权利要求
1.一种氧化钼靶材，其特征在于：氧化钼靶材的微观结构包括Mo相、MoO2相、Nb2O5相、以及钙基化合物衍生相和镁基化合物衍生相;
所述镁基化合物衍生相分布于Nb2O5与MoO2的晶界处，钙基化合物衍生相分布于MoO2晶粒内部。
2.根据权利要求1所述的一种氧化钼靶材，其特征在于：所述氧化钼靶材的组分，按质量百分比计，包括：
Mo，含量为4.0%-9.5%;
MoO2，含量为66.58%-70.95%;
Nb2O5，含量为21.5%-23.6%。
3.根据权利要求2所述的一种氧化钼靶材，其特征在于：所述靶材的组分还包含CaCO3和MgO，按质量百分比计，CaCO3的含量为0.5%-1.0%，MgO的含量为1.1%-2.5%。
4.根据权利要求3所述的一种氧化钼靶材，其特征在于：所述钙基化合物衍生相由CaCO3与MoO2反应生成;所述镁基化合物衍生相由Nb2O5与MgO反应生成。
5.一种制备如权利要求1至3任一项所述的一种氧化钼靶材的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将Mo、MoO2、Nb2O5、钙基化合物和镁基化合物混合后加水球磨，得到混合浆料;
S2：将混合浆料喷雾造粒，得到复合粉末;
S3：将复合粉末等静压成型，得到素坯;
S4：将素坯烧结，得到靶材。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，球磨时间为10-14h。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述烧结温度为1400-1550℃。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤S4中，当烧结时环境中温度达到所述烧结温度时，通入氮气。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述氮气的通入流量为20-40L/min。
10.一种LCD显示器件，其特征在于：包括如权利要求1至3任一项所述的一种氧化钼靶材。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及靶材制备技术领域，尤其是涉及一种氧化钼靶材及其制备方法与应用。
背景技术
[0002]在电子显示设备领域，薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)凭借其响应速度快、可视角度广和集成度高等优势，已成为当前应用最广泛、产业化程度最深的显示技术。TFT-LCD器件的核心结构包括薄膜晶体管(TFT)、栅电极、扩散阻挡层、玻璃基板及偏光片等组件，其中扩散阻挡层作为优化光电性能的关键功能层，不仅在背光模组中起到修正光线均匀性的作用，还能通过阻止外界入射光反射、透过内部光线来提升视觉呈现效果，解决LCD因无法自发光导致的强光环境下反光严重、显示内容被环境光压制等问题。随着显示技术对高对比度、低反射率的要求不断提升，开发具有优异光学调控性能的扩散阻挡层材料成为关键，而氧化钼靶材作为制备该类功能薄膜的核心原料，其性能直接决定了膜层的光学、电学及机械特性。氧化钼(MoO3)是一种具有层状斜方晶系结构的金属氧化物，由(MoO6)八面体通过共角、共边连接形成层状堆积，层间以范德华力结合，这种结构使其具备良好的离子嵌入能力和光学调制性能，在光致变色、电致变色、气体传感及显示器件等领域具有广泛应用前景。在TFT-LCD器件中，通过磁控溅射等技术将氧化钼靶材制备成薄膜后，可利用其高折射率和宽禁带特性调节光的透过与反射，减少环境光干扰，同时通过优化膜层微观结构提升透光率和机械稳定性，从而改善显示面板的强光适应性和视觉舒适度。
[0003]现有技术中，氧化钼靶材的制备方法主要包括
粉末冶金法、热压烧结法、热等静压法及反应磁控溅射法等。其中，粉末冶金法是目前工业化生产的主流工艺，具体流程为：以钼精矿为原料，通过氨浸法制备钼酸铵，再经煅烧得到三氧化钼粉体(纯度可达99.95%)，随后将粉体球磨、成型、烧结得到靶材坯体。此外，反应磁控溅射法则以高纯
金属钼靶为溅射源，在氧气气氛中通过控制真空度、气体流量等参数，使钼原子与氧原子反应生成氧化钼膜层，该方法广泛应用于实验室及小规模制备中。在应用方面，氧化钼靶材制备的薄膜已被尝试用于TFT-LCD的扩散阻挡层和抗反射涂层，通过调节膜层厚度和晶相结构(如正交相、六方相)来优化光学性能。例如，采用直流磁控溅射法制备的MoO3薄膜，其可见光透过率可达80%以上，折射率在2.0-2.5范围内可调，能够有效抑制环境光反射，提升屏幕对比度。同时，在薄膜
