配制的溶液加入到球磨罐内，其中球磨罐为尼龙罐，球磨介质为聚氨酯球，将球磨转速设定为120r/min，经过25h球磨后浆料流动性较好，测量其粘度值为330mPa·s（室温，转速30s-1）；

球磨后的浆料经抽真空脱气后，用机械加压通过400×500×50mm规格的微孔模具5实现浆料排水而成型，其中，最高压力为6MPa并保持90min，成型后的坯体立即脱模，得到规格为约为400×500×10mm的ITO坯体；

脱模后的坯体于25℃干燥4天，再于150℃进一步干燥3天，这时水分基本排除，坯体用称重法测量，密度为4.65g/cm3(相对密度为65%，理论密度按7.15g/cm3计算)，干燥后的坯体于600℃脱脂30h，再于1600℃常压氧气氛条件下烧结后，得到相对密度为99.65%的大规格ITO靶材。

实施例2：

取纯度大于99.99%、平均粒径为0.05μm的ITO粉体10500g，称取1700g的水（固含量86%），在水中加入占粉体0.7%的有机分散剂，并搅拌均匀，将ITO粉体和配制的溶液加入到球磨罐内，其中球磨罐为聚氨酯罐，球磨介质为聚氨酯球，将球磨转速设定为150r/min，经过20h球磨后浆料流动性较好，测量其粘度值为451mPa·s（室温，转速30s-1）；

球磨后的浆料经抽真空脱气后，用机械加压通过400×500×50mm规格的微孔模具5实现浆料排水而成型，其中，最高压力为8MPa并保持90min，成型后的坯体立即脱模，得到规格为约为400×500×10mm的ITO坯体；

脱模后的坯体于25℃干燥3天，再于120℃进一步干燥3天，这时水分基本排除，坯体用称重法测量，密度为4.79g/cm3(相对密度为67%，理论密度按7.15g/cm3计算)，干燥后的坯体于650℃脱脂25h，再于1590℃常压氧气氛条件下烧结后，得到相对密度为99.6%的大规格ITO靶材。

本发明的有效效果如下：

本发明制备的ITO靶材坯体规格大、密度高、纯度高、成本低，特别适合于常压氧气氛条件下烧结制成大规格高端ITO靶材坯体，具体如下：

1、大规格、高密度：高固含量的陶瓷浆料是制备高强度、高密度陶瓷坯体的必要条件之一，ITO坯体只有具有较高的强度，才能将规格放大，避免在搬运或干燥过程中的开裂；ITO坯体只有具有较高的密度，才能在没有烧结助剂的情况下，在常压条件下烧结出高密度的ITO靶材；本发明用平均粒径为0.03～1.5μm的ITO粉，制备的ITO浆料固含量高达85～92%，用该浆料通过压滤成型，可得到大规格、高强度、高密度的ITO坯体，进而通过常压烧结得到大规格、高密度的ITO靶材；

2、高纯度：本发明使用的ITO粉纯度为4N级（＞99.99%），浆料中添加的只有有机分散剂，且添加量很少，只占粉体的0.5～1.5%，可以在坯体的脱脂阶段烧除；浆料球磨过程中的球磨介质也选择有机的聚氨酯球或耐磨性很好的氧化锆球，这样，可保证烧结后靶材的纯度大于99.99%；

3、低成本：本发明所制备的ITO浆料，通过压滤成型出的大规格坯体密度可达4.65~5.37g/cm³（相对密度为65~75%），该密度一般不低于干压成型冷等静压（200MPa）后的密度，故可以不必经过冷等静压而直接烧结出高密度ITO靶材；另外，也省去了干压成型方法中喷雾造粒、大吨位压机等设备和工序，可以较低成本获得大规格高端ITO靶材。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims

1.一种制备大规格ITO靶材的方法，其特征是：所述制备方法具体包括如下步骤：

第一步、制备ITO浆料：首先取ITO粉体或氧化铟和氧化锡的混合物，以去离子水为溶剂，在溶剂中加入有机分散剂，然后将ITO粉体或氧化铟和氧化锡的混合物与配置的含有机分散剂的溶剂一同进行球磨，制备出高固含量、较低粘度和悬浮性能好的ITO浆料（4）；

第二步、接上步，制备大规格ITO靶材坯体：首先利用机械加压方式将第一步获得的高固含量、较低粘度、悬浮性能好的ITO浆料（4）通过微孔模具（5）压滤，然后压滤设备逐步对ITO浆料（4）加压和保压，排除ITO浆料（4）中的水分进而获得大规格的ITO靶材坯体；

2.根据权利要求1所述的制备大规格ITO靶材的方法，其特征是：所述第一步中ITO粉体的纯度大于99.99%、平均粒径范围为0.03～1.5μm。

3.根据权利要求1所述的制备大规格ITO靶材的方法，其特征是：所述第一步中氧化铟和氧化锡按重量比为90：10。

4.根据权利要求1所述的制备大规格ITO靶材的方法，其特征是：所述第一步中球磨的球磨罐材质为氧化锆或尼龙或聚氨酯，球磨介质为氧化锆球或聚氨酯球，球磨转速为70～150r/min，球磨时间为10～30h，球磨后的ITO浆料（4）固含量为85～92%，粘度值为330～1350m Pa·s，球磨后的ITO浆料（4）经过抽真空脱气后，得到满足压力注浆成型要求的高浓度、流动性较好的ITO浆料（4）。

5.根据权利要求1所述的制备大规格ITO靶材的方法，其特征是：所述第二步中的机械加压，最高压力为6～10MPa，保压时间30～90min，当ITO靶材坯体固化成型后可立即脱模，得到大规格、高密度、结构均匀的ITO靶材坯体。

6.根据权利要求1所述的制备大规格ITO靶材的方法，其特征是：所述第二步中的压滤设备包括上模框（2）、压头（3）、微孔模具（5）和下模框（7），在下模框（7）的上端设有上模框（2），在所述上模框（2）与下模框（7）之间设有微孔模具（5），在上模框（2）内设有压头（3），所述压头（3）的外缘面与上模框（2）的内缘面之间设有密封体形成所述的压滤成型机。

7.根据权利要求6所述的制备大规格ITO靶材的方法，其特征是：所述微孔模具（5）通过支架（6）固定在下模框（7）的上端，在微孔模具（5）中部的下面设有支柱（9），所述支柱（9）的下端设置在下模框（7）的底部。

8.根据权利要求6所述的制备大规格ITO靶材的方法，其特征是：所述下模框（7）与上模框（2）之间通过螺栓（8）固定。

9.根据权利要求6所述的制备大规格ITO靶材的方法，其特征是：所述下模框（7）的底部设有排水阀（10）。

10.根据权利要求6所述的制备大规格ITO靶材的方法，其特征是：所述压头（3）上面的中部设有压杆（1）。