CN104760118A - 一种消除压力注浆成型时ito坯体中间夹层的方法 - Google Patents

Abstract

一种消除压力注浆成型时ITO坯体中间夹层的方法，根据ITO粉体的固含量选用1167~1432g的去离子水，在ITO粉体中加入有机分散剂、氨水、助滤剂，经滚筒球磨机或是行星式球磨机的搅拌研磨得到粘度为881~1300mPa·s的初级ITO浆料，在室温条件下陈腐10~15h，而后再次球磨3~5h制备出高固含量、易于脱水的ITO浆料，再经200目筛子过筛和机消泡剂除泡得到适于压注的ITO浆料，将该ITO浆料通过压力注浆成型，成型后立即脱模，脱模后的ITO坯体先在25℃条件下干燥2天，再在150℃条件下干燥3天，干燥后制备出ITO坯体，对ITO坯体的断口取样并在扫描电子显微镜下观察未发现中间夹层现象。

Description

一种消除压力注浆成型时ITO坯体中间夹层的方法

技术领域

本发明属于压力注浆成型技术领域，尤其涉及到一种消除压力注浆成型时ITO坯体中间夹层的方法。

背景技术

ITO是Tin-doped Indium Oxide的缩写名称，ITO的含义是指一种铟锡氧化物材料，ITO坯体是由铟锡氧化物制成的坯体，本文着重讨论平板ITO坯体中间夹层的成因和消除方法。

平板ITO坯体成型时使用的模具如图1所示，模具由模框、外模、内模、型腔、抽真空通道9、进浆通道11及排水通道10构成，其中模框分为左模框1和右模框2，外模分为左外模3和右外模4，内模分为左内模5和右内模6，左内模5凹处的高度与右内模6高度相匹配，左外模3、右外模4、左内模5及右内模6采用石膏或是树脂制作而成而称其为微孔模具，这些微孔模具的微孔尺寸可以分别达到0.4～1.0μm 或是2～15μm，合模后形成平板ITO坯体的型腔，经加压密封可以防止压力注浆成型时其ITO浆料的溢出。

在压力注浆成型制备平板ITO坯体时，ITO坯体在成型过程中易产生中间夹层现象，中间夹层8如图1所示，表现在ITO坯体内部的中间出现一个近似平行于ITO坯体左右平面的夹层平面，ITO坯体断口中部裸眼可见一条明显与周围外观不同的直线，取含夹层的ITO坯体样品断口进行电子显微镜扫描观察，能进一步观察到该直线处如一宽度为20～30mm的致密度较周围偏低、结构较为疏松的带状区域，与ITO坯体周围区域存在较明显的分界线，且该带状区域内部存在离散的大约为5～8mm的孔隙。这种含有中间夹层结构的ITO坯体在干燥过程中后发生开裂，且裂纹易沿该带状区域处扩展，最终导致ITO坯体产生不合格品，严重影响产品质量。

经研究发现，平板ITO坯体产生中间夹层现象与其成型工序中ITO浆料的物性和受压后的表现有关。

结合图1在压力注浆成型过程中，模具经加压密封后，先通过抽真空通道9对平板ITO坯体的型腔进行抽真空，以防止ITO浆料进入该型腔后卷入气泡从而形成坯体内部针孔缺陷。

其次受压的ITO浆料从进浆通道进入所述型腔中，ITO浆料中水分依次通过内模、外模和排水通道被排出，ITO浆料在受压的同时完成固液分离而成型，成型顺序是：首先进入所述型腔的ITO浆料与内模接触的外围部分首先脱水固化，随后补充进入的ITO浆料再通过已经形成的外部坯层继续向外排水而堆积固化，在这个过程中有浆料持续进入补充，在成型的最后阶段，ITO坯体中部区域形成一个狭窄的腔室，进入中部区域的ITO浆料中的粉料颗粒继续向左、向右进行堆积如图1中箭头所示，随着堆积的进行使狭窄的腔室进一步变窄，造成后续补充进入的ITO浆料进入该腔室的难度持续增加，这样就容易最终形成中间夹层。如果ITO浆料的含水量偏大或者微孔模具的脱水率偏低，那么由于最后填充该腔室的部分ITO浆料中的水分还要被其坯层所吸收，吸水量越大ITO浆料减少的体积也越大，那么最终形成的中间夹层就会更为严重。

