CN101157517A - 一种低熔点玻璃及制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低熔点玻璃及制备和应用,其含有必要成分P2O5、ZnO、Al2O3,调节组分B2O3、Na2O、Fe2O3、Li2O、MnO2,其膨胀系数为70~140×10-7/℃,熔化温度为440~600℃的低熔点玻璃;其制备包括:(1)摩尔百分比小的组分混合,再摩尔百分比大的组分混合,最后称取P2O5,再次均匀混合,制备成混合料;(2)将混合料放入石英坩埚内,在硅碳棒电炉内加热熔制,保温,制得低熔点玻璃。该低熔点玻璃应用于大功率管用柱状环状或平板状低熔点玻璃,同时适用于电子浆料、电热管、厚膜电阻、继电器插座、阴极射电管、光电倍增管等的封接。
Description
技术领域
本发明属玻璃领域,特别是涉及一种低熔点玻璃及制备和应用。
背景技术
在低熔点玻璃中,含铅低熔点玻璃具有电阻大、介电损耗小、折射率和色散高以及吸收高能辐射、软化温度低、化学稳定性好等一系列特性,在电子封接方面有着广泛的用途。国内外制备含铅低熔点玻璃常选用PbO-SiO2,PbO-B2O3、PbO-B2O3-SiO2、PbO-ZnO-B2O3等体系。铅的中毒剂量仅为1mg,致死剂量为1g,但是大多数商用低熔点玻璃中PbO含量甚至高达60~80mol%,如在彩色显像管屏与锥封接用玻璃粉中PbO的含量高达70%,这类产品中含有的重金属会对环境和人体造成严重危害。同时,含铅高的玻璃化学稳定性差,使用后废弃的玻璃遇水、酸雨及大气等的侵蚀,铅离子就会逐渐溶出,导致地下水质的严重污染,对人的生命安全,尤其是对儿童的大脑发育带来严重的威胁。
在真空封接电子器件时,有时不容许采用直接封接,只能利用易熔的特种粉术玻璃焊料在较低温度下进行封接。这种低温封接能够防止金属零件的氧化与变形,同时对构件上的荧光粉、半导体等材料起到保护作用。它也可以作为热敏电阻、晶体三极管和集成电路的防护层而应用在微电子学中。在半导体仪器仪表的无壳封接中,应用无机玻璃比有机介质在防潮性和坚固性方面有明显的优越性,而且无机玻璃比有机介质能耐更高的温度。而含铅低熔点玻璃具有电阻大、介电损耗小、折射率和色散高以及吸收高能辐射、软化温度低、化学稳定性好等一系列特性,所以它在这些方面都有着广泛的用途,并在很长时间内被认为是不可替代的。
基于含铅低熔点玻璃以上的一些原因,最近几年材料科学工作者加快了对含铅玻璃无铅化方面的研究,特别是日本及欧洲各国更是在这方面投入了极大的精力。随着环保意识渐入人心,以及一些相关法律的陆续出台,此领域的研究工作将日益受到重视。
在无铅低熔点玻璃体系中较有前途的是Bi2O3-B2O3-SiO2和ZnO-B2O3-SiO2,钒酸盐、磷酸盐等体系,但是前两者封接温度较高,而且铋酸盐和钒酸盐体系成本高。磷酸盐体系在低温和无铅化方面占有很大的优势,大多数性能都可与传统含铅封接玻璃相媲美,而且显著减少环境污染。无铅磷酸盐封接玻璃将是传统含铅封接玻璃最有潜力的取代物。
美国专利第P5153151号公布了一种磷酸盐封接玻璃,其摩尔组成为Li2O0~15%、Na2O0~20%、K2O0~10%、ZnO0~45%、Ag2O0~25%、Tl2O0~25%、PbO0~20%、CuO0~5%、CaO0~20%、SrO0~20%、P2O524~36%、Al2O30~5%、CeO20~2%、BaO0~20%、SnO0~5%、Sb2O30~61%、Bi2O30~10%、B2O30~10%,该玻璃的转变温度为300~340℃,热膨胀系数为135~180×10-7/℃,该玻璃的缺点在于Tl2O的毒性很大,同时,玻璃的热膨胀系数较大,不能用于中、低膨胀系数的封接。
