ZrO2改性的低溫封接玻璃及其制備與使用方法技術

本發明專利技術公開了一種ZrO2改性的低溫封接玻璃及其制備與使用方法，其原料組成中ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2的摩爾比為33~45：15~25：22~40：5~25。本發明專利技術通過引入ZrO2，填充PO4四面體骨架空隙，增強玻璃網絡穩定性，從而提高其熱穩定性，使其于80℃熱水中浸泡1000小時仍可保持良好的穩定性，且具有優良的氣密性；通過引入高濃度的ZnO與P2O5，使該低溫封接玻璃的轉變溫度范圍降低至350?425℃；Na2O的引入可降低玻璃的熔化溫度，并改善其封接性能。本發明專利技術所得玻璃材料適用于LED熒光粉封接、電子材料及其他低溫封接領域，且其原料簡單易得，工藝穩定，達到了實用化和工業化的條件。

ZrO

The invention discloses a ZrO

【技術實現步驟摘要】
ZrO2改性的低溫封接玻璃及其制備與使用方法
本專利技術屬于封接玻璃制備
，具體涉及一種ZrO2改性的低溫封接玻璃及其制備與使用方法。
技術介紹
低溫封接玻璃（封接溫度<600℃)由于其良好的耐熱性和化學穩定性、高的機械強度，而廣泛應用于電子漿料、電真空和微電子技術、能源、宇航、汽車等眾多領域，如在發光二極管（LED）的熒光粉封接中，封接材料的性能優良與否直接導致電池的實際使用性能。封接玻璃也可用于玻璃、陶瓷、金屬、半導體間的相互封接。但是，目前國內外研究普遍使用的是含Pb的封接材料，這將對環境造成污染。另外，磷酸鹽玻璃因具有熔封溫度低、膨脹系數可調整范圍寬、價格低、能顯著減少環境污染等優點獲得了廣泛的關注。專利申請（201310259302.6）公開了一種低溫無鉛玻璃粉及其制備方法，不過該體系中引入了另外一種有毒的物質Sb，未解決環保問題。而專利申請（201210366375.0）公開了一種無鉛玻璃材料及其制備方法，其通過P2O5、K2O、Na2O、ZrO2、TiO2等原料的成分設計避免了環境污染，不過該玻璃的軟化溫度范圍為500~600℃，難以滿足低溫封接尤其是電子元件低溫快速燒結的要求。本課題組前期工作發現了硼鉍鋅體系玻璃可解決上述問題，并申請了專利。然而，硼鉍鋅體系玻璃因為含有變價離子Bi，使得玻璃在燒結過程中顏色變深，使得玻璃在可見光波段的光透過率變低，并且硼鉍鋅體系玻璃易于析晶，在封接過程難以控制。因此，硼鉍鋅體系玻璃在光性能方面受到較大的限制。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術提供了一種ZrO2改性的低溫封接玻璃及其制備和使用方法，其轉變溫度范圍低至350-425℃，并具有良好熱穩定性及封接性能，適用于LED熒光粉封接、電子材料及其他低溫封接領域。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種ZrO2改性的低溫封接玻璃，其原料組成中ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2的摩爾比為33~45：15~25：22~40：5~25；優選地，ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2的摩爾比為38~40.5：18~22：27~29.5：10~15。所述ZrO2改性的低溫封接玻璃的制備方法包括以下步驟：（1）將ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2按配比混合均勻，于880-1100℃熔制并保溫1-4h，得玻璃熔液；然后將所得玻璃熔液進行急冷，獲得玻璃熔塊；再將玻璃熔塊粉碎，研磨或者球磨，過篩后獲得玻璃粉末；（2）將所得玻璃粉末與粘結劑、分散劑和溶劑混合成漿料，在球磨機中球磨使其均勻分散，經流延成型、自然干燥后，將其裁剪成所需形狀的胚體，即制成所述低溫封接玻璃。步驟（2）中玻璃粉末、粘結劑、分散劑和溶劑的用量按重量百分數計為：玻璃粉末80~84%、粘結劑1.5~2%、分散劑0.5~2%、溶劑14~17%，其重量百分數之和為100%；其中，所用粘結劑為環氧樹脂、甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇中的一種或幾種；所用分散劑為魚油、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一種或幾種；所用溶劑為水、乙醇、異丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、丙酮中的一種或幾種。所述ZrO2改性的低溫封接玻璃的使用方法，是將所述低溫封接玻璃置于待封接部位，在電爐中以1-5℃/min的速率升溫至400-500℃，保溫0.5-1h，然后以1-5℃/min的速率升溫至500-650℃，保溫處理0.5-1h，即完成封接。本專利技術的顯著優點在于：（1）本專利技術通過引入ZrO2，填充PO4四面體骨架空隙，增強玻璃網絡穩定性，從而提高其熱穩定性，降低析晶傾向，使所得玻璃材料于80℃熱水中浸泡1000小時仍可保持良好的穩定性，且具有優良的氣密性；同時，ZrO2可調節玻璃的熱膨脹系數，能夠進一步改善其封接性能；（2）本專利技術引入高濃度的ZnO與P2O5，通過發揮二者的協調作用，以使該玻璃的轉變溫度范圍降低至350-425℃；（3）本專利技術中Na2O的引入可降低玻璃的熔制溫度，而且能夠改善其封接性能；（4）本專利技術制備原料簡單易得，工藝穩定，達到了實用化和工業化的條件。