本發(fā)明涉及ITO靶材的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用無(wú)壓燒結(jié)法法制備ITO靶材的方法。

背景技術(shù)：

ITO(錫銦氧化物)的主要成分是氧化錫固溶在氧化銦中的復(fù)合氧化物。ITO具有很好的光電性能，ITO的薄膜具有高的導(dǎo)電性和可見(jiàn)光透射性，被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、液晶顯示裝置、觸控電板等各種領(lǐng)域。隨著液晶平板顯示裝置等的快速普及，ITO靶材的消耗越來(lái)越多，對(duì)靶材的要求也越來(lái)越高。目前，采用納米材料制備低溫?zé)Y(jié)的ITO靶材是靶材研究者不懈努力的方向，雖然常用的方法是采用共沉淀法制備納米ITO粉末，但現(xiàn)有技術(shù)制備的ITO粉末燒結(jié)性能較差，最終得到的ITO靶材的密度較低，限制了ITO靶材在高端顯示等領(lǐng)域的應(yīng)用。

一般來(lái)說(shuō)，要得到高致密化ITO靶材，其粉體須滿足以下要求：顆粒尺寸小于100nm，比表面積大于15m²/g，并且顆粒形貌呈球狀，粒徑分布范圍窄，團(tuán)聚少。目前各國(guó)文獻(xiàn)中所報(bào)道的ITO粉體的制備方法主要有：均相共沉淀法，水溶液共沉淀法，電解法，溶膠-凝膠法，噴霧燃燒法，噴霧熱分解法等?；瘜W(xué)共沉淀法具有工藝簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)工化生產(chǎn)、產(chǎn)物純度高、組分均勻、分散性良好等優(yōu)點(diǎn)，其基本步驟：按成分計(jì)量配制含可溶性金屬鹽溶液；用沉淀劑滴加入混合鹽溶液中將金屬鹽均勻結(jié)晶、沉淀析出；后經(jīng)加熱脫水和高溫煅燒固溶等處理制備細(xì)粉。

但是現(xiàn)有的方法制得的顆粒分散性與燒結(jié)活性不高，粒徑在100nm以上，用此氧化銦錫復(fù)合粉制備的靶材的相對(duì)密度一般不能達(dá)到99％，不能滿足高端顯示等領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種革新的化學(xué)共沉淀制得納米尺寸、高分散性且具有高燒結(jié)活性的ITO粉，采用最先進(jìn)的無(wú)壓氣氛燒結(jié)法生產(chǎn)高致密化的ITO靶材。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種采用無(wú)壓氣氛燒結(jié)法制備ITO靶材的方法，包括以下步驟：

(1)混合鹽溶液及沉淀體系的制備：根據(jù)重量比為In₂O₃：SnO₂＝9:1，量取質(zhì)量濃度為200～250g/L的InCl₃溶液和質(zhì)量濃度為200～250g/L的SnCl₄溶液置于反應(yīng)釜中，加入過(guò)量20％以上的尿素，攪拌混合均勻；

(2)加入分散劑：加入重量比為2：1：3的聚乙烯吡咯烷酮、β-丙氨酸和聚乙二醇，超聲波處理；

(3)共沉淀反應(yīng)：逐步升溫至60～90℃，保持恒溫并攪拌，待反應(yīng)液中In³⁺沉淀完全為止，超聲波處理，超聲波頻率范圍為40～60MHz，繼續(xù)攪拌并陳化1～18小時(shí)，得到金屬沉淀物；

(4)洗滌：將步驟(3)得到金屬沉淀物分別用水和有機(jī)溶劑洗滌至濾液中無(wú)Cl^-離子存在；

(5)干燥、研磨和過(guò)篩：將洗滌后的金屬沉淀物抽真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得ITO前驅(qū)體；

(6)高溫煅燒：將ITO前驅(qū)體20～30℃/h升溫至400～700℃，保溫30～50min，再以80～100℃/h升溫至800～1200℃，保溫3～5小時(shí)，得ITO粉末；

(7)在ITO粉末中加入聚乙烯醇造粒，壓制得到ITO素坯；

(8)將素坯置于氧氣氣氛爐中進(jìn)行燒結(jié)，制得ITO靶材。其中，優(yōu)選地，所述步驟(1)中分散劑的加入量為InCl₃和SnCl₄總量的2～5％。

