CN108623287A - 一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法 - Google Patents

一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108623287A
CN108623287A CN201810645409.7A CN201810645409A CN108623287A CN 108623287 A CN108623287 A CN 108623287A CN 201810645409 A CN201810645409 A CN 201810645409A CN 108623287 A CN108623287 A CN 108623287A
Authority
CN
China
Prior art keywords
indium gallium
gallium zinc
sintered body
flow process
biscuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810645409.7A
Other languages
English (en)
Inventor
孙本双
何季麟
舒永春
曾学云
陈杰
李庆奎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou University
Original Assignee
Zhengzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou University filed Critical Zhengzhou University
Priority to CN201810645409.7A priority Critical patent/CN108623287A/zh
Publication of CN108623287A publication Critical patent/CN108623287A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3284—Zinc oxides, zincates, cadmium oxides, cadmiates, mercury oxides, mercurates or oxide forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C04B2235/6585—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures at an oxygen percentage above that of air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明提供一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，包括将氧化铟粉体、氧化镓粉体和氧化锌粉体球磨混匀，得到混合粉体；将混合粉体与料浆液混合，得到料浆，该料浆中混合粉体的质量含量设置在30％～50％之间；将料浆喷雾造粒、模压成型，得到素坯；将素坯进行一体化脱脂烧结，得到氧化铟镓锌烧结体。采用脱脂烧结一体化工艺，烧结温度降低，烧结时间大大缩短，实现了快速脱脂烧结，抑制了晶粒长大，制备的氧化铟镓锌烧结体的晶粒细小、均匀，晶粒平均粒度为4μm～5μm，密度高，其相对密度可达到99.7％以上。

Description

一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法
技术领域
本申请属于金属氧化物靶向材料技术领域，具体涉及一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法。
背景技术
作为制备高性能薄膜晶体管(TFTs)沟道层的透明非晶氧化物半导体(TAOSs)材料，氧化物半导体薄膜具备良好的低温生长性、简单的制备工艺、较高的迁移率和光透过性，成为最有希望的下一代显示技术驱动器件，得到日益重视和发展。已报道的TAOS-TFT沟道层材料系统有：In-Ga-Zn-O、In-Zn-O、Sn-Zn-O、Al-Zn-Sn-O、In-Ti-Zn-O等。作为透明非晶态氧化物半导体典型材料的α-IGZO，其薄膜晶体管的导带是由金属离子的S轨道交叠而成，晶型(多晶还是非晶)对迁移率的影响不大，相对于共价键结构的Si基TFT,即使非晶也能达到高的迁移率(1-10cm2/vs)，同时具有优异的光电性能，成为次世代显示技术LCD、AMOLED、柔性显示、电子纸等驱动元件的有力候选者。相比传统的硅基TFT，α-IGZO-TFT优点是，低温PVD制作工艺和高透光率，良好的均匀性和稳定性，TFT材料的金属成分和沉积参数可控；提供更低的功耗和更快的响应时间，可生产高像素密度(更大的分辨率)驱动更高刷新率(240Hz或更高)的液晶面板，表现为精细化、高触控性、高生产效率和低功耗特点。
