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低熔点封接玻璃具有较低的封接温度,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、高能物理、能源、汽车等众多领域。由于技术限制,目前商用封接玻璃以含铅玻璃为主。随着人类环保意识的不断加强,无铅封接玻璃及其产品受到越来越多消费者的青睐。由于国内无铅低温封接玻璃研究起步较晚,技术实力与国外公司尚有较大差距,许多封接玻璃还依赖进口,无铅低温玻璃的开发还有许多工作要做。
本研究选用分析纯的磷酸二氢铵、氧化亚锡、氧化钙、二氧化硅及三氧化二硼为原料,采用高温熔融冷却法在还原气氛下制备了P2O5-SnO-CaO、P2O5-SnO-CaO-SiO2及P2O5-SnO-CaO-B2O3体系封接玻璃样品,并在前期的实验基础上确定了具体的的实验工艺流程,筛选出P2O5-SnO-CaO体系玻璃的最佳合成工艺参数。该体系封接玻璃不仅具有工艺简单、原料廉价易得、生产成本低、环境兼容性好、玻璃性能较优越等特点,而且玻璃样品的软化点(Tf)、封接温度(Ts)普遍比目前商用无铅封接玻璃样品的要低,有利于实现封接玻璃低温化。本研究的磷酸盐体系的部分封接玻璃还可以应用于芯片、集成电路、各类半导体器件、传感器件等对封接工艺温度非常敏感的封接件上,而目前绝大多数在用的商用无铅封接玻璃却很难满足封接玻璃低温化的要求。在相同的合成工艺条件下,作者结合相关文献,通过大量有效的实验摸索出P2O5-SnO-CaO三元系列玻璃的成玻区,且成玻范围较大。
通过对P2O5-SnO-CaO(简称PSC,下同)玻璃性能检测,结果显示:该体系玻璃具有较低的转变温度(Tg)、软化温度(Tf);较高的化学稳定性和电绝缘性能;有利于低温封接;封接件安全性高、使用寿命长等优点。同时该三元体系玻璃也存在一些不足之处,如在合成过程中,磷流失量较大,渗入玻璃样品中的铝偏多,这将会影响到玻璃的性能;热膨胀系数偏大,不利于玻璃与金属的匹配封接;化学稳定性和体积电阻率还需要进一步提高。为了提高PSC封接玻璃样品的性能,作者通过添加少量SiO2或B2O3做辅料,来降低玻璃的热膨胀系数、提高玻璃的化学稳定性和电绝缘性等。
实验研究表明:在PSC玻璃中添加少量的SiO2、B2O3不仅不会影响配料成玻,还能强化玻璃网络结构,可以有效控制磷的流失,调节玻璃的热膨胀系数,提高玻璃化学稳定性和电绝缘性。与PSC三元体系封接玻璃相比,添加少量SiO2或B2O3的PSC封接玻璃不但成玻性好,而且热稳定性、化学稳定性和电绝缘性等性能有很大的提高。
实验结果数据对比表明,本研究的封接玻璃很多性能已达到甚至超过目前在用的多种商用封接玻璃,而且成本低、原料来源广、能耗低,是一种市场前景好的新型环保型封接玻璃。