ITO靶材高温真空热压炉的研制

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州真空设备有限责任公司 作者:王顺英

  介绍了稀有金属行业ITO靶材高温真空热压炉的设备组成、主要技术参数和结构特点,并指出了该设备在稀有金属行业ITO靶材制造行业推广应用的前景。

  ITO 是Indium Tin Oxide 的简称,所谓ITO 是指Indium 及Tin 的氧化和合成物,ITO 材料是一种n 型半导体材料,该种材料包括ITO 粉末、靶材、导电浆料及ITO 透明导电薄膜。ITO 靶材(氧化铟锡靶) 是生产ITO 透明导电膜玻璃极其重要的材料之一。ITO 靶材作为特殊的镀膜材料之一,其主要应用分为:平板显示器(FPD)产业,如液晶显示器(LCD)、薄膜晶体管显示器TFT- LCD)、电激发光显示器(EL)、场发射显示器(FED)、电致有机发光平面显示器(OELD)、等离子显示器(PDP)等,被广泛用于航天、工业、及电子资讯产业等高科技领域,并随着平面显示器技术的发展而不断变化。

  ITO 靶材主要制备方法有热等静压法、热压法和烧结法等。目前国内ITO 靶材生产厂家普遍采用真空热压法,真空热压是将粉状材料置于真空和保护性气氛中的高碳模具中,高温加热到软化状态时,加压成型。真空热压法是利用热能与机械性能将粉状材料致密化的工艺,此工艺的特点是烧结温度可依外加压力的大小而比常压烧结低约200℃~400℃, 同时外加的能量使粉状材料致密化速度加快,因此可以在较低的温度及较短的时间内生产完成完全致密的ITO 靶材产品。

设备的组成及主要技术性能参数

  2010 年我公司设计制造了一台ITO 靶材高温真空热压炉,该设备分由炉体、真空泵系统、液压系统、冷却气体系统和冷却水系统、加热电源系统和电气控制系统等几部分组成。该真空设备的主要技术参数见表1。

设备的结构特点

  该设备的结构特点与ITO 靶材模具的材料要求和ITO 靶材制备工艺的特点有关: ①真空热压法对ITO 靶材模具的要求较高,一般为高纯高强石墨,与之相关件的特殊设计;②热能与机械性能将材料陶瓷致密化的工艺特点对炉体设计的特殊要求。图1 是该设备的外观图。

表1 高温真空热压炉主要技术参数

ITO靶材高温真空热压炉的研制

炉体

  炉壳:为双层水冷卧式结构,夹层内的导水环使冷却效果提高,所有炉壁外表面温度不超过60℃。夹套内经过严格的压力试验和检漏,具有良好的气密性和温度稳定性。炉体整体置于门型钢支架上。门型钢支架经过力学计算,能承受150 T 的工作压力。压头由水冷压头和石墨压头连接构成,上压头和下压头分别从炉体和加热室的上、下端面上的动密封接管插入炉体内,上压头可上、下移动,下压头为固定压头。炉体上设有热电偶、水冷电极、压力表、回填阀、充气等,具有结构紧凑,操作方便的特点。

  隔热屏:采用多层石墨毡作隔热屏,结构简单,制造容易,成本低廉,同时具有高温性能好,隔热效果好,便于快速加热和冷却等优点。在石墨毡最内层帖一层光亮石墨纸,防止石墨毡纤维到处飞扬造成的绝缘电阻降低,且具有更好的保温效果。由于石墨毡容易吸附水蒸汽后不利于抽真空,在热压烧结前须按石墨毡烘炉曲线将炉体进行烘烤。石墨毡烘炉曲线如图2。

  加热器:根据真空热压对ITO 靶材模具为高纯高强石墨的要求,加热器及相关的连接件均选用高纯高强石墨。加热器的结构形式如图3 所示,该双正方形结构形式既能满足上下压头的移动空间,又弥补了压头移动空间的热损失。与金属加热元件相比较,异形结构的石墨加热元件加工方便,结构简单,且价格便宜,成本低廉。

  ITO 靶材高温真空热压炉投入工业运行至今性能稳定,真空热压法生产的ITO 靶材符合后续后续生产的工艺要求。随着电子显示产业的蓬勃发展及平面显示器技术的发展变化,该设备的开发应用还会有新的型式和特点出现。目前全球信息产业快速发展,我们应抓住ITO 材料市场需求猛增的大好时机,加速ITO 靶材生产设备的研发和产业化进程,打破发达国家设置的技术壁垒,促进ITO 靶材国产化,改变目前ITO 靶材主要依赖进口的现状,实现我国成为光电产业领先国家的目标。

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