目前通常采用氧气氛烧结法制备氧化铟镓锌(IGZO)靶材，工艺简单、易操作、避免了高压氧气的危险，能够使靶坯完全致密化。但是，如专利文献CN201410068331.9、CN201210424320.0等所公开，IGZO靶材冷压素坯在完成脱脂工序后，坯体强度很低，稍有震动，即会造成断裂或裂纹，此缺陷一旦出现，由于IGZO烧结致密化性能很差将会保持到最终烧结体中；而且烧结在高温、常压(可耐1kg/cm2)、高浓度高通量氧气氛下进行，如氧气通量在30L/min以上，烧结温度在1600℃以上，烧结时间可达12小时，结果会造成烧结体晶粒粗大、强度低以及氧气的浪费，而非真正意义上的无压烧结工艺，因而烧结装置复杂，烧结成本较高，产品质量低。
发明内容
至少针对以上所述问题之一，本发明公开提供了一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，该方法将氧化铟镓锌素坯进行一体化脱脂烧结，得到氧化铟镓锌烧结体。
本发明一些实施例公开的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，氧化铟镓锌素坯的一体化脱脂烧结包括：在空气气氛下加热至脱脂温度，进行脱脂；在在氧气气氛下加热至烧结温度，进行烧结；降温至室温，得到氧化铟镓锌烧结体。
本发明一些实施例公开的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，一体化脱脂烧结过程中，脱脂过程的条件是，在空气气氛下进行，加热速率设置在10℃/h～20℃/h之间，脱脂温度设置在600℃～800℃之间，脱脂温度下保温36小时～48小时。
本发明一些实施例公开的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，一体化脱脂烧结过程中，烧结过程的条件是，在氧气气氛下进行，加热速率设置在30℃℃/h～50℃/h之间，烧结温度设置在1350℃～1500℃之间，烧结温度下保温4小时～10小时，氧气的流量设置在0.1L/min～1.0L/min之间。
本发明一些实施例公开的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，一体化脱脂烧结过程中，降温过程的条件是，以20℃～30℃/h降温速率降温至200℃，然后自然降温至室温，得到氧化铟镓锌烧结体。
本发明一些实施例公开的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，氧化铟镓锌素坯一体化脱脂烧结之前，包括氧化铟镓锌素坯的制备，具体包括：
S1、氧化铟粉体、氧化镓粉体和氧化锌粉体球磨混匀，得到混合粉体；
S2、混合粉体与料浆液混合，得到料浆，该料浆中混合粉体的质量含量设置在30％～50％之间；
S3、料浆喷雾造粒、模压成型，得到氧化铟镓锌素坯。
本发明一些实施例公开的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，氧化铟镓锌素坯一体化脱脂烧结之前，氧化铟镓锌素坯的制备过程中，料浆液包括水、1％～2％的成型剂、0.1％～0.2％的分散剂和0.1％～0.2％的消泡剂，组分含量以质量百分比计。
本发明一些实施例公开的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，氧化铟镓锌素坯一体化脱脂烧结之前，氧化铟镓锌素坯的制备过程中，步骤S3具体包括，料浆加热、喷雾到造粒器的旋转盘上，得到颗粒体；收集颗粒体，模压得到模压坯；模压坯进行冷等静压压制，得到氧化铟镓锌素坯。
本发明一些实施例公开的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，氧化铟镓锌素坯一体化脱脂烧结之前，氧化铟镓锌素坯的制备过程中，步骤S3中料浆加热的温度设置在120℃～360℃之间，喷雾的压力设置在0.1MPa～0.3MPa之间。
本发明一些实施例公开的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，氧化铟镓锌素坯一体化脱脂烧结之前，氧化铟镓锌素坯的制备过程中，步骤S3中旋转盘的旋转速度设置在10000rpm～30000rpm之间。
本发明一些实施例公开的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，氧化铟镓锌素坯一体化脱脂烧结之前，氧化铟镓锌素坯的制备过程中，步骤S3中模压坯的相对密度控制在48％～52％之间，氧化铟镓锌素坯的相对密度控制在58％～62％之间。
本发明公开的制备方法采用脱脂烧结一体化工艺，烧结温度降低，烧结时间大大缩短，实现了快速脱脂烧结，抑制了晶粒长大，制备的IGZO烧结体的晶粒细小、均匀，晶粒平均粒度为4μm～5μm，密度高，其相对密度可达到99.7％以上，工艺周期缩短到120小时以内，制备效率显著提高，成品率提高20％以上。
附图说明
图1本发明实施例公开的氧化铟镓锌烧结体短流程制备方法流程图；
图2实施例1氧化铟粉体、氧化镓粉体、氧化锌粉体、混合粉体的扫描电镜图；
