一種tft級(jí)ito靶材的常壓燒結(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種ΙΤ0靶材的燒結(jié)方法,特別涉及一種TFT級(jí)ΙΤ0靶材的常壓燒結(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ΙΤ0 (氧化銦錫)靶材是用于制備ΙΤ0透明導(dǎo)電薄膜的原料。廣泛應(yīng)用于液晶顯示器、觸摸屏等。中國(guó)是Ι??靶材消耗大國(guó),但高端即TFT級(jí)ΙΤ0靶材(主要用于液晶電視、電腦顯示屏、高端智能手機(jī)等)幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口(中國(guó)TFT級(jí)ΙΤ0靶材年消耗量大約600噸XTFT級(jí)ΙΤ0靶材的主要特點(diǎn)是,高致密度(相對(duì)密度彡99.7%)、大尺寸化[其單邊尺寸為(260?1100) mm]、革E材派射后結(jié)瘤小(使用后革E材表面較光滑、無(wú)顆粒)、ΙΤ0薄膜品質(zhì)高。目前國(guó)際上主流的先進(jìn)ΙΤ0靶材燒結(jié)工藝是氧氣氛常壓燒結(jié)法。主要工藝流程是:先將ΙΤ0粉體進(jìn)行模壓成型,再進(jìn)行冷等靜壓,然后將成型好的素坯放入脫脂爐進(jìn)行脫脂排膠,完成排膠后,再將脫脂后的素坯移至燒結(jié)爐進(jìn)行氧氣氛常壓燒結(jié)。中國(guó)專(zhuān)利CN201010597008.2公布了一種氧氣氛無(wú)壓燒結(jié)法制備ΙΤ0靶材的方法,這種方法有單獨(dú)的脫脂工序,相較本發(fā)明而言,生產(chǎn)周期長(zhǎng),且無(wú)法獲得高致密度的ΙΤ0靶材。中國(guó)專(zhuān)利201110031669.3公布了一種在純氧氣氛中制備ΙΤ0靶材的方法,該方法未提及脫脂工序,主要原因是該方法中用于成型的粉末未添加成型劑,故無(wú)需脫脂工序。但用模壓成型的方法成型,如果粉體不添加成型劑,所成型的坯體易出現(xiàn)分層等缺點(diǎn),尤其在成型TFT級(jí)大尺寸ΙΤ0靶材的時(shí)候。本發(fā)明提供的方法,沒(méi)有這種缺點(diǎn)和隱患同時(shí),在ΙΤ0靶材使用后,靶材的表面結(jié)瘤極少,ΙΤ0薄膜均勻且電阻率低。本方法對(duì)于ΙΤ0靶材真正獲得批量化、國(guó)產(chǎn)化具有里程碑意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種TFT級(jí)ΙΤ0靶材的常壓燒結(jié)方法,該方法選取并確定了超高活性ΙΤ0納米粉體,采用常壓氧氣氛燒結(jié),將脫脂工序與燒結(jié)工序合并,省去了脫脂設(shè)備,同時(shí)也縮短了生產(chǎn)周期,提高了生產(chǎn)效率,適合大批量生產(chǎn),能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺點(diǎn)和隱患,真正意義達(dá)到目前TFT級(jí)ΙΤ0靶材高致密度(相對(duì)密度彡99.7%)、大尺寸化[其單邊尺寸為(260?1100) mm]、靶材濺射后結(jié)瘤小、ΙΤ0薄膜高品質(zhì)的要求。
[0004]解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種TFT級(jí)ΙΤ0靶材的常壓燒結(jié)方法,包括以下步驟:
(1)選取超高活性的ΙΤ0納米粉體,ΙΤ0納米粉體的粒徑要求為60-100nm,所有的金屬及非金屬雜質(zhì)總含量〈lOOppm,且單個(gè)雜質(zhì)含量< 15ppm ;
(2)將添加成型劑造粒后的ΙΤ0粉,裝入鋼模中,用液壓機(jī)進(jìn)行模壓成型得ΙΤ0成型坯體,成型壓力為25?80MPa,保壓時(shí)間為15秒?300秒;
