專利名稱：一種玻璃組合物及其制備方法以及這種玻璃組合物的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃組合物及其制備方法以及這種玻璃組合物的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，等離子顯示屏(Plasma Display Panel，簡稱PDP)是一種利用氣體放電 的顯示技術(shù)日益受到重視，其工作原理與日光燈很相似。它采用了等離子管作為發(fā)光元件， 屏幕上每一個等離子管對應(yīng)一個像素，屏幕以玻璃作為基板，基板間隔一定距離，四周經(jīng)氣 密性封接形成一個個放電空間。放電空間內(nèi)充入氖、氙等混合惰性氣體作為工作媒質(zhì)。在 兩塊玻璃基板的內(nèi)側(cè)面上涂有金屬氧化物導(dǎo)電薄膜作激勵電極，在前面的玻璃基板上再涂 敷一層絕緣介質(zhì)層覆蓋電極，該絕緣層是通過絲網(wǎng)印刷3-4次而形成的。這一用于PDP的 絕緣材料有如下的一些性能要求高透明度(高于80% )，高的擊穿電壓(20μπι時9kv以 上)，550-580°C之間的低燒結(jié)溫度，低于15的介電常數(shù)，線膨脹系數(shù)在8-9 X 10_6/°C之間以 匹配鈉鈣硅系玻璃基板。另外，也要求其熔點比玻璃基板低，因此需要使用低熔點玻璃。當(dāng)前使用的低熔點玻璃，例如基板涂覆用低熔點玻璃中，大都含鉛。鉛組分能大幅 降低玻璃的熔點，但同時會對人體和環(huán)境產(chǎn)生很大的危害，電子材料的無鉛化是大勢所趨。如一項現(xiàn)有技術(shù)中公開了本發(fā)明揭示了一種用于高頻電路的具有低介電常數(shù)的 玻璃組合物，它含有SiO2,并含有B2O3和K2O中的至少一種，各組分的比例位于Si02、B203和 K2O 三元系統(tǒng)組分圖中 A 點(65，35，0)、B 點(65，20，15)、C 點(85,0,15)和 D 點(85,15,0) 連線所包圍的區(qū)域內(nèi)。所述玻璃組合物可摻有少量澄清劑，以降低熔點和玻璃軟化點。作 為絕緣材料，它特別適合用于小型快速電子裝置和設(shè)備中的高頻電路。該現(xiàn)有技術(shù)所制備 的玻璃組合物，具有較低介電常數(shù)，但是該玻璃組合物的起始熔融溫度較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是獲得同時具有較低軟化溫度和較低介電常數(shù)的玻 璃組合物。本發(fā)明提供一種玻璃組合物，包括Ba0、B203、Zn0，以玻璃組合物總重量為基準(zhǔn)，BaO 占 20-70wt%，B2O3 占 10-50wt% ； ZnO 占 10_50wt%。本發(fā)明還提供一種玻璃組合物的制備方法，該方法包括該方法包括在加熱條件 下，將玻璃組合物原料進行熔融，并根據(jù)需要退火成型，該玻璃組合物，包括BaO、B203、ZnO, 以玻璃組合物總重量為基準(zhǔn)，BaO占20-70wt%，B2O3占10_50wt%，ZnO占10_50wt%。本發(fā)明還提供一種絕緣介質(zhì)材料，包括乙基纖維素和本發(fā)明所提供的玻璃組合 物。本發(fā)明提供一種封接玻璃，所述的封接玻璃中含有本發(fā)明中所提供的玻璃組合 物。本發(fā)明提供一種陶瓷燒結(jié)助劑，所述的陶瓷燒結(jié)助劑中含有本發(fā)明所提供的玻璃 組合物。
