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低熔点磷酸盐封接玻璃的研制

作　者: 汤刚
导　师: 卢安贤
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: 磷酸盐封接玻璃 Bi2O3 热膨胀化学稳定性
分类号: TQ171.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 2次
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内容摘要

磷酸盐封接玻璃的熔封温度低、热膨胀系数可调且范围宽,适用于各种电子元件的封接,是最有可能取代氧化铅封接玻璃的理想材料之一。但是传统的磷酸盐玻璃存在制备工艺复杂和化学稳定性差等缺陷,制约了它在电子行业中的应用。因此,开发新型的无铅低熔点磷酸盐封接玻璃,有助于突破国外封接制品的技术壁垒,具有重大的经济价值和积极的社会意义。本文通过传统熔融冷却方法制备了,无铅低熔点磷酸盐封接玻璃,并对组成进行了调整和优化。研究了玻璃组成、结构与性能的关系,探讨了组成对封接玻璃密度、特征温度、热膨胀、化学稳定性以及烧结性能的影响。获得的主要研究结果如下：ZnO-B2O3-P2O5-Al2O3-Na2O-Li2O体系封接玻璃中,ZnO的引入量过高,Zn2+以锌氧八面体[ZnO6]的形式存在,在玻璃网络结构中产生积聚作用,使玻璃的形成能力下降。ZnO含量过低,则会降低玻璃的热稳定性,容易开裂。ZnO的适宜含量约为30mol%。而玻璃组分中P2O5含量的增加能提高玻璃的形成能力,P2O5的适宜含量约为50～55mol%。用Bi2O3和SrO取代Al2O3、Na2O和Li2O,对玻璃组分进行调整和优化,可提高玻璃的形成能力和化学稳定性。随着SrO引入和含量的增加,Sr2+能在2个相邻磷氧四面体[PO4]之间起连接作用,因而加强了玻璃网络的连接程度,让玻璃的结构趋于稳定。而玻璃组分中Bi2O3的引入量过高会导致表面析晶。随着Zn/P比值的提高,玻璃的热膨胀系数先降低然后趋于稳定,玻璃的转变温度和软化温度在较小温度区间内呈上升趋势。随着SrO的引入和含量的增加,玻璃的热膨胀系数增大,玻璃的转变温度和软化温度降低。随着Bi2O3的引入和含量的增加,玻璃的密度增大,玻璃的热膨胀系数先升高然后稳定,玻璃的转变温度和软化温度先降低然后趋于稳定,化学稳定性先升高然后下降,化学稳定性在Bi2O3为7mol时达到极值。Bi3+的加入,这有利于增大B-O-B键和P-O-P键弯曲振动的扭矩,从而使B-O-B键和P-O-P键的弯曲振动向高波数方向移动；同时,Bi3+进入玻璃网络结构中,打开P=O双键,诱导P-O-Bi和B-O-Bi新键的形成。540℃时,玻璃粉体的流散性达到最佳,可以作为ZnO-B2O3-P2O5-Bi2O3-SrO体系玻璃的封接温度。相比于聚乙烯醇(PVA),以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂对烧结样品的抗弯强度提升更多,本文所研究的玻璃系统粘结剂宜选用PVB。

低熔点磷酸盐封接玻璃的研制

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