專利名稱：一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉及其制備方法
一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉及其制備方法。
背景技術(shù)：
1913年世界第一個(gè)平板真空玻璃專利發(fā)布。科學(xué)家們相繼進(jìn)行了大量的探索，誕生了一批專利。20世紀(jì)80年代起，世界對(duì)真空玻璃的研發(fā)逐漸活躍起來(lái)，其中有兩個(gè)團(tuán)體值得一提。一個(gè)是美國(guó)克羅拉多太陽(yáng)能研究所由D. K. Benson教授領(lǐng)導(dǎo)的真空玻璃研究組， 經(jīng)過(guò)1985 1991年的實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)立了許多值得讓后人借鑒的技術(shù)理論、思路和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。 另一個(gè)是悉尼大學(xué)應(yīng)用物理系R. E. Collins教授1989 1994年領(lǐng)導(dǎo)的研究組，進(jìn)一步改進(jìn)工藝，1989年試制出樣品，1993年研制出第一塊1米X 1米的實(shí)用真空玻璃，并申請(qǐng)了 4 項(xiàng)專利。北京大學(xué)物理系原教授唐健正也是參與者之一。人類在發(fā)明杜瓦瓶之后整整100 年，終于又發(fā)明了真空平板玻璃。英國(guó)、希臘和日本等國(guó)的科學(xué)家也做了大量的類似研究。唐健正教授為了開(kāi)拓、發(fā)展我國(guó)的真空玻璃事業(yè)，懷著科教興國(guó)、科教報(bào)國(guó)的信念返回祖國(guó)，繼續(xù)進(jìn)行研發(fā)，1998年建立北京真空玻璃研究所、青島新立基真空玻璃技術(shù)應(yīng)用有限公司，并申請(qǐng)了中國(guó)專利。建筑門窗玻璃最初僅僅是單純擋風(fēng)雨、透視、換氣的單層或雙層普通平板玻璃。普通平板玻璃是第一代門窗玻璃。現(xiàn)代科技對(duì)門窗玻璃又提出了保溫、隔熱、隔噪音及遮擋外部視線等似乎是相矛盾的許多新功能、新要求。現(xiàn)在已研制出壓延玻璃、夾(鋼)絲玻璃、 鍍膜玻璃、熱反射玻璃、夾層玻璃、中空玻璃(充或不充氬氣)、低輻射膜中空玻璃等新品種加工玻璃。中空玻璃可以說(shuō)是第二代門窗玻璃。真空玻璃與中空玻璃有什么不同？人們對(duì)保溫瓶都很熟悉，如果不慎將其底部抽真空的“小尾巴”弄破，它就喪失了保溫功能。真空玻璃就是這種與中空玻璃結(jié)構(gòu)完全不同的新產(chǎn)品。中空玻璃大多用鋁框四周封邊、間隔2塊玻璃，內(nèi)含空氣或充氬氣，總厚度最薄的12毫米。真空玻璃用適當(dāng)分布的微粒支柱做間隔， 間隙層只有0. 1 0.2毫米，空腔內(nèi)抽真空無(wú)氣體，真空度達(dá)到0. 1帕以上，總厚度最薄只有6毫米左右。熱量交流有3種形式，真空玻璃空間殘余氣體有少許對(duì)流和傳導(dǎo)傳熱；間隔支柱的傳導(dǎo)傳熱；邊部的傳導(dǎo)傳熱。真空玻璃傳熱主要是輻射傳熱和邊部傳導(dǎo)傳熱。用鍍有透明低輻射膜玻璃做的真空玻璃，像杜瓦瓶鍍銀一樣又大大降低了輻射傳熱。顯而易見(jiàn)， 真空玻璃節(jié)能窗是第三代門窗玻璃?，F(xiàn)有的真空玻璃制品生產(chǎn)過(guò)程中常用到封接玻璃粉，通常需要較低的熔點(diǎn)和較低的膨脹系數(shù)，以往這種封接玻璃主要使用I^bo-aio、PbO-B2O3系含鉛玻璃粉，由于含鉛封接玻璃具有電阻大、介電損耗小、折射率和色散高，以及吸收高能輻射、軟化溫度低、化學(xué)穩(wěn)定性好等一系列特性，在低熔封接方面有著廣泛的用途。但是，鉛是一種劇毒物質(zhì)，在生產(chǎn)和使用過(guò)程中對(duì)人體產(chǎn)生了很大的危害，特別是含鉛高的玻璃化學(xué)穩(wěn)定性差，使用后廢棄的玻璃遇水、酸雨及大氣等的侵蝕，鉛離子就會(huì)逐漸溶出，導(dǎo)致地下水質(zhì)的嚴(yán)重污染，對(duì)人的生命安全，尤其是對(duì)兒童的大腦發(fā)育帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。鉛的中毒劑量?jī)H為lmg，致死劑量為lg，但是大多數(shù)低熔封接玻璃中I^bO含量甚至高達(dá)60-80mOl%。中國(guó)、歐美、日本都制定了電子產(chǎn)品無(wú)鉛化的強(qiáng)制性實(shí)施日期。我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部也發(fā)布了相關(guān)規(guī)定。