CN104802284B - 一种制备大规格ito坯体的方法 - Google Patents

Abstract

一种制备大规格ITO坯体的方法，先通过真空泵对微孔组合模具型腔实施抽真空，在ITO浆料中加入有机消泡剂以防止产生气泡或是被卷入的气泡，从而防止ITO坯体因此而产生针孔缺陷，使用压缩空气作为压力介质，通过自动加压程序控制由管路将ITO浆料压入模具型腔中，在此过程中ITO浆料中的水通过双酚A型微孔环氧树脂或是石膏模具中的空隙排出型腔外，而ITO浆料中的粉料形成了脱水滤饼并不断由模具内壁向内部堆积，后续进入的ITO浆料则先后通过滤饼中和模具中的空隙排出型腔外，直到成为实心的ITO坯体，实现了ITO浆料的固液分离，消除ITO坯体的针孔缺陷，自动化程度高，ITO坯体密度高、强度高、规格大，可净尺寸成型。

Description

一种制备大规格ITO坯体的方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，尤其涉及到一种制备大规格ITO坯体的方法。

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。

已知的ITO坯体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CIP进一步提高ITO坯体的致密度，干法成形制备过程短、操作简单，但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、难于压制大规格ITO坯体。

湿法成型分为常压注浆成型、压滤注浆成型等方法，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，该法可得到均匀的板状坯体，但注浆成型的难点是适合于浇注浆料，如公开号为JP2007-055055及公开号为JP1997-272109等；压滤注浆在2010年陶瓷第7期《高性能ITO陶瓷靶材生产技术发展趋势》一文中曾提到：以去离子水为溶剂，将ITO粉制成浆料，再在一定压力下注入模具内使之成型为素坯等，但该文对制备ITO坯体的装置未做过多介绍，工艺流程复杂，自动化程度不高，制备的坯体密度偏低、规格偏小。

上述方法制备的ITO坯体均存在密度不均匀、难于压制大规格坯体以及存在石膏模注浆成型时间较长、成型坯体密度偏低、强度不足、坯体易出现开裂、分层等缺陷，同时上述方法还难于制备密度高、强度高、大规格ITO坯体。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种制备大规格ITO坯体的方法，该方法使用的微孔组合模具由双酚A型微孔环氧树脂或是石膏制作，通过真空泵对各微孔组合模具的型腔实施抽真空，使用压缩空气作为压力介质将ITO浆料压入各微孔组合模具的型腔中，实现了ITO浆料的固液分离，自动化程度高，制备的ITO坯体具有密度高、强度高、规格大，可净尺寸成型。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备大规格ITO坯体的方法，ITO是指一种铟锡氧化物，ITO粉体按重量份的配比是氧化铟:氧化锡=90:10，该ITO粉体的固含量要求控制在80~90%，该方法包括ITO粉体制备ITO浆料、ITO浆料压注制备ITO坯体，在ITO粉体制备ITO浆料过程中使用到去离子水、有机分散剂、滚筒球磨机或是行星式球磨机、有机消泡剂，在ITO浆料压注成型ITO坯体过程中使用到微孔组合模具、真空泵、自动注浆机，本发明的特征如下：

Ⅰ、ITO粉体制备ITO浆料：

选取纯度大于99.99%、平均粒径为0.02~1μm的ITO粉体25000g，将25000gITO粉体分成四份，每份ITO粉体均为6250g；

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聚氨酯球或是氧化锆球，聚氨酯球或是氧化锆球的直径均控制在10mm内；

根据ITO粉体的固含量选用2778~6250g的去离子水，再根据ITO粉体总重的0.5~1%选取有机分散剂，有机分散剂是聚丙烯酸类或是聚羧酸类的任一种，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120~200r/min的转速下分四批加入所述每份ITO粉体进行搅拌，每批搅拌研磨的时间控制在5~10h，四批搅拌研磨的总时间控制在20~40h，要求聚氨酯球或是氧化锆球与ITO粉体总重的质量比控制在{1.5~4}: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20~995mPa·s；

取出所述初级ITO浆料并在200目的筛子中过筛，之后在所述初级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；