附圖說明圖1為實施例1-4所得低溫封接玻璃在平行實驗條件下的熱膨脹曲線。圖2為實施例1-4所得低溫封接玻璃在平行實驗條件下的DSC曲線。具體實施方式一種ZrO2改性的低溫封接玻璃，其原料組成中ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2的摩爾比為33~45：15~25：22~40：5~25；優選地，ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2的摩爾比為38~40.5：18~22：27~29.5：10~15。所述ZrO2改性的低溫封接玻璃的制備方法包括以下步驟：（1）將ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2按配比混合均勻，于880-1100℃熔制并保溫1-4h，得玻璃熔液；然后將所得玻璃熔液進行急冷，獲得玻璃熔塊；再將玻璃熔塊粉碎，研磨或者球磨，過篩后獲得玻璃粉末；（2）將所得玻璃粉末與粘結劑、分散劑和溶劑混合成漿料，在球磨機中球磨使其均勻分散，經流延成型、自然干燥后，將其裁剪成所需形狀的胚體，即制成所述低溫封接玻璃。步驟（2）中玻璃粉末、粘結劑、分散劑和溶劑的用量按重量百分數計為：玻璃粉末80~84%、粘結劑1.5~2%、分散劑0.5~2%、溶劑14~17%，其重量百分數之和為100%；其中，所用粘結劑為環氧樹脂、甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇中的一種或幾種；所用分散劑為魚油、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一種或幾種；所用溶劑為水、乙醇、異丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、丙酮中的一種或幾種。所述ZrO2改性的低溫封接玻璃的使用方法，是將所述低溫封接玻璃置于待封接部位，在電爐中以1-5℃/min的速率升溫至400-500℃，保溫0.5-1h，然后以1-5℃/min的速率升溫至500-650℃，保溫處理0.5-1h，即完成封接。為了使本專利技術所述的內容更加便于理解，下面結合具體實施方式對本專利技術所述的技術方案做進一步的說明，但是本專利技術不僅限于此。表1實施例1-4中低溫封接玻璃的組分配比表（摩爾百分數，%）實施例1按照表1中實施例1的配比稱取一定量的分析純原料（ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2），用行星球磨機球磨24小時使其混合均勻；然后將粉料放入鉑金坩堝，置于箱式電阻爐中，在空氣氣氛下以3℃/min加熱至900℃，保溫1h，得玻璃熔液；然后取出坩堝，將所得玻璃熔液倒入去離子水中急冷，經干燥獲得玻璃熔塊；將所得玻璃熔塊研磨，過100目篩，得到玻璃粉末。將所得玻璃粉末與聚乙烯醇、魚油、乙醇和甲苯按重量比80:2:1:10:7混合成漿料，在球磨機中球磨使其均勻分散，經流延成型、自然干燥后裁剪成所需形狀的胚體，即得低溫封接玻璃。該例為優選組成。將所得低溫封接玻璃置于待封接部位，在電爐中以2℃/min的速率升溫至400℃，并保溫1h，然后以2℃/min的速率升溫至500℃，保溫處理1h，即完成封接。將保溫后的玻璃熔液倒入預熱后的不銹鋼磨具中，獲得Φ=10mm，d=25mm的玻璃圓柱，在NETZSCHDIL402EP熱膨脹儀上以10℃/min的加熱速率測試，獲得玻璃轉變點及軟化點，其結果見圖1、2。圖1、2表明，添加5%ZrO2的封接玻璃的玻璃轉變點為375℃，軟化點為392℃，線膨脹系數為1.41×10-5/K。所得本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種ZrO

【技術特征摘要】
1.一種ZrO2改性的低溫封接玻璃，其特征在于：原料組成中ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2的摩爾比為33~45：15~25：22~40：5~25。2.根據權利要求1所述的ZrO2改性的低溫封接玻璃，其特征在于：ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2的摩爾比為38~40.5：18~22：27~29.5：10~15。3.一種制備如權利要求1所述的ZrO2改性的低溫封接玻璃的方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）將ZnO、Na2O、P2O5、ZrO2按配比混合均勻，于880-1100℃熔制并保溫1-4h，得玻璃熔液；然后將所得玻璃熔液進行急冷，獲得玻璃熔塊；再將玻璃熔塊粉碎，研磨或者球磨，過篩后獲得玻璃粉末；（2）將所得玻璃粉末與粘結劑、分散劑和溶劑混合成漿料，球磨使其均勻分散，經流延成型、自然干燥后，將其裁剪成所需形狀的胚體，即制成所述低...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張騰，蘇鴻斌，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：福建,35