一種析晶型高膨脹封接玻璃粉及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微晶玻璃技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種析晶型高膨脹封接玻璃粉及其 制備和應(yīng)用，適合作為與膨脹系數(shù)較大的金屬、陶瓷封接的絕緣材料，同時(shí)也適合作為與膨 脹系數(shù)匹配的玻璃、陶瓷材料封接的絕緣材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 封接玻璃是一種先進(jìn)的焊接材料，該材料具有較適宜的融化溫度和封接溫度，良 好的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性、高的機(jī)械強(qiáng)度，被廣泛應(yīng)用于電真空和微電子技術(shù)、激光和紅外 技術(shù)、高能物理、能源、宇航、汽車(chē)等眾多領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了玻璃、陶瓷、金屬、半導(dǎo)體間的相互封 接，傳統(tǒng)的封接玻璃包括鈉硼硅酸鹽玻璃、鈉鉀鉛硅酸鹽玻璃、鈉鋇硅酸鹽玻璃、鉀鉛硅酸 鹽玻璃、鉀鋇磷酸鹽玻璃等。隨著微電子技術(shù)、電子顯示、光電子技術(shù)的發(fā)展、器件小型化以 及結(jié)構(gòu)元件的精密化，封接器件應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，對(duì)封接要求越來(lái)越高，包括其氣密性、 可靠性和封接溫度要求。尤其是與高膨脹不銹鋼或金屬的封接，不僅要求封接材料具有較 高的膨脹系數(shù)，而且要求具有較高的封接溫度以適應(yīng)較高的使用溫度。而傳統(tǒng)的封接玻璃 與金屬封接時(shí)普遍存在的泄漏率高、容易受潮、電絕緣性能不穩(wěn)定等問(wèn)題。與傳統(tǒng)封接玻璃 相比，封接用微晶玻璃具有熱膨脹系數(shù)變化范圍大、電絕緣性能高、力學(xué)性能優(yōu)良、化學(xué)穩(wěn) 定性高及結(jié)構(gòu)致密與密封性好等特點(diǎn)，是與金屬材料進(jìn)行封接的最佳候選材料。
[0003] 1^20_211〇^02系統(tǒng)微晶玻璃是其中較重要的一種封接材料，具有組成范圍廣、封 接溫度適中（低于l〇〇〇°C )、電阻高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，另外通過(guò)調(diào)整熱處理制度，其 熱膨脹系數(shù)可在很大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。如何調(diào)控Li2O-ZnO-SiO 2系統(tǒng)微晶玻璃的性能參數(shù)， 進(jìn)一步拓展其適用范圍，為本領(lǐng)域技術(shù)人員的一個(gè)重要研究方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在進(jìn)一步拓展Li2O-ZnO-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃的類(lèi)型、并提升其性能參數(shù)， 本發(fā)明提供了一種析晶型高膨脹封接玻璃粉及其制備方法和應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明提供了一種析晶型高膨脹封接玻璃粉，所述析晶型高膨脹封接玻璃粉包 括：30 ?60wt% Si02、10 ?30wt%Zn0、5 ?15wt% Li20、0 ?5wt%Al203、2 ?12wt%B203、 0 ?8wt% K20、0 ?10wt% Na20、0 ?10wt% P2O5、以及 0 ?10wt% NiCKFe2O3和 / 或 Cr2O3, 上述各組成重量分?jǐn)?shù)之和為100%。
[0006] 較佳地，二氧化硅、氧化鋅、氧化鋰的質(zhì)量和為所述析晶型高膨脹封接玻璃粉質(zhì)量 的60?90% ;三氧化二硼、氧化鋁的質(zhì)量和為所述析晶型高膨脹封接玻璃粉質(zhì)量的2? 15% ;氧化鈉、氧化鉀的質(zhì)量和為所述析晶型高膨脹封接玻璃粉質(zhì)量的0?15% ;五氧化 二磷與氧化鎳、三氧化二鐵和/或三氧化二鉻的質(zhì)量和為所述析晶型高膨脹封接玻璃粉質(zhì) 量的0?12%。
[0007] 較佳地，所述析晶型高膨脹封接玻璃粉包括：45?55wt% Si02、12?25wt% ZnO、 5 ?12wt% Li20、0 ?4wt % Al2〇3、3 ?6wt% B2〇3、0 ?8wt% Na20、0 ?6wt% K20、0 ?8wt% PA。
