[发明专利]与4J29可伐合金封接用微晶玻璃材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用P₂O₅作晶核剂的Li₂O-ZnO-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃材料及其制备方法，属于电子玻璃新材料领域。这种微晶玻璃主要用作与4J29可伐合金的封接，对电子产品起绝缘支撑和保护作用。

背景技术

由于电子元器件的电气特性对周围环境条件极为敏感，一旦受潮或腐蚀，会导致绝缘电阻、漏电流、击穿电压等性能的恶化，从而影响电子仪器和设备的正常运转，甚至发生故障，造成设备失灵。特别是对于应用于高温和高湿环境条件下的电子产品，此种影响尤其明显。

可伐合金是一种铁镍钴合金，其中，牌号为4J29(即Fe-29Ni-18Co)的可伐合金是玻璃-金属密封封接器件中最常用的合金。4J29封接合金作为一种功能材料，在较宽温度范围内(80～450℃)的热膨胀系数与硬玻璃的热膨胀系数相近，可以保证材料的匹配封接，所以通常用作电子器件的密封结构材料。该合金氧化后主要生成铁的氧化物，从内到外依次是FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃，其中Fe₃O₄和FeO结构致密且与玻璃和金属紧密结合，使封接部位致密。另外，4J29合金具有良好的焊接性和加工成型性，因此被广泛地应用于电子管、晶体管和集成电路中作引线和结构材料。玻璃与金属封接时，是通过加热的方式，使无机玻璃与预先氧化的金属或合金表面达到良好的浸润而紧密地结合在一起，随后玻璃和金属冷却到室温时，玻璃和金属仍能牢固地封接在一起，成为一个整体。

传统的封接玻璃包括钠硼硅酸盐玻璃、钠钾铅硅酸盐玻璃、钠钡硅酸盐玻璃、钾铅硅酸盐玻璃、钾钡磷酸盐玻璃等。随着电子器件的小型化和结构元件的精密化，对封接制品的气密性和可靠性要求越来越高，上述这些传统封接玻璃与金属封接时普遍存在泄漏率高、容易受潮、电绝缘性能不稳定等问题，因而制约了新型电子元器件的发展。

与传统封接玻璃相比，微晶玻璃具有热膨胀系数变化范围大、电绝缘性能高、力学性能优良、化学稳定性高及结构致密与密封性好等特点，是与金属材料进行封接的最佳候选材料，成为电子封装材料的发展方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与4J29合金热膨胀系数匹配性好、机械强度高的微晶玻璃材料及其制造方法。

与4J29可伐合金封接用微晶玻璃材料，其组成为Li₂O-ZnO-Al₂O₃-SiO₂，晶核剂为P₂O₅，澄清剂为Sb₂O₃，其重量百分组成为：SiO₂：50～53，Al₂O₃：15～17，Li₂O：11～12，ZnO：17～20，P₂O₅：1.6，Sb2O3：0.4，其主晶相为Li₂Al₂Si₃O₁₀，次晶相为β_II′-LZS。

与4J29可伐合金封接用微晶玻璃制造方法，按配比将二氧化硅、氧化铝、氧化锌、碳酸锂、磷酸氢二氨、三氧化二锑混和，制成均匀的配合料，将配合料放入刚玉坩锅内，在高温电炉中于1350℃～1400℃熔融保温3小时后，浇注成形，在520℃左右保温退火1个小时，最后进行微晶化热处理。

本发明利用热性能互补原理，通过基础玻璃的组成设计和晶化工艺，使基础玻璃中析出具有低热膨胀系数或负热膨胀系数的Li₂Al₂Si₃O₁₀主晶相，它与较高热膨胀系数的次晶相和玻璃相相中和，通过控制核化与晶化温度及时间，来调节主晶相、次晶相和玻璃相的含量，从而获得与4J29合金热膨胀系数匹配的微晶玻璃材料。