CN113860749A - 一种玻璃粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种玻璃粉及其制备方法，其中，基于所述玻璃粉的总重量，所述玻璃粉包括：SiO₂ 65‑75％，B₂O₃ 10‑14％，Na₂O 5‑10％，Al₂O₃ 1‑8％，Ni₂O₃ 1‑5％，Fe₂O₃ 1‑4％。本申请提供的玻璃粉及其制备方法，采用本申请玻璃粉原料的用量，通过本申请的制备方法，获得对环境无污染、热膨胀系数可调控并具有良好的粒度分布、烧结性和抗水化学稳定性的玻璃粉。本申请还提供了一种包括本申请所述玻璃粉的发热电阻浆料，及包括本申请所述玻璃粉的电子装置。

Description

一种玻璃粉及其制备方法

技术领域

本申请涉及玻璃技术领域，特别是涉及一种玻璃粉及其制备方法。

背景技术

电子浆料中包含了无机非金属、金属、有机材料，是制造厚膜元件的基础材料，按照用途、烧结温度等不同，又可细分为导体浆料、电阻浆料及高温、中温、低温烧结浆料等。近些年随着电子信息产业的高速发展，电子浆料的需求日益旺盛。然而目前国内电子浆料的研究并不多，特别是电加热电阻浆料的研究更是微乎其微，更别说其中的关键材料玻璃粉的研发，相关的研究成果以及技术都掌握在国外的企业手中，如杜邦、3M、日本三键等，国内使用的性能优异的发热电子浆料多为进口，而其中使用的玻璃粉几乎不会单独销售，这就严重制约了国内工业技术的崛起，摆脱对国外产品的依赖性刻不容缓。

电子烟基本组件是雾化器、控制电路、供电电路和电池，雾化器内包括储油仓、气流通道和雾化芯，储油仓内装有烟油，雾化芯包括导油体和发热丝，发热丝就是靠发热电阻浆料高温烧结制成。现在雾化芯用发热电阻浆料主要是不锈钢和镍浆，相对于银浆具有明显的价格优势。对于发热电阻浆料的性能上要求在900-1200℃烧结后，与陶瓷多孔雾化芯具有较强的结合力并提供较高的电阻值。单独的不锈钢粉和镍粉高温状态很难烧结到一起，即使烧结到一起电阻值也很低，并且他们与陶瓷雾化芯的结合力差，然而这些问题可以被玻璃粉所解决。无铅玻璃不仅符合电子烟的环保要求而且玻璃自身的电阻率高，烧结后可将金属粉粘结在一起，软化后的玻璃沉积到下面还会与陶瓷雾化芯紧密结合。因此相关玻璃粉的研发至关重要。

发明内容

本申请的目的在于提供一种玻璃粉及其制备方法，以获得对环境无污染、热膨胀系数可调控并具有良好的粒度分布、烧结性和抗水化学稳定性的玻璃粉。具体技术方案如下：

本申请的第一方面提供了一种玻璃粉，其中，基于所述玻璃粉的总重量，所述玻璃粉包括：SiO₂ 65-75％，B₂O₃ 10-14％，Na₂O 5-10％，Al₂O₃ 1-8％，Ni₂O₃ 1-5％，Fe₂O₃ 1-4％。

本申请的第二方面提供了一种根据本申请第一方面提供的玻璃粉的制备方法，其包括以下步骤：

(1)称取玻璃粉的原料，混合，得到混合料；

(2)将混合料熔融，得到熔融物，水淬，得到玻璃渣；

(3)将玻璃渣退火，得到退火玻璃渣；

(4)将退火玻璃渣置于行星球磨机中球磨，过滤，喷雾干燥，得到玻璃粉；

其中，基于玻璃粉的总重量，所述玻璃粉包括：SiO₂ 65-75％，B₂O₃ 10-14％，Na₂O5-10％，Al₂O₃ 1-8％，Ni₂O₃ 1-5％，Fe₂O₃ 1-4％。

本申请的第三方面提供了一种发热电阻浆料，其包括根据本申请第一方面提供的玻璃粉。

本申请的第四方面提供了一种电子装置，其包括根据本申请第一方面提供的玻璃粉。

本申请提供的玻璃粉及其制备方法，采用本申请玻璃粉原料的用量，通过本申请的制备方法，获得对环境无污染、热膨胀系数可调控并具有良好的粒度分布、烧结性和抗水化学稳定性的玻璃粉；本申请提供的玻璃粉用于电子烟雾化芯时，其热膨胀系数与陶瓷雾化芯相匹配，同时有利于其与不锈钢粉、镍粉的结合。

当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

具体实施方式

下面将对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的第一方面提供了一种玻璃粉，其中，基于所述玻璃粉的总重量，所述玻璃粉包括：SiO₂ 65-75％，B₂O₃ 10-14％，Na₂O 5-10％，Al₂O₃ 1-8％，Ni₂O₃ 1-5％，Fe₂O₃ 1-4％。

