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上海矽諾國(guó)際貿(mào)易有限公司 2020-05-20 點(diǎn)擊2839次
ITO 是指Indium 及Tin 氧化物的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種銦錫氧化物，通常按照氧化銦和氧化錫的質(zhì)量比9∶1的比例混合。通過(guò)冷等靜壓法、熱等靜壓等方法將其制成靶材，再通過(guò)磁控濺射、電子束蒸發(fā)、化學(xué)氣相沉積等方法制成ITO 薄膜加以利用。ITO 薄膜經(jīng)過(guò)
刻蝕后能形成具有導(dǎo)電性的透明電極， 所以在現(xiàn)代社會(huì)中其被廣泛的應(yīng)用于導(dǎo)電玻璃、液晶顯示(LCD)、防護(hù)鏡等行業(yè)中。透明電極的好壞主要取決于所制備的ITO 靶材的性能，對(duì)ITO 靶材的應(yīng)用及應(yīng)用方法決定了高性能的ITO 陶瓷靶材所具有的技術(shù)特征：
①純度：其純度必須保證在99.99%以上，總雜質(zhì)的含量要不得超過(guò)10-6；
②密度:靶材的致密度要大于99.5%， 且密度均勻度偏差不得大于0.15%；③組織均勻性：氧化錫銦經(jīng)過(guò)固溶形成單一的氧化銦相，同時(shí)錫在靶材中均勻地分布，晶粒細(xì)微均勻；④電阻率小于10-4Ω·cm；⑤抗折強(qiáng)度≥120MPa。
我國(guó)銦年產(chǎn)量和儲(chǔ)量均占世界第一, 這就給我國(guó)對(duì)ITO 靶材的生產(chǎn)提供有利的資源條件，但是由于現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)ITO 靶材生產(chǎn)技術(shù)水平的限制，我國(guó)在生產(chǎn)大尺寸，相對(duì)密度高的高性能ITO 靶材方面，與國(guó)外比還存在很大的差距。目前能制備出滿足平面顯示器、光伏、功能性玻璃等高端產(chǎn)業(yè)中需求的高性能ITO 靶材的國(guó)家和地區(qū)很少，由于這其中很多國(guó)家對(duì)高性能ITO 靶材制備技術(shù)實(shí)行嚴(yán)密封鎖的政策， 這就使得我國(guó)在高端產(chǎn)品中所需求的高性能ITO 靶材只能依賴于進(jìn)口[9]，這限制了我國(guó)對(duì)錫和銦資源的利用。因此，發(fā)展大尺寸、高性能的ITO靶材制備技術(shù)， 不僅是國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)銦深加工利用的首選目標(biāo)，同時(shí)，也是我國(guó)對(duì)ITO 靶材生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)化的首選目標(biāo)。
ITO 靶材的成形方法及技術(shù)特點(diǎn)
ITO 靶材的制備一般需要經(jīng)過(guò)粉末制備、粉末成形、燒結(jié)等工藝步驟。成形是高性能ITO 靶材制備中一個(gè)重要的工藝?，F(xiàn)階段對(duì)ITO 靶材的制備主要分為干法成形和濕法成形， 其中干法成形主要包括冷等靜壓(CIP)、模壓成形等，濕法成形主要包括注漿成形、凝膠注模成形等。不論哪一種成形工藝都有一定的缺陷和優(yōu)點(diǎn)。
冷等靜壓成形
冷等靜壓成形是將ITO 粉體裝在真空包套內(nèi)，利用流體介質(zhì)不可壓縮的性質(zhì)為傳遞壓力介質(zhì)，置于高壓容器中， 從各個(gè)方向?qū)υ嚇泳鶆蚣訅旱囊环N成形方法。其具體工藝過(guò)程是[8]：將粘結(jié)劑和分散劑按照一定的配比加入ITO 粉體中， 形成混合液，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝螅?再通過(guò)其他的工藝制成顆粒狀的ITO 粉體，然后將漿料注入模壓模具中，進(jìn)行模壓形成預(yù)坯體， 最后在冷等靜壓成形工藝中形成素坯。
