CN103449724A - 无铅低温封接玻璃 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种无铅低温封接玻璃，属于玻璃材料领域。其解决了现有技术无机玻璃接封温度高、含有有毒物质铅的问题。本发明所需原料按照摩尔百分比包括：40～70﹪的SnO、25～40﹪的P₂0₅、5～20﹪的MgO、0.1～10﹪的Al₂O₃、0.1～5﹪的Y₂O₃、0.1～5﹪的B₂O₃和0.1～1﹪的Co₂O₃。本发明制备得到的低温封接玻璃具有无铅、软化温度低、膨胀系数调节范围广、制备工艺简单、成本低、适用范围广等特点，特别适用于玻璃透镜与可伐合金的封接，还特别适合与不锈钢封接，特别是304不锈钢，在无铅化和低温软化方面有很强的竞争力，具有很好的发展前景。

Description

无铅低温封接玻璃

技术领域

本发明涉及玻璃材料领域，具体涉及一种低温可封接且不含铅的玻璃。

背景技术

封接玻璃是把玻璃、陶瓷、金属及复合材料等相互间封接起来的中间层玻璃，其可分为低温封接玻璃和高温封接玻璃。低温封接玻璃是指熔点显著低于普通玻璃的封接玻璃，它广泛应用在真空技术和电子技术中，实现玻璃-玻璃、玻璃-金属、金属-金属等之间的封接。低温封接玻璃具有如下优势：较低的封接温度、封接后的机械强度高、具有良好的防水性和抗腐蚀性、良好的耐热性化学稳定性。目前随着信息技术的快速发展，电子材料的使用已经进入家家户户，与之相对应的封接材料在日常生活中出现的频率越来越高，而且封接材料的分布范围不仅仅是人们生活的范围，还包括了人们生活必须品存在的地方。

现有技术中的玻璃多为含铅玻璃，CN102060440A公开了一种抗高压力封接微晶玻璃及其应用，该发明微晶玻璃其主要组分包括：SiO₂、Li₂O、P₂O₅、Al₂O₃、K₂O、B₂O₃、TiO₂、ZnO和ZrO₂，由于玻璃中含有Pb、Cd、Hg等重金属，尤其是金属Pb，这些重金属的存在会对使用者身体健康产生极大的危害。随着人们环保意识的逐步提高，越来越多的意识到重金属元素的危害。重金属能够使蛋白质的结构发生不可逆的改变，蛋白质的结构改变功能就会丧失，从而导致体内细胞就无法获得营养，排除废物，无法产生能量，导致细胞结构功能丧失。

鉴于现有技术中的封接玻璃含有许多种重金属，无污染的封接玻璃将会是未来玻璃封接中的主要材料。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种无铅低温封接玻璃及其制备方法，该低温封接玻璃具有封接温度低、无毒、韧性好等特点。

本发明任务之一是提供一种无铅低温封接玻璃，其技术方案包括：

一种无铅低温封接玻璃，按照摩尔百分比其包括下述原料：

40～70﹪的SnO、20～50﹪的P₂0₅以及5～20﹪的MgO。

进一步的，该无铅低温封接玻璃按照摩尔百分比还包括下述原料：

0.1～10﹪的Al₂O₃、0.1～5﹪的Y₂O₃、0.1～5﹪的B₂O₃和0.1～1﹪的Co₂O₃。

进一步的，上述原料摩尔百分比为：SnO50～60﹪、P₂0₅25～40﹪、MgO5～15﹪。

进一步的，上述原料摩尔百分比为：Al₂O₃1～5﹪、Y₂O₃1～3﹪、B₂O₃1～3﹪。

上述Al₂O₃的平均粒径为20～40nm。

本发明任务之二是提供上述无铅低温封接玻璃的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1：将各个原料按照质量配比充分混合；

