一種制備大規(guī)格ito坯體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種制備大規(guī)格ITO坯體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ITO是Tin-doped Indium Oxide的縮寫名稱，ITO的含義是指一種銦錫氧化物材料，ITO坯體是由銦錫氧化物制成的坯體。
[0003]已知的ITO坯體成型技術(shù)分為干法成型與濕法成型兩大類，其中干法成型普遍采用先模壓再冷等靜壓CIP的方法，即將ITO粉料直接置于模具中，通過(guò)壓機(jī)進(jìn)行軸向加壓而成型，再通過(guò)冷等靜壓CIP進(jìn)一步提高ITO坯體的致密度，干法成形制備過(guò)程短、操作簡(jiǎn)單，但成型坯體密度不均勻、模壓過(guò)程易出現(xiàn)分層、對(duì)模具和壓機(jī)精度要求高、難于壓制大規(guī)格ITO坯體。
[0004]濕法成型分為常壓注漿成型、壓濾注漿成型等方法，注漿成型通常是將預(yù)先制備的ITO漿料澆注到石膏模中，采用多面、雙面或單面吸漿，使ITO坯體成型，該法可得到均勻的板狀坯體，但注漿成型的難點(diǎn)是適合于澆注漿料，如公開(kāi)號(hào)為JP2007-055055及公開(kāi)號(hào)為JP1997-272109等；壓濾注漿在2010年陶瓷第7期《高性能ITO陶瓷靶材生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》一文中曾提到:以去離子水為溶劑，將ITO粉制成漿料，再在一定壓力下注入模具內(nèi)使之成型為素坯等，但該文對(duì)制備ITO坯體的裝置未做過(guò)多介紹，工藝流程復(fù)雜，自動(dòng)化程度不高，制備的坯體密度偏低、規(guī)格偏小。
[0005]上述方法制備的ITO坯體均存在密度不均勻、難于壓制大規(guī)格坯體以及存在石膏模注漿成型時(shí)間較長(zhǎng)、成型坯體密度偏低、強(qiáng)度不足、坯體易出現(xiàn)開(kāi)裂、分層等缺陷，同時(shí)上述方法還難于制備密度高、強(qiáng)度高、大規(guī)格ITO坯體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種制備大規(guī)格ITO坯體的方法，該方法使用的微孔組合模具由雙酚A型微孔環(huán)氧樹(shù)脂或是石膏制作，通過(guò)真空泵對(duì)各微孔組合模具的型腔實(shí)施抽真空，使用壓縮空氣作為壓力介質(zhì)將ITO漿料壓入各微孔組合模具的型腔中，實(shí)現(xiàn)了 ITO漿料的固液分離，自動(dòng)化程度高，制備的ITO坯體具有密度高、強(qiáng)度高、規(guī)格大，可凈尺寸成型。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種制備大規(guī)格ITO坯體的方法，ITO是指一種銦錫氧化物，ITO粉體按重量份的配比是氧化銦:氧化錫=90:10，該ITO粉體的固含量要求控制在80~90%，該方法包括ITO粉體制備ITO漿料、ITO漿料壓注制備ITO坯體，在ITO粉體制備ITO漿料過(guò)程中使用到去離子水、有機(jī)分散劑、滾筒球磨機(jī)或是行星式球磨機(jī)、有機(jī)消泡劑，在ITO漿料壓注成型ITO坯體過(guò)程中使用到微孔組合模具、真空泵、自動(dòng)注漿機(jī)，本發(fā)明的特征如下:
1、ITO粉體制備ITO漿料:
選取純度大于99.99%、平均粒徑為0.02~1 μ??且固含量在80~90%的ITO粉體25000g，將25000gIT0粉體分成四份，每份ITO粉體均為6250g ；
滾筒球磨機(jī)或是行星式球磨機(jī)均采用鑲嵌有聚氨酯內(nèi)襯的不銹鋼罐，滾筒球磨機(jī)或是行星式球磨機(jī)采用的球磨介質(zhì)均為聚氨酯球或是氧化鋯球，聚氨酯球或是氧化鋯球的直徑均控制在1mm內(nèi)；
