一种高密度大尺寸ITO靶材及其制备方法

技术领域

本发明涉及ITO靶材制备技术领域，具体涉及一种高密度大尺寸ITO靶材及其制备方法。

背景技术

ITO(氧化铟锡)是制备ITO导电玻璃的重要原料。ITO靶材经溅射后可在玻璃上形成透明ITO导电薄膜，其性能是决定导电玻璃产品质量、生产效率、成品率的关键因素。ITO靶材性能的重要指标是成分、相结构和密度，ITO靶材的成分为In

如D1：中国专利申请201210446311.1公开了一种热压法制备ITO靶材的方法，其包括制取铟锡氢氧化物沉淀溶液；离心分离沉淀溶液中的沉淀物和液体；用水洗涤沉淀物，并离心分离沉淀物和水；干燥、煅烧沉淀物，得到ITO粉末；在ITO粉末中加入聚乙烯醇，利用模具将ITO粉末干压成成型体；将成型体置于热压炉中，制取ITO靶材的步骤。

上述专利申请通过控制合成溶液的温度和pH值等条件，可使ITO粉末达到纳米级，为热压法制备高密度的ITO靶材提供条件，可以有效制备出较高密度的ITO靶材。

但是随着市场对大尺寸的ITO靶材需求越来越多，600mm及以上长度的靶材成型时，素坯质量25-50kg不等，且烧结的时间及温度设计不当会出现靶材密度低，以及电费氧气等耗能高的情况；上述专利申请的技术方案制备出的ITO靶材已经不能满足市场对大尺寸的ITO靶材的需求了。

基于此，D2：中国专利申请201810653327.7公开了一种脱脂-烧结一体式生产

ITO靶材的方法，包括以下步骤：1)将ITO粉体、分散剂和水混合，进行球磨，再加入粘结剂，进行超声和真空脱泡，得到浆料；2)将浆料注入模具，进行成型，得到靶坯，脱模，对靶坯进行干燥；3)将靶坯放在脱脂-烧结一体式炉内的承烧板上，进行程序升温和程序降温，得到ITO靶材。

上述专利申请在进行靶坯致密化的过程中，将靶坯从脱脂的最高温度直接升温进行温度更高的烧结，省略了靶坯脱脂后的冷却、转移和再升温过程，脱脂和烧结的效率显著提高，且消除了靶坯在脱脂炉和烧结炉之间转移而造成的开裂，提高了生产效益，有利于ITO靶材的大批量生产。

并且上述专利申请在实施例中表面了其可以用于生产600mm长度的大尺寸靶材，其具有极高的借鉴价值，但是经过实验生产发现，当生产大于700mm长度的，壁厚大于18mm的大尺寸靶材时，采用上述专利的技术方案生产得到的靶材致密度会出现大幅下降的趋势，且因靶坯壁厚大水分以及其他粘结剂挥发时受阻，导致靶材开裂。经过分析，可能的原因在于：由于靶材的尺寸过大靶材壁厚大，常规的脱脂时间以及脱脂速率，过快升温速率将靶材内部的水和粘结剂排出，导致烧结炉内的水汽环境不能快速排出，从而导致靶材开裂，烧结时间以及烧结氧气用量工艺调整的技术方案，导致靶材没有足够的保温时间以及氧气用量来反应，从而降低了靶材的致密度。

因此，需要重新设计一种能够生产出更大尺寸的高密度的高良率的靶材的制备方法，从而能够满足市场上对更大尺寸靶材的需求。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种高密度大尺寸ITO靶材的制备方法，以解决现有技术中通过脱脂烧结一体化并调整脱脂、烧结的通氧流量和保温温度、时间等工艺并不能有效生产出大于700mm长度的高密度大尺寸靶材的技术问题，以满足市场对更大尺寸靶材的需求。

本发明另一目的在于，提供一种高密度大尺寸ITO靶材，该ITO靶材具有大尺寸与高密度兼具的优势，能够满足市场上越来越多的大尺寸靶材需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种高密度大尺寸ITO靶材的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以100-150℃/h的升温速率升温至280-300℃，保温10-25h，过程中以20-30L/min的流量持续通入0.1MPa的干燥压缩空气；

步骤2：待步骤1保温完成后，以80-110℃/h的升温速率升温至600-620℃，保温8-15h，过程中以20-30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤3：待步骤2保温完成后，以60-100℃/h的降温速率降温至400℃，并通入干燥压缩空气以使炉内压力达到0.15-2MPa，然后保压保温15-20h；

步骤4：待步骤3保温保压完成后，以80-120℃/h的升温速率升温至1300-1350℃，保温8-15h，过程中以20-30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤5：待步骤4保温完成后，以80-120℃/h的升温速率升温至1600-1700℃，保温5-20h，过程中以5-20L/min的流量持续通入干燥氧气；

