CN110625735A - 一种ito旋转靶的注浆成型装置及方法 - Google Patents

一种ito旋转靶的注浆成型装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种ITO旋转靶的注浆成型装置及方法，所述ITO旋转靶的注浆成型装置，包括水平连接设置在旋转机构上且内部设置柱状型腔的外模，外模的左端为与柱状型腔相连通的开口端，外模的左端设置有密封端盖以及设置在密封端盖上的浆料输送管道；所述外模的柱状型腔内部设置有上部分布有排水毛细孔的内模以及部分设置在柱状型腔内部且部分活动穿过外模的推料机构；所述内模的内壁与密封端盖及推料机构形成成型模腔。本发明装置投资小，占地空间小，采用离心力及模具化学毛细作用，没有大的压力梯度，素坯均匀性、一致性好，内应力小，不易开裂，保证素坯成型的均匀性，利于脱模，提高了产品的质量。

Description

一种ITO旋转靶的注浆成型装置及方法
技术领域
本发明涉及氧化铟锡靶材技术领域，特别是一种ITO旋转靶的注浆成型装置及方法。
背景技术
ITO(氧化铟锡)，具有优异的电学和光学性能，电阻率可达10-4Ω·cm，可见光透过率高达85％～90％以上，紫外光吸收率85％以上，红外光的反射率80％以上，并且膜层强度高，加工性好，因此被广泛地应用于平板显示器(FPD)产业，如液晶显示器(LCD)、高触摸屏(Touch Panel)、等离子管显示器(PDP)等产品，还有太阳能电池和功能性玻璃等产业。ITO靶材已经是当今知识经济时代信息产业极为重要的电子功能材料，所以对ITO靶材的需求量与日俱增。
相比于平面靶，旋转靶的利用率由30％提高到了70％，且成膜更均匀稳定。但目前旋转靶的生产主要采用模压及冷等静压等成型方式。冷等静压成型工艺简单，得到的素坯密度高且均匀，利于后续烧结得到高性能的旋转靶材。但是设备投资成本高，至少数百万的投入，设备灵活性差，成型过程由于需承受高达几百兆帕的压力且存在压力梯度，素坯内应力较大，各处存在较大致密度偏差，烧结容易开裂，同时易引起靶材质量的不稳定。
现有的旋转靶成型方式上无论模压还是注浆其模具大多由有外模和模芯构成，两者组成一个环形型腔，与旋转靶材最终形状相一致，此种结构在旋转靶成型过程中素坯会受到外模内壁和模芯外壁的双重限制，尤其模压时轴向受壁摩擦力影响，存在压力梯度，且现有的旋转靶成型模为竖直设置，导致成型的素坯密度不均匀，影响产品的质量。
此外，现有的旋转靶在成型后，不易于脱模，需要人工将成型后的旋转靶从底部向上取出，费时费力，且容易造成旋转靶的破损，影响产品的质量。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种ITO旋转靶的注浆成型装置及其方法，以解决采用冷等静压方式生产ITO旋转靶的生产成本高、易引起靶材质量不稳定，以及现有的旋转靶成型模具不易于脱模、成型的素坯密度不均匀而影响产品质量的问题，以降低生产成本，以保证生产的ITO旋转靶的均匀性及稳定性，利于脱模，提高产品的质量。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种ITO旋转靶的注浆成型装置，包括水平连接设置在旋转机构上且内部设置柱状型腔的外模，外模的左端为与柱状型腔相连通的开口端，外模的左端设置有用于将柱状型腔进行密封的密封端盖以及设置在密封端盖上用于向柱状型腔内注入制备好的ITO浆料的浆料输送管道；所述外模的柱状型腔内部设置有呈分体环形状且上部分布有排水毛细孔的内模以及部分设置在柱状型腔内部且部分活动穿过外模用于将成型后的旋转靶素坯推出的推料机构；所述内模的内壁与密封端盖及推料机构形成用于在旋转机构离心作用下保证ITO浆料均匀分布至内模内壁上的成型模腔。
