專利名稱：：一種無鉛鋁及鋁合金封接用低熔玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鋁及鋁合金封接
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
：鋁及鋁合金封接用低熔玻璃適用于一些鋁封接插件，電子領(lǐng)域中的鋁封接插件是鋁電解電容中的一個重要部件，它適用于溫度變化不大、工作頻率不高(不高于25kHz)的場合。如汽車電子、家用電器、信息通訊器材、工業(yè)領(lǐng)域、軍事及航空航天領(lǐng)域。由于鋁的熔點為660°C，熱膨脹系數(shù)為236X10^廠C，而鋁合金的熔點為605650°C，因而要求用于鋁及鋁合金封接用低熔玻璃使用溫度在60(TC以下，熱膨脹系數(shù)為150230X10-7/°C。目前根據(jù)資料查詢可用于鋁封接的玻璃多為含鉛玻璃。研究表明含鉛高的玻璃化學(xué)穩(wěn)定性差，使用廢棄后的玻璃遇到水、酸雨及大氣等的侵蝕，鉛離子會逐漸溶出，將導(dǎo)致地下水質(zhì)的嚴(yán)重污染，對人的生命安全，尤其對兒童的大腦發(fā)育會帶來嚴(yán)重的影響，據(jù)資料表明PbS04在冷水中的溶解量是4xl(T6g/cm3、在熱水中的溶解量為71X1(Tg/cm3，Pb(N03)2在冷水中的溶解量是37.65xl(^g/cm3、在熱水中的溶解量為127X10—3g/cm3，PbCl2在冷水中的溶解量是lxl0、/cm3、在熱水中的溶解量為3.5X10—3g/cm3;另一方面，在含鉛玻璃的生產(chǎn)中，由于配料過程中粉塵的飛揚和玻璃熔制過程中鉛的揮發(fā)會對作業(yè)工人及環(huán)境造成危害，因而，含鉛玻璃的使用對于環(huán)境保護來說是不利的?，F(xiàn)在無鉛鋁封接玻璃探索方面:主要集中在高鉍含量硼酸鹽體系、釩酸鹽體系、磷酸鹽玻璃體系。研究發(fā)現(xiàn)高鉍含量硼酸鹽體系中必須加入Bi、Cd等對環(huán)境和人體同樣有很大的危害的物質(zhì)以降低熔點，同樣具有污染，釩酸鹽玻璃為層狀結(jié)構(gòu)，易吸收水分，在燒結(jié)體系中易形成氣泡，同時在使用中存在著熱膨脹系數(shù)匹配及成本問題。而磷酸鹽玻璃熔化溫度和封接溫度相對較低，膨脹系數(shù)大，化學(xué)穩(wěn)定性較差，相對而言磷酸鹽玻璃是最具發(fā)展前景的玻璃。目前，國外已有可用于鋁封接的玻璃有以下幾種美國專利第3522489號公開的玻璃組成摩爾百分?jǐn)?shù)為PbO7080%，ZnO612%,B203510%,BaO48%,Si0215%。該系統(tǒng)玻璃的封接溫度為300650°C，熱膨脹系數(shù)100130X10勺。C。美國專利第5965469號公開的玻璃組成摩爾百分?jǐn)?shù)為Na201025%,K201025%，Al203415%，P205550%、B203010。/。,MXO《12。/。,MXO指CaO,MgO,PbO或他們的混合物。該系統(tǒng)玻璃的熱膨脹系數(shù)為i6o2ioxio-7rc.，化學(xué)穩(wěn)定性在去離子水中的分解率《6X10'7g/cm2。美國專利第5538527號公開的玻璃組成摩爾百分?jǐn)?shù)為Na202050%,BaO530%Al2030.53%，P2054060%該系統(tǒng)玻璃的軟化溫度為30(TC55(rC，熱膨脹系數(shù)為100250X1(T7/°C。以上幾種玻璃，前兩種為含鉛玻璃，由于環(huán)境保護的需要，含鉛玻璃將逐步被無鉛玻璃所取代，而封接溫度偏高，化學(xué)穩(wěn)定性較差是現(xiàn)有的無鉛玻璃存在的缺點。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有的無鉛玻璃封接溫度偏高，化學(xué)穩(wěn)定性較差的技術(shù)問題，提供一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃及其制備方法一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃，其組分及含量按摩爾百分比計算如下P205為3055°/。，Na20為2040°/。，Li20為020%，B203為510%，八1203為17%，SiO2為030/。。一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃制備方法，其步驟如下1)引入氧化物原料其中以磷酸氫二銨引入五氧化二磷、分析純碳酸鈉引入氧化鈉、分析純碳酸鋰引入氧化鋰、分析純硼酸引入三氧化二硼、氫氧化鋁引入三氧化二鋁、石英砂引入二氧化硅、其余組分由各自氧化物引入；2)根據(jù)上述步驟l)中封接玻璃的摩爾百分比組成范圍，確定玻璃配方，計算出玻璃的重量百分比，其中P2053055%，Na2O2040%，Li2O020%，Al203l7%，B20308%，SiO203%;將上述配料混合攪拌均勻；3)對配制好的混合物放在馬弗爐中升溫，速率為510。