CN112811896A - 一种基于颗粒级配堆积模型制备氧化铟锡靶材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于颗粒级配堆积模型制备氧化铟锡靶材的方法。其特征如下：采用三元和二元颗粒级配堆积模型研究ITO颗粒的堆积过程，三元颗粒级配堆积模型中三种球形颗粒的粒径之比满足关系
Figure DDA0002906006610000011
Figure DDA0002906006610000012
三种球形粉体颗粒数之比为1:(1～2):(1～2)；二元颗粒级配堆积模型中两种球形颗粒的粒径之比满足关系
Figure DDA0002906006610000013
或者

Description

一种基于颗粒级配堆积模型制备氧化铟锡靶材的方法
技术领域
本发明是一种以三种不同粒径的ITO球形粉体为原料制备高密度低电阻率氧化铟锡靶材的方法。本方法制得的氧化铟锡靶材适用于通过磁控溅射法制备氧化铟锡薄膜。
背景技术
氧化铟锡或锡掺杂氧化铟(Indium tin oxide，ITO)是一种光电性能优异、应用广泛的透明导电氧化物材料。ITO薄膜材料同时具备优异的电学特性和光学特性，例如：低电阻率，10-4Ω·cm数量级；400～760nm波段透过率95％以上；100～400nm波段吸收率85％以上；760nm～1mm波段反射率70％以上；0.1mm～1m波段衰减率85％以上。ITO薄膜广泛应用于平板显示器、有机电致发光器件和交通工具风挡等领域。制备ITO薄膜的主要方法包括喷雾热分解法、磁控溅射法和氧气氛下的铟锡合金靶的磁控反应溅射法等。其中，ITO靶材磁控溅射法是应用最广泛的方法，该方法制备获得的ITO薄膜具有更加优异的光电性能和稳定性。制备电学和光学性能优异的ITO薄膜的先决条件是制得高密度低电阻率的ITO陶瓷靶材。
ITO颗粒在堆积过程中，由于颗粒间存在空隙，将降低素坯的密度，增大素坯的电阻率，从而影响靶材的性能。目前，ITO素坯的制备主要是以单一尺寸的颗粒为原料，颗粒间将不可避免的存在空隙。本发明设计了三元和二元颗粒级配堆积模型，以三种或两种不同粒径的ITO球形粉体为原料制备素坯和靶材，小颗粒填充在大颗粒间的空隙处，有效地减少了颗粒间的空隙，提高了堆积密度。
发明内容
本发明的目的是以三种不同粒径的ITO球形粉体为原料，小颗粒填充在大颗粒间的空隙处，减少颗粒间的空隙，提高堆积密度，从而制得高密度低电阻率的ITO靶材。采用三元和二元颗粒级配堆积模型研究ITO颗粒的堆积过程，三元颗粒级配堆积模型中三种球形颗粒的粒径满足比例关系
Figure BDA0002906006590000021
二元颗粒级配堆积模型中两种颗粒的粒径之比满足关系
Figure BDA0002906006590000022
或者
Figure BDA0002906006590000023
设计并制得粒径范围为275～295nm、108～128nm和54～74nm ITO球形粉体，三种球形粉体的平均粒径分别为285nm、118nm和64nm。该方法制备工艺简单，设备简单，生产成本低，烧结获得的ITO靶材密度高、电阻率低。
高密度低电阻率ITO靶材的制备方法，其特征在于：采用溶剂热法，以In(NO3)3和SnCl4·5H2O作为原料，有机碱三乙胺作为沉淀剂，L-组氨酸作为形状控制剂，二甲基甲酰胺作为溶剂。In(NO3)3和SnCl4·5H2O的加入量依据混合溶液中换算后的氧化铟和氧化锡质量比In2O3:SnO2＝9:1加入，制得粒径范围为275～295nm，平均粒径为285nm的ITO球形粉体。采用共沉淀法，以金属铟和SnCl4·5H2O作为原料，铟溶于硝酸，氨水作为沉淀剂，In和SnCl4·5H2O的加入量依据混合溶液中换算后的氧化铟和氧化锡质量比In2O3:SnO2＝9:1加入，制得粒径范围为108～128nm和54～74nm，平均粒径为118nm和64nm的ITO球形粉体。以三种或两种不同粒径ITO粉体为原料，加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮和粘接剂聚乙烯醇，经球磨造粒、模压成型和冷等静压成型制得素坯，最后素坯在氧气氛中经高温烧结制得ITO靶材。
进一步，In(NO3)3和SnCl4·5H2O的混合溶液中，添加沉淀剂三乙胺和形状控制剂L-组氨酸，使混合溶液中三乙胺和L-组氨酸浓度分别为0.5～4mol/L和0.01～0.3mol/L，反应时间为6～120h，反应温度为230～250℃。
进一步，In(NO3)3和SnCl4·5H2O的混合溶液中，沉淀剂氨水滴加速度为0.01～1mL/s，滴加至溶液pH值为9～10。
进一步，采用三元和二元颗粒级配堆积模型研究ITO颗粒的堆积过程，三元颗粒级配堆积模型中三种球形颗粒的粒径之比满足关系
Figure BDA0002906006590000024
三种球形粉体颗粒数之比为1:(1～2):(1～2)；二元颗粒级配堆积模型中两种球形颗粒的粒径之比满足关系
Figure BDA0002906006590000025
Figure BDA0002906006590000026
或者
Figure BDA0002906006590000027
两种球形粉体颗粒数之比为1:(1～6)。设计三元和二元粉体级配组合，以三种或两种不同粒径的ITO球形粉体为原料制备素坯和靶材。
进一步，分散剂聚乙烯吡咯烷酮的添加量为氧化铟锡复合粉体质量的0.1～3.5％，粘接剂聚乙烯醇的添加量为氧化铟锡复合粉体质量的0.1～3.5％。
进一步，素坯成型工艺为：造粒粉体采用模压和等静压联合成型获得素坯，其中模压压强为3～10MPa，保压时间为3～10min；冷等静压压强为250～350MPa，保压时间为5～15min。
进一步，靶材烧结温度为1350～1600℃，靶材烧结时间为4～16h。
技术效果
