热喷涂法制备旋转靶用ito粉及其生产方法和应用
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及ITO靶材及其制备方法及其产品，尤其涉及一种热喷涂法制备旋转靶用ITO粉及其生产方法和应用。
【背景技术】
[0002]ITO靶材即为铟锡氧化物，是制备ITO薄膜的重要原料。ITO薄膜由于其对可见光透明和导电性良好的特性，广泛应用在液晶显示器(IXD)面板、接触感应面板(Touch Panel)、有机发光平面显示器(Organic ELD Panel)、电浆显示器(PDP Panel)、汽车防热除雾玻璃、太阳能电池、光电转换器、透明加热器防静电膜、红外线放射装置等领域，其中最主要的应用领域是IXD行业。
[0003]目前市场上大量采用的主要是平板靶材，平板靶材存在几个难以解决的问题:靶材利用率低(小于40%);镀膜功率低，溅射过程中膜的沉积速度低，靶面刻蚀不均匀，靶面易形成结瘤，尤其是靶片的拼接处，由于尖端放电、金属焊料以及靶面沉积物的影响，极易形成结瘤，造成镀膜过程的不稳定，影响镀膜质量;而经常性地清理靶面结瘤，又会大大降低镀膜生产效率。此外大量的废靶需要回收成金属，再返回制备靶材，大大增加了制靶厂家的成本。因此如何提高靶材利用率、提高生产效率及保证镀膜质量是ITO靶材研究的热点，也是各靶材生产厂家亟待解决的问题。
[0004]目前主要的改善方法是采用筒状旋转靶替代平板靶，筒状的靶材通过合理设置阴极磁场及增加旋转装置，使得靶材圆筒内磁场均匀分布，具有较高的磁场强度，冷却水从圆筒中间通过，冷却充分，因此相比于平面靶材，旋转靶材周边热负荷分布均匀，可采用大功率进行溅射，由此会大大提高镀膜的产量。在镀膜过程中结瘤产生量将大大降低，直流和交流模式下均可确保长期稳定的镀膜，最重要的是可进行连续溅射镀膜，靶材无需清理，而且靶材一次性利用率可大于80%，因此，旋转靶是未来靶材的发展方向。
[0005]旋转靶材的制造方式有两种，一种是将ITO粉压制成圆筒状生坯，然后脱脂烧结，将烧结好的坯体进行机加工，再绑定到阴极套管上。该方法制备出的靶材密度高，镀膜效果好，但由于成型、加工及绑定过程难度较大，无法一次性制备3000mm长的旋转靶，只能制备出300mm长/节，再进行拼接绑定。由于绑定难度大，易造成在镀膜过程中靶材从阴极套管上脱落下来，影响镀膜生产，并且拼接缝处易产生结瘤，影响膜的质量。
[0006]另一种制造旋转靶的方法就是采用热喷涂法直接制备旋转ITO靶材，它是将ITO粉加热到熔融或半熔融状态，然后借助压缩空气以一定速度喷射到阴极导管表面，沉积形成一定厚度的ITO涂层，即制备成为ITO靶材，热喷涂法制造出的整个圆筒靶材为一单片，靶材直接粘附在金属阴极套管上，无需进行粉体成型、烧结、机加工、靶材拼接、绑定等多工序处理。因此，采用热喷涂法制备ITO旋转靶具有很大的市场空间。
[0007]由于ITO靶材是一种功能陶瓷，主要用于磁控溅射法制备透明导电薄膜，靶材要求纯度高、密度高、气孔少、结构均匀，而粉体的纯度、均匀性、强度和烧结性会直接影响到靶材的质量及生产成本，因此热喷涂粉是热喷涂法制备旋转ITO靶材的核心技术之一。
[0008]有的厂家直接采用化学法制备的ITO粉进行热喷涂制备旋转靶，由于粉体颗粒小、团聚严重、流动性差，制备出的靶材密度低，镀膜效果不好，同时ITO粉体的利用率也很低，大大增加了制备成本。也有的厂家采用烧结后的ITO块状靶进行机械破碎，得到粒度分布合适的粉体，再用于热喷涂制靶，这种方法得到的粉体虽然能制备出高密度的旋转靶，但破碎过程中带来的杂质含量高，会影响膜的质量，且破碎过程难以控制粉体的粒度，粉体的成材率低，生产成本高。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种热喷涂法制备旋转靶用ITO粉的生产方法，制备的ITO粉具备良好的流动性、较好的强度及良好的烧结性能，在使用热喷涂法过程中不易被气流打碎，利于提高制备过程粉料的成材率，确保热喷涂靶的密度和靶材镀膜质量，适合直接用于热喷涂法制备ITO旋转靶，还同时提供一种该生产方法制备的ITO粉和一种该生产方法制备的ITO粉在热喷涂法制备旋转靶上的应用。
[0010]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种热喷涂法制备旋转靶用ITO粉的生产方法，包括以下步骤:
(1)采用湿化学法制备ITO共沉淀粉；
(2)将步骤(I)制得的ITO共沉淀粉进行湿磨分散处理得到浆料，浆料的粒度为0.1?2.0
ym;
(3 )向浆料中加入粘结剂后，进行喷雾造粒，得到造粒粉，将造粒粉进行脱脂和烧结；
(4)将烧结后得到的粉料进行还原处理，得到适合热喷涂用的ITO粉。
