ITO靶材高溫真空熱壓爐的研制
介紹了稀有金屬行業(yè)ITO靶材高溫真空熱壓爐的設備組成、主要技術(shù)參數和結構特點(diǎn),并指出了該設備在稀有金屬行業(yè)ITO靶材制造行業(yè)推廣應用的前景。
ITO 是Indium Tin Oxide 的簡(jiǎn)稱(chēng)，所謂ITO 是指Indium 及Tin 的氧化和合成物，ITO 材料是一種n 型半導體材料，該種材料包括ITO 粉末、靶材、導電漿料及ITO 透明導電薄膜。ITO 靶材(氧化銦錫靶) 是生產(chǎn)ITO 透明導電膜玻璃極其重要的材料之一。ITO 靶材作為特殊的鍍膜材料之一，其主要應用分為：平板顯示器(FPD)產(chǎn)業(yè)，如液晶顯示器(LCD)、薄膜晶體管顯示器TFT- LCD)、電激發(fā)光顯示器(EL)、場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)、電致有機發(fā)光平面顯示器(OELD)、等離子顯示器(PDP)等，被廣泛用于航天、工業(yè)、及電子資訊產(chǎn)業(yè)等高科技領(lǐng)域，并隨著(zhù)平面顯示器技術(shù)的發(fā)展而不斷變化。
ITO 靶材主要制備方法有熱等靜壓法、熱壓法和燒結法等。目前國內ITO 靶材生產(chǎn)廠(chǎng)家普遍采用真空熱壓法，真空熱壓是將粉狀材料置于真空和保護性氣氛中的高碳模具中，高溫加熱到軟化狀態(tài)時(shí)，加壓成型。真空熱壓法是利用熱能與機械性能將粉狀材料致密化的工藝，此工藝的特點(diǎn)是燒結溫度可依外加壓力的大小而比常壓燒結低約200℃~400℃， 同時(shí)外加的能量使粉狀材料致密化速度加快，因此可以在較低的溫度及較短的時(shí)間內生產(chǎn)完成完全致密的ITO 靶材產(chǎn)品。
設備的組成及主要技術(shù)性能參數
2010 年我公司設計制造了一臺ITO 靶材高溫真空熱壓爐，該設備分由爐體、真空泵系統、液壓系統、冷卻氣體系統和冷卻水系統、加熱電源系統和電氣控制系統等幾部分組成。該真空設備的主要技術(shù)參數見(jiàn)表1。
設備的結構特點(diǎn)
該設備的結構特點(diǎn)與ITO 靶材模具的材料要求和ITO 靶材制備工藝的特點(diǎn)有關(guān): ①真空熱壓法對ITO 靶材模具的要求較高，一般為高純高強石墨，與之相關(guān)件的特殊設計；②熱能與機械性能將材料陶瓷致密化的工藝特點(diǎn)對爐體設計的特殊要求。圖1 是該設備的外觀(guān)圖。
表1 高溫真空熱壓爐主要技術(shù)參數
爐體
爐殼：為雙層水冷臥式結構，夾層內的導水環(huán)使冷卻效果提高，所有爐壁外表面溫度不超過(guò)60℃。夾套內經(jīng)過(guò)嚴格的壓力試驗和檢漏，具有良好的氣密性和溫度穩定性。爐體整體置于門(mén)型鋼支架上。門(mén)型鋼支架經(jīng)過(guò)力學(xué)計算，能承受150 T 的工作壓力。壓頭由水冷壓頭和石墨壓頭連接構成，上壓頭和下壓頭分別從爐體和加熱室的上、下端面上的動(dòng)密封接管插入爐體內，上壓頭可上、下移動(dòng)，下壓頭為固定壓頭。爐體上設有熱電偶、水冷電極、壓力表、回填閥、充氣閥等，具有結構緊湊，操作方便的特點(diǎn)。
隔熱屏：采用多層石墨氈作隔熱屏，結構簡(jiǎn)單，制造容易，成本低廉，同時(shí)具有高溫性能好，隔熱效果好，便于快速加熱和冷卻等優(yōu)點(diǎn)。在石墨氈最內層帖一層光亮石墨紙，防止石墨氈纖維到處飛揚造成的絕緣電阻降低，且具有更好的保溫效果。由于石墨氈容易吸附水蒸汽后不利于抽真空，在熱壓燒結前須按石墨氈烘爐曲線(xiàn)將爐體進(jìn)行烘烤。石墨氈烘爐曲線(xiàn)如圖2。
加熱器：根據真空熱壓對ITO 靶材模具為高純高強石墨的要求，加熱器及相關(guān)的連接件均選用高純高強石墨。加熱器的結構形式如圖3 所示，該雙正方形結構形式既能滿(mǎn)足上下壓頭的移動(dòng)空間，又彌補了壓頭移動(dòng)空間的熱損失。與金屬加熱元件相比較，異形結構的石墨加熱元件加工方便，結構簡(jiǎn)單，且價(jià)格便宜，成本低廉。
ITO 靶材高溫真空熱壓爐投入工業(yè)運行至今性能穩定，真空熱壓法生產(chǎn)的ITO 靶材符合后續后續生產(chǎn)的工藝要求。隨著(zhù)電子顯示產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展及平面顯示器技術(shù)的發(fā)展變化，該設備的開(kāi)發(fā)應用還會(huì )有新的型式和特點(diǎn)出現。目前全球信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，我們應抓住ITO 材料市場(chǎng)需求猛增的大好時(shí)機，加速I(mǎi)TO 靶材生產(chǎn)設備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，打破發(fā)達國家設置的技術(shù)壁壘，促進(jìn)ITO 靶材國產(chǎn)化，改變目前ITO 靶材主要依賴(lài)進(jìn)口的現狀，實(shí)現我國成為光電產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先國家的目標。
