微波烧结ITO靶材研究

论文摘要

微波烧结具有节能、缩短烧结周期等一系列优点,获得的材料表现出高致密度、组织均匀等特征,在近20年来备受关注。随着现代工业向高效节能方向的发展,微波烧结将会有更为广阔的应用前景。ITO靶材作为制备透明导电氧化物薄膜的材料,在军用和民用领域有着广泛应用。鉴于微波烧结的特殊优势和ITO靶材的重要价值,论文首次应用微波烧结技术制备ITO靶材,并研究了微波烧结制备ITO靶材的工艺、致密化行为、以及靶材显微组织,得到以下结论：（1）微波烧结能快速制备高致密度、显微组织均匀的的ITO靶材。研究发现,靶材的相对密度随着烧结温度升高而增大；在1580℃进行微波烧结时,靶材的相对密度随着保温时间的延长先增大后减小,在保温1.5h时相对密度达到最大值（99.58%）,高温更长时间烧结对ITO靶材的致密化不利。另外,微波烧结促进了ITO靶材的致密化,即以更低的烧结温度或更短的保温时间均能获得综合性能较好的材料,是一种活化烧结模式。升温速度是微波烧结的一个重要参数,ITO靶材可以在10-65℃/min升温速度范围内烧结出相对密度和收缩率均较高的ITO靶材,而最佳升温速度约为45℃/min;（2）在微波烧结制备ITO靶材的过程中,压制压力也有着重要的影响。压坯和ITO靶材的密度均随着压制压力的升高而增加,在压制压力为500MPa时达到最高。提高压制压力有利于靶材的致密化；在最佳的微波烧结工艺参数（1580℃×1.5h×500MPa）条件下,ITO靶材密度达到7.12g/cm3,与常规烧结（7.13g/cm3）几乎相当,但与常规烧结相比,微波烧结温度略低,但烧结时间仅是常规烧结的1/8,可以明显缩短烧结周期,有利于节约能源,降低成本。这对工业生产有积极意义；（3）微波烧结制备的高密度ITO靶材显微组织均匀,失氧率比商用靶材低,晶粒尺寸较均匀,晶粒尺寸大致为3.5-7.3μm,而且晶粒尺寸较商用靶材要小,不同温度下制备的ITO靶材均无Sn02相析出,仍是单一的固溶体相,不存在第二相。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 透明导电ITO薄膜的研究
• 1.1.1 ITO薄膜的结构
• 1.1.2 ITO薄膜的半导体特性
• 1.1.3 ITO薄膜的电学性质
• 1.1.4 ITO薄膜的光学性质
• 1.1.5 ITO薄膜制备技术
• 1.1.6 ITO薄膜的应用
• 1.2 ITO靶材
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 ITO靶材的研究现状
• 1.2.3 ITO靶材的发展趋势
• 1.2.4 ITO靶材的制造技术
• 1.3 微波烧结技术
• 1.3.1 微波的基本概念
• 1.3.2 微波烧结设备
• 1.3.3 微波加热技术特征
• 1.3.4 微波烧结陶瓷材料
• 1.4 论文选题及主要研究内容
• 第二章 基本工艺与实验过程
• 2.1 微波烧结设备
• 2.2 实验工艺流程
• 2.3 原料粉末技术参数
• 2.4 压制及烧结工艺
• 2.5 性能测试与分析方法
• 2.5.1 密度和孔隙度
• 2.5.2 收缩率
• 2.5.3 X—ray衍射分析（XRD）
• 2.5.4 扫描电镜及显微结构分析
• 2.5.5 晶粒尺寸测量
• 第三章 微波烧结ITO靶材工艺研究
• 3.1 微波烧结
• 3.1.1 微波烧结的辅助加热材料
• 3.1.2 微波烧结中的热点和热失控
• 3.1.3 微波烧结ITO靶材避免热点与热失控出现的措施
• 3.2 烧结温度和保温时间
• 3.3 升温速度
• 3.3.1 升温曲线
• 3.3.2 不同升温速度下制备的靶材性能
• 3.3.3 显微组织分析
• 3.4 压制压力对微波烧结ITO靶材性能的影响
• 3.4.1 不同压制压力下制备的压坯对微波吸收效率的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 微波烧结ITO靶材的机理探讨
• 4.1 致密化行为
• 4.2 烧结致密化的基本过程
• 4.2.1 烧结温度对靶材致密化的影响
• 4.2.2 烧结温度对靶材显微组织的影响
• 4.2.3 保温时间对靶材致密化的影响
• 4.2.4 保温时间对靶材显微组织的影响
• 4.3 升温速度对靶材致密化的影响
• 4.4 ITO粉末压制时压坯密度的变化规律
• 4.4.1 压制压力对靶材致密化的影响
• 4.4.2 压制压力对靶材显微组织的影响
• 4.5 微波烧结制备的ITO靶材的性能
• 4.5.1 两种靶材密度对比
• 4.5.2 两种靶材成分均匀性对比
• 4.5.3 两种靶材氧含量对比
• 4.5.4 微波烧结制备的ITO靶材的相结构
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者在硕士期间发表的论文