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(7)中聚乙烯醇的加入量為ITO粉末質(zhì)量的0.3～0.6％。

其中，優(yōu)選地，所述步驟(8)中無(wú)壓氣氛燒結(jié)條件：溫度1400～1700℃、、時(shí)間1～6小時(shí)。

由于本發(fā)明在粉體制備過(guò)程中采用三個(gè)關(guān)鍵步驟：(1)加入混合分散劑；(2)沉淀物經(jīng)超聲處理；(3)用混合有機(jī)試劑作最后的洗滌脫水，所制得的粉體分散性高，比表面積大(納米尺寸)、燒結(jié)活性高，這使得在無(wú)壓燒結(jié)條件下可獲得高致密化的ITO靶材。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明混合鹽溶液中加入復(fù)合分散劑，其中，聚乙烯吡咯烷酮屬于非離子型水溶性高分子聚合物，可溶于水和多種有機(jī)溶劑，具有粘合、增稠、助懸、分散、助溶、絡(luò)合、成膜等多種優(yōu)良性能。PVP能夠降低顆粒在共沉過(guò)程中的團(tuán)聚性，由于它的低粘度效應(yīng)，是一種有效的抗團(tuán)聚劑。聚乙烯吡咯烷酮與β-丙氨酸、聚乙二醇相同協(xié)同作用，作為復(fù)合分散劑，可有效降低共沉淀反應(yīng)的團(tuán)聚性。采用本發(fā)明制備方法制成的氧化銦錫復(fù)合粉體團(tuán)聚少、流動(dòng)性好、易于壓制成型。

本發(fā)明制備工藝中制得的ITO粉末在無(wú)壓燒結(jié)條件下具有燒結(jié)溫度低、時(shí)間短，生產(chǎn)成本低，可抑制晶粒長(zhǎng)大，獲得接近理論密度和較低氣孔率的ITO靶材。

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制得的氧化銦錫復(fù)合粉體的典型微結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制得的ITO靶材的典型微觀結(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)施例提供一種采用無(wú)壓燒結(jié)法制備ITO靶材的方法，包括以下步驟：

(1)混合鹽溶液及沉淀體系的制備：根據(jù)重量比為In₂O₃：SnO₂＝9:1，量取質(zhì)量濃度為220g/L的InCl₃溶液和質(zhì)量濃度為230g/L的SnCl₄溶液置于反應(yīng)釜中，加入過(guò)量20％的尿素，攪拌混合均勻；

(2)加入分散劑：加入重量比為2：1：3的聚乙烯吡咯烷酮、β-丙氨酸和聚乙二醇，所述分散劑的加入量為InCl₃和SnCl₄總量的3.5％；

(3)共沉淀反應(yīng)：逐步升溫至65℃，保持恒溫并攪拌至反應(yīng)液中In³⁺沉淀完全，超聲波處理一小時(shí)，超聲波的頻率范圍為50MHz，繼續(xù)攪拌并陳化12小時(shí)，得到金屬沉淀物；

(4)洗滌：將步驟(3)得到金屬沉淀物分別用水和有機(jī)溶劑洗滌至濾液中無(wú)Cl^-離子存在；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)干燥、研磨和過(guò)篩：將洗滌后的金屬氫氧化物抽真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得ITO前驅(qū)體；

(6)高溫煅燒：將ITO前驅(qū)體25℃/h升溫至450℃，保溫40min，再以90℃/h升溫至1050℃，保溫4小時(shí)，即得氧化銦錫復(fù)合粉體；

(7)在ITO粉末中加入聚乙烯醇并造粒，壓制成ITO素坯，聚乙烯醇的加入量為ITO粉末質(zhì)量的0.45％；

(8)將素坯置于氧氣氣氛爐中進(jìn)行燒結(jié)，，燒結(jié)條件：溫度1550℃、時(shí)間4小時(shí)，制取ITO靶材。

本實(shí)施例制得的氧化銦錫復(fù)合粉體的電子掃描電鏡觀察粉體尺寸為40～70納米，具有良好的分散性，極少有硬團(tuán)聚。其典型的形貌見(jiàn)圖1。

