一种析晶型高膨胀封接玻璃粉及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于微晶玻璃技术领域，特别是提供了一种析晶型高膨胀封接玻璃粉及其 制备和应用，适合作为与膨胀系数较大的金属、陶瓷封接的绝缘材料，同时也适合作为与膨 胀系数匹配的玻璃、陶瓷材料封接的绝缘材料。
【背景技术】
[0002] 封接玻璃是一种先进的焊接材料，该材料具有较适宜的融化温度和封接温度，良 好的耐热性和化学稳定性、高的机械强度，被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，传统的封接玻璃包括钠硼硅酸盐玻璃、钠钾铅硅酸盐玻璃、钠钡硅酸盐玻璃、钾铅硅酸 盐玻璃、钾钡磷酸盐玻璃等。随着微电子技术、电子显示、光电子技术的发展、器件小型化以 及结构元件的精密化，封接器件应用范围越来越广，对封接要求越来越高，包括其气密性、 可靠性和封接温度要求。尤其是与高膨胀不锈钢或金属的封接，不仅要求封接材料具有较 高的膨胀系数，而且要求具有较高的封接温度以适应较高的使用温度。而传统的封接玻璃 与金属封接时普遍存在的泄漏率高、容易受潮、电绝缘性能不稳定等问题。与传统封接玻璃 相比，封接用微晶玻璃具有热膨胀系数变化范围大、电绝缘性能高、力学性能优良、化学稳 定性高及结构致密与密封性好等特点，是与金属材料进行封接的最佳候选材料。
[0003] 1^20_211〇^02系统微晶玻璃是其中较重要的一种封接材料，具有组成范围广、封 接温度适中（低于l〇〇〇°C )、电阻高、化学稳定性好等特点，另外通过调整热处理制度，其 热膨胀系数可在很大范围内进行调整。如何调控Li2O-ZnO-SiO 2系统微晶玻璃的性能参数， 进一步拓展其适用范围，为本领域技术人员的一个重要研究方向之一。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在进一步拓展Li2O-ZnO-SiO2系统微晶玻璃的类型、并提升其性能参数， 本发明提供了一种析晶型高膨胀封接玻璃粉及其制备方法和应用。
[0005] 本发明提供了一种析晶型高膨胀封接玻璃粉，所述析晶型高膨胀封接玻璃粉包 括：30 ?60wt% Si02、10 ?30wt%Zn0、5 ?15wt% Li20、0 ?5wt%Al203、2 ?12wt%B203、 0 ?8wt% K20、0 ?10wt% Na20、0 ?10wt% P2O5、以及 0 ?10wt% NiCKFe2O3和 / 或 Cr2O3, 上述各组成重量分数之和为100%。
[0006] 较佳地，二氧化硅、氧化锌、氧化锂的质量和为所述析晶型高膨胀封接玻璃粉质量 的60?90% ;三氧化二硼、氧化铝的质量和为所述析晶型高膨胀封接玻璃粉质量的2? 15% ;氧化钠、氧化钾的质量和为所述析晶型高膨胀封接玻璃粉质量的0?15% ;五氧化 二磷与氧化镍、三氧化二铁和/或三氧化二铬的质量和为所述析晶型高膨胀封接玻璃粉质 量的0?12%。
[0007] 较佳地，所述析晶型高膨胀封接玻璃粉包括：45?55wt% Si02、12?25wt% ZnO、 5 ?12wt% Li20、0 ?4wt % Al2〇3、3 ?6wt% B2〇3、0 ?8wt% Na20、0 ?6wt% K20、0 ?8wt% PA。
[0008] 较佳地，所述析晶型高膨胀封接玻璃粉中NiCKFe2O3和/或Cr 203的重量百分数为 l-8wt%。
[0009] 较佳地，二氧化硅、氧化锌、氧化锂的质量和为所述析晶型高膨胀封接玻璃粉质量 的60?85% ;三氧化二硼、氧化铝的质量和为所述析晶型高膨胀封接玻璃粉质量的2? 13% ;氧化钠、氧化钾的质量和为所述析晶型高膨胀封接玻璃粉质量的0?10% ;五氧化二 磷与氧化镍、三氧化二铁和/或三氧化二铬的质量和为所述析晶型高膨胀封接玻璃粉质量 的0?12%。
[0010] 本发明还提供了一种上述析晶型高膨胀封接玻璃粉的应用，所述析晶型高膨胀封 接玻璃粉与需密封的金属部件在600?800°C热处理1?4小时进行高温封装。
[0011] 较佳地，经热处理后的析晶型高膨胀封接玻璃粉的膨胀系数为130X KT7? 190 X 10_7/°C，绝缘电阻率为IX IO15?12 X 10 15 Ω ^cm ;所述析晶型高膨胀封接玻璃粉能够 在超过500°C的环境下使用。
[0012] 又，本发明还提供了上述析晶型高膨胀封接玻璃粉的制备方法，所述制备方法包 括： 1) 按所述析晶型高膨胀封接玻璃粉的组成比例，称取Si02、ZnO、Li20、A120 3、B203、K20、 Na20、P205、以及NiO、Fe2O 3和/或Cr 203,均匀混合后得到原料粉末； 2) 将步骤1)制备的原料粉末密封于坩埚中，在1350-1500°C下保温得到玻璃液； 3) 将步骤2)制备的玻璃液辊压、破碎、烘干、球磨、过筛。
[0013] 较佳地，步骤2)中，坩埚包括钼铑坩埚。
[0014] 较佳地，步骤2)中，在1350?1500°C下保温1. 5?3小时。
[0015] 本发明的有益效果： 本发明在此体系（Li2O-ZnO-SiO2系统微晶玻璃）的基础上添加了适量的氧化镍、三氧 化二铁或三氧化二铬等金属氧化物，可以降低玻璃表面张力，增强玻璃与金属表面的浸润 性，显著提高了封接器件的气密性；同时在玻璃与金属部件封接后，选取合适的温度和时间 进行热处理，控制微晶玻璃中晶相的析出，调控其膨胀系数与封接部件相匹配，保证其具有 良好的高温强度、高温绝缘性能和化学稳定性，是一种具有很高实用价值的封接材料。
[0016] 更具体来说： 本发明的析晶型玻璃粉，可析出二硅酸锂、方石英、硅酸锌，该多元晶相的特点是能达 到高膨胀系数（130?190X 1(T7/°C )，特别适合用于高膨胀金属器件封接； 本发明的析晶型玻璃粉，具有较高的封接温度，可在较高温度（> 550°C )下使用； 配方中添加了适量的氧化镍、三氧化二铁或三氧化二铬等金属氧化物，可以降低玻璃 表面张力，增强玻璃与金属表面的浸润性，使封接器件有较高的气密性。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本 发明，而非限制本发明。
[0018] 本发明涉及一种析晶型高膨胀封接玻璃粉及其制备，属于微晶玻璃技术领域。该 微晶玻璃各组分质量百分比含量为：30?60% SiO2UO?30% Zn0、5?15% Li20、0? 5% Al203、2 ?12% B203、0 ?8% K20、0 ?10% Na20、0 ?10% P2O5、??10% (NiCKFe2O3或 Cr2O3)。
[0019] 其中，所述的二氧化硅、氧化锌、氧化锂的总和为60?90% ; 所述的三氧化二硼、氧化铝的总和为2?15% ; 所述的氧化钠、氧化钾的总和为〇?15% ; 所述的五氧化二磷、氧化镍或三氧化二铁或三氧化二铬的总和为0?12%。
[0020] 所述的析晶型高膨胀封接玻璃粉，其优选的重量百分