最后ITO坯体在脱模后，这种夹层被保留下来，在后续的干燥过程中，ITO坯体水分蒸发并引起收缩，引起坯体内部应力的变化，ITO坯体就易沿中间夹层处出现开裂，导致出现不合格品。

由此看出：ITO坯体产生中间夹层现象的主要原因是ITO浆料的配制方式，如果ITO浆料的配制方式发生改变，则有可能最大程度减少ITO坯体的中间夹层现象。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种消除压力注浆成型时ITO坯体中间夹层的方法，该方法通过调整ITO浆料的性能即提高ITO浆料的固含量并在浆料中加入适量的助滤剂以减少中间夹层现象，进而防止ITO坯体在干燥过程中出现开裂，提高ITO坯体的成品率。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种消除压力注浆成型时ITO坯体中间夹层的方法，ITO浆料经压力注浆成型为ITO坯体，ITO浆料由ITO粉体提供，ITO粉体按重量份的配比是氧化铟:氧化锡=90:10，该方法中使用到滚筒球磨机或是行星式球磨机，滚筒球磨机或是行星式球磨机均采用镶嵌有聚氨酯内衬的不锈钢罐，滚筒球磨机或是行星式球磨机采用的球磨介质均为氧化锆球，该氧化锆球的直径控制在10mm内；本发明的特征是：

选取纯度大于99.99%、平均粒径为0.1~2μm且固含量在88~90%的ITO粉体10500g，要求ITO粉体的粘度控制在881~1300mPa·s，将10500gITO粉体分成三份，每份ITO粉体均为3500g；

根据ITO粉体的固含量选用1167~1432g的去离子水，即当ITO粉体的固含量为88%时取1432g的去离子水，当ITO粉体的固含量为90%时取1167g的去离子水；

根据ITO粉体的总重选取0.9~1.55%的有机分散剂，该有机分散剂是聚丙烯酸类或是聚羧酸类中的任一种；

根据ITO粉体的总重选取0.3~0.5%的氨水，要求该氨水的百分浓度达到28%；

根据ITO粉体的总重选取5～20‰的助滤剂，该助滤剂为聚乙烯胺、聚丙烯酰胺、改性淀粉、CA603、Fitra Max9764中的任一种；

将上述有机分散剂放入上述去离子水中搅拌均匀得到混合溶液；

将所述混合溶液倒入所述不锈钢罐中，在80~120r/min的转速下分三批加入所述每份ITO粉体进行搅拌，每批搅拌研磨的时间控制在10~15h，三批搅拌研磨的总时间控制在30~45h，要求氧化锆球与ITO粉体总重的质量比控制在{2~4}:1，搅拌研磨后得到初级ITO浆料，所述初级ITO浆料的粘度η要求控制在881~1300mPa·s；

将所述初级ITO浆料在室温条件即0~35℃范围内陈腐10~15h，而后再次球磨3~5h制备出高固含量、易于脱水的ITO浆料；

取出上述ITO浆料并在200目的筛子中过筛，之后在ITO浆料中加入有机消泡剂进行除泡，该有机消泡剂是正辛醇、KS66、BYK017中的任一种，除泡后得到适于压注的ITO浆料；