进一步优化技术方案，所述外模的右端固定设置有法兰盘，法兰盘上开设有多个用于穿设将装置本体定位到旋转机构上的连接螺栓a的连接螺栓孔a。
进一步优化技术方案，所述推料机构包括设置在柱状型腔内用于将内模和成型后的旋转靶素坯推出的顶出板以及固定连接在顶出板右端且依次活动穿过外模和法兰盘的顶出杆，顶出杆的另一端连接有推动机构。
进一步优化技术方案，所述推动机构为气缸推动机构或液压推动机构或丝杠滑轨推动机构。
进一步优化技术方案，所述柱状型腔的右端形成从左至右内径依次减小的锥台孔，顶出板为与锥台孔相配装的锥台板。
进一步优化技术方案，所述浆料输送管道上设置有用于控制浆料输送管道通断的进料阀。
进一步优化技术方案，所述旋转机构包括用于变频调节转速的变频器。
进一步优化技术方案，所述内模包括可拆卸拼接呈环形状的左内模和右内模。
一种ITO旋转靶的注浆成型方法，该方法基于所述的一种ITO旋转靶的注浆成型装置进行，包括以下具体步骤：
S1、制备ITO浆料：采用化学共沉淀法制备的ITO粉体；在去离子水中加入分散剂、粘结剂，加入氨水调节PH值，加入消泡剂，混合均匀后倒入ITO粉体中，再球磨24h。
S2、ITO旋转靶的注浆成型装置的组装：将内模套装入外模的柱状型腔内，再通过密封端盖将内模密封定位至外模的柱状型腔内，完成装置的组装；
而后，将组装后的装置连接到旋转机构上，并保证连接后的装置呈水平状态；
S3、浆料的注浆：打开进料阀，将制备好的ITO浆料通过浆料输送管道一次性注入到成型模腔内，完成注浆操作后，关闭进料阀；
S4、浆料的成型：启动旋转机构，变频调节转速，转速在30s内快速提高到600～2500r/min，之后保持转速稳定；
ITO浆料的成型时间为5～15min，停止旋转机构，形成旋转靶素坯；
S5、旋转靶素坯的脱模：将密封端盖从外模上拆卸下来，通过推料机构缓慢将内模和旋转靶素坯顶出，然后分开内模，将旋转靶素坯取出。
进一步优化技术方案，经过步骤S1制备的ITO浆料固含量达到83％～85％，粘度为20～30mpa·s。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明整套装置投入仅需30～50万，装置投资小，占地空间小，只需调整模具尺寸便可灵活生产市场所需的各种规格型号的旋转靶材，采用离心力及模具化学毛细作用，没有大的压力梯度，素坯均匀性、一致性好，内应力小，不易开裂，干燥素坯相对致密度一般可达到68％～72％(冷等静压一般58％～62％)，烧结后的成品靶材组织均匀，质量稳定，成品率高(＞95％)。
本发明相对于现有的旋转靶成型模具而没有模芯，浆料注入到成型模腔后，会在旋转机构的带动下因离心作用均匀贴附在内模壁上，旋转靶成型过程中浆料不会受到外模内壁和模芯外壁的径向限制，轴向上无压力梯度，保证素坯成型的均匀性。且本装置设置为水平状态，保证了浆料不会因重力因素在底端聚集而导致的旋转靶成型后底端密度大而顶端密度小的情况发生，有效地保证了成型的素坯密度均匀性，提高产品的质量。
本发明通过将密封端盖可拆卸设置在外模的左端，且在柱状型腔内设置有推料机构的方式，保证了在旋转靶成型后，对密封端盖进行拆卸，再通过推料机构将成型后的旋转靶素坯和内模推出，保证了脱模无需再通过人工取出，十分方便。
本发明将内模分体设置为可拆卸拼接的左内模和右内模，进一步便于脱模作业。
附图说明
图1为本发明所述一种ITO旋转靶的注浆成型装置的结构示意图；
图2为本发明所述内模的横截面图。