太阳能电池、超级电容器等领域，氧化钼靶材也被用于制备高活性电极材料，展现出良好的
电化学性能。
[0004]然而，现有氧化钼靶材的制备及应用技术仍存在显著缺陷，难以满足高端TFT-LCD对薄膜性能的严苛要求。首先，在靶材制备工艺方面，传统粉末冶金法存在以下问题：一是粉体纯度不足，钼酸铵煅烧过程中易引入钠、钾等碱金属杂质(含量通常>50ppm)，导致溅射膜层出现针孔和缺陷;二是烧结致密性差，热压烧结法在600℃以上易导致MoO3挥发，热等静压法虽能提升致密度，但包套抽真空不彻底会造成内部气孔，影响溅射速率均匀性。有现有技术公开的补氧处理工艺在空气气氛中进行，由于靶材已烧结致密，氧气难以扩散至内部，导致靶材内外氧含量差异，进而造成膜层成分波动。其次，反应磁控溅射法制备氧化钼膜层时，以金属钼靶为原料易出现“靶中毒”现象——氧气与钼靶表面反应生成绝缘氧化层，导致溅射过程中异常放电、沉积速率下降，且膜层成分受氧气流量影响显著，难以精确控制化学计量比(Mo/O原子比偏离理论值1:3时，薄膜透光率下降可达15%)。此外，现有氧化钼靶材的微观结构均匀性不足，粉体球磨过程中易产生硬团聚，导致靶材晶粒大小分布不均，溅射时膜层厚度偏差超过±5%，无法满足大尺寸LCD面板对膜层均匀性的要求。在应用层面，现有氧化钼薄膜的机械性能较差，与玻璃基板的附着力低，在高温高湿环境下易出现剥离现象，且长期使用后因光致变色效应导致透光率衰减，严重影响LCD器件的使用寿命。同时，高端氧化钼靶材市场长期被国外企业垄断，导致国内LCD面板厂商依赖进口，成本居高不下。
[0005]综上所述，现有氧化钼靶材的制备方法在纯度控制、致密性提升、微观结构均匀性及规模化生产稳定性等方面存在明显不足，其制备的薄膜在光学性能、机械稳定性及长期可靠性上难以满足高端TFT-LCD对低反射、高透光、耐老化的需求。
[0006]因此，亟需开发一种高纯度、高致密度、微观结构均匀的氧化钼靶材及其低成本制备方法，对于突破国外技术垄断、提升LCD显示器件的强光适应性和市场竞争力具有重要意义。
发明内容
[0007]本发明的目的在于，开发一种高纯度、高致密度、微观结构均匀的氧化钼靶材及其低成本制备方法。
[0008]本发明的第一个方面在于：
提供一种氧化钼靶材。
[0009]本发明的第二个方面在于：
提供一种氧化钼靶材的制备方法。
[0010]本发明第三个方面在于：
所述氧化钼靶材的应用。
[0011]具体而言，根据本发明的第一个方面采用的技术方案为：
一种氧化钼靶材，所述氧化钼靶材的微观结构包括Mo相、MoO2相、Nb2O5相、以及钙基化合物衍生相和镁基化合物衍生相;
所述镁基化合物衍生相分布于Nb2O5与MoO2的晶界处，钙基化合物衍生相分布于MoO2晶粒内部。
[0012]根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
本发明氧化钼靶材的微观结构通过Mo相(命名为M1)、MoO2相(命名为M2)、Nb2O5相(命名为M3)及钙基化合物和镁基化合物衍生相(分别命名为M4和M5)的协同作用，实现了靶材高密度(相对密度≥98.5%)、低电阻率(≤3.53×10-3Ω·cm)及溅射薄膜高透过率(≥87%)、低反射率(≤45%)的综合性能。
[0013]其中，Mo相(M1)作为支撑骨架，提升靶材抗弯强度，同时在溅射过程中与腔室O2反应生成氧化钼，补充薄膜中的活性成分;MoO2相(M2)作为核心功能相，通过其固有光学特性保证薄膜的低反射性能，与Nb2O5相(M3)形成光学互补，Nb2O5的宽禁带特性确保可见光区域的高透过率。钙基化合物衍生相(M5)由钙基化合物与MoO2反应生成，填充于MoO2晶粒内部，抑制其高温挥发;镁基化合物衍生相(M4)由Nb2O5与镁基化合物反应生成，分布于Nb2O5与MoO2的晶界处，二者共同作用减少孔隙率，使靶材致密度提升，低电阻率特性则源于Mo相的导电网络及致密结构对电子传输的促进。
[0014]这种多相协同的微观结构使靶材溅射形成的氧化钼薄膜在LCD器件中作为扩散阻挡层时，通过薄膜上下界面的多次反射抵消环境光强度，同时高透过率保证内部光线损失率小，最终解决强光下显示内容被环境光压制的技术问题。
