一种氧化镧改性的低温封接玻璃及其制备与使用方法技术

本发明专利技术公开了一种La2O3改性的低温封接玻璃及其制备和使用方法，原料组成为ZnO、Na2O、P2O5、La2O3，其摩尔比为33~45：15~25：22~40：5~25。通过引入La

Low temperature sealing glass modified by lanthanum oxide and preparation and use method thereof

The invention discloses a La2O3 modified low temperature sealing glass, a preparation method and a using method thereof. The composition of the raw material is ZnO, Na2O, P2O5, La2O3, and the molar ratio is 33~45:15~25:22~40:5~25. By introducing La

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镧改性的低温封接玻璃及其制备与使用方法
本专利技术属于封接玻璃领域，具体涉及一种La2O3改性的低温封接玻璃及其制备与使用方法。
技术介绍
低温封接玻璃（封接温度<600℃)，由于其良好耐热性和化学稳定性，高的机械强度，广泛应用于电子浆料、电真空和微电子技术、能源、宇航、汽车等众多领域，如在发光二极管（LED）中的荧光粉封接，封接材料的性能的优良与否直接导致电池的实际使用性能。封接玻璃也可用于玻璃、陶瓷、金属、半导体间的相互封接。但是，目前国内外研究普遍使用含Pb的封接材料，这将对环境造成污染。另外，磷酸盐玻璃因具有熔封温度低、膨胀系数可调整范围宽、价格低、能显著减少环境污染等优点获得了广泛的关注。专利申请201310259302.6，公开了一种低温无铅玻璃粉及其制备方法，不过该体系中引入了另外一种有毒的物质Sb，未解决环保问题。而专利申请201210366375.0也公开了无铅玻璃材料及其制备方法，通过P2O5、K2O、Na2O、ZrO2、TiO2等原料的成分设计避免了环境污染，不过该玻璃的软化温度范围为500~600℃，难以满足低温封接尤其是电子元件低温快速烧结的要求。本课题组前期工作发现了硼铋锌体系玻璃可解决上述问题，并申请了专利。然而，硼铋锌体系玻璃因为含有变价离子Bi，使得玻璃在烧结过程中颜色变深，使得玻璃在可见光波段的光透过率变低，并且硼铋锌体系玻璃易于析晶，在封接过程难以控制。因此，硼铋锌体系玻璃在光性能方面受到较大的限制。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种La2O3改性的低温封接玻璃及其制备和使用方法，通过La2O3引入La3+离子，利用其高场强吸引O2-离子，促进PO3向PO4转变，增强玻璃网络稳定性，从而提高其热稳定性，该材料置于80℃热水中1000小时可保持良好的稳定性。高浓度La2O3的添加，作为中间体增强剂，可显著改善玻璃与基材的润湿。通过引入高浓度的ZnO与P2O5，发挥二者的协调作用，使该玻璃的转变温度范围降低至350-425℃；Na2O可降低玻璃的熔化温度，而且能够进一步改善其封接性能。本专利技术的玻璃适用于LED荧光粉封接、电子材料以及其他低温封接领域。本专利技术是通过如下技术方案实施的：一种La2O3改性的低温封接玻璃的原料组成为ZnO、Na2O、P2O5、La2O3，其摩尔比为33~45：15~25：22~40：5~25。优选的，原料ZnO、Na2O、P2O5、La2O3的摩尔比为38~40.5：18~22：27~29.5：10~15。制备如上所述改性的低温封接玻璃的方法包括以下步骤：（1）将原料混合均匀；经过880-1100℃熔制，保温时间1-4小时；对熔制好的玻璃液，进行急冷，获得玻璃熔块；然后，将玻璃熔块粉碎，研磨或者球磨，过筛后获得玻璃粉末；（2）将玻璃粉末与粘结剂、分散剂和溶剂混合成浆料，在球磨机中球磨均匀分散；流延成型，自然干燥，然后裁剪成所需形状的胚体，制成封接玻璃。所述步骤（2）的粘结剂为环氧树脂、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇中的一种或几种的混合物。所述步骤（2）的分散剂为鱼油、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物。所述步骤（2）的溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、丙酮中的一种或几种的混合物。使用方法：封接玻璃置于待封接部位，在电炉中以1-5℃/min的速率升温，400-500℃保温0.5-1小时，然后以1-5℃/min的速率升温至500-650℃保温处理0.5-1小时，即完成封接。