(3)將步驟(2)所得ΙΤ0成型坯體裝入柔性包套中,密封后放入冷等靜壓機(jī)進(jìn)行冷等靜壓,冷等靜壓壓力為180?300MPa,保壓時(shí)間為300秒?1200秒; (4)將步聚(3)所得坯體放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)過(guò)程如下:
a)以0.2?1度/分鐘的升溫速度升至100?150度,保溫1?2小時(shí);
b)然后,以0.2?1度/分鐘的升溫速度升至250?350度,保溫4?10小時(shí);
c)然后,以0.2?1度/分鐘的升溫速度升至600?750度,保溫1?4小時(shí);
d)然后,以1?2度/分鐘的升溫速度升至1000?1200度,保溫1?4小時(shí);
e)然后,以0.5?2度/分鐘的升溫速度升至1300?1400,保溫1?4小時(shí);
f)然后,以0.5?2度/分鐘的升溫速度升至1550?1650,保溫4?12小時(shí);
g)然后,以0.3?1度/分鐘的降溫速度,降溫至室溫,即得致密度高于或等于99.7%的ITO靶材;
在燒結(jié)過(guò)程中,N度以下或等于N度,持續(xù)通入潔凈空氣,用于脫脂,空氣氣流量為5?25升/分鐘;N度以上,持續(xù)通入氧氣,用于抑制ITO分解,氧氣氣流量為20?50升/分鐘,N的取值為750?1000中的任一個(gè)數(shù)值。
[0005]所述的鋼模截面形狀為長(zhǎng)方形,成型燒結(jié)后的靶材單邊尺寸為260 mm?1100mm。
[0006]本發(fā)明是一種常壓燒結(jié)大尺寸、高致密度、TFT級(jí)ΙΤ0靶材的方法,其特點(diǎn)是,選取超高活性ΙΤ0納米粉體(ΙΤ0納米粉體的粒徑要求為60-100nm,所有的金屬及非金屬雜質(zhì)總含量〈lOOppm,且單個(gè)雜質(zhì)含量彡15ppm),將添加成型劑造粒后的ΙΤ0粉通過(guò)模壓成型,冷等靜壓加固后,直接放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)。將原有的脫脂過(guò)程通過(guò)燒結(jié)制程的設(shè)計(jì),融入燒結(jié)過(guò)程,一并在燒結(jié)爐中進(jìn)行。該方法與設(shè)置有單獨(dú)脫脂工序的工藝相比,減少了脫脂設(shè)備,節(jié)省了設(shè)備投資,同時(shí)也更加節(jié)能,燒結(jié)周期比現(xiàn)有技術(shù)的燒結(jié)與脫脂周期總和縮短了40%左右。
[0007]下面,結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明之一種TFT級(jí)ΙΤ0靶材的常壓燒結(jié)方法的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0008]圖1:本發(fā)明實(shí)施例2制備的TFT級(jí)ΙΤ0靶材使用前效果圖。
[0009]圖2:本發(fā)明實(shí)施例2制備的TFT級(jí)ΙΤ0靶材使用后效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施例1:
稱(chēng)取添加成型劑造粒后的超高活性ΙΤ0粉(粉體粒度為80nm,純度為99.995%,單個(gè)雜質(zhì)成分最高為10ppm)2.7kg,裝入尺寸為264mmX 347mm的長(zhǎng)方形鋼模中。用液壓機(jī)在30MPa的成型壓力下,保壓15秒,進(jìn)行模壓成型。將模壓成型的坯體裝入柔性包套中,密封后放入冷等靜壓機(jī),在180MPa的壓力下,保壓1200秒,進(jìn)行冷等靜壓成型。