图3实施例1氧化铟镓锌颗粒体扫描电镜图；
图4实施例1氧化铟镓锌烧结体扫描电镜图。
具体实施方式
在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本法实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明公开的内容。
除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本发明中的其它未特别注明的原材料、试剂、试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常使用的原材料和试剂，以及通常采用的实验方法和技术手段；h表示的时间单位为小时，min表示的时间单位为分钟，rpm表示的搅拌速度的单位为转/分钟；料浆液是指用于与混合粉体形成料浆的液体组合物，以水为主要成分，添加有其他助剂，如成型剂、分散剂、消泡剂等，助剂的含量以其在液体组合物中的质量百分比含量表示。
本公开所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。浓度、量和其它数值数据在本文中可以以范围格式表示或呈现。这样的范围格式仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1％至5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。
在本公开，包括权利要求书中，所有连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。只有连接词“由...构成”和“由...组成”应该是封闭或半封闭连接词。
以下结合具体实施方式和本发明公开的短流程制备方法流程图，见图1，对本发明公开的制备方法进一步说明，以便本领域技术人员实施。
在一些实施方式中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法依照以下步骤流程进行：
S1、氧化铟粉体、氧化镓粉体和氧化锌粉体球磨混匀，得到混合粉体；
S2、混合粉体与料浆液混合，得到料浆，该料浆中混合粉体的质量含量设置在30％～50％之间；
S3、料浆喷雾造粒，模压成型，得到氧化铟镓锌素坯；
S4、一体化脱脂烧结氧化铟镓锌素坯，得到氧化铟镓锌烧结体。
本发明一些实施方式中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法包括将氧化铟粉体、氧化镓粉体和氧化锌粉体球磨混匀，得到混合粉体；作为可选实施方式，氧化铟粉体、氧化镓粉体和氧化锌粉体原料采用普通市售产品，可以由酸法、电解法、水热合成和物理蒸发法中的任一方法制得，氧化铟粉体、氧化镓粉体及氧化锌粉体的宏观形貌也可不作限制，例如，粉体可以是球形、片形或棒状。作为可选实施方式，将氧化铟粉体、氧化镓粉体和氧化锌粉体在球磨料筒中球磨混合，混合时加入研磨球和纯水，球料比设置为4:1～2:1；用于球磨的大球与小球的数量比设置选择3:1～2:1之间；大球的直径设置在3mm～10mm之间，小球的直径设置在0.5mm～1.6mm之间。在一些实施方式中，混合粉体中氧化铟粉体、氧化镓粉体和氧化锌粉体的组成配比，按照氧化物粉体中金属原子的摩尔比设置，例如可以设置该摩尔比为1:1:1。
本发明一些实施方式中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法包括将混合粉体与料浆液混合，得到料浆，该料浆中混合粉体的质量含量设置在30％～50％之间。在一些实施方式中，料浆液包括水、1％～2％的成型剂、0.1％～0.2％的分散剂和0.1％～0.2％的消泡剂，组分含量以质量百分比计。作为可选实施方式，成型剂为聚乙烯醇，分散剂为聚丙烯酸铵，消泡剂为正丁醇，；在一些实施方式中，混合粉体与料浆液采用球磨混合的方式进行，球磨混合时间设置在2小时～6小时之间，球磨条件，例如球料比、球磨球、球磨速率等，可以与混合粉体的球磨过程保持一致。
本发明一些实施方式中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法包括将料浆喷雾造粒、模压成型，得到素坯。具体地，将料浆加热、喷雾到造粒器的旋转盘上，得到颗粒体；将颗粒体收集，模压得到模压坯；模压坯进行冷等静压压制，得到素坯。
素坯制备过程中，造粒器的旋转盘对粉体粒度粒形有着重要影响，旋转盘直径、旋转速度、浆料降落距离、降落时间等旋转盘的相关参数都对粉体粒度粒形产生影响。其中旋转盘的转速的影响更为明显，其转速越高，获得的颗粒度越小，然而转速过高会导致颗粒的形状难以控制，球化效果变差，球化率低。在一些实施例中，旋转盘转速设置在10000rpm～30000rpm之间；一些较为优选的实施例中，旋转盘转速设置在12000rpm～20000rpm之间；进一步，在一些较为优选的实施例中，旋转盘转速设置在13000rpm～18000rpm之间；在一些更为优选的实施例中，旋转盘转速设置在14000rpm～16000rpm之间。
