專利名稱：一種低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)焊料玻璃封接粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊料玻璃封接粉及其制備方法，尤其是一種在基礎(chǔ)玻璃中加入低膨脹耐火物填料的復(fù)合型玻璃封接粉及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，在電光學(xué)、電子器件、傳感器件等領(lǐng)域內(nèi)，根據(jù)氣密性要求，需要對(duì)各種材料進(jìn)行封接，包括玻璃與金屬，玻璃與玻璃、玻璃與陶瓷等材料的封接，常用的封接材料一般用熔點(diǎn)低于玻璃的玻璃粉，為了提高其密封性，要求該玻璃粉的膨脹系數(shù)較低。
目前常用的低熔點(diǎn)玻璃體系主要有PbO-ZnO-B2O3、PbO-B2O3-SiO2、PbO-V2O5-B2O3及B2O3-ZnO-SiO2、等幾個(gè)系統(tǒng)，這幾個(gè)系統(tǒng)雖然熔點(diǎn)較低，但膨脹系數(shù)都很大，一般都在(80-140)×10-7/℃左右，不能做低膨脹系數(shù)玻璃封接粉。目前的低膨脹耐火物填料的種類很多，其膨脹系數(shù)也不一樣，常用的有β-鋰霞石(-86×10-7/℃)、鈦酸鉛(-53×10-7/℃)、堇青石(10-20×10-7/℃)、鋯英石(42×10-7/℃)等，以上的膨脹系數(shù)均為理論值，其實(shí)際的膨脹能力是有限的，另外一種填料鈦酸鉛鈣(PbCaTiO3)的負(fù)膨脹能力很強(qiáng)，其利用Ca2+離子取代一部分Pb2+離子而形成一種置換型固熔體，且其降低膨脹系數(shù)的作用更為明顯。
所以，目前的玻璃粉一般是以上述的低熔點(diǎn)玻璃作為基礎(chǔ)玻璃，在該基礎(chǔ)玻璃中填加上述任一種低膨脹耐火物填料，這樣，在理論上既滿足了低熔點(diǎn)的要求，又滿足了較低膨脹系數(shù)的要求，但是，在實(shí)際的運(yùn)用中，還存在不足之處，具體是原因是制造工藝復(fù)雜，產(chǎn)品穩(wěn)定性差、使用工藝條件經(jīng)常波動(dòng)、膨脹系數(shù)難以達(dá)到理論水平。用該種玻璃粉進(jìn)行焊接的產(chǎn)品氣密性差，容易漏氣，壽命短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉及其制備方法，使該焊料玻璃封接粉具有較好的穩(wěn)定性、軟化點(diǎn)低，低溫封接容易，流動(dòng)性好，適用范圍廣，封接氣密性好，制造工藝過(guò)程簡(jiǎn)單。
本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提出一種鈦酸鉛鈣的制備方法，使制造的鈦酸鉛鈣密度低，易于粉碎，能更好的與其他原料混合。
本發(fā)明所要解決的再一技術(shù)問(wèn)題是提出一種β-鋰霞石的制備方法，使β-鋰霞石的密度低，易于粉碎，能更好的與其他原料混合。
本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉，包括基礎(chǔ)玻璃和低膨脹耐火物填料，其特征在于，按重量比，基礎(chǔ)玻璃(40-95)％、低膨脹耐火物填料(5-60)％。其中，所述的基礎(chǔ)玻璃包括如下按重量比組成的組份PbO(55-88)％、B2O3(2-15)％、Al2O3(0.5-8)％、SiO2(0.5-5)％、ZnO(0.1-6)％、Bi2O3(0.1-20)％；為了增加填料與基礎(chǔ)玻璃的相溶性，F(xiàn)e2O3(0-5)％或CuO(0-5)％或CaO(0-5)％或TiO2(0-10)％或一種以上的任意組合。
所述的低膨脹耐火物填料包括鈦酸鉛鈣或β-鋰霞石在此基礎(chǔ)在上還可以包括鈦酸鉛、堇青石、鋯英石、硅酸鋅、氧化鋅晶須的一種或一種以上的任意組合。
