CN111006514A - 一种承烧板及平面陶瓷靶材的烧结方法 - Google Patents

一种承烧板及平面陶瓷靶材的烧结方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种承烧板及平面陶瓷靶材的烧结方法。所述承烧板包括支撑面和水平面，支撑面为与水平面呈倾斜角度的斜面，且支撑面相对于水平面的倾斜角为10°‑30°；所述支撑面设有若干个均匀间隔分布且互相平行的条状波纹凸起。本发明通过将平面陶瓷靶材生坯置于斜面设有条状波纹凸起的承烧板上进行烧结，提高靶材的透气性，能够促进靶材的充分烧结，而且承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为10°‑30°，可极大的降低靶材生坯在烧结时因收缩导致与承烧板的摩擦力，有利于靶材致密化及防止靶材产生变形、开裂等缺陷，极大的提高了靶材的良率。

Description

一种承烧板及平面陶瓷靶材的烧结方法
技术领域
本发明涉及陶瓷靶材烧结技术领域，具体涉及一种承烧板及平面陶瓷靶材的烧结方法。
背景技术
陶瓷靶材是一类非常重要的真空镀膜材料，例如ZnO、AZO、GZO、IZO、IGZO、ITO、TiO2、Nb2O5等。陶瓷靶材是一种或多种氧化物粉末经过混合、造粒、成型、烧结而成的陶瓷材料。经过多年的发展，目前，陶瓷靶材的生产虽然大量借鉴了传统陶瓷的制备工艺，但是仍然存在烧结致密度不够、开裂、孔洞等问题，其烧结工艺还有很大的提升空间。
传统的工艺在进行陶瓷靶材烧结时，生坯的摆放主要有两种方式：一是将生坯直接放置在氧化铝等承烧板上，然后一起放进烧结炉中进行烧结，由于靶材生坯与承烧板相接触的部位较为紧密，而且不透气，会导致生坯烧结不充分；二是先在承烧板上垫上垫片，再把生坯放置在承烧板上，然后放进烧结炉中进行烧结，虽然透气性提高了，但垫片会影响靶材的平整度，后续机加工时的磨削量大，提高了加工难度和物料损耗，因此，有必要对承烧板的结构进行改进。其中，CN201020105516.X公开了一种氧化锆电子功能陶瓷承烧板，包括本体，所述本体上设有匣钵和支柱，匣钵的上表面为波纹形，解决了烧结电子元器件时会发生变形、粘连和烧结产品摆放数量比较少而且比较困难的缺陷。然而，该波纹形匣钵是针对烧制元器件的，其尺寸比较小，如0201的片式电容，尺寸为2mm×1mm，其承烧板的波纹结构较为尖锐，不适于烧制大尺寸的平面陶瓷靶材。
此外，目前的陶瓷靶材烧结时，生坯通常以水平横躺的方式烧制，烧结时因收缩导致与承烧板的摩擦力，容易导致靶材产生变形、开裂等缺陷。而CN201580073047.3公开一种圆筒形靶材的制造方法，将陶瓷成形体的外周面沿着长度方向被托架的接受面支撑，且相对于水平面呈倾斜的姿势烧制所述成形体，相对于所述水平面的所述成形体的倾斜角为30°以上85°以下，减少靶材的变形。但该方法采用V形槽作为支撑板，倾斜放置解决直径在200mm内的管状靶材竖直接触承烧板因压强太大而引起接触底部产生变形，但它不适合大尺寸的平面靶材的烧制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种承烧板及平面陶瓷靶材的烧结方法，本发明通过将靶材生坯置于斜面设有条状波纹凸起的承烧板上进行烧结，可极大降低靶材生坯在烧结时因收缩导致与承烧板的摩擦力，有利于靶材致密化，防止靶材产生变形、开裂等缺陷，极大的提高了靶材的良率。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种用于烧结平面陶瓷靶材的承烧板，所述承烧板包括支撑面和水平面，支撑面为与水平面呈倾斜角度的斜面，且支撑面相对于水平面的倾斜角为10°-30°；所述支撑面设有若干个均匀间隔分布且互相平行的条状波纹凸起。
本发明承烧板的支撑面设有若干个均匀间隔分布且互相平行的条状波纹凸起，避免生坯与承烧板相接触的部位过于紧密，导致靶材的烧结不充分，且支撑面相对于水平面的倾斜角为10°-30°，可降低靶材生坯在烧结时因收缩导致与承烧板的摩擦力，有利于靶材致密化及防止靶材产生变形、开裂等缺陷。
