本發明涉及功能陶瓷制備技術領域，特別涉及一種高密度ito靶材的制備方法。
背景技術：
ito薄膜可由ito靶材經磁控濺射法制備得到，在工業生產中，大多采用磁控濺射法，將ito靶材在玻璃上濺射成極薄的一層透明導電膜(厚度100nm左右)，對薄膜進行刻蝕，以制備平板顯示器用的電極材料。
要制備出高品質的ito膜，須采用均勻性好且密度高的ito靶。這是因為低密度靶內有許多孔洞，孔洞內的不確定元素在濺射過程中也進入到ito膜，從而影響ito膜導電性能。另外低密度ito靶面在濺射過程中容易產生一些黑化的低價氧化物稱其為結瘤，因此在濺射過程中會出現飛弧現象(即局部擊穿放電)，從而導致濺射工藝不穩定，使ito膜中出現雜質缺陷。再者低密度ito靶熱導率低，在濺射過程中由于存在熱應力而使靶開裂等。
ito靶材的生產主要包括粉末制備、成型和燒結三個主要環節。采用納米級ito粉末，有利于提高ito靶的燒結密度。雖然采用先冷等靜壓后熱等靜壓工藝，可使ito靶相對密度高達99％以上，但成本高，不利于工業化大規模生產。工業生產中一般采用在ito粉末中添加合適的燒結劑，并在氧氣氛下無壓燒結使靶材的密度提高到99％以上。
技術實現要素：
本發明提供一種高密度ito靶材的制備方法，首先篩選出最佳燒結助劑，結合注漿成型工藝的優勢(低成本生產大尺寸部件)在流動的氧氣氛下無壓燒結，獲得高密度ito靶材。
為達到上述目的，本發明的技術方案為：
一種低成本高密度ito靶材的制備方法，包括以下步驟：
(1)預混液制備：取分散劑和粘接劑加入水中，攪拌均勻，用氨水調ph值至8～11，得預混液；分散劑的加入量為ito粉體質量的0.2～0.3％，粘接劑的加入量為ito粉體質量的0.3～2％，水的加入量為ito粉體質量的10～20％；所述分散劑為重量比為1～2：1的檸檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)懸浮漿料的制備：向預混液中加入以化學共沉淀法制備的ito粉體和燒結劑，再于球磨機中進行球磨，球磨后得到混合漿料，攪拌，抽真空除去漿料中的氣泡；所述燒結劑由稀土氧化物、氮化鈦和納米geo2組成；
(3)注漿成型：把鋁制模裝在石膏板上，將步驟(2)所得漿料注入鋁制模中；吸漿成型后脫模干燥，干燥溫度為30～70℃，得ito坯體；
(4)燒結：干燥后的ito坯體在常壓純氧氣的氣氛下燒結，溫度為1450～1550℃，保溫時間為4～8小時，得ito靶材。
其中，優選地，所述ito粉體中氧化錫的質量含量為5～20％，氧化銦的質量含量為80～95％，粉體純度不低于99.9％，粉體的粒徑為0.2～1.0μm。
其中，優選地，所述粘接劑為聚丙烯酸類粘接劑或聚乙烯醇縮丁醛。
其中，優選地，所述稀土氧化物為ceo2、y2o3或dy2o3，所述稀土氧化物的添加量為ito粉體的1.0～1.5％。
其中，優選地，所述氮化鈦的添加量為ito粉體0.005～0.05％，所述納米geo2的添加量為ito粉體的0.6～1.0％。
本發明的有益效果：
與現有技術相比，本發明的創新在于通過摻雜稀土氧化物、氮化鈦和納米geo2，在常壓純氧氣的氣氛下燒結ito靶材。通過在共沉淀方法合成的銦錫氧化物粉體中添加燒結劑，在燒結的過程中，在較低溫度發生固溶和液相燒結的作用。另外，在懸浮漿料的制備過程中，ito粉體懸浮在分散劑溶液形成牛頓流體粘度低，穩定性好。ito粉體能夠均勻而穩定的分散。懸浮漿料的粘度隨固含量地增加呈指數關系增大。
本發明制備的ito靶材的相對密度為99.0～99.8％，抗彎強度為128～156mpa，電阻率在2.2×10-4ω·cm到3.2×10-4ω·cm之間。與現有技術相比，本方法獲得的產品致密度高、電阻率低及晶粒尺寸分布均勻。本發明適用于高密度、大尺寸ito靶材的制備。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例1中高密度ito靶材的典型微觀結構圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。