本发明的技术效果：采用溶剂热法制备了粒径范围为275～295nm，平均粒径为285nm的ITO球形粉体，采用共沉淀法制备了粒径范围为108～128nm和54～74nm，平均粒径为118nm和64nm的ITO球形粉体。粉体造粒工艺：分散剂聚乙烯吡咯烷酮的添加量为氧化铟锡复合粉体质量的0.1～3.5％，粘接剂聚乙烯醇的添加量为氧化铟锡复合粉体质量的0.1～3.5％。素坯成型工艺：造粒粉体采用模压和等静压联合成型获得素坯。其中模压压强为3～10MPa，保压时间为3～10min；冷等静压压强为250～350MPa，保压时间为5～15min。靶材烧结工艺：靶材烧结温度为1350～1600℃，靶材烧结时间为4～16h。采用三元和二元颗粒级配堆积模型研究ITO颗粒的堆积过程，三元颗粒级配堆积模型中三种球形粉体颗粒的粒径之比满足关系
Figure BDA0002906006590000031
三种球形粉体颗粒数之比为1:(1～2):(1～2)；二元颗粒级配堆积模型中两种球形粉体颗粒的粒径之比满足关系
Figure BDA0002906006590000032
或者
Figure BDA0002906006590000033
Figure BDA0002906006590000034
两种球形粉体颗粒数之比为1:(1～6)。制备粒径范围为275～295nm、108～128nm和54～74nm球形粉体，三种粉体的平均粒径分别为285nm、118nm和64nm，高温烧结制得高密度低电阻率ITO靶材。靶材的相对密度为99.67％，靶材的电阻率为0.79×10-4Ω·cm。
附图说明
图1是本发明方法制备ITO靶材的工艺流程图。
图2是本发明方法制备的不同烧结温度下ITO靶材的相对密度、电阻率和扫描电子显微镜照片。(a)相对密度和电阻率；(b)1350℃；(c)1400℃；(d)1450℃；(e)1500℃；(f)1550℃。
图3是本发明方法制备的不同保温时间下ITO靶材的相对密度、电阻率和扫描电子显微镜照片。(a)相对密度和电阻率；(b)6h；(c)8h；(d)10h；(e)12h；(f)14h。
具体实施方式
本发明方法具体的实施步骤：
(1)采用溶剂热法，以In(NO3)3和SnCl4·5H2O作为原料，有机碱三乙胺作为沉淀剂，L-组氨酸作为形状控制剂，二甲基甲酰胺作为溶剂。In(NO3)3和SnCl4·5H2O的加入量依据混合溶液中换算后的氧化铟和氧化锡质量比In2O3:SnO2＝9:1加入，制得粒径范围为275～295nm，平均粒径为285nm的ITO球形粉体。采用共沉淀法，以金属铟和SnCl4·5H2O作为原料，铟溶于硝酸，氨水作为沉淀剂，In和SnCl4·5H2O的加入量依据混合溶液中换算后的氧化铟和氧化锡质量比In2O3:SnO2＝9:1加入，制得粒径范围为108～128nm和54～74nm，平均粒径为118nm和64nm的ITO球形粉体。以285nm、118nm和64nm ITO粉体为原料，制备ITO素坯和ITO靶材。
(2)In(NO3)3和SnCl4·5H2O的混合溶液中，添加沉淀剂三乙胺和形状控制剂L-组氨酸，使三乙胺和L-组氨酸浓度分别为0.5～4mol/L和0.01～0.3mol/L，反应时间为6～120h，反应温度为230～250℃。
(3)In(NO3)3和SnCl4·5H2O的混合溶液中，沉淀剂氨水滴加速度为0.01～1mL/s，滴加至溶液pH值为9～10。
(4)分散剂聚乙烯吡咯烷酮的添加量为氧化铟锡复合粉体质量的0.1～3.5％，粘接剂聚乙烯醇的添加量为氧化铟锡复合粉体质量的0.1～3.5％。
(5)素坯成型工艺为：造粒粉体采用模压和等静压联合成型获得素坯，其中模压压强为3～10MPa，保压时间为3～10min；冷等静压压强为250～350MPa，保压时间为5～15min。
(6)靶材烧结温度为1350～1600℃，靶材烧结时间为4～16h。
实施例1
分别称取37.6038克In(NO3)3和4.3825克SnCl4·5H2O溶解于500mL二甲基甲酰胺中，70℃下搅拌加热，使得铟锡盐溶解。在0℃对上述溶液进行恒温水浴，并添加3.8788克L-组氨酸。搅拌上述溶液至均匀后加入50.595克三乙胺，继续搅拌15min后，再将适量的上述溶液倒入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中。将反应釜置于250℃恒温干燥箱中，反应24h。再用无水乙醇和去离子水各洗涤5次反应产物，干燥反应产物可获得粒径范围为275～295nm，平均粒径为285nm的蓝色ITO球形粉体。取5.70克金属铟溶于30mL优级纯的硝酸水溶液，将上述溶液和1.78克SnCl4·5H2O加入到100mL去离子水中得到混合溶液，常温下以0.6mL/s和0.05mL/s的速度向混合溶液中滴加氨水，至溶液pH值为9.5后继续搅拌15min，静置陈化2h即可获得ITO前驱体。用无水乙醇和去离子水对ITO前驱体各洗涤5次后烘干。600℃煅烧2hITO前驱体可获得粒径范围为108～128nm和54～74nm，平均粒径为118nm和64nm的黄色ITO球形粉体。
将球形粉体颗粒视为球形计算，三种球形粉体的粒径之比为
Figure BDA0002906006590000051
根据公式m＝NρV和
Figure BDA0002906006590000052
可知
Figure BDA0002906006590000053
其中m为粉体质量，N为粉体的颗粒数，V为颗粒体积，ρ为颗粒密度，d为颗粒直径。由于三种球形粉体的颗粒数之比为1:1:1(即N1＝N2＝N3)，因此三种球形粉体的质量之比满足关系式：
Figure BDA0002906006590000054
