[發明專利]一種氧化鋁改性的低溫封接玻璃及其制備與使用方法

在審

• 申請號: 201710277623.7
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107082567A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 張騰;蘇鴻斌
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C03C8/24
• 分類號: C03C8/24
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊,林文弘

技術領域

本發明屬于封接玻璃領域，具體涉及一種氧化鋁改性的低溫封接玻璃及其制備與使用方法。

背景技術

低溫封接玻璃（封接溫度<600℃)，由于其良好耐熱性和化學穩定性，高的機械強度，廣泛應用于電子漿料、電真空和微電子技術、能源、宇航、汽車等眾多領域，如在發光二極管（LED）中的熒光粉封接，封接材料的性能的優良與否直接導致電池的實際使用性能。封接玻璃也可用于玻璃、陶瓷、金屬、半導體間的相互封接。但是，目前國內外研究普遍使用含Pb的封接材料，這將對環境造成污染。另外，磷酸鹽玻璃因具有熔封溫度低、膨脹系數可調整范圍寬、價格低、能顯著減少環境污染等優點獲得了廣泛的關注。

專利申請201310259302.6，公開了一種低溫無鉛玻璃粉及其制備方法，不過該體系中引入了另外一種有毒的物質Sb，未解決環保問題。而專利申請201210366375.0也公開了無鉛玻璃材料及其制備方法，通過P₂O₅、K₂O、Na₂O、ZrO₂、TiO₂等原料的成分設計避免了環境污染，不過該玻璃的軟化溫度范圍為500~600℃，難以滿足低溫封接尤其是電子元件低溫快速燒結的要求。本課題組前期工作發現了硼鉍鋅體系玻璃可解決上述問題，并申請了專利。然而，硼鉍鋅體系玻璃因為含有變價離子Bi，使得玻璃在燒結過程中顏色變深，使得玻璃在可見光波段的光透過率變低，并且硼鉍鋅體系玻璃易于析晶，在封接過程難以控制。因此，硼鉍鋅體系玻璃在光性能方面受到較大的限制。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種氧化鋁改性的低溫封接玻璃及其制備和使用方法，通過Al₂O₃引入AlO₄四面體，利用結構相似性穩定PO₄四面體，增強玻璃網絡穩定性，從而提高其熱穩定性，該材料置于80℃熱水中1000小時可保持良好的穩定性。通過引入高濃度的ZnO與P₂O₅，發揮二者的協調作用，使該玻璃的轉變溫度范圍降低至350-425℃；Na₂O可降低玻璃的熔化溫度，而且能夠進一步改善其封接性能。

本發明是通過如下技術方案實施的：

一種Al₂O₃改性的低溫封接玻璃的原料組成為ZnO、Na₂O、P₂O₅和Al₂O₃，其摩爾比為33~45:15~25:22~40:5~25。

制備如上所述的低溫封接玻璃的方法包括以下步驟：

（1）將原料混合均勻；經過880-1100℃熔制，保溫時間1-4小時；對熔制好的玻璃液，進行急冷，獲得玻璃熔塊；然后，將玻璃熔塊粉碎，研磨或者球磨，過篩后獲得玻璃粉末；

（2）將玻璃粉末與粘結劑、分散劑和溶劑混合成漿料，在球磨機中球磨均勻分散；流延成型，自然干燥，然后裁剪成所需形狀的胚體，制成封接玻璃。

所述步驟（2）的粘結劑為環氧樹脂、甲基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛和聚乙烯醇中的一種或幾種的混合物。

所述步驟（2）的分散劑為魚油、聚丙烯酸、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺中的一種或幾種的混合物。

所述步驟（2）的溶劑為水、乙醇、異丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯和丙酮中的一種或幾種的混合物。

封接玻璃置于待封接部位，在電爐中以1-5℃/min的速率升溫，400-500℃保溫0.5-1小時，然后以1-5℃/min的速率升溫至500-650℃保溫處理0.5-1小時，即完成封接。

本發明的顯著優點在于：

（1）通過Al₂O₃引入AlO₄四面體，增強玻璃網絡穩定性，從而提高其熱穩定性，降低析晶傾向，該材料置于80℃熱水中1000小時可保持良好的穩定性；

（2）引入高濃度的ZnO與P₂O₅，發揮二者的協調作用，使該玻璃的轉變溫度范圍降低至350-425℃；

（3）Na₂O可降低玻璃的熔制溫度，而且能夠改善其封接性能；

（4）Al₂O₃可調節玻璃的熱膨脹系數，能夠進一步改善其封接性能；