步骤6：待步骤5保温完成后，先以60-100℃/h的降温速率降温至1200℃，然后再以100-150℃/h的降温速率降温至40℃，即可得到所述的高密度大尺寸ITO靶材。

进一步的，所述ITO素坯由ITO粉末经冷等静压得到，所述ITO素坯为圆筒柱状素坯，长度为700-1200mm，外径为153-159mm，内径为135-139mm，壁厚为18-20mm。

优选的，所述步骤1的保温时间为15-20h。

优选的，所述步骤2的保温时间为10-12h。

优选的，所述步骤3的保温保压时间为18-20h。

优选的，所述步骤4的保温时间为10-12h。

优选的，所述步骤5的保温时间为8-15h，所述干燥氧气的流量为5-15L/min。

本发明还公开了一种高密度大尺寸ITO靶材，采用上述的高密度大尺寸ITO靶材的制备方法制得，所述高密度大尺寸ITO靶材的尺寸为圆筒柱状靶材，长度为700mm-1200mm，外径为153-159mm，内径为135mm-139mm，壁厚为18-20mm。

有益效果

与现有技术相比，本发明至少具备以下优势：

(1)本发明在脱脂与烧结工序之间设置了一道低温高压的保温保压工序，从而确保ITO素坯内的水分和粘结剂完全从靶材内部排出，提高靶材密度的同时还避免了靶材开裂；

(2)本发明公开了一种高密度大尺寸ITO靶材的制备方法，其可以生产出高密度的长度大于等于700mm的、壁厚大于等于18mm的大尺寸靶材；

(3)本发明采用了脱脂、烧结一体化技术，并且在脱脂与烧结的转换之间增加到一道400℃低温0.15-2MPa高压的脱脂收尾工序，用于大尺寸ITO靶材制备时可以有效提高靶材的密度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1是本发明的实施例3生产得到的高密度大尺寸ITO靶材照片；

图2是本发明的对比例4生产得到的高密度大尺寸ITO靶材照片.

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制，任何在本发明权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求范围内。

为了详细说明本发明的技术内容，以下结合实施方式作进一步说明。

在以下实施例和对比例中，采用的ITO素坯为圆筒柱状素坯，长度为800mm，外径为155mm，内径为135mm，壁厚为18mm，该ITO素坯可通过本领域现有的技术冷等静压制备得到，需要说明的是，在本领域中ITO素坯又可成为ITO靶坯。

实施例1

一种高密度大尺寸ITO靶材，采用如下步骤制得：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以100℃/h的升温速率升温至280℃，保温25h，过程中以20L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤2：待步骤1保温完成后，以80℃/h的升温速率升温至600℃，保温15h，过程中以20L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤3：待步骤2保温完成后，以60℃/h的降温速率降温至400℃，并通入干燥压缩空气以使炉内压力达到0.15MPa，然后保压保温20h；

步骤4：待步骤3保温保压完成后，以80℃/h的升温速率升温至1300℃，保温15h，过程中以20L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤5：待步骤4保温完成后，以80℃/h的升温速率升温至1600℃，保温20h，过程中以5L/min的流量持续通入干燥氧气；

步骤6：待步骤5保温完成后，先以60℃/h的降温速率降温至1200℃，然后再以100℃/h的降温速率降温至40℃，即可得到高密度大尺寸ITO靶材。

实施例2

一种高密度大尺寸ITO靶材，采用如下步骤制得：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以150℃/h的升温速率升温至300℃，保温10h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤2：待步骤1保温完成后，以110℃/h的升温速率升温至620℃，保温8h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤3：待步骤2保温完成后，以100℃/h的降温速率降温至400℃，并通入干燥压缩空气以使炉内压力达到0.2MPa，然后保压保温15h；

步骤4：待步骤3保温保压完成后，以120℃/h的升温速率升温至1350℃，保温8h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤5：待步骤4保温完成后，以120℃/h的升温速率升温至1700℃，保温5h，过程中以20L/min的流量持续通入干燥氧气；

步骤6：待步骤5保温完成后，先以100℃/h的降温速率降温至1200℃，然后再以150℃/h的降温速率降温至40℃，即可得到高密度大尺寸ITO靶材。

实施例3

一种高密度大尺寸ITO靶材，采用如下步骤制得：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以120℃/h的升温速率升温至300℃，保温15h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤2：待步骤1保温完成后，以90℃/h的升温速率升温至620℃，保温12h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤3：待步骤2保温完成后，以80℃/h的降温速率降温至400℃，并通入干燥压缩空气以使炉内压力达到0.18MPa，然后保压保温18h；