C/min,至200300°C，保溫4h，進行除氣處理；4)將配合料從馬弗爐中取出放入鉑金坩堝，然后在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為35°C/min。熔制溫度為10001250。C，保溫30min90min，進行澄清；5)對熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的封接玻璃不含鉛，適用于鋁及鋁合金的封接。玻璃的封接溫度45055(TC，低于60(TC。熱膨脹系數(shù)在150230xlO^/。C范圍內(nèi)，化學(xué)穩(wěn)定性良好。具體實施例方式下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明進行具體闡述本發(fā)明以五氧化二磷作為骨架結(jié)構(gòu)，加入八1203、B203，可使玻璃中形成[AIPCM、[BP04]單元，由直鏈變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃的結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定性提高。為了調(diào)節(jié)玻璃的熱膨脹系數(shù)，改善玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，在玻璃中加入了氧化硅，Si02含量不宜超過5y。，否則玻璃的轉(zhuǎn)變溫度和封接溫度容易提高。堿金屬的加入可以改善玻璃的流動性及化學(xué)穩(wěn)定性，使玻璃的密封性更好。并且根據(jù)堿金屬效應(yīng)，當(dāng)加入的堿金屬氧化物其質(zhì)量相近時，其化學(xué)穩(wěn)定性最好。但是堿金屬含量增多，其熱膨脹系數(shù)變大。因而其Na20+Li20含量應(yīng)控制在一定范圍。實施例玻璃的摩爾百分比見表1實施例1:一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃制備方法，其步驟如下1)引入氧化物原料其中以磷酸氫二銨引入五氧化二磷、分析純碳酸鈉引入氧化鈉、分析純碳酸鋰引入氧化鋰、分析純硼酸引入三氧化二硼、氫氧化鋁引入三氧化二鋁、石英砂引入二氧化硅、其余組分由各自氧化物引入；2)根據(jù)上述步驟l)中封接玻璃的摩爾百分比組成范圍，確定玻璃配方，計算出玻璃的重量百分比，其中P20s為55%,NasO為36%,Li20為0%，A1203為1%，B203為5%，Si02為3%;將上述配料混合攪拌均勻；3)對配制好的混合物放在馬弗爐中升溫，速率為5'C/min，升溫至300。C，保溫4h，進行除氣處理；4)將配合料從馬弗爐中取出置于鉑金坩堝，然后在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為3-C/min，熔制溫度為118rC，保溫90min，并于114(TC進行澄清；5)對熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。將模具中的樣品取出根據(jù)測試要求進行處理并進行測試，測試結(jié)果見表L實施例2:一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃制備方法，其步驟如下1)引入氧化物原料其中以磷酸氫二銨引入五氧化二磷、分析純碳酸鈉引入氧化鈉、分析純碳酸鋰引入氧化鋰、分析純硼酸引入三氧化二硼、氫氧化鋁引入三氧化二鋁、石英砂引入二氧化硅、其余組分由各自氧化物引入；2)根據(jù)上述步驟l)中封接玻璃的摩爾百分比組成范圍，確定玻璃配方，計算出玻璃的重量百分比，其中？205為46%,Na20為24呢，Li2。為12%，八1203為7%，B203A10%，Si。2為1%;將上述配料混合攪拌均勻；3)對配制好的混合物放在馬弗爐中升溫，速率為1(TC/min,升溫至200。C，保溫4h，進行除氣處理；4)將配合料從馬弗爐中取出放入坩堝，然后在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為5°C/min，熔制溫度為1000°C，保溫60min,進行澄清；5)對熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。將熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。將模具中的樣品取出根據(jù)測試要求進行處理并進行測試，測試結(jié)果見表l實施例3:一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃制備方法，其步驟如下1)引入氧化物原料其中以磷酸氫二銨引入五氧化二磷、分析純碳酸鈉引入氧化鈉、分析純碳酸鋰引入氧化鋰、分析純硼酸引入三氧化二硼、氫氧化鋁引入三氧化二鋁、石英砂引入二氧化硅、其余組分由各自氧化物引入；2)根據(jù)上述步驟l)中封接玻璃的摩爾百分比組成范圍，確定玻璃配方，計算出玻璃的重量百分比，其中？