本發(fā)明涉及功能陶瓷靶材，具體而言，涉及一種氧化鋅基靶材及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，由于光伏行業(yè)、半導(dǎo)體行業(yè)及平板顯示行業(yè)的快速發(fā)展，濺射靶材這一材料具有廣闊的市場(chǎng)，目前光伏行業(yè)常規(guī)使用的靶材大多為氧化銦基的陶瓷靶材，但金屬銦的儲(chǔ)備有限且不可再生，為了太陽(yáng)能行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，急需一種能代替氧化銦基的陶瓷靶材。

2、氧化鋅是一種具有直接帶隙的寬禁帶金屬氧化物半導(dǎo)體材料，具有高熔點(diǎn)、低沉積溫度和較低的電子誘生缺陷等優(yōu)點(diǎn)，且原材料來(lái)源廣，其作為靶材在太陽(yáng)能電池、紫外探測(cè)器、聲表面波器件、氣敏傳感器、透明電極等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

3、但目前的氧化鋅基靶材，尤其是大尺寸(3寸及其以上)的氧化鋅基靶材，通常需要燒結(jié)幾十小時(shí)才能使靶材充分致密，在該長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)過(guò)程中，容易導(dǎo)致靶材密度不均勻；此外，現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行的燒結(jié)過(guò)程還需持續(xù)通入氣體，極大地提高了生產(chǎn)成本。

4、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鋅基靶材及其制備方法與應(yīng)用，以解決或改善上述技術(shù)問題。

2、本發(fā)明可這樣實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種氧化鋅基靶材的制備方法，包括以下步驟：

4、將由氧化物粉體原料、分散劑和粘結(jié)劑共同制得的氧化鋅混合粉末進(jìn)行模壓成型，得到生坯；將生坯進(jìn)行冷等靜壓處理、排膠以及微波燒結(jié)；

5、其中，微波燒結(jié)包括：先以2℃/min～10℃/min的升溫速率，升溫至1300℃～1500℃進(jìn)行2h～8h的第一次微波燒結(jié)，再以2℃/min～10℃/min的降溫速率，降溫至1200℃～1350℃進(jìn)行6h～14h的第二次微波燒結(jié)。

6、在可選的實(shí)施方式中，氧化物粉體原料包括氧化鋅以及摻雜氧化物；

7、氧化鋅與摻雜氧化物的質(zhì)量比為95:5至99:1；

8、摻雜氧化物包括氧化鋁、氧化鈰、氧化鎵和氧化鎢中的至少一種。

9、在可選的實(shí)施方式中，氧化物粉體原料的純度≥99.99％。

10、在可選的實(shí)施方式中，氧化物粉體原料的粒徑≤5μm。

11、在可選的實(shí)施方式中，氧化鋅混合粉末的制備包括：

12、將氧化物粉體原料與分散劑和溶劑進(jìn)行第一次砂磨，得到第一漿料；將第一漿料與粘結(jié)劑進(jìn)行第二次砂磨，得到第二漿料；將第二漿料進(jìn)行干燥造粒，得到氧化鋅混合粉末。