根據(jù)ITO粉體的固含量選用2778~6250g的去離子水，當(dāng)ITO粉體的固含量為80%時(shí)取6250g的去離子水，當(dāng)ITO粉體的固含量為90%時(shí)取2778g的去離子水，再根據(jù)ITO粉體總重的0.5~1%選取有機(jī)分散劑，有機(jī)分散劑是聚丙烯酸類或是聚羧酸類的任一種，將上述有機(jī)分散劑放入上述去離子水中攪拌均勻得到混合溶液；
將所述混合溶液倒入所述不銹鋼罐中，在120~200r/min的轉(zhuǎn)速下分四批加入所述每份ITO粉體進(jìn)行攪拌，每批攪拌研磨的時(shí)間控制在5~10h，四批攪拌研磨的總時(shí)間控制在20~40h，要求聚氨酯球或是氧化鋯球與ITO粉體總重的質(zhì)量比控制在{1.5~4}:1，攪拌研磨后得到初級(jí)ITO漿料，所述初級(jí)ITO漿料的粘度η要求控制在20~995mPa.s ；
取出所述初級(jí)ITO漿料并在200目的篩子中過(guò)篩，之后在所述初級(jí)ITO漿料中加入有機(jī)消泡劑進(jìn)行除泡，該有機(jī)消泡劑是正辛醇、KS66、BYK017中的任一種，除泡后得到適于壓注的ITO漿料；
I1、ITO漿料壓注制備ITO坯體:
微孔組合模具的型腔尺寸為高{600~700}X寬{700~800}X厚{10~12}mm，微孔組合模具或采用雙酚A型微孔環(huán)氧樹(shù)脂制作而成，或采用石膏制作而成，壓注前通過(guò)真空泵對(duì)微孔組合模具的型腔實(shí)施抽真空，真空泵的抽真空壓力控制在200~1000Pa ；
將ITO漿料倒入自動(dòng)注漿機(jī)的儲(chǔ)漿容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械攪拌，通過(guò)壓縮空氣將ITO漿料注入微孔組合模具的型腔中，待ITO漿料完全充填微孔組合模具后再采用六步自動(dòng)加壓法壓注制備ITO坯體，六步自動(dòng)加壓法分述如下:
第一步在Imin內(nèi)對(duì)微孔組合模具的型腔升壓至0.2-0.3MPa并保壓2~3min ；
第二步在Imin內(nèi)對(duì)微孔組合模具的型腔升壓至0.4-0.5MPa并保壓5~7min ；
第三步在Imin內(nèi)對(duì)微孔組合模具的型腔升壓至0.6-0.7MPa并保壓8~10min ；
第四步在Imin內(nèi)對(duì)微孔組合模具的型腔升壓至0.8-0.9MPa并保壓15~20min ；
第五步在Imin內(nèi)對(duì)微孔組合模具的型腔升壓至1.0-1.1MPa并保壓20~25min ；
第六步在Imin內(nèi)對(duì)微孔組合模具的型腔升壓至1.2~1.3MPa并保壓30~35min ；
上述六步自動(dòng)加壓程序結(jié)束后自動(dòng)卸壓至常壓，當(dāng)ITO坯體成型后立即脫模即可得到高密度、高強(qiáng)度的大規(guī)格ITO坯體，經(jīng)檢測(cè)ITO坯體的檢測(cè)密度處于5.01-5.37g/cm3。
[0008]由于采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下積極效果:
1、本發(fā)明選用純度為4N級(jí)即大于99.99%且平均粒徑0.02~1 μπι的ITO粉體，通過(guò)加入適量的混合溶液制備出ITO漿料，經(jīng)有機(jī)消泡劑除泡后再通過(guò)六步自動(dòng)加壓法制備出大規(guī)格、高強(qiáng)度、高密度的ITO坯體。
[0009]2、本發(fā)明使用的有機(jī)分散劑和有機(jī)消泡劑的量很少，可以在ITO坯體的脫脂階段完全被燒除，大大提高了 ITO坯體的純度。