取樣測(cè)得本實(shí)施例制得的ITO靶材的相對(duì)密度為99.7％。其典型的微結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種采用無(wú)壓燒結(jié)制備ITO靶材的方法，包括以下步驟：

(1)混合鹽溶液及沉淀體系的制備：根據(jù)重量比為In₂O₃：SnO₂＝9:1，量取質(zhì)量濃度為200g/L的InCl₃溶液和質(zhì)量濃度為250g/L的SnCl₄溶液置于反應(yīng)釜中，加入過(guò)量的25％的尿素，攪拌混合均勻；

(2)加入分散劑：加入重量比為2：1：3的聚乙烯吡咯烷酮、β-丙氨酸和乙二醇，所述分散劑的加入量為InCl₃和SnCl₄總量的2.5％；

(3)共沉淀反應(yīng)：逐步升溫至70℃，保持恒溫?cái)嚢?，至反?yīng)液中In³⁺沉淀完全，超聲波處理1小時(shí)，超聲波的頻率范圍為45MHz；繼續(xù)攪拌并陳化15小時(shí)，得到金屬沉淀物；

(4)洗滌：將步驟(3)得到金屬氫氧化物分別水和有機(jī)溶劑洗滌濾液中無(wú)Cl^-離子；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)干燥、研磨和過(guò)篩：將洗滌后的金屬氫氧化物抽真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得ITO前驅(qū)體；

(6)高溫煅燒：將ITO前驅(qū)體30℃/h升溫至550℃，保溫50min，再以80℃/h升溫至1100℃，保溫5小時(shí)，即得氧化銦錫復(fù)合粉體。

(7)在ITO粉末中加入聚乙烯醇并造粒，壓制成ITO素坯，聚乙烯醇的加入量為ITO粉末質(zhì)量的0.6％；

(8)將素坯置于氧氣氣氛中爐進(jìn)行燒結(jié)，無(wú)壓的燒結(jié)條件：溫度1700℃、時(shí)間4小時(shí)，制取ITO靶材。

本實(shí)施例制得的氧化銦錫復(fù)合粉體的電子掃描電鏡觀察，粉體具有良好的分散性，極少有硬團(tuán)聚。

取樣測(cè)得本實(shí)施例制得的ITO靶材的相對(duì)密度為99.6％。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種采用無(wú)壓燒結(jié)制備ITO靶材的方法，包括以下步驟：

(1)混合鹽溶液及沉淀體系的制備：根據(jù)重量比為In₂O₃：SnO₂＝9:1，量取質(zhì)量濃度為250g/L的InCl₃溶液和質(zhì)量濃度為200g/L的SnCl₄溶液置于反應(yīng)釜中，加入過(guò)量30％的尿素，攪拌混合均勻；

(2)加入分散劑：加入重量比為2：1：3的聚乙烯吡咯烷酮、β-丙氨酸和乙二醇，所述分散劑的加入量為InCl3和SnCl₄總量的2％；

(3)共沉淀反應(yīng)：逐步升溫至75℃，并保持恒溫?cái)嚢?，至反?yīng)液中In³⁺沉淀完全為止，超聲波處理1小時(shí)，超聲波的頻率范圍為60MHz；繼續(xù)攪拌并陳化18小時(shí)，得到金屬沉淀物

(4)洗滌：將步驟(3)得到金屬氫氧化物分別水和有機(jī)溶劑洗滌濾液中無(wú)Cl^-離子；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)干燥、研磨和過(guò)篩：將洗滌后的金屬氫氧化物抽真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得ITO前驅(qū)體；

(6)高溫煅燒：將ITO前驅(qū)體20℃/h升溫至600℃，保溫30min，再以100℃/h升溫至800℃，保溫3小時(shí)，即得氧化銦錫復(fù)合粉體。

