[發明專利]一種高接合強度陶瓷和玻璃連接材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011237909.0
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112500186A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 張樂;甄方正;邵岑;趙超;申冰磊;陳浩
• 申請（專利權）人: 新沂市錫沂高新材料產業技術研究院有限公司
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00;C03C3/089;C03C3/087;C03C3/076
• 代理公司: 蘇州市方略專利代理事務所(普通合伙) 32267
• 代理人: 朱智杰

本發明提供了一種適合連接陶瓷?玻璃的高接合強度的連接材料及其制備方法。該材料通過加入V₂O₅，并通過控制球磨過程中的參數得到與V₂O₅與SiO₂的最佳粒徑之比，最終制得了熱膨脹系數匹配的連接材料，提高了接合強度，非常適合陶瓷?玻璃連接材料的（半）工業化生產。

技術領域

本發明提供一種高接合強度陶瓷和玻璃連接材料及其制備方法，屬連接材料制備應用技術領域。

背景技術

陶瓷與玻璃的連接，特別是連接性能搭配的陶瓷和玻璃，是高溫、高壓、密封等場合必不可少的連接產品。陶瓷與玻璃連接后機械強度良好，密封性能優異，耐高溫性、耐腐蝕性以及耐輻射性較強，電性能參數良好，適用于各種特殊嚴酷的環境下使用。隨著我國航空、航天、船舶、勘探等工業、農業、軍工事業的突飛猛進，各種高溫、高壓、腐蝕、輻射等工作環境、工作設備的增多，陶瓷玻璃燒結密封連接器的需求也在與日俱增，陶瓷玻璃燒結密封連接器是在上述場合不可替代的密封連接器。但是陶瓷本身的一些性能，如化學惰性、低擴散速率和高熔點等，阻礙了陶瓷與玻璃連接技術的應用。由于需要保持陶瓷與玻璃連接后穩定的性能，確保粘合夾層和陶瓷之間的良好潤濕性和較低熱膨脹系數的適配至關重要。到目前為止陶瓷-玻璃連接技術主要包括擴散接合，活性釬焊，液相接合和玻璃料夾層接合等。其中由于玻璃料對陶瓷基板表面粗糙度的耐受性高，成本低，化學穩定性高，因此采用玻璃料層間連接是較為優秀的連接的方法。

但是，陶瓷的熱膨脹系數通常為6.5～9(10^-6/K)，而工業玻璃的熱膨脹系數則為3～5(10^-6/K)，陶瓷與玻璃的熱膨脹系數往往不匹配，導致通常通過玻璃料連接時，由于熱膨脹系數不同導致的連接可靠性下降，即陶瓷與玻璃接合時界面之間的應力集中，接合強度下降。但不同的材料往往由于粒度不均勻，也導致了接合強度的大幅下降。而在連接陶瓷和玻璃中的另一個挑戰是在接合時，在較高的溫度下接合，玻璃的接口處會由于溫度過高導致形變，這一情形本領域的技術人員往往難以處理。

發明內容

1.為了解決上述在不同陶瓷-玻璃連接材料的接合強度不高的問題，本發明提供了一種高接合強度陶瓷-玻璃連接材料的制備方法及應用，通過選取熱導率梯度匹配的連接材料，在摻入V₂O₅后，由于V₂O₅的硬度小，通過本發明控制的球磨參數和原料比例，得到與SiO₂粒度小3～4倍的V₂O₅顆粒，在此粒度下，壓實過程中V₂O₅可作為玻璃料縫隙的填充，提高了玻璃料的密度，同時摻入V₂O₅也有效降低了玻璃料的熔點，降低了接合時所需的溫度。該方法工藝簡單，所制造出來的產品性能穩定。

2.本發明的技術方案如下：

首先，將AO、V₂O₅和SiO₂的氧化物粉末按照化學計量比稱出，然后將稱出的氧化物粉末混合后使用去離子水和氧化鋯球磨，并干燥；之后將玻璃粉末置于坩堝中熔融，然后將熔融的氧化物粉末迅速倒入去離子水中以形成玻璃料；然后再將獲得的玻璃樣品使用去離子水和氧化鋯球磨，并干燥，將球磨后的顆粒置于模具中，在30～50MPa的壓力下壓制10～30s，將固定形狀的玻璃料坯體置于空氣中加熱熔化接合，即可作為連接材料連接陶瓷與玻璃；

優選的，所選氧化物原料的純度均為99.9～99.99％；

優選的，第一次球磨后干燥溫度為50～60℃，干燥時間為0.5～2h，第一次球磨時間為8～9h，球磨轉速為170～190轉/分；熔融時的升溫速率為5～15℃/min，熔化1～5h；倒入的去離子水的溫度為室溫；所述球磨方式為行星式球磨。。