令ITO混合粉体的总质量为10克，根据以上计算过程，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克上述三种不同粒径的ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.1克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，磨机转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，对造粒粉体进行模压成型处理，模压压强为5MPa，保压时间为5min；再经过冷等静压成型，压强为300MPa，保压时间为10min制得素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内升温速率设置为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，升温速率设置为9℃/min，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，1550℃下保温10h，制得ITO靶材的相对密度为99.22％，电阻率为3.81×10-4Ω·cm。
实施例2
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:1时，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒粉体进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，升温速率为9℃/min，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，1550℃下保温10h，制得ITO靶材的相对密度为99.67％，电阻率为0.79×10-4Ω·cm。
实施例3
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:1时，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.15克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，升温速率为9℃/min，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，1550℃下保温10h，制得ITO靶材的相对密度为99.03％，电阻率为4.16×10-4Ω·cm。
实施例4
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:1时，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1350℃区间内，升温速率为9℃/min，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，1350℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为88.57％，电阻率为16.39×10-4Ω·cm。
实施例5
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:1时，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1400℃区间内，升温速率为9℃/min，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，1400℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为92.33％，电阻率为10.03×10-4Ω·cm。
实施例6
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:1时，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1450℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1450℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为95.62％，电阻率为6.31×10-4Ω·cm。
实施例7
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:1时，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1500℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1500℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.45％，电阻率为1.86×10-4Ω·cm。
实施例8
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:1时，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温6h。制得ITO靶材的相对密度为99.39％，电阻率为2.32×10-4Ω·cm。
实施例9
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:1时，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体，球磨时间设置为。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温8h。制得ITO靶材的相对密度为99.57％，电阻率为1.17×10-4Ω·cm。
实施例10
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:1时，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温12h。制得ITO靶材的相对密度为99.54％，电阻率为1.34×10-4Ω·cm。
实施例11
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:1时，分别称取9.2386克、0.6565克和0.1049克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温14h。制得ITO靶材的相对密度为99.31％，电阻率为3.65×10-4Ω·cm。