實施例1
本實施例提供一種低成本、高密度ito靶材的制備方法，包括以下步驟：
(1)預混液制備：取分散劑和粘接劑加入水中，攪拌均勻，用氨水調ph值至10，得預混液；分散劑的加入量為ito粉體質量的0.25％，粘接劑的加入量為ito粉體質量的1％，水的加入量為ito粉體質量的15％；所述分散劑為重量比為1～2：1的檸檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)懸浮漿料的制備：向預混液中加入以化學共沉淀法制備的ito粉體和燒結劑，再于球磨機中進行球磨，球磨后得到混合漿料，攪拌，抽真空除去漿料中的氣泡；所述燒結劑由稀土氧化物、氮化鈦和納米geo2組成；所述稀土氧化物為ceo2、y2o3或dy2o3，所述金屬氧化物的添加量為ito粉體的1.2％。所述氮化鈦的添加量為ito粉體0.02％，所述納米geo2的添加量為ito粉體的0.8％；
(3)注漿成型：把鋁制模裝在石膏板上，將步驟(2)所得漿料注入鋁制模中；吸漿成型后脫模干燥，干燥溫度為50℃，得ito坯體；
(4)燒結：干燥后的ito坯體在常壓純氧氣的氣氛下燒結，溫度為1450～1550℃，保溫時間為6小時，得ito靶材(圖1)。
其中，所述ito粉體中氧化錫的質量含量為12％，氧化銦的質量含量為88％，粉體純度為99.91％，粉體的粒徑為0.2～1.0μm。
其中，所述粘接劑為聚丙烯酸類粘接劑。
本實施例制備的ito靶材的相對密度為99.8％，抗彎強度為152mpa，電阻率在2.2×10-4ω·cm。
實施例2
本實施例提供一種低成本、高密度ito靶材的制備方法，包括以下步驟：
(1)預混液制備：取分散劑和粘接劑加入水中，攪拌均勻，用氨水調ph值至8，得預混液；分散劑的加入量為ito粉體質量的0.3％，粘接劑的加入量為ito粉體質量的0.3％，水的加入量為ito粉體質量的20％；所述分散劑為重量比為1～2：1的檸檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)懸浮漿料的制備：向預混液中加入以化學共沉淀法制備的ito粉體和燒結劑，再于球磨機中進行球磨，球磨后得到混合漿料，攪拌，抽真空除去漿料中的氣泡；所述燒結劑由稀土氧化物、氮化鈦和納米geo2組成；所述稀土氧化物為ceo2、y2o3或dy2o3，所述稀土氧化物的添加量為ito粉體的1.0％。所述氮化鈦的添加量為ito粉體0.05％，所述納米geo2的添加量為ito粉體的0.6％；
(3)注漿成型：把鋁制模裝在石膏板上，將步驟(2)所得漿料注入鋁制模中；吸漿成型后脫模干燥，干燥溫度為70℃，得ito坯體；
(4)燒結：干燥后的ito坯體在常壓純氧氣的氣氛下燒結，溫度為1450～1550℃，保溫時間為4小時，得ito靶材。
其中，所述ito粉體中氧化錫的質量含量為20％，氧化銦的質量含量為80％，粉體純度為99.95％，粉體的粒徑為0.2～1.0μm。
其中，所述粘接劑為聚丙烯酸類粘接劑。
本實施例制備的ito靶材的相對密度為99.3％，抗彎強度為128mpa，電阻率在3.2×10-4ω·cm。
實施例3
本實施例提供一種低成本、高密度ito靶材的制備方法，包括以下步驟：
(1)預混液制備：取分散劑和粘接劑加入水中，攪拌均勻，用氨水調ph值至11，得預混液；分散劑的加入量為ito粉體質量的0.2％，粘接劑的加入量為ito粉體質量的2％，水的加入量為ito粉體質量的10％；所述分散劑為重量比為1～2：1的檸檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)懸浮漿料的制備：向預混液中加入以化學共沉淀法制備的ito粉體和燒結劑，再于球磨機中進行球磨，球磨后得到混合漿料，攪拌，抽真空除去漿料中的氣泡；所述燒結劑由稀土氧化物、氮化鈦和納米geo2組成；所述稀土氧化物為ceo2、y2o3或dy2o3，所述稀土氧化物的添加量為ito粉體的1.5％。所述氮化鈦的添加量為ito粉體0.005％，所述納米geo2的添加量為ito粉體的1.0％；