优选地，所述支撑面相对于水平面的倾斜角为15°-20°。
优选地，所述条状波纹凸起的横截面呈由圆弧形过渡角过渡的圆弧形状。若条状波纹凸起形状过于尖锐，容易导致靶材产生变形，影响靶材的平整度，因此，本发明的承烧板上的凸起设计为由圆弧形过渡角过渡的圆弧形状，以提高烧结后靶材的平整度。
优选地，所述条状波纹凸起的底部横截面底面的宽度与高度比为4:1-20:1，优选为8:1-14:1；且该底部横截面底面的宽度与顶面的宽度比为5:1-30:1，优选为8:1-20:1，通过优化波纹凸起结构设计，减少烧结过程靶材的变形，提高靶材的平整度。
优选地，所述支撑面的底部边缘设有挡板。
优选地，所述挡板垂直于所述支撑面。
本发明通过承烧板的支撑面的底部边缘设有挡板，防止平面陶瓷靶材生坯滑落。
优选地，所述承烧板的材质为氧化铝。
本发明还提供了一种平面陶瓷靶材的烧结方法，将平面陶瓷靶材生坯置于上述的承烧板的支撑面上进行烧制。
本发明通过将平面陶瓷靶材生坯置于斜面设有条状波纹凸起的承烧板上进行烧结，提高靶材的透气性，能够促进靶材的充分烧结，且承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为10°-30°，可极大的降低靶材生坯在烧结时因收缩导致与承烧板的摩擦力，有利于靶材致密化及防止靶材产生变形、开裂等缺陷，极大的提高了靶材的良率。
优选地，所述平面陶瓷靶材为ZnO靶材、AZO靶材、GZO靶材、IZO靶材、IGZO靶材、ITO靶材、TiO2靶材或Nb2O5靶材。
优选地，所述平面陶瓷靶材生坯的长度为300-1500mm，宽度100-600mm，厚度为5-20mm。本发明设计的承烧板和烧结方法适用于适合大尺寸的平面靶材的烧制。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过将平面陶瓷靶材生坯置于斜面设有条状波纹凸起的承烧板上进行烧结，提高靶材的透气性，促进靶材的充分烧结，且承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为10°-30°，可极大的降低靶材生坯在烧结时因收缩导致与承烧板的摩擦力，有利于靶材致密化及防止靶材产生变形、开裂等缺陷，极大的提高了靶材的良率。
附图说明
图1为实施例1-9选用的氧化铝承烧板的结构示意图；
图2为实施例1-9选用的氧化铝承烧板的结构示意图；
图3为实施例1-9选用的氧化铝承烧板的结构示意图；
图4为实施例1-9选用的氧化铝承烧板的支撑面的条状波纹凸起的横截面；
图5为对比例4选用的氧化铝承烧板的支撑面的条状波纹凸起的横截面；
图6为对比例5选用的氧化铝承烧板的支撑面的条状波纹凸起的横截面；
1-支撑面，2-水平面，3-挡板，4-生坯，5-条状波纹凸起。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，步骤如下：
1)ZnO/Al2O3成分比为98:2wt％的AZO造粒粉体，先后经过钢模具干压和冷等静压强化，获得相当密度大于56％的生坯，尺寸为W400×L800×H15mm；
2)如图1-4所示，本实施例的氧化铝承烧板包括支撑面1和水平面2，支撑面1为与水平面2呈倾斜角度的斜面，且支撑面1相对于水平面2的倾斜角为10°，支撑面的底部边缘设有挡板3，且挡板3垂直于所述支撑面1；所述支撑面1设有若干个均匀间隔分布且互相平行的条状波纹凸起5，条状波纹凸起5的横截面呈由圆弧形过渡角过渡的圆弧形状，条状波纹凸起5的底部横截面底面的宽度b与高度c比为10:1，且该底部横截面底面的宽度b与顶面的宽度a比为8:1；将AZO生坯4放置在氧化铝承烧板的支撑面1上；
3)AZO生坯在空气气氛下于1400℃烧结20h，得到墨绿色的AZO靶材。
实施例2
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为15°。
实施例3
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为20°。
实施例4