然后將經(jīng)過(guò)冷等靜壓成型的坯體放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)過(guò)程為:以0.2°C/分鐘的升溫速度升溫至100°C,保溫1小時(shí);再以0.3°C /分鐘的升溫速度升溫至250°C,保溫4小時(shí);再以0.2°C /分鐘的升溫速度升溫至600°C,保溫1小時(shí);再以1°C /分鐘的升溫速度升溫至1000°C,保溫1小時(shí);再以0.5°C /分鐘的升溫速度升溫至1300°C,保溫1小時(shí);再以0.5°C /分鐘的升溫速度升溫至1550°C,保溫12小時(shí);然后以1°C /分鐘的降溫速度降至室溫,即得高致密度ΙΤ0靶材,通過(guò)排水法測(cè)試致密度(相對(duì)密度)高達(dá)99.7%。燒結(jié)過(guò)程中,750°C以下或是等于750°C,以5升/分鐘的氣流量,通入潔凈空氣;750°C以上,以20升/分鐘的氣流量,通入氧氣。
[0011]實(shí)施例2:
稱(chēng)取添加成型劑造粒后的ΙΤ0粉(粉體粒度為60nm,純度為99.994%,單個(gè)雜質(zhì)成分最高為15ppm)7kg,裝入尺寸為264mmX850mm的長(zhǎng)方形鋼模中。用液壓機(jī)在50MPa的成型壓力下,保壓100秒,進(jìn)行模壓成型。將模壓成型的坯體裝入柔性包套中,密封后放入冷等靜壓機(jī),在240MPa的壓力下,保壓600秒,進(jìn)行冷等靜壓成型。然后將經(jīng)過(guò)冷等靜壓成型的坯體放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)過(guò)程為:以0.5度/分鐘的升溫速度升溫至120度,保溫1.5小時(shí);再以0.6度/分鐘的升溫速度升溫至300度,保溫8小時(shí);再以0.5度/分鐘的升溫速度升溫至680度,保溫2.5小時(shí);再以1.5度/分鐘的升溫速度升溫至1100度,保溫2小時(shí);再以0.9度/分鐘的升溫速度升溫至1350度,保溫2.5小時(shí);再以0.9度/分鐘的升溫速度升溫至1620度,保溫7小時(shí);然后以0.6度/分鐘的降溫速度降至室溫,即得高致密度ΙΤ0靶材,通過(guò)排水法測(cè)試致密度(相對(duì)密度)高達(dá)99.7%。燒結(jié)過(guò)程中,850度以下或是等于850°C,以15升/分鐘的氣流量,通入空氣;850度以上,以30升/分鐘的氣流量,通入氧氣。
[0012]本實(shí)施例制備得到的TFT級(jí)ΙΤ0靶材如圖1所示,ΙΤ0靶材使用后效果如圖2所示,從圖2可以看出ΙΤ0靶材使用后,靶材的表面結(jié)瘤極少。
[0013]實(shí)施例3:
稱(chēng)取添加成型劑造粒后的ΙΤ0粉(粉體粒度為lOOnm,純度為99.995%,單個(gè)雜質(zhì)成分最高為8ppm)12kg,裝入尺寸為480mmX860mm的長(zhǎng)方形鋼模中。用液壓機(jī)在50MPa的成型壓力下,保壓300秒,進(jìn)行模壓成型。將模壓成型的坯體裝入柔性包套中,密封后放入冷等靜壓機(jī),在300MPa的壓力下,保壓300秒,進(jìn)行冷等靜壓成型。然后將經(jīng)過(guò)冷等靜壓成型的坯體放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)過(guò)程為:以1度/分鐘的升溫速度升溫至150度,保溫2小時(shí);再以0.9度/分鐘的升溫速度升溫至350度,保溫10小時(shí);再以0.9度/分鐘的升溫速度升溫至750度,保溫4小時(shí);再以2度/分鐘的升溫速度升溫至1200度,保溫4小時(shí);再以1.5度/分鐘的升溫速度升溫至1400度,保溫4小時(shí);再以2度/分鐘的升溫速度升溫至1650度,保溫4小時(shí);然后以0.3度/分鐘的降溫速度降至室溫,即得高致密度IT0靶材,通過(guò)排水法測(cè)試致密度(相對(duì)密度)高達(dá)99.8%。