因此，無(wú)鉛無(wú)鎘等無(wú)公害低熔封接玻璃的成功開(kāi)發(fā)將形成產(chǎn)品技術(shù)壁壘，其涉及的產(chǎn)業(yè)面十分廣泛，用量大，對(duì)我國(guó)家電、精密零部件、3C類電子產(chǎn)品等產(chǎn)業(yè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義。美國(guó)專利第5021366號(hào)公布了一種無(wú)鉛磷酸鹽封接玻璃，該玻璃的軟化溫度為 400 430°C，熱膨脹系數(shù)為145 170 X 10_7°C，雖然該玻璃的軟化溫度適合低熔封接，但是該玻璃的熱膨脹系數(shù)較大，不能用于中、低膨脹系數(shù)的封接，同時(shí)含有少量的鉛，不能適應(yīng)無(wú)鉛化的要求。美國(guó)專利第P5153151號(hào)公布了一種磷酸鹽封接玻璃，該玻璃的轉(zhuǎn)變溫度為300 340°C，熱膨脹系數(shù)為135 180X 10_7°C，該玻璃的缺點(diǎn)在于Tl2O的毒性很大。 美國(guó)專利USP =20020019303提出了一種P2O5-SnO-SiO系統(tǒng)的封接玻璃粉，由于這種封接玻璃粉需要在還原氣氛下生產(chǎn)和封接，不利于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉的不足，提供了一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉及其制備方法，具有無(wú)鉛、熔點(diǎn)低以及膨脹系數(shù)可匹配性高的特點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，原料按重量百分比組成為=V2O5為30 55%， P2O5 為 10 30%，化03 為 1 10%，ZnO 為 1 10%，Nei2O 為 1 10%，TiO2 為 1 5%， SiO2 為 1 5%, Al2O3 為 1 5%, Bi2O3 為 1 3%，Sb2O3 為 1 3% ；所述的V2O5優(yōu)選為35 50%，最佳為48% ；所述的P2O5優(yōu)選為15 25%，最佳為18% ；所述的化03優(yōu)選為3 8%，最佳為8% ；所述的ZnO優(yōu)選為3 8%，最佳為 % ；所述的Nei2O優(yōu)選為3 8 %，最佳為8 % ；所述的TiO2優(yōu)選為2 4%，最佳為4% ；所述的SiO2優(yōu)選為1 3%，最佳為；所述的Al2O3優(yōu)選為2 4%，最佳為3% ；所述的Bi2O3優(yōu)選為2 3%，最佳為2% ；所述的SId2O3優(yōu)選為1 2%，最佳為10Z0 ；所述的V205、P205、Bi2O3的總的重量百分比為60 85% ；所述的TiO2, SiO2和Al2O3的總的重量百分比為5 12%。一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉的制備方法，具體步驟為(1)按照各組分的重量百分比稱取各原料；(2)將所稱取的原料充分混合；(3)將混合后的混合料放入坩堝中，然后放入爐溫為1200°C的電爐中，保溫 IOOmin ；(4)將熔化后的玻璃液倒入壓片機(jī)壓成薄片或者倒入冷水中或澆鑄成一定的形狀；(5)將片狀或者顆粒狀玻璃放入球磨機(jī)球磨；(6)將球磨后的玻璃粉過(guò)篩、檢測(cè)、包裝。本發(fā)明一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉及其制備方法的積極效果是(1)本發(fā)明不含鉛，滿足TOEE、RoHS指令的環(huán)保要求，可以在保持較低的玻璃軟化溫度下用于真空玻璃的封接；(2)本發(fā)明的產(chǎn)品適用范圍廣，具有較寬的性能調(diào)整范圍，同時(shí)還可以和在此溫度和膨脹系數(shù)相符的玻璃、陶瓷、金屬封接，封接性能良好；(3)本發(fā)明測(cè)試結(jié)果表明，不僅具有適宜且易于真空玻璃封接相匹配的熱膨脹系數(shù)，合適的軟化溫度，還具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，特別在無(wú)鉛化和性能優(yōu)異方面具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，具有性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的市場(chǎng)發(fā)展前景；(4)采用本發(fā)明的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉配合長(zhǎng)效吸氣劑的使用，使真空玻璃在使用過(guò)程中可以保證其達(dá)到20年以上的真空壽命。