将适于压注的ITO浆料采用压力注浆成型方式注入所述型腔规格为200×300×10mm的模具中成型，成型后立即脱模，脱模后的ITO坯体先在25℃条件下干燥2天，再在150℃条件下干燥3天，干燥后制备出ITO坯体，对ITO坯体的断口取样并在扫描电子显微镜下观察未发现中间夹层现象。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、本发明选用纯度为4N级即大于99.99%且平均粒径0.1~2μm的ITO粉体，通过加入适量的混合溶液并分三批球磨，经陈腐后再次球磨所制备出的ITO浆料其固含量很高而含水比例较低，在ITO坯体成型的最后阶段其狭窄腔室的ITO浆料因排水而造成的体积变化小，并且由于ITO浆料固含量很高，ITO浆料的粘度很高，增加了形成夹层区域的张力，使ITO浆料朝相反方向“拉伸”的难度增加，从而达到防止中间夹层现象的产生。

2、助滤剂可释放出ITO浆料颗粒中包裹的水，更容易实现ITO浆料的固液分离，提高ITO浆料的脱水速度和脱水率，这样在ITO坯体成型的最后阶段使其水残余量减少，造成总的体积变化减小，进一步达到防止中间夹层现象的产生。

3、本发明将ITO浆料陈腐后再次进行球磨，可形成一种软团聚体或称为假团聚体的ITO颗粒集团，这种ITO颗粒集团在内模的微孔表面可形成“搭桥”效应，防止部分ITO细颗粒因堵塞内模而造成的脱水困难，使ITO浆料加快脱水速度，增加脱水率，从而防止中间夹层现象的产生。

4、本发明使用的有机分散剂、助滤剂、氨水和有机消泡剂的量很少，并且可以在ITO坯体的脱脂阶段完全烧除，大大提高了ITO坯体的纯度。

附图说明

图1是模具中ITO坯体出现中间夹层的结构示意简图。

图1中：1-左模框；2-右模框；3-左外模；4-右外模；5-左内模；6-右内模；7-ITO坯体；8-中间夹层；9- 抽真空通道；10- 排水通道；11-进浆通道。

具体实施方式

本发明是一种消除压力注浆成型时ITO坯体中间夹层的方法，该方法通过改变ITO浆料的配制方式，即加入适量的助滤剂并提高ITO浆料的固含量可以有效减少ITO坯体的中间夹层，进而防止ITO坯体在干燥过程中出现开裂，提高ITO坯体的成品率。因此确切的说本发明更像是一种压力注浆成型时消除ITO坯体中间夹层的制备方法。

首先选取纯度大于99.99%、平均粒径为0.1~2μm且固含量在88~90%的ITO粉体10500g，要求ITO粉体的粘度控制在881~1300mPa·s，将10500gITO粉体分成三份，每份ITO粉体均为3500g。

为达到增加ITO浆料在中间夹层区域的张力，同时降低ITO浆料中含水比例，提高ITO浆料的脱水速度和脱水率是本发明为之努力的重要目标，为此：

根据ITO粉体的固含量选用1167~1432g的去离子水，即当ITO粉体的固含量为88%时取1432g的去离子水，当ITO粉体的固含量为90%时取1167g的去离子水。

根据ITO粉体的总重选取0.9~1.55%的有机分散剂，该有机分散剂是聚丙烯酸类或是聚羧酸类中的任一种，这种有机分散剂可以同时利用静电效应和空间位阻效应对ITO浆料进行分散，静电效应即吸附于粒子表面的电荷互相排斥以阻止粒子与粒子之间的吸附/聚集而成为大颗粒，空间位阻效应即在已吸附电荷的粒子互相接近时利用高分子的溶剂化层使它们互相滑动错开。

根据ITO粉体的总重选取0.3~0.5%的氨水，要求该氨水的百分浓度达到28%。

根据ITO粉体的总重选取5～20‰的助滤剂，该助滤剂为聚乙烯胺、聚丙烯酰胺、改性淀粉、CA603、Fitra Max9764中的任一种，这种助滤剂可释放出ITO浆料颗粒中包裹的水，更容易实现ITO浆料的固液分离，提高ITO浆料的脱水速度和脱水率，这样在ITO坯体成型的最后阶段使其水残余量减少，造成总的体积变化减小，进一步达到防止中间夹层的产生。