步骤2：将上述步骤1中混合后的原料放入坩埚，然后将坩埚放入电炉中加热至1000～1300℃，保温60～180分钟；

步骤3：将熔制好的玻璃常温下冷却为玻璃块，然后使用球磨机研磨成粉末；

步骤4：将步骤3的粉末与纳米Al₂O₃按照一定比例混合，用压片机压制成所需的胚状体、然后检测、包装。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出了一种无铅低温封接玻璃及其制备方法，在原料选取上，选用纳米氧化铝作为填充物，由于纳米粉末中由于每一粒子组成原子少，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅较大，所以具有较高的表面能量，造成超微粒子特有的热性质，也就是造成熔点下降，同时纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料。此外纳米材料会极大地提高玻璃的韧性。混入纳米氧化铝的玻璃材料在经过退火之后，机械强度会大幅度提高，非常适用于封接；选用稀土氧化物Y₂O₃，可以提高玻璃的耐腐蚀和耐水特性。本发明制备的低温封接玻璃具有无铅、软化温度低、膨胀系数调节范围广、制备工艺简单、成本低、适用范围广等特点，特别适用于玻璃透镜与可伐合金的封接，还特别适合与不锈钢封接，特别是304不锈钢，在无铅化、低温软和低温封装方面有很强的竞争力，具有很好的发展前景。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法做进一步详细的说明。

下述实施例中所述实验方法，如无特别说明，均为常规方法；所选原料，如无特别说明，均可从商业途径获得。

本发明无铅低温封接玻璃，其所选原料如下：SnO、P₂0₅、M_gO、Al₂O₃、Y₂O₃、B₂O₃和Co₂O₃，选定上述原料摩尔数总和为100mol，再选定1～10mol的填料纳米氧化铝，上述所有原料按照其选定摩尔配比可有如下组配方式：

实施例1：

SnO50mol、P₂0₅40mol、MgO10mol、5mol的填料纳米氧化铝。

实施例2：

SnO60mol、P₂0₅35mol、MgO5mol、3mol的填料纳米氧化铝。。

实施例3：

SnO50mol、P₂0₅30mol、MgO10mol、Al₂O₃5mol、Y₂O₃3mol、B₂O₃1mol、Co₂O₃1mol、2mol的填料纳米氧化铝。。

实施例4：

SnO55mol、P₂0₅30mol、MgO10mol、Al₂O₃1mol、Y₂O₃2mol、B₂O₃2.9mol、Co₂O₃0.1mol、6mol的填料纳米氧化铝。

实施例5：

SnO50mol、P₂0₅25mol、MgO15mol、Al₂O₃3mol、Y₂O₃3mol、B₂O₃3mol、Co₂O₃1mol、1mol的填料纳米氧化铝。

实施例6：

SnO60mol、P₂0₅30mol、MgO5mol、Al₂O₃2mol、Y₂O₃1mol、B₂O₃1mol、Co₂O₃1mol、8mol的填料纳米氧化铝。

实施例7：

SnO50mol、P₂0₅35mol、MgO12mol、Al₂O₃0.5mol、Y₂O₃1.5mol、B₂O₃0.5mol、Co₂O₃1mol、6mol的填料纳米氧化铝。

实施例8：

SnO48.5mol、P₂0₅38mol、MgO6mol、Al₂O₃4mol、Y₂O₃1mol、B₂O₃1.5mol、Co₂O₃1mol、7mol的填料纳米氧化铝。

上述例子仅对各原料摩尔配比及成分配伍组合的一部分进行说明，参照上述例子及结合前述给出的重量及其成分关系可实现易见的不同组合的实现方式。

上述实施例1无铅低温封接玻璃的制备方法：

步骤1：将各个原料按照摩尔配比计算出相应的质量配比，然后充分混合；

步骤2：将上述步骤1中混合后的原料放入坩埚，然后将坩埚放入电炉中加热至1000℃，保温180分钟；

步骤3：将熔制好的玻璃常温下冷却为玻璃块，然后使用球磨机研磨成粉末；

步骤4：向步骤3的粉末中加入3mol的填料纳米Al₂O₃并混合均匀，用压片机压制成所需的胚状体、然后检测、包装。

本实施例1制备得到的无铅低温封接玻璃的性能指标如表1所示:

表1

接封温度/℃	热膨胀系数×10-7/℃	Tg/℃	Ts/℃
				480	105	335	360

上述实施例2无铅低温封接玻璃的制备方法：

步骤1：将各个原料按照摩尔配比计算出相应的质量配比充分混合；

步骤2：将上述步骤1中混合后的原料放入坩埚，然后将坩埚放入电炉中加热至1300℃，保温60分钟；

步骤3：将熔制好的玻璃常温下冷却为玻璃块，然后使用球磨机研磨成粉末；

步骤4：向步骤3的粉末中加入5mol的填料纳米氧化铝并混合均匀，用压片机压制成所需的胚状体、然后检测、包装。

本实施例3制备得到的无铅低温封接玻璃的性能指标如表2所示:

表2

接封温度/℃	热膨胀系数×10-7/℃	Tg/℃	Ts/℃
				450	95	320	350

上述实施例7无铅低温封接玻璃的制备方法：

步骤1：将各个原料按照摩尔配比计算出相应的质量配比充分混合；

步骤2：将上述步骤1中混合后的原料放入坩埚，然后将坩埚放入电炉中加热至1200℃，保温100分钟；

步骤3：将熔制好的玻璃常温下冷却为玻璃块，然后使用球磨机研磨成粉末；

步骤4：向步骤3的粉末中加入6mol的填料纳米氧化铝并混合均匀，用压片机压制成所需的胚状体、然后检测、包装。

本实施例7制备得到的无铅低温封接玻璃的性能指标如表3所示:

表3

接封温度/℃	热膨胀系数×10-7/℃	Tg/℃	Ts/℃
				460	68	327	353

其它所举例子的制备方法和未举例子的制备方法，在上述三个制备方法的指引下能显而易见的实现，此处不再冗述。

下述对影响玻璃封接的因素进行分析：

在玻璃用于材料的封接时，玻璃的封接温度越低则会更好的保护材料，特别是一些电子材料或者是要求比较高的光学透镜等，由于玻璃的封接温度越高会导致材料发生剧烈的化学变化和明显的物理性质变化，有可能导致材料燃烧、严重变色、过度氧化，有可能导致材料***、变形、变折射率。甚至有可能将材料的保护膜等损坏导致减少封接品的使用寿命因此要求我们的玻璃不可以拥有太高的Tg和Ts，而本发明的无铅低温封接玻璃，其Tg最高为335℃，Ts最高为360℃，而且Tg、Ts最高温度均低于现有技术中Tg、Ts的温度。

由于玻璃本身存在的脆性，本发明在玻璃成型之后添加了纳米氧化铝作为填充物，纳米作为一个长度单位，当材料的尺寸下降到纳米级别之后，会在很多物理性质上发生变化如：熔点、磁性、光学、导热、导电等，也就是我们经常说的纳米材料；纳米材料，纳米粉末中由于每一粒子组成原子少，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅较大，所以具有较高的表面能量，造成超微粒子特有的热性质，也就是造成熔点下降，同时纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料。此外纳米材料会极大地提高玻璃的韧性，混入纳米氧化铝的玻璃材料在经过退火之后，机械强度会大大提高，这种强度的材料完全可以达到封接要求，非常适用于封接。

本发明制备得到的低温封接玻璃具有无铅、软化温度低、膨胀系数调节范围广、制备工艺简单、成本低、适用范围广等特点，特别适用于玻璃透镜与可伐合金的封接，在无铅化和低温软化方面有很强的竞争力，具有很好的发展前景。

本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种无铅低温封接玻璃，其特征在于：按照摩尔百分比其包括下述原料：

40～70﹪的SnO、20～50﹪的P₂0₅以及5～20﹪的MgO。

2.根据权利要求1所述的无铅低温封接玻璃，其特征在于：按照摩尔百分比还包括下述原料：

0.1～10﹪的Al₂O₃、0.1～5﹪的Y₂O₃、0.1～5﹪的B₂O₃和0.1～1﹪的Co₂O₃。

3.根据权利要求1所述的无铅低温封接玻璃，其特征在于：所述原料摩尔百分比为：

SnO50～60﹪、P₂0₅25～40﹪、MgO5～15﹪。

4.根据权利要求2所述的无铅低温封接玻璃，其特征在于：所述原料摩尔百分比为：

Al₂O₃1～5﹪、Y₂O₃1～3﹪、B₂O₃1～3﹪。

5.根据权利要求4所述的无铅低温封接玻璃，其特征在于：所述Al₂O₃的平均粒径为20～40nm。

6.如权利要求2或4所述的无铅低温封接玻璃的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤1：将各个原料按照质量配比充分混合；

步骤2：将上述步骤1中混合后的原料放入坩埚，然后将坩埚放入电炉中加热至1000～1300℃，保温60～180分钟；

步骤3：将熔制好的玻璃常温下冷却为玻璃块，然后使用球磨机研磨成粉末；

步骤4：将步骤3的粉末与纳米Al₂O₃按照一定比例混合，用压片机压制成所需的胚状体、然后检测、包装。