步骤4：待步骤3保温保压完成后，以100℃/h的升温速率升温至1320℃，保温10h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤5：待步骤4保温完成后，以100℃/h的升温速率升温至1650℃，保温8h，过程中以15L/min的流量持续通入干燥氧气；

步骤6：待步骤5保温完成后，先以60℃/h的降温速率降温至1200℃，然后再以100℃/h的降温速率降温至40℃，即可得到高密度大尺寸ITO靶材。

对比例1

一种大尺寸ITO靶材，采用如下步骤制得：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以120℃/h的升温速率升温至300℃，保温15h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤2：待步骤1保温完成后，以90℃/h的升温速率升温至620℃，保温12h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤3：以100℃/h的升温速率升温至1320℃，保温10h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤4：待步骤3保温完成后，以100℃/h的升温速率升温至1650℃，保温8h，过程中以15L/min的流量持续通入干燥氧气；

步骤5：待步骤4保温完成后，先以60℃/h的降温速率降温至1200℃，然后再以100℃/h的降温速率降温至40℃，即可得到大尺寸ITO靶材。

对比例2

一种大尺寸ITO靶材，采用如下步骤制得：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以90℃/h的升温速率升温至620℃，保温27h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤2：待步骤1保温完成后，以80℃/h的降温速率降温至400℃，并通入干燥压缩空气以使炉内压力达到0.18MPa，然后保压保温18h；

步骤3：待步骤2保温保压完成后，以100℃/h的升温速率升温至1320℃，保温10h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤4：待步骤3保温完成后，以100℃/h的升温速率升温至1650℃，保温8h，过程中以15L/min的流量持续通入干燥氧气；

步骤5：待步骤4保温完成后，先以60℃/h的降温速率降温至1200℃，然后再以100℃/h的降温速率降温至40℃，即可得到大尺寸ITO靶材。

对比例3

一种大尺寸ITO靶材，采用如下步骤制得：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以120℃/h的升温速率升温至300℃，保温15h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤2：待步骤1保温完成后，以90℃/h的升温速率升温至620℃，保温12h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤3：待步骤2保温完成后，以80℃/h的降温速率降温至400℃，并通入干燥压缩空气以使炉内压力达到0.18MPa，然后保压保温18h；

步骤4：待步骤3保温保压完成后，以100℃/h的升温速率升温至1650℃，保温18h，过程中以15L/min的流量持续通入干燥氧气；

步骤5：待步骤4保温完成后，先以60℃/h的降温速率降温至1200℃，然后再以100℃/h的降温速率降温至40℃，即可得到大尺寸ITO靶材。

对比例4

一种高密度大尺寸ITO靶材，采用如下步骤制得：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以120℃/h的升温速率升温至300℃，保温15h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤2：待步骤1保温完成后，以90℃/h的升温速率升温至620℃，保温12h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤3：待步骤2保温完成后，保持620℃，并通入干燥压缩空气以使炉内压力达到0.18MPa，然后保压保温18h；

步骤4：待步骤3保温保压完成后，以100℃/h的升温速率升温至1320℃，保温10h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤5：待步骤4保温完成后，以100℃/h的升温速率升温至1650℃，保温8h，过程中以15L/min的流量持续通入干燥氧气；

步骤6：待步骤5保温完成后，先以60℃/h的降温速率降温至1200℃，然后再以100℃/h的降温速率降温至40℃，即可得到高密度大尺寸ITO靶材。

对比例5

一种大尺寸ITO靶材，采用如下步骤制得：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以120℃/h的升温速率升温至300℃，保温15h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤2：待步骤1保温完成后，以90℃/h的升温速率升温至620℃，保温12h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤3：待步骤2保温完成后，以80℃/h的降温速率降温至400℃，并通入干燥压缩空气以使炉内压力达到0.1MPa，然后保压保温18h；

步骤4：待步骤3保温保压完成后，以100℃/h的升温速率升温至1320℃，保温10h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤5：待步骤4保温完成后，以100℃/h的升温速率升温至1650℃，保温8h，过程中以15L/min的流量持续通入干燥氧气；

步骤6：待步骤5保温完成后，先以60℃/h的降温速率降温至1200℃，然后再以100℃/h的降温速率降温至40℃，即可得到大尺寸ITO靶材。

对比例6

一种大尺寸ITO靶材，采用如下步骤制得：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以120℃/h的升温速率升温至300℃，保温15h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤2：待步骤1保温完成后，以90℃/h的升温速率升温至620℃，保温12h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤3：待步骤2保温完成后，保持620℃，并通入干燥压缩空气以使炉内压力达到0.1MPa，然后保压保温18h；