日立制作所特开平2-267137公布了一种氧化钒(V2O5)系封接玻璃,封接温度小于400℃,热膨胀系数90×10-7/℃以下,但这种玻璃中,氧化铅是必要组分,不能满足无铅化的要求,同时,还含有剧毒铊的氧化物。
日本专利第H7-69672号公开的玻璃组成的摩尔百分数为:P2O525~50%、SnO30~70%、ZnO0~25%,在此基础上添加B2O3、WO3、Li2O等,该玻璃的转变温度为350~450℃,热膨胀系数大于120×10-7/℃,专利中采用填充剂的方法降低玻璃的膨胀系数,但影响到玻璃封接时的流动性和气密性。
发明内容
本发明的目的是提供一种低熔点玻璃、其制备方法及其应用,该玻璃不仅具有适宜且易于调整的热膨胀系数,较低的软化温度,还具有优良的化学稳定性,特别在无铅化和低成本方面具有很强的竞争力。
本发明的低熔点玻璃,其组成中含有必要成分P2O5、ZnO、Al2O3,调节组分B2O3、Na2O、Fe2O3、Li2O、MnO2。
所述的低熔点玻璃的组成含有P2O530~55mol%、ZnO10~55mol%、Al2O32~10mol%、B2O30~30mol%、Na2O0~20mol%、Fe2O30~5mol%、Li2O0~5mol%、MnO20~5mol%,优选P2O535~50mol%、ZnO20~50mol%、Al2O32~7mol%、B2O30~20mol%、Na2O0~15mol%、Fe2O30~3mol%、Li2O0~3mol%、MnO20~3mol%。
所述的低熔点玻璃的热膨胀系数为70~140×10-7/℃,熔化温度为440~600℃。
本发明的低熔点玻璃的制备方法,包括下列步骤:
(1)称取摩尔百分比小的组分均匀混合,再称取摩尔百分比大的组分并均匀混合,最后称取P2O5,再次均匀混合,制备成混合料;
(2)将混合料放入石英坩埚内,在硅碳棒电炉内加热熔制,保温,制得低熔点玻璃。
所述的熔制温度为1200-1250℃;
所述的保温时间为50-100分钟。
本发明的低熔点玻璃应用于大功率管用低熔玻璃,同时应用于电子浆料、电热管、厚膜电阻、继电器插座、阴极射电管、光电倍增管的封接,还可应用于与其它一切在此温度和膨胀系数相符的玻璃、陶瓷、金属封接。
低熔点玻璃应用于大功率管用柱状、环状或平板状低熔点玻璃。
本发明的有益效果:
(1)该低熔点玻璃具有化学稳定性好、软化点低,易于低温封接;
(2)制备工艺简单,耗时短;
(2)玻璃体可以根据所用产品的特点以及要求制备成条状、柱状、平板装及粉状。
附图说明
图1是柱状低熔点玻璃;
图2是环状低熔点玻璃;
图3是平板状低熔点玻璃。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
表1 低熔点玻璃的成分及性能(mol%)
实施例1
按表1中的组成摩尔百分比称取摩尔百分比小的组分并均匀混合,再称取摩尔百分比大的组分并均匀混合,最后称取P2O5,再次均匀混合,称取的时间要尽可能的短,减少P2O5吸收水分带来的称量误差,同时有利于均匀混合,制备成混合料。
将混合料放入石英坩埚内,在硅碳棒电炉内加热熔制,熔制温度为1250℃,保温时间为100分钟,制得低熔点玻璃。
热膨胀系数(α)采用WRP-1微机热膨胀仪测量,玻璃样品为5×25mm规格的圆柱体试样,由室温升至300℃,升温速率为5℃/min。熔化温度是将≤300目的玻璃粉均匀的摊在氧化铝陶瓷基板上,摊放的要薄和均匀,放置在马弗炉中,从400℃开始保温20分钟,看玻璃粉的熔化温度,以后每次升高10℃同样保温20分钟,测试玻璃粉的熔化温度,热膨胀系数(α)和熔化温度见表1。
玻璃体可以根据所用产品的特点以及要求制备成条状、柱状、平板装及粉状,其柱状、环状、平板状低熔点玻璃见附图1、2和3。
实施例2