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本發(fā)明所提供的玻璃組合物同時具有較低的軟化溫度和介電常數(shù)，同時具有適宜 熱膨脹系數(shù)。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種低介低軟化溫度玻璃組合物，包括Ba0、B203、Zn0，以玻璃總重量為 基準(zhǔn)，BaO 占 20-70wt%，B2O3 占 10_50wt% ；ZnO 占 10_50wt%。其中，B2O3是玻璃的網(wǎng)絡(luò)形成體，構(gòu)建成玻璃的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使玻璃容易熔融，抑 制其熱膨脹系數(shù)過分上升，而且在燒結(jié)時增加了玻璃的流動性，以玻璃組合物的總重量為 基準(zhǔn)，B2O3含量為10-50wt%，在優(yōu)選情況下B2O3的含量為18-48wt%。BaO其作用在于降低玻璃的軟化點，起到助熔作用。發(fā)明人通過實驗發(fā)現(xiàn)，BaO的 含量不能添加太多，否則玻璃會出現(xiàn)明顯結(jié)晶而影響其性能，在本發(fā)明中BaO的添加量為 20-70wt %，在優(yōu)選情況下BaO的添加量為33_67wt %，本發(fā)明所采用的BaO可以通過商購獲 得，如上海邦成化工有限公司的生產(chǎn)的BaO。ZnO能降低玻璃軟化點，調(diào)整其熱膨脹系數(shù)，在玻璃中會存在八面體配位[ZnO6]和 四面體[ZnO4]兩種配位情況，前者玻璃結(jié)構(gòu)致密，后者結(jié)構(gòu)比較疏松，ZnO的添加量不能太 多，當(dāng)ZnO含量過多是會增加玻璃的析晶傾向，發(fā)明人通過大量試驗發(fā)現(xiàn)，將ZnO的含量控 制在合理范圍內(nèi)，可以有效調(diào)節(jié)玻璃的熱膨脹系數(shù)，在本發(fā)明中ZnO的含量為10-50wt%， 在優(yōu)選情況下，ZnO的含量為18-44wt%。上述玻璃組合物中還可以包括TiO2、&02、La2O3中的一種或幾種。其中1102和 &02是玻璃微晶化的晶核劑，La2O3能降低該系統(tǒng)玻璃的軟化點和熔融溫度。在本發(fā)明中， 視該玻璃的具體用途，可以添加相關(guān)的晶核劑，以玻璃組合物總重量為基準(zhǔn)，TiO2的添加量 為l-3wt%，ZrO2的添加量為0-5wt%，La2O3的添加量為0_6wt%。本發(fā)明提供一種玻璃組合物的制備方法，該方法包括在加熱條件下，將玻璃組合 物原料進行熔融、澆注、退火成型，該玻璃組合物，包括BaO、B2O3> ZnO,以玻璃組合物總重量 為基準(zhǔn)，BaO 占 20-70wt%，B2O3 占 10_50wt%，ZnO 占 10_50wt%。在制備玻璃組合物的過程中首先按照重量百分比稱取BaO、B203、ZnO,并根據(jù)應(yīng)用 要求添加Ti02、Zr02、La203中的一種或幾種。然后加熱熔融，在上述方法中熔融的過程是在 鉬金或石英坩堝中進行，其中，熔融的溫度1150-1300°C，熔融時間為l_3h，將玻璃液澆鑄 成型，在玻璃退火爐中450°C退火24小時，獲得樣品。退火工藝是指，將樣品在一定溫度保持足夠時間，然后以適宜速度緩慢冷卻的一 種熱處理工藝。退火分為很多種類，本發(fā)明中所采用的退火工藝為均勻化退火，亦稱擴散退 火。該方法中將玻璃工件加熱到該玻璃組合物的軟化點以下的某一較高溫度，長時間保溫， 然后緩慢冷卻下來。均勻化退火是使組合物中的元素發(fā)生固態(tài)擴散，來減輕化學(xué)成分不均 勻性，主要是減輕晶粒尺度內(nèi)的化學(xué)成分不均勻性(晶內(nèi)偏析或稱枝晶偏析)。均勻化退火 溫度所以如此之高，是為了加快組合物中各元素擴散，盡可能縮短保溫時間。經(jīng)過均勻退火 改善了玻璃組合物塑性和韌性，使化學(xué)成分均勻化，去除殘余應(yīng)力，本發(fā)明中所采用的均勻 化退火溫度為450攝氏度，退火時間為12-24h。