專利名稱：一種高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法。
背景技術(shù)：
用磁控濺射制造的透明導(dǎo)電薄膜，是液晶顯示、平板顯示、靜電屏蔽、太陽能電池必需的功能材料。直流磁控濺射法是當(dāng)前國際高檔顯示器件用透明導(dǎo)電膜的主導(dǎo)制備工藝，該工藝以ITO半導(dǎo)體陶瓷(90% In2O3-IO% SnO2)作為濺射源，普遍在氬氣或氬氧混合氣氛中基板 100-550°C下用直流磁控濺射法制備ITO透明導(dǎo)電薄膜，所制備的透明導(dǎo)電薄膜品質(zhì)優(yōu)良， 可見光透過率> 85%，且電阻率小于10Χ10_4Ω · cm。但由于ITO材料的成本高昂，其中的主要組成原料銦金屬是稀有金屬，地殼中存量有限，而且ITO導(dǎo)電膜在還原氣氛及相對高濕度空氣環(huán)境下不穩(wěn)定，無法滿足這些領(lǐng)域的使用要求。自90年代，各國紛紛開始研究低制造成本的透明導(dǎo)電膜用靶材。目前國內(nèi)也有其它廠家或研究機(jī)構(gòu)做氧化鋅鋁(AZO)材料的研制工作，但普遍采用真空熱壓或熱等靜壓以及冷等靜壓成型后續(xù)燒結(jié)的工藝技術(shù)，這些工藝設(shè)備投入大，生產(chǎn)成本昂貴、后續(xù)加工量大、成品率低，而且很難得到高密度高均勻度無失氧產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，本發(fā)明是一種以氧化鋅為主體成份的磁控濺射生產(chǎn)透明導(dǎo)電膜用AZO靶材的生產(chǎn)方法，磁控濺射生產(chǎn)透明導(dǎo)電膜的生產(chǎn)過程更易控制，不存在類似 ITO的嚴(yán)重毒化現(xiàn)象，濺射過程不需要加熱這在在塑料等柔性導(dǎo)電膜的生產(chǎn)中更有優(yōu)勢，生產(chǎn)的透明導(dǎo)電膜電阻率小于7Χ10_4Ω · cm，可見光透過率G00-700nm)大于83%，在還原氣氛及氧化環(huán)境下穩(wěn)定性能良好，滿足各種透明導(dǎo)電膜要求。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，所述制造方法包括下列步驟1)、以ZnO粉體和Al2O3粉體為粉體原料，其中，ZnO的重量含量為96_99份，Al2O3 的重量含量為1-4份；2)、將純水、甲基丙烯酰胺單體或丙烯酰胺單體、N-N’亞甲基雙丙烯酰胺以 100 (15-20) (0.6-1)的重量比例充分溶解組成預(yù)混液，加入0. 1-5重量份的燒結(jié)后無殘留的氨基分散劑，加入ZnO粉體和Al2O3粉體的原料粉體制漿，漿料中原料粉體的體積含量為 45-65% ；3)、用分析純氨水或稀硝酸調(diào)節(jié)漿料的pH值到8-11，在球磨機(jī)中研磨6小時以上得到高流動性漿料；
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4)、在高流動性漿料中加入0. 1-1%體積的有機(jī)脫氣劑，加入0. 01-0. 5wt%。的過硫酸銨引發(fā)劑，抽真空攪拌脫氣15-30分鐘，澆注入模具中；5)、料漿固化得濕坯；6)、將固化后的濕坯脫模，自然干燥12- 小時，然后加熱至40-90°C徹底干燥，得到靶材素坯；7)、將素坯在流通空氣爐中升溫至300-600°C脫除有機(jī)添加劑，然后在空氣爐中升溫至1300-155(TC燒結(jié)致密，加工成型得氧化鋅鋁靶材，靶材相對密度大于98%，微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分均勻。所述粉體原料為ZnO粉體和Al2O3粉體兩者的混合粉體，或兩者的化學(xué)共沉淀粉體，粉體純度大于99. 95%。所述粉體原料的粉體平均粒徑為20納米-200微米。所述分散劑為四甲基氫氧化氨等燒結(jié)后無殘留的氨基分散劑。所述制漿為強(qiáng)力攪拌制漿或球磨制漿。所述有機(jī)脫氣劑為聚乙二醇或正辛醇的一種或兩者按1 (0. 1-1)的比例的混合溶液。所述料漿固化得濕坯步驟為升溫至50-70°C，引發(fā)固化反應(yīng)；或加入乙二胺類催化劑促使加入的有機(jī)單體發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，使得料漿固化成濕坯。球磨制漿時漿料用氧化鋯球或氧化鋁球做介質(zhì)球磨6小時以上。模具為不吸水的塑料、木材、玻璃或金屬材料模具。本發(fā)明提供了一種以氧化鋅為主體成份的磁控濺射生產(chǎn)透明導(dǎo)電膜用AZO靶材的生產(chǎn)方法，磁控濺射生產(chǎn)透明導(dǎo)電膜的生產(chǎn)過程更易控制，不存在類似ITO的嚴(yán)重毒化現(xiàn)象，濺射過程不需要加熱這在在塑料等柔性導(dǎo)電膜的生產(chǎn)中更有優(yōu)勢，生產(chǎn)的透明導(dǎo)電膜電阻率小于7Χ10_4Ω · cm，可見光透過率G00-700nm)大于83%，在還原氣氛及氧化環(huán)境下穩(wěn)定性能良好，滿足各種透明導(dǎo)電膜要求。