ITO靶材常压烧结工艺进展

 

      20世纪90年代初兴起了一种新的靶材烧结方法-常压烧结法，它是指在一定气氛和温度条件下对ITO 靶材的素坯进行烧结，通过对烧结过程中各因素的控制，来有效控制ITO素坯晶粒的生长，从而达到靶材的晶粒分布均匀性及高致密化，该方法对粉末的烧结活性和靶材变形的控制都有很高的要求。

 

    通常靶材尺寸越大，溅射到平板上的拼缝就越少，价值也越高。国外可以做宽1200毫米、长近3000毫米的单块靶材，国内只能制造不超过800毫米宽的。

 

日企 ITO制备工艺

 

1、日本东曹公司

 

    日本东曹公司的专利中，将粒径小于1μm的ITO粉末放入有钢芯尼龙球的球磨罐中，球磨60h后采用冷等静压和模压混合的压制工艺压制素坯，再对经过压制得到的素坯进行常压烧结，经过烧结后最终得到的靶材密度为7.06 g/cm³。在靶材变形的问题上，传统的常压烧结是将制备的素坯直接放在炉内的刚玉垫板上进行烧结，由于刚玉垫板与ITO素坯底面存在着摩擦，导致上下两接触面收缩不一致，从而导致样品变形。日本东曹公司专利中：通过在刚玉垫板上铺一层氧化铝粉末，然后将素坯放在粉末上，烧结温度1590℃，烧结时间为5h，烧结气氛为氧气，经烧结后其靶材致密度可达99.5%，从而解决了靶材变形的问题。

 

2、日本三井金属公司

 

采用MMF法（过滤式成形模）制备超高密度ITO靶材。

 

 

（1）素坯成形

 

    将氧化铟氧化锡混合的原料粉末、离子交换水、5mm氧化锆球装入树脂制的罐中，球磨混合20小时；加入有机添加剂（聚羧酸系分散剂）混合1小时；1小时后添加适量蜡系粘结剂，球磨混合19小时。将所构成的磨浆（s1urry）注入到用以从陶瓷原料磨浆将水分减压排水以获得成形体的由非水溶性材料所构成的过滤式成形模，且将磨浆中的水分予以减压排水而制作成形体，并将此成形体进行干燥脱脂。

 

平板成行模

凹凸性状成形模

 

1.浆料 2.上成型框 3.下成型框 4.过滤膜（湿式滤布） 5.填充材料 6.排水孔

 

三井MMF-ITO成型装置示意图

 

（2）烧结

 

    将铟氧化物与锡氧化物所构成的混合物以过滤式成形模法制造成形体、干燥、脱脂（400℃～600℃下），且将所获得的成形体加热到最高烧结温度为1580℃～1700℃（优选1600℃～1650℃），并将该最高烧结温度之保持时间设为300秒以下，接着降温到第2次烧结温度1400℃～1550℃（优选1500℃～1550℃），并将第2次烧结温度之保持时间设为3至18小时，之后再降温到室温之步骤，其特征为包括：在该第2次烧结温度之保持时间经过至少1至4小时（优选2～3小时）的时间点设为非氧化性气体环境之步骤，且包括：以平均降温速度10℃～100℃／小时从该最高烧结温度降温到400℃（In₂O₃母相及微细In₂Sn₃O₁₂粒子不会长大）的制造方法而获得高密度ITO烧结体。

 

三井金属株式会社ITO条状、整片陶瓷靶材

 

    三井金属矿业株式会社所发明的过滤式成形模的成形法，通过在适当范围内选择氧化铟和氧化锡原料粉的比表面积，与以往相比，可以得到大型且没有缺陷的高密度ITO烧结体，成形体内部不产生密度不匀和组成不匀等缺陷；该成形模、减压排水时的压力只加在过滤器与成形用下模之间，因此可以使用强度较低的材料作为成形用下模，即使成形尺寸增大，材料费用也可以保持较低。

 

国内 ITO生产企业

 

    目前国内ITO靶材成规模的有20多家企业，经过多年发展，已从小量生产逐渐演变成规模化生产，主要企业有晶联光电（隆华科技）、阿石创、先导稀材、株冶集团、壹纳光电、中靶新材、冶科科技等。

 

1、广西晶联光电材料有限公司

 

    其专利 TFT级ITO靶材的常压烧结方法：选取超高活性ITO纳米粉，将造粒后的ITO粉通过模压成型，成型压力25～80MPa，保压时间15～300秒；再经冷等静压加固，等静压压力为180～300MPa，保压时间为300～1200秒；然后直接放入烧结炉中，通入气氛并以一定的升温速率，分多段升温保温，再以一定的速率进行降温至室温来完成烧结。

 

 

 

 

2、广东先导稀材股份有限公司

 

    其专利 高纯高密度ITO靶材的制备方法：将自制的ITO粉加纯水配制成浆料，之后加入分散剂，在砂磨机中砂磨，之后加入粘结剂和消泡剂进行球磨，再经喷雾造粒得到ITO造粒粉；将得到的ITO造粒粉装入模具中预压成型得到ITO初坯；将得到的ITO初坯在冷等静压机上成型得到ITO素坯；将得到的ITO素坯在脱脂炉中脱脂，之后再在通氧气氛的烧结炉中烧结，即得到高纯高密度的ITO靶材。

 

 

 

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