[0015]根据本发明的一种实施方式，所述氧化钼靶材的组分，按质量百分比计，包括：
Mo，含量为4.0%-9.5%;
MoO2，含量为66.58%-70.95%;
Nb2O5，含量为21.5%-23.6%。
[0016]Mo含量适当增加可提升靶材强度(本发明靶材抗弯强度≥28.8MPa)，MoO2与Nb2O5的比例优化可调控薄膜光学性能。
[0017]根据本发明的一种实施方式，所述靶材的组分还包含CaCO3和MgO，按质量百分比计，CaCO3的含量为0.5%-1.0%，MgO的含量为1.1%-2.5%。
[0018]根据本发明的一种实施方式，所述钙基化合物衍生相由CaCO3与MoO2反应生成;所述镁基化合物衍生相由Nb2O5与MgO反应生成。
[0019]根据本发明的一种实施方式，所述靶材的相对密度≥98.5%。
[0020]根据本发明的一种实施方式，所述靶材的电阻率≤3.53×10-3Ω·cm。
[0021]具体而言，根据本发明的第二个方面采用的技术方案为：
一种制备所述氧化钼靶材的方法，包括以下步骤：
S1：将Mo、MoO2、Nb2O5、钙基化合物和镁基化合物混合后加水球磨，得到混合浆料;
S2：将混合浆料喷雾造粒，得到复合粉末;
S3：将复合粉末等静压成型，得到素坯;
S4：将素坯烧结，得到靶材。
[0022]根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
本发明通过“球磨-造粒-等静压成型-烧结”工艺实现靶材高密度与均匀微观组织，其中，球磨确保组分均匀混合，喷雾造粒控制粉末粒径，等静压成型提升素坯密度。
[0023]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S1中，球磨时间为10-14h。优选的，球磨时间为10-12h。
[0024]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S1中，球磨的球料比为5-10：1。本发明通过优化球磨参数，确保粉末混合均匀度与细化效果。
[0025]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S2中，所述喷雾造粒的进风温度为180-200℃。
[0026]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S2中，所述喷雾造粒的进风温度为190-200℃。
[0027]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S2中，所述喷雾造粒的出风温度为100-200℃。
[0028]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S2中，所述喷雾造粒的出风温度为110-200℃。
[0029]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S2中，所述喷雾造粒所用的雾化器的转速为18000-22000r/min。优选的，所述步骤S2中，所述喷雾造粒所用的雾化器的转速为20000-22000r/min。
[0030]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S3中，所述等静压为湿法冷等静压。
[0031]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S3中，所述等静压成型的成型压力为200-250MPa。
[0032]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S3中，所述等静压成型的保压时间为5-15min。
[0033]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S4中，所述烧结温度为1400-1550℃。
[0034]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S4中，所述烧结温度为1450-1550℃。
[0035]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S4中，所述烧结的升温速率为2-4℃/min。优选的，所述烧结的升温速率为2-3℃/min。
