无铅电子玻璃的制备方法

摘要

本发明涉及一种无铅电子玻璃的制备方法。国内外又发展了无铅封接玻璃，主要体系有：Bi2O3-B2O3-SiO2、Bi2O3-B2O3-ZnO、V2O5-B2O3-ZnO、BaO-B2O3-ZnO等，前三种体系原材料价格过高，每公斤材料成本在100元以上，第四种材料体系膨胀系数过大，要想降低膨胀系数，材料熔点就要升高。本发明的无铅电子玻璃的制备原料及其重量配比为：B2O3：30～80份；ZnO：10～30份；Na2CO3：5～10份；CaCO3：1～10份；长石：1～5份。本发明制备的无铅电子玻璃电气性能优良，介电常数小、介质损耗、体积电阻率高、击穿强度高；且在生产中不会对人体产生危害、不产生有害废气和废水及废渣。

权利要求

1.无铅电子玻璃的制备方法：其特征在于：无铅电子玻璃的制备原料及其重量配比为：B2O3 30～80份；ZnO 10～30份；

Na2CO3 5～10份；CaCO3 1～10份；

长石 1～5份；

使用上述材料的制备方法：

(1)、按上述材料进行准确称量，在混料机里混料30分钟；

(2)、将玻璃熔炉装好坩埚，升温到预定温度1300℃，加料；

(3)、当玻璃熔化均匀后，用不锈钢勺舀出，缓缓倒入水淬池里；

(4)、将水放净，取出料，在干燥箱里120℃～150℃烘干2h；

(5)、将烘干的料装入球磨机里，球磨机预先装入一定重量的球石；球磨到一定时间，出料，过200目筛；

(6)、称量，包装。

2.根据权利要求1所述的无铅电子玻璃材料的制备方法：其特征在于：所述的无铅电子玻璃的制备原料及其重量配比为：B2O3 60份；ZnO 17份；

CaCO3 10份；Na2CO3 8份；

长石 5份。

说明书

无铅电子玻璃的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于电子材料技术领域，涉及一种无铅电子玻璃的制备方法，它主要用于电子元器件的外包封、瓷片的粘接、器件的密封等。

背景技术

[0002] 在已知技术中，广泛用于电子元器件、电真空器件、半导体器件包封、封接的电子玻璃，目前都是采用PbO-B2O3-SiO2、PbO-ZnO-B2O3材料体系，该材料体系封接性能良好，电性能良好，价格适中，是目前封接玻璃的主流。存在的主要问题是铅含量高，用量在50％～80％，在玻璃的生产过程中，对操作工人的身体健康及环境造成极大的危害；封接过的废弃的元件，PbO又会溶到雨水、土壤中，对环境造成更大的危害。为了减少对人体、环境的危害，国内外又发展了无铅封接玻璃，主要体系有：Bi2O3-B2O3-SiO2、Bi2O3-B2O3-ZnO、V2O5-B2O3-ZnO、BaO-B2O3-ZnO等，前三种体系原材料价格过高，每公斤材料成本在100元以上，第四种材料体系膨胀系数过大，要想降低膨胀系数，材料熔点就要升高。本发明就是针对上述材料体系含铅、成本高提出来的。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种无铅电子玻璃的制备方法，其制备的无铅电子玻璃电气性能优良，介电常数小、介质损耗、体积电阻率高、击穿强度高。

[0004] 本发明所采用的技术方案是：

[0005] 无铅电子玻璃的制备方法，其特殊之处在于：无铅电子玻璃的制备原料及其重量配比为：

[0006] B2O3 30～80份； ZnO 10～30份；

[0007] Na2CO3 5～10份； CaCO3 1～10份；

[0008] 长石 1～5份；

[0009] 使用上述材料的制备方法：

[0010] (1)、按上述材料进行准确称量，在混料机里混料30分钟；

[0011] (2)、将玻璃熔炉装好坩埚，升温到预定温度1300℃，加料；

[0012] (3)、当玻璃熔化均匀后，用不锈钢勺舀出，缓缓倒入水淬池里；

[0013] (4)、将水放净，取出料，在干燥箱里120℃～150℃烘干2h；

[0014] (5)、将烘干的料装入球磨机里，球磨机预先装入一定重量的球石；球磨到一定时间，出料，过200目筛；

[0015] (6)、称量，包装。

[0016] 上述的无铅电子玻璃材料的制备原料及其重量配比为：

[0017] B2O3 60份；ZnO 17份；

[0018] CaCO3 10份；Na2CO3 8份；

[0019] 长石 5份。

[0020] 本发明相对于现有技术，其有益效果如下：

[0021] 采用不含铅的环保材料，在生产中不会对人体产生危害、不产生有害废气和废水及废渣，是一种原材料环保、生产过程环保、产品环保的环境友好型新材料；材料成本低廉，每公斤材料成本为10元，含税，易于大面积推广、使用；玻璃电气性能优良，介电常数小、介质损耗、体积电阻率高、击穿强度高；封接温度低，在600℃即可完成封接；材料膨胀系数在7ppm，与瓷基体匹配。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0023] (1)、材料的组成成分、各成分的配比含量