205為30%,Na2O為40呢，1^20為20%,^203為5%,8203為5%，SiO2為09&;將上述配料混合攪拌均勻；3)對配制好的混合物放在馬弗爐中升溫，速率為8TVmin，升溫至25(TC，保溫4h，進行除氣處理；4)將配合料從馬弗爐中取出放入坩堝，然后在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為4'C/min，熔制溫度為1250°C，保溫30min，進行澄清；5)對熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。將熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。將模具中的樣品取出根據(jù)測試要求進行處理并進行測試，測試結(jié)果見表l實施例4:按表1中的組成進行配料，與實施例3進行比較，比較玻璃的Tg、Tf、及熱膨脹系數(shù)的變化，工序步驟與上述實施例均相同。僅僅步驟4)將配合的玻璃混合料從馬弗爐中取出放入坩堝內(nèi)，在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為7'C/min，加熱到1187。C保溫40min，并于1217。C進行澄清。將熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。將模具中的樣品取出根據(jù)測試要求進行處理并進行測試，測試結(jié)果見表l實施例5:按表1中的組成進行配料，與實施例4進行比較，比較玻璃的Tg、Tf、及熱膨脹系數(shù)的變化，工序步驟與上述實施例均相同。僅僅步驟4)將配合的玻璃混合料從馬弗爐中取出放入坩堝內(nèi)，在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為6'C/min，加熱到1190。C保溫40min，并于1224。C進行澄清。將熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。將模具中的樣品取出根據(jù)測試要求進行處理并進行測試，測試結(jié)果見表l實施例6:按表1中的組成進行配料，與實施例5進行比較，比較玻璃的Tg、Tf、及熱膨脹系數(shù)的變化以及玻璃在水中化學(xué)穩(wěn)定性變化，工序步驟與上述實施例均相同。僅僅步驟4)將配合的玻璃混合料從馬弗爐中取出放入坩堝內(nèi)，在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為9"C/min，加熱到1156。C保溫40min，并于1170。C進行澄清。將熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。將模具中的樣品取出根據(jù)測試要求進行處理并進行測試，測試結(jié)果見表l表l<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>按照上述的玻璃加工制備方法進行玻璃的熔制，成型。對加工后的樣品進行測試，測試方法為玻璃的Tg、Tf、a采用ZNO—II雙桿膨脹系數(shù)測定儀測定，將玻璃樣品做成lOOmm左右的條狀試樣后，由室溫升至30(TC，升溫速率為35。C/min。玻璃在水中的化學(xué)穩(wěn)定性采用表面失重法測定。用wT。表示，樣品為10mmX10mmX10mm的塊狀，表面無裂紋。將試樣清洗干凈，烘干稱重Wi，然后放入9(TC的去離子水中，保溫10h，取出烘干后稱出重量W2，最后計算其單位面積溶解量。根據(jù)實驗結(jié)果，本發(fā)明的鋁及鋁合金封接用低熔玻璃的單位面積溶解量在0.090.25°/。mg/cn^之間，化學(xué)穩(wěn)定性良好。權(quán)利要求1.一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃，其特征在于其組分按摩爾百分比計算如下P2O5含量為30～55％、Na2O含量為20～40％、Li2O含量為0～20％、B2O3含量為5～10％、Al2O3含量為1～7％、SiO2含量為0～3％。2.—種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃的制備方法，其特征在于，包含如下步驟[1)引入氧化物原料其中以磷酸氫二銨引入五氧化二磷、分析純碳酸鈉引入氧化鈉、分析純碳酸鋰引入氧化鋰、分析純硼酸引入三氧化二硼、氫氧化鋁引入三氧化二鋁、石英砂引入二氧化硅、其余組分由各自氧化物引入；[2)根據(jù)上述步驟l)中封接玻璃的摩爾百分比組成范圍，確定玻璃配方，計算出玻璃的重量百分比，其中P2Os為3055%，NazO為2040%，Li20為020%,A1203為17%，B203為510%，Si02為03%;將上述配料混合攪拌均勻；[3)對配制好的混合物放在馬弗爐中升溫，速率為5UrC/min，升溫至200300。