本發(fā)明除了提供玻璃組合物及其制備方法以外，還提供了該玻璃組合物的應(yīng)用， 本發(fā)明所提供的玻璃組合物的應(yīng)用之一是可以用作等離子顯示屏玻璃基板上的絕緣介質(zhì)涂層，一般等離子顯示屏用到的鈉鈣硅系玻璃的膨脹系數(shù)在7-10X 10_6/°C之間，為了 使等離子顯示屏玻璃得到保護，需要在等離子顯示屏玻璃表面涂覆一層絕緣介質(zhì)涂層， 而為了保證絕緣介質(zhì)涂層與顯示屏玻璃之間具有良好的附著力，要求該絕緣介質(zhì)涂層熱 膨脹系數(shù)需與顯示屏玻璃的熱膨脹系數(shù)相近，而本發(fā)明中的玻璃組合物的膨脹系數(shù)為 7-10X10_6/°C，與顯示屏用玻璃相同，因此可以保證絕緣介質(zhì)與顯示屏用玻璃之間具有良 好的結(jié)合力，同時在透光率、介電常數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)上也符合顯示屏的要求。本發(fā)明提供的玻璃組合物的另外一個應(yīng)用是加入本發(fā)明所提供的玻璃組合物和 其他調(diào)節(jié)膨脹系數(shù)的填料制成封接玻璃。該封接玻璃可以用于玻璃和玻璃，玻璃和陶瓷，玻 璃和金屬，金屬和金屬之間的封接，由上所述，此種玻璃的膨脹系數(shù)在7-10X10_6/°C之間， 根據(jù)封接基體的需要，可以在其中加入少量填料調(diào)節(jié)封接玻璃膨脹系數(shù)，所述的少量填料 包括β-鋰霞石、堇青石、鋯英石和硅酸鋅中的一種或幾種。本發(fā)明所提供的玻璃組合物的應(yīng)用之三是可以被用作微波介質(zhì)陶瓷低溫?zé)Y(jié)助 劑。加入低軟化點玻璃做燒結(jié)助劑后，在陶瓷燒結(jié)過程中，助劑可以在相對較低的溫度熔 融提供液相，從而實現(xiàn)陶瓷的液相活性燒結(jié)，降低其燒結(jié)溫度，實現(xiàn)微波介質(zhì)陶瓷的低溫?zé)?結(jié)。而現(xiàn)在發(fā)展迅速的多層集成電路技術(shù)是籍由多層片式元器件來實現(xiàn)的，多層片式微波 元件需要微波介質(zhì)材料與高電導(dǎo)率的銀、銅等金屬電極共燒，銀和銅的熔點均較低，因此需 要實現(xiàn)微波介質(zhì)陶瓷的低溫?zé)Y(jié)后才能與之低溫共燒。將熔制所得的樣品用Agilent E8363A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量其相對介電常數(shù)， NETZSCH STA 449C差熱分析儀測量起玻璃轉(zhuǎn)變溫度，用NETZSCH DIL402C熱膨脹儀測量 其線膨脹系數(shù)和膨脹軟化點。玻璃的相對介電常數(shù)在12-18之間，玻璃的轉(zhuǎn)變溫度介于 450-600°C之間，在25-300°C溫度范圍內(nèi)的線性熱膨脹系數(shù)為7-10X 10_6/°C，說明本發(fā)明 所提供的玻璃組合物具有低轉(zhuǎn)變溫度以及低介電常數(shù)的特性。下面用具體的實施方式來進一步說明實施例1本實施例用于說明本發(fā)明的玻璃組合物及其制備方法。以玻璃組合物的重量為基準(zhǔn)，將50g的H3B03、59g的BaC03，24g的ZnO放入研缽中 混合均勻，得到玻璃組合物原料混合物。放入鉬金坩堝，然后將裝有混合物的坩堝放入玻璃 熔煉爐中1250°C條件下加熱lh，得到玻璃組合物熔融體，將玻璃組合物熔融體的一部分倒 入模具中室溫下澆注成型，待冷卻至室溫后，將澆注得到的玻璃組合物工件放入退火爐中 進行退火熱處理，退火過程的工藝條件在退火溫度為450攝氏度的條件下保溫24h，然后 取出，最終獲得樣品Tl。實施例2本實施例用于說明本發(fā)明的玻璃組合物及其制備方法。以玻璃組合物的重量為基準(zhǔn)，將提供50g的H3B03、63g的BaCO3, 23g的ZnO放入研 缽中混合均勻，得到玻璃組合物原料混合物。放入鉬金坩堝，然后將裝有混合物的坩堝放入 玻璃熔煉爐中1250°C條件下加熱lh，得到玻璃組合物熔融體，將玻璃組合物熔融體的一部 分倒入模具中室溫下澆注成型，待冷卻至室溫后，將澆注得到的玻璃組合物工件放入退火 爐中進行退火熱處理，退火過程的工藝條件在退火溫度為450攝氏度的條件下保溫24h， 最終獲得樣品T2。