本發(fā)明的制造技術(shù)用于氧化鋅鋁靶材的生產(chǎn)，具有明顯的成本優(yōu)勢，重復(fù)性好，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，材料的密度及微觀結(jié)構(gòu)均勻度都得以保證，靶材的質(zhì)量優(yōu)于其它技術(shù)，用于制造大尺寸或圓筒狀等其它異型AZO靶材時，更是具有其他傳統(tǒng)技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。AZO材料相對于ITO材料的優(yōu)點(diǎn)在是1.所用主原料氧化鋅和氧化鋁是基礎(chǔ)氧化物，地殼內(nèi)儲量豐富，制造成本是ITO 材料的1/10。2.用于磁控濺射生產(chǎn)透明導(dǎo)電膜的的濺射速率高，不存在類似ITO由于主成分三氧化二銦在濺射過程中的分解而導(dǎo)致的的靶面毒化現(xiàn)象，生產(chǎn)效率高。3.生產(chǎn)過程更易控制，濺射過程中不需要調(diào)整氧分壓，基板不需要加熱，在塑料等柔性導(dǎo)電膜的生產(chǎn)中更有優(yōu)勢。4.本發(fā)明的制造成本相對于以往的冷壓-燒結(jié)，熱壓和熱等靜壓制造AZO靶材工藝，具有明顯的成本優(yōu)勢，重復(fù)性好，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，材料的密度及微觀結(jié)構(gòu)均勻度都得以保證，靶材的質(zhì)量更加優(yōu)良。5.本發(fā)明的生產(chǎn)技術(shù)用于制造大尺寸或圓筒狀等其它異型AZO靶材時，不受尺寸和形狀的約束，具有其它技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。6.本發(fā)明的AZO靶材生產(chǎn)的透明導(dǎo)電膜電阻率小于7Χ10_4Ω ^m,可見光透過率 (400-700nm)大于83%，導(dǎo)電膜在還原氣氛及空氣環(huán)境下穩(wěn)定性能良好，滿足各種透明導(dǎo)電膜要求，具有更更廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例中，用電子稱稱取氧化鋅的粉體1960克，氧化鋁粉體40克，原料組成為 98wt%氧化鋅+2wt%氧化鋁，平均粒徑20納米-200微米，粉體純度均大于99. 95%。制成混合原料粉體。將純水、甲基丙烯酰胺單體、N-N’二甲基雙丙烯酰胺以100 (16-18) (0. 6-1) 的重量比例充分溶解組成預(yù)混液，加入0. 1-5重量份的四甲基氫氧化氨做分散劑，加入原料粉體，用球磨機(jī)球磨制漿，漿料中原料粉體的固相含量50%，加入分析純氨水調(diào)節(jié)漿料的 PH值為9. 5，漿料在球磨機(jī)中用氧化鋯球做介質(zhì)球磨15小時，再加入0. 1-1%體積的正辛醇有機(jī)脫氣劑，和0. 01-0. 5wt%。過硫酸氨引發(fā)劑，在真空攪拌機(jī)中攪拌脫氣20分鐘，過80目篩澆注入無孔模具，實(shí)施例中模具是不銹鋼長方形盒子，模具尺寸200 (W)mmX 200mm(L)，澆注模具后將裝有漿料的模具放入50°C空氣烘箱，升溫促使凝膠單體交聯(lián)固化，固化后濕坯體脫模，在空氣中自然干燥M小時，繼續(xù)在空氣烘箱中90°C干燥12小時以上，從而得到高密度高強(qiáng)度無缺陷的AZO素坯。素坯在流通空氣爐中300-650°C保溫脫除有機(jī)添加劑后，在空氣爐中1300-1550°C 燒結(jié)5-20小時，隨爐冷卻至室溫，將燒結(jié)體切割磨光，制造出150 (W) mm X 150mm (L) X 12mm 的AZO靶材，靶材顏色為均勻深綠色，用排水法實(shí)測相對密度為99. 4%，切樣測靶材體電阻為3. 2 X ΙΟ"3 Ω · cm，微觀結(jié)構(gòu)均勻，不存在真空燒結(jié)所導(dǎo)致的靶材氧缺乏問題。從制造的靶材上取料加工為直徑76毫米、厚度6毫米的大小，在SIM560磁控濺射機(jī)中直流磁控鍍膜，功率120W，Ar2壓力0. 6Pa，使用普通光學(xué)玻璃基板，溫度250°C，持續(xù)濺射3小時，濺射等離子弧穩(wěn)定，濺射完畢，用XP-I臺階儀測量，測得無色薄膜厚度950納米， CARY-100分光光度計(jì)測得400-700納米的可見光透過率84%，，以SZ-82四探針測試儀測得電阻率 4. 7 X IO"4 Ω · cm。濺射后的AZO靶材表面光潔，證明靶材質(zhì)量優(yōu)良，所制造的AZO透明導(dǎo)電膜在相對濕度80%的空氣烘箱中200°C保溫2小時后隨即測試膜的透過率及電阻率也未有變化。