本专利技术的显著优点在于：（1）通过La2O3引入La3+离子，利用其高场强吸引O2-离子，促进PO3向PO4转变，增强玻璃网络，从而提高其热稳定性，降低析晶倾向，该材料置于80℃热水中1000小时可保持良好的稳定性；（2）La2O3可调节玻璃的热膨胀系数，能够进一步改善其封接性能；而且，高浓度La2O3的添加，作为中间体增强剂，可以显著改善玻璃与基材的润湿，有利于实施封接；（3）引入高浓度的ZnO与P2O5，发挥二者的协调作用，使该玻璃的转变温度范围降低至350-425℃；（4）Na2O可降低玻璃的熔制温度，而且能够改善其封接性能；（5）本专利技术制备原料简单易得，工艺稳定，达到了实用化和工业化的条件。附图说明图1为实施例1-4的封接玻璃在平行实验条件下的热膨胀曲线。图2为实施例1-4的封接玻璃在平行实验条件下的DSC曲线。具体实施方式一种La2O3改性的低温封接玻璃的原料组成为ZnO、Na2O、P2O5、La2O3，其摩尔比为33~45：15~25：22~40：5~25。制备如上所述的含La2O3改性的低温封接玻璃的方法包括以下步骤：（1）将原料混合均匀；经过880-1100℃熔制，保温时间1-4小时；对熔制好的玻璃液，进行急冷，获得玻璃熔块；然后，将玻璃熔块粉碎，研磨或者球磨，过筛后获得玻璃粉末；（2）将玻璃粉末与粘结剂、分散剂和溶剂混合成浆料，在球磨机中球磨均匀分散；流延成型，自然干燥，然后裁剪成所需形状的胚体，制成封接玻璃。所述步骤（2）的粘结剂为环氧树脂、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇中的一种或几种的混合物。所述步骤（2）的分散剂为鱼油、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物。所述步骤（2）的溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、丙酮中的一种或几种的混合物。封接玻璃置于待封接部位，在电炉中以1-5℃/min的速率升温，400-500℃保温0.5-1小时，然后以1-5℃/min的速率升温至500-650℃保温处理0.5-1小时，即完成封接。表1为实施例1-4中的封接玻璃组分表（摩尔百分数）实施例1：材料的制备与封接按照表1中实施例1的各组分的配比，称取一定量的分析纯原料（ZnO、Na2O、P2O5、La2O3），用行星球磨机球磨24小时混合均匀；然后将粉料放入铂金坩埚，置于箱式电阻炉的空气气氛中，以3℃/min加热至900℃，保温1小时；然后，取出坩埚，将熔体倒入去离子水中急冷，干燥获得玻璃熔体的碎块；研磨，过100目筛，得到玻璃粉体。将玻璃粉与聚乙烯醇、鱼油、乙醇和甲苯（重量比依次为80%、2%、1%、10%、7%）混合成浆料，在球磨机中球磨均匀分散；流延成型，自然干燥，然后裁剪成所需形状的胚体；将胚体置于待封接部位，在电炉中以2℃/min的速率升温，在400℃保温1小时，然后以2℃/min的速率升温至500℃保温处理1小时，即完成封接。该例为优选组成。将保温后的熔体倒入预热后的不锈钢磨具中，获得Φ=10mm，d=25mm的玻璃圆柱，在NETZSCHDIL402EP热膨胀仪上以10℃/min的加热速率测试，获得玻璃转变点及软化点。图1、2表明，添加5%摩尔分数的La2O3的封接玻璃的玻璃转变点为359℃，软化点为374℃，线膨胀系数为1.42×10-5/K。在80℃热水中放置1000小时后的失重率低于0.001%。实施例2：材料的制备与封接按照表1中实施例2的各组分的配比，称取一定量的分析纯原料（ZnO、Na2O、P2O5、La2O3），用行星球磨机球磨24小时混合均匀；然后将粉料放入铂金坩埚，置于箱式电阻炉的空气气氛中，以3℃/min加热至950℃，保温1小时；然后，取出坩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种La2O3改性的低温封接玻璃，其特征在于：原料组成为ZnO、Na2O、P2O5、La2O3，其摩尔比为33~45：15~25：22~40：5~25。

【技术特征摘要】
1.一种La2O3改性的低温封接玻璃，其特征在于：原料组成为ZnO、Na2O、P2O5、La2O3，其摩尔比为33~45：15~25：22~40：5~25。2.根据权利要求1所述的La2O3改性的低温封接玻璃，其特征在于：原料ZnO、Na2O、P2O5、La2O3的摩尔比为38~40.5：18~22：27~29.5：10~15。3.一种制备如权利要求1所述的La2O3改性的低温封接玻璃的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将原料混合均匀；经过880-1100℃熔制，保温时间1-4小时；对熔制好的玻璃液，进行急冷，获得玻璃熔块；然后，将玻璃熔块粉碎，研磨或者球磨，过筛后获得玻璃粉末；（2）将玻璃粉末与粘结剂、分散剂和溶剂混合成浆料，在球磨机中球磨均匀分散；流延成型，自然干燥，然后裁剪成所需形状的胚体，制成封接玻璃。4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾，苏鸿斌，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35