其中：1、浆料输送管道，2、密封端盖，21、圆盖板，22、锥台，3、旋转靶素坯，4、内模，41、左内模，42、右内模，5、外模，51、筒体，52、连接板，6、法兰盘，7、顶出杆，8、顶出板，9、进料阀，10、连接螺栓孔a，11、连接螺栓孔b。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种ITO旋转靶的注浆成型装置，结合图1至图2所示，包括外模5、密封端盖2、浆料输送管道1、内模4和推料机构。
外模5水平连接设置在旋转机构上，且内部设置柱状型腔。外模5采用的材质为不锈钢材质。
外模5的右端固定设置有法兰盘6，法兰盘6上开设有多个连接螺栓孔a10，连接螺栓孔a10用于穿设将装置本体定位到旋转机构上的连接螺栓a。
旋转机构包括电机、用于变频调节转速的变频器、联接于电机输出轴端的转动盘，本发明中的法兰盘6通过连接螺栓a定位到转动盘上。旋转机构变频控制，提供0～3000r/min的参数调整。
外模5的左端为与柱状型腔相连通的开口端，外模5的左端设置有密封端盖2以及浆料输送管道1。
密封端盖2用于将柱状型腔进行密封，密封端盖2包括圆盖板21以及与圆盖板21一体成型的锥台22。外模5包括筒体51和延伸连接设置在筒体51左端的连接板52。圆盖板21和连接板52上均对应开设有连接螺栓孔b11，圆盖板21和连接板52上穿设连接螺栓b将密封端盖2与外模5进行连接。
为了保证装置的密封性，同时，将外模5的左端开口端设置为从左至右内径依次减小的锥孔形状，锥台22与锥孔相匹配。
浆料输送管道1设置在密封端盖2上，用于向柱状型腔内注入制备好的ITO浆料。浆料输送管道1上设置有进料阀9，进料阀9用于控制浆料输送管道1通断。
外模5的柱状型腔内部设置有内模4以及推料机构。
内模4呈分体环形状，内模4的材质为石膏材质，内模4的上部分布有多个排水毛细孔。内模4包括可拆卸拼接呈环形状的左内模41和右内模42，进而便于脱模。
推料机构部分设置在柱状型腔内部且部分活动穿过外模5，用于将成型后的旋转靶素坯3推出。内模4的内壁与密封端盖2及推料机构形成成型模腔，成型模腔用于在旋转机构离心作用下保证ITO浆料均匀分布至内模4内壁上。
推料机构包括顶出板8、顶出杆7以及推动机构。
顶出板8设置在柱状型腔内，用于将内模4和成型后的旋转靶素坯3推出。
为了保证ITO浆料进料及ITO浆料成型时装置具有更好的密封效果，柱状型腔的右端形成从左至右内径依次减小的锥台孔，顶出板8为与锥台孔相配装的锥台板。
顶出杆7固定连接在顶出板8右端，且依次活动穿过外模5和法兰盘6，顶出杆7的另一端连接有推动机构。
推动机构为气缸推动机构或液压推动机构或丝杠滑轨推动机构。
推动机构为气缸推动机构时，推动机构为气缸，即气缸的活塞杆端连接于顶出杆7。
推动机构为液压推动机构时，推动机构为液压缸，即液压缸的活塞杆端连接于顶出杆7。
推动机构为丝杠滑轨推动机构时，推动机构包括机架、通过轴承设置在机架上的丝杠、配装设置在丝杠上的滑轨以及设置在丝杠一端的驱动电机，滑轨与顶出杆7相连接。驱动电机能够驱动丝杠转动，进而带动滑轨横向移动，进而带动顶出杆7横向移动，使得顶出杆7实现推动动作。
一种ITO旋转靶的注浆成型方法，该方法基于一种ITO旋转靶的注浆成型装置进行，包括以下具体步骤：
S1、制备ITO浆料：采用化学共沉淀法制备的ITO粉体；在去离子水中加入质量分数为0.5％～1.5％的分散剂PEG、质量分数为1％～2％的粘结剂PVA，加入氨水调节PH值至10左右，加入消泡剂正辛醇，混合均匀后倒入ITO粉体中，再球磨24h。
经过步骤S1制备的ITO浆料固含量(质量分数)达到83％～85％，粘度为20～30mpa·s。
