[发明专利]一种与金属或合金封接用无铅低熔点玻璃粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属玻璃粉及其制备方法领域，特别是涉及一种与金属或合金封接用无铅低熔点玻璃粉及其制备方法。

背景技术

封接玻璃是一种先进的焊接材料，该材料具有较适宜的熔化温度和封接温度，良好的耐热性和化学稳定性、高的机械强度，被广泛应用于电真空和微电子技术、激光和红外技术、高能物理、能源、宇航、汽车等众多领域，实现了玻璃、陶瓷、金属、半导体间的相互封接。应用的产品有阴极射线管显示器、真空荧光显示器、等离子体显示器、真空玻璃、太阳能集热管、激光器、磁性材料磁头和磁性材料薄膜等。

在低熔封接玻璃中，含铅封接玻璃具有电阻大、介电损耗小、折射率和色散高以及吸收高能辐射、软化温度低、化学稳定性好等一系列特性，在电子封接方面有着广泛的用途。国内外制备含铅封接玻璃常选用PbO-SiO₂、PbO-B₂O₃、PbO-B₂O₃-SiO₂、PbO-ZnO-B₂O₃等体系。铅的中毒剂量仅为lmg，致死剂量为1g，但是大多数商用封接玻璃中PbO含量甚至高达60--80mol％，如在彩色显像管屏与锥封接用玻璃粉中PbO的含量高达70％，这类产品中含有的重金属会对环境和人体造成严重危害。另外，含铅高的玻璃化学稳定性差，使用后废弃的玻璃遇水、酸雨及大气等的侵蚀，铅离子就会逐渐溶出，导致地下水质的严重污染，对人的生命安全，尤其是对儿童的大脑发育带来严重的威胁。

目前国际上虽没有标准定义无铅产品中铅的含量，但美国认为水管的钎焊(剂)中铅含量小于0.2％即为无铅。而在欧洲，单个元器件的铅含量规定小于0.1％，此水平很有可能被ISO公认，但对电子组装中无铅还没有确切的定义。

真空封接电子器件时，有时不容许采用直接封接，只能利用易熔的特种粉末玻璃焊料在较低温度下进行封接。这种低温封接能够防止金属零件的氧化与变形，同时对构件上的荧光粉、半导体等材料起到保护作用。它也可以作为热敏电阻、晶体三极管和集成电路的防护层而应用在微电子学中。在半导体仪器仪表的无壳封接中，应用无机玻璃比有机介质在防潮性和坚固性方面有明显的优越性，而且无机玻璃比有机介质能耐更高的温度。而铅玻璃具有电阻大、介电损耗小、折射率和色散高，以及吸收高能辐射、软化温度低、化学稳定性好等一系列特性，所以它在这些方面都有着广泛的用途，并在很长时间内被认为是不可替代的。

在熔制这些玻璃时，铅会大量地挥发到空气中；在使用过程中，玻璃中所含的铅也会逐渐地溶出，特别是废弃之后，这些均对我们的身体健康会产生很大的危害。

基于含铅封接玻璃以上的一些原因，最近几年材料科学工作者加快了对含铅玻璃无铅化方面的研究，特别是日本及欧洲各国更是在这方面投入了极大的精力。另外，随着环保意识渐入人心及一些相关法律的陆续出台，此领域的研究工作将日益受到重视。

决定玻璃低熔性的组分可以是某些重金属离子，含有18个或者更多电子的最外电子层的离子，还有易变形的大离子以及带小电荷的阳离子。因而，通常用As₂O₃、Bi₂O₃、V₂O₅、SnO、P₂O₅等氧化物来代替玻璃中的PbO，此外还用一价的阴离子F-来代替二价的阴离子O^2-。现在人类的环保意识越来越强，无铅等无公害封接玻璃及其产品，将会得到越来越多消费者的青睐。根据欧盟各国颁布的电器与电子设备废弃物处理法(Waste Electrical andElectronic Equipment，WEEE)，2008年将禁止使用含Pb、Cd、Hg等重金属的材料。美国国家电子制造业协会已完成无铅制备电子器件的开发，日本也制订了电子产品无铅化的强制实施日期。各国政府鼓励环保课题的研究和发展，包括废弃物的回收、环保设备免税、增加无重金属环保电子材料开发的资金投入等。