本发明使用的有机分散剂、助滤剂、氨水和有机消泡剂的量很少，并且可以在ITO坯体的脱脂阶段完全烧除，大大提高了ITO坯体的纯度。

本发明并不局限于以下两个实施例，两个实施例的未述内容均以技术方案为准。

实施例1

按照ITO粉体88%的固含量取1432g去离子水，再根据ITO粉体总重的0.9%选取聚丙烯酸类分散剂94.5g，根据ITO粉体总重的0.3%选用28%浓度的氨水31.5g，根据ITO粉体总重的5‰选取聚丙烯酰胺助滤剂52.5g。将聚丙烯酸类分散剂、氨水和聚丙烯酰胺助滤剂放入去离子水中搅拌均匀得到混合溶液。将该混合溶液倒入所述不锈钢罐中，在80r/min的转速下分三批加入所述每份ITO粉体进行搅拌，每批搅拌研磨的时间控制在15h，三批搅拌研磨的总时间控制在45h，要求氧化锆球与ITO粉体总重的质量比控制在4:1，搅拌研磨后得到初级ITO浆料，所述初级ITO浆料的粘度是1300mPa·s。这样，所述初级ITO浆料的固含量和粘度均达到要求。1300mPa·s的粘度可以保证夹层区域ITO浆料具有足够的张力，而ITO浆料中的含水比例仅为13.64%，助滤剂的加入提高了脱水速度和脱水率。ITO浆料张力的提高、含水率的降低以及脱水速度和脱水率的提高均有助于消除ITO坯体产生中间夹层现象。

将所述初级ITO浆料在室温条件即25℃范围内陈腐15h，而后再次球磨5h制备出高固含量、易于脱水的ITO浆料。

取出上述ITO浆料并在200目的筛子中过筛，之后在ITO浆料中加入正辛醇进行除泡，除泡后得到适于压注的ITO浆料。

将适于压注的ITO浆料采用压力注浆成型方式注入所述型腔规格为200×300×10mm的模具中成型，成型后立即脱模，脱模后的ITO坯体经检测含水量仅为8.1%。脱模后ITO坯体先在25℃条件下干燥2天，再在150℃条件下干燥3天，干燥后制备出ITO坯体，对ITO坯体的断口取样并在扫描电子显微镜下观察未发现中间夹层现象。

实施例2

按照ITO粉体90%的固含量取1167g去离子水，再根据ITO粉体总重的1.55%选取聚羧酸类分散剂162.75g，根据ITO粉体总重的0.5%选用28%浓度的氨水52.5g，根据ITO粉体总重的20‰选取聚丙烯酰胺助滤剂210g。将聚羧酸类分散剂、氨水和聚丙烯酰胺助滤剂放入去离子水中搅拌均匀得到混合溶液。将该混合溶液倒入所述不锈钢罐中，在120r/min的转速下分三批加入所述每份ITO粉体进行搅拌，每批搅拌研磨的时间控制在10h，三批搅拌研磨的总时间控制在30h，要求氧化锆球与ITO粉体总重的质量比控制在2:1，搅拌研磨后得到初级ITO浆料，所述初级ITO浆料的粘度是881mPa·s。这样，所述初级ITO浆料的固含量和粘度均达到要求。881mPa·s的粘度可以保证夹层区域ITO浆料具有足够的张力，而ITO浆料中的含水比例仅为11.11%，助滤剂的加入可提高脱水速度和脱水率。ITO浆料张力的提高、含水率的降低以及脱水速度和脱水率的提高均有助于消除ITO坯体产生中间夹层现象。