按表1中的组成摩尔百分比称取摩尔百分比小的组分并均匀混合,再称取摩尔百分比大的组分并均匀混合,最后称取P2O5,再次均匀混合,称取的时间要尽可能的短,减少P2O5吸收水分带来的称量误差,同时有利于均匀混合,制备成混合料。
将混合料放入石英坩埚内,在硅碳棒电炉内加热熔制,熔制温度为1250℃,保温时间为60分钟,制得低熔点玻璃,其热膨胀系数(α)和熔化温度测试参见实施例1,结果见表1。
玻璃体可以根据所用产品的特点以及要求制备成条状、柱状、平板装及粉状。
实施例3
按表1中的组成摩尔百分比称取摩尔百分比小的组分并均匀混合,再称取摩尔百分比大的组分并均匀混合,最后称取P2O5,再次均匀混合,称取的时间要尽可能的短,减少P2O5吸收水分带来的称量误差,同时有利于均匀混合,制备成混合料。
将混合料放入石英坩埚内,在硅碳棒电炉内加热熔制,熔制温度为1200℃,保温时间为50分钟,制得低熔点玻璃,其热膨胀系数(α)和熔化温度测试参见实施例1,结果见表1。
玻璃体可以根据所用产品的特点以及要求制备成条状、柱状、平板状及粉状。
Claims (10)
1.一种低熔点玻璃,其特征在于:该玻璃组成中含有必要成分P2O5、ZnO、Al2O3,调节组分B2O3、Na2O、Fe2O3、Li2O、MnO2。
2.根据权利要求1所述的低熔点玻璃,其特征在于:所述的低熔点玻璃的组成含有P2O530~55mol%、ZnO10~55mol%、Al2O32~10mol%、B2O30~30mol%、Na2O0~20mol%、Fe2O30~5mol%、Li2O0~5mol%、MnO20~5mol%。
3.根据权利要求2所述的低熔点玻璃,其特征在于:所述的低熔点玻璃的组成含有P2O535~50mol%、ZnO20~50mol%、Al2O32~7mol%、B2O30~20mol%、Na2O0~15mol%、Fe2O30~3mol%、Li2O0~3mol%、MnO20~3mol%。
4.根据权利要求1、2或3所述的低熔点玻璃,其特征在于:所述的低熔点玻璃的热膨胀系数为70~140×10-7/℃。
5.根据权利要求1、2或3所述的低熔点玻璃,其特征在于:所述的低熔点玻璃的熔化温度为440~600℃。
6.低熔点玻璃的制备方法,包括下列步骤:
(1)称取摩尔百分比小的组分均匀混合,再称取摩尔百分比大的组分并均匀混合,最后称取P2O5,再次均匀混合,制备成混合料;
(2)将混合料放入石英坩埚内,在硅碳棒电炉内加热熔制,保温,制得低熔点玻璃。
7.根据权利要求6所述的低熔点玻璃的制备方法,其特征在于:所述的熔制温度为1200-1250℃。
8.根据权利要求6所述的低熔点玻璃的制备方法,其特征在于:所述的保温时间为50-100分钟。
9.低熔点玻璃应用于大功率管用低熔玻璃,电子浆料、电热管、厚膜电阻、继电器插座、阴极射电管、光电倍增管的封接。
10.低熔点玻璃应用于大功率管用柱状、环状或平板状低熔点玻璃。
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CN101885582A (zh) * | 2010-06-11 | 2010-11-17 | 济南大学 | 四元磷酸铁锂玻璃及其制备方法 |
CN104445920A (zh) * | 2014-12-18 | 2015-03-25 | 中南大学 | 一种综合性能优良的无铅低熔点玻璃及其应用方法 |
CN107082567A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-08-22 | 福州大学 | 一种氧化铝改性的低温封接玻璃及其制备与使用方法 |
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