实施例12
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:2:1时(即N1＝2N2＝N3)，三种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000091
因此，分别称取8.6694克、1.2322克和0.0984克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.32％，电阻率为2.36×10-4Ω·cm。
实施例13
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1:2时(即N1＝N2＝2N3)，三种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000092
因此，分别称取9.1427克、0.6497克和0.2076克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.12％，电阻率为1.31×10-4Ω·cm。
实施例14
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:2:2时(即N1＝2N2＝2N3)，三种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000093
因此，分别称取8.5849克、1.2202克和0.1949克实施例1中的三种不同粒径ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为98.75％，电阻率为6.11×10-4Ω·cm。
实施例15
两种球形粉体的粒径之比为
Figure BDA0002906006590000101
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1时(即N1＝N2)，两种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000102
因此，分别称取9.8878克和0.1122克实施例1中制备的285nm和64nm ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，转速为500r/min，获得造粒粉体。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.07％，电阻率为4.62×10-4Ω·cm。
实施例16
两种球形粉体的粒径之比为
Figure BDA0002906006590000103
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:3时(即N1＝3N2)，两种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000104
因此，分别称取9.6707克和0.3293克实施例1中制备的285nm和64nm ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，获得造粒粉体，转速为500r/min。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.19％，电阻率为2.31×10-4Ω·cm。
实施例17
两种球形粉体的粒径之比为
Figure BDA0002906006590000111
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:5时(即N1＝5N2)，两种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000112
因此，分别称取9.4629克和0.5371克实施例1中制备的285nm和64nm ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，获得造粒粉体，转速为500r/min。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.59％，电阻率为0.91×10-4Ω·cm。
实施例18
两种球形粉体的粒径之比为
Figure BDA0002906006590000113
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:6时(即N1＝6N2)，两种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000114
因此，分别称取9.3623克和0.6377克实施例1中制备的285nm和64nm ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，获得造粒粉体，转速为500r/min。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.43％，电阻率为1.37×10-4Ω·cm。
实施例19
两种球形粉体的粒径之比为
Figure BDA0002906006590000115
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:1时(即N1＝N2)，两种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000116
因此，分别称取9.3365克和0.6635克实施例1中制备的285nm和118nm ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，获得造粒粉体，转速为500r/min。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.09％，电阻率为4.56×10-4Ω·cm。
