CN107399908A - 一种光热吸收玻璃封接料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光热吸收玻璃封接料及其制备方法，该光热吸收玻璃封接料包括：着色封接玻璃粉、第一含钴物质和第一含铜物质，所述着色封接玻璃粉、第一含钴物质中钴元素、第一含铜物质中铜元素的摩尔比为100：2‑5：1‑3；着色封接玻璃粉包括封接玻璃、第二含钴物质、第二含铜物质和含镍物质，所述封接玻璃、第二含钴物质中钴元素、第二含铜物质中铜元素和含镍物质中镍元素的摩尔比为100：2‑5：1‑3：0.5‑2.5。本发明通过着色物质对封接玻璃进行着色，增加了玻璃封接料对光热辐射的吸收能力，从而在利用该玻璃封接料进行封接时可以增加光热辐射的利用率，达到提高生产效率和节约能源的效果。

Description

一种光热吸收玻璃封接料及其制备方法
技术领域
本发明涉及封接料技术领域，尤其涉及一种光热吸收玻璃封接料及其制备方法。
背景技术
封接玻璃广泛用于电真空技术、真空玻璃和其它材料之间的连接和保护技术中。商品的封接玻璃一般为粉料状态，称为封接玻璃粉。封接玻璃粉与其它物质(如膨胀系数调整剂、粘结剂等)调配，配制成生产使用的混合料，称为封接玻璃料，然后通过将封接玻璃料敷衍在被封接处(如真空玻璃封接)；或者将其与粘结物质(如石蜡)混合后制成不同的形状，将其安置在被封接处(如电子封接器件封接)，然后对封接玻璃料进行加热实现封接。
电加热、燃烧加热等是封接常用的加热方法，其依靠温度场对玻璃封接料和被封接体进行加热，热量的传递方式包括了辐射、对流和热导三种基本方式。光加热利用具有强烈热效应的光波(380nm到10000nm)进行加热。以热辐射为主要热量传递方式的加热，就是光加热，例如家用的“小太阳”就是典型光加热的例子。对于封接工艺而言，光加热方式具有如下优点：1.定向性：通过确定辐照的角度直接对被封接部位进行加热，提能量利用效率，降低封接工艺过程中的能耗。2.定位性：可仅对被封接体的加热，防止对温度不宜升高部位的加热。3.选择性：当对透明体进行封接时(如真空玻璃封接)，对热辐射吸收部位吸收光热而温度升高，透明的部位吸收小，温升缓慢。
发明内容
针对上述玻璃封接料光热吸收特性的技术需要，本申请提供一种光热吸收玻璃封接料及其制备方法，旨在实现玻璃封接料的高效吸收，加速其升温速率，提高封接效率和降低能耗。
该光热吸收玻璃封接料包括：着色封接玻璃粉、第一含钴物质和第一含铜物质，所述着色封接玻璃粉、第一含钴物质中钴元素、第一含铜物质中铜元素的摩尔比为100：2-5：1-3；所述着色封接玻璃粉包括封接玻璃、第二含钴物质、第二含铜物质和含镍物质，所述封接玻璃、第二含钴物质中钴元素、第二含铜物质中铜元素和含镍物质中镍元素的摩尔比为100：2-5：1-3：0.5-2.5；所述第一含钴物质、第一含铜物质、第二含钴物质、第二含铜物质和含镍物质分别为对应元素的化合物或者单质。
该光热吸收玻璃封接料制备方法包括：将封接玻璃、第二含钴物质、第二含铜物质和含镍物质混合均匀形成配合料，其中所述封接玻璃、第二含钴物质中钴元素、第二含铜物质中铜元素和含镍物质中镍元素的摩尔比为100：2-5：1-3：0.5-2.5；将所述配合料经熔制后制成着色封接玻璃，并将所述着色封接玻璃研磨成着色封接玻璃粉；将所述着色封接玻璃粉、第一含钴物质和第一含铜物质混合均匀制成封接玻璃料，其中所述着色封接玻璃粉、第一含钴物质、第一含铜物质的摩尔比为100：2-5：1-3。
优选地，所述着色封接玻璃粉的细度为150-200目，所述第一含钴物质和所述第一含铜物质的细度均为800-1000目。
本发明通过着色物质对封接玻璃和封接玻璃料进行着色，增强了玻璃封接料对光热辐射的吸收能力，从而在利用该玻璃封接料进行封接时，可以更有效地吸收光热辐射能源，从而达到节省能源的效果。并且当利用该玻璃封接料对透明体进行封接时(如将两块玻璃封接在一起)，着色的封玻璃接料选择吸收光热辐射，而透明的玻璃则较少吸收热辐射，从而可以实现定位加热效果。