一種低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)焊料玻璃封接粉的制備方法，包括如下步驟步驟1、制備基礎(chǔ)玻璃，具體的過(guò)程為按照配方的重量比將各種原料進(jìn)行稱量、混合，放入鉑金坩堝，在1000-1200℃下保溫5-40分鐘熔化后，成型，球磨過(guò)篩后備用；步驟2、制備低膨脹耐火物填料；
步驟3、按照配方的重量比關(guān)系將步驟1、2制備的組份及相關(guān)調(diào)整組份進(jìn)行混合，制成低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的玻璃封接粉。
在本發(fā)明中，所用的鈦酸鉛鈣為粉末狀，而常用的鈦酸鉛鈣在制備時(shí)采取的加壓的方式，使得鈦酸鉛鈣的密度較大，不易粉碎，因而，本發(fā)明提出一種易于粉碎的鈦酸鉛鈣的制備方法，具體步驟如下步驟1、將原料按化學(xué)計(jì)量稱量、混合；步驟2、放入爐中，在850-1000℃的溫度下燒制1-2小時(shí)；步驟3、取出冷卻；步驟4、再放入爐中在1000-1200℃溫度下燒制1-2小時(shí)；步驟5、冷卻；步驟6、將燒制好的填料粉碎、球磨、過(guò)篩。
在本發(fā)明中，所用的β-鋰霞石為粉末狀，本發(fā)明提出一種易于粉碎的β-鋰霞石的制備方法，具體步驟如下步驟1、將原料按化學(xué)計(jì)量稱量、混合；步驟2、放入爐中，在1100-1300℃的溫度下燒制3-5小時(shí)；步驟3、取出冷卻；步驟4、再放入爐中在700-900℃溫度下燒制1-3小時(shí)；步驟5、冷卻；步驟6、將燒制好的填料粉碎、球磨、過(guò)篩。
本發(fā)明提供的焊料玻璃封接粉的熔點(diǎn)低，膨脹系數(shù)低，穩(wěn)定性好，軟化點(diǎn)低，容易低溫封接，適用范圍廣，如可與電子玻璃中的DM-305、DM-308鉬組玻璃和可伐金屬匹配封接；可與氦氖激光管中有反射鏡片介質(zhì)膜光窗頭與玻璃的封接；可與太陽(yáng)能集熱管玻璃的封接、高硼硅玻璃與低膨脹合金金屬封接、鈉鈣玻璃與膨脹合金金屬封接；可與壓力傳感器進(jìn)行匹配封接，同時(shí)還可以和一切在此溫度和膨脹系數(shù)相符的玻璃、陶瓷、金屬封接，封接氣密性好。
本發(fā)明提供的焊料玻璃封接粉的制備方法工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，制造的焊料玻璃封接粉熔點(diǎn)較低、膨脹系數(shù)較低，符合要求。
另外，采用本發(fā)明提供的鈦酸鉛鈣及β-鋰霞石的制備方法制造出來(lái)的鈦酸鉛鈣及β-鋰霞石易于粉碎，不但工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，而且節(jié)省能源。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
本發(fā)明公開了一種低熔點(diǎn)、低膨脹焊料玻璃封接粉及其制備方法，所述的焊料玻璃封接粉包括基礎(chǔ)玻璃(40-95)％、低膨脹耐火物填料(5-60)％。
其中，所述的基礎(chǔ)玻璃包括如下按重量比組成的組份PbO 55-88％、B2O32-15％、Al2O30.5-8％、SiO20.5-5％、ZnO 0.1-6％、Bi2O30.1-20％，所述的基礎(chǔ)玻璃還包括如下按重量比組成的組份Fe2O3(0-5)％或CuO(0-5)％或CaO(0-5)％或TiO2(0-10)％或一種以上的任意組合。
在這里，當(dāng)PbO＞88％時(shí)，結(jié)晶化程度加大，其膨脹系數(shù)增大；當(dāng)PbO＜55％時(shí)，軟化點(diǎn)增加，流動(dòng)性不好，實(shí)現(xiàn)低封接溫度困難。最好的范圍在60-85％。
當(dāng)B2O3＞15％時(shí)，軟化點(diǎn)捉高，低溫封接困難；當(dāng)B2O3＜2％玻璃熔解作業(yè)易失透，其最好的范圍在8-13％。