C，保溫4h，進行除氣處理；[4)將配合料從馬弗爐中取出放入坩堝，然后在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為35°C/min，熔制溫度為10001250°C，保溫30min90min，進行澄清；[5)對熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁及鋁合金封接用低熔玻璃的制備方法，其特征在于1)引入氧化物原料其中以磷酸氫二銨引入五氧化二磷、分析純碳酸鈉引入氧化鈉、分析純碳酸鋰引入氧化鋰、分析純硼酸引入三氧化二硼、氫氧化鋁引入三氧化二鋁、石英砂引入二氧化硅、其余組分由各自氧化物引入；2)根據(jù)上述步驟l)中封接玻璃的摩爾百分比組成范圍，確定玻璃配方，計算出玻璃的重量百分比，其中P20s為55%，Na20為36%，Li20為0%，A1203為1%，B203為5%，Si02為3%;將上述配料混合攪拌均勻；3)對配制好的混合物放在馬弗爐中升溫，速率為5TVmin,升溫至300'C,保溫4h，進行除氣處理；4)將配合料從馬弗爐中取出放入坩堝，然后在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為3°C/min，熔制溫度為1181°C，保溫90min，進行澄清；5)對熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁及鋁合金封接用低熔玻璃的制備方法，其特征在于1)引入氧化物原料其中以磷酸氫二銨引入五氧化二磷、分析純碳酸鈉引入氧化鈉、分析純碳酸鋰引入氧化鋰、分析純硼酸引入三氧化二硼、氫氧化鋁引入三氧化二鋁、石英砂引入二氧化硅、其余組分由各自氧化物引入；2)根據(jù)上述步驟l)中封接玻璃的摩爾百分比組成范圍，確定玻璃配方，計算出玻璃的重量百分比，其中P20s46%,Na2024%，Li2012%，Al2037%，B2O310%，Si02l%;將上述配料混合攪拌均勻；3)對配制好的混合物放在馬弗爐中升溫，速率為10°C/miri,升溫至20(TC，保溫4h，進行除氣處理；4)將配合料從馬弗爐中取出放入柑堝，然后在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為5°C/min，熔制溫度為1000°C，保溫60min,進行澄清；5)對熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁及鋁合金封接用低熔玻璃的制備方法，其特征在于1)引入氧化物原料其中以磷酸氫二銨引入五氧化二磷、分析純碳酸鈉引入氧化鈉、分析純碳酸鋰引入氧化鋰、分析純硼酸引入三氧化二硼、氫氧化鋁引入三氧化二鋁、石英砂引入二氧化硅、其余組分由各自氧化物引入；2)根據(jù)上述步驟l)中封接玻璃的摩爾百分比組成范圍，確定玻璃配方，計算出玻璃的重量百分比，其中？20530%，Na2O40%，Li2020%，Al2035%，B2035%，SiO20%;將上述配料混合攪拌均勻；3)對配制好的混合物放在馬弗爐中升溫，速率為8。C/min,升溫至25(TC，保溫4h，進行除氣處理；4)將配合料從馬弗爐中取出放入坩堝，然后在硅鉬高溫爐中開始升溫熔制，升溫速率為4°C/min，熔制溫度為1250°C，保溫30min，進行澄清；5)對熔制好的玻璃液根據(jù)測試要求倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中。全文摘要本發(fā)明涉及一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃及其制備方法，一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃，其組分中P₂O₅含量為30～55％、Na₂O含量為20～40％、Li₂O含量為0～20％、B₂O₃含量為5～10％、Al₂O₃含量為1～7％、SiO₂含量為0～3％；一種鋁及鋁合金封接用低熔玻璃的制備方法，包含如下步驟1)引入氧化物原料；2)確定玻璃配方，將配料混合攪拌均勻；3)對配制好的混合物升溫至200～300℃，保溫，進行除氣處理；4)將配合料放入坩堝，在硅鉬高溫爐中升溫熔制，熔制溫度為1000～1250℃，保溫；5)對熔制好的玻璃液倒入模具制備樣品，其余倒入冷水中，本發(fā)明的低熔玻璃的失重比小，化學(xué)穩(wěn)定性良好。文檔編號C03C3/062GK101538116SQ20091002213公開日2009年9月23日申請日期2009年4月22日優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日發(fā)明者任越鋒,慶馮,生馮,楊文波,水胡申請人:西安華泰有色金屬實業(yè)有限責(zé)任公司