AZO靶材热压致密化及Al元素扩散研究

以98∶2(质量比)的ZnO-Al2O3混合粉体为原料热压制备AZO靶材。通过阿基米德排水法测定试样密度,XRD分析物相组成,TEM观察靶材的微观结构,研究靶材热压致密化和Al元素扩散的规律。结果表明:Al元素在未经煅烧的原料粉中以Al2O3的形式存在;而在煅烧处理后的粉末中,Al元素部分扩散进入了ZnO的晶格中,导致其层状属性c/a值的减小,另一部分Al元素由于固溶度的限制形成ZnAl2O4尖晶石。在热压温度为1 000℃时,未经煅烧的原料粉中Al2O3与ZnO发生反应生成ZnAl2O4;而煅烧处理后的粉末在1 000℃热压时,尖晶石含量最高为3.41%(质量分数,下同),温度升至1 150℃,ZnAl2O4的含量下降至2.64%,延长保温时间,ZnAl2O4含量逐渐减少。由此说明,热压温度为1 000℃时,易于形成ZnAl2O4相,在升温过程中,ZnAl2O4与ZnO中的Al元素存在互扩散。通过靶材的微观结构分析发现,ZnO晶粒中夹杂着ZnAl2O4,Al元素含量在ZnO晶粒中呈梯度分布。在热压过程中插入合适的保温保压点能改进热压工艺,有效提高靶材的致密度。

两段焙烧法制备六硼化镧工艺研究

研究了以氧化镧（La2O3）、氧化硼（B2O3）和石墨（C）为原料采用两段焙烧工艺制备六硼化镧（LaB6）粉末的工艺路线。首先采用TG-DTA测试确定了La2O3、B2O3、C原料在室温至1100℃下的反应情况,随后采用X射线衍射分析了低温段（1100~1500℃）和高温段（1500~1700℃）的反应温度和保温时间对产品相组成的影响,从而确定两段焙烧法制备LaB6的工艺流程及参数,最后采用扫描电镜和ICP-MS分析方法分析了产品LaB6粉末的颗粒尺寸、形貌及纯度。实验结果表明,采用La2O3-B2O3-C体系制备LaB6,在1300℃保温4h,将原料B2O3中的B元素转化进入中间体,随后在1700℃高温反应4h可得到紫红色LaB6粉末,测试结果显示LaB6的含量大于99.9%,其中La和B的原子比为1∶6,粒径约为2μm。

AZO靶材热压致密化过程中晶粒生长规律研究

分别以98:2(质量比)的ZnO–Al_2O_3混合粉体和预处理粉体为原料,在不同热压温度、压力、保温时间下,采用原位热压工艺制备铝掺杂氧化锌(Al-doped ZnO,AZO)靶材。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察靶材晶粒形貌、阿基米德法测定试样密度、X射线衍射仪分析物相组成以及晶粒大小,四探针测试电阻率,研究靶材热压致密化过程中的晶粒生长规律及细晶高密靶材的制备工艺。结果表明:热压温度为900℃时,晶粒尺寸与原料粉体接近,颗粒之间只形成烧结颈,扩散反应不完全,掺杂替位效应弱,电阻率为0.284W×cm;热压温度上升至1000℃时,ZnO蒸发凝聚形成众多小颗粒导致衍射峰宽化,颗粒之间逐渐结合紧密,Al原子替位效应增强,电阻率降低至0.093W×cm;在热压温度为1100~1150℃时,靶材相对密度不断上升,体系中形成众多的岛状细晶,电阻率下降至1.5′10^(-4)W×cm;在温度1100℃时,随着压力的升高,靶材相对密度从15 MPa时的88.00%上升到35 MPa时的95.60%,晶粒尺寸略有减小;在热压温度1150℃时,随着保温时间的延长,晶粒尺寸生长有限,靶材的反致密化现象与晶粒生长无关。煅烧混合粉体在热压温度1150℃,压力18 MPa,保温时间90 min时,靶材相对密度最高达96.28%,电阻率低至1.6′10^(-4)W×cm,扫描电子显微镜观察晶粒细小,满足溅射靶材的性能要求。

透明导电材料Cd_2SnO_4的制备Ⅰ-固相烧结制备原料粉体

将不同配比的CdO与SnO2原料粉体充分混合后在750℃，850℃，950℃，1050℃，1150℃温度下进行无压烧结。采用XRD衍射仪和四探针电阻测试仪分析原料配比与烧结温度对无压烧结Cd，SnO4靶材结构演化和电阻率的影响。结果表明：750—850℃低温无压烧结时，扩散反应发生缓慢，只有少量的Cd2SnO4生成．大部分Cd和Sn元素以氧化物的形式存在。950～1050℃无压烧结，随着温度升高，扩散反应速率较快，发生大量合成反应生成Cd2SnO4，当SnO2过量时，CdO完全参加反应。当温度上升至1150℃时，Cd：5nO4含量大幅度增加，伴随出现第二相CdSnO3。四探针测试结果显示：随着温度的升高，Cd：SnO4主相含量增加，靶材电阻率逐渐降低至19．9×10^-3Ω·cm。根据无压烧结实验的固相演化规律，采用2：1化学计量比的CdO与SnO2粉体为原料，充分混合后在1000℃下煅烧2—3小时，可得到均匀单相亮黄色Cd，SnO4原料粉体。