燒結(jié)過(guò)程中,1000度以下或是等于1000°C,以25升/分鐘的氣流量,通入空氣;1000度以上,以50升/分鐘的氣流量,通入氧氣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種TFT級(jí)ITO靶材的常壓燒結(jié)方法,其特征在于:包括以下步驟: (1)選取超高活性的ΙΤ0納米粉體,ΙΤ0納米粉體的粒徑要求為60-100nm,所有的金屬及非金屬雜質(zhì)總含量〈lOOppm,且單個(gè)雜質(zhì)含量< 15ppm ; (2)將添加成型劑造粒后的IT0粉,裝入鋼模中,用液壓機(jī)進(jìn)行模壓成型得IT0成型坯體,成型壓力為25?80MPa,保壓時(shí)間為15秒?300秒; (3)將步驟(2)所得IT0成型坯體裝入柔性包套中,密封后放入冷等靜壓機(jī)進(jìn)行冷等靜壓,冷等靜壓壓力為180?300MPa,保壓時(shí)間為300秒?1200秒; (4)將步聚(3)所得坯體放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)過(guò)程如下: a)以0.2?1度/分鐘的升溫速度升至100?150度,保溫1?2小時(shí); b)然后,以0.2?1度/分鐘的升溫速度升至250?350度,保溫4?10小時(shí); c)然后,以0.2?1度/分鐘的升溫速度升至600?750度,保溫1?4小時(shí); d)然后,以1?2度/分鐘的升溫速度升至1000?1200度,保溫1?4小時(shí); e)然后,以0.5?2度/分鐘的升溫速度升至1300?1400,保溫1?4小時(shí); f)然后,以0.5?2度/分鐘的升溫速度升至1550?1650,保溫4?12小時(shí); g)然后,以0.3?1度/分鐘的降溫速度,降溫至室溫,即得致密度高于或等于99.7%的IT0靶材; 在燒結(jié)過(guò)程中,N度以下或等于N度,持續(xù)通入潔凈空氣,用于脫脂,空氣氣流量為5?25升/分鐘;N度以上,持續(xù)通入氧氣,用于抑制IT0分解,氧氣氣流量為20?50升/分鐘,N的取值為750?1000中的任一個(gè)數(shù)值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TFT級(jí)IT0靶材的常壓燒結(jié)方法,其特征在于:所述的鋼模截面形狀為長(zhǎng)方形,成型燒結(jié)后的革E材單邊尺寸為260 mm?1100mm。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種TFT級(jí)ITO靶材的常壓燒結(jié)方法,具體步驟是:選取超高活性ITO納米粉,將造粒后的ITO粉通過(guò)模壓成型,成型壓力25~80MPa,保壓時(shí)間15~300秒;再經(jīng)冷等靜壓加固,等靜壓壓力為180~300MPa,保壓時(shí)間為300~1200秒;然后直接放入燒結(jié)爐中,通入氣氛并以一定的升溫速率,分多段升溫保溫,再以一定的速率進(jìn)行降溫至室溫來(lái)完成燒結(jié)。其特點(diǎn)是,將添加成型劑造粒后的ITO粉通過(guò)模壓成型,冷等靜壓加固后,直接放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)。將原有的脫脂過(guò)程通過(guò)燒結(jié)制程的設(shè)計(jì),融入燒結(jié)過(guò)程,一并在燒結(jié)爐中進(jìn)行。該方法與設(shè)置有單獨(dú)脫脂工序的工藝相比,減少了脫脂設(shè)備,節(jié)省了設(shè)備投資,同時(shí)也更加節(jié)能,燒結(jié)周期縮短了40%左右,提高了生產(chǎn)效率,適合大批量生產(chǎn)。
【IPC分類(lèi)】C04B35/64, C04B35/01
【公開(kāi)號(hào)】CN105294072
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510752371
【發(fā)明人】黃誓成, 陸映東, 黃作, 武建良, 農(nóng)浩
【申請(qǐng)人】廣西晶聯(lián)光電材料有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月6日