附图说明
图1为本发明第二实施例提供的光热吸收玻璃封接料的光谱吸收效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
本实施例提供一种光热吸收玻璃封接料，该光热吸收玻璃封接料的原料组成包括：着色封接玻璃粉、第一含钴物质和第一含铜物质，所述着色封接玻璃粉、第一含钴物质中钴元素、第一含铜物质中铜元素的摩尔比为100：2-5：1-3；所述着色封接玻璃粉包括封接玻璃、第二含钴物质、第二含铜物质和含镍物质，所述封接玻璃、第二含钴物质中钴元素、第二含铜物质中铜元素和含镍物质中镍元素的摩尔比为100：2-5：1-3：0.5-2.5。
其中，着色封接玻璃粉的细度为150-200目，第一含铜物质和第一含钴物质的细度均为800-1000目，并且第一含钴物质、第一含铜物质、第二含钴物质、第二含铜物质和含镍物质分别为对应元素化合物或者单质，例如对应元素的氧化物、单质、合金和氢氧化物等。具体地，在本实施例中含钴物质、含铜物质和含镍物质分别为含有对应元素的氧化物。其中常用的钴元素氧化物为CoO2、Co2O3、Co3O4；铜元素氧化物为CuO2、CuO；镍元素氧化物为NiO、Ni2O3。当然可以理解的是，本实施例并不限定含钴物质、含铜物质和含镍物质的化合物或者单质具体种类。
上述的封接玻璃是指满足封接基本理化性能和工艺性能的封接玻璃。主要的理化性能包括膨胀系数(封接玻璃与被封接材料的膨胀系数相近，以防止膨胀系数相差太大引起的温度应力)，化学稳定性(满足特定条件下的抵抗水、酸碱盐等介质的侵蚀性能)、封接强度、电阻率(电真空玻璃用)等。工艺性能主要包括玻璃的软化点温度、应变点温度等。一些传统的封接玻璃的组成已经固定，在相关标准和教科书中可以查到，如钼组封接玻璃、钨组封接玻璃等。其它要求的封接玻璃可以根据需要进行设计。
例如封接玻璃的化学组成可以包括PbO和B2O3，其中PbO和B2O3的摩尔比为：64.97：35.03。封接玻璃的化学组成也可以包括B2O3、ZnO、SiO2、Al2O3、NaO2、CaO，其中B2O3、ZnO、SiO2、Al2O3、NaO2、CaO的摩尔比为40：16.2：18：2.0：15：8.8。封接玻璃的化学组成还可以包括Bi2O3、B2O3、ZnO、BaO，其中Bi2O3、B2O3、ZnO、BaO的摩尔比为47：20：28：5。
本实施例通过着色物质对封接玻璃和封接玻璃料进行着色，增强了玻璃封接料对光热辐射的吸收能力，从而在利用该玻璃封接料进行封接时，可以更有效地吸收光热辐射能源，从而达到节省能源的效果。并且当利用该玻璃封接料对透明体进行封接时(如将两块玻璃封接在一起)，着色的封玻璃接料可以更有效地吸收热辐射，而透明的玻璃则较少吸收热辐射，从而可以实现定位加热效果。
第二实施例
本实施例提供一种光热吸收玻璃封接料的制备方法，其通过在封接玻璃中加入着色物质而得到着色后的玻璃封接料。其中封接玻璃是满足封接基本理化性能和工艺性能的封接玻璃。主要的理化性能包括膨胀系数(封接玻璃与被封接材料的膨胀系数相近，以防止膨胀系数相差太大引起的温度应力)，化学稳定性(满足特定条件下的抵抗水、酸碱盐等介质的侵蚀性能)、封接强度、电阻率(电真空玻璃用)等。工艺性能主要包括玻璃的软化点温度、应变点温度等。一些传统的封接玻璃的组成已经固定，在相关标准和教科书中可以查到，如钼组封接玻璃、钨组封接玻璃等。其它要求的封接玻璃可以根据需要进行设计。具体地，在本实施中封接玻璃的包括PbO和B2O3，其中PbO和B2O3的摩尔比为64.97：35.03。
并且本实施例中采用离子着色的机理对基础玻璃进行着色。离子着色以离子的分散浓度来实现着色的深浅。因此，采用摩尔份数能够从原理上反映其着色用量。一般地，着色离子用量越大，浓度越高，光谱吸收越强。但是，过多的着色离子会影响封接玻璃的性质，且高浓度时，着色效率会降低，从而增加制造成本。因此本实施例中明确规定了着色离子的用量。着色离子通过其化合物或单质等具体物质形态引入。引入的着色离子浓度通过元素的摩尔份数表示其体浓度。例如，1摩尔的CoO2引入了1摩尔的钴元素，形成1摩尔钴离子；1摩尔的Co2O3引入了2摩尔的钴元素，形成2摩尔的钴离子。
