ITO靶材的湿法工艺主要有挤压成形、凝胶注模成形及注浆成形等。
1、干法成形工艺
1.1冷等静压成形
冷等静压成形是在常温下,将待压的ITO粉按配比置于高压容器中,利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压,当液体介质通过压力泵注入压力容器时,根据流体力学原理,其压强大小不变且均匀地传递到各个方向。相对于轴向压制成形而言,冷等静压通过液体介质传递的压力在各个方向上是相等的,而且粉料与模具的摩擦力小,坯体表面受力相对均匀,密度比较均匀。但是如果生产形状复杂或者大尺寸靶材时会导致内部受力不均匀导致密度分布不均匀而引起开裂和在镀膜过程中出现中毒现象。为了克服以上缺陷,黄誓成等将配制的ITO粉装入管状柔性模具中,冷等静压成形后,卸压至常压的过程中采用N(3≤Ⅳ≤8)级卸压保压。通过这样的成形工艺烧结所得的靶材相对密度在99%以上,而且可生产均匀的ITO薄膜;骆树立等在ITO粉中加入水、无水乙醇、丙酮或异丙醇并放入球磨罐中球磨过筛后,在钢模具中预先干压,再进行冷等静压成形。通过这种工艺烧结所获得的靶材相对密度为99.7%,晶粒度小,从而靶材中毒也减小;骆树立等还在振动频率为1000~5000Hz下将配制的ITO浆料注入模具,通过这种振动注浆的坯体干燥,然后再进行冷等静压成形,烧结后的靶材相对密度为99.8%,密度分布均匀,有效解决了大尺寸(350×750×6mm)靶材的应力问题。
1.2冲压成形
冲压成形工艺是通过模具对坯料施加压力,使之产生塑性变形或分离,从而获得一定尺寸、形状和性能的工件的加工方法。用此种方法可以得到形状复杂、用其它加工方法难以加工的工件,冲压件的尺寸精度有模具保证的,因此尺寸稳定,互换性好;材料利用率高,操作简单,易于实现机械化和自动化、生产率高。但是冲压件中的应力大,容易导致开裂,所以国内外利用这种方法生产ITO靶材比较少见,而日本的真崎贵责为了防止ITO靶材的开裂,先配制好ITO比例,加入聚乙烯醇混合,过筛后将所获得的粉末填充在冲压用的模具中,进行冲压成形,获得200×500×10mm的成形体,烧结后所得176×440×8.8mm的靶材,最高的相对密度达99.2%,残留应力在-200~-650MPa。真崎贵责认为在上述残留应力范围内ITO溅射靶即使在与铜制的背板等粘合时也不易产生裂纹。
1.3模压成形
模压成形(又称压制成形)是先将粉状、粒状或纤维状的塑料放入成形温度下的模具形腔中,然后闭模加压而使其成形并固化的作业。模压成形的特点在于原料的损失小,制品的内应力很低,且翘曲变形也很小,机械性能较稳定,成形较大形平板状制品,压所能成形的制品的尺寸仅由已有的模压机的合模力与模板尺寸所决定,制品的收缩率小且重复性较好,产效率高,便于实现专业化和自动化生产。但是模压成形生产的ITO靶材密度较低且组织分布不均匀,这会导致溅射镀膜时产生结瘤,从而降低使用寿命。用于模压成形的ITO粉末一般要进行造粒,通常在ITO粉末中加入聚乙烯醇混合,干燥后装入模具,在一定压力下成形,所得的坯体烧结后ITO靶材的相对密度为99%,电阻率比较低。汪建新等则在ITO粉末中加入聚乙烯醇缩丁醛,从而改善粉末在压制过程中的成形性能,提高压坯强度,防止样品脱模后开裂。坯体烧结后的相对密度最高为99%且组织均匀无偏析现象。为了进一步提高ITO靶材的密度,陈敬超等通过超声场活化钢模压制和冷等静压复压得到较高致密度的坯体,烧结后其相对密度提高到99.3%。为了进一步提高组织的均匀性,张天舒将含Sn2+盐溶液与纳米InO粉体制成In2O3,悬浮液进行混合,加入沉淀剂进行沉淀处理,静置陈化,最后得到In2O3,表面均匀包覆有SnO2的包覆粉,将所制的包覆ITO粉在130~170MPa压力下压制成形,烧结后所制得的ITO靶材组织均匀,相对密度为99%。
1.4爆炸成形
爆炸成形是利用爆炸物质在爆炸瞬间释放出巨大的化学能对金属坯料进行加工的高能率成形方法。其成形原理是:粉末在炸药爆炸瞬间巨大的压力作用下,改变粉末通常所固有的特性,最终将粉料压制成相对密度极高的大型坯体。爆炸压实过程中伴随着热能的产生,以及在这一瞬间过程中存在着复杂的物理变化,如熔化、相变、颗粒的破碎、位错及裂纹等。爆炸成形特点适合于小批量、大型且形状复杂的产品生产,所得压实件具有超细晶粒结构,能压制各种粉末组合,而没有组成相之间的相互作用。