以上對本發(fā)明所提供的氧化鋅鋁靶材的生產(chǎn)方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括下列步驟1)、以ZnO粉體和Al2O3粉體為粉體原料，其中，ZnO的重量含量為96-99份，Al2O3的重量含量為1-4份；2)、將純水、甲基丙烯酰胺單體或丙烯酰胺單體、N-N’亞甲基雙丙烯酰胺以 100 (15-20) (0.6-1)的重量比例充分溶解組成預(yù)混液，加入0. 1-5重量份的燒結(jié)后無殘留的氨基分散劑，加入ZnO粉體和Al2O3粉體的原料粉體制漿，漿料中原料粉體的體積含量為 45-65% ；3)、用分析純氨水或稀硝酸調(diào)節(jié)漿料的pH值到8-11，在球磨機(jī)中研磨6小時以上得到高流動性漿料；4)、在高流動性漿料中加入0.1-1%體積的有機(jī)脫氣劑，加入0. 01-0. 5wt%。的過硫酸銨引發(fā)劑，抽真空攪拌脫氣15-30分鐘，澆注入模具中；5)、使料漿固化得濕坯；6)、將固化后的濕坯脫模，自然干燥12-M小時，然后加熱至40-90°C徹底干燥，得到靶材素坯；7)、將素坯在流通空氣爐中升溫至300-600°C脫除有機(jī)添加劑，然后在空氣爐中升溫至 1300-1550°C燒結(jié)致密，加工成型得氧化鋅鋁靶材，靶材相對密度大于98 %，微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分均勻。
2.如權(quán)利要求1所述的高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，其特征在于所述粉體原料為ZnO粉體和Al2O3粉體兩者的混合粉體，或兩者的化學(xué)共沉淀粉體，粉體純度大于 99. 95%。
3.如權(quán)利要求2所述的高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，其特征在于所述粉體原料的粉體平均粒徑為20納米-200微米。
4.如權(quán)利要求3所述的高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，其特征在于所述分散劑為四甲基氫氧化氨。
5.如權(quán)利要求4所述的高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，其特征在于所述制漿為強(qiáng)力攪拌制漿或球磨制漿。
6.如權(quán)利要求5所述的高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，其特征在于所述有機(jī)脫氣劑為聚乙二醇或正辛醇中的一種或兩者按1 (0.1-1)的比例的混合溶液。
7.如權(quán)利要求6所述的高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，其特征在于所述料漿固化得濕坯步驟為升溫至50-70°C，引發(fā)固化反應(yīng)；或加入乙二胺類催化劑促使加入的有機(jī)單體發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，使得料漿固化成濕坯。
8.如權(quán)利要求7所述的高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，其特征在于球磨制漿時漿料用氧化鋯球或氧化鋁球做介質(zhì)球磨6小時以上。
9.如權(quán)利要求8所述的高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的制造方法，其特征在于模具為不吸水的塑料、木材、玻璃或金屬材料模具。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高密度低成本氧化鋅鋁濺射靶材的生產(chǎn)方法，以ZnO粉體和Al2O3粉體組成主原料；將純水、甲基丙烯酰胺單體、N-N’亞甲基雙丙烯酰胺充分溶解組成預(yù)混液，加入四甲基氫氧化氨等分散劑，加入粉體原料攪拌制漿，調(diào)pH值，球磨6小時以上得到漿料；漿料加入有機(jī)脫氣劑和過硫酸氨引發(fā)劑經(jīng)抽真空攪拌脫氣后澆注入模具；將模具升溫至50-70℃，引發(fā)凝膠單體交聯(lián)固化反應(yīng)；固化后的濕坯脫模干燥得到靶材素坯；將素坯在流通空氣爐中脫粘、高溫?zé)Y(jié)、機(jī)械加工，制造出相對密度大于98％和化學(xué)組成及微觀結(jié)構(gòu)均勻的氧化鋅鋁濺射靶材。
文檔編號C23C14/35GK102212781SQ201110118678
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者孔偉華 申請人:孔偉華