专利名称：一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉及其制备方法
一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉及其制备方法
技术领域：
本发明属化工技术领域，特别涉及一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉及其制备方法。
背景技术：
现有的电热管封接玻璃中含有大量的金属铅，如现有的电子封接玻璃牌号DH-704 铅含量为77%，DB-435铅含量为34%。我们知道，重金属铅对人体是有害的，铅的中毒剂量 仅为lmg，致死剂量为lg。因此，用无铅封接玻璃取代含铅封接玻璃受到发达国家的重视， 在一定程度上已成为发达国家的绿色贸易壁垒，对无铅低熔封接玻璃的研究具有一定的现 实和经济利益。决定玻璃低熔性的组分可以是某些重金属离子，含有18个或者更多电子的最外 电子层的离子，还有易变形的大离子以及带小电荷的阳离子。所以常是用A&03、Bi203、V205、 Sn0、P205等氧化物来代替玻璃中的I^bO，此外还用一价的阴离子F来代替二价的阴离子02_。 现在人类的环保意识越来越强，无铅等无公害封接玻璃及其产品，将会得到越来越多消费 者的青睐。根据欧盟各国颁布的电器与电子设备废弃物处理法，2008年将禁止使用含Hk Cd、Hg等重金属的材料。美国国家电子制造业协会已完成无铅制备电子器件的开发，日本 也制订了电子产品无铅化的强制实施日期。各国政府鼓励环保课题的研究和发展，包括废 弃物的回收，环保设备免税，增加无重金属环保电子材料开发的资金投入等。美国专利US20020019303提出了一种磷锡锌系统的封接玻璃，封接温度430°C 500°C，但由于含有大量的SnO，需要在还原气氛下生产和封接，不利于产业化应用，而且， SnO成本较贵，因而，这种封接玻璃的应用有很大的局限性。美国专利P5153151公布了一种磷酸盐封接玻璃，转变温度300 340°C，热膨胀系 数135 180X10_7°C，该玻璃的热膨胀系数较大，不能用于中、低膨胀系数的封接。日立制作所特开平2467137公布了一种氧化钒(V2O5)系封接玻璃，封接温度小于 4000C，热膨胀系数90 X IO-V0C以下，但这种玻璃中，氧化铅是必要组分，不能满足无铅化的 要求，同时，还含有剧毒铊的氧化物。
发明内容本发明的主要目的在于克服现有电热管用玻璃粉的不足，提供了一种可广泛应用 于电热管的封接玻璃粉，具有低熔点、无毒、无污染的优点，以满足市场对电热管用无铅玻 璃粉的需求。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，原料按重量百分比组成为Bi2O360 70%B2O315 30%Na2O3 10%
ZnO0.1 10%MgO0.1 8%Al2O30.1 5%所述的Bi2O3优选为61 65%，最佳为63% ；所述的化03优选为22 观％，最佳为23% ；所述的Nei2O优选为5 10 %，最佳为8 % ；所述的ZnO优选为1 5%，最佳为3% ；所述的MgO优选为1 5%，最佳为2% ；所述的Al2O3优选为0. 1 3%，最佳为；所述的&ι0、MgO和Al2O3的总的重量百分比为4 10% ；所述的电热管用无铅铋酸盐玻璃粉的膨胀系数为92 97X10_7°C，封接温度为 450 500 °C ；所述的玻璃粉中可外加适量的色素组分。本发明的另一目的在于提供一种用于生产上述一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉 的制备方法。一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉的制备方法，具体步骤为(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；(2)将所称取的原料充分混合；(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1100°C 1300°C的电炉中， 保温50 150min ；(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中或浇铸成一定的形 状；(5)将片状或者颗粒状玻璃和颜料一起放入球磨机球磨；(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。本发明的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉适用范围广，除了应用于电热管封接之 外，同时还可以和在此温度和膨胀系数相符的玻璃、陶瓷、金属封接，封接性能良好。本发明一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉及其制备方法的积极效果是(1)不易老化，封接玻璃从材料性质上说，它是一种具有少量微晶的玻璃，是一种 介于玻璃和陶瓷之间的材料，它具有玻璃的流动性，也具陶瓷的强度和化学稳定性，所以它 具有永不老化的特质；(2)高密封性，本产品虽是玻璃，却具有特殊的高膨胀性能，在受热和冷却的过程 中，它与电热管(不锈钢管)一起膨胀一起收缩，这样，就做到了优异的密封性能，在正常使 用情况下，绝不漏气；(3)耐高温，本产品可在300度的高温环境下长期正常使用；(4)高绝缘，本产品绝缘值可达到85ΜΩ。封口后电热管的绝缘值可远超国家标准 (50ΜΩ)；( 环保性，本产品完全符合我国及欧盟RoHS环保指令，并通过了 SGS国际认证的 RoHS环保检测，产品铅含量大大低于欧盟RoHS指令要求(几乎为零)；(6)易用性，采用本产品封口，工艺简单，成本低廉；