本申请的玻璃粉，通过合理调整SiO₂、B₂O₃、Na₂O、Al₂O₃、Ni₂O₃、Fe₂O₃的用量，使得硅氧四面体、硼氧三角体和硼氧四面体为基本结构单元的玻璃网络相互连接更加紧密，结构更致密和稳定，从而使得玻璃体系的热膨胀系数降低，耐酸碱性能提高；其中，Na₂O除了使硅氧键断裂和容易进入硅氧四面体、硼氧三角体和硼氧四面体为基本结构单元的空隙外，还能与其它氧化物形成低共熔物，从而降低玻璃体系的软化温度和熔融温度，有利于玻璃的澄清；Al₂O₃含量在1-8％之间，一方面起到提高玻璃粉化学稳定性的作用，还可在封接温度范围内稳定玻璃体，避免析晶的发生；适量的Ni₂O₃和Fe₂O₃不仅可以补强玻璃网络，链接网络中的断链，从而增强玻璃粉的耐酸性，将玻璃粉用于电子烟雾化芯时，还有利于其与不锈钢粉、镍粉的结合。

本申请提供的玻璃粉，性能较好，因不含铅、对环境无污染，通过调节本申请玻璃粉的组分用量、可调控所述玻璃粉的热膨胀系数，该玻璃粉具有良好的粒度分布、烧结性和抗水化学稳定性；将本申请的玻璃粉用于电子烟雾化芯时，其热膨胀系数与陶瓷雾化芯(热膨胀系数为20×10^-7-35×10^-7/℃)相匹配，同时有利于其与不锈钢粉、镍粉的结合。

在本申请第一方面的一些实施方式中，所述玻璃粉的粒度D50为1-2μm，热膨胀系数为35×10^-7-45×10^-7/℃，软化温度为750-820℃，玻璃化转变温度为650-690℃，抗水化学稳定性不低于二级。

本申请的第二方面提供了一种根据本申请第一方面提供的玻璃粉的制备方法，其包括以下步骤：

(1)称取玻璃粉的原料，混合，得到混合料；

(2)将混合料熔融，得到熔融物，水淬，得到玻璃渣；

(3)将玻璃渣退火，得到退火玻璃渣；

(4)将退火玻璃渣置于行星球磨机中球磨，过滤，喷雾干燥，得到玻璃粉；

其中，基于玻璃粉的总重量，所述玻璃粉包括：SiO₂ 65-75％，B₂O₃ 10-14％，Na₂O5-10％，Al₂O₃ 1-8％，Ni₂O₃ 1-5％，Fe₂O₃ 1-4％。

本申请中，所述玻璃粉的原料组分含量与玻璃粉的组分含量相同。

本申请中，步骤(1)所述混合为均匀混合，本申请对混合的方式不做限制，只要能够实现本申请的目的即可，示例性地，可以通过将称取的原料，放入氧化锆瓶中使用锆球球磨，在行星球磨机球磨1-2h，充分混合，得到混合料。

在本申请第二方面的一些实施方式中，其中，步骤(2)所述熔融包括：将混合料升温至1400-1600℃并保温2-5h，使混合料充分熔融；本申请对熔融的方式不做限制，只要能够实现本申请的目的即可，示例性地，可采用硅碳棒电阻炉进行熔融操作。

本申请中，步骤(2)所述水淬，是将熔融物倒入水中水淬，以使熔融物快速降温，同时能够通过极冷粉碎熔融物，得到玻璃渣；所述水淬，对大块玻璃也能够适当破碎。

在本申请第二方面的一些实施方式中，其中，步骤(3)所述退火包括：将玻璃渣升温至660-700℃并保温1-2h后，冷却至室温；对玻璃渣进行退火，能够降低硬度和残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，使玻璃结构更稳定。

本申请对步骤(4)中所述球磨的方式没有特别限制，只要能够实现本申请的目的即可，例如所述球磨可以包括：将退火玻璃渣置于行星球磨机中，以水为球磨介质，以400-500rap/min的转速球磨；本申请对所述球磨的时间不做限制，只要能够实现本申请的目的即可，示例性地，球磨时间可以为15-20h。所述过滤，可以根据需要选择不同目数的筛网进行过滤，示例性地，可在球磨后过200-400目筛网过去瓷球及较大的玻璃渣，得到玻璃浆料，然后进行喷雾干燥，其中，可以根据需要制成不同粒度的玻璃粉，比如粒度D50可以为1-2μm。

在本申请第二方面的一些实施方式中，所述玻璃粉的粒度D50为1-2μm，热膨胀系数为35×10^-7-45×10^-7/℃，软化温度为750-820℃，玻璃化转变温度为650-690℃，抗水化学稳定性不低于二级。

