摘 要：以氧化锌及氧化铝为原料，以羧甲基纤维素和聚乙烯醇为粘结剂，制备了氧化锌铝靶材。探讨了粘结剂对靶材致密化过程的影响。实验结果表明： 羧甲基纤维素是比聚乙烯醇更好的制作 AZO 靶材的粘结剂。制备的 AZO 靶材致密化效果良好，最大相对密度达 99%以上。
关键词：AZO 靶材；致密化；烧结；粘结剂
ZnO 是一种多功能半导体材料，可用于制备气敏性、压敏性、压电性、透明导电性、光电性、催化性的材料，因此用途十分广泛［1 －3］。另外 ZnO 可以在很宽的范围内调节和控制，可较方便地制成不同功能的薄膜、掺入不同的铝、铟、锑、氟等金属，是公认的新一代半导体材料［4 －6］。
在 ZnO 中掺入 Al，得到氧化锌铝 ( AZO) 陶瓷，该陶瓷在导电性能方面与 ITO ( 氧化铟锡) 十分接近，但更为便宜、且无毒性［2，5］，因此，被认为是 ITO 的潜在替换材料，市场应用前景广阔。
氧化锌铝 ( AZO) 陶瓷只有制成超薄膜，才有应用价值，这种薄膜既透光 ( 透明) 又能导电，可用于手机、平板电脑上，是不可缺少的触摸感应的功能材料［7 －8］。要制备 AZO 超薄膜，必须先制备超高致密化的靶材，即 AZO 靶材，相对致密度 98%以上。
影响 AZO 靶材相对致密度的因素众多，如烧结成形方法、铝掺杂量、烧结温度、成形压力、粘结材料等［9 －10］。多年来，国内外多集中探讨烧结成形方法、铝掺杂量、烧结温度、成形压力等因素对 AZO 靶材及导电性能的影响，对粘结材料，尤其是有机的粘结材料对 AZO 靶材及导电性能的影响的研究鲜见报道，因此本论文重点探讨二种有机粘结剂对 AZO 靶材性能的影响，特别是对其相对致密度的影响。
1 实验部分
1. 1 仪器和药品
电子天平( YP601N) ，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；行星快速研磨机( XM －4) ，湘潭湘仪仪器有限公司；电动振筛机( 8411) ，湘潭湘仪仪器有限公司；单柱液压机( YH41 －100C) ，合肥合德锻压机床有限公司；箱式高温烧结炉( KSL － 1800X) ，合肥科晶材料技术有限公司。
氧化铝( 分析纯) ，天津市瑞金特化学品有限公司；氧化锌( 分析纯) ，天津市瑞金特化学品有限公司；聚乙烯醇( 分析纯) ，天津市瑞金特化学品有限公司；羧甲基纤维素( 分析纯) ，天津市永大化学试剂开发中心。
1. 2 AZO 靶材制备
称取一定量的 ZnO、Al2O3固体，摩匀；称取有机粘结剂并溶于水中 ( 约 90 ℃ 下溶解) ，将其倒入上述粉末中充分搅拌2 h 使其混合均匀，控制有机粘结剂的加入量为 AZO 粉末质量的 0 ～2%。烘干后，研磨过 150 目筛。压制成 25 mm 直径靶材，经高温下烧结得到 AZO 靶材。有机粘结剂采用聚乙烯醇和羧甲基纤维素。靶材密度采用阿基米德方法进行测试。
2 结果与讨论
2. 1 测定结果
采用对比研究，探讨二种有机粘结剂对靶材致密化的影响。实验时，控制铝掺杂量、烧结温度、成形压力、有机粘结剂加入量等因素相同，而有机粘结剂种类不同，制备系列 AZO 靶材，比较相对致密度的大小。由于部分靶材有裂纹，因此测定时，选无裂纹的碎块进行，确保结果可靠，部分是多个碎块的平均值。实验结果见表 1 及图 1。
2. 2 粘结剂对 AZO 靶材的相对致密度的影响
从图 1 结果看，作为粘结剂，羧甲基纤维素和聚乙烯醇对AZO 靶材的相对致密度的影响是不同的。总体上，羧甲基纤维素比聚乙烯醇更好些。在全部 25 组实验中( s1 ～ s25) ，相对密度大的，前者占了 17 组( 68%) ，后者占了 9 组( 32%) 。也就是说，大多情况下用羧甲基纤维素比聚乙烯醇更好。从平均结果看，前者为 93. 80%，后者为 91. 84%，前者平均高出 1. 96%，即用羧甲基纤维素作粘结剂，AZO 靶材平均相对致密度比用聚乙烯醇作粘结剂，高出 1. 96%。
从相对致密度效果最佳的结果看，用羧甲基纤维素作粘结剂，相对致密度可达 99. 23%，而用聚乙烯醇作粘结剂，相对致密度可达 98. 78%，两者接近，但羧甲基纤维素稍好于聚乙烯醇。
3 结 论
从上述结果可知，作为 AZO 靶材制作的粘结剂，羧甲基纤维素比聚乙烯醇更好些。所得的靶材相对致密度，前者比后者平均高出 1. 96%。最大相对致密度前者为 99. 23%，后者为98. 78% 。
羧甲基纤维素和聚乙烯醇都可以作为 AZO 靶材制作的粘结剂，实验条件适当时，所得的 AZO 靶材致密化良好，达到了超高致密化的标准( 98%) 。
参考文献略
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