素坯制备过程中，造粒器的喷雾口的加热温度对粉体粒度粒形的保持也至关重要，温度过高或过低均不利于粉体的球化，本发明一些实施方式中，喷雾口的加热温度设置在120℃～360℃之间；进一步，在一些较为优选的实施方式中，喷雾口加热温度设置在150℃～300℃之间；在一些更为优选的实施方式中，喷雾口加热温度设置在180℃～260℃之间；进一步，在一些更为优选的实施方式中，喷雾口加热温度设置在200℃～240℃之间。在本发明一些实施方式中，喷雾的压力设置在0.1MPa～0.3MPa之间。
素坯制备过程中，造粒器制备的颗粒体由牵引旋风带入收粉室进行收集，收集口的温度控制在100℃以下。收集的颗粒体送入双向自动粉末压机模腔中，压制完毕后自动脱模，得到模压坯；进一步，将模压坯包套密封，例如置于塑料或橡胶软包套中，使用真空抽吸法对包套进行除气；再密封包套，将包套放入冷等静压缸内，升压压制，压制工序完成后，脱去包套，得到素坯。压制压强值影响素坯的密度，进一步会影响脱脂烧结过程，密度适中的素坯，保留部分孔隙度，一方面有利于随后烧结工序中树脂粘结剂的脱除，另外一方面素坯具有足够的强度，便于搬运。在一些实施方式中，压制压强选择设置在200kg/cm2～400kg/cm2之间；进一步，在一些实施方式中，压制压强较为优选设置在240kg/cm2～360kg/cm2之间；在一些实施方式中，压制压强更为优选设置在280kg/cm2～320kg/cm2之间。在一些可选实施方式中，模压坯的相对密度控制在48％～52％之间，素坯的相对密度控制在58％～62％之间。
本发明一些实施方式中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法包括，在空气气氛下加热至脱脂温度，进行脱脂过程；在在氧气气氛下加热至烧结温度，进行烧结过程；降温至室温，得到氧化铟镓锌烧结体。本发明公开述及的一体化脱脂烧结，通常是指脱脂与烧结过程连续进行，脱脂过程完成后直接换通氧气，升温到烧结温度进行烧结，缩短了烧结过程，简化了烧结工艺，提高了成品率。
脱脂过程中，脱脂升温速度过快，很容易造成素坯内成型剂激烈挥发、膨胀溢出，造成素坯体断裂或内部裂纹，形成的断裂或内部裂纹会严重影响随后的烧结过程，烧结密度会严重下降，而且烧结裂纹和收缩断裂现象很难避免；然而脱脂升温速度过慢会延长烧结周期，降低烧结效率，提高制造成本。作为可选实施方案，脱脂升温速度可选在10℃/h～20℃/h之间；作为较为优选的实施方案，脱脂升温速度设置在12℃/h～18℃/h之间；作为更为优选的实施方案，脱脂升温速度设置在14℃/h～16℃/h之间。
脱脂过程中，脱脂温度太低会导致脱脂不能彻底完成，残余的粘结剂等任何杂质组分都会严重影响后续烧结过程，残余粘结剂的继续挥发会诱导坯体内部裂纹；然而太高的脱脂温度会导致过早预烧结，使素坯烧结活性大大降低，素坯的预烧结会导致烧结驱动力的下降，致使最终的烧结过程难以实现完全致密化。作为可选实施方式，脱脂温度可选在600℃～800℃之间；作为一些可选实施方式，脱脂温度较为优选在650℃～750℃；作为一些可选实施方式，脱脂温度更为优选在680℃～720℃之间。
进一步，作为可选实施方式，脱脂温度下保温时间设置为36小时～48小时，较为优选40小时～46小时。
烧结过程中，烧结温度和保温时间对烧结体的性能影响更为明显。烧结温度对烧结体的密度和微观组织非常敏感，烧结温度升高可以使烧结体密度增大，但会加速烧结体的挥发，因为IGZO属于极易挥发的材料，而且高温度会造成金属锌再析出，严重影响IGZO靶材的内部组织结构，继而烧结体靶材对后续磁控溅射镀膜工艺产生严重影响；温度偏低，即会造成欠烧，烧结体密度小，孔隙率高，对后续溅射镀膜也有致命影响。作为可选实施方式，烧结温度可选在1350℃～1500℃之间，较为优选在1400℃～1500℃之间，更为优选在1420℃～1450℃之间。保温时间具有类似的影响，保温时间太短会导致烧结体密度达不到要求；保温时间太长，容易产生过烧，导致晶粒粗大、靶材脆化严重，后续的背靶焊接和溅射镀膜期间容易出现靶材断裂现象。作为可选实施方式，烧结保温时间可选在4小时～10小时之间，更为优选的实施方式中，烧结保温时间设置在5小时～8小时之间；进一步优选的实施方式中，烧结保温时间设置在6小时～7小时之间。
烧结过程中，烧结升温速度可以选择在30℃/h～50℃/h之间，较为优选在35℃/h～45℃/h，更为优选在38℃/h～42℃/h之间。
一体化烧结过程中氧气流量对烧结过程也有影响，流量过低，很难抑制IGZO的分解，流量过高会增加工艺设备操作的压力。作为一些可选实施方式，烧结过程中氧气的流量可选在0.1L/min～1.0L/min之间，较为优选的实施方式中，氧气流量设置在0.2L/min～0.8L/min之间；更为优选的实施方式中，氧气流量设置在0.3L/min～0.6L/min之间；进一步，更为优选的实施方式中，氧气流量设置在0.4L/min～0.5L/min之间，。
本发明一些实施方式中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法的降温过程的条件是，以20℃/h～30℃/h降温速率降温至200℃，自然降温至室温，得到氧化铟镓锌烧结体。