[0024] 本发明由以下材料及其重量配比为：

[0025] B2O3 30～80份；ZnO 10～30份；CaCO3 1～10份；

[0026] Na2CO3 5～10份； 长石 1～5份；

[0027] (2)、各成份在组方中的作用，含量的选取理由，各成份组合在一起的科学理论[0028] 本项目所依据的技术原理是：在我们能接触的玻璃中，能形成玻璃网络的通常由三种物质：SiO2，B2O3，P2O5。它们单独或者混合使用，成为形成玻璃的基本物质，玻璃的结构目前有两种理论：网络学说和晶子学说。在玻璃中，为了调整玻璃的性质，常加入其它氧化物，这些物质可分为两类：一类是破网体，如K2O、Na2O、CaO、MgO、BaO等，它们的加入，破坏了玻璃的网络结构，使玻璃的键合断裂，高温黏度降低；另一类是两性体，如PbO，Al2O3，在某种情况下，是破网体，在另外情况下，是玻璃形成体。本项目选用B2O3作为基本的玻璃形成物质，是缘于B2O3的低熔点性质，B2O3在450度即可熔融成液体，而SiO2的熔点在1680度；加入K2O，Na2O作为破网体，降低玻璃的高温黏度，为了降低玻璃的膨胀系数，我们加入氧化锌。工艺过程与日用玻璃基本一样，都要经过配料、混料、高温熔融，形成均匀、无气泡、无未熔物的熔液，之后，为了易破碎，出炉即淬火，急冷成碎块，经过干燥，球磨成能通过200目的粉体，检测合格后，即可供电子工业使用。如果需要使玻璃着色，可在配料时加入色料，成为熔加法，也可在玻璃磨成细粉后，加入色料，混匀，称为磨加法。客户在使用时，可将玻璃粉撒在预热好的工件上，烧结后即形成光亮、致密，附着力佳的涂层；也可将玻璃粉加入有机载体，做成电子浆料，将工件滚涂，或者将玻璃粉调成悬浮液，将工件浸涂，之后烧结即可。

[0029] 本项目的理论创新在于选用熔点较低的原材料硼酸作为配方的主材料，不含铅等有害物质，加入较多的氧化锌，一方面来减低材料的高温黏度，同时降低材料的膨胀系数。一般玻璃的膨胀系数与其熔点——使用温度呈反比，要想获得熔点低的玻璃材料，材料的膨胀系数就要大，氧化锌是所有氧化物中唯一的一种既可降低材料的熔点，又能降低材料的膨胀系数。玻璃的线膨胀系数可用加和公式近似算出：

[0030] α玻＝α1P1+α2P2+α3P3+......

[0031] 式中：α玻——玻璃的线膨胀系数；

[0032] P1，P2......玻璃中各氧化物重量百分含量；

[0033] α1，α2......各氧化物的线膨胀系数(试验值)。

[0034] 所以本发明选用了氧化锌，在配方中我们又加入了碳酸钙，碳酸钙既是助熔剂又是乳浊剂，既可降低材料的熔点，又可提高材料的遮盖能力。在材料配方中，为了降低玻璃的高温黏度，我们又加入了少量的氧化钾和氧化钠，他们是强烈的破网体，可以显著降低玻璃的熔点和熔融黏度，但是他们的介入，会导致膨胀系数变大，且会使玻璃的高温电性能变差。为此，在配方设计时作如下考虑：一方面他们的加入量不能大，另一方面，他们的用量比例用试验确定，由于钠钾对电性能的影响存在混合碱效应，在某一比例时，它们互相阻挡各自的迁移通道，电性能明显的好，我们通过试验找到了他们的比例。依此原理设计的配方，玻璃的熔点较低，在600℃，即完全熔化，且膨胀系数在7ppm左右。与线绕电阻器的瓷基体的膨胀系数达到最佳配合。工艺路线与电子玻璃的基本一致，都要经过配料、混料、熔炼、淬火、球磨、过筛、加入色料、检验、包装等工序。

[0035] (3)：下面给出一种材料制备方法

[0036] 1、按上述材料进行准确称量，精确到1g，在混料机里混料30分钟；

[0037] 2、将玻璃熔炉装好坩埚，升温到预定温度1300℃，加料；

[0038] 3、当玻璃熔化均匀后，用不锈钢勺舀出，缓缓倒入水淬池里；

[0039] 4、将水放净，取出料，在干燥箱里120℃～150℃烘干2h；

[0040] 5、将烘干的料装入球磨机里，球磨机预先装入一定重量的球石；球磨到一定时间，出料，过200目筛；

[0041] 6、称量，包装。

[0042] (4)：按照本发明的制备方法制备的材料性能如下：

[0043] 颜色：绿色；

[0044] 软化温度：Tg＝480±5℃，Tf＝510±5℃；

[0045] 封接温度：560℃～620℃；

[0046] 耐水性：0.2104mg/cm2；

[0047] 体积密度：2.9668g/cm3；

[0048] 介电常数：(5.85～7.65)；

[0049] 介质损耗：(86～109)×10-4；

[0050] 体积电阻率：室温(1.95～3.95)×108MΩ·cm，

[0051] 300℃(1.01～3.69)×106MΩ·cm；

[0052] 击穿强度：≥23.08kv/mm；

[0053] 抗折强度：(117.65～146.57)MPa；

[0054] 热膨胀系数，70.5×10-7℃-1。

[0055] 实施例1：

[0056] 1、配方

[0057] B2O3 60份；ZnO 17份；CaCO3 10份；

[0058] Na2CO3 8份； 长石 5份；

[0059] 按上述材料配比进行准确称量，总重量为1Kg；

[0060] 2、混料在V型混料机混料20min；

[0061] 3、熔炼在坩埚炉里放好坩埚，编好程序，升温到1300℃，加料，20min后第二次接料，以坩埚加满为止，再熔炼20min后取出，缓慢倒入装有水的容器里；

[0062] 4、烘干将料熔炼结束后，倒掉水，沥干水分，将料装入洁净搪瓷盘里，在120℃～