實施例3本實施例用于說明本發(fā)明的玻璃組合物及其制備方法。以玻璃組合物的重量為基準(zhǔn)，將62g的H3B03、45g的BaCO3, 23g的ZnO研缽中手動 混合均勻得到玻璃組合物原料混合物。放入鉬金坩堝，然后將裝有混合物的坩堝放入玻璃 熔煉爐中1250°C條件下加熱lh，得到玻璃組合物熔融體，得到玻璃組合物熔融體，將玻璃 組合物熔融體的一部分倒入模具中室溫下澆注成型，待冷卻至室溫后，將澆注得到的玻璃 組合物工件放入退火爐中進行退火熱處理，退火過程的工藝條件在退火溫度為450攝氏 度的條件下保溫24h，然后取出，最終獲得樣品T3。實施例4本實施例用于說明本發(fā)明的玻璃組合物及其制備方法。以玻璃組合物的重量為基準(zhǔn)，將56g的H3B03、44g的BaCO3, 24g的ZnO研缽中手動 混合均勻得到玻璃組合物原料混合物。放入鉬金坩堝，然后將裝有混合物的坩堝放入玻璃 熔煉爐中1250°C條件下加熱lh，得到玻璃組合物熔融體，得到玻璃組合物熔融體，將玻璃 組合物熔融體的一部分倒入模具中室溫下澆注成型，待冷卻至室溫后，將澆注得到的玻璃 組合物工件放入退火爐中進行退火熱處理，退火過程的工藝條件在退火溫度為450攝氏 度的條件下保溫24h，然后取出，最終獲得樣品T4。實施例5本實施例用來說明本發(fā)明所提供玻璃組合物及其制備方法，本實施例中所采用的 實施方法與實施例1中的制備方法相同，不同是，在本實施例中還包括4g的TiO2，最終獲得 樣品T5。實施例6本實施例用來說明本發(fā)明所提供的玻璃組合物，及其制備方法，本實施例中所采 用的制備方法與實施例1中所采用的制備方法相同，所不同的是本實施例中還包括17g的 La2O3，最終獲得玻璃組合物樣品T6。實施例7本實施例用來說明本發(fā)明所提供的玻璃組合物，及其制備方法，本實施例中所采 用的制備方法與實施例1中所采用的制備方法相同所不同的是本實施例中還包括Iig的 &02，最終獲得玻璃組合物樣品T7。對比例1本實施例用于與對比專利中的玻璃組合物作對比。以玻璃組合物的重量為基準(zhǔn)，將44g&B203、12g的Si02，26g ZnO以及13gK20研缽 中手動混合均勻得到玻璃組合物原料混合物。放入鉬金坩堝，然后將裝有混合物的坩堝放 入1250°C條件下加熱lh，得到玻璃組合物熔融體，得到玻璃組合物熔融體，將該玻璃組合 物熔融體倒入模具中在室溫下澆注成型，待冷卻至室溫后，將澆注得到的玻璃組合物工件 放入退火爐中進行退火熱處理，退火過程的工藝條件在退火溫度為450攝氏度的條件下 保溫24h，然后取出，最終獲得樣品CTl。實施例8-14本實施例用來測試實施例1-7制備的玻璃組合物樣品T1-T7的各項性能，其中包 括
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1)介電常數(shù)測試按照標(biāo)準(zhǔn)號為GB11310-1989的測試標(biāo)準(zhǔn)，將加工成圓柱狀(Φ 15X8mm)的樣品放 入Agilent E8363A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測量其相對介電常數(shù)，測試結(jié)果見表1。2)轉(zhuǎn)變溫度測試按照標(biāo)準(zhǔn)號為GB/T 7962. 16-1987的測試標(biāo)準(zhǔn)，將粉末狀樣品放入NETZSCH STA 449C差熱分析儀，測量各樣品的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，測試結(jié)果見表1。3)膨脹系數(shù)測試按照標(biāo)準(zhǔn)號為GB/T 7962. 16-1987的測試標(biāo)準(zhǔn)，將尺寸為25 X 5 X 5mm的樣品放入 NETZSCH DIL402C熱膨脹儀測量其線膨脹系數(shù)，測試結(jié)果見表1。表 權(quán)利要求