李晶等[10-11]探究了冷等靜壓成形-燒結(jié)法制備ITO 靶材的具體實(shí)驗(yàn)方法， 采用化學(xué)共沉淀法制備的復(fù)合納米ITO 粉，研究了冷等靜壓成形過(guò)程中的壓力對(duì)制備ITO 壓坯相對(duì)密度和電阻率的影響。研究結(jié)果表明： 當(dāng)冷等靜壓成形壓力為200MPa 時(shí)ITO 素坯的相對(duì)密度可達(dá)60%左右， 外形也比較完整；探索了不同粒徑的ITO 粉混合壓制對(duì)壓坯致密度提高的影響。結(jié)果表明當(dāng)粗細(xì)ITO 粉混合壓制能在一定程度上提高ITO 壓坯的致密度，細(xì)粉填充在粗粉間的間隙里改善了壓坯的致密化， 最大壓坯密度可達(dá)63.8%。
冷等靜壓成形是一種較成熟的制備ITO 靶材的方法， 目前國(guó)內(nèi)外的很多廠家都采用此種方法成形ITO 靶材，冷等靜壓成形的制品密度高且均勻一致，有利于生產(chǎn)細(xì)而長(zhǎng)的棒狀、管狀產(chǎn)品。但此種成形方法也有其局限性， 如在生產(chǎn)大尺寸的靶材的時(shí)候容易出現(xiàn)穩(wěn)定性較差，成品率低，還易出現(xiàn)分層和開(kāi)裂等問(wèn)題。而且對(duì)模具設(shè)備的要求比較高，設(shè)備投資較大[12-13]。
模壓成形
模壓成形是陶瓷成形和粉末冶金中制備素坯最常用、應(yīng)用最廣泛的方法之一。模壓成形是指在固定的模具結(jié)構(gòu)中加入松散的ITO 粉末，并利用模具自身的結(jié)構(gòu)提供一定的壓力后得到所需形狀素坯的一種成形方法[14]。
王玥等[15]采用平均粒徑為30nm 的ITO 粉末為原料，通過(guò)造粒得到了具有一定壓制性能的ITO 粉體， 分別以100、200、300、400、500、600MPa 的壓力來(lái)壓制素坯，探究了成形壓力對(duì)制備ITO 素坯致密度和均勻性的影響，結(jié)果表明：當(dāng)成形壓力在100～500MPa 內(nèi)，ITO 素坯的相對(duì)密度和成形壓力存在正相關(guān)，當(dāng)致密度達(dá)到最大值(47.5%)時(shí)，成形壓力為500MPa。當(dāng)壓力為600MPa 時(shí)，ITO 素坯脫模比較困難，致密度略微減小，同時(shí)邊角脫落也較嚴(yán)重。模壓成形的設(shè)備簡(jiǎn)單而且易操作利于工業(yè)化生產(chǎn)，還能壓制各種形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。但同時(shí)模壓成形也存在著其自身的缺點(diǎn)；壓力傳遞不均、脫模較困難及易出現(xiàn)裂紋等[16]。
1．3 注漿成形
由于考慮到冷等靜壓和模壓成形在ITO 制備方面的缺點(diǎn)， 開(kāi)始嘗試用一種新的工藝方法來(lái)制備ITO 靶材， 這就是后來(lái)逐漸發(fā)展成熟的濕法成形ITO 靶材的工藝， 它主要包括注漿成形和凝膠注模成形。注漿成型就是利用模具結(jié)構(gòu)的吸水性，將分散性和流動(dòng)性好的漿料注入模具中， 在長(zhǎng)時(shí)間的吸水過(guò)程中將ITO 粉體固化， 形成所需形狀的ITO 素坯。注漿成形是一種可生產(chǎn)曲面靶材，同時(shí)無(wú)需施加高壓的成形方法。其工藝流程是[8，17]：①稱(chēng)取一定質(zhì)量的ITO 粉體，加入一定量的水。制成固含量較高
的混合液。②在混合液中加入一定量的分散劑，并通過(guò)氨水調(diào)節(jié)溶液的PH 值，經(jīng)過(guò)攪拌得到預(yù)混液。③將預(yù)混液放入攪拌機(jī)中攪拌， 通過(guò)控制攪拌速度和攪拌時(shí)間得到性能較好的漿料。④漿料經(jīng)過(guò)真空脫氣后，澆注到注漿成型的模具中，在模具中靜置一段時(shí)間然后脫模， 脫模后的坯體分別在室溫下和一定溫度下干燥，得到坯體。
楊碩等[18]采用注漿成形的方法制備素坯，將ITO粉末和去離子水按照一定比例混合制備固相含量為85%～90%的預(yù)混液， 然后再在預(yù)混液中加入不等量的分散劑， 配制出分散劑含量為0.05%～0.4%的ITO 漿料量，通過(guò)氨水調(diào)節(jié)PH 值為8～11，攪拌均