本发明公开的制备方法采用脱脂烧结一体化工艺，克服了高压和高流量氧气的障碍，采用完全无压力状态下的通氧操作，烧结温度降低，烧结时间大大缩短，实现了快速活化烧结，抑制了晶粒长大，制备的IGZO烧结体的晶粒细小、均匀，晶粒平均粒度为4μm～5μm，致密度高，其相对密度可到99.7％，操作安全，避免了高压高温氧的各种危险隐患。
为了更好的说明本发明内容，在下文的具体实施例中给出了具体的细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备、原料组成、分子结构等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
实施例1
本实施例1中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，包括：
将4.422kg氧化铟粉体、2.985kg氧化镓粉体和2.593kg氧化锌粉体球磨混匀，得到10kg混合粉体；其中，球磨混匀的球料比为3:1，球磨大球、球磨小球比为2:1，大球、小球直径分别为3mm和0.5mm；
混合粉体中加入料浆液，料浆液包括水、1％成型剂聚乙烯醇、0.1％分散剂聚丙烯酸铵及0.1％消泡剂正丁醇，继续球磨混合4小时，得到料浆，料浆中混合粉体所占的质量百分比为42％；
将料浆通过泵压喷入造粒器中旋转的旋转盘上，旋转盘转速为15000rpm，喷雾口的压强0.2MPa，温度为220℃，再由牵引旋风带入收粉室进行收集，得到颗粒体，收粉室收集口的温度控制在100℃以下；在300kg/cm2压强下，经模压压制得到模压坯，再对模压坯进行冷等静压压制，压强设置为3000kg/cm2，得到素坯；模压坯的相对密度为48％，等静压素坯的相对密度为58％；
将素坯送入烧结炉，在空气氛围下以15℃/h升温至700℃，进行脱脂，脱脂保温时间36小时，然后以0.5L/min的流量通入氧气并以40℃/h升温至1350℃，进行烧结，烧结保温6小时，停止通入氧气并以25℃/h降温至200℃，自然降温至室温后出炉，即得到烧结坯体；其中，氧气的纯度为99.5％，全程烧结过程中氧气的压力为常压。
用阿基米德排水法测定本实施例1的氧化铟镓锌烧结体的相对密度，用扫描电子显微镜(SEM)测定晶粒尺寸，结果见表1。本实施例1中氧化铟粉体、氧化镓粉体、氧化锌粉体、混合粉体的扫描电镜图见图2，氧化铟镓锌颗粒体的扫描电镜图见图3，氧化铟镓锌烧结体的扫描电镜图见图4。
实施例2
本实施例2中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法同实施例1，其中烧结温度为1450℃。
用阿基米德排水法测定本实施例2的氧化铟镓锌烧结体的相对密度，用扫描电子显微镜(SEM)测定晶粒尺寸，结果见表1。
实施例3
本实施例3中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法同实施例1，其中烧结温度为1500℃。
用阿基米德排水法测定本实施例3的氧化铟镓锌烧结体的相对密度，用扫描电子显微镜(SEM)测定晶粒尺寸，结果见表1。
对比例1
本对比例1中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法同实施例1，其中烧结温度为1300℃。
用阿基米德排水法测定本对比例1的氧化铟镓锌烧结体的相对密度，用扫描电子显微镜(SEM)测定晶粒尺寸，结果见表1。
对比例2
本对比例2中，氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法同实施例1，其中烧结温度为1550℃。
用阿基米德排水法测定本对比例2的氧化铟镓锌烧结体的相对密度，用扫描电子显微镜(SEM)测定晶粒尺寸，结果见表1。
表1实施例1-3、对比例1-2性能测试结果列表
本发明实施例1～3结果显示，在本发明公开优选的烧结温度范围内，得到的氧化铟镓锌烧结体具有均一的粒径，平均粒径小，晶粒平均粒度在4μm～5μm之间，相对密度都大于99.70％，而对比例1～2中烧结温度超出了优选的烧结温度范围，得到的氧化铟镓锌烧结体其平均粒度较大，而且相对密度降低明显。
本发明公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本发明的构思，并不构成对本发明的限定，凡是对本发明公开的技术细节所做的没有创造性的改变，对本发明公开技术方案的组合使用，都与本发明具有相同的发明构思，都在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，其特征在于，将氧化铟镓锌素坯进行一体化脱脂烧结，得到氧化铟镓锌烧结体。
2.根据权利要求1所述的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，其特征在于，所述一体化脱脂烧结包括：
在空气气氛下加热氧化铟镓锌素坯至脱脂温度，进行脱脂；
在氧气气氛下加热氧化铟镓锌素坯至烧结温度，进行烧结；
降温至室温，得到氧化铟镓锌烧结体。
