陶瓷靶材的燒結成形性與粉末特性習習相關, 比如粉末成份, 粉末純度, 粒徑大小, 粉末型態, 是否團聚, 是否成相, 高溫相或低溫相, … 每一種特性都對毛胚的冷壓成形, 燒結溫度, 燒結時間, 甚至燒結氣氛有明顯的影響, 為了每次燒結都能穩定的得到高密度, 成相, 材質色澤均勻的陶瓷靶材, 就必須自製陶瓷粉末, 才能控制製造粉末的每一個細節, 這遠比去規範和稽核粉末供應商的生產流程, 或對來料進行全面的品質檢驗, 要更有效率. 因粉末的品質錯誤造成的靶材失敗成本, 包括在鍍膜客戶端的產品失敗, 都遠遠高於粉末本身的成本.

陶瓷粉末的合成, 基本有以下的幾種方法: 

  1. 固態合成法 (Solid State)

這是最常用的粉末合成法, 成本低, 製程簡單, 可大量生產, 缺點是煆燒溫度通常偏高, 成相粉末的粒徑大小不一, 通常偏粗大, 成份均勻度較差, 燒結性能較差. 

  1. 沈澱法&共沈澱法 (Co-Precipitation)

先將金屬離子形成溶液, 加入沈澱劑使金屬離子形成 OH 物或 CO3 物沈澱, 再煆燒成相. 此法是原子級的反應, 可得到奈米~微米的粉末, 但有團聚嚴重的問題. 此法有量產的能力, 但因流程較長, 手續多, 產率較差. 為了確保沈澱物保有原投入料的相同比例, 要小心調整化學反應的攪拌, 溫度, pH, 和濃度, 並且小心挑選沈澱劑, 使沈澱物的濃度積 Ksp 相差不多, 才能得到符合化學計量比的多金屬反應物. 

  1. 噴霧乾燥法 (Spray Pyrolysis)

如沈澱法, 先形成金屬離子的混合溶液後, 把溶液緩慢導入噴霧乾燥機, 用高壓氣體霧化成小液滴, 同時用高溫氣體, 或火焰, 或微波, 或電漿等各種熱源, 把小液滴中的水份, 酸根, 或其他溶劑揮發, 成為乾燥的粉末, 再經煆燒成相. 此法沒有沈澱法要考慮金屬離子沈澱比例的問題, 同時是原子級混合, 可以一次得到化學計量比正確, 且粒徑微細的粉末. 

  1. 溶膠凝膠法 (SolGel)

如沈澱法, 先形成金屬離子的混合溶液後, 加入檸檬酸等螯合劑, 調整 pH 和溫度, 使金屬離子產生有機化學和水解反應, 形成溶膠 (Sol), 先以低溫蒸乾溶劑, 濃縮後形成凝膠 (Gel), 再經加熱煆燒, 形成成相陶瓷粉末. 此法可形成奈米級的粉末, 粒徑均勻, 成份均勻, 但對每種材料要選擇適當的螯合劑和製程條件, 才能順利成相. 此法的最大問題是溶液的蒸乾過程很慢, 實際上也不能快, 不然反應會不對. 經長時間的溶液處理 (數天)才只能得到一點點的物料, 應用在量產有很大的問題. 

  1. 水熱法 (Hydro-Thermal)

如沈澱法, 先形成金屬離子的混合溶液後, 加入促進反應的特定反應劑, 調整pH, 放入水熱反應釜, 完全密閉, 低溫 (<250C) 長時間 (1~24hrs) 加熱, 在反應釜內形成水的三相共存狀態, 同時產生數10個大氣壓的壓力, 使物料在高溫高壓下增加溶解度, 同時產生化合反應. 此法可形成奈米級的均勻少團聚微粒, 也可形成長條, 花狀, 扁平, …等不同形狀的微粒, 是研究材料的好方法, 但因每個反應釜的容量有限 (數百cc), 能產生的粉末數量也很有限. 若把反應釜加大, 工業安全要考慮, 因反應釜內產生的高溫高壓使容器的品質非常重要, 若洩漏有爆炸的可能. 

  1. 微波法 (Microwave)

如沈澱法, 先形成金屬離子的混合溶液後, 放入微波反應器, 以微波回流加熱, 生成成相粉末. 或是以固態原料, 混合後, 直接以固態接受微波照射, 產生固態反應. 此法簡單快速, 但不同材料對微波的反應不同, 要一個一個找條件. 目前微波反應的研究數量還不算多, 離商業化還有一段距離. 

  1. 燃燒法 (Combustion)

如沈澱法, 先形成金屬離子的混合溶液後, 加入檸檬酸 (Citric), 甘胺酸 (Glycine) 等高熱焓物質, 把溶液蒸乾後, 於~300C產生燃燒現象, 燃燒的熱能立即促成成相反應, 得到產物. 

  1. 熔鹽法 (Molten Salt)

把大量的鹽類 (NaCl, KCl, ..) 做為溶劑, 升溫到熔點以上, 固態合成的反應物 (氧化物或碳酸物) 在熔融鹽中的擴散和反應速度都大增, 有助於在較低溫形成均勻成相的產物, 並可控制粒徑, 形狀, 和團聚程度.

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