本發(fā)明涉及氧化鋅靶材制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高致密化摻鋁氧化鋅靶材的制備方法。

背景技術(shù)：

氧化鋅(zno)是一種半導(dǎo)體材料，其原材料便宜、無(wú)毒，已經(jīng)在表面聲學(xué)波器件、平板顯示器、太陽(yáng)能電池、建筑玻璃等領(lǐng)域得到應(yīng)用。在聚合物應(yīng)用中，可以將納米氧化鋅表面改性后作為添加劑加入，從而使聚合物具有抗紫外、殺菌等功能.將其摻雜al元素后，可以提高zno中自由載流子濃度，使其對(duì)紅外區(qū)域的光線產(chǎn)生較強(qiáng)的吸收和反射。將其制備成納米粒子。并將其應(yīng)用于聚合物中，作為ito(氧化銦錫)和ato(氧化錫銻)等透明隔熱添加劑的替代品，可以大幅度降低生產(chǎn)成本，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

氧化鋅(azo)納米粒子的制備方法主要有化學(xué)共沉淀法、微乳液法、水熱法、溶膠-凝膠法等。采用微乳法制得的粉體粒徑小且分布窄，但成本高、產(chǎn)量低，難以在工業(yè)上產(chǎn)業(yè)化；水熱法制備粉體投資量大，大批量生產(chǎn)時(shí)不易控制粉體的純度；溶膠凝膠法對(duì)原料要求極高，很難滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求。相比較而言，采用化學(xué)共沉淀法生產(chǎn)摻雜粉體，可達(dá)原子級(jí)的均勻性，同時(shí)，成本低、產(chǎn)量大，但該法制得粉體團(tuán)聚較嚴(yán)重，且粒徑分布較寬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明采用表面修飾技術(shù)生產(chǎn)出高分散性納米尺寸的鋁摻雜的氧化鋅粉

體，經(jīng)造粒成型與燒結(jié)獲得高致密化的azo靶材(>99.0％)。此發(fā)明由于采用改良的化學(xué)共沉淀方法生產(chǎn)粉體，使得靶材的制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、易于產(chǎn)業(yè)化。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種高致密化摻鋁氧化鋅靶材的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制濃度為15～20g/l的表面修飾劑溶液，在表面修飾劑溶液中加入zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入過(guò)量20％以上的尿素，攪拌混合均勻；

(2)逐步升溫至80～95℃，在攪拌下反應(yīng)2h以上，得到白色沉淀；

(3)母液經(jīng)超聲波處理1小時(shí)后，繼續(xù)攪拌并陳化1～24小時(shí)；

(4)真空抽濾，所得產(chǎn)物用0.1mol/l稀氨水洗滌兩次，再用有機(jī)溶劑洗滌；

(5)洗滌后真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得azo前驅(qū)體；

(6)將azo前驅(qū)體3～5℃/min升溫至100～200℃，保溫30～50min，再以3℃/min升溫至600～800℃，保溫3～5小時(shí)，噴霧造粒后壓制成型，得到素坯；

(7)將素坯進(jìn)行燒結(jié)，所述燒結(jié)條件為：以2℃/min升溫至1200℃～1400℃，并保溫1～5小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即得高致密度摻鋁氧化鋅靶材。

其中，優(yōu)選地，所述al和所述zn的原子百分比為3～5％。

其中，優(yōu)選地，所述修飾劑為可溶性淀粉、聚乙二醇和十二烷基磺酸鈉中的任意一種或幾種。

其中，優(yōu)選地，所述修飾劑的加入量與zn(no3)2·6h2o的重量比為1：15～20。

其中，優(yōu)選地，所述步驟(3)中超聲處理超聲波的頻率范圍為40～60mhz。

其中，優(yōu)選地，所述步驟(4)中的有機(jī)溶劑是體積比為1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和環(huán)己醇。

其中，優(yōu)選地，所述步驟(6)壓制成型的條件為：壓力100mpa～200mpa，保壓時(shí)間8min～15min。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明采用化學(xué)共沉淀法，加入一定量的表面修飾劑，通過(guò)表面修飾劑來(lái)控制在共沉淀時(shí)沉淀物的分散狀態(tài)與大小分布，再結(jié)合超聲波處理技術(shù)來(lái)減少顆粒間的硬團(tuán)聚，使沉淀物的顆粒分布更加均勻。成功制備了類球形、分散性好、粒徑均勻的納米摻鋁氧化鋅粉體。分析結(jié)構(gòu)表明，al離子成功摻雜到了氧化鋅晶格中，保持zno的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察，表明制得的摻鋁氧化鋅納米粉體粒徑為～100nm，粒徑分布均勻，顆粒之間界面清晰，流動(dòng)性好。

