專利名稱：一種用惰性氣體保護(hù)法制備高品質(zhì)azo靶材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電材料領(lǐng)域技術(shù)，特別是一種用惰性氣體保護(hù)法制備高品質(zhì) AZO靶材的方法。
背景技術(shù)：
氧化物透明導(dǎo)電薄膜簡(jiǎn)稱TC0，主要有l(wèi)n203、SnO2和ZnO三大體系及其摻雜體 系 In2O3: Sn (簡(jiǎn)稱 ΙΤ0)、In2O3 = Mo (簡(jiǎn)稱 ΙΜ0)、SnO2: Sb (簡(jiǎn)稱 ΑΤΟ)、Sn02:F(簡(jiǎn)稱 FT0)、 Ζη0:Α1 (簡(jiǎn)稱ΖΑ0)等。在這些氧化物透明導(dǎo)電薄膜中，ITO薄膜呈復(fù)雜的立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)， 具有高的可見(jiàn)光透光率和紅外反射率、低的電阻率、耐磨損以及良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn) 定性，可見(jiàn)光透光率可達(dá)約90%，電阻率為1 4Χ10_4Ω · cm，因此在液晶顯示器、太陽(yáng)能 電池、防靜電、防微波輻射等領(lǐng)域有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用。目前市場(chǎng)上使用的ITO透明導(dǎo)電氧 化物薄膜，其技術(shù)是成熟的，但由存在(1)銦屬于稀有金屬，自然儲(chǔ)量少，價(jià)格昂貴成本較 高；(2)銦有毒，在制備和應(yīng)用中對(duì)人體有害；(3)易受氫等離子體的還原作用，在用于太陽(yáng) 能電池作為透明電極時(shí)，薄膜中的In會(huì)向電池材料中擴(kuò)散，影響器件的性能穩(wěn)定性等不足 和缺陷，從而限制了其在實(shí)踐中的廣泛使用。由于ZAO具有較大的禁帶寬度，禁帶寬度接近3. 3eV,使其具有與ITO相媲美的電 學(xué)和光學(xué)特性，因此可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、壓電器件、液晶顯示、反射熱鏡等領(lǐng)域；又因 ZAO所用的原料Zn和Al儲(chǔ)量豐富、易于制造、成本較低、無(wú)毒、熱穩(wěn)定性好，耐氫等離子還原 等特性，因此使其成為一種最具潛力的取代ITO的材料之一。目前AZO靶材通常采用常壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)(簡(jiǎn)稱HIP)及真空燒結(jié)這三種方 法進(jìn)行制備。在公開(kāi)號(hào)CN101575207A的發(fā)明專利《一種鍺摻雜的AZO靶材及其制備方法》 及公開(kāi)號(hào)CN101580384A的專利《一種釔摻雜的AZO靶材及其制備方法》中，均采用常壓、常 氣氛進(jìn)行AZO靶材的燒結(jié)，燒結(jié)溫度高達(dá)1600°C，制備的AZO靶材相對(duì)密度為96%，理論 密度按5. 67g/cm3計(jì)。由于氧化鋅具有燒結(jié)溫度范圍窄，在高溫下易揮發(fā)的特性，當(dāng)溫度高 于1200°C時(shí)，便開(kāi)始出現(xiàn)少量的揮發(fā)，因此這種燒結(jié)方法由于燒結(jié)溫度較高，導(dǎo)致氧化鋅的 揮發(fā)嚴(yán)重，無(wú)法得到高密度的靶材，也無(wú)法得到細(xì)晶結(jié)構(gòu)的靶材，而AZO靶材的密度、晶粒 大小，將直接關(guān)系到AZO薄膜的品質(zhì)，密度低不僅會(huì)加快靶材表面產(chǎn)生黑色顆粒狀物質(zhì)即 所謂的靶材中毒，降低靶材的使用壽命，而且會(huì)導(dǎo)致濺射工藝發(fā)生變化如濺射功率加大、電 壓升高和放電增多，從而使薄膜的面電阻增大、膜厚增加及透過(guò)率降低；晶粒粗大且晶粒尺 寸相差較大，不僅濺射速率慢，而且濺射沉積的薄膜厚度分布不均勻，當(dāng)靶材的晶粒度過(guò)大 時(shí)，例如晶粒超過(guò)20 μ m以上，靶材的機(jī)械強(qiáng)度就會(huì)降低，熱膨脹系數(shù)則會(huì)增大，導(dǎo)致在濺 射時(shí)因熱沖擊過(guò)大使靶材開(kāi)裂，影響成膜質(zhì)量。