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为25°。
实施例5
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为30°。
实施例6
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，步骤如下：
1)ZnO/Al2O3成分比为98:2wt％的AZO造粒粉体，先后经过钢模具干压和冷等静压强化，获得相当密度大于56％的生坯，尺寸为W400×L800×H15mm；
2)如图1所示，本实施例的氧化铝承烧板包括支撑面1和水平面2，支撑面1为与水平面2呈倾斜角度的斜面，且支撑面1相对于水平面2的倾斜角为20°，支撑面1的底部边缘设有挡板3，且挡板3垂直于所述支撑面1；所述支撑面1设有若干个均匀间隔分布且互相平行的条状波纹凸起5，条状波纹凸起5的横截面呈由圆弧形过渡角过渡的圆弧形状，条状波纹凸起5的底部横截面底面的宽度b与高度c比为14:1，且该底部横截面底面的宽度b与顶面的宽度a比为20:1；将AZO生坯4放置在氧化铝承烧板的支撑面1上；
3)AZO生坯在空气气氛下于1400℃烧结20h，得到墨绿色的AZO靶材。
实施例7
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例6基本相同，不同之处在于，本实施例中承烧板的支撑面1的条状波纹凸起5的底部横截面底面的宽度b与高度c比为4:1，且该底部横截面底面的宽度b与顶面的宽度a比为5:1。
实施例8
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例6基本相同，不同之处在于，本实施例中承烧板的支撑面1的条状波纹凸起5的底部横截面底面的宽度b与高度c比为20:1，且该底部横截面底面的宽度b与顶面的宽度a比为30:1。
实施例9
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，步骤如下：
1)In2O3/SnO2成分比为90:10wt％的ITO造粒粉体，先后经过钢模具干压和冷等静压强化，获得相当密度大于54％的生坯，尺寸为W400×L800×H10mm；
2)本实施例的氧化铝承烧板包括支撑面1和水平面2，支撑面1为与水平面2呈倾斜角度的斜面，且支撑面1相对于水平面2的倾斜角为20°，支撑面1的底部边缘设有挡板3，且挡板3垂直于所述支撑面1；所述支撑面1设有若干个均匀间隔分布且互相平行的条状波纹凸起5，条状波纹凸起5的横截面呈由圆弧形过渡角过渡的圆弧形状，条状波纹凸起5的底部横截面底面的宽度b与高度c比为8:1，且该底部横截面底面的宽度b与顶面的宽度a比为16:1；将AZO生坯4放置在氧化铝承烧板的支撑面1上；
3)ITO生坯在常压氧气氛下于1560℃烧结20h，得到黑色的ITO靶材。
对比例1
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例中承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为0°。
对比例2
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例中承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为5°。
对比例3
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例中承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为35°。
对比例4
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例中承烧板的条状波纹凸起的横截面如图5所示，条状波纹凸起的顶面为水平面。
对比例5
一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例中承烧板的条状波纹凸起的横截面如图6所示，条状波纹凸起的横截面为三角形。