实施例20
两种球形粉体的粒径之比为
Figure BDA0002906006590000121
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:3时(即N1＝3N2)，两种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000122
因此，分别称取8.2426克和1.7574克实施例1中制备的285nm和118nm ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，获得造粒粉体，转速为500r/min。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.21％，电阻率为2.25×10-4Ω·cm。
实施例21
两种球形粉体的粒径之比为
Figure BDA0002906006590000123
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:5时(即N1＝5N2)，两种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000124
因此，分别称取7.3782克和2.6218克实施例1中制备的285nm和118nm ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，获得造粒粉体，转速为500r/min。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.63％，电阻率为0.86×10-4Ω·cm。
实施例22
两种球形粉体的粒径之比为
Figure BDA0002906006590000131
根据实施例1中的计算过程，当颗粒数之比为1:6时(即N1＝6N2)，两种球形粉体的质量满足以下关系式：
Figure BDA0002906006590000132
因此，分别称取7.0106克和2.9894克实施例1中制备的285nm和118nm ITO粉体，之后在ITO混合粉体中加入0.1克聚乙烯吡咯烷酮和0.15克聚乙烯醇。将上述混合粉体在玛瑙球磨罐中球磨3h，获得造粒粉体，转速为500r/min。称取造粒过的ITO粉体5克，按照实施例1中的成型工艺对造粒颗粒进行处理，制得ITO素坯。将素坯置于箱式炉中，室温至500℃区间内，升温速率为3℃/min，保温2小时；500℃至1550℃区间内，箱式炉中通入氧气，氧气流速为120L/h，升温速率为9℃/min，1550℃下保温10h。制得ITO靶材的相对密度为99.44％，电阻率为1.31×10-4Ω·cm。

Claims (5)

1.一种基于颗粒级配堆积模型制备氧化铟锡靶材的方法，其特征是：以铟和锡金属，或铟和锡金属可溶性盐为原料配制混合溶液，经溶剂热法或共沉淀法制备不同粒径ITO复合粉体，复合粉体造粒、成型和烧结制备氧化铟锡靶材；其特征在于：将不同粒径的ITO复合粉体采用三元颗粒或二元颗粒级配堆积模型制备ITO素坯，三元颗粒级配堆积模型中三种颗粒的粒径之比满足关系
Figure FDA0002906006580000011
三种粉体颗粒数之比为1:(1～2):(1～2)；二元颗粒级配堆积模型中两种颗粒的粒径之比满足关系
Figure FDA0002906006580000012
或者
Figure FDA0002906006580000013
两种粉体颗粒数之比为1:(1～6)。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：溶剂热法是以In(NO3)3和SnCl4·5H2O为原料，In(NO3)3和SnCl4·5H2O的加入量依据混合溶液中换算后的氧化铟和氧化锡质量比In2O3:SnO2＝9:1加入，二甲基甲酰胺为溶剂，L-组氨酸为形状控制剂，添加量以在混合溶液中终浓度计算为0.01～0.3mol/L，有机碱三乙胺为沉淀剂，添加量在混合溶液中终浓度为0.5～4mol/L，反应温度为230℃-250℃、反应时间为6～120h，制得粒径范围为275～295nm、平均粒径为285nm的ITO球形粉体；共沉淀法是以金属铟和SnCl4·5H2O为原料，铟溶于硝酸，铟和SnCl4·5H2O的加入量依据混合溶液中换算后的氧化铟和氧化锡质量比In2O3:SnO2＝9:1加入，氨水为沉淀剂，氨水滴加速度为0.01～1mL/s，滴加至溶液pH值为9～10，干燥沉淀物、煅烧制备出粒径范围为108～128nm、平均粒径为118nm和粒径范围为54～74nm、平均粒径为64nm的ITO球形粉体。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：称取平均粒径为285nm、118nm和64nm的三种或者两种ITO球形粉体混合在一起，使三种粉体颗粒数之比为1:(1～2):(1～2)；两种粉体颗粒数之比为1:(1～6)；加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，添加量为混合ITO球形粉体质量的0.1～3.5％，加入粘接剂聚乙烯醇，添加量为混合ITO球形粉体的0.1～3.5％；将上述混合粉体在行星球磨机中混合，获得造粒粉体。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：造粒粉体先模压成型，然后冷等静压成型得到素坯；其中模压压强为3～10MPa，保压时间为3～10min；冷等静压压强为250～350MPa，保压时间为5～15min。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：素坯在氧气氛中经烧结制得ITO靶材，烧结温度为1350～1600℃，烧结时间为4～16h。
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