專利名稱：氧化銦/氧化錫濺射靶材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于濺射鍍膜的金屬氧化物靶材及其制造方法，特別涉及一種應(yīng)用于液晶顯示裝置的氧化銦/氧化錫(ITO)靶材及其制造方法。
用磁控濺射法將銦錫金屬氧化物(ITO)靶材濺射至玻璃表面制成的透明導(dǎo)電薄膜，要求其工藝采用高質(zhì)量的ITO靶材。然而，由于氧化銦/氧化錫在高溫下容易分解等特性的局限，故對ITO靶材及其制造方法仍在作不懈的研究。通常的制造方法有燒結(jié)法、熱壓法和熱等靜壓法，只是這些方法仍存在不同程度的缺陷燒結(jié)法需要2～10大氣壓的氧氣氛，且產(chǎn)品易變形開裂；熱壓法中的石墨模具容易使氧化物中的金屬銦/錫還原成低價(jià)態(tài)物質(zhì)，且易引入雜質(zhì)污染。
熱等靜壓法雖然能克服上述燒結(jié)法、熱壓法的缺點(diǎn)，但是熱等靜壓工藝中所用容器，其材料采用的是不銹鋼，且一個(gè)不銹鋼容器只能放置一個(gè)板狀產(chǎn)品，存在的缺點(diǎn)還有①在后處理工序中需要用機(jī)械方法去除不銹鋼容器，這往往使容器內(nèi)的產(chǎn)品產(chǎn)生裂紋甚至斷裂；②一個(gè)容器只產(chǎn)出一塊板材，其生產(chǎn)效率低，且磨削隔層材料帶來的損失全部由一塊板材承擔(dān)，從而生產(chǎn)成本增加。
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足之處，不僅制造出高密度、高純度、大尺寸的氧化銦/氧化錫(ITO)靶材，而且其生產(chǎn)成本降低，生產(chǎn)效率提高。
本發(fā)明的技術(shù)方案是將氧化銦和氧化錫復(fù)合粉末經(jīng)冷等靜壓成形后裝入專用容器內(nèi)，用熱等靜壓法制成柱狀靶材，然后用線切割方法切割為多塊所需尺寸的產(chǎn)品，其特征在于一種用于濺射鍍膜的金屬氧化物靶材，其原料采用銦、錫金屬氧化物復(fù)合粉末，該復(fù)合粉末中氧化銦和氧化錫的質(zhì)量比為9∶1，粉末呈球形或準(zhǔn)球形，平均粒徑30～200nm，純度99.99％，無硬團(tuán)聚。
一種制造上述氧化銦/氧化錫濺射靶材的方法，將復(fù)合氧化銦/氧化錫的粉末在1350℃、氧氣氛中脫氧處理，然后裝入包套，繼而冷等靜壓，冷等靜壓力為200～280MPa，保壓時(shí)間10分鐘，冷等靜壓介質(zhì)為油，冷等靜壓后粗坯密度為理論密度的45～55％；冷等靜壓用的包套設(shè)計(jì)為圓柱形或方柱形，用橡膠制成，方柱體1由過渡面3過渡至圓柱形或橢圓柱形端口4，形成一整體，以便在端口處扎緊；粗坯裝入對應(yīng)尺寸的碳鋼容器內(nèi)，在容器與粗坯之間隔以金屬鉭箔或鎳箔或鈮箔或鉑箔；裝有粗坯的容器密封前抽真空脫氣；熱等靜壓溫度為1100～1300℃，保溫時(shí)間0.5～6小時(shí)，氣氛壓力為100～120MPa，熱等靜壓介質(zhì)為氬；用稀硝酸溶去碳鋼容器，剝離金屬箔隔層。
一種上述方法制造氧化銦/氧化錫濺射靶材的專用容器，為方柱形或圓柱形，該容器由碳鋼制成，容器經(jīng)氬弧焊接，端口與端蓋處采用圓弧過渡，以避免應(yīng)力集中。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果1)相比燒結(jié)法和熱壓法，本發(fā)明嚴(yán)格控制工藝參數(shù)與工藝過程，制造出高密度、高純度、大尺寸的ITO濺射靶材。由于該靶材中氧化銦和氧化錫均勻分布且密度高，用磁控濺射法將其濺射至玻璃表面時(shí)，制成的透明導(dǎo)電薄膜具有均勻的物理性能和電性能。
2)采用柱形容器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板形容器，可以一次獲得多塊板狀產(chǎn)品，而且可以減少單塊板狀產(chǎn)品的金屬隔層磨削量，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