[0036]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S4中，所述烧结的保温时间为8-12h。
[0037]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S4中，当烧结时环境中温度达到所述烧结温度时，通入氮气。氮气作为保护气体，避免二氧化钼与氧气接触生成三氧化钼，三氧化钼熔点与沸点较低(熔点795℃，沸点1155℃)，高温时沸腾无法烧结。
[0038]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S4中，所述氮气的通入流量为20-40L/min。优选的，所述氮气的通入流量为25-40L/min。
[0039]本发明的再一个方面，还提供一种LCD显示器件。包括如上述第1方面实施方式所述的氧化钼靶材。由于该应用采用了上述氧化钼靶材的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
[0040]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发现的实践了解到。
附图说明
[0041]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为实施例1-5制备的靶材进一步制备为TFT-LCD薄膜结构的流程图与该薄膜结构的低反射机理图。
[0042]图2为实施例1-5制备的靶材的微观组织形貌表征图。
具体实施方式
[0043]本发明中的词语“优选的”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
[0044]当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
[0045]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
[0046]本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
[0047]下面实施例和对比例均通过以下方法制备氧化钼靶材，按照表1的质量比称取各组分，按照表1参数进行烧结;具体步骤如下：
S1，将Mo、MoO2、Nb2O5、CaCO3和MgO混合，得到混合粉末，加入与混合粉末等质量的去离子水球磨12h，得到混合浆料;
S2，将混合浆料喷雾造粒，得到复合粉末，喷雾造粒过程中雾化器转速为20000 r/min、喷雾干燥塔进风温度为190℃、出风温度为110℃;
S3，将复合粉末放入钢性模具内，进行湿式等静压压制，压制压力为220 MPa，得到素坯;
S4，将素坯放入烧结炉内进行烧结，烧结过程中通入氮气，烧结的升温速率2 ℃/min，烧结的温度为1430-1480 ℃，烧结的保温时间10 h，氮气通入流量为0-40 L/min，得到靶材半成品。
[0048]S5，将烧结冷却后的靶材半成品进行机械加工和表面打磨获得靶材成品，打磨砂轮目数为800目。
[0049]表1
[0050]*对比例1制备氧化钼靶材过程中，步骤S4烧结过程中通入氧气以替代通入氮气。
[0051]实施例和对比例均通过以下方法制备氧化钼薄膜(TFT-LCD薄膜)，流程图如图1所示：
分别取实施例与对比例制备的氧化钼靶材，对其表面进行打磨和清洗处理，去除杂质及氧化层后，将靶材安装至磁控溅射腔体内;同时，选用玻璃作为沉积基板，依次采用丙酮、乙醇对基板进行超声清洗15分钟，以去除表面油污及污染物，清洗完成后置于烘箱中烘干备用。随后，关闭溅射腔并启动
真空泵，将真空室本底真空度抽至5×10-4Pa;接着向腔内通入Ar与O2的混合气体(体积比4:1，总流量20sccm)，调节工作气压至0.5Pa，并设置射频电源功率为150W，将基板加热至200℃。待各项参数稳定后，启动溅射程序，持续溅射30分钟，最终在玻璃基板表面沉积形成氧化钼薄膜。
[0052]实施例通过以下方法制备TFT-LCD器件，制备流程图如图1所示：
取上述制备的氧化钼薄膜作为扩散阻挡层，在扩散阻挡层的一侧依次组装栅电极和薄膜晶体管，在扩散阻挡层的另一侧依次组装玻璃和偏光片，得到TFT-LCD器件。
[0053]性能测试：
对实施例与对比例的氧化钼靶材密度、晶粒尺寸、电阻率以及镀膜后氧化钼薄膜透光率与反射率进行测试，测试结果如表2。