S2、ITO旋转靶的注浆成型装置的组装：将内模4套装入外模5的柱状型腔内，再通过密封端盖2将内模4密封定位至外模5的柱状型腔内，通过连接螺栓b将密封端盖2与外模5进行连接定位，完成装置的组装。
而后，将组装后的装置连接到旋转机构上，并保证连接后的装置呈水平状态。因当装置呈水平状态时，才能使得装置在旋转机构的带动下保证浆料更为均匀地分布至内模4上。
S3、浆料的注浆：打开进料阀9，将制备好的ITO浆料通过浆料输送管道1一次性注入到成型模腔内，根据要成型的旋转靶素坯尺寸进行定量快速注浆，注浆时间＜30s。
完成注浆操作后，关闭进料阀9。
S4、浆料的成型：启动旋转机构，变频调节转速，转速在30s内快速提高到到规定转速，规定转速范围为600～2500r/min，之后保持转速稳定。
ITO浆料的成型时间为5～15min，停止旋转机构，形成旋转靶素坯3。
S5、旋转靶素坯3的脱模：将密封端盖2从外模5上拆卸下来，将推料机构与顶出杆7进行连接，通过推料机构缓慢将内模4和旋转靶素坯3顶出，然后分开内模4，将旋转靶素坯3取出。
本发明通过旋转机构带动装置整体旋转，使得浆料中的水分因离心力的作用向外甩出，被内模的排水毛细孔吸收，旋转靶成型过程中浆料不会受到外模内壁和模芯外壁的径向限制，保证素坯成型的均匀性。且本装置设置为水平状态，保证了浆料不会因重力因素在底端聚集而导致的旋转靶成型后底端密度大而顶端密度小的情况发生，有效地保证了成型的素坯密度均匀性，提高产品的质量。
本发明通过将密封端盖可拆卸设置在外模的左端，且在柱状型腔内设置有推料机构的方式，保证了在旋转靶成型后，对密封端盖进行拆卸，再通过推料机构将成型后的旋转靶素坯和内模推出，保证了脱模无需再通过人工取出，十分方便。
本发明将内模分体设置为可拆卸拼接的左内模和右内模，进一步便于脱模作业。
实施例1
制备ITO浆料，采用化学共沉淀法制备的ITO粉体，在去离子水中加入分散剂PEG和粘结剂PVA，分散剂PEG添加量为粉体质量分数的1.0％，粘结剂PVA添加量为粉体质量分数的1.5％，加入氨水调节PH值为10.3，加入消泡剂正辛醇，混合均匀后倒入ITO粉体中，再球磨24h。浆料实际固含量84.5％，粘度26.8mpa.s。
选用内模尺寸156mm×400mm，模具的内模、外模、密封端盖、推料机构组装好并连接到旋转机构上，打开浆料输送管道上的进料阀，快速注入10.9kg浆料，时间16s，关闭进料阀。开启旋转机构变频器，转速调整到1800r/min，用时26s，保持转速平稳转动10min，逐渐降低转速至停止，开启密封端盖，顶出杆连接导轨，缓慢将内模整体顶出，然后分开内模，取出坯体。素坯平均尺寸Φ155.5×Φ135.9×401.5，圆度≤0.12mm，圆柱度≤0.3mm，内外表面平整无缺陷。
实施例2
制备ITO浆料，采用化学共沉淀法制备的ITO粉体，在去离子水中加入分散剂PEG和粘结剂PVA，分散剂PEG添加量为粉体质量分数的1.2％，粘结剂PVA添加量为粉体质量分数的1.8％，加入氨水调节PH值为10.5，加入消泡剂正辛醇，混合均匀后倒入ITO粉体中，再球磨24h。浆料实际固含量83.8％，粘度28.2mpa.s。
选用内模尺寸212mm×400mm，模具的内模、外模、密封端盖、推料机构组装好并连接到旋转机构上，打开浆料输送管道上的进料阀，快速注入20.8kg浆料，时间23s，关闭进料阀。开启旋转机构变频器，转速调整到1500r/min，用时24s，保持转速平稳转动10min，逐渐降低转速至停止，开启密封端盖，顶出杆连接导轨，缓慢将内模整体顶出，然后分开内模，取出坯体。素坯平均尺寸Φ210.8×Φ183.7×399，圆度≤0.16mm，圆柱度≤0.3mm，内外表面平整无缺陷。

