[发明专利]一种低熔点玻璃及制备和应用

说明书

技术领域

本发明属玻璃领域，特别是涉及一种低熔点玻璃及制备和应用。

背景技术

在低熔点玻璃中，含铅低熔点玻璃具有电阻大、介电损耗小、折射率和色散高以及吸收高能辐射、软化温度低、化学稳定性好等一系列特性，在电子封接方面有着广泛的用途。国内外制备含铅低熔点玻璃常选用PbO-SiO₂，PbO-B₂O₃、PbO-B₂O₃-SiO₂、PbO-ZnO-B₂O₃等体系。铅的中毒剂量仅为1mg，致死剂量为1g，但是大多数商用低熔点玻璃中PbO含量甚至高达60～80mol％，如在彩色显像管屏与锥封接用玻璃粉中PbO的含量高达70％，这类产品中含有的重金属会对环境和人体造成严重危害。同时，含铅高的玻璃化学稳定性差，使用后废弃的玻璃遇水、酸雨及大气等的侵蚀，铅离子就会逐渐溶出，导致地下水质的严重污染，对人的生命安全，尤其是对儿童的大脑发育带来严重的威胁。

在真空封接电子器件时，有时不容许采用直接封接，只能利用易熔的特种粉术玻璃焊料在较低温度下进行封接。这种低温封接能够防止金属零件的氧化与变形，同时对构件上的荧光粉、半导体等材料起到保护作用。它也可以作为热敏电阻、晶体三极管和集成电路的防护层而应用在微电子学中。在半导体仪器仪表的无壳封接中，应用无机玻璃比有机介质在防潮性和坚固性方面有明显的优越性，而且无机玻璃比有机介质能耐更高的温度。而含铅低熔点玻璃具有电阻大、介电损耗小、折射率和色散高以及吸收高能辐射、软化温度低、化学稳定性好等一系列特性，所以它在这些方面都有着广泛的用途，并在很长时间内被认为是不可替代的。

基于含铅低熔点玻璃以上的一些原因，最近几年材料科学工作者加快了对含铅玻璃无铅化方面的研究，特别是日本及欧洲各国更是在这方面投入了极大的精力。随着环保意识渐入人心，以及一些相关法律的陆续出台，此领域的研究工作将日益受到重视。

在无铅低熔点玻璃体系中较有前途的是Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂和ZnO-B₂O₃-SiO₂，钒酸盐、磷酸盐等体系，但是前两者封接温度较高，而且铋酸盐和钒酸盐体系成本高。磷酸盐体系在低温和无铅化方面占有很大的优势，大多数性能都可与传统含铅封接玻璃相媲美，而且显著减少环境污染。无铅磷酸盐封接玻璃将是传统含铅封接玻璃最有潜力的取代物。

美国专利第P5153151号公布了一种磷酸盐封接玻璃，其摩尔组成为Li₂O0～15％、Na₂O0～20％、K₂O0～10％、ZnO0～45％、Ag₂O0～25％、Tl₂O0～25％、PbO0～20％、CuO0～5％、CaO0～20％、SrO0～20％、P₂O₅24～36％、Al₂O₃0～5％、CeO₂0～2％、BaO0～20％、SnO0～5％、Sb₂O₃0～61％、Bi₂O₃0～10％、B₂O₃0～10％，该玻璃的转变温度为300～340℃，热膨胀系数为135～180×10^-7/℃，该玻璃的缺点在于Tl₂O的毒性很大，同时，玻璃的热膨胀系数较大，不能用于中、低膨胀系数的封接。

日立制作所特开平2-267137公布了一种氧化钒(V₂O₅)系封接玻璃，封接温度小于400℃，热膨胀系数90×10^-7/℃以下，但这种玻璃中，氧化铅是必要组分，不能满足无铅化的要求，同时，还含有剧毒铊的氧化物。