上述实施例和对比例制备得到的平面陶瓷靶材的性能如表1所示。
表1
组别 相对密度 翘曲度 开裂 颜色
实施例1 99.3％ 0.22mm 无 墨绿色
实施例2 99.4％ 0.20mm 无 墨绿色
实施例3 99.5％ 0.18mm 无 墨绿色
实施例4 99.5％ 0.23mm 无 墨绿色
实施例5 99.4％ 0.25mm 无 墨绿色
实施例6 99.5％ 0.16mm 无 墨绿色
实施例7 99.5％ 0.24mm 无 墨绿色
实施例8 99.5％ 0.22mm 无 墨绿色
实施例9 99.8％ 0.16mm 无 黑色
对比例1 99.1％ 0.44mm 无 底部颜色偏浅
对比例2 99.1％ 0.52mm 无 底部颜色偏浅
对比例3 99.3％ 1.30mm 有裂纹 墨绿色
对比例4 98.6％ 2.35mm 有裂纹 墨绿色
对比例5 99.4％ 2.32mm 有裂纹 黑色
由实施例1-9和对比例1-5结果可知，将承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角设计为10°-30°，可极大的降低靶材生坯在烧结时因收缩导致与承烧板的摩擦力，有利于靶材致密化及防止靶材产生变形、开裂等缺陷，提高靶材的良率，尤其承烧板的支撑面相对于水平面的倾斜角为15°-20°时，烧制的平面陶瓷靶材翘曲度较小。由实施例1、对比例4-5可知，将承烧板上的凸起设计为由圆弧形过渡角过渡的圆弧形状，更有利于提高烧结后靶材的平整度。由实施例3、6-8可知，通过优化承烧板上波纹凸起结构的尺寸，可减少烧结过程靶材的变形，提高靶材的平整度，且条状波纹凸起的底部横截面底面的宽度与高度比为8:1-14:1，底部横截面底面的宽度与顶面的宽度比为8:1-20:1时，烧制的平面陶瓷靶材翘曲度较小。由实施例9可知，本发明的烧结方法也适用于大尺寸平面ITO靶材。
综上所述，烧结大尺寸平面陶瓷靶材时，采用本发明的烧结方法，在烧结程序不变的前提下，靶材透气情况得到了改善，且烧结收缩助力小，所烧制的平面陶瓷靶材不仅密度得到了提高，而且避免了规模化生产时次品的出现，提高了成品率。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于烧结平面陶瓷靶材的承烧板，其特征在于，所述承烧板包括支撑面和水平面，支撑面为与水平面呈倾斜角度的斜面，且支撑面相对于水平面的倾斜角为10°-30°；所述支撑面设有若干个均匀间隔分布且互相平行的条状波纹凸起。
2.根据权利要求1所述的用于烧结平面陶瓷靶材的承烧板，其特征在于，所述支撑面相对于水平面的倾斜角为15°-20°。
3.根据权利要求1所述的用于烧结平面陶瓷靶材的承烧板，其特征在于，所述条状波纹凸起的横截面呈由圆弧形过渡角过渡的圆弧形状。
4.根据权利要求3所述的用于烧结平面陶瓷靶材的承烧板，其特征在于，所述条状波纹凸起的底部横截面底面的宽度与高度比为4:1-20:1，优选为8:1-14:1；且该底部横截面底面的宽度与顶面的宽度比为5:1-30:1，优选为8:1-20:1。
5.根据权利要求1所述的用于烧结平面陶瓷靶材的承烧板，其特征在于，所述支撑面的底部边缘设有挡板。
6.根据权利要求5所述的用于烧结平面陶瓷靶材的承烧板，其特征在于，所述挡板垂直于所述支撑面。
7.根据权利要求1-6任一项所述的用于烧结平面陶瓷靶材的承烧板，其特征在于，所述承烧板的材质为氧化铝。
8.一种平面陶瓷靶材的烧结方法，其特征在于，将平面陶瓷靶材生坯置于权利要求1-7任一项所述的承烧板的支撑面上进行烧制。
9.根据权利要求8所述的平面陶瓷靶材的烧结方法，其特征在于，所述平面陶瓷靶材为ZnO靶材、AZO靶材、GZO靶材、IZO靶材、IGZO靶材、ITO靶材、TiO2靶材或Nb2O5靶材。
10.根据权利要求8所述的平面陶瓷靶材的烧结方法，其特征在于，所述平面陶瓷靶材生坯的长度为300-1500mm，宽度100-600mm，厚度为5-20mm。
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