[0054]密度测试采用阿基米德排水法，具体通过排水法测定靶材的实际密度，相对密度即为所测实际密度与理论密度的比值;
晶粒尺寸观察需经样品制备与显微观察流程：先采用线切割切取样品，随后依次使用500目至7000目的水砂纸进行逐级打磨，为避免磨屑残留影响表面光泽度，3000目及以上砂纸打磨时需采用水磨方式，且每相邻目数打磨过程中需将样品旋转90°，以确保每次打磨产生的新划痕完全覆盖前一次的划痕，待7000目砂纸水磨至表面无明显划痕后，选用粒度为0.5μm的金刚石抛光喷雾剂进行机械抛光，直至样品表面呈镜面状态后停止抛光，由于靶材样品无需腐蚀处理，可直接使用光学显微镜进行组织观察，进而分析其微观形貌以确定晶粒尺寸。
[0055]表2
[0056]从表2可以知晓：(1)分析实施例1-5可知，随着Mo含量的增加，靶材电阻率与抗弯强度同时增加，主要由于相比于Mo，组分中的其余氧化物电阻率更高，低电阻率组份增加必将提升靶材整体的导电性能。烧结过程中Mo不与其他组分反应，仍然以金属形式存在，可起到支撑骨架作用，因而组份与强度呈正相关。
[0057](2)分析对比例1可以知晓，对比例1在烧结时，由于没有通入氮气(氮气的加入可抑制MoO2的挥发)，而是通入了氧气(二氧化钼与氧气接触会生成三氧化钼，而三氧化钼熔点与沸点较低(熔点795℃，沸点1155℃)，高温时沸腾无法烧结)，导致烧结后产品密度不足。
[0058](3)分析实施例2与对比例4可看出，CaCO3的加入，使得靶材密度明显增加，说明CaCO3对靶材致密起到较大作用。这主要由于组分中MoO2与CaCO3反应生成CaMoO4，反应式为CaCO3+MoO2=CaMoO4+CO2↑，形成的CaMoO4可于晶界处填充起到致密化作用。
[0059](4)分析实施例3与对比例2可看出，MgO的加入，靶材密度明显增加，说明MgO也对靶材致密起到较大作用。主要由于Nb2O5与MgO反应生成MgNb2O6填充于晶界处，以保证材料较高密度，其反应式Nb2O5+MgO=MgNb2O6。
[0060](5)分析实施例3与对比例3，可看出氮气的通入可增加提升密度，这主要是由于氮气的加入可抑制MoO2的挥发。
[0061]图1为使用实施例1-5制备的靶材进一步制备为TFT-LCD薄膜结构的流程图与该薄膜结构的低反射机理图。其中，图1的(a)为TFT-LCD结构示意图，图1的(b)为图(a)的薄膜的位置放大图，图1的(c)为低反射机理图。
[0062]从图1的(a)可看出：TFT-LCD器件由薄膜结构组成，从右向左，膜层结构依次为薄膜晶体管(TFT)、栅电极(Gate Electrode)、扩散阻挡层(Diffusion Barrier)、玻璃(Glass)和偏光片(Polarizing film)组成，其中氧化钼薄膜作为扩散阻挡层，用以达到器件低反射效果。
[0063]从图1图(b)可看出：在TFT-LCD器件中，外部光线从右侧射入，穿过偏光片和玻璃在穿过扩散阻挡层时，会发生反射，这也是显示内容被环境光压制的原因。
[0064]从图1的图(c)可看出：相比于传统阻挡层材料(左图)，使用氧化钼(MoOx)薄膜作为扩散阻挡层(右图)，外部光线射入后在氧化钼(MoOx)薄膜于左右两侧的薄膜界面处，光线会经过多次反射，最终从屏幕中反射的光强度远远低于入射光，最终达到低反射效果。
[0065]图2为实施例1-5制备的靶材的微观组织形貌图。
[0066]从图2分析可以看出，靶材微观组织形貌共有5种，M1-M5，其中M1为Mo，主要作用为提升靶材强度，同时在溅射过程中与溅射腔室内O2反应，生成氧化钼，保证低反射性能;M2为MoO2，保证薄膜低反射性能;M3为Nb2O5，保证高透过率;M4为Nb2O5与MgO烧结时反应生成的中间相，生成于Nb2O5与MoO2中间，于晶界处填充，提升烧结体密度;M5为MoO2与CaCO3反应生成的中间相生成于MoO2内部，用以减弱MoO2的高温挥发。
[0067]以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
说明书附图(2)
声明：
“氧化钼靶材及其制备方法与应用” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
345
编辑：北方有色网
来源：中山智隆新材料科技有限公司
咨询细节
2026年08月06日 ~ 08日 