将所述初级ITO浆料在室温条件即25℃范围内陈腐10h，而后再次球磨3h制备出高固含量、易于脱水的ITO浆料。

取出上述ITO浆料并在200目的筛子中过筛，之后在ITO浆料中加入正辛醇进行除泡，除泡后得到适于压注的ITO浆料。

将适于压注的ITO浆料采用压力注浆成型方式注入所述型腔规格为200×300×10mm的模具中成型，成型后立即脱模，脱模后的ITO坯体经检测含水量仅为7.5%。脱模后ITO坯体先在25℃条件下干燥2天，再在150℃条件下干燥3天，干燥后制备出ITO坯体，对ITO坯体的断口取样并在扫描电子显微镜下观察未发现中间夹层现象。

为了公开本发明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发明范围内的实施例的所有变化和改进。

综上，本发明在成型时用压缩空气作为加压介质，使ITO浆料通过进浆通道进入内模的坯体型腔中，ITO浆料中的水分别通过内模、外模的空隙和排水通道排出模具之外，而ITO浆料中的粉料形成了脱水滤饼，不断由内模的内壁向内部堆积，后续进入的浆料则先后通过滤饼、内外模的空隙和排水通道排出模具之外，直到成为实心的坯体，由此实现固液分离而成型。

Claims (1)

1.一种消除压力注浆成型时ITO坯体中间夹层的方法，ITO浆料经压力注浆成型为ITO坯体，ITO浆料由ITO粉体提供，ITO粉体按重量份的配比是氧化铟:氧化锡=90:10，该方法中使用到滚筒球磨机或是行星式球磨机，滚筒球磨机或是行星式球磨机均采用镶嵌有聚氨酯内衬的不锈钢罐，滚筒球磨机或是行星式球磨机采用的球磨介质均为氧化锆球，该氧化锆球的直径控制在10mm内；其特征是：

选取纯度大于99.99%、平均粒径为0.1~2μm且固含量在88~90%的ITO粉体10500g，要求ITO粉体的粘度控制在881~1300mPa·s，将10500gITO粉体分成三份，每份ITO粉体均为3500g；

根据ITO粉体的固含量选用1167~1432g的去离子水，即当ITO粉体的固含量为88%时取1432g的去离子水，当ITO粉体的固含量为90%时取1167g的去离子水；

根据ITO粉体的总重选取0.9~1.55%的有机分散剂，该有机分散剂是聚丙烯酸类或是聚羧酸类中的任一种；

根据ITO粉体的总重选取0.3~0.5%的氨水，要求该氨水的百分浓度达到28%；

根据ITO粉体的总重选取5～20‰的助滤剂，该助滤剂为聚乙烯胺、聚丙烯酰胺、改性淀粉、CA603、Fitra Max9764中的任一种；

将上述有机分散剂放入上述去离子水中搅拌均匀得到混合溶液；

将所述混合溶液倒入所述不锈钢罐中，在80~120r/min的转速下分三批加入所述每份ITO粉体进行搅拌，每批搅拌研磨的时间控制在10~15h，三批搅拌研磨的总时间控制在30~45h，要求氧化锆球与ITO粉体总重的质量比控制在{2~4}:1，搅拌研磨后得到初级ITO浆料，所述初级ITO浆料的粘度η要求控制在881~1300mPa·s；

将所述初级ITO浆料在室温条件即0~35℃范围内陈腐10~15h，而后再次球磨3~5h制备出高固含量、易于脱水的ITO浆料；

取出上述ITO浆料并在200目的筛子中过筛，之后在ITO浆料中加入有机消泡剂进行除泡，该有机消泡剂是正辛醇、KS66、BYK017中的任一种，除泡后得到适于压注的ITO浆料；

将适于压注的ITO浆料采用压力注浆成型方式注入所述型腔规格为200×300×10mm的模具中成型，成型后立即脱模，脱模后的ITO坯体先在25℃条件下干燥2天，再在150℃条件下干燥3天，干燥后制备出ITO坯体，对ITO坯体的断口取样并在扫描电子显微镜下观察未发现中间夹层现象。