[发明专利]一种析晶型无铅低温封接玻璃及其制备与使用方法

说明书

技术领域

本发明属于封接玻璃领域，具体涉及一种析晶型无铅低温封接玻璃及其制备与使用方法。 

背景技术

低温封接玻璃（熔化温度和封接温度<600℃)，由于其良好耐热性和化学稳定性，高的机械强度，广泛应用于电子浆料、电真空和微电子技术、能源、宇航、汽车等众多领域，如在固体氧化物燃料电池（SOFC）中，封接材料的性能的优良与否直接导致电池的实际使用性能。封接玻璃也可用于玻璃、陶瓷、金属、半导体间的相互封接。但是，目前国内外研究普遍使用含Pb的封接材料，这将对环境造成污染。由于Bi与Pb在元素周期表中相邻，具有相似物理化学性质，所以在无铅低温玻璃的研究中，铋酸盐玻璃因具有熔封温度低、膨胀系数可调整范围宽、价格低、能显著减少环境污染等优点获得了广泛的关注。

专利申请201310259302.6，公开了一种低温无铅玻璃粉及其制备方法，不过该体系中引入了另外一种有毒的物质Sb，依旧没有彻底解决环保问题。而专利申请201210366375.0也公开了无铅玻璃材料及其制备方法，通过P₂O₅、K₂O、Na₂O、ZrO₂、TiO₂等原料的成分设计避免了环境污染，不过该玻璃的软化温度范围为500~600℃，仍未很好满足低温封接尤其是电子元件低温快速烧结的要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种析晶型无铅低温封接玻璃及其制备和使用方法，通过调节Bi₂O₃和B₂O₃的比例，大幅降低封接玻璃的玻璃转变温度和软化温度，且显著提高玻璃材料的稳定性。

本发明是通过如下技术方案实施的：

一种析晶型无铅低温封接玻璃的原料组成为B₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、MO（MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或几种的混合物）和Bi₂O₃，其摩尔比为0~10：0~5：20~40：30~60：5~30。

制备如上所述的析晶型无铅低温封接玻璃的方法包括以下步骤：

（1）将原料混合均匀；经过1200-1300℃熔制，保温时间1-4小时；对熔制好的玻璃液，进行急冷，获得玻璃熔块；然后，将玻璃熔块粉碎，研磨或者球磨，过筛后获得玻璃粉末； 

（2）将玻璃粉末与粘结剂、分散剂和溶剂混合成浆料，在球磨机中球磨均匀分散；流延成型，自然干燥，然后裁剪成所需形状的胚体，制成封接玻璃。

所述步骤（2）的粘结剂为环氧树脂、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇中的一种或几种的混合物。

所述步骤（2）的分散剂为鱼油、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物。

所述步骤（2）的溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、丙酮中的一种或几种的混合物。

封接玻璃置于待封接部位，在电炉中以1-5℃/min的速率升温，300-400℃保温0.5-1小时，然后以1-5℃/min的速率升温至450-500℃晶化处理0.5-1小时，即完成封接。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明不含Pb等具有毒性的元素，绿色环保；

（2）本发明通过合理调节Bi₂O₃与B₂O₃的比例，大幅降低玻璃软化温度，避免过高温度对其他元件的破坏；

（3）本发明提供的封接玻璃在使用环境中具有良好的稳定性；

（4）本发明选择的制备原料价格低廉，来源渠道多样，工艺稳定。选用相应的氧化物为源物质，使它们均匀混合，熔化和后续热处理中始终保持高比例的混合和分配状态，制备原料简单，易得，工艺稳定，成本低，工艺简单、可行，达到了实用化和工业化的条件。

附图说明

图1为实施例1-4的封接玻璃在平行实验条件下的热膨胀曲线。

图2为实施例1-4的封接玻璃在平行实验条件下的DSC曲线。

具体实施方式