CN212327454U - 一种制备高纯纳米氧化铟粉末的装置 - Google Patents
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Abstract
本新型公开了一种制备高纯纳米氧化铟粉末的装置,包括一铟升华和氧化的反应箱体,该反应箱体上具有仓门,反应箱体内设置有用于盛放铟粉的坩埚,该坩埚下方设有用于加热坩埚的高频感应线圈,一O2气瓶与反应箱体通过设有球阀开关的管道相连接,一真空泵通过设有球阀开关的管道与反应箱体相连接,反应箱体上还设置有真空度表。采用上述方案不需要专门设置特殊的高温反应室和雾化器。相比于沉淀法,不会产生废液,不需要处理废液,不需要经过洗涤和离心的过程,不需要经过高温煅烧的环节,有利于环境保护和节约水资源和能源。相比于固相法,铟蒸气在高温下与氧气氧化,可以制备出纯度较高、颗粒大小均匀、烧结活性高的纳米氧化铟粉末。
Description
技术领域
本新型属于ITO靶材制备领域,尤其是涉及一种升华法制备高纯纳米氧化铟粉末的装置。
背景技术
平板显示器件使用的透明电极绝大多数是ITO薄膜,它要求缺陷少,质量均一,平整度高、导电性好。这种ITO薄膜是由ITO靶材经磁控溅射的方法制备的,因此要获得高质量的ITO薄膜,所使用 ITO靶材的密度要高、纯度要高、缺陷要少,晶粒尺寸要均匀。ITO 靶材是由质量比为9:1的氧化铟和氧化锡粉末经混合、造粒、成型、烧结成的,氧化铟粉末在原料中占据大部分。因此制备得到纯度高、颗粒大小均匀、烧结活性高的氧化铟粉末对制备高端ITO靶材十分重要。铟金属的熔点是156.61℃,在真空环境中加热铟金属,铟金属会发生升华现象。目前生产高纯纳米氧化铟的方法按照反应物的状态主要有气相法、液相法和固相法三种,其中气相法的代表方法是喷雾热分解法和喷雾燃烧法,喷雾热分解法是指含有铟盐溶液的前驱体经雾化器制成液雾,导入高温反应室发生热分解反应,制备成氧化铟粉末,喷雾燃烧法是指将融化的铟金属经雾化器制成液雾,导入高温反应室与氧气或空气燃烧,制备成氧化铟粉末。这两种方法的特点是需要特殊设备雾化器和高温反应室,制备过程比较复杂,高温反应的温度难以控制,反应有可能不充分,且安全性略低。液相法的代表方法是沉淀法,反应原料是金属铟或可溶性铟盐,需要先制备出金属铟的盐溶液,再滴加过量的氨水,得到氢氧化铟的胶状沉淀物,将沉淀物经数次洗涤和甩干后,再经过高温煅烧得到氧化铟粉末。此种方法较为常见,但是步骤较多,需要经过高温煅烧的过程,工艺控制较复杂。另外产生较多的废液,污染环境,沉淀物需要数次洗涤,浪费水源。固相法分成高温固相反应法、室温固相反应法等,固相法的缺点是生成的氧化铟粉末的纯度难以保证,且反应难以达到纳米尺度,生成粉末的颗粒较大。
实用新型内容
为了解决上述技术问题,本专利用类似喷雾燃烧法的原理,使升华的铟蒸气在高温下同氧气发生氧化反用,生成纯度较高、颗粒大小均匀、烧结活性高的氧化铟粉末。此种方法简单高效,无污染,制得的纳米氧化铟粉末纯度高,颗粒大小均匀,烧结活性高。此种方法简单高效,无污染,制得的纳米氧化铟粉末纯度高,颗粒大小均匀,烧结活性高。
为了实现上述目的,本新型提供一种制备高纯纳米氧化铟粉末的装置,包括一铟升华和氧化的反应箱体,该反应箱体上具有仓门,反应箱体内设置有用于盛放铟粉的坩埚,该坩埚下方设有用于加热坩埚的高频感应线圈,一O2气瓶与反应箱体通过设有球阀开关的管道相连接,一真空泵通过设有球阀开关的管道与反应箱体相连接,反应箱体上还设置有真空度表。
其理论依据为:铟金属可以在真空条件下加热升华,铟金属的熔点为156.61℃。因此加热温度应设置在铟金属的熔点之下,使得铟金属升华。打开气瓶中的O2,升华的铟蒸气在高温下与O2发生氧化反应,生成氧化铟粉末沉积在箱体内部,将其收集起来即得到高纯纳米氧化铟粉体。
采用上述技术方案,本专利相比现有喷雾热分解法和喷雾燃烧法,制备方法简单,温度控制较为简单,不需要专门设置特殊的高温反应室和雾化器。相比于沉淀法,不会产生废液,不需要经过洗涤和离心的过程,不需要经过高温煅烧的环节,有利于环境保护和节约水资源和能源。相比于固相法,铟蒸气在高温下与氧气氧化,可以制备出纯度较高、颗粒大小均匀、烧结活性高的纳米氧化铟粉末。制备后的纳米氧化铟粉末的扫描电镜照片,可以看到颗粒度范围在 20-100nm,颗粒度均匀,无明显团聚现象。