當(dāng)Bi2O3＞20％時(shí)，粘度增大，安定性不好，當(dāng)Bi2O3＜0.1％時(shí)形成的玻璃體范圍變窄，其最好的范圍在0.5-10％。
當(dāng)Al2O3＞8％；玻璃軟化點(diǎn)高，低溫封接困難；當(dāng)Al2O3＜0.5時(shí)，作用不明顯，其最好的范圍在0.5-5％。
當(dāng)SiO2＞5％時(shí)，玻璃的軟化點(diǎn)高，低溫封接困難；當(dāng)SiO2＜0.5％時(shí)，玻璃的結(jié)晶傾向加強(qiáng)，其最好的范圍在0.5-3％。
當(dāng)ZnO＞6％時(shí)，玻璃的結(jié)晶傾向加強(qiáng)，玻璃的軟化點(diǎn)高，低溫封接困難；當(dāng)ZnO＜0.1％時(shí)，作用不明顯，其最好的范圍在0.5-6％。
在本發(fā)明提供的玻璃封接粉中的基礎(chǔ)玻璃還可以填加Fe2O3(0-5)％或CuO(0-5)％或CaO(0-5)％或TiO2(0-10)％或一種以上的任意組合。
在本發(fā)明中，當(dāng)對(duì)膨脹系數(shù)要求不高時(shí)，可以只包括基礎(chǔ)玻璃。
所述的低膨脹耐火物填料包括鈦酸鉛鈣或β-鋰霞石，而且，還可以包括鈦酸鉛、堇青石、鋯英石、硅酸鋅、氧化鋅晶須的一種或一種以上的任意組合。
其中，氧化鋅晶須、堇青石、硅酸鋅的制備方法很多，如A、硅酸鋅(ZnSiO3)填料的制備將各種原料按化學(xué)計(jì)量比混合后在1440℃下保溫15小時(shí)。將燒制成填料進(jìn)行粉碎、磨細(xì)過(guò)篩350目。
B、堇青石(MgO 2Al2O35SlO2)填料的制備將各種原料按化學(xué)計(jì)量比混合后在1550℃、4小時(shí)熔融成型制薄片磨細(xì)過(guò)100目篩后，在1000℃下保溫12小時(shí)。待堇青石結(jié)晶后磨細(xì)過(guò)350目篩。
C、氧化鋅晶須(ZnOw)填料的制備取鋅粉放入高溫爐內(nèi)1200℃保溫30分鐘生成氧化鋅晶須。
在本發(fā)明中，所述的鈦酸鉛鈣為主要用于使焊料玻璃封接粉具有低膨脹系數(shù)的組份，其制作的方法如下[PbCaTiO3]按化學(xué)計(jì)量稱量、混合；放入爐中，在850-1000℃的溫度下燒制1-2小時(shí)；取出冷卻；再放入爐中在1000-1200℃溫度下燒制1-2小時(shí)；冷卻；將燒制好的填料粉碎、球磨、過(guò)篩。
在本發(fā)明中，所述的β-鋰霞石也是主要用于使焊料玻璃封接粉具有低膨脹系數(shù)的組份，其制作的方法如下[Li2OAl2O32SiO2]按化學(xué)計(jì)量稱量、混合；放入爐中，在1100-1300℃的溫度下燒制3-5小時(shí)；取出冷卻；再放入爐中在700-900℃溫度下燒制1-3小時(shí)；冷卻；將燒制好的填料粉碎、球磨、過(guò)篩。
以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
實(shí)例一在本實(shí)施例中，所述的焊料玻璃封接粉由下列按重量比組成組份基礎(chǔ)玻璃61％、低膨脹耐火物鈦酸鉛鈣[PbCaTiO3]36％、氧化鋅晶須[ZnOw]3％，其中，基礎(chǔ)玻璃包括PbO 75.5％、B2O312.7％、Al2O35.0％、SiO23.0％、ZnO 1.0％、Bi2O30.8％、TiO22％。基礎(chǔ)玻璃增加了ZnO的含量，由于ZnO的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐侯性強(qiáng)，所在，在基礎(chǔ)玻璃增加了ZnO之后的焊料玻璃封接粉對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性增強(qiáng)，耐酸性、堿性的侵蝕，可以增加用本發(fā)明提供的封接粉進(jìn)行封接的制品的使用壽命。