(7)性价比高，本发明各项指标全面达到或超过进口产品，但价格只是进口产品的 几分之一。本发明的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉可以根据所用产品的特点以及要求制 备成条状、柱状、平板装、粉状以及压制成所需要的形状。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解， 在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些 等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明提供了一种可广泛应用于电热管的封接玻璃粉，具有低熔点、无毒、无污染 的优点，以满足市场对电热管用无铅玻璃粉的需求。其中，所述的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，原料按重量百分比组成为Bi2O360 70%B2O315 30%Na2O3 10%ZnO0.1 10%MgO0.1 8%Al2O30.1 5%所述的Bi2O3优选为61 65%，最佳为63% ；所述的B2O3优选为22 28%，最佳为23% ；所述的Na2O优选为5 10 %，最佳为8 % ；所述的ZnO优选为1 5%，最佳为3% ；所述的MgO优选为1 5%，最佳为2% ；所述的Al2O3优选为0. 1 3%，最佳为10Z0 ；所述的ZnO、MgO和Al2O3的总的重量百分比为4 10% ；所述的电热管用无铅铋酸盐玻璃粉的膨胀系数为92 97X10_7°C，封接温度为 450 500 °C ；所述的玻璃粉中可外加适量的色素组分。本发明的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，根据加入色素的不同，可实现烧结后 的颜色多样化，满足不同客户的个性化需求。本发明的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，可以根据所用产品的特点以及要求制 备成条状、柱状、平板装、粉状以及压制成所需要的形状。在使用本发明的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉进行封接时，须先将玻璃粉(或 玻璃环)填充金属管口，然后对管口加热使玻璃粉(环)充分融化，使玻璃液能很好地润湿 金属，然后停止加热，自然冷却，玻璃凝固即可。本发明的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉进行封接时可采用如下三种方式加热
管口 (1)高频电阻熔焊封接
将玻璃粉(或玻璃环)填充金属管口后，先对10厘米处加热数秒，以充分排除湿 气，然后对管口加热数秒，待玻璃充分融化后即移开电热管，让管口自然冷却即可；高频加热机参数如下(参考数据)加热电流 加热时间 保温电流 保温时间(秒)23A1023A20加热电流和时间视金属管规格可作相应调整(视玻璃环充分融化而定)；(2)烤箱封接玻璃粉(或玻璃环)填充金属管口后，放入烤箱，控制温度450 500°C左右，熔封20 30分钟，烤箱的温度及熔封时间视金属管规格可作相应调整，观察玻 璃已全面均勻分布金属管口即可；(3)火焰封接玻璃粉(或玻璃环)填充金属管口后，用火焰直接加热金属管口， 观察玻璃已全面熔化为液体后，自然冷却即可。本发明的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉进行封接时的注意事项(1)本发明推荐封接温度为450 500°C左右，当温度太高，易产生气泡，影响封接 效果，使用时可调整封接温度到玻璃充分融化但不产生气泡为最佳；(2)电热管充填的氧化镁粉易吸潮，封接前请将金属管放进烘箱O80 350°C ) 保温3 4小时，保证水分排除干净；(3)玻璃封接时，要注意清洁卫生，金属管口粉尘和脏污应清理干净，否则会导致 封接后气密性不佳，而影响绝缘性能；(4)如是用玻璃粉，为了控制您的成本，建议在满足封接效果的前提下调整粉的用 量到最小，本发明推荐封接后玻璃层的厚度为2-3毫米。在以下的实施例中，失重是在90°C的去离子水中恒温10个小时后测定的。实施例1一、原料组成按重量百分比为Bi2O363%B2O323%Na2O8%ZnO3%MgO2%Al2O31 %二、制备方法(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；(2)将所称取的原料充分混合；(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1200°C的电炉中，保温 70min ；(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中或浇铸成一定的形 状；(5)将片状或者颗粒状玻璃和颜料一起放入球磨机球磨；(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。三、测试结果
膨胀系数95X10_7°C (300°C )封接温度480°C失重0·0026(wt% )。实施例2一、原料组成按重量百分比为Bi2O361%B2O321%Na2O9%ZnO4%MgO4%Al2O31%二、制备方法(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；(2)将所称取的原料充分混合；(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1240°C的电炉中，保温 IOOmin ；(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中或浇铸成一定的形 状；(5)将片状或者颗粒状玻璃和颜料一起放入球磨机球磨；(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。三、测试结果膨胀系数96X10_7°C(300°C )封接温度490°C失重0.0058(wt% )。实施例3一、原料组成按重量百分比为Bi2O367%B2O316%Na2O8%ZnO5%MgO3%Al2O31%二、制备方法(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；(2)将所称取的原料充分混合；(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1180°C的电炉中，保温50min ；(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中或浇铸成一定的形 状；