針對(duì)真空燒結(jié)和HIP燒結(jié)未見(jiàn)相關(guān)的專利報(bào)道，在2009年5月《材料導(dǎo)報(bào)》第 二十三卷《氧化鋅鋁(ZAO)靶材的制備及性能研究》一文中，于1370°C密度采用低真空燒結(jié) 制備的靶材相對(duì)密度僅為80%，這是因?yàn)楫?dāng)溫度超過(guò)1200°C時(shí)，氧化鋅的揮發(fā)比較劇烈， 所以要制備致密度高的靶材，真空度的大小是關(guān)鍵，真空度到底在什么范圍內(nèi)，既能防止氧化鋅的揮發(fā)又利于靶材燒結(jié)，目前研究的較少，故采用該方法進(jìn)行AZO靶材的制備，重復(fù)穩(wěn) 定性較差；而熱等靜壓燒結(jié)法因其制造工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大，制造成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于材料成 本，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)格靶材的制備及連續(xù)化生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用惰性氣體保護(hù)法制備高品質(zhì)AZO靶材 的方法，采用一種新的燒結(jié)方法-惰性氣體保護(hù)燒結(jié)法，制備出高密度、高純度、晶粒小且 分布均勻的AZO靶材。為了實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問(wèn)題的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案本發(fā)明的一種用惰性氣體保護(hù)法制備高品質(zhì)AZO靶材的方法，使用純度不低于 99. 9%的納米氧化鋅與純度不低于99. 99%的納米氧化鋁，氧化鋁的含量占氧化鋅與氧化 鋁的總重量的1. 0 5. 0%，將氧化鋅與氧化鋁的混合物進(jìn)行球磨機(jī)械摻雜，確保兩者混合 均勻，然后對(duì)球磨料漿進(jìn)行噴霧造粒，采用模壓和冷等靜壓成型(CIP)相結(jié)合的方式進(jìn)行 成型，最后在1200 1450°C的溫度下進(jìn)行惰性氣體保護(hù)燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為4 16小時(shí)，制 備出AZO靶材。本發(fā)明的制備高品質(zhì)AZO靶材的方法，所述的惰性氣體為高純氮?dú)?、氬氣或氦?及其混合物。本發(fā)明的制備高品質(zhì)AZO靶材的方法，其更具體的制備工藝是(1)按照要求的配比，將純度不低于99. 9%的納米氧化鋅粉末與純度不低于 99. 99%的納米氧化鋁粉末進(jìn)行球磨機(jī)械混合，球磨溶劑采用去離子水，球磨10 24h后， 對(duì)料漿進(jìn)行噴霧造粒，得到造粒粉。(2)對(duì)⑴制備的造粒粉先進(jìn)行一次模壓，壓力10 15MPa，保壓1 3min ；然后 再對(duì)其進(jìn)行冷等靜壓(CIP)成型，壓力30 300MPa，保壓3 5min，得到成型坯體。(3)對(duì)(2)步驟得到的成型坯體于110°C干燥48h后，在惰性氣體保護(hù)氣氛下加熱 到1200°C 1450°C，保溫4 16h進(jìn)行燒結(jié)。通過(guò)上述步驟，可以制備出純度大于99.9%，相對(duì)密度大于98%，電阻率在 10_4 Ω · cm量級(jí)，晶粒在3 6 μ m的高品質(zhì)AZO靶材。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果(1)本發(fā)明可明顯降低AZO靶材的燒結(jié)溫度，有效抑制氧化鋅的揮發(fā)，能在較低的 溫度下制備出高純度、高密度且晶粒度細(xì)小的AZO靶材。(2)本發(fā)明制造工藝簡(jiǎn)單可控、生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)?；a(chǎn)。(3)本發(fā)明特別利于燒結(jié)制備大規(guī)格高品質(zhì)的AZO靶材。
具體實(shí)施例方式以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明不局限于此，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)， 在不脫離本發(fā)明方法的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1(1)氧化鋁粉末占氧化鋅與氧化鋁的總重量的1%，按照要求的配比進(jìn)行配料，然 后進(jìn)行球磨機(jī)械混合，球磨溶劑采用去離子水，球磨IOh后，對(duì)料漿進(jìn)行噴霧造粒，得到造