Ⅱ、ITO浆料压注制备ITO坯体：

微孔组合模具的型腔尺寸为高{600~700}×宽{700~800}×厚{10~12}mm，微孔组合模具或采用双酚A型微孔环氧树脂制作而成，或采用石膏制作而成，压注前通过真空泵对微孔组合模具的型腔实施抽真空，真空泵的抽真空压力控制在200~1000Pa；

将ITO浆料倒入自动注浆机的储浆容器内进行机械搅拌，通过压缩空气将ITO浆料注入微孔组合模具的型腔中，待ITO浆料完全充填微孔组合模具后再采用六步自动加压法压注制备ITO坯体，六步自动加压法分述如下：

第一步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至0.2~0.3MPa并保压2~3min；

第二步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至0.4~0.5MPa并保压5~7min；

第三步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至0.6~0.7MPa并保压8~10min；

第四步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至0.8~0.9MPa并保压15~20min；

第五步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至1.0~1.1MPa并保压20~25min；

第六步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至1.2~1.3MPa并保压30~35min；

上述六步自动加压程序结束后自动卸压至常压，当ITO坯体成型后立即脱模即可得到高密度、高强度的大规格ITO坯体，经检测ITO坯体的检测密度处于5.01~5.37g/cm³ 。

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0.02~1μm的ITO粉体，通过加入适量的混合溶液制备出ITO浆料，经有机消泡剂除泡后再通过六步自动加压法制备出大规格、高强度、高密度的ITO坯体。

2、本发明使用的有机分散剂和有机消泡剂的量很少，可以在ITO坯体的脱脂阶段完全被烧除，大大提高了ITO坯体的纯度。

3、高固含量的ITO浆料是制备高强度、高密度ITO坯体的必要条件之一，制备出的ITO坯体通过称重法测量其测量密度可达5.01~5.37g/cm³，该测量密度接近或高于干法成型时冷等静压在200~230MPa后的密度，故本发明可以不经过冷等静压而直接烧结出ITO坯体，也省去了干压成型方法中喷雾造粒、大吨位压机等相关设备和工序，按检测密度约为理论密度的70~75%计算可推算出ITO坯体的理论密度约在7.15g/cm³左右，较高的密度才能使ITO坯体具有较高的强度，强度高了才能做出大规格的ITO坯体，避免在搬运或干燥过程中使ITO坯体开裂，制备成本低廉。

具体实施方式

本发明是一种制备大规格ITO坯体的方法，在ITO粉体制备ITO浆料过程中使用到去离子水、有机分散剂、滚筒球磨机或是行星式球磨机、有机消泡剂，在ITO浆料压注成型ITO坯体过程中使用到微孔组合模具、真空泵、自动注浆机。

结合本发明的技术方案，微孔组合模具与现有模具结构相同，不同的是微孔组合模具的结构尺寸得到放大，而且微孔组合模具由双酚A型微孔环氧树脂或是石膏制作而成，首先通过真空泵对微孔组合模具型腔实施抽真空，在ITO浆料中加入有机消泡剂，这样可防止产生ITO浆料中的气泡以及模具型腔中的空气因ITO浆料进入卷入的气泡，从而防止ITO坯体因此而产生的针孔缺陷。使用压缩空气作为压力介质，通过自动加压程序控制并由管路将ITO浆料压入各微孔组合模具的型腔中，在此过程中ITO浆料中的水份通过双酚A型微孔环氧树脂或是石膏模具中的空隙排出型腔外，而ITO浆料中的粉料形成了脱水滤饼并不断由模具内壁向内部堆积，后续进入的ITO浆料则先后通过滤饼中和模具中的空隙排出型腔外直到成为实心的ITO坯体。上述成型方式实现了ITO浆料的固液分离，同时消除ITO坯体的针孔缺陷，自动化程度高，制备的ITO坯体具有密度高、强度高、规格大，可净尺寸成型。

本发明使用的有机分散剂是聚丙烯酸类或是聚羧酸类的任一种，使用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。