本实施例中着色离子为铜离子和钴离子，其中钴离子(封接粉)在紫外光谱、可见光光谱和1000nm以后光谱处具有强烈的吸收作用。而铜离子(封接粉)在近红外光谱处具有强烈的吸收作用。采用多种着色离子的协同吸收效应可以优化得到所需波谱范围内理想的吸收性能。着色离子可以从含有对应元素的氧化物、单质、合金和氢氧化物中获取，具体地，在本实施例中是通过含有对应元素的氧化物来获取对应的着色离子，其中常用的含钴的氧化物为CoO2、Co2O3、Co3O4；含铜的氧化物为CuO2、CuO；含镍的氧化物为NiO、Ni2O3。当然可以理解的是，本实施例并不限定获取着色离子的具体方式。
具体地，在本实施例中采用如下方式制备该光热吸收玻璃封接料：
首先取100摩尔份数的封接玻璃组成、1摩尔份数的Co2O3、1摩尔份数的CuO和0.5摩尔份数的NiO。并将以上各组成换算成原料的质量份数，按照质量份数称量后混合均匀，形成配合料。然后将配合料在900℃的环境中熔化均匀，将熔融好的玻璃液采用轧片机轧制成片状的着色封接玻璃，并将得到的着色封接玻璃在球磨机中研磨(过筛获得)成为着色封接玻璃粉，最后将100摩尔份数的着色封接玻璃粉、1.5摩尔份数的Co2O3和2摩尔份数的CuO混合均匀得到玻璃封接料。所获得的玻璃封接料的光谱吸收效果如图1所示。
并且，考虑到在通过热辐射对玻璃封接料进行加热时，由于入射光进入粉体颗粒及其表面会发生复杂的反射、折射、透过以及吸收现象。因此，粉体的光谱吸收与粉体的组成、大小、形状等密切相关。所以需要对粉体中的组成物质的细度进行限定，以便达到最好的光谱吸收效果。具体地，在本实施中封接玻璃粉的细度为150-200目，Co2O3和CuO的细度均为800-1000目。
按照上述实施例中的方法制备得到的玻璃封接料通过钴离子和铜离子进行着色，增强了自身对光热辐射的吸收能力。从而使得在利用该玻璃封接料进行封接时，可以更有效地吸收光热辐射能源，从而达到节省能源的效果。并且当利用该玻璃封接料对透明体进行封接时(如将两块玻璃封接在一起)，着色的玻璃封接料可以更有效地吸收热辐射，而透明的玻璃则较少吸收热辐射，从而可以实现定位加热效果。
第三实施例
本实施例提供一种光热吸收玻璃封接料的制备方法，与第二实施例中的方法不同的是，在本实施例中，封接玻璃的摩尔组成为：B2O3、ZnO、SiO2、Al2O3、NaO2和CaO，其中B2O3、ZnO、SiO2、Al2O3、NaO2和CaO的摩尔比为40：16.2：18：2.0：15：8.8，并且在本实施例中采用如下方式制备该玻璃封接料：
首先取100摩尔份数的封接玻璃化学组成、2.5摩尔份数的CoO2、3摩尔份数的CuO、2.5摩尔份数的NiO，并将以上各组成换算成质量份数，按照质量份数称量后混合均匀，形成配合料。然后将配合料在1100℃的环境中熔化均匀，将熔融好的玻璃液采用轧片机轧制成片状的着色封接玻璃，并将得到的着色封接玻璃在球磨机中研磨(过筛获得)成为着色封接玻璃粉，最后将100摩尔份数的着色封接玻璃粉、1.5摩尔份数的Co2O3，2摩尔份数的CuO2混合均匀得到玻璃封接料。
并且，考虑到在通过热辐射对玻璃封接料进行加热时，由于入射光进入粉体颗粒及其表面会发生复杂的反射、折射、透过以及吸收现象。因此，粉体的光谱吸收与粉体的组成、大小、形状等密切相关。所以需要对粉体中的组成物质的细度进行限定，以便达到最好的光谱吸收效果。具体地，在本实施中封接玻璃粉的细度为150-200目，Co2O3和CuO的细度均为800-1000目。