为了更好的实现新型目的,本新型还具有以下更优的技术方案:
在一些实施方式中,为了使得氧化反应更加充分和均匀O2气瓶与反应箱体连接的管道端设置有覆盖坩埚的漏斗形气嘴。
在一些实施方式中,为了便于观察整个氧化反应过程,在仓门上设置有透明观察窗。
在一些实施方式中,为了对坩埚的加热更加快速和均匀,高频感应线圈呈涡形盘旋设置。
在一些实施方式中,为了提高加热效率,同时使得沉积的氧化铟粉末不至落入坩埚中,在坩埚设有带孔的封盖。
附图说明
图1是一种升华法制备高纯纳米氧化铟粉末的装置;
标号为:O2气瓶1,球阀开关2,气体管道3,真空度表4,反应箱体5,箱体仓门6,漏斗形气嘴7,透明观察窗8,坩埚9,高频感应线圈10,高频感应线圈的电源11,高频感应线圈的开关12,球阀开关13,真空泵14。
具体实施方式
下面结合实施例对本新型作进一步地详细说明。
如图1所示,本新型提供的一种制备高纯纳米氧化铟粉末的装置,包括一铟升华和氧化的反应箱体5,该反应箱体上具有仓门6,在仓门6上设置有透明观察窗8。反应箱体5内设置有用于盛放铟粉的坩埚9,在坩埚9上设有带孔的封盖,在坩埚9下方设有用于加热坩埚9的高频感应线圈10,该高频感应线圈10呈涡形盘旋与坩埚9 外形匹配。O2气瓶1与反应箱体5通过设有球阀开关2的管道3相连接,管道3端设置有覆盖坩埚9的漏斗形气嘴7。一真空泵14通过设有球阀开关13的管道与反应箱体5相连接,反应箱体5上还设置有真空度表4。
其理论依据为:铟金属可以在真空条件下加热升华,铟金属的熔点为156.61℃。因此加热温度应设置在铟金属的熔点之下,使得铟金属升华。打开O2气瓶1,升华的铟蒸气在高温下与O2发生氧化反应,生成氧化铟粉末沉积在反应箱体5内部,将其收集起来即得到高纯纳米氧化铟粉体。具体是将反应原料铟粉球磨过一定目数的筛网。将一定颗粒度的铟粉放置在坩埚9中,打开箱体仓门6,将坩埚9架在高频加热线圈10上。关闭箱体仓门6,关闭球阀开关2,打开球阀开关 13,打开真空泵14抽真空,待真空度表4显示达到所要求的真空度后,关闭球阀开关13,关闭真空泵14。然后打开高频感应线圈电源11的开关12,开始加热坩埚,设置一定的升温速率和使得铟粉升华的加热温度,开始加热坩埚9中的铟粉。待达到一定的加热温度后,打开O2气瓶1上的球阀开关2,设置O2的流速在一定的范围内,保持在铟粉的升华温度一定的时间,使得铟粉充分升华,铟蒸气与O2充分氧化,期间可以透过观察窗8观察箱体内情况,直至坩埚9再没有铟粉剩余,反应箱体5内再没有氧化铟粉末沉积,关闭高频感应线圈的电源开关12,停止加热,保持O2再继续进入反应箱体5一段时间后关闭球阀开关2。最后,待反应箱体5内的温度降至室温后,打开球阀开关2使O2进入反应箱体5,待真空度表恢复至大气压后,打开箱体的仓门6,收集沉积在反应箱体5内部的氧化铟粉末。
以上所述的仅是本新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本新型创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种制备高纯纳米氧化铟粉末的装置,其特征在于,包括一铟升华和氧化的反应箱体(5)该反应箱体(5)上具有仓门(6),反应箱体(5)内设置有用于盛放铟粉的坩埚(9),该坩埚(9)下方设有用于加热坩埚(9)的高频感应线圈(10),一O2气瓶(1)与反应箱体(5)通过设有球阀开关(2)的管道相连接,一真空泵(14)通过设有球阀开关(13)的管道与反应箱体(5)相连接,所述的反应箱体(5)上还设置有真空度表(4)。
2.根据权利要求1所述的制备高纯纳米氧化铟粉末的装置,其特征在于,所述的O2气瓶(1)与反应箱体(5)连接的管道端设置有覆盖坩埚(9)的漏斗形气嘴(7)。
3.根据权利要求1所述的制备高纯纳米氧化铟粉末的装置,其特征在于,所述的仓门(6)上设置有用于观察制备情况的透明观察窗。
4.根据权利要求1所述的制备高纯纳米氧化铟粉末的装置,其特征在于,所述的高频感应线圈(10)呈涡形盘旋设置。
5.根据权利要求1所述的制备高纯纳米氧化铟粉末的装置,其特征在于,所述的坩埚(9)设有带孔的封盖。
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