一种钛保温杯真空封接用封接玻璃及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种钛保温杯真空封接用封接玻璃及其制备方法与应用，其组分按质量百分比包括：Bi2O3：25％～75％，B2O3：5％～30％，ZnO：10％～30％，Al2O3：0.1％～10％，R2O：2％～10％，TiO2：1％～5％，CuO：1％～5％，其中R2O包括Na2O和K2O中的一种或两种。制备方法和应用包括：将玻璃原料按质量百分比称取混合均匀后倒入刚玉坩埚在1000℃～1200℃下保温30min～120min，浇铸退火得到封接玻璃珠；再将洗净预氧化的钛保温杯与玻璃珠组装成封接组件，放入真空烧结炉中在460℃～580℃保温20min～40min进行封接。本发明专利技术具有以下有益效果：封接温度在600℃以下，热膨胀系数在α＝8～9

【技术实现步骤摘要】
一种钛保温杯真空封接用封接玻璃及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于钛保温杯真空封接及封接玻璃领域，特别涉及一种钛保温杯真空封接用封接玻璃及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]保温杯是由内外两层杯筒与底盖配合封接起来形成的双层容器，内外筒之间抽成真空，然后通过真空加热使玻璃珠熔化，使内外筒之间的孔隙密闭，从而起到真空保温的效果。保温杯一般分为不锈钢保温杯和钛保温杯。钛相比于不锈钢，更加亲和人体，健康环保；钛能够抗菌，耐腐蚀，重量比不锈钢轻46％，强度却不逊色于不锈钢。钛保温杯具有广阔前景。
[0003]传统商用保温杯广泛使用封接温度较低(可低于500℃)的铅基玻璃。然而铅基玻璃中含有大量的PbO(可达70％)，对人体健康和环境造成极大损害。这限制了铅基玻璃的使用。为达到无铅化，部分商用保温杯采用了Bi2O3～B2O3～ZnO玻璃，Bi2O3～B2O3～ZnO玻璃安全无害，但仍存在封接温度高、耐水耐酸碱性能差的问题，同时由于Bi2O3～B2O3～ZnO玻璃对钛的真空润湿性差，导致封接过程中存在残留气泡无法消除的问题，使得封接后封接层的力学性能和抗热震性较差，导致产品真空度下降，保温性能降低。
[0004]在金属与玻璃的封接中，玻璃与金属封接得是否致密取决于玻璃对金属的润湿情况。润湿情况越好，润湿角越小，金属与玻璃之间的黏着力越大，封接越密实。润湿能力可以用表面张力来表示。当玻璃与金属封接时，如果玻璃表面张力很大，玻璃熔体趋于形成球体以减少玻璃与金属的接触面积，此时的润湿角很大(>90
°
)，称完全不润湿。玻璃与金属的润湿情况在空气或氧气、氮气中比较好，但在真空状态下很差，真空下润湿角往往达到130
°
以上。而较好的润湿角需要在90
°
以下。金属与玻璃的封接是两种不同材料之间的连接。由于金属之间依靠金属键连接，玻璃之间依靠共价键连接，这使得金属与玻璃之间的封接强度较低。通过预氧化金属并在玻璃中添加金属氧化物组分，能够在金属与玻璃之间形成过渡层，提高封接强度。
[0005]因此，开发一种性能与铅基玻璃相当(能够在600℃以下完成封接)，能够在真空状态下与钛浸润良好，且不含铅等对环境和人体有害元素的封接玻璃具有广阔前景。
[0006]专利CN 109836045 A公布了一种用于钛热电池盖板的封接玻璃及其封接工艺，其摩尔组分为：SiO2：20～30％；ZnO：20～30％；B2O3：20～30％；Bi2O3：20～30％；CaO：2～5％；Al2O3：1～5％；Na2O：1～5％。该专利的封接温度超过600℃，封接温度过高；同时该专利使用在常压氮气气氛下，未考虑真空下玻璃表面张力大大超过氮气气氛下的表面张力，同时添加了CaO和Al2O3等，进一步提高了表面张力。即该专利无法实现600℃下与钛低温封接，同时无法对钛真空润湿，真空封接性差。
[0007]专利CN 114956549 A公布了供一种封接温度较低、热膨胀系数与钛及钛合金相匹配的封接玻璃，其质量组分为：SiO2：33～55％；TiO2：5～20％；R2O：10～25％；Al2O3：0.5～10％；Y2O3：1～15％；La2O3：1～10％；B2O3：2～15％；ZrO2：1～5％；MO：2～20％；Sb2O3：0～
1％。该专利的封接温度在800℃，封接温度过高，此温度下容易损坏被封接件，能耗大。如冲压成型的钛保温杯，封接时容易发生变形。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钛保温杯真空封接用封接玻璃及其制备方法与应用。
[0009]本专利技术为实现上述目的所使用的技术方案是：
[0010]一种钛保温杯真空封接用封接玻璃及其制备方法与应用，其特征在于：按照质量百分比，由以下组分组成：Bi2O3：25％～75％，B2O3：5％～30％，ZnO：10％～30％，Al2O3：0.1％～10％，R2O：2％～10％，TiO2：1％～5％，CuO：1％～5％。