透明导电材料Cd_2SnO_4的制备Ⅱ—热压烧结

将2:1摩尔比的CdO与SnO_2混合粉体进行原位热压烧结,制备Cd_2SnO_4。采用XRD衍射仪、四探针电阻测试仪和扫描电镜,分析热压气氛,Sb掺杂元素以及热处理工艺对Cd_2SnO_4靶材的物相结构和导电性能的影响。结果表明:900℃原位热压烧结时,由于温度低,扩散反应发生不完全,生成部分Cd_2SnO_4化合物,少量Cd和Sn元素仍以氧化物的形式存在,未出现第二相CdSnO_3;氩气烧结比真空烧结更有利于扩散和化合反应发生;掺杂1%(质量分数)Sb元素的靶材电阻率降低至0.5×10^(-3)Ω·cm。高温退火热处理时扩散反应得以继续,靶材中Cd_2SnO_4含量有明显增加。为了克服原位热压温度和保温时间的限制所引起的化合反应不完全,优化热压工艺如下:采用单相Cd_2SnO_4复合粉体为原料,热压温度为1050℃,保温时间2小时,所得靶材均匀且晶粒细小,致密度达到92%,电阻率低至3×10^(-4)Ω·cm,第二相CdSnO_3含量低于2%,满足了镀膜用Cd_2SnO_4靶材的性能要求。

原料处理工艺及气孔演化对AZO靶材烧结致密化的影响

以ZnO和Al_2O_3粉体为原料,按照98∶2(质量比)球磨混合制备氧化锌铝(aluminum zinc oxide,AZO)粉体,通过扫描电镜和透射电镜观察粉体形貌及均匀性,确立最佳混合工艺;将混合均匀的粉体进行煅烧预处理后进行热压烧结致密化试验,通过差热法分析原料性能,阿基米德法分析靶材密度以及压汞实验分析气孔演化对AZO靶材烧结致密化的影响。结果表明:微纳米粉体在球磨4 hr时Al元素分布均匀性最好,煅烧前的混合粉体在差热分析过程中失重0.43%并伴随放热效应;煅烧处理后粉体形貌类球形,在差热分析实验0℃-1000℃无失重,表明挥发组分排除干净且无异常放热效应,烧结性能得到优化。采用预处理的AZO粉体在不同热压温度和保温时间下制备AZO靶材,分析热压致密过程中平均孔径和闭孔率的变化规律。由此发现:在热压致密化初级阶段(温度900℃~1100℃时),连通气孔发生合并与生长,平均孔径先稍有收缩随后迅速增大为158 nm,同时闭孔率维持在0.5%以下,靶材密度不断上升;当温度升高至1150℃时,连通孔径逐渐缩小至108 nm,大量连通气孔转为闭合状态导致闭孔率迅速上升至7.2%以上,表明体系已经进入到热压深度致密化阶段。在1150℃、18 MPa下,保温时间延长到70 min时,连通气孔合并生长同时闭孔率异常增加至7%,孔径分布范围变宽导致出现反致密化现象;当保温保压时间延长至90 min时,气孔尺寸减小到136 nm,闭孔率下降至3.7%,靶材相对密度上升到96.2%,在较低压力和较短保温时间下实现了AZO靶材的深度致密化。

稀土元素Nd对Mg-Zn-Y合金组织结构和力学性能的影响

通过制备Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr-xNd(x=0、1、2、3、4)系列合金,研究了稀土元素Nd对Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr合金组织结构和力学性能的影响。通过金相显微镜、扫描电镜、EDS、XRD等手段,观察和分析了合金的微观形貌和组织结构,测量了合金抗拉强度、屈服强度和伸长率等力学性能。结果表明:合金中添加稀土元素Nd后晶粒明显细化,随着Nd元素含量的增加,晶粒细化效果更为明显;通过XRD分析可知,添加Nd元素后,合金中并没有出现新的含Nd的物相;扫描电镜和EDS分析表明,合金中加入的Nd置换了部分Y,形成了Mg3(NdY)2Zn3、Mg3-(NdY)Zn6的相结构,Nd元素对Y的置换主要出现在Mg3(NdY)2Zn3结构中,在Mg3(NdY)Zn6相结构中出现较少;力学性能测试结果表明,随着Nd含量增多,合金晶粒细化,细晶强化作用明显,合金屈服强度逐渐增大,而抗拉强度和伸长率在Nd含量为3%(质量分数)时达到最大,比未添加Nd元素时提高约25%以上。

碳热还原法制备V_2O_3的研究

采用V_2O_5和C粉为原料制备了V_2O_3粉体。通过热力学计算证实了反应的可行性,研究了不同的V_2O_5∶C配比及合成温度对产物组成的影响。结果表明：当V_2O_5∶C配比为3∶4,1 000℃保温2h后,得到的产物中有少量VO_2和C相存在;将产物进一步球磨混合,1 000℃保温1h后可以获得较纯的V_2O_3相。粉体颗粒为不规则状,粒度在1～30μm。