3)以碳鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不銹鋼作容器材料，因而可以用化學(xué)方法而不是機(jī)械方法去除熱等靜壓后的容器。這樣可以避免因機(jī)械作用而產(chǎn)生的產(chǎn)品裂紋甚至斷裂。
下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步的說明

圖1制造氧化銦/氧化錫濺射靶材的工藝流程圖；圖2長方柱形包套結(jié)構(gòu)示意圖；1-柱體，2-壁，3-過渡面，4-端口圖3圖2的俯視圖；圖4正方柱形包套結(jié)構(gòu)示意圖；1柱體，2-壁，3-過渡面，4-端口圖5圖4的俯視圖；圖6圓柱形碳鋼容器結(jié)構(gòu)示意圖；1-柱體，2-端蓋，3-過渡圓弧圖7圖6的俯視圖；圖8方柱形碳鋼容器結(jié)構(gòu)示意圖；1-柱體，2-端蓋，3-過渡圓弧圖9圖8的俯視圖；圖1描述了本發(fā)明的工藝過程首先用化學(xué)方法制成銦錫氧化物化學(xué)復(fù)合粉末或者將單體氧化銦粉末和單體氧化錫粉末按一定比例混合制成它們的機(jī)械復(fù)合粉末。復(fù)合粉末中氧化銦和氧化錫的質(zhì)量比為9∶1，粉末呈球形或準(zhǔn)球形，平均粒徑約30～200nm，純度99.99％，無硬團(tuán)聚。然后復(fù)合粉末在1350℃、氧氣氛中作適度的脫氧處理。繼而裝入圓柱形或方柱形的包套內(nèi)進(jìn)行冷等靜壓，冷等靜壓力為200～280MPa，保壓時(shí)間10分鐘，冷等靜壓介質(zhì)為油，冷等靜壓后粗坯密度為理論密度的45～55％。冷等靜壓的粗坯裝入相應(yīng)尺寸內(nèi)的專用容器內(nèi)。碳鋼容器和粗坯之間隔以金屬鉭箔或鎳箔或鈮箔或鉑箔，以阻止它們之間在高溫高壓下的化學(xué)反應(yīng)。裝有粗坯的容器經(jīng)抽真空密封。再將密封容器放入熱等靜壓爐中進(jìn)行熱等靜壓處理。熱等靜壓溫度為1100～1300℃，保溫時(shí)間0.5～6小時(shí)，氣氛壓力為100～120MPa，熱等靜壓介質(zhì)為氬。熱等靜壓后用硝酸溶去碳鋼容器，剝離靶材表面的隔層，獲得靶材。用線切割方法將靶材切成所需尺寸的產(chǎn)品。
冷等靜壓工藝用的包套為方柱形，用橡膠制成，方柱體1由過渡面3過渡至圓柱形或橢圓柱形端口4，形成一整體，以便扎緊。
熱等靜壓法的專用容器為方柱形或圓柱形，經(jīng)氬弧焊接。柱體1的端口部分與端蓋2采用過渡圓弧3聯(lián)接，以避免應(yīng)力集中。
實(shí)施例實(shí)施例1 用化學(xué)方法制成銦錫復(fù)合氧化物粉末。粉末呈準(zhǔn)球形，平均粒徑30nm。將該種復(fù)合粉末裝入橡膠包套內(nèi)冷等靜壓。冷等靜壓力280MPa，保壓時(shí)間10分鐘，冷等靜壓介質(zhì)為油。粗坯尺寸為φ21×20mm。該坯體裝入相應(yīng)尺寸的碳鋼容器內(nèi)，隔層材料為金屬鉑箔。熱等靜壓溫度1150℃，保溫時(shí)間0.5小時(shí)，氬氣壓120MPa。熱等靜后用硝酸溶去碳鋼容器，剝?nèi)ャK隔層，得到密度為94.6％理論密度的靶材。
實(shí)施例2用氧化銦和氧化錫單體粉制成復(fù)合氧化物粉末，粉末呈準(zhǔn)球形，平均粒徑80nm。在1350℃氧氣氛中脫氧處理后裝入橡膠包套內(nèi)冷等靜壓。冷等靜壓壓力280MPa，保壓時(shí)間10分鐘，冷等靜壓介質(zhì)為油。冷壓后坯體裝入相應(yīng)尺寸的碳鋼容器內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓。隔層材料為金屬鎳箔。熱等靜壓溫度1150℃，保溫時(shí)間3小時(shí)，氬氣壓128MPa。熱等靜壓后用硝酸溶去容器，剝離靶材表面的鎳隔層。靶材密度達(dá)到理論密度的96％。線切割成五片尺寸為φ90×8mm的圓片狀產(chǎn)品。