所述的焊料玻璃封接粉的制備方法為步驟1、制備基礎(chǔ)玻璃，具體的過(guò)程為將PbO、B2O3、Al2O3、SiO2、ZnO、Bi2O3、TiO2按上述的重量比稱量、混合，在鉑金坩堝內(nèi)，在1000℃下保溫40分鐘熔化后，冷卻，球磨過(guò)篩后備用；步驟2、制備鈦酸鉛鈣填料，其方法如前所述，在此不再贅述；步驟3、制備氧化鋅晶須填料，其方法如前所述，在此不再贅述；步驟4、按基礎(chǔ)玻璃61％、低膨脹耐火物鈦酸鉛鈣[PbCaTiO3]36％、氧化鋅晶須[ZnOw]3％的重量比，將步驟1、2、3制備的組份進(jìn)行混合，制成低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的玻璃封接粉。
對(duì)該低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的玻璃封接粉進(jìn)行物理性質(zhì)測(cè)試，測(cè)試的室溫在250℃時(shí)測(cè)得平均熱膨脹系數(shù)為49×10-7/℃；封接溫度為500℃，封接時(shí)間為20分鐘。
其中，熱膨脹系數(shù)的測(cè)定方法是，將待測(cè)玻璃封接粉制成棒，其尺寸為100×10×10m，用膨脹儀測(cè)定。
流動(dòng)徑的測(cè)定方法是，稱取待測(cè)玻璃封接粉10克，壓制成直徑為12.5mm的圓柱狀(壓強(qiáng)約100kg/cm’)將其放在50×50鈉鈣玻璃片上，在480℃下燒制50分鐘，通常樣品會(huì)軟化流動(dòng)，擴(kuò)散成鈕扣狀，以鈕扣的直徑作為測(cè)量流動(dòng)性的尺度。
實(shí)例二在本實(shí)施例中，所述的焊料玻璃封接粉由下列按重量比組成組份基礎(chǔ)玻璃57％低膨脹耐火物填料鈦酸鉛鈣[PbCaTiO3]42％、氧化鋅晶須[ZnOw]1％，其中，基礎(chǔ)玻璃包括如下重量比的組份PbO 75.5％、B2O312.7％、Al2O34.0％、SiO23.0％、ZnO 2.0％、Bi2O30.8％、TiO22％。
本實(shí)施例的制備過(guò)程與實(shí)施例一相同，不同的是各組份的量不同，在此不再贅述。
對(duì)該低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的玻璃封接粉進(jìn)行物理性質(zhì)測(cè)試，測(cè)試的室溫在300℃時(shí)測(cè)得平均熱膨脹系數(shù)為33×10-7/℃，封接溫度為550℃，封接時(shí)間為20分鐘。
實(shí)例三在本實(shí)施例中，所述的焊料玻璃封接粉由下列按重量比組成組份基礎(chǔ)玻璃58％；β-鋰霞石[Li2OAl2O32SiO2]42％。其中，基礎(chǔ)玻璃包括如下重量比的組份PbO 75.1％、B2O39.7％、SiO21.8％、ZnO 2.4％、Bi2O37.3％、Fe2O31.3％、CuO 1.2％、TiO21.2％。
與實(shí)施例二相比，本實(shí)施例的基玻璃中增加了Fe2O3、CuO，增強(qiáng)了玻璃與被封接材料的浸潤(rùn)性。
本實(shí)施例的制備過(guò)程與實(shí)施例一相同，不同的是各組份的量不同，在此不再贅述。
對(duì)該低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的玻璃封接粉進(jìn)行物理性質(zhì)測(cè)試，測(cè)試的室溫在300℃時(shí)測(cè)得平均熱膨脹系數(shù)為33×10-7/℃，封接溫度為550℃，封接時(shí)間為20分鐘。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉，包括基礎(chǔ)玻璃和低膨脹耐火物填料，其特征在于，按重量比，基礎(chǔ)玻璃(40-95)％、低膨脹耐火物填料(5-60)％。