本发明使用的有机消泡剂是正辛醇、KS66、BYK017中的任一种，有机消泡剂加入后可以溶入ITO浆料的气泡液，能显著降低该处的表面张力。其次有机消泡剂对水的溶解度较小，表面张力的降低仅限于气泡局部，而气泡周围的表面张力几乎没有变化，表面张力降低的部分被强烈地向四周牵引、延伸，最后破裂，所以加入有机消泡剂，不仅可消除已产生的气泡同时也抑制新气泡的产生，这样除泡后就能得到适于压注的ITO浆料。

在ITO粉体制备ITO浆料过程中，选取纯度大于99.99%、平均粒径为0.02~1μm且固含量在80~90%的ITO粉体25000g，将25000gITO粉体分成四份，每份ITO粉体均为6250g，这是通用规则。

不论是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聚氨酯球或是氧化锆球，聚氨酯球或是氧化锆球的直径均控制在10mm内，这也是通用规则。

微孔组合模具或采用双酚A型微孔环氧树脂制作而成，或采用石膏制作而成。压注前通过真空泵对微孔组合模具的型腔实施抽真空，抽真空可以防止ITO浆料进入所述型腔时产生新的气泡，因为新的气泡会使制备出的ITO坯体内部产生气孔，从而影响ITO坯体的强度和密度。

以下是根据上述通用规则而举的三个实施例，本发明并不局限于三个实施例，三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80%的固含量取6250g去离子水，再根据ITO粉体总重的0.6%选取聚丙烯酸类150g，将聚丙烯酸类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150r/min的转速下分四批加入所述每份ITO粉体进行搅拌，每批搅拌研磨的时间控制在5h，四批搅拌研磨的总时间控制在20h，要求聚氨酯球或是氧化锆球与ITO粉体总重的质量比控制在3:1，搅拌研磨后得到初级ITO浆料，所述初级ITO浆料的粘度是20mPa·s。

取出所述初级ITO浆料并在200目的筛子中过筛，之后在所述初级ITO浆料中加入正辛醇除泡得到ITO浆料。

微孔组合模具的型腔尺寸为600×700×10mm，真空泵的抽真空压力控制在430Pa，将ITO浆料倒入自动注浆机的储浆容器内进行机械搅拌，通过压缩空气将ITO浆料注入微孔组合模具的型腔中，待ITO浆料完全充填微孔组合模具后再采用六步自动加压法压注制备ITO坯体，六步自动加压法程序为：1min升压至0.2MPa并保压2min；1min升压至0.4MPa并保压5min；1min升压至0.6MPa并保压8min；1min升压至0.8MPa并保压15min；1min升压至1.0MPa并保压20min；1min升压至1.2MPa并保压30min，六步自动加压程序结束后自动卸压至常压，当ITO坯体成型后立即脱模即可得到高密度、高强度的大规格ITO坯体，经检测ITO坯体的检测密度是5.01g/cm³。

实施例2

按照ITO粉体85%的固含量取4411.8g去离子水，再根据ITO粉体总重的0.9%选取聚丙烯酸类225g，将聚丙烯酸类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160r/min的转速下分四批加入所述每份ITO粉体进行搅拌，每批搅拌研磨的时间控制在7h，四批搅拌研磨的总时间控制在28h，要求聚氨酯球或是氧化锆球与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591mPa·s。

取出所述初级ITO浆料并在200目的筛子中过筛，之后在所述初级ITO浆料中加入BYK017除泡得到ITO浆料。

微孔组合模具的型腔尺寸为600×700×10mm，真空泵的抽真空压力控制在660Pa，将ITO浆料倒入自动注浆机的储浆容器内进行机械搅拌，通过压缩空气将ITO浆料注入微孔组合模具的型腔中，待ITO浆料完全充填微孔组合模具后再采用六步自动加压法压注制备ITO坯体，六步自动加压法程序为：1min升压至0.25MPa并保压2min；1min升压至0.5MPa并保压6min；1min升压至0.65MPa并保压9min；1min升压至0.85MPa并保压20min；1min升压至1.0MPa并保压25min；1min升压至1.25MPa并保压30min，六步自动加压程序结束后自动卸压至常压，当ITO坯体成型后立即脱模即可得到高密度、高强度的大规格ITO坯体，经检测ITO坯体的检测密度是5.15g/cm³。