實(shí)施例3 用氧化銦和氧化錫單體粉制成復(fù)合氧化物粉末，粉末呈準(zhǔn)球形，平均粒徑100nm。在1350℃氧氣氛中脫氧處理后裝入方柱形橡膠包套內(nèi)冷等靜壓。冷等靜壓壓力250MPa，保壓時(shí)間10分鐘，冷等靜壓介質(zhì)為油。冷壓坯裝入相應(yīng)尺寸的方柱形碳鋼容器內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓。隔層材料采用金屬鉭箔，熱等靜壓溫度1200℃，保溫時(shí)間3小時(shí)，氬氣壓120MPa。熱等靜壓后用硝酸溶去鋼碳容器，去除靶材表面隔層。方柱形靶材尺寸為180×60×50mm，靶材密度達(dá)到理論密度的95％。用線切割法切割成180×60×8mm的柱狀產(chǎn)品。
實(shí)施例4 將銦錫復(fù)合氧化粉末作適度脫氧處理后裝入方柱形橡膠包套內(nèi)冷等靜壓。冷等靜壓壓力230MPa，保壓時(shí)間10分鐘。方柱形粗坯裝入相應(yīng)尺寸的碳鋼容器內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓。粗坯與碳鋼容器間隔以金屬鈮箔。熱等靜壓溫度1200℃，保溫時(shí)間4小時(shí)，氬氣壓120MPa。熱等靜壓后用硝酸溶去鋼碳容器，去除靶材表面鈮隔層。靶材密度達(dá)到理論密度的96％。線切割該柱狀靶材得到多片尺寸為330×100×6mm的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1．一種用于濺射鍍膜的金屬氧化物靶材，其特征在于其原料采用銦、錫金屬氧化物復(fù)合粉末，該復(fù)合粉末中氧化銦和氧化錫的質(zhì)量比為9∶1，粉末呈球形或準(zhǔn)球形，平均粒徑為30～200nm，純度99.99％，無硬團(tuán)聚；設(shè)計(jì)專用冷等靜壓包套和熱等靜壓容器，采用冷等靜壓——熱等靜壓法制成柱狀氧化銦/氧化錫靶材，并用線切割方法切割成多片所需尺寸的產(chǎn)品。
2．一種制造權(quán)利要求1所述的氧化銦/氧化錫濺射靶材，它的制造步驟包括a．制造復(fù)合金屬氧化物粉末；b．將復(fù)合粉末脫氧處理；c．把復(fù)合粉末裝入包套內(nèi)進(jìn)行冷等靜壓；d．粗坯裝入相應(yīng)尺寸的容器內(nèi)；e．抽真空密封裝有粗坯的容器；f．將上述容器放入熱等靜壓爐中進(jìn)行熱等靜壓處理；g．熱等靜壓后酸洗去除容器，剝離金屬隔層，獲得靶材；h．用線切割方法切割靶材，獲得所需尺寸的產(chǎn)品；其特征在于①a中所述的復(fù)合粉末中氧化銦和氧化錫的質(zhì)量比為9∶1，粉末呈球形或準(zhǔn)球形，平均粒徑為30～200nm，純度99.99％，無硬團(tuán)聚；②b中所述的脫氧處理，其氧化銦/氧化錫復(fù)合粉末在1350℃氧氣氛中處理；③c中所述的冷等靜壓力為200～280MPa，保壓時(shí)間10分鐘，冷等靜壓介質(zhì)為油，冷等靜壓后粗坯密度為理論密度的45～55％；④d中所述的粗坯裝入容器內(nèi)，其容器與粗坯之間隔以金屬鉭箔或鎳箔或鈮箔或鉑箔；⑤f中所述的熱等靜壓最高溫度為1100～1300℃，保溫時(shí)間0.5～6小時(shí)，氬氣氛壓力為100～120MPa；⑥g中所述的去除容器用稀硝酸酸洗。
3．一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求2所述的制造氧化銦/氧化錫濺射靶材的方法，其特征在于所述的冷等靜壓用的專用包套，用橡膠制成，方柱體1由過渡面3過渡至圓柱形或橢圓柱形端口4，形成一整體，便于端口處扎緊。
4．一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求2所述的制造氧化銦/氧化錫濺射靶材的方法，其特征在于所述的熱等靜壓用的專用容器，為方柱形或圓柱形，由碳鋼制成，容器經(jīng)氬弧焊接，柱體1的端口部分與端蓋2采用過渡圓弧3聯(lián)接。
