本发明专利技术公开了一种无铅玻璃粉、其制备方法及应用，无铅玻璃粉由包括如下重量百分比的组分制备而成：40～80％五氧化二钒；5～25％三氧化二锑；0.1～5％三氧化二铬；0.1～30％三氧化二铝；0～40％五氧化二磷；0～20％五氧化二铌；0～10％氧化锌；0～5％二氧化锰；0～5％二氧化铈；0～5％三氧化钨。本发明专利技术克服了现有技术的诸多缺点，实现了配方科学合理、符合国际有关玻璃粉中无六种有害元素的规定；产品性能与低熔点含铅玻璃粉相当，可取代低熔点含铅玻璃粉应用在各种焊接领域。本发明专利技术还提供了上述无铅玻璃粉的制备方法，制备步骤简单合理，可根据不同产品材料的要求，制备出膨胀系数、软化温度不同的无铅玻璃粉。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料技术，尤其涉及一种无铅玻璃粉、其制备方法及应用。
技术介绍
钒玻璃是一种历史悠久的玻璃，在过去，五氧化二钒被广泛用作玻璃性能的调节剂，在玻璃组份中加入五氧化二钒能够显著降低玻璃的软化温度和封接温度。钒原子的价层电子构型为3d34s2，五价钒阳离子的最外电子层并未被充满，其V5+离子半径(0.59)比较大，这些特性使得五价钒阳离子容易被极化；并且容易被二价氧阴离子屏蔽。如今把它用作玻璃形成体时，钒离子在玻璃的网络结构中以[VO6]八面体的形式出现，易与其他非金属元素形成高配位数的配位体，能与许多氧化物形成玻璃；它在玻璃中的含量可以在比较大的范围内变化，展示出优异的特性。同时，欧盟和我国工业与信息化部明确规定玻璃粉中的六种有毒有害元素铅(Pb)、汞(Hg)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)的最大允许含量为0.1％(1000ppm)，镉(cd)为0.01％(100ppm)，要求实施无铅工艺，所有指定电子产品中有毒有害元素的含量都要达到国家标准。在500℃以下，V2O5～ZnO～B2O3系玻璃的流动性和与浮法玻璃的浸润性俱佳，其软化温度比PbO～ZnO～B2O3系封接玻璃降低了近20℃、封接温度也大幅度降低。通过在V2O5～ZnO～B2O3系封接玻璃组成中引入二氧化硅、三氧化二硼、氧化锌、三氧化二铝、氧化铜、三氧化二铁等组份，可以显著改善其化学稳定性，部分配方的化学稳定性优于含铅封接玻璃；同时具有优异的介电特性。上海玻搪小组研究的V2O5～ZnO～B2O3体系玻璃，其膨胀系数为45～61×10-7/℃，软化点为330～600℃；含有0～30mol％V2O5的玻璃具有良好的成型性能和化学稳定性。曲远方等人与将Al2O3与V2O5～ZnO～B2O3体系玻璃混合制得了优良的，600℃以下烧结的低温烧结电子陶瓷绝缘材料。但因该体系玻璃极易析晶，在工业大生产中难于推广应用。陕西科技大学(专利号为200610041626.2)报导了一种金属氧化物避雷器用无铅封接玻璃的制备方法，其玻璃组成为质量百分数20～30％的五氧化二钒、18～24％的三氧化二硼、45～55％的氧化锌、0～3％的五氧化二磷、0～10％的三氧化二铋、0～5％的三氧化物和0～5％的氧化钡。组成主要是V2O5～B2O3～P2O5体系。但因该体系玻璃极易析晶，作为避雷器外涂层应用尚可，在工业生产封接上难于应用。GarbarczykJE经对50V2O5～30P2O5～20MeO(mol％)三元体系的研究发现，Me离子的性质决定了玻璃的软化温度。AS3+、W6+离子的电场较强，可以显著提高软化温度；Tl3+、Ag+、Li+、K+离子的电场较弱，容易极化，他们对软化温度的影响不大。但是其中铊的单质及其氧化物都有毒，故不建议在低熔点封接玻璃中使用。黑色的V2O5～P2O5～WO3玻璃料性短且易析晶。GarbarczykJE将富V2O5的V2O5～P2O5～Li2O体系玻璃纳米化，提高了玻璃的热稳定性和介电性能。但析晶问题依然未能有效解决。通过对V2O5～P2O5～Fe2O3～MoO3体系低熔点玻璃的研究发现，该体系的玻璃形-->成区域很宽，展现出较强的玻璃形成能力；玻璃的热膨胀系数约为60～110×10-7/℃，优于常见的含铅封接玻璃。V2O5～P2O5～MoO3三元玻璃的抗水化学稳定性在加入适量Fe2O3之后得到显著改善，达到实用化水平。但因该体系玻璃也极易析晶，在工业生产封接上难于应用。通过对V2O5～P2O5～B2O3体系玻璃的研究发现，三元体系中玻璃组成在：0～45％V2O5、5～50％P2O5、5～30％B2O3范围内时，玻璃的温度特性和抗析晶能力优良；但其热膨胀特性及抗水化学稳定性等实用性能不能满足要求。专利200310103592.1公开了V2O5～P2O5～Sb2O3体系玻璃，该体系玻璃膨胀系数比较大，需要加入填料降低膨胀系数。