[0011]进一步地，按照质量百分比，优选为由以下组分组成：Bi2O3：30％～70％，B2O3：10％～28％，ZnO：12％～25％，Al2O3：0.5％～8％，R2O：2％～10％，TiO2：1％～5％，CuO：1％～5％。
[0012]进一步地，B2O3/ZnO为0.4～1.5，优选B2O3/ZnO为0.6～1.2。
[0013]进一步地，R2O为Na2O和K2O中的一种或两种，当同时含有其中两种时，有：Na2O/K2O为1.2～3，优选Na2O/K2O为1.5～2.5。
[0014]进一步地，TiO2+CuO为2％～9％，优选为3％～8％。
[0015]进一步地，封接玻璃的转变温度为280℃～400℃，封接温度为460℃～580℃，玻璃的热膨胀系数为8～9
×
10
～6
/℃(25～300℃)，与钛及钛合金膨胀系数相近，可实现匹配封接。
[0016]进一步地，一种钛保温杯真空封接用封接玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
[0017]步骤一：按上述质量配比称取各原料(其中B2O3以硼酸引入，Na2O、K2O以碳酸盐形式引入，Al2O3以氢氧化铝形式引入，其他以氧化物形式引入)，在研钵中研磨至没有颗粒后再在混料机中混合30分钟，得到混合均匀的玻璃粉原料；
[0018]步骤二：将原料倒入刚玉坩埚中，再放入马弗炉中，在空气气氛下以5℃/min～10℃/min的速度升温至200℃～600℃，并保温20min～60min，以使原料充分分解得到氧化物；再以5℃/min的速度升温至1000℃～1200℃，在1000℃～1200℃下保温30min～120min，期间每30min搅拌一次，使玻璃液均匀澄清。保温结束后浇铸在提前预热好的石墨模具上，再在430℃～510℃退火30min～90min，得到封接使用的玻璃珠。
[0019]进一步地，所制备的玻璃珠应用于钛合金保温杯真空封接，具体步骤包括：将洗净预氧化的钛合金保温杯与玻璃珠组装成封接组件，放入真空烧结炉中，当真空度达到2E
‑
3Pa时开启封接程序，先以5℃/min～10℃/min的速度快速升温至430℃～530℃，再以1℃/min～2℃/min的速度缓慢升温到460℃～580℃保温20min～40min。
[0020]本专利技术中，Bi2O3是玻璃熔点的主要赋予者，能显著降低玻璃粘度，并调整玻璃的热膨胀系数。Bi
3+
在玻璃网络中主要以[BiO6]和[BiO3]的形式存在，Bi2O3含量的质量百分比为25％～75％，优选为30％～70％。Bi2O3含量低于25％时，玻璃的转变温度和软化温度较高，使封接温度变高；Bi2O3含量高于75％时，玻璃的析晶倾向变大，析出的晶体会改变玻璃的热膨胀系数，使得不能与钛匹配封接。Bi2O3不是玻璃网络形成体，但能与B2O3共同形成玻璃，<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛保温杯真空封接用封接玻璃及其制备方法与应用，其特征在于：所述封接玻璃，按照质量百分比，由以下组分组成：Bi2O3：25％～75％，B2O3：5％～30％，ZnO：10％～30％，Al2O3：0.1％～10％，R2O：2％～10％，TiO2：1％～5％，CuO：1％～5％。2.一种钛保温杯真空封接用封接玻璃，其特征在于：按照质量百分比，优选为由以下组分组成：Bi2O3：30％～70％，B2O3：10％～28％，ZnO：12％～25％，Al2O3：0.5％～8％，R2O：2％～10％，TiO2：1％～5％，CuO：1％～5％。3.根据权利要求1所述的一种钛保温杯真空封接用封接玻璃，其特征在于，其组分以质量百分比表示，其中：B2O3/ZnO为0.4～1.5，优选B2O3/ZnO为0.6～1.2。4.根据权利要求1所述的一种钛保温杯真空封接用封接玻璃，其特征在于，其组分以质量百分比表示，其中所述R2O为Na2O和K2O中的一种或两种，当同时含有其中两种时，有：Na2O/K2O为1.2～3，优选Na2O/K2O为1.5～2.5。5.根据权利要求1所述的一种钛保温杯真空封接用封接玻璃，其特征在于，其组分以质量百分比表示，其中所述TiO2+CuO为2％～9％，优选为3％～8％。6.根据权利要求1所述的一种钛保温杯真空封接用封接玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)按上述质量配比称取各原料(其中B2O3以硼酸引入，Na2O、K2O以碳酸盐形式引入，Al2O3以氢氧化铝形式引入，其他以氧化物形式引入)，在研钵中研磨至没有颗粒后再在混料机中混合30分钟，得到混合均匀的玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乾坤，邓刘科，肖逸锋，吴靓，成龙，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：