13、在可選的實(shí)施方式中，氧化鋅混合粉末的制備具有以下特征中的至少一種：

14、特征1：所述分散劑包括十二烷基苯磺酸鈉、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種；

15、特征2：所述分散劑的質(zhì)量為所述氧化物粉體原料的0.4％～0.6％；

16、特征3：所述粘結(jié)劑包括聚乙烯醇；

17、特征4：所述粘結(jié)劑的質(zhì)量為所述氧化物粉體原料的1.5％～2.5％；

18、特征5：所述第一漿料的固含量為38wt％～60wt％；

19、特征6：第一次砂磨的時(shí)間為1h～4h；

20、特征7：第二次砂磨的時(shí)間為0.5h～1h；

21、特征8：第一次砂磨和第二次砂磨的轉(zhuǎn)速獨(dú)立地為2400r/min～2600r/min；

22、特征9：第一次砂磨和第二次砂磨所用的磨球的直徑獨(dú)立地為0.2mm～0.3mm；

23、特征10：干燥造粒的進(jìn)風(fēng)溫度為180℃～250℃，出風(fēng)溫度為90℃～120℃。

24、在可選的實(shí)施方式中，模壓成型的壓力為25mpa～100mpa，模壓成型的保壓時(shí)間為5min～20min。

25、在可選的實(shí)施方式中，冷等靜壓處理的壓力為200mpa～300mpa，冷等靜壓處理的保壓時(shí)間為5min～12min。

26、在可選的實(shí)施方式中，排膠是以0.5℃/min～2℃/min的升溫速率，于600℃～700℃的條件下進(jìn)行2h～4h。

27、第二方面，本發(fā)明提供一種氧化鋅基靶材，經(jīng)前述實(shí)施方式任一項(xiàng)的制備方法制備而得。

28、在可選的實(shí)施方式中，氧化鋅基靶材具有以下特征中的至少一種：

29、特征11：氧化鋅基靶材的相對(duì)密度不低于99.3％；

30、特征12：氧化鋅基靶材的電阻率不超過(guò)1.72mω·cm；

31、特征13：氧化鋅基靶材的晶粒粒徑不超過(guò)5.2μm；

32、特征14：氧化鋅基靶材的純度不低于99.99％。

33、第三方面，本發(fā)明提供一種如前述實(shí)施方式的氧化鋅基靶材的應(yīng)用，氧化鋅基靶材用于制備太陽(yáng)能電池、紫外探測(cè)器、聲表面波器件、氣敏傳感器或透明電極。

34、本發(fā)明的有益效果包括：

35、本發(fā)明在燒結(jié)過(guò)程中采用兩步微波燒結(jié)法，先將試樣加熱到較高的溫度，使體系獲得足以發(fā)生晶界擴(kuò)散的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力，然后快速降溫至較低溫度繼續(xù)保溫，該兩步燒結(jié)法可以有效抑制晶界遷移，避免晶粒長(zhǎng)大，并利用晶界擴(kuò)散作用使試樣達(dá)到致密，能在較低的溫度下獲得致密度高且晶粒細(xì)小的試樣。并且，微波燒結(jié)能使試樣吸收微波能轉(zhuǎn)化為內(nèi)部分子的動(dòng)能及勢(shì)能，使試樣整體均勻加熱，試樣內(nèi)部的溫差極小，加熱和燒結(jié)速度快。在微波電磁能的作用下，試樣內(nèi)部分子或離子動(dòng)能增加，擴(kuò)散系數(shù)提高，從而實(shí)現(xiàn)低溫快速燒結(jié)。

36、本發(fā)明提供的氧化鋅基靶材的制備方法簡(jiǎn)單，成本低，效率高，通過(guò)將微波燒結(jié)和兩步燒結(jié)配合形成兩步微波燒結(jié)，能夠在較低的燒結(jié)溫度及較短的燒結(jié)保溫時(shí)間下得到高致密度和純度的靶材，該靶材晶粒細(xì)小且大小均勻，適用于制備太陽(yáng)能電池、紫外探測(cè)器、聲表面波器件、氣敏傳感器或透明電極等器件。

技術(shù)特征：

1.一種氧化鋅基靶材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氧化物粉體原料包括氧化鋅以及摻雜氧化物；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氧化鋅混合粉末的制備包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述氧化鋅混合粉末的制備具有以下特征中的至少一種：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，模壓成型的壓力為25mpa～100mpa，模壓成型的保壓時(shí)間為5min～20min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，冷等靜壓處理的壓力為200mpa～300mpa，冷等靜壓處理的保壓時(shí)間為5min～12min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，排膠是以0.5℃/min～2℃/min的升溫速率，于600℃～700℃的條件下進(jìn)行2h～4h。

8.一種氧化鋅基靶材，其特征在于，經(jīng)權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的制備方法制備而得。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋅基靶材，其特征在于，所述氧化鋅基靶材具有以下特征中的至少一種：

10.一種如權(quán)利要求8或9所述的氧化鋅基靶材的應(yīng)用，其特征在于，所述氧化鋅基靶材用于制備太陽(yáng)能電池、紫外探測(cè)器、聲表面波器件、氣敏傳感器或透明電極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種氧化鋅基靶材及其制備方法與應(yīng)用，屬于功能陶瓷靶材技術(shù)領(lǐng)域。該氧化鋅基靶材的制備包括：將由氧化物粉體原料、分散劑和粘結(jié)劑制得的氧化鋅混合粉末進(jìn)行模壓成型，得到生坯；將生坯進(jìn)行冷等靜壓處理、排膠及微波燒結(jié)；微波燒結(jié)包括：于1300℃～1500℃的條件下進(jìn)行2h～8h的第一次微波燒結(jié)，再于1200℃～1350℃的條件下進(jìn)行6h～12h的第二次微波燒結(jié)。上述制備方法簡(jiǎn)單，成本低，效率高，通過(guò)兩步微波燒結(jié)，能夠在較低的燒結(jié)溫度及較短的燒結(jié)保溫時(shí)間下得到高致密度和純度的靶材，該靶材晶粒細(xì)小且大小均勻，電阻率較低，適用于制備太陽(yáng)能電池、紫外探測(cè)器、聲表面波器件、氣敏傳感器或透明電極等器件。

技術(shù)研發(fā)人員：黎琦,方宏,馮海權(quán),蒙心鈺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：索羅曼（常州）合金新材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8