步骤4：待步骤3保温保压完成后，以100℃/h的升温速率升温至1320℃，保温10h，过程中以30L/min的流量持续通入干燥压缩空气；

步骤5：待步骤4保温完成后，以100℃/h的升温速率升温至1650℃，保温8h，过程中以15L/min的流量持续通入干燥氧气；

步骤6：待步骤5保温完成后，先以60℃/h的降温速率降温至1200℃，然后再以100℃/h的降温速率降温至40℃，即可得到大尺寸ITO靶材。

对比例7

一种大尺寸ITO靶材，采用如下步骤制得：

步骤1：将ITO素坯放入脱脂烧结一体炉内以0.5℃/min的速率从室温升到200℃，同时通入流量为300L/min的干燥空气；

步骤2：以0.4℃/min的速率升到400℃，保温4h，同时通入流量为300L/min的干燥空气；

步骤3：以3℃/min的速率升到700℃，保温3h，同时通入流量为300L/min的干燥空气；

步骤4：以3℃/min的速率升到1100℃，保温2h，同时通入流量为800L/min的氧气，炉内氧气压力为常压；

步骤5：以3℃/min的速率升到1400℃，保温2h，同时通入流量为800L/min的氧气，炉内氧气压力为常压；

步骤6：以2.5℃/min的速率升到1500℃，同时通入流量为800L/min的氧气，炉内氧气压力为常压；

步骤7：以8℃/min的速率升到1700℃，保温20h，同时通入流量为800L/min的氧气，炉内氧气压力为常压；

步骤8：以2℃/min的速率降到1500℃，保温3h，同时通入流量为800L/min的氧气，炉内氧气压力为常压；

步骤9：以3℃/min的速率降到1300℃，同时通入流量为800L/min的氧气，炉内氧气压力为常压；

步骤10：以0.5℃/min的速率降到1100℃，保温2h，同时通入流量为300L/min的氧气，炉内氧气压力为常压；

步骤11：以0.5℃/min的速率降到室温，得到大尺寸ITO靶材

性能测试

使用排水法(阿基米德原理)对实施例1-3和对比例1-6制备得到的ITO靶材进行密度检测，结果如表1所示；

表1实施例1-3和对比例1-6制备得到的ITO靶材密度测试结果

需要特别说明的是，在ITO靶材领域，当靶材用于薄膜制备时，靶材的密度在7.130g/cm

根据实施例3和对比例1、对比例5、对比例6的数据对比可知，本发明在脱脂和烧结工序之间采用400℃低温0.18MPa高压的保温保压手段可以有效提高大尺寸靶材的密度；其中对比例1在脱脂和烧结工序之间并没有采用400℃低温MPa高压的保温保压手段，因此在制备大尺寸靶材时，靶材密度有显著的下降；而对比例5采用400℃低温0.1MPa低压的保温保压手段，并不能在过程中有效去除靶材内部残留的水分和粘结剂，因此大尺寸靶材的密度并没有提高；对比例6采用了600℃高温0.1MPa低压的保温保压手段，虽然靶材的密度有所提升，但是其提升的幅度并不能够满足高性能薄膜用的大尺寸靶材要求。

根据实施例3和对比例7的数据对比可知，采用多段缓慢升温保温脱脂、烧结一体的技术手段虽然可以有效提高大尺寸靶材的密度，但是其密度的提高并不能达到7.140g/cm

根据实施例3和对比例2、对比例3的数据对比可知，本发明不仅仅需要在脱脂和烧结工序之间增加一道400℃低温0.15-2MPa高压的保温保压手段，并且还需要在脱脂和烧结阶段均需要进行分步升温保温才能有效提高大尺寸靶材的靶材密度。

根据实施例3和对比例4的数据对比可知，采用大于400℃的高温配合0.15-2MPa高压的保温保压手段也能有效提高靶材的密度，但是由于长时间高温高压下，靶材容易开裂，导致靶材的成品率急剧下降，详见附图1和附图2的对比，附图2是采用对比例4的制备方法制备得到的高密度大尺寸ITO靶材，由于靶材的尺寸过大，因此靶材一旦开裂会直接整个靶材开裂，没有任何补救或者去除开裂段形成小尺寸靶材的可能性，增加了生产成本；因此本发明采用400℃的高温配合0.15-2MPa高压的保温保压手段是在确保长度大于等于700mm、壁厚大于等于18mm的大尺寸ITO靶材的靶材密度的同时还能控制成品率，降低了生产成本。

本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合选择的实施方式。所附的权利要求不应受说明本发明的实施方式所限制。在权利要求中所用的一些数值范围包括在其之内的子范围，这些范围中的变化也应为所附的权利要求覆盖。