[发明专利]一种绝缘玻璃及其制备方法和应用

说明书

本发明属于玻璃制造领域，具体公开了一种绝缘玻璃，其组分表达式为：(Bi₂O₂)²⁺(A_m‑1B_mO_3m+1)^2‑，式中，m的取值范围为1m≤10，A包括Bi，选择性包括Al、Ln或Y中的任意一种或多种；B包括Si，Si元素占金属元素的摩尔分数为10mol％～50mol％，B还包括Ti、Zr或Sn中的任意一种或多种。本发明还提供了上述绝缘玻璃的制备方法。本发明的配方不含碱金属、碱金属及硼元素，不仅提高了玻璃的绝缘性和稳定性，还提高了玻璃硬度和抗划伤能力，适合工业化大规模生产，生产的绝缘玻璃可应用于制备艺术玻璃和封接领域中。

技术领域

本发明属于玻璃制造领域，具体涉及一种绝缘玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

玻璃是一种具有很多优良性能的材料，广泛应用于日用器皿、建筑装饰、汽车、食品包装、医疗、化工、光学器件、电子设备等领域。随着科学技术的发展，对电子元器件性能及其工作环境的要求也越来越高，比如在航空航天领域，采用高性能封接玻璃可以保证电子元器件在真空和高温差环境下仍然维持较低的泄漏率；在不锈钢厚膜加热领域，采用一层0.1毫米左右厚度的玻璃绝缘膜，就能同时起到绝缘的导热的作用，相对于传统其他加热方式而言，导率更快、热效率更高、安全性更好。

目前，在低温无铅封接玻璃领域，一般采用硼铋硅体系或碱土金属-硅铝酸盐微晶玻璃体系。其中，由于含硼玻璃的结构较疏松，热膨胀系数较大，绝缘性较差，很少用于绝缘玻璃领域；而碱土金属-硅铝酸盐微晶玻璃体系由于热膨胀系数可以调节，绝缘性能较好，常用于不锈钢厚膜发热等需要电绝缘的体系。

如公开号为CN102482139A的中国发明专利申请公开了一种包含云母和玻璃的组合物，所述玻璃包含10-30mol％SiO₂，5-40mol％BaO，15-30mol％B₂O₃，在玻璃中氧化锌、碱金属氧化物和碱土氧化物的含量总和为15-65mol％。这种组合物用于在高于玻璃的Tg的温度下进行模制以形成能用作为电绝缘体的复合材料部件。

但是，玻璃体系中的碱土金属具有一定吸潮性，特别是碱土金属含量高时，玻璃中的非桥氧增加，硅氧网络发生断裂，结构稀松，绝缘性变差，在潮湿环境下，漏电流显著增加，不符合安全用电的需求。特别是在压敏电阻避雷器封装领域，由于避雷器在长期在户外，风吹雨淋且要承受超高电压，因此需要寻找一种新的、结构稳定、绝缘性能良好的玻璃体系。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种特定配方的绝缘玻璃，该配方不含碱金属、碱金属及硼元素，不仅提高了玻璃的绝缘性和稳定性，还提高了玻璃硬度和抗划伤能力，适合工业化大规模生产。

本发明公开了一种绝缘玻璃，其组分表达式为：

(Bi₂O₂)²⁺(A_m-1B_mO_3m+1)^2-；

上式中，m的取值范围为1m≤10，A包括Bi，选择性包括Al、Ln或Y中的任意一种或多种；B包括Si，还包括Ti、Zr或Sn中的任意一种或多种，其中，Si元素占金属元素的摩尔分数为10mol％～50mol％。

一般玻璃为非晶结构，晶体结构上为无序结构，而本发明通过严格限定3价和4价金属离子的比例，可以在局部形成一些有序的铋层状钙钛矿结构陶瓷，从而形成玻璃-陶瓷体系(也称微晶玻璃)，由于层状结构存在显著的各向异性，在层状的法向面上，导电电子和离子会受到显著的散射，因此具有很高的绝缘强度。