(7)在ITO粉末中加入聚乙烯醇并造粒，利用模具壓制ITO粉末成素坯，聚乙烯醇的加入量為ITO粉末質(zhì)量的0.3％；

(8)將素坯置于氧氣氣氛中爐進(jìn)行燒結(jié)，無(wú)壓燒結(jié)的條件：溫度1400℃、時(shí)間4小時(shí)，制取ITO靶材。

本實(shí)施例制得的氧化銦錫復(fù)合粉體的電子掃描電鏡觀察，顯示粉體具有良好的分散性，極少有硬團(tuán)聚。

取樣測(cè)得本實(shí)施例制得的ITO靶材的相對(duì)密度為99.5％。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種采用無(wú)壓燒結(jié)制備ITO靶材的方法，包括以下步驟：

(1)混合鹽溶液及沉淀體系的制備：根據(jù)重量比為In₂O₃：SnO₂＝9:1，量取質(zhì)量濃度為220g/L的InCl₃溶液和質(zhì)量濃度為230g/L的SnCl₄溶液置于反應(yīng)釜中，加入過(guò)量28％的尿素，攪拌混合均勻；

(2)加入分散劑：加入重量比為2：1：3的聚乙烯吡咯烷酮、β-丙氨酸和乙二醇，所述分散劑的加入量為InCl3和SnCl₄總量的4％；

(3)共沉淀反應(yīng)：逐步升溫至80℃，保持恒溫?cái)嚢瑁练磻?yīng)液中In³⁺完全沉淀為止，超聲波處理1小時(shí)，超聲波的頻率范圍為50MHz；繼續(xù)攪拌并陳化10小時(shí)，得到金屬沉淀物；

(4)洗滌：將步驟(3)得到金屬氫氧化物分別水和有機(jī)溶劑洗滌濾液中無(wú)Cl^-離子；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)干燥、研磨和過(guò)篩：將洗滌后的金屬氫氧化物抽真空干燥，經(jīng)研磨、過(guò)篩制得ITO前驅(qū)體；

(6)高溫煅燒：將ITO前驅(qū)體25℃/h升溫至700℃，保溫40min，再以90℃/h升溫至1025℃，保溫4小時(shí)，即得氧化銦錫復(fù)合粉體。

(7)在ITO粉末中加入聚乙烯醇并造粒，利用模具壓制得ITO素坯，聚乙烯醇的加入量為ITO粉末質(zhì)量的5％；

(8)將素坯置于氧氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，無(wú)壓燒結(jié)的條件：溫度1650℃、時(shí)間4.5小時(shí)，制取ITO靶材。

本實(shí)施例制得的氧化銦錫復(fù)合粉體的電子掃描電鏡觀察，顯示粉體具有良好的分散性，極少有硬團(tuán)聚。

取樣測(cè)得本實(shí)施例制得的ITO靶材的相對(duì)密度為99.8％。

為了表征粉體的流動(dòng)性、孔隙率等，通常采用休止角、平板角、松裝密度和振實(shí)密度來(lái)進(jìn)行表征。

休止角也稱安息角，是指粉體堆積層的自由表面在靜平衡狀態(tài)下，與水平面形成的最大角度叫休止角。它是通過(guò)特定方式使粉體自然下落到特定平臺(tái)上形成的。休止角對(duì)粉體的流動(dòng)性影響最大，休止角越小，粉體的流動(dòng)性越好。

平板角是指將埋在粉體中的平板向上垂直提起，粉體在平板上的自由平面(斜面)和平板之間的夾角與受到震動(dòng)后的夾角的平均值稱為平板角。平板角越小，粉體的流動(dòng)性越強(qiáng)。

振實(shí)密度是指粉體裝填在特定容器后，對(duì)容器進(jìn)行振動(dòng)，從而破壞粉體中的空隙，使粉體出于緊密填充狀態(tài)后的密度。通過(guò)測(cè)量振實(shí)密度可以知道粉體的流動(dòng)性和孔隙率等數(shù)據(jù)。

松裝密度是指粉體在特定容器中處于自然充滿狀態(tài)后的密度。

利用阿基米德排水法測(cè)量燒結(jié)體的密度，本發(fā)明的ITO的理論密以7.15g/cm³計(jì)。

用粉體綜合特性測(cè)試儀測(cè)試上述實(shí)施例所得的氧化銦錫復(fù)合粉體的休止角、平板角、松裝密度和振實(shí)密度及燒結(jié)體的相對(duì)密度(具體數(shù)值見(jiàn)附表)

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)。