按照上述实施例中的方法制备得到的玻璃封接料通过钴离子和铜离子进行着色，增强了自身对光热辐射的吸收能力，其对紫外光谱和可见光光谱范围的吸收率可达到90％以上，近中红外光谱的吸收率可达85％以上。从而使得在利用该玻璃封接料进行封接时，可以更有效地吸收光热辐射能源，从而达到节省能源的效果。并且当利用该玻璃封接料对透明体进行封接时(如将两块玻璃封接在一起)，着色的玻璃封接料可以更有效地吸收热辐射，而透明的玻璃则较少吸收热辐射，从而可以实现定位加热效果。
第四实施例
本实施例提供一种光热吸收玻璃封接料的制备方法，与第二实施例中的方法不同的是，在本实施例中，封接玻璃的摩尔组成为：Bi2O3、B2O3、ZnO和BaO。其中Bi2O3、B2O3、ZnO和BaO的摩尔比为47：20：28：5，并且在本实施例中采用如下方式制备该玻璃封接料：
首先取100摩尔份数的封接玻璃化学组成、2.5摩尔份数的CoO2、3摩尔份数的CuO、2.5摩尔份数的NiO，并将以上各物质换算成质量份数，按照质量份数称量后混合均匀，形成配合料。然后将配合料在900℃的环境中熔化均匀，将熔融好的玻璃液采用轧片机轧制成片状的着色封接玻璃，并将得到的着色封接玻璃在球磨机中研磨(过筛获得)成为着色封接玻璃粉，最后将100摩尔份数的着色封接玻璃粉、1.5摩尔份数的Co2O3、2摩尔份数的CuO2混合均匀得到玻璃封接料。
并且，考虑到在通过热辐射对玻璃封接料进行加热时，由于入射光进入粉体颗粒及其表面会发生复杂的反射、折射、透过以及吸收现象。因此，粉体的光谱吸收与粉体的组成、大小、形状等密切相关。所以需要对粉体中的组成物质的细度进行限定，以便达到最好的光谱吸收效果。具体地，在本实施中封接玻璃粉的细度为150-200目，Co2O3和CuO的细度均为800-1000目。
按照上述实施例中的方法制备得到的玻璃封接料通过钴离子和铜离子进行着色，增强了自身对光热辐射的吸收能力，其对紫外光谱和可见光范围的吸收率可达到90％以上，对近中红外光谱的吸收率可达85％以上。从而使得在利用该玻璃封接料进行封接时，可以更有效地吸收光热辐射能源，从而达到节省能源的效果。并且当利用该玻璃封接料对透明体进行封接时(如将两块玻璃封接在一起)，着色的玻璃封接料可以更有效地吸收热辐射，而透明的玻璃则较少吸收热辐射，从而可以实现定位加热效果。
需要说明的是，在本文中，“第一”、“第二”的出现，仅仅是为了作区分技术名词和描述方便，不应理解为对本发明实施例的限定。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种光热吸收玻璃封接料，其特征在于，所述光热吸收玻璃封接料包括：着色封接玻璃粉、第一含钴物质和第一含铜物质，所述着色封接玻璃粉、第一含钴物质中钴元素、第一含铜物质中铜元素的摩尔比为100：2-5：1-3；
所述着色封接玻璃粉包括封接玻璃、第二含钴物质、第二含铜物质和含镍物质，所述封接玻璃、第二含钴物质中钴元素、第二含铜物质中铜元素和含镍物质中镍元素的摩尔比为100：2-5：1-3：0.5-2.5；
所述第一含钴物质、第一含铜物质、第二含钴物质、第二含铜物质和含镍物质分别为对应元素的化合物或者单质。
2.一种制备如权利要求1中所述的光热吸收玻璃封接料的方法，其特征在于，所述方法包括：
将封接玻璃、第二含钴物质、第二含铜物质和含镍物质混合均匀形成配合料，其中所述封接玻璃、第二含钴物质中钴元素、第二含铜中铜元素物质和含镍物质中镍元素的摩尔比为100：2-5：1-3：0.5-2.5；
将所述配合料经熔制后制成着色封接玻璃，并将所述着色封接玻璃研磨成着色封接玻璃粉；
将所述着色封接玻璃粉、第一含钴物质和第一含铜物质混合均匀制成玻璃封接料，其中所述着色封接玻璃粉、第一含钴物质中钴元素、第一含铜物质中铜元素的摩尔比为100：2-5：1-3。
3.如权利要求2所述的制备光热吸收玻璃封接料的方法，其特征在于，所述着色封接玻璃粉的细度为150-200目，所述第一含钴物质和所述第一含铜物质的细度均为800-1000目。
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