CN115433005A - 一种用于生产高密度ito靶材的挤出成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产高密度ITO靶材的挤出成型方法,包括以下主要步骤:将ITO粉与水混合,并加入添加剂,球磨得到浆料;然后将浆料过滤后形成滤饼;配制琼脂糖溶液,并与滤饼混练,之后静置凝固。将所得物料,真空练泥后,用挤出成型机挤出成型得到坯体,通常是片状或管状等横截面相同的坯体。本发明在制备过程中,通过挤出成型方式得到ITO坯体,加入的添加剂少,所成型的坯体可满足ITO靶材对纯度的要求。同时,该方法成型的ITO坯体,烧结密度高、设备投资少,特别适合大尺寸靶材的批量生产。

Description

一种用于生产高密度ITO靶材的挤出成型方法
技术领域
本发明涉及氧化物陶瓷靶材成型领域,尤其涉及一种用于生产高密度ITO靶材的挤出成型方法。
背景技术
氧化铟锡(ITO)靶材,是一种用于磁控溅射镀膜的靶材材料,用于镀制透明导电的ITO膜,广泛应用于显示屏、触摸屏、太阳能电池等领域。
ITO靶材的主要生产流程是:先成型,再烧结。目前主流的成型工艺是干法成型。即先对ITO粉体进行造粒,形成适用于干压成型的ITO粒,再经液压机,用模具压制成型,然后用冷等静压机二次压制,提高素坯密度,最后高温氧气氛烧结,得到ITO靶材。此外,还有湿法成型的工艺路线,即先制作浆料,然后注浆成型或凝胶注模成型,然后干燥,再进行烧结。干法成型工艺相比湿法成型工艺,具有生产效率高,周期短,产品性能稳定,工艺成熟的优点,缺点是设备投资大,其中造粒机、大吨位液压机、冷等静压机,都是价格较贵的设备。但综合考虑之下,大多数厂家仍然选择干法成型路线。
ITO靶材的发展趋势是大尺寸化。随着靶材的尺寸进一步加大,尤其是宽度超过450mm,或者长度超过1500mm的靶材,设备投资成倍增加,干法成型的工艺缺点被成倍放大,湿法工艺路线又开始重回到各生产商的视线。
中国发明专利申请201110440630.7公开了一种大尺寸靶材的制备方法,该技术可通过传统的挤出设备、轧制设备、烧结设备来制备大尺寸ITO靶材;其工艺过程是通过对不同粒度的ITO粉进行恰当配比后,添加适当的成型剂,再通过挤出、碾压、脱脂、烧结来获得高致密度ITO靶材。该专利申请虽然采用了挤出工序,但是还存在有以下不足之处:1、对粉体的粒径配比有特殊要求,从而提高了工艺要求;2、挤出成型的压力太大,对设备要求高,从而增加了成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种用于生产高密度ITO靶材的挤出成型方法,该方法通过挤出成型方式得到的ITO坯体,烧结密度高、添加剂少,设备投资少,特别适合大尺寸高密度靶材的批量生产。
解决上述技术问题的技术方案是:一种用于生产高密度ITO靶材的挤出成型方法,包括以下步骤:
⑴将比表面积7~25m2/g的ITO粉,按质量固含量35%~50%与水混合,然后加入占粉体重量0.5~2%的分散剂,在球磨机中研磨1~5小时后,再加入粉体重量0.5~2%的聚乙烯醇,继续研磨1~2小时,得到分散良好的ITO浆料;
⑵将所得浆料,通过压滤或抽滤的方式,去除部分水分以及水分中附带的添加剂,过滤后形成滤饼,滤饼含水量控制在15~10%;如水分过高,可进行烘干,至水分处于所要求的范围;
⑶取粉体重量0.5~1.5%的琼脂糖,溶于粉体重量5~10%的水中,水温80~95℃;
⑷将步骤(2)所得滤饼加热至80~90℃,然后将步骤(3)所得琼脂糖溶液加入其中,搅拌混练10~60分钟,混练过程中,物料温度保持在80~90℃,物料水分在过程中会有蒸发,水分控制在15~20%之间,如水分蒸发过多,可加水;