[0010]3、高固含量的ITO漿料是制備高強(qiáng)度、高密度ITO坯體的必要條件之一，制備出的ITO坯體通過(guò)稱重法測(cè)量其測(cè)量密度可達(dá)5.01-5.37g/cm3，該測(cè)量密度接近或高于干法成型時(shí)冷等靜壓在200~230MPa后的密度，故本發(fā)明可以不經(jīng)過(guò)冷等靜壓而直接燒結(jié)出ITO坯體，也省去了干壓成型方法中噴霧造粒、大噸位壓機(jī)等相關(guān)設(shè)備和工序，按檢測(cè)密度約為理論密度的70~75%計(jì)算可推算出ITO坯體的理論密度約在7.15g/cm3左右，較高的密度才能使ITO坯體具有較高的強(qiáng)度，強(qiáng)度高了才能做出大規(guī)格的ITO坯體，避免在搬運(yùn)或干燥過(guò)程中使ITO坯體開(kāi)裂，制備成本低廉。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明是一種制備大規(guī)格ITO坯體的方法，在ITO粉體制備ITO漿料過(guò)程中使用到去離子水、有機(jī)分散劑、滾筒球磨機(jī)或是行星式球磨機(jī)、有機(jī)消泡劑，在ITO漿料壓注成型ITO坯體過(guò)程中使用到微孔組合模具、真空泵、自動(dòng)注漿機(jī)。
[0012]結(jié)合本發(fā)明的技術(shù)方案，微孔組合模具與現(xiàn)有模具結(jié)構(gòu)相同，不同的是微孔組合模具的結(jié)構(gòu)尺寸得到放大，而且微孔組合模具由雙酚A型微孔環(huán)氧樹(shù)脂或是石膏制作而成，首先通過(guò)真空泵對(duì)微孔組合模具型腔實(shí)施抽真空，在ITO漿料中加入有機(jī)消泡劑，這樣可防止產(chǎn)生ITO漿料中的氣泡以及模具型腔中的空氣因ITO漿料進(jìn)入卷入的氣泡，從而防止ITO坯體因此而產(chǎn)生的針孔缺陷。使用壓縮空氣作為壓力介質(zhì)，通過(guò)自動(dòng)加壓程序控制并由管路將ITO漿料壓入各微孔組合模具的型腔中，在此過(guò)程中ITO漿料中的水份通過(guò)雙酚A型微孔環(huán)氧樹(shù)脂或是石膏模具中的空隙排出型腔外，而ITO漿料中的粉料形成了脫水濾餅并不斷由模具內(nèi)壁向內(nèi)部堆積，后續(xù)進(jìn)入的ITO漿料則先后通過(guò)濾餅中和模具中的空隙排出型腔外直到成為實(shí)心的ITO坯體。上述成型方式實(shí)現(xiàn)了 ITO漿料的固液分離，同時(shí)消除ITO坯體的針孔缺陷，自動(dòng)化程度高，制備的ITO坯體具有密度高、強(qiáng)度高、規(guī)格大，可凈尺寸成型。
[0013]本發(fā)明使用的有機(jī)分散劑是聚丙烯酸類或是聚羧酸類的任一種，使用這種有機(jī)分散劑可以同時(shí)利用靜電效應(yīng)和空間位阻效應(yīng)對(duì)ITO漿料進(jìn)行分散，靜電效應(yīng)即吸附于粒子表面的電荷互相排斥以阻止粒子與粒子之間的吸附/聚集而成為大顆粒，空間位阻效應(yīng)即在已吸附電荷的粒子互相接近時(shí)利用高分子的溶劑化層使它們互相滑動(dòng)錯(cuò)開(kāi)。
[0014]本發(fā)明使用的有機(jī)消泡劑是正辛醇、KS66、BYKO17中的任一種，有機(jī)消泡劑加入后可以溶入ITO漿料的氣泡液，能顯著降低該處的表面張力。其次有機(jī)消泡劑對(duì)水的溶解度較小，表面張力的降低僅限于氣泡局部，而氣泡周圍的表面張力幾乎沒(méi)有變化，表面張力降低的部分被強(qiáng)烈地向四周牽引、延伸，最后破裂，所以加入有機(jī)消泡劑，不僅可消除已產(chǎn)生的氣泡同時(shí)也抑制新氣泡的產(chǎn)生，這樣除泡后就能得到適于壓注的ITO漿料。
[0015]在ITO粉體制備ITO漿料過(guò)程中，選取純度大于99.99%、平均粒徑為0.02-1 μπι且固含量在80~90%的ITO粉體25000g，將25000gIT0粉體分成四份，每份ITO粉體均為6250g，這是通用規(guī)則。
[0016]不論是滾筒球磨機(jī)或是行星式球磨機(jī)，均采用鑲嵌有聚氨酯內(nèi)襯的不銹鋼罐，滾筒球磨機(jī)或是行星式球磨機(jī)采用的球磨介質(zhì)均為聚氨酯球或是氧化鋯球，聚氨酯球或是氧化鋯球的直徑均控制在1mm內(nèi)，這也是通用規(guī)則。
[0017]微孔組合模具或采用雙酚A型