5．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造氧化銦/氧化錫濺射靶材的方法，其特征在于用化學(xué)方法制成銦錫復(fù)合氧化物粉末，粉末呈準(zhǔn)球形，平均粒徑30nm，將該種復(fù)合粉末裝入橡膠包套內(nèi)冷等靜壓，冷等靜壓力280MPa，保壓時(shí)間10分鐘，粗坯尺寸為φ21×20mm，該坯體裝入相應(yīng)尺寸的碳鋼容器內(nèi)，隔層材料為金屬鉑箔，熱等靜壓溫度1150℃，保溫時(shí)間0.5小時(shí)，氬氣壓120MPa，熱等靜后用硝酸溶去碳鋼容器，剝?nèi)ャK隔層，得到密度為94.6％理論密度的靶材。
6．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造氧化銦/氧化錫濺射靶材的方法，其特征在于用氧化銦和氧化錫單體粉制成復(fù)合氧化物粉末，粉末呈準(zhǔn)球形，平均粒徑80nm，在1350℃氧氣氛中脫氧處理后裝入橡膠包套內(nèi)冷等靜壓，冷等靜壓壓力280MPa，保壓時(shí)間10分鐘，冷壓后坯體裝入相應(yīng)尺寸的碳鋼容器內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓，隔層材料采用金屬鎳箔，熱等靜壓溫度1150℃，保溫時(shí)間3小時(shí)，氣壓128MPa，熱等靜壓后酸洗去除容器，靶材密度達(dá)到理論密度的96％，將圓柱體靶材線切割成五片尺寸為φ90×8mm的圓片狀產(chǎn)品。
7．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造氧化銦/氧化錫濺射靶材的方法，其特征在于用氧化銦和氧化錫單體粉制成復(fù)合氧化物粉末，粉末呈準(zhǔn)球形，平均粒徑100nm，在1350℃氧氣氛中脫氧處理后裝入方柱形橡膠包套內(nèi)冷等靜壓，冷等靜壓壓力250MPa，保壓時(shí)間10分鐘，冷等靜壓介質(zhì)為油，冷壓坯裝入相應(yīng)尺寸的方柱形碳鋼容器內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓，隔層材料采用金屬鉭箔，熱等靜壓溫度1200℃，保溫時(shí)間3小時(shí)，氬氣壓120MPa，熱等靜壓后用硝酸溶去鋼碳容器，去除靶材表面隔層，方柱形靶材尺寸為180×60×50mm，靶材密度達(dá)到理論密度的95％，用線切割法切割成180×60×8mm的柱狀產(chǎn)品。
8．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造氧化銦/氧化錫濺射靶材的方法，其特征在于將銦錫復(fù)合氧化粉末作適度脫氧處理后裝入方柱形橡膠包套內(nèi)冷等靜壓，冷等靜壓壓力230MPa，保壓時(shí)間10分鐘，方柱形粗坯裝入相應(yīng)尺寸的碳鋼容器內(nèi)進(jìn)行熱等靜壓，粗坯與碳鋼容器間隔以金屬鈮箔，熱等靜壓溫度1200℃，保溫時(shí)間4小時(shí)，氬氣壓120MPa，熱等靜壓后用硝酸溶去鋼碳容器，去除靶材表面鈮隔層，靶材密度達(dá)到理論密度的96％，線切割該柱狀靶材得到多片尺寸為330×100×6mm的靶材產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于濺射鍍膜的氧化銦/氧化錫(ITO)靶材及其制造方法,其特征在于:原料粉末中氧化銦和氧化錫的質(zhì)量比為9∶1,平均粒徑30～200nm,純度99.99%;冷等靜壓力為200～280MPa,保壓時(shí)間10分鐘;熱等靜壓溫度為1100～1300℃,保溫時(shí)間0.5～6小時(shí),氣氛壓力為100～120MPa;采用專門設(shè)計(jì)的包套和容器;制造出高密度、高純度、大尺寸的ITO靶材。該方法生產(chǎn)效率高、成本低。
文檔編號C23C14/34GK1218843SQ9710832
公開日1999年6月9日 申請日期1997年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月27日
發(fā)明者張樹高, 黃伯云, 吳義成, 方勛華, 黃棟生, 陳明飛, 張波, 李世偉 申請人:中南工業(yè)大學(xué)