勻后進(jìn)行濕磨，再通過(guò)對(duì)具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，研究了分散劑含量、固相含量對(duì)注漿成形法制備ITO 素坯性能的影響， 研究結(jié)果表明當(dāng)固相含量為86%，pH 值為8，分散劑用量為0.35%時(shí)，注漿得到的ITO坯體經(jīng)過(guò)干燥后相對(duì)密度可達(dá)到65%，然后再經(jīng)脫脂、燒結(jié)工藝，最后得到的靶材密度為99.5%以上。注漿成型適用于生產(chǎn)大尺寸和復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)和的ITO 靶材，注漿成形可克服冷等靜壓成形工藝的大部分缺點(diǎn)。采用注漿成形工藝成型出的坯體，具有高密度、高穩(wěn)定性和良好的均勻性等特點(diǎn)。但注漿成
形也存在一定的缺陷，如勞動(dòng)強(qiáng)度大、成形工序多和
模具壽命低等。
1．4 凝膠注模成形
凝膠注模成形技術(shù)[19]被認(rèn)為是從澆注成形技術(shù)基礎(chǔ)上而逐漸發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)， 它具有集粉末的成形和有機(jī)物的聚合于一體的特點(diǎn)， 凝膠注模技術(shù)把高分子的聚合反應(yīng)引入到粉末成形的領(lǐng)域中， 其高致密度和高均勻度的素坯是依靠制備出的
制備分散性好、固相含量高的漿料來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其工藝過(guò)程主要包括以下幾個(gè)階段[17]：首先，在溶劑中加入ITO 粉末和分散劑，然后再通過(guò)超生振動(dòng)、球磨等工藝方法，配成懸浮液漿料；其次，將有機(jī)單體和交聯(lián)劑溶于漿料中， 借助抽真空設(shè)備將漿料中的空氣排出；再次，在漿料中加入引發(fā)劑，并充分?jǐn)嚢韬?，將漿料注入模具中。然后在一定溫度下引發(fā)有機(jī)單體發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而固化成型，形成一定形狀的坯體。劉衛(wèi)華等[20]通過(guò)研究固相含量、分散劑用量對(duì)制備漿料分散性的影響， 制備的鐵基和銅基粉末漿料，具有很好的分散性和高的固相含量高，再采用凝膠注模成形法將漿料成形，然后干燥排膠，排膠后的素坯分別在910、1180℃下燒結(jié)，得到力學(xué)性能優(yōu)良的鐵基和銅基產(chǎn)品， 凝膠注模成形技術(shù)制備的粉末冶金器件的性能相比同等條件同等級(jí)組分傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品性能更好。
與其他成型工藝相比凝膠注模具有以下優(yōu)點(diǎn)[21]：
①適用范圍廣，可制備單一或者復(fù)合材料，而且對(duì)粉體也無(wú)特殊要求。
②可成型大尺寸、復(fù)雜形狀的坯件。
③坯體的有機(jī)物含量低，而且燒結(jié)后純凈度高。
④工藝過(guò)程易于操作。
⑤對(duì)模具的結(jié)構(gòu)材質(zhì)要求不高，模具結(jié)構(gòu)的成本低廉。因此，此種方法一經(jīng)推出就得到廣泛應(yīng)用， 特別是在制備各種復(fù)雜的陶瓷部件方面。但凝膠注模工藝也有它的不足，凝膠注模由于需要添加的輔助劑較多， 這樣在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)人身體的危害也較大，同時(shí)也造成環(huán)境污染。
作者：
(昆明理工大學(xué)稀貴及有色金屬先進(jìn)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室云南省新材料制備與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 云南昆明
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