[发明专利]耐高温低膨胀高硼含量封接玻璃的制备工艺

说明书

本发明涉及一种封接玻璃的制备工艺。

氪灯电极钨杆膨张系数为45×10^-7/℃，石英破璃的膨胀系数为7×10^-7/℃，由于两者膨胀系数相差较大，直接焊接制灯是不可能的，因此人们通常采用膨胀系数介于其间且其值不同的封接玻璃进行多次封接，其缺点是制备麻烦，外观质量差，不能耐高温。美国发明了一种封接方法，采用一次封接的办法克服了上述缺点，但这种方法需要的封接玻璃软化点应大于900℃，其膨胀系数在12-16×10^-7/℃范围内。本发明所述的封接玻璃国外皆采用石英粉和硼酸以及适量的Al(OH)₃或其它铝的化合物混合后高温熔融制成，由于硼酸与石英粉的熔点相差太大，以及在形成的玻璃中二氧化硅与氧化铝的含量接近90％，故在熔化时氧化硼大量挥发，且玻璃均匀性差，国外有文献报道采用多次反复熔制且搅拌的方法制备合格的玻璃，但此法仍造成大量氧化硼的损失，且制备设备复杂，熔化时间长，效率低。

本发明的目的在于设计一种制备耐高温低膨胀封接玻璃的工艺，以减少氧化硼的损失，并较为容易地制备高硼含量的封接玻璃。

近十几年来，溶胶-凝胶法制备玻璃的工艺得到了很大的发展，它的主要优点是在低温下反应物成键，在经过热处理后可制出均匀的玻璃。因此可采用溶胶-凝胶法制备SiO₂-B₂O₃玻璃，为提高其耐温性，可加入适量的铝盐。本发明采用溶胶-凝胶法预先制成SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃系玻璃颗粒，然后高温熔融凝胶玻璃，制成大块玻璃再拉制成棒或在化料时直接拉制成棒，用于封接。

将正硅酸乙脂∶乙醇∶水按体积比1∶0.3-2∶0.3-2配成溶液，所述的水为0.1-2.0N的HCl水，在该溶液中加入硼酸和溶解于水的铝盐，其中硼酸加入量为每毫升正硅酸乙脂中加0-0.15克，铝盐加入量为每毫升正硅酸乙脂中加入0-0.15克，将加入混合液的溶液搅拌均匀后密封加热保温进行反应制成凝胶，其中加热反应温度为20-70℃，反应时间为4-100小时，在将凝胶进行干燥，干燥温度为30-60℃，直到没有明显水分，再升温至100-200℃，继续干燥，形成干胶体，将干胶体在200-350℃保温1-5小时，然后在450-700℃保温0.5-2小时，最后在800-900℃保温0.3-1.5小时，从而制成凝胶玻璃颗粒，将凝胶玻璃颗粒粉碎，粒度控制在40-200目，然后在温度为1650-1850℃之间熔化，进而制成耐高温低膨胀高硼含量封接玻璃块。

利用本发明所述工艺制成的封接玻璃的膨胀系数α_200-300℃=720×10^-7/℃,B₂O₃含量可达18％(重量)，氧化铝含量可达7％(重量)，其软化温度达900℃以上，低于上述含量的SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃系玻璃均可用本发明制备。

实施本发明时，可在1800ml 0.5N的HCl水中溶解硼酸130克以及Al(NO₃)₃·9H₂O 136.5克，并与1300ml正硅酸乙脂和1300ml乙醇混合，搅拌均匀，密封在40℃下反应，反应时间为80小时，制成凝胶，将凝胶在50℃下干燥几小时后，再在150℃下干燥，制成干胶体，将干胶体在300℃下保温2小时，500℃下保温1小时，850℃保温烧结1小时，制成凝胶玻璃颗粒，将凝胶颗粒粉碎至40-200目，经1750℃熔化4小时，制成重300克，B₂O₃含量为12.48％(重量)，Al₂O₃含量为3.81％(重量)的封接玻璃，其膨胀系数约为15×10^-7/℃，此玻璃与直径2mm的钨杆及石英玻璃封接不炸裂，外观性能好，可满足制备氪灯的要求。

利用本发明可避免熔化法氧化硼的大量挥发，可较为容易地制成高硼含量的玻璃，不存在生料点及结石，制备的玻璃均匀，成分容易调整，工艺简单。