[发明专利]低熔无铅焊接玻璃及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种低熔无铅焊接玻璃。

背景技术

长久以来，公知地使用焊接玻璃以制备玻璃-金属-连接件，相互焊接两个玻璃部件，以及密封。

以往，通过高含量的氧化铅在焊接玻璃中获得期望的的低熔点和好的加工性，然而现在，由于铅的毒性和由于立法规定，例如ROHS-规定(“限制在电子设备和电学设备中使用确定危险的物质”，2003年1月27日的EG-规定2002/95/EG)，研发了更多的无铅焊接玻璃，其中例如通过氧化铋代替氧化铅。

US 5,326,591中描述了含有(以占氧化物基础的重量％计)0-9的SiO₂、10-33的B₂O₃、10-32的ZnO和35-77的Bi₂O₃的玻璃。该焊接玻璃具有约550℃的高熔化温度。JP 92 68 026 A中描述了含有0-8的SiO₂、5-35的B₂O₃、0-9的ZnO、36-80的Bi₂O₃、5-40的BaO+SrO的玻璃。然而高的碱土含量导致了易析晶的玻璃。

US 6,778,355 B2显示了使用焊接玻璃焊接磁头的两半，该磁头包含0.5-14的SiO₂、3-15的B₂O₃、4-22的ZnO、55-90的Bi₂O₃、0-4的Al₂O₃、0-5的碱氧化物和0-15的碱土氧化物，其中ZnO/B₂O₃的比例是0.8-2，且SiO₂/Al₂O₃的比例不小于2。该玻璃的缺点是，在期望的455℃至550℃的低加工温度下其具有较高的碱氧化物和/或碱土氧化物含量，由此在制备该玻璃时出现强烈的、发泡的和腐蚀的熔解，通过腐蚀通常的铂坩锅而导致巨大的成本。

发明内容

本发明的目的是寻找一种低熔焊接玻璃，其可在≤600℃的焊接温度下加工，其具有介于6×10^-6/K和11×10^-6/K之间的热膨胀系数，其易于熔化并且当添加惰性陶瓷填料时(以改变膨胀系数)在焊接过程中不出现析晶。

通过权利要求1所述的焊接玻璃实现该目的。该玻璃包含＞1-2重量％的SiO₂。该SiO₂含量有助于获得稳定玻璃。

对于小于1重量％的SiO₂含量，可出现失透现象(有时在浇铸时已经出现)，当超过2重量％的SiO₂含量时，焊接温度已经升高。特别优选1.1至1.5重量％的SiO₂含量。

B₂O₃的含量应介于5重量％和10重量％之间。B₂O₃的含量不应超过5重量％的临界界限，否则玻璃的析晶剧烈增加，导致焊接温度的巨大的、不被期望的升高。当超过10重量％的上限时，同样无法获得期望的低焊接温度。然而，在焊接玻璃中优选存在不超过8重量％的B₂O₃。ZnO的含量应介于4.5重量％和12重量％之间。ZnO有助于降低加工温度。

ZnO的大于12重量％的较高含量和小于4.5重量％的较低含量使得通过形成锌尖晶石和ZnO-晶体导致升高的析晶倾向。因此，ZnO的含量优选介于10重量％和12重量％之间。正如所述的，B₂O₃含量在其他物质中，有助于阻碍析晶倾向。因此，对于较高的ZnO含量，推荐使用在所需组成范围内的较大量的B₂O₃。作为B₂O₃含量的下限，优选5.5重量％特别是6重量％。

在玻璃中Bi₂O₃的含量为79重量％至88重量％，其代替了前期焊接玻璃中的PbO且作为玻璃形成体。当含量低于79重量％时无法达到所需的低焊接温度，含量高于88重量％时析晶倾向升高。含量优选为80.5重量％至85重量％，因为在该范围内可在高析晶稳定性的同时，出现低焊接温度。