以本發(fā)明方法制備的高分散性納米azo粉體為原料，大大地降低了燒結(jié)溫度，有利于節(jié)能降耗，降低工業(yè)生產(chǎn)成本，同時(shí)由于低燒結(jié)溫度使得生產(chǎn)的azo靶材晶粒尺寸小，提高了靶材機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)了靶材在濺射過(guò)程中的抗熱震性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中摻鋁氧化鋅粉體的典型微結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中azo靶材的典型微結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種高致密化摻鋁氧化鋅靶材的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制濃度為18g/l的可溶性淀粉溶液，在可溶性淀粉溶液中加入

zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入過(guò)量20％以上的尿素，攪拌混合均勻；所述al和所述zn的原子百分比為4％；所述可溶性淀粉的加入量與zn(no3)2·6h2o的重量比為1：18；

(2)逐步升溫至80℃，在攪拌下反應(yīng)2h以上，得到白色沉淀；

(3)母液經(jīng)超聲波處理1小時(shí)后，超聲波的頻率范圍為40～60mhz，繼續(xù)攪拌并陳化12小時(shí)；

(4)真空抽濾，所得產(chǎn)物用0.1mol/l稀氨水洗滌兩次，再用有機(jī)溶劑洗滌；有機(jī)溶劑是體積比為1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和環(huán)己醇；

(5)洗滌后真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得azo前驅(qū)體；

(6)將azo前驅(qū)體3～5℃/min升溫至150℃，保溫40min，再以3℃/min升溫至700℃，保溫4小時(shí)，噴霧造粒后壓制成型，得到素坯；壓制成型的條件為：壓力100mpa，保壓時(shí)間12min；

(7)將素坯進(jìn)行燒結(jié)，所述燒結(jié)條件為：以2℃/min升溫至1200℃，并保溫2小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即得高致密度摻鋁氧化鋅靶材。

電子掃描電鏡(如圖1所示)觀察表明所制備的azo粉體為類球形，分散性好，平均粒徑為～100nm。

本實(shí)施例制得的azo靶材的相對(duì)密度為99.6％，電阻率為7.2×10^-4ω·cm，平均晶粒度尺寸為3～5μm(典型微結(jié)構(gòu)圖如圖2所示)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種高致密化摻鋁氧化鋅靶材的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制濃度為15g/l的聚乙二醇溶液，在聚乙二醇溶液中加入

zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入過(guò)量20％以上的尿素，攪拌混合均勻；所述al和所述zn的原子百分比為5％；所述聚乙二醇的加入量與zn(no3)2·6h2o的重量比為1：15；

(2)逐步升溫至85℃，在攪拌下反應(yīng)2h以上，得到白色沉淀；

(3)母液經(jīng)超聲波處理1小時(shí)后，超聲波的頻率范圍為40～60mhz，繼續(xù)攪拌并陳化1小時(shí)；

(4)真空抽濾，所得產(chǎn)物用0.1mol/l稀氨水洗滌兩次，再用有機(jī)溶劑洗滌；有機(jī)溶劑是體積比為1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和環(huán)己醇；

(5)洗滌后真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得azo前驅(qū)體；

(6)將azo前驅(qū)體3～5℃/min升溫至100℃，保溫50min，再以3℃/min升溫至750℃，保溫3小時(shí)，噴霧造粒后壓制成型，得到素坯；壓制成型的條件為：壓力125mpa，保壓時(shí)間8min；

(7)將素坯進(jìn)行燒結(jié)，所述燒結(jié)條件為：以2℃/min升溫至1300℃，并保溫3小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即得高致密度摻鋁氧化鋅靶材。

電子掃描電鏡觀察表明所制備的azo粉體為類球形，分散性好，平均粒徑為～115nm。

本實(shí)施例制得的azo靶材的相對(duì)密度為99.5％，電阻率為7.6×10^-4ω·cm，平均晶粒度尺寸為4～6μm。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種高致密化摻鋁氧化鋅靶材的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制濃度為20g/l的十二烷基磺酸鈉溶液，在十二烷基磺酸鈉溶液中加入zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入過(guò)量20％以上的尿素，攪拌混合均勻；所述al和所述zn的原子百分比為3％；所述修飾劑的加入量與zn(no3)2·6h2o的重量比為1：20；

(2)逐步升溫至90℃，在攪拌下反應(yīng)2h以上，得到白色沉淀；

(3)母液經(jīng)超聲波處理1小時(shí)后，超聲波的頻率范圍為40～60mhz，繼續(xù)攪拌并陳化24小時(shí)；

(4)真空抽濾，所得產(chǎn)物用0.1mol/l稀氨水洗滌兩次，再用有機(jī)溶劑洗滌；有機(jī)溶劑是體積比為1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和環(huán)己醇；

