[发明专利]一种真空玻璃封接用低熔点玻璃粉及其阳极键合增强封装方法

说明书

本发明涉及真空玻璃制造技术领域，具体涉及一种真空玻璃封接材料及其阳极键合增强封接方法；采用的封边材料为无铅低熔点玻璃粉，该玻璃粉具有封接温度低，热膨胀系数可调的特性，能够满足低温封接要求，并且使用阳极键合增强真空玻璃封接，实现低温封边工艺。本发明所述无铅低熔点玻璃粉在300～450℃的烧结过程中充分熔融且不开裂，与基板形成良好的浸润，同时使用阳极键合封接技术进一步降低封接温度，提高封接强度与质量，为真空玻璃封边提供了一种新的技术方案，改进了真空玻璃封接工艺，为制备性能优异的真空玻璃提供新的解决途径。

技术领域

本发明属于真空玻璃制造领域，具体涉及一种真空玻璃封接用低熔点玻璃粉的制备及阳极键合增强封装方法的应用。

背景技术

1989年悉尼大学教授R.E.Collins与北京大学原物理系教授唐健正合作，首次成功研制出真空玻璃。随后日本板硝子株式会社(NSG)取得悉尼大学真空玻璃专利权，在日本京都建立世界上第一条真空玻璃生产线，实现了真空玻璃产业化。1998年唐健正教授回国开始了我国真空玻璃研制。随后创办了北京新立基真空玻璃技术有限公司，成为世界上第二个掌握真空玻璃制造技术的企业。新立基公司申请了多项中国专利，解决了真空玻璃发展中的一些技术难题，其中包括真空玻璃支撑物材料的选择、封边以及抽真空等，推动了真空玻璃的研究与发展。

真空玻璃是由两片平板玻璃构成，平板玻璃之间用支撑物均匀隔开，周边采用低熔点玻璃或金属焊料熔融密封，并通过平板玻璃上预留的气孔抽真空。为了达到最佳的保温隔热性能，真空玻璃的两片平板玻璃中至少有一片是低辐射玻璃。真空玻璃中心部位传热是由辐射传热、支撑物传热及残余气体传热3部分构成。真空玻璃作为新一代节能玻璃，其出色的保温隔热和隔声性能决定了其在节能环保领域有着广阔的市场前景，能够广泛应用于建筑门窗和幕墙、冷藏冰柜、光伏太阳能发电、车辆和船舶等众多领域。真空玻璃的封接材料从化学成分上大致可分为金属材料、有机材料和无机材料。其中金属封接材料主要有银、铝、焊锡以及铟合金焊料。金属焊料能够在较低的温度下进行封接，但通常金属与玻璃膨胀系数相差较大，在封接过程中会产生较大的应力，影响封接效果，严重时会导致真空玻璃失效。有机材料包括有机硅橡胶、丁基橡胶以及硅酮树脂等高分子材料。有机封接材料工艺简单，不需要在较高的温度下进行密封，能够满足大多数Low-E玻璃膜的使用条件，但有机材料易发生老化且封接强度低、气密性差。无机材料主要是低熔点玻璃粉，它具有封接强度高、气密性好的优点。由于含铅低熔点玻璃粉具有稳定性好、封接温度低，与基板玻璃热膨胀系数相匹配的特性，因此被广泛用于电子元器件以及液晶显示屏的封接。但随着欧盟禁铅令的提出以及人们环保意识的增强，无铅低熔点玻璃的应用越来越广泛。

无铅低熔点玻璃主要有磷酸盐系列、铋酸盐系列以及钒酸盐系列等。磷酸盐低熔点玻璃成本低、对身体和环境无伤害、流动性好，但磷酸盐低熔点玻璃的化学稳定性差，限制了其实际应用。铋酸盐封接玻璃封接温度和膨胀系数均较高，封接时容易导致玻璃表面膜层材料的脱落。钒酸盐低熔点玻璃可实现300℃以下封接，是最具潜力的封接玻璃之一，然而目前关于钒酸盐低熔点玻璃的热膨胀系数报道较少，并且使用V₂O₅作原料时成本也较高。

美国专利US2002019303提出了一种P₂O₅-SnO-ZnO系封接玻璃粉，用于430～500℃之间的封接，由于该玻璃粉中含有较多的SnO，玻璃在熔制和封接过程中容易被氧化，需要在还原气氛下进行熔制和封接，使得其制备工艺受到很大限制。美国专利5021366报道了一种无铅磷酸盐低熔点玻璃粉，该玻璃的软化温度为400～430℃，热膨胀系数为145～170×10^-7/℃，虽然该玻璃的软化温度适合低温封接，但该玻璃的热膨胀系数较大，不能用于真空玻璃的封接。美国专利US20130090226A1公布了一种无铅铋酸盐低熔点玻璃的组成及其制备方法。该玻璃的软化温度为380～440℃，热膨胀系数为90～120×10^-7/℃，并通过加入β-锂霞石来调整玻璃热膨胀系数，当β-锂霞石质量百分比超过40％时，玻璃流动性较差，影响封接质量。