具體實(shí)施方式為了獲得不含鉛的低溫封接用玻璃粉，必須使用具有較低軟化點(diǎn)以及起到降低軟化溫度的組分來(lái)代替鉛氧化物。本發(fā)明提供了主要含有釩和磷的氧化物，玻璃轉(zhuǎn)變溫度低于300°C，軟化溫度低于400°C，熱膨脹系數(shù)為90 100_7°C (300°C )，且耐水性和封接強(qiáng)度良好的環(huán)保型無(wú)鉛玻璃粉。上述種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉組分按重量百分比組成的特征是包含V2O5 為 30 55%，P205 為 10 30%，B203 為 1 10%，&ι0 為 1 10%，Νει20 為 1 10%，Ti& 為 1 5%，SiO2 為 1 5%, Al2O3 為 1 5%, Bi2O3 為 1 3%，Sb2O3 為 1 3%。各組分的含量范圍被限定在上述范圍內(nèi)的理由如下陳述。V2O5具有降低玻璃軟化點(diǎn)、使玻璃在熔化時(shí)具有適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性以及增大玻璃熱膨脹系數(shù)的作用，V2O5的含量如果小于30wt%，則降低溫度的作用不夠或者不明顯，如果V2O5 含量大于55wt%，則熱膨脹系數(shù)大大的增加，使得與玻璃板的封接匹配性下降，同時(shí)在封接的過(guò)程中容易產(chǎn)生大量的小氣泡，從而對(duì)封接后的氣密性不利，此外，還大大的增加了成本。因此V2O5的含量最好為35 50wt%。P2O5也具有降低玻璃軟化點(diǎn)的作用，P2O5的含量如果小于10wt%，則降低溫度的作用不夠或者不明顯，如果P2O5含量大于30wt %，則玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性會(huì)急劇的降低，影響到封接后的真空玻璃的使用壽命，因此P2O5的含量最好為15 25wt%。B2O3是玻璃的形成氧化物，能降低玻璃的膨脹系數(shù)，提高玻璃的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光澤，提高玻璃的機(jī)械性能。化03的含量如果小于 lwt%，不能起到助熔劑的作用，以加速玻璃的澄清和降低玻璃的結(jié)晶能力，如果化03的含量大于IOwt%，由于化03常隨水蒸氣揮發(fā)，在玻璃液的表面易生成富含SiA的析晶料皮，因此化03的含量最好為3 8wt%。ZnO的含量如果小于lwt%，則耐水性下降。如果超過(guò)IOwt %，則不能夠獲得穩(wěn)定的玻璃態(tài)，因此SiO的含量最好為3 8wt%。Na2O是必不可少的組分，含量如果小于，則不能夠起到降低玻璃軟化溫度的目的，如果妝20的含量大于IOwt %，則熱膨脹系數(shù)變化，耐水性也下降，因此妝20的含量最好為3 8wt%。TiO2, SiO2和Al2O3能促進(jìn)玻璃化，還能夠提高耐水性，氮含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致玻璃軟化溫度的升高，所以含量分別為2 #t%、l 3wt%和 #t%。Bi2O3和Sb2O3的作用主要是促進(jìn)玻璃的融化和澄清作用，同時(shí)能降低玻璃的熔點(diǎn)， 含量過(guò)高反而不利于玻璃體的穩(wěn)定，所以含量分別為2 3wt%、l 2wt%。以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉適用范圍廣，除了應(yīng)用于電熱管封接之外，同時(shí)還可以和在此溫度和膨脹系數(shù)相符的玻璃、陶瓷、金屬封接，封接性能良好。本發(fā)明的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉應(yīng)用于真空玻璃后，可以獲得很好的防水汽滲透性能，此外，采用本發(fā)明封接玻璃制備的真空玻璃的平板玻璃之間的間距可以根據(jù)支撐框厚度的大小調(diào)整，可調(diào)節(jié)范圍大，有利于獲得較好的隔熱、隔音和耐溫差性能。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解， 在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。實(shí)施例1一、原料組成按重量百分比為V2O5 為 48%, P2O5 為 18%, B2O3 為 8%, ZnO 為 7%, Na2O 為 8%, TiO2 為 4%, SiO2 為 1%, Al2O3 為 3%, Bi2O3 為 2%, Sb2O3 為 1%。二、制備方法(1)按照各組分的重量百分比稱取各原料；(2)將所稱取的原料充分混合；(3)將混合后的混合料放入坩堝中，然后放入爐溫為1200°C的電爐中，保溫 IOOmin ；(4)將熔化后的玻璃液倒入壓片機(jī)壓成薄片或者倒入冷水中或澆鑄成一定的形狀；(5)將片狀或者