一種玻璃組合物，包括BaO、B2O3、ZnO，以玻璃組合物總重量為基準(zhǔn)，BaO占20 70wt％，B2O3占10 50wt％，ZnO占10 50wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃組合物，其中以玻璃組合物總重量為基準(zhǔn)，BaO占 33-67wt%, B2O3 占 18-48wt%，ZnO 占 18_44wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的玻璃組合物，其中該玻璃組合物還包括Ti02、ZrO2, La2O3中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的玻璃組合物，其中以玻璃組合物的總重量為基準(zhǔn)，TiO2的添 加量為l_3wt%，ZrO2的添加量為0-5wt%，La2O3的添加量為0_6wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃組合物，該玻璃組合物在25-300°C溫度時的線性熱膨脹 系數(shù)為 7-10 X IO^V0C O
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃組合物，該組合物的介電常數(shù)為12-18。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃組合物，該玻璃組合物的軟化點溫度為450-600°C。
8.一種玻璃組合物的制備方法，該方法包括在加熱條件下，將玻璃組合物原料進行熔 融、澆注并淬冷或退火，其特征在于，該玻璃組合物，包括BaO、B203、ZnO,以玻璃組合物總重 量為基準(zhǔn)，BaO 占 33-67wt%，B2O3 占 18_48wt% ；ZnO 占 18_44wt%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的玻璃組合物的制備方法，其中熔融的溫度為1150-1300°C，熔 融的時間為l_3h。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的玻璃組合物的制備方法，該組合物還可包括Ti02、Zr02、La203 中的一種或幾種。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的玻璃組合物的制備方法，其中以玻璃組合物的總重量為基 準(zhǔn)，TiO2的添加量為l-3wt%，ZrO2的添加量為0-5wt%，La2O3的添加量為0_6wt%。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的玻璃組合物的制備方法，其中所述的退火溫度為450°C，時 間為 12-24h。
13.—種絕緣介質(zhì)材料，包括乙基纖維素和如權(quán)利要求1-7任意一項所述的玻璃組合物。
14.一種封接玻璃，其特征在于，所述的封接玻璃中含有權(quán)利要求1-7任意一項所述的 玻璃組合物。
15.一種陶瓷燒結(jié)助劑，其特征在于，所述的陶瓷燒結(jié)助劑中含有權(quán)利要求1-7任意一 項所述的玻璃組合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種玻璃組合物及其制備方法以及這種玻璃組合物的應(yīng)用，其中，所述的玻璃組合物，包括BaO、B2O3、ZnO，以玻璃組合物總重量為基準(zhǔn)，BaO占20-70wt％，B2O3占10-50wt％；ZnO占10-50wt％。這種玻璃組合物的制備方法，包括在加熱條件下，將玻璃組合物原料進行熔融、澆注，退火成型，本發(fā)明所提供的玻璃組合物具有始軟化點低、介電性能好的特性。
文檔編號C03C8/24GK101962265SQ200910108968
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者周龍飛, 林信平 申請人:比亞迪股份有限公司