其中，所述的基礎(chǔ)玻璃包括如下按重量比組成的組份PbO(55-88)％、B2O3(2-15)％、Al2O3(0.5-8)％、SiO2(0.5-5)％、ZnO(0.1-6)％、Bi2O3(0.1-20)％；所述的低膨脹耐火物填料包括鈦酸鉛鈣或β-鋰霞石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉，其特征在于，所述的基礎(chǔ)玻璃還包括如下按重量比組成的組份Fe2O3(0-5)％或CuO(0-5)％或CaO(0-5)％或TiO2(0-10)％或一種以上的任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉，其特征在于，所述的低膨脹耐火物填料還包括鈦酸鉛、堇青石、鋯英石、硅酸鋅、氧化鋅晶須的一種或一種以上的任意組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉，其特征在于，所述的PbO的重量比為(65-80)％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉，其特征在于，所述的B2O3的重量比為(8-13)％。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉，其特征在于，所述的Bi2O3的重量比在(0.5-10)％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉，其特征在于，所述的Al2O3的重量比在(0.5-5)％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉，其特征在于，所述的SiO2的重量比在(0.5-3)％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的焊料玻璃封接粉，其特征在于，所述的ZnO的重量比在(0.5-6)％。
10.一種低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)焊料玻璃封接粉的制備方法，其特征在于步驟1、制備基礎(chǔ)玻璃，具體的過(guò)程為按照配方的重量比將各種原料進(jìn)行稱量、混合，放入鉑金坩堝，在(1000-1200)℃下保溫5-40分鐘熔化后，成型，球磨過(guò)篩后備用；步驟2、制備低膨脹耐火物填料；步驟3、按照配方的重量比關(guān)系將步驟1、2制備的組份及相關(guān)調(diào)整組份進(jìn)行混合，制成低熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)的玻璃封接粉。
11.一種鈦酸鉛鈣的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1、將原料按化學(xué)計(jì)量稱量、混合；步驟2、放入爐中，在(850-1000)℃的溫度下燒制1-2小時(shí)；步驟3、取出冷卻；步驟4、再放入爐中在(1000-1200)℃溫度下燒制1-2小時(shí)；步驟5、冷卻；步驟6、將燒制好的填料粉碎、球磨、過(guò)篩。
12.一種β-鋰霞石的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1、將原料按化學(xué)計(jì)量稱量、混合；步驟2、放入爐中，在(1100-1300)℃的溫度下燒制3-5小時(shí)；步驟3、取出冷卻；步驟4、再放入爐中在(700-900)℃溫度下燒制1-3小時(shí)；步驟5、冷卻；步驟6、將燒制好的填料粉碎、球磨、過(guò)篩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低熔點(diǎn)、低膨脹焊料玻璃封接粉及其制備方法，所述的焊料玻璃封接粉包括基礎(chǔ)玻璃(40－95)％、低膨脹耐火物填料(5－60)％，其中，所述的基礎(chǔ)玻璃包括如下按重量比組成的組份PbO(55－88)％、B
文檔編號(hào)C03C8/00GK1587147SQ20041007020
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者李宏彥, 魏光云 申請(qǐng)人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司