[0011]上述的生产方法，优选的，湿化学法制备ITO共沉淀粉具体是:将金属铟溶解成铟盐溶液后与锡盐混合均匀，再加入沉淀剂生成ITO前驱体，洗涤、干燥、煅烧制备成ITO共沉淀粉，得到的ITO共沉淀粉中氧化铟和氧化锡的重量比为80?95:20?5。采用湿化学法制备ITO共沉淀粉，能使铟和锡达到原子级的混合，确保了粉料成分的均匀性。
[0012]上述的生产方法，优选的，所述湿磨分散处理的方式为球磨，所述球磨方式为滚动磨、振动磨、搅拌磨和砂磨中的任一种，球磨机内衬材质为耐磨氧化锆或聚氨酯，磨料采用耐磨氧化锆球;在球磨过程中加入去离子水和分散剂。
[0013]上述的生产方法，优选的，所述分散剂为聚乙二醇、聚甲基丙烯酸铵、聚甲基丙烯酰胺和聚丙烯酸铵中的至少一种，粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯、聚丙烯酰胺和阿拉伯树胶中的至少一种。
[0014]上述的生产方法，优选的，所述步骤(3)中，所述喷雾造粒方式为离心喷雾造粒法，所述造粒粉的粒度为30?150μπι。
[0015]上述的生产方法，优选的，所述步骤(3)中，所述脱脂的温度为400?600°C，所述烧结的温度为1300?1500°C。
[0016]上述的生产方法，优选的，所述步骤(4)中，所述还原处理在氢气气氛中进行，其中氢气浓度为10?75%，还原度为0.5?3%。
[0017]一种上述的生产方法制备的ITO粉。
[0018]上述的ITO粉，优选的，所述ITO粉的粉体纯度为99.99%。
[0019]一种上述的生产方法制备的ITO粉在热喷涂法制备旋转靶上的应用。
[0020]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1、本发明采用湿化学法制备ITO共沉淀粉，再采用向ITO共沉淀粉加入分散剂进行湿磨制浆的方式，使湿磨后粉体的粒度为0.1?2.ομπι，湿磨方式可避免湿化学法制备得到的ITO共沉淀纳米级粉体存在团聚情况严重的问题，提高了粉体均匀性及烧结性能;再加入粘结剂采用喷雾干燥的方式进行粉体的造粒，制备出粒径大小合适且均匀、流动性好的粉体，具有良好的烧结性。
[0021]2、将造粒后的造粒粉进行脱脂烧结，不仅能去除粉体中的有机杂质，还能将粉体进行结构调整，使氧化锡较好地固溶到氧化铟中，有利于提高靶材的烧结密度及改善靶材的镀膜性能。
[0022]3、将烧结好的造粒粉进行还原处理，能进一步控制靶材的失氧率，增加靶材的导电性能，对提高膜的导电性能、抑制镀膜过程结瘤生长有一定帮助。
[0023]本发明生产方法制备的ITO粉具备较高的纯度、良好的流动性、较好的强度及良好的烧结性能，在使用热喷涂法过程中不易被气流打碎，符合热喷涂设备的使用原料要求，适合直接用于热喷涂法制备ITO旋转靶，将该粉体应用于热喷涂法制备旋转ITO靶材时，制备出的旋转靶材密度高，质量好，镀膜效果好，同时ITO粉体的利用率也很高，大大降低了旋转ITO靶材制备成本。与破碎法相比，既可避免破碎过程中带来的杂质含量高、影响膜质量的问题，且粒度好控制，粉体的成材率高，生产成本低。
【附图说明】
[0024]图1为采用本发明生产方法制备得到的ITO粉的形貌电镜图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0026]一种热喷涂法制备旋转靶用ITO粉的生产方法，包括以下步骤:
(I)采用湿化学法制备ITO共沉淀粉，将金属铟溶解成铟盐溶液后与锡盐混合均匀，再加入沉淀剂，煅烧制备成ITO共沉淀粉，得到的ITO共沉淀粉中氧化铟和氧化锡的重量比为80?95:20?5 ο
[0027](2)将步骤(I)制得的ITO共沉淀粉进行湿磨分散处理得到浆料，湿磨分散处理采用球磨，球磨方式可以是滚动磨、振动磨、搅拌磨和砂磨中的任一种，其中，球磨机内衬材质采用耐磨氧化锆或聚氨酯，磨料采用耐磨氧化锆球;在球磨过程中加入去离子水和分散剂，球磨时间5?12小时。
[0028]优选地，ITO共沉淀粉进行湿磨分散处理后得到的浆料的粒度为0.1-2.Ομπι。
[0029]向浆料中加入一种或几种粘结剂，粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯、聚丙烯酰胺和阿拉伯树胶中的至少一种，搅拌均匀，采用离心喷雾造粒制成造粒粉(球状颗粒料)，喷雾造粒的条件是:进风温度为200?250°C，出风温度为100°C，使造粒粉的粒度范围为30?150μπι。
[0030](3)将造粒粉放置于煅烧炉中依次进行脱脂和烧结，其中，脱脂温度为400?600°C，脱脂升温速度为20?60°C/h，脱脂保温时间为I?3小时;烧结温度为1300?1500°C，粉体的烧结温度限定为1300?1500°C，温度过低氧化锡没有固溶到氧化铟中，影响后期靶材的制备，温度过高，氧化锡将挥发，造成氧化铟氧化锡比例偏差大，影响镀膜质量;烧结升温速度为100~200°C/h，烧结保温时间为3~5小时。
[0031](4)将脱脂烧结后的粉