(3)注漿成型：把鋁制模裝在石膏板上，將步驟(2)所得漿料注入鋁制模中；吸漿成型后脫模干燥，干燥溫度為30℃，得ito坯體；
(4)燒結：干燥后的ito坯體在常壓純氧氣的氣氛下燒結，溫度為1450～1550℃，保溫時間為8小時，得ito靶材。
其中，所述ito粉體中氧化錫的質量含量為5％，氧化銦的質量含量為95％，粉體純度為99.94％，粉體的粒徑為0.2～1.0μm。
其中，所述粘接劑為聚丙烯酸類粘接劑。
本實施例制備的ito靶材的相對密度為99.6％，抗彎強度為156mpa，電阻率在2.4×10-4ω·cm。
實施例4
本實施例提供一種低成本、高密度ito靶材的制備方法，包括以下步驟：
(1)預混液制備：取分散劑和粘接劑加入水中，攪拌均勻，用氨水調ph值至9，得預混液；分散劑的加入量為ito粉體質量的0.29％，粘接劑的加入量為ito粉體質量的0.75％，水的加入量為ito粉體質量的12％；所述分散劑為重量比為1～2：1的檸檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)懸浮漿料的制備：向預混液中加入以化學共沉淀法制備的ito粉體和燒結劑，再于球磨機中進行球磨，球磨后得到混合漿料，攪拌，抽真空除去漿料中的氣泡；所述燒結劑由金屬氧化物、氮化鈦和納米geo2
組成；所述稀土氧化物為ceo2、y2o3或dy2o3，所述稀土氧化物的添加量為ito粉體的1.4％。
所述氮化硅的添加量為ito粉體0.03％，所述納米geo2的添加量為ito粉體的0.9％；
(3)注漿成型：把鋁制模裝在石膏板上，將步驟(2)所得漿料注入鋁制模中；吸漿成型后脫模干燥，干燥溫度為50℃，得ito坯體；
(4)燒結：干燥后的ito體在常壓純氧氣的氣氛下燒結，溫度為1450～1550℃，保溫時間為7小時，得ito靶材。
其中，所述ito粉體中氧化錫的質量含量為14％，氧化銦的質量含量為86％，粉體純度為99.92％，粉體的粒徑為0.2～1.0μm。
其中，所述粘接劑為聚乙烯醇縮丁醛。
本實施例制備的ito靶材的相對密度為99.5％，抗彎強度為145mpa，電阻率在2.8×10-4ω·cm。
實施例5
本實施例提供一種低成本、高密度ito靶材的制備方法，包括以下步驟：
(1)預混液制備：取分散劑和粘接劑加入水中，攪拌均勻，用氨水調ph值至10，得預混液；分散劑的加入量為ito粉體質量的0.28％，粘接劑的加入量為ito粉體質量的1.5％，水的加入量為ito粉體質量的19％；所述分散劑為重量比為1～2：1的檸檬酸和聚丙烯酸胺的混合物；
(2)懸浮漿料的制備：向預混液中加入以化學共沉淀法制備的ito粉體和燒結劑，再于球磨機中進行球磨，球磨后得到混合漿料，攪拌，抽真空除去漿料中的氣泡；所述燒結劑由金屬氧化物、氮化硅和納米geo2組成；所述稀土氧化物為ceo2、y2o3或dy2o3，所述稀土氧化物的添加量為ito粉體的1.4％。
所述氮化鈦的添加量為ito粉體0.01％，所述納米geo2的添加量為ito粉體的0.7％；
(3)注漿成型：把鋁制模裝在石膏板上，將步驟(2)所得漿料注入鋁制模中；吸漿成型后脫模干燥，干燥溫度為50℃，得ito坯體；
(4)燒結：干燥后的ito坯體在常壓純氧氣的氣氛下燒結，溫度為1450～1550℃，保溫時間為7小時，得ito靶材。
其中，所述ito粉體中氧化錫的質量含量為8％，氧化銦的質量含量為92％，粉體純度為99.93％，粉體的粒徑為0.2～1.0μm。
其中，所述粘接劑聚乙烯醇縮丁醛。
本實施例制備的ito靶材的相對密度為99.4％，抗彎強度為135mpa，電阻率在2.7×10-4ω·cm。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。