⑸将步骤(4)所得物料,冷却至20~40℃,然后静置2~24小时,使其凝固;
⑹将步骤(5)所得物料,真空练泥1~4小时后,用挤出成型机挤出成型得到坯体,挤出压力1-4MPa;
⑺将所得坯体干燥脱脂后在氧气气氛中,1560~1620℃烧结6-15小时,可得相对密度大于等于99.7%的ITO靶材。
进一步的,步骤⑹中用挤出成型机挤出的是片状或管状等横截面相同的坯体。
进一步的,所述分散剂是聚丙烯酰胺。
由于采用上述技术方案,本发明具有以下技术效果:
1、ITO靶材是电子陶瓷,对纯度要求高。本发明相较于传统的挤出成型,配制的浆料固含量低,添加剂加入量少;且较大部分添加剂在步骤(2)过滤或抽滤时,已经随水分去除,所成型的坯体可满足ITO靶材对纯度的要求,故本发明采用挤出成型的方法能够制备得到相对密度99.7%以上的高密度大尺寸ITO靶材。
2、本发明相较于干法成型,可免去造粒机、大吨位液压机、冷等静压机等高价值设备的投资。相较于注浆成型和凝胶注模成型,模具占地面积小,且更便于大尺寸靶材的连续批量生产。
3、本发明与上述专利申请201110440630.7相比,虽然都采用了挤出成型工序,但是本申请具有以下优点:1)对粉体粒径的配比无特殊要求,降低了工艺难度;2)挤出压力为1-4MPa,远低于上述专利要求的200-600MPa,降低了对设备的要求。
下面,结合实施例对本发明之一种用于生产高密度ITO靶材的挤出成型方法的技术特征作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1:
将比表面积7m2/g的ITO粉,按质量固含量35%与水混合。然后加入占粉体重量0.5%的聚丙烯酰胺,在球磨机中研磨5小时后,再加入粉体重量0.5%的聚乙烯醇,继续研磨1小时,得到分散良好的ITO浆料。将所得浆料,通过抽滤的方式,去除部分水分以及水分中附带的添加剂,过滤后形成滤饼,滤饼含水量控制在10%。取粉体重量0.5%的琼脂糖,溶于粉体重量10%的水中,水温80℃。将抽滤所得滤饼加热至80℃,然后将琼脂糖溶液加入其中,搅拌混练10分钟,混练过程中,物料温度保持在80℃,物料水分在过程中会有蒸发,通过加水的方式,将水分控制在15%。混练结束后,将物料,冷却至20℃,然后静置2小时。将凝固后的物料,真空练泥1小时,用挤出成型机挤出成型得到厚度10mm,宽度300mm的片状长条坯体,挤出压力4MPa。将所得坯体干燥脱脂后在氧气气氛中,1620℃烧结,烧结6小时,得到相对密度99.70%的ITO靶材。
实施例2:
将比表面积25m2/g的ITO粉,按质量固含量50%与水混合。然后加入占粉体重量2%的聚丙烯酰胺,在球磨机中研磨1小时后,再加入粉体重量2%的聚乙烯醇,继续研磨2小时,得到分散良好的ITO浆料。将所得浆料,通过压滤的方式,去除部分水分以及水分中附带的添加剂,过滤后形成滤饼,滤饼含水量控制在15%。取粉体重量1.5%的琼脂糖,溶于粉体重量5%的水中,水温95℃。将压滤所得滤饼加热至90℃,然后将琼脂糖溶液加入其中,搅拌混练60分钟,混练过程中,物料温度保持在90℃,物料水分在过程中会有蒸发,通过加水的方式,将水分控制在20%。混练结束后,将物料,冷却至40℃,然后静置24小时。将凝固后的物料,真空练泥4小时,用挤出成型机挤出成型得到厚度12mm,宽度500mm的片状长条坯体,挤出压力3MPa。将所得坯体干燥脱脂后在氧气气氛中,1560℃烧结,烧结15小时,得到相对密度99.78%的ITO靶材。
实施例3:
将比表面积15m2/g的ITO粉,按质量固含量43%与水混合。然后加入占粉体重量1.2%的聚丙烯酰胺,在球磨机中研磨3小时后,再加入粉体重量1.2%的聚乙烯醇,继续研磨1.5小时,得到分散良好的ITO浆料。将所得浆料,通过压滤的方式,去除部分水分以及水分中附带的添加剂,过滤后形成滤饼,滤饼含水量控制在13%。取粉体重量1%的琼脂糖,溶于粉体重量7%的水中,水温93℃。将压滤所得滤饼加热至85℃,然后将琼脂糖溶液加入其中,搅拌混练40分钟,混练过程中,物料温度保持在85℃,物料水分在过程中会有蒸发,通过加水的方式,将水分控制在20%。混练结束后,将物料,冷却至30℃,然后静置12小时。将凝固后的物料,真空练泥2小时,用挤出成型机挤出成型得到厚度12mm,内径165mm的管状长条坯体,挤出压力1MPa。将所得坯体干燥脱脂后在氧气气氛中,1600℃烧结,烧结12小时,得到相对密度99.72%的ITO靶材。
对比实验
对比例1:
将比表面积7m2/g的ITO粉,按质量固含量55%与水混合。接下来步骤与实施例1相同,得到相对密度99.50%的ITO靶材,靶材无裂纹。
对比例2:
将比表面积7m2/g的ITO粉,按质量固含量60%与水混合。接下来步骤与实施例1相同,得到相对密度99.43%的ITO靶材,靶材无裂纹。
对比例3:
将琼脂糖的加入量改为粉体重量的0.1%,其它步骤与实施例1相同。得到相对密度99.32%的ITO靶材,且靶材碎裂。
对比例4:
将琼脂糖的加入量改为粉体重量的0.4%,其它步骤与实施例1相同。得到相对密度99.72%的ITO靶材,但靶材有微裂纹。
表1:固含量和琼脂糖的加入量对烧结结果的影响一览表
Figure 84774DEST_PATH_IMAGE001
表中,“ⅹ”表示相对密度<99.7%或有裂纹或碎裂;“√”表示相对密度≥99.7%或无裂纹或无碎裂。

Claims (3)

1.一种用于生产高密度ITO靶材的挤出成型方法,其特征在于:包括以下步骤:
⑴将比表面积7~25m2/g的ITO粉,按质量固含量35%~50%与水混合,然后加入占粉体重量0.5~2%的分散剂,在球磨机中研磨1~5小时后,再加入粉体重量0.5~2%的聚乙烯醇,继续研磨1~2小时,得到分散良好的ITO浆料;
⑵将所得浆料,通过压滤或抽滤的方式,去除部分水分以及水分中附带的添加剂,过滤后形成滤饼,滤饼含水量控制在15~10%;如水分过高,可进行烘干,至水分处于所要求的范围;
⑶取粉体重量0.5~1.5%的琼脂糖,溶于粉体重量5~10%的水中,水温80~95℃;
⑷将步骤(2)所得滤饼加热至80~90℃,然后将步骤(3)所得琼脂糖溶液加入其中,搅拌混练10~60分钟,混练过程中,物料温度保持在80~90℃,物料水分在过程中会有蒸发,水分控制在15~20%之间,如水分蒸发过多,可加水;
⑸将步骤(4)所得物料,冷却至20~40℃,然后静置2~24小时,使其凝固;
⑹将步骤(5)所得物料,真空练泥1~4小时后,用挤出成型机挤出成型得到坯体,挤出压力1-4MPa;
⑺将所得坯体干燥脱脂后在氧气气氛中,1560~1620℃烧结6-15小时,可得相对密度大于等于99.7%的ITO靶材。
2.根据权利要求1所述的一种用于生产高密度ITO靶材的挤出成型方法,其特征在于:步骤⑹中用挤出成型机挤出的是片状或管状等横截面相同的坯体。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于生产高密度ITO靶材的挤出成型方法,其特征在于:所述分散剂是聚丙烯酰胺。
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