[发明专利]一种无铅封接玻璃及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及玻璃粉领域，特别是一种无铅封接玻璃及其制备方法，可广泛应用于各种平板玻璃的封接，具有低熔点、无毒、无污染的玻璃粉。

【背景技术】

平板玻璃也称白片玻璃或净片玻璃，其化学成分一般属于钠钙硅酸盐玻璃，组成范围是：SiO₂为70～73％(重量，下同)；Al₂O₃为0～3％；CaO为6～12％；MgO为0～4％；Na₂O+K₂O为12～16％。它具有透光、透明、保温、隔声，耐磨、耐气候变化等性能。平板玻璃主要物理性能指标：折射率约1.52；透光度85％以上(厚2毫米的玻璃，有色和带涂层者除外)；软化温度650～700℃；热导率0.81～0.93瓦/(米·开)；膨胀系数7～9×10^-6/℃；比重约2.5；抗弯强度16～60兆帕。由于其优异的物理化学性能，在电子产业中得到了很大的应用，作为很多电子元件的基板材料和结构材料，与封接玻璃的相互结合，极大地拓展了其应用领域，满足了当今电子行业发展的需求。

封接玻璃是一种先进的焊接材料。该材料具有较适宜的熔化温度和封接温度，良好的耐热性和化学稳定性，高的机械强度，广泛应用于电真空和微电子技术、激光和红外技术、高能物理、能源、宇航、汽车等众多领域，实现了玻璃、陶瓷、金属、半导体间的相互封接。应用的产品有阴极射线管显示器、真空荧光显示器、等离子体显示器、真空玻璃、太阳能集热管、激光器、磁性材料磁头和磁性材料薄膜等。

在低熔封接玻璃中，含铅封接玻璃具有电阻大、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、化学稳定性较好等一系列特性，在电子封接方面有着广泛的用途。国内外制备含铅封接玻璃常选用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，但是大多数商用封接玻璃中的PbO含量甚至高达60～80wt％，如在彩色显像管屏与锥封接用玻璃粉中PbO的含量甚至高达70wt％，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较差，使用后废弃的封接玻璃遇到水、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，有时不容许采用高温封接，只能利用易熔的特种粉末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。而铅玻璃具有电阻大、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、化学稳定性较好等一系列特性，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。

在熔制这些玻璃时，铅会大量地挥发到空气中，在使用过程中，玻璃中所含的铅也会逐渐地溶出。特别是废弃之后，由于长期地与水、酸性物质等接触，铅更是会大量地溶出，进入地下水中，这些均对我们的身体健康会产生很大的危害。

由于目前使用的商用低熔点封接玻璃中大多数为高铅玻璃，铅对人体和环境的危害极大。欧美、日都制定了电子产品无铅化的强制性实施日期。我国信息产业部也发布了相关规定。因此，无铅无镉等无公害低熔封接玻璃的成功开发将形成产品技术壁垒，其涉及的产业面十分广泛，用量大，对我国家电、精密零部件、3C(计算机、通讯、消费类电子产品)类电子产品等产业具有十分重要的战略意义。

近年来，随着微电子技术、电子显示、光电子技术的发展，对封接制品的性能和工艺的要求越来越高，也使封接玻璃产业得到了一定的发展。由于技术保密等原因，很多关于封接玻璃的文献都局限于对封接玻璃体系的结构与性能的研究，其他方面报道较少。此外，我国在封接玻璃方面的研究与日本、韩国、欧美还有一定的距离。在高度重视环保、注重产品性价比的今天，无铅铋酸盐封接玻璃因在无铅和低温化方面具有很大优势，已成为当今封接材料的主要选择方向之一。近几年来国内申请无铅铋酸盐封接玻璃的专利较少，但是国外的研究却相当活跃。