本申请的第三方面提供了一种发热电阻浆料，其包括根据本申请第一方面提供的玻璃粉。

本申请的发热电阻浆料没有特别限制，其可用于厚膜电阻器、混合集成电路、电阻网络、电子烟、快速电加热水壶、特殊用途的电阻器、电极等；本申请包括所述玻璃粉的发热电阻浆料用于电子烟雾化芯时，所述发热电阻浆料还包括不锈钢粉、镍粉，所述玻璃粉有利于不锈钢粉、镍粉的结合，所述玻璃粉的热膨胀系数与陶瓷雾化芯相匹配。

本申请的第四方面提供了一种电子装置，其包括根据本申请第一方面提供的玻璃粉。

以下举出实施例及对比例对本申请的实施方式进行更具体地说明。

实施例1

(1)称取原料SiO₂ 65g、B₂O₃ 12g、Na₂O 8g、Al₂O₃ 8g、Ni₂O₃ 4g、Fe₂O₃ 3g，充分混合，得到混合料；

(2)将混合料升温至1400℃并保温2h使充分熔融，得到熔融物，将熔融物倒入水中水淬，得到玻璃渣；

(3)将玻璃渣升温至660℃并保温1h后，冷却至室温，得到退火玻璃渣；

(4)将退火玻璃渣置于行星球磨机中，以水为球磨介质，以400rap/min的转速球磨15h，过300目筛网，然后倒入喷雾造粒机储液槽进行喷雾干燥，得到玻璃粉。

实施例2-3

玻璃粉的制备步骤均与实施例1相同，相关制备参数的变化如表1所示。

对比例1-2

玻璃粉的制备步骤均与实施例1相同，相关制备参数的变化如表1所示。

采用以下性能测试方法对实施例1-3和对比例1-2的玻璃粉进行测试，结果如表1所示。

性能测试：

粒度分布：通过激光粒度分布仪测试；

热膨胀系数测试：采用SJ 689-83电真空玻璃线膨胀系数的测试方法；

玻璃化转变温度、软化温度：通过差热分析法DTA测试；

抗水化学稳定性：采用SJ 696-83电真空玻璃抗水化学稳定性试验方法。

表1

本申请的发明人在研究中发现，本申请的对比例1-2并不能得到分布均匀的玻璃粉，而本申请玻璃粉各组分的含量范围是能够形成均匀玻璃的极限范围。

通过测试，本申请玻璃粉的热膨胀系数在35×10^-7-45×10^-7/℃之间，玻璃化转变温度在650-690℃之间，软化温度在750-820℃之间，抗水化学稳定性不低于二级。

综上，本申请提供的玻璃粉及其制备方法，其中，基于所述玻璃粉的总重量，所述玻璃粉包括：SiO₂ 65-75％，B₂O₃ 10-14％，Na₂O 5-10％，Al₂O₃ 1-8％，Ni₂O₃ 1-5％，Fe₂O₃1-4％。本申请提供的玻璃粉及其制备方法，采用本申请玻璃粉原料的用量，通过本申请的制备方法，获得对环境无污染、热膨胀系数可调控并具有良好的粒度分布、烧结性和抗水化学稳定性的玻璃粉。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种玻璃粉，其中，基于所述玻璃粉的总重量，所述玻璃粉包括：SiO₂ 65-75％，B₂O₃10-14％，Na₂O 5-10％，Al₂O₃ 1-8％，Ni₂O₃ 1-5％，Fe₂O₃ 1-4％。

2.根据权利要求1所述的玻璃粉，其中，所述玻璃粉的粒度D50为1-2μm，热膨胀系数为35×10^-7-45×10^-7/℃，软化温度为750-820℃，玻璃化转变温度为650-690℃。

3.一种根据权利要求1-2中任一项所述的玻璃粉的制备方法，其包括以下步骤：

(1)称取玻璃粉的原料，混合，得到混合料；

(2)将混合料熔融，得到熔融物，水淬，得到玻璃渣；

(3)将玻璃渣退火，得到退火玻璃渣；

(4)将退火玻璃渣置于行星球磨机中球磨，过滤，喷雾干燥，得到玻璃粉；

其中，基于玻璃粉的总重量，所述玻璃粉包括：SiO₂ 65-75％，B₂O₃ 10-14％，Na₂O 5-10％，Al₂O₃ 1-8％，Ni₂O₃ 1-5％，Fe₂O₃ 1-4％。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，步骤(2)所述熔融包括：将混合料升温至1400-1600℃并保温2-5h。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其中，步骤(3)所述退火包括：将玻璃渣升温至660-700℃并保温1-2h后，冷却至室温。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其中，步骤(4)所述球磨包括：将退火玻璃渣置于行星球磨机中，以水为球磨介质，以400-500rap/min的转速球磨。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的制备方法，其中，所述玻璃粉的粒度D50为1-2μm，热膨胀系数为35×10^-7-45×10^-7/℃，软化温度为750-820℃，玻璃化转变温度为650-690℃。

8.一种发热电阻浆料，其包括根据权利要求1-2中任一项所述的玻璃粉。

9.一种电子装置，其包括根据权利要求1-2中任一项所述的玻璃粉。