Claims (10)

1.一种ITO旋转靶的注浆成型装置，其特征在于：包括水平连接设置在旋转机构上且内部设置柱状型腔的外模(5)，外模(5)的左端为与柱状型腔相连通的开口端，外模(5)的左端设置有用于将柱状型腔进行密封的密封端盖(2)以及设置在密封端盖(2)上用于向柱状型腔内注入制备好的ITO浆料的浆料输送管道(1)；所述外模(5)的柱状型腔内部设置有呈分体环形状且上部分布有多个排水毛细孔的内模(4)以及部分设置在柱状型腔内部且部分活动穿过外模(5)用于将成型后的旋转靶素坯(3)推出的推料机构；所述内模(4)的内壁与密封端盖(2)及推料机构形成用于在旋转机构离心作用下保证ITO浆料均匀分布至内模(4)内壁上的成型模腔。
2.根据权利要求1所述的一种ITO旋转靶的注浆成型装置，其特征在于：所述外模(5)的右端固定设置有法兰盘(6)，法兰盘(6)上开设有多个用于穿设将装置本体定位到旋转机构上的连接螺栓a的连接螺栓孔a(10)。
3.根据权利要求2所述的一种ITO旋转靶的注浆成型装置，其特征在于：所述推料机构包括设置在柱状型腔内用于将内模(4)和成型后的旋转靶素坯(3)推出的顶出板(8)以及固定连接在顶出板(8)右端且依次活动穿过外模(5)和法兰盘(6)的顶出杆(7)，顶出杆(7)的另一端连接有推动机构。
4.根据权利要求3所述的一种ITO旋转靶的注浆成型装置，其特征在于：所述推动机构为气缸推动机构或液压推动机构或丝杠滑轨推动机构。
5.根据权利要求3所述的一种ITO旋转靶的注浆成型装置，其特征在于：所述柱状型腔的右端形成从左至右内径依次减小的锥台孔，顶出板(8)为与锥台孔相配装的锥台板。
6.根据权利要求1所述的一种ITO旋转靶的注浆成型装置，其特征在于：所述浆料输送管道(1)上设置有用于控制浆料输送管道(1)通断的进料阀(9)。
7.根据权利要求1所述的一种ITO旋转靶的注浆成型装置，其特征在于：所述旋转机构包括用于变频调节转速的变频器。
8.根据权利要求1所述的一种ITO旋转靶的注浆成型装置，其特征在于：所述内模(4)包括可拆卸拼接呈环形状的左内模(41)和右内模(42)。
9.一种ITO旋转靶的注浆成型方法，其特征在于：该方法基于权利要求1至8任一项所述的一种ITO旋转靶的注浆成型装置进行，包括以下具体步骤：
S1、制备ITO浆料：采用化学共沉淀法制备的ITO粉体；在去离子水中加入分散剂、粘结剂，加入氨水调节PH值，加入消泡剂，混合均匀后倒入ITO粉体中，再球磨24h。
S2、ITO旋转靶的注浆成型装置的组装：将内模(4)套装入外模(5)的柱状型腔内，再通过密封端盖(2)将内模(4)密封定位至外模(5)的柱状型腔内，完成装置的组装；
而后，将组装后的装置连接到旋转机构上，并保证连接后的装置呈水平状态；
S3、浆料的注浆：打开进料阀(9)，将制备好的ITO浆料通过浆料输送管道(1)一次性注入到成型模腔内，完成注浆操作后，关闭进料阀(9)；
S4、浆料的成型：启动旋转机构，变频调节转速，转速在30s内快速提高到600～2500r/min，之后保持转速稳定；
ITO浆料的成型时间为5～15min，停止旋转机构，形成旋转靶素坯(3)；
S5、旋转靶素坯(3)的脱模：将密封端盖(2)从外模(5)上拆卸下来，通过推料机构缓慢将内模(4)和旋转靶素坯(3)顶出，然后分开内模(4)，将旋转靶素坯(3)取出。
10.根据权利要求9所述的一种ITO旋转靶的注浆成型方法，其特征在于：经过步骤S1制备的ITO浆料固含量达到83％～85％，粘度为20～30mpa·s。
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