4粒粉。(2)對(duì)(1)制備的造粒粉先進(jìn)行一次模壓，壓力lOMPa，保壓3min ；然后再對(duì)其進(jìn) 行冷等靜壓(CIP)成型，壓力30MPa，保壓5min。得到成型坯體。(3)對(duì)(2)步驟得到的成型坯體于110°C干燥48h后，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下加熱 到1200°C，保溫16h進(jìn)行燒結(jié)，得到AZO靶材。實(shí)施例2-4實(shí)施例2-4與實(shí)施例1的參數(shù)區(qū)別如表1。未明確說(shuō)明的，采用與實(shí)施例1相同的 方法。表1實(shí)施例1-4中不同的工藝及參數(shù) 對(duì)實(shí)施例制備的靶材采用排水法測(cè)其密度，通過(guò)SEM對(duì)靶材斷口進(jìn)行分析，觀察 其晶粒的大小及分布，用粉末電阻率測(cè)試儀測(cè)靶材電阻率，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2 表2實(shí)施例1-4靶材性能指標(biāo) 對(duì)比例為驗(yàn)證惰性氣體保護(hù)法的優(yōu)越性，進(jìn)行了三個(gè)其它燒結(jié)方法的對(duì)比例試驗(yàn)，對(duì)比 例中的摻雜方式、球磨介質(zhì)、造粒方法、模壓壓力及保壓時(shí)間、坯體干燥溫度及時(shí)間均與實(shí) 施例相同，其它具體工藝情況見(jiàn)表3 表3對(duì)比例具體工藝情況 對(duì)比例制備的靶材性能指標(biāo)見(jiàn)表4 表4對(duì)比例靶材性能指標(biāo)
權(quán)利要求
一種用惰性氣體保護(hù)法制備高品質(zhì)AZO靶材的方法，其特征是該方法使用純度不低于99.9％的納米氧化鋅與純度不低于99.99％的納米氧化鋁，氧化鋁的含量占氧化鋅與氧化鋁的總重量的1.0～5.0％，將氧化鋅與氧化鋁的混合物進(jìn)行球磨機(jī)械摻雜，確保兩者混合均勻，然后對(duì)球磨料漿進(jìn)行噴霧造粒，采用模壓和冷等靜壓成型相結(jié)合的方式進(jìn)行成型，最后在1200～1450℃的溫度下進(jìn)行惰性氣體保護(hù)燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為4～16小時(shí)，制備出AZO靶材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備高品質(zhì)AZO靶材的方法，其特征是所述的惰性氣體為高 純氮?dú)?、氬氣或氦氣及其混合物?br>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備高品質(zhì)AZO靶材的方法，其特征是所述方法具體步驟為(1)按照要求的配比，將純度不低于99.9%的納米氧化鋅粉末與純度不低于99. 99% 的納米氧化鋁粉末進(jìn)行球磨機(jī)械混合，球磨溶劑采用去離子水，球磨10 24h后，對(duì)料漿進(jìn) 行噴霧造粒，得到造粒粉。(2)對(duì)(1)制備的造粒粉先進(jìn)行一次模壓，壓力10 15MPa，保壓1 3min；然后再對(duì) 其進(jìn)行冷等靜壓成型，壓力30 300MPa，保壓3 5min，得到成型坯體。(3)對(duì)(2)步驟得到的成型坯體于110°C干燥48h后，在惰性氣體保護(hù)氣氛下加熱到 1200°C 1450°C，保溫4 16h進(jìn)行燒結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種用惰性氣體保護(hù)法制備高品質(zhì)AZO靶材的方法，使用純度不低于99.9％的納米氧化鋅與純度不低于99.99％的納米氧化鋁，氧化鋁占總重量的1.0～5.0％，將混合物球磨摻雜，噴霧造粒，采用模壓和冷等靜壓成型相結(jié)合的方式成型，最后在1200～1450℃的溫度下進(jìn)行惰性氣體保護(hù)燒結(jié)，制備出AZO靶材。本發(fā)明可明顯降低AZO靶材的燒結(jié)溫度，有效抑制氧化鋅的揮發(fā)，能在較低的溫度下制備出高純度、高密度且晶粒度細(xì)小的AZO靶材；制造工藝簡(jiǎn)單可控、生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)?；a(chǎn)；特別利于制備大規(guī)格高品質(zhì)的AZO靶材。
文檔編號(hào)C04B35/453GK101913856SQ20101024624
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者張秀勤, 王政紅, 薛建強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所