(5)将片状或者颗粒状玻璃和颜料一起放入球磨机球磨；(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。三、测试结果膨胀系数95X10_7°C (300°C )封接温度470°C失重0.00;35(wt% )。值得注意的是，本发明可根据具体封接材料的特性以及对温度及膨胀系数的具体 要求提供与之匹配的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，其方法在于选用不同的组分构成玻 璃从而获得多种具有不同膨胀系数的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉。最后所应说明的是以上实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，尽管参 照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本 发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均 应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，其特征在于，原料按重量百分比组成的组分为， Bi2O3 为 60 70%，B203 为 15 30%，Na20 为 3 10%，Zn0 为 0. 1 10%，Mg0 为 0. 1 8%, Al2O3 为 0. 1 5%。
2.如权利要求1所述的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，其特征在于，所述的Bi2O3为 61 65% ；所述的B2O3为22 28%。
3.如权利要求2所述的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，其特征在于，所述的Bi2O3为 63% ；所述的B2O3为23%。
4.如权利要求1所述的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，其特征在于，所述的Na2O为 5 10% ；所述的ZnO为1 5%。
5.如权利要求4所述的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，其特征在于，所述的Na2O为 8% ；所述的ZnO为3%。
6.如权利要求1所述的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，其特征在于，所述的MgO为 1 5% ；所述的Al2O3为0. 1 3%。
7.如权利要求6所述的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，其特征在于，所述的MgO为 2% ；所述的Al2O3为1%。
8.如权利要求1所述的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，其特征在于，所述的Zn0、Mg0 和Al2O3的总的重量百分比为4 10%。
9.如权利要求1所述的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉，其特征在于，所述的电热管 用无铅铋酸盐玻璃粉的膨胀系数为92 97X 10_7°C，封接温度为450 500°C。
10.如权利要求1所述的一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉的制备方法，其特征在于，包 括如下步骤(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；(2)将所称取的原料充分混合；(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1100°C 1300°C的电炉中，保温 50 150min ；(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中或浇铸成一定的形状；(5)将片状或者颗粒状玻璃和颜料一起放入球磨机球磨；(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。
全文摘要
本发明涉及一种电热管用无铅铋酸盐玻璃粉及其制备方法，原料按重量百分比组成的组分为，Bi2O3为60～70％，B2O3为15～30％，Na2O为3～10％，ZnO为0.1～10％，MgO为0.1～8％，Al2O3为0.1～5％；制备过程包括称量、混料、熔制、压片、球磨、过筛；玻璃粉中可外加适量的色素组分；本发明的优点不易老化、高密封性、耐高温、高绝缘、环保性、易用性以及性价比高的特点。
文档编号C03B11/00GK102120692SQ20101002261
公开日2011年7月13日 申请日期2010年1月11日 优先权日2010年1月11日
发明者刘立起, 徐广亮, 武荣丽 申请人:上海歌灵新材料科技有限公司