[发明专利]具有低热膨胀系数的无铅玻璃复合材料

说明书

背景技术

本发明的主题是具有低热膨胀系数的无铅玻璃组合物。

玻璃复合材料自身是已知的。它们主要作为用于连接应用的玻璃 焊料。它们由玻璃粉末制成，向其中加入惰性填充材料以影响热膨胀 系数。通过这些填充材料可改变或调整所述焊料的热膨胀系数，达到 与所述玻璃焊料连接的金属、玻璃或陶瓷部件的热膨胀系数。所述焊 料(即玻璃相)通常在较高的填充材料含量下结晶。在所述未晶化的 所谓稳定的玻璃焊料中，焊料的玻璃含量保持为玻璃态。通常，加入 的填充材料的量受限于由附加的填充材料产生的对焊料流动能力的无 法避免的破坏。

发明概述

本发明的目的在于提供具有低热膨胀系数的无铅玻璃复合材料， 其可适用于，例如，用作高温连接材料和用于制备烧结体，作为用于 微波集成电路的衬底材料，和用于废气催化反应器应用，且其具有抗 热震性或抗高温变化性。

根据本发明，所述玻璃复合材料具有的线性热膨胀系数α_(20-300)为1.8x10^-6K^-1～2.4x10^-6K^-1，玻璃化转变温度Tg小于650℃，并基于 氧化物含量以重量百分比表示含有：5-9，B₂O₃；1-3，Na₂O；15-22， Al₂O₃；61-68，SiO₂；0.2-0.5，K₂O；和5.5-8.5，MgO。

在可用于得到尤其良好结果的优选实施方式中，基于氧化物含量 以重量百分比表示，所述玻璃复合材料含有：5.4-8.1，B₂O₃；1.6-2.7， Na₂O；15.3-21.8，Al₂O₃；62.3-65.9，SiO₂；0.2-0.4，K₂O；和5.5-8.3， MgO。

可通过烧结如下混合物而制得该玻璃复合材料，所述混合物由 60～40重量百分比的硼硅酸盐玻璃粉末(α_(20-300)＝3.1-3.4x10^-6K^-1) 和40～60重量百分比的堇青石粉末组成。意想不到的是所述玻璃复合 材料中40重量百分比或更多的填料含量是可以接受的，不会发生失透。 只有在少数情况下，常规的稳定玻璃焊料中的填料浓度可增大至大于 20wt.％，因为所述复合材料的流动和烧结性质恶化且随之玻璃相结 晶。堇青石的组成为2xMgOx2Al₂O₃x5SiO₂。然而，在本发明的情 况下，不同于该化学计量比是可以接受的。基于氧化物含量以重量百 分比表示，适当的堇青石组合物可含有3.8-13.8，MgO；30-34.8，Al₂O₃， 和44-51.4，SiO₂。取决于其纯度，堇青石还可含有FeO，SrO，和K₂O。

所述玻璃复合材料组分包括热膨胀系数α_(20-300)＝3.1-3.4x 10^-6K^-1、尤其是3.2-3.3x10^-6K^-1的硼硅酸盐玻璃粉末。该玻璃已经已 知几十年了，并基于氧化物含量以重量百分比表示，含有：78.5-81， SiO₂；13-14，B₂O₃；2-3，Al₂O₃；3-4.5，碱金属氧化物；和任选至多0.7， 碱土金属氧化物。所述玻璃还可含有痕量的精炼剂，如Al₂O₃，Sb₂O₃， SnO₂，CeO₂，Cl和F。所述硼硅酸盐玻璃和堇青石被研磨至平均粒径为 3μm-10μm、尤其是3-6μm，并均匀混合。当堇青石和硼硅酸盐玻 璃在混合物内一起被研磨至所需粒径时，所述混合尤其容易。