其实施例2中虽没加入填料，但因其含有三氧化二铋，极易结晶，一次熔封时即析出大量晶体，在二次熔封过程中导致封接温度大幅升高，丧失了低熔点的优势，难于推广应用。综上，现有含钒玻璃粉，均不同程度的存在：含有有毒有害物质，热膨胀特性及抗水化学稳定性差，易析晶等缺陷，导致其在工业大生产中难于推广和应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种无铅玻璃粉，用以解决现有技术中的缺陷，实现配方科学合理、符合国际有关玻璃粉中无六种有害元素的规定；产品的膨胀系数、抗水化学稳定性、低熔点、抗析晶等性能与低熔点含铅玻璃粉相当，可取代低熔点含铅玻璃粉应用在各种焊接领域。本专利技术提供的一种无铅玻璃粉，由包括如下重量百分比的组分制备而成：五氧化二钒 40～80％；三氧化二锑 5～25％；三氧化二铬 0.1～5％；三氧化二铝 0.1～30％；五氧化二磷 0～40％；五氧化二铌 0～20％；氧化锌 0～10％；二氧化锰 0～5％；二氧化铈 0～5％；三氧化钨 0～5％。进一步地，无铅玻璃粉，由包括如下优选重量百分比的组分制备而成：五氧化二钒 40～70％；三氧化二锑 12～20％；三氧化二铬 1～2％；三氧化二铝 2～25％；五氧化二磷 10～25％；五氧化二铌 1～5％；氧化锌 0～5％；二氧化锰 0～5％；二氧化铈 0～5％；-->三氧化钨 0～5％。所述三氧化二铬的引入降低了该体系玻璃的析晶倾向，增加了封接玻璃粉与被封接物的浸润性，提高了封接强度。所述二氧化锰的引入(即二氧化锰含量不为零时)在熔制过程中有利于保持玻璃组份价态的稳定，提高封接玻璃粉的抗水化学稳定性。所述二氧化铈的引入(即二氧化铈含量不为零时)利于玻璃熔制过程中玻璃液的快速澄清均化，提高生产效率。进一步地，所述无铅玻璃粉的组分中还包括：硝酸根、过氧化物、碳粉和蔗糖中的一种或多种，用以控制玻璃熔制时玻璃液中各种氧化物的价态及均匀性，最终影响成品玻璃粉中各种氧化物的价态及均匀性。本专利技术的另一个目的是提供了上述无铅玻璃粉的制备方法，制备步骤简单合理，可根据不同产品材料的要求，灵活调整各项组分配比，制备出膨胀系数、软化温度不同的玻璃粉。本专利技术提供的一种无铅玻璃粉的制备方法，包括如下步骤：将所述组分混合均匀；在700～1200℃的环境中保温30～120min熔化得到玻璃液；将玻璃液冷却，冷却步骤为：将玻璃液压制成薄片或水淬成颗粒；然后磨细得到无铅玻璃粉。进一步地，在所述组分熔化时通入氧气、氢气、一氧化碳气体、二氧化碳气体和氮气中的一种或多种，用以调节其熔化气氛，控制玻璃液中各种氧化物的价态及均匀性，最终影响成品无铅玻璃粉中各种氧化物的价态及均匀性。根据无铅玻璃粉所用场合的不同，所述的无铅玻璃粉中所含元素的价态不同，直接影响无铅玻璃粉的膨胀系数、软化温度等应用特性，即使在所有元素比例都相同的情况下。进一步地，在所述组分熔化时隔绝空气，避免气氛对玻璃熔液的影响，可使V保持原有价态。本专利技术的另一个目的是提供了上述无铅玻璃粉的应用，进而取代低熔点含铅玻璃粉。本专利技术提供的一种无铅玻璃粉可用于焊接玻璃、金属、陶本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种无铅玻璃粉，其特征在于，由包括如下重量百分比的组分制备而成：五氧化二钒 ４０～８０％；三氧化二锑 ５～２５％；三氧化二铬 ０．１～５％；三氧化二铝 ０．１～３０％；五氧化二磷０～４０％；五氧化二铌 ０～２０％；氧化锌 ０～１０％；二氧化锰 ０～５％；二氧化铈 ０～５％；三氧化钨 ０～５％。
【技术特征摘要】
1.一种无铅玻璃粉，其特征在于，由包括如下重量百分比的组分制备而成：五氧化二钒 40～80％；三氧化二锑 5～25％；三氧化二铬 0.1～5％；三氧化二铝 0.1～30％；五氧化二磷 0～40％；五氧化二铌 0～20％；氧化锌 0～10％；二氧化锰 0～5％；二氧化铈 0～5％；三氧化钨 0～5％。2.根据权利要求1所述的无铅玻璃粉，其特征在于，由包括如下重量百分比的组分制备而成：五氧化二钒 40～70％；三氧化二锑 12～20％；三氧化二铬 1～2％；三氧化二铝 2～25％；五氧化二磷 10～25％；五氧化二铌 1～5％；氧化锌 0～5％；二氧化锰 0...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国正，
申请(专利权)人：刘国正，
类型：发明
国别省市：11
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