[0008] 較佳地，所述析晶型高膨脹封接玻璃粉中NiCKFe2O3和/或Cr 203的重量百分?jǐn)?shù)為 l-8wt%。
[0009] 較佳地，二氧化硅、氧化鋅、氧化鋰的質(zhì)量和為所述析晶型高膨脹封接玻璃粉質(zhì)量 的60?85% ;三氧化二硼、氧化鋁的質(zhì)量和為所述析晶型高膨脹封接玻璃粉質(zhì)量的2? 13% ;氧化鈉、氧化鉀的質(zhì)量和為所述析晶型高膨脹封接玻璃粉質(zhì)量的0?10% ;五氧化二 磷與氧化鎳、三氧化二鐵和/或三氧化二鉻的質(zhì)量和為所述析晶型高膨脹封接玻璃粉質(zhì)量 的0?12%。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種上述析晶型高膨脹封接玻璃粉的應(yīng)用，所述析晶型高膨脹封 接玻璃粉與需密封的金屬部件在600?800°C熱處理1?4小時(shí)進(jìn)行高溫封裝。
[0011] 較佳地，經(jīng)熱處理后的析晶型高膨脹封接玻璃粉的膨脹系數(shù)為130X KT7? 190 X 10_7/°C，絕緣電阻率為IX IO15?12 X 10 15 Ω ^cm ;所述析晶型高膨脹封接玻璃粉能夠 在超過(guò)500°C的環(huán)境下使用。
[0012] 又，本發(fā)明還提供了上述析晶型高膨脹封接玻璃粉的制備方法，所述制備方法包 括： 1) 按所述析晶型高膨脹封接玻璃粉的組成比例，稱(chēng)取Si02、ZnO、Li20、A120 3、B203、K20、 Na20、P205、以及NiO、Fe2O 3和/或Cr 203,均勻混合后得到原料粉末； 2) 將步驟1)制備的原料粉末密封于坩堝中，在1350-1500°C下保溫得到玻璃液； 3) 將步驟2)制備的玻璃液輥壓、破碎、烘干、球磨、過(guò)篩。
[0013] 較佳地，步驟2)中，坩堝包括鉬銠坩堝。
[0014] 較佳地，步驟2)中，在1350?1500°C下保溫1. 5?3小時(shí)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明在此體系（Li2O-ZnO-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃）的基礎(chǔ)上添加了適量的氧化鎳、三氧 化二鐵或三氧化二鉻等金屬氧化物，可以降低玻璃表面張力，增強(qiáng)玻璃與金屬表面的浸潤(rùn) 性，顯著提高了封接器件的氣密性；同時(shí)在玻璃與金屬部件封接后，選取合適的溫度和時(shí)間 進(jìn)行熱處理，控制微晶玻璃中晶相的析出，調(diào)控其膨脹系數(shù)與封接部件相匹配，保證其具有 良好的高溫強(qiáng)度、高溫絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是一種具有很高實(shí)用價(jià)值的封接材料。
[0016] 更具體來(lái)說(shuō)： 本發(fā)明的析晶型玻璃粉，可析出二硅酸鋰、方石英、硅酸鋅，該多元晶相的特點(diǎn)是能達(dá) 到高膨脹系數(shù)（130?190X 1(T7/°C )，特別適合用于高膨脹金屬器件封接； 本發(fā)明的析晶型玻璃粉，具有較高的封接溫度，可在較高溫度（> 550°C )下使用； 配方中添加了適量的氧化鎳、三氧化二鐵或三氧化二鉻等金屬氧化物，可以降低玻璃 表面張力，增強(qiáng)玻璃與金屬表面的浸潤(rùn)性，使封接器件有較高的氣密性。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 以下結(jié)合下述實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，應(yīng)理解，下述實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本 發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0018] 本發(fā)明涉及一種析晶型高膨脹封接玻璃粉及其制備，屬于微晶玻璃技術(shù)領(lǐng)域。該 微晶玻璃各組分質(zhì)量百分比含量為：30?60% SiO2UO?30% Zn0、5?15% Li20、0? 5% Al203、2 ?12% B203、0 ?8% K20、0 ?10% Na20、0 ?10% P2O5、??10% (NiCKFe2O3或 Cr2O3)。
[0019] 其中，所述的二氧化硅、氧化鋅、氧化鋰的總和為60?90% ; 所述的三氧化二硼、氧化鋁的總和為2?15% ; 所述的氧化鈉、氧化鉀的總和為〇?15% ; 所述的五氧化二磷、氧化鎳或三氧化二鐵或三氧化二鉻的總和為0?12%。
[0020] 所述的析晶型高膨脹封接玻璃粉，其優(yōu)選的重量百分