实施例3

按照ITO粉体90%的固含量取2778g去离子水，再根据ITO粉体总重的1%选取聚羧酸类250g，将聚羧酸类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160r/min的转速下分四批加入所述每份ITO粉体进行搅拌，每批搅拌研磨的时间控制在10h，四批搅拌研磨的总时间控制在40h，要求聚氨酯球或是氧化锆球与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995mPa·s。

取出所述初级ITO浆料并在200目的筛子中过筛，之后在所述初级ITO浆料中加入KS66除泡得到ITO浆料。

微孔组合模具的型腔尺寸为600×700×10mm，真空泵的抽真空压力控制在350Pa，将ITO浆料倒入自动注浆机的储浆容器内进行机械搅拌，通过压缩空气将ITO浆料注入微孔组合模具的型腔中，待ITO浆料完全充填微孔组合模具后再采用六步自动加压法压注制备ITO坯体，六步自动加压法程序为：1min升压至0.3MPa并保压3min；1min升压至0.5MPa并保压7min；1min升压至0.7MPa并保压10min；1min升压至0.9MPa并保压20min；1min升压至1.1MPa并保压25min；1min升压至1.3MPa并保压35min，六步自动加压程序结束后自动卸压至常压，当ITO坯体成型后立即脱模即可得到高密度、高强度的大规格ITO坯体，经检测ITO坯体的检测密度是5.37g/cm³。

Claims (1)

1.一种制备大规格ITO坯体的方法，ITO是指一种铟锡氧化物，ITO粉体按重量份的配比是氧化铟:氧化锡=90:10，该方法包括ITO粉体制备ITO浆料、ITO浆料压注制备ITO坯体，在ITO粉体制备ITO浆料过程中使用到去离子水、有机分散剂、滚筒球磨机或是行星式球磨机、有机消泡剂，在ITO浆料压注成型ITO坯体过程中使用到微孔组合模具、真空泵、自动注浆机，其特征是：

Ⅰ、ITO粉体制备ITO浆料：

选取纯度大于99.99%、平均粒径为0.02~1μm的ITO粉体25000g，将25000gITO粉体分成四份，每份ITO粉体均为6250g；

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聚氨酯球或是氧化锆球，聚氨酯球或是氧化锆球的直径均控制在10mm内；

根据ITO粉体总重选用2778~6250g的去离子水，再根据ITO粉体总重的0.5~1%选取有机分散剂，有机分散剂是聚丙烯酸类或是聚羧酸类的任一种，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120~200r/min的转速下分四批加入所述每份ITO粉体进行搅拌，每批搅拌研磨的时间控制在5~10h，四批搅拌研磨的总时间控制在20~40h，要求聚氨酯球或是氧化锆球与ITO粉体总重的质量比控制在{1.5~4}: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20~995mPa·s；

取出所述初级ITO浆料并在200目的筛子中过筛，之后在所述初级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；

Ⅱ、ITO浆料压注制备ITO坯体：

微孔组合模具的型腔尺寸为高{600~700}×宽{700~800}×厚{10~12}mm，微孔组合模具或采用双酚A型微孔环氧树脂制作而成，或采用石膏制作而成，压注前通过真空泵对微孔组合模具的型腔实施抽真空，真空泵的抽真空压力控制在200~1000Pa；

将ITO浆料倒入自动注浆机的储浆容器内进行机械搅拌，通过压缩空气将ITO浆料注入微孔组合模具的型腔中，待ITO浆料完全充填微孔组合模具后再采用六步自动加压法压注制备ITO坯体，六步自动加压法分述如下：

第一步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至0.2~0.3MPa并保压2~3min；

第二步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至0.4~0.5MPa并保压5~7min；

第三步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至0.6~0.7MPa并保压8~10min；

第四步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至0.8~0.9MPa并保压15~20min；

第五步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至1.0~1.1MPa并保压20~25min；

第六步在1min内对微孔组合模具的型腔升压至1.2~1.3MPa并保压30~35min；

上述六步自动加压程序结束后自动卸压至常压，当ITO坯体成型后立即脱模即可得到高密度、高强度的大规格ITO坯体，经检测ITO坯体的检测密度处于5.01~5.37g/cm³ 。