(5)洗滌后真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得azo前驅(qū)體；

(6)將azo前驅(qū)體3～5℃/min升溫至200℃，保溫30min，再以3℃/min升溫至600℃，保溫5小時(shí)，噴霧造粒后壓制成型，得到素坯；壓制成型的條件為：壓力200mpa，保壓時(shí)間15min；

(7)將素坯進(jìn)行燒結(jié)，所述燒結(jié)條件為：以2℃/min升溫至1350℃，并保溫1小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即得高致密度摻鋁氧化鋅靶材。

電子掃描電鏡觀察表明所制備的azo粉體為類球形，分散性好，平均粒徑為～85nm。

本實(shí)施例制得的azo靶材的相對(duì)密度為99.2％，電阻率為8.0×10^-4ω·cm，平均晶粒度尺寸為5～7μm。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種高致密化摻鋁氧化鋅靶材的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制濃度為16g/l的表面修飾劑溶液，在表面修飾劑溶液中加入

zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入過(guò)量20％以上的尿素，攪拌混合均勻；所述al和所述zn的原子百分比為3.5％；所述表面修飾劑的加入量與zn(no3)2·6h2o的重量比為1：18；所述表面修飾劑為重量比為1：2：1的可溶性淀粉、聚乙二醇和十二烷基磺酸鈉；

(2)逐步升溫至95℃，在攪拌下反應(yīng)2h以上，得到白色沉淀；

(3)母液經(jīng)超聲波處理1小時(shí)后，超聲波的頻率范圍為40～60mhz，繼續(xù)攪拌并陳化10小時(shí)；

(4)真空抽濾，所得產(chǎn)物用0.1mol/l稀氨水洗滌兩次，再用有機(jī)溶劑洗滌；有機(jī)溶劑是體積比為1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和環(huán)己醇；

(5)洗滌后真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得azo前驅(qū)體；

(6)將azo前驅(qū)體3～5℃/min升溫至160℃，保溫35min，再以3℃/min升溫至800℃，保溫3.5小時(shí)，噴霧造粒后壓制成型，得到素坯；壓制成型的條件為：壓力175mpa，保壓時(shí)間10min；

(7)將素坯進(jìn)行燒結(jié)，所述燒結(jié)條件為：以2℃/min升溫至1400℃，并保溫2.5小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即得高致密度摻鋁氧化鋅靶材。

電子掃描電鏡觀察表明所制備的azo粉體為類球形，分散性好，平均粒徑為～125nm。

本實(shí)施例制得的azo靶材的相對(duì)密度為99.8％，電阻率為7.0×10^-4ω·cm，平均晶粒度尺寸為7～10μm。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供一種高致密化摻鋁氧化鋅靶材的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制濃度為18g/l的表面修飾劑溶液，在表面修飾劑溶液中加入

zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入過(guò)量20％以上的尿素，攪拌混合均勻；所述al和所述zn的原子百分比為4.5％；所述表面修飾劑的加入量與zn(no3)2·6h2o的重量比為1：19；所述表面修飾劑為重量比為1：3的聚乙二醇和十二烷基磺酸鈉；

(2)逐步升溫至92℃，在攪拌下反應(yīng)2h以上，得到白色沉淀；

(3)母液經(jīng)超聲波處理1小時(shí)后，超聲波的頻率范圍為40～60mhz，繼續(xù)攪拌并陳化20小時(shí)；

(4)真空抽濾，所得產(chǎn)物用0.1mol/l稀氨水洗滌兩次，再用有機(jī)溶劑洗滌；有機(jī)溶劑是體積比為1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和環(huán)己醇；

(5)洗滌后真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得azo前驅(qū)體；

(6)將azo前驅(qū)體3～5℃/min升溫至180℃，保溫35min，再以3℃/min升溫至730℃，保溫4小時(shí)，噴霧造粒后壓制成型，得到素坯；壓制成型的條件為：壓力130mpa，保壓時(shí)間13min；

(7)將素坯進(jìn)行燒結(jié)，所述燒結(jié)條件為：以2℃/min升溫至1280℃，并保溫2.5小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即得高致密度摻鋁氧化鋅靶材。

電子掃描電鏡觀察表明所制備的azo粉體為類球形，分散性好，平均粒徑為～105nm。

本實(shí)施例制得的azo靶材的相對(duì)密度為99.8％，電阻率為7.0×10^-4ω·cm，平均晶粒度尺寸為4～6μm。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。