3.根据权利要求2所述的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，其特征在于，所述一体化脱脂烧结包括：
在空气气氛下加热，加热速率设置在10℃/h～20℃/h之间，脱脂温度设置在600℃～800℃之间，脱脂温度下保温36小时～48小时。
4.根据权利要求2所述的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，其特征在于，所述一体化脱脂烧结包括：
在氧气气氛下加热，加热速率设置在30℃/h～50℃/h之间，烧结温度设置在1350℃～1500℃之间，烧结温度下保温4小时～10小时，氧气的流量设置在0.1L/min～1.0L/min之间。
5.根据权利要求2所述的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，其特征在于，所述一体化脱脂烧结包括：
以20℃/h～30℃/h降温速率降温至200℃，然后自然降温至室温，得到氧化铟镓锌烧结体。
6.根据权利要求1所述的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，其特征在于，氧化铟镓锌素坯一体化脱脂烧结之前，包括步骤：
S1、氧化铟粉体、氧化镓粉体和氧化锌粉体球磨混匀，得到混合粉体；
S2、混合粉体与料浆液混合，得到料浆，该料浆中混合粉体的质量含量设置在30％～50％之间；
S3、料浆喷雾造粒，模压成型，得到氧化铟镓锌素坯。
7.根据权利要求6所述的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括，料浆加热、喷雾到造粒器的旋转盘上，得到颗粒体；收集颗粒体，模压得到模压坯；模压坯进行冷等静压压制，得到氧化铟镓锌素坯。
8.根据权利要求7所述的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，其特征在于，料浆加热的温度设置在120℃～360℃之间，料浆喷雾的压力设置在0.1MPa～0.3MPa之间。
9.根据权利要求7所述的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，其特征在于，所述旋转盘的旋转速度设置在10000rpm～30000rpm之间。
10.根据权利要求7所述的氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法，其特征在于，所述模压坯的相对密度控制在48％～52％之间，所述氧化铟镓锌素坯的相对密度控制在58％～62％之间。
CN201810645409.7A 2018-06-21 2018-06-21 一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法 Pending CN108623287A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810645409.7A CN108623287A (zh) 2018-06-21 2018-06-21 一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810645409.7A CN108623287A (zh) 2018-06-21 2018-06-21 一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108623287A true CN108623287A (zh) 2018-10-09

Family

ID=63692026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810645409.7A Pending CN108623287A (zh) 2018-06-21 2018-06-21 一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108623287A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109665834A (zh) * 2019-03-01 2019-04-23 郑州大学 相组成可控的氧化铟镓锌靶材及其制备方法
CN109734422A (zh) * 2019-01-09 2019-05-10 珠海经济特区方源有限公司 柱状5n高纯氧化镓的生产方法
CN113354407A (zh) * 2021-07-14 2021-09-07 郑州大学 一种掺铝氧化锌靶材的变温快烧工艺
CN115894010A (zh) * 2022-11-28 2023-04-04 郑州大学 一种管状氧化铟镓锌（In2Ga2ZnO7）细晶高致密无开裂靶材的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000195101A (ja) * 1998-12-28 2000-07-14 Japan Energy Corp 光ディスク保護膜及び同保護膜形成用スパッタリングタ―ゲット
CN103193262A (zh) * 2013-04-09 2013-07-10 桂林电子科技大学 一种铟镓锌氧化物粉体及其陶瓷靶材的制备方法
CN106966700A (zh) * 2017-03-09 2017-07-21 郑州大学 一种氧化铟锡烧结体的短流程制备工艺

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000195101A (ja) * 1998-12-28 2000-07-14 Japan Energy Corp 光ディスク保護膜及び同保護膜形成用スパッタリングタ―ゲット
CN103193262A (zh) * 2013-04-09 2013-07-10 桂林电子科技大学 一种铟镓锌氧化物粉体及其陶瓷靶材的制备方法
CN106966700A (zh) * 2017-03-09 2017-07-21 郑州大学 一种氧化铟锡烧结体的短流程制备工艺

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109734422A (zh) * 2019-01-09 2019-05-10 珠海经济特区方源有限公司 柱状5n高纯氧化镓的生产方法
CN109665834A (zh) * 2019-03-01 2019-04-23 郑州大学 相组成可控的氧化铟镓锌靶材及其制备方法
CN109665834B (zh) * 2019-03-01 2021-08-03 郑州大学 相组成可控的氧化铟镓锌靶材及其制备方法
CN113354407A (zh) * 2021-07-14 2021-09-07 郑州大学 一种掺铝氧化锌靶材的变温快烧工艺
CN115894010A (zh) * 2022-11-28 2023-04-04 郑州大学 一种管状氧化铟镓锌（In2Ga2ZnO7）细晶高致密无开裂靶材的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108706965B (zh) 一种氧化铟镓锌管状靶材的短流程制备方法
CN109665834B (zh) 相组成可控的氧化铟镓锌靶材及其制备方法
CN108623287A (zh) 一种氧化铟镓锌烧结体的短流程制备方法
CN108623298A (zh) 一种高密度氧化铟锡管状靶材的脱脂烧结一体化制备方法
JPH10306367A (ja) スパッタリングターゲット用ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３系焼結体およびその製造方法
CN100387548C (zh) 增韧镁铝尖晶石透明陶瓷的制备方法
JP6264846B2 (ja) 酸化物焼結体、スパッタリングターゲットおよびその製造方法
CN113563063B (zh) 高致密细晶粒的氧化锌掺杂氧化锡基陶瓷靶材及其制备方法
JP2013507526A (ja) 酸化スズセラミックスパッタリングターゲットおよびその製造方法
JPWO2017033618A1 (ja) 透光性希土類アルミニウムガーネットセラミックス
CN113149652B (zh) 基于冷烧结技术制备的高透光率透明陶瓷及其制备方法
CN106966700A (zh) 一种氧化铟锡烧结体的短流程制备工艺
CN109369172A (zh) 低结瘤氧化铟锡靶材的制备方法
CN108516820A (zh) 一种氧化铟锡靶材的短流程烧结工艺
CN112813385B (zh) 一种c轴择优取向的铌酸铋钙薄膜及其制备方法
CN114620996A (zh) 一种高效太阳能电池用旋转陶瓷靶材
CN114031376A (zh) 一种高硬度、细晶粒zta体系复相陶瓷材料的制备方法
NL2030121A (en) Method for preparing large-size high-quality potassium tantalum niobate ceramic target material
CN112624739A (zh) 一种氧化镍基陶瓷靶材、薄膜及薄膜制备工艺
CN111925202A (zh) 一种无烧结助剂的钇铝石榴石粉体、钇铝石榴石陶瓷、其制备方法与应用
CN113548891B (zh) 一种两相钽酸钴陶瓷块体及其制备方法
Luo et al. Fabrication and spectral properties of hot-pressed Co: MgAl2O4 transparent ceramics for saturable absorber
CN105777116B (zh) 一种微波介质陶瓷及其制备方法
CN103917688A (zh) 溅射靶材及其制造方法
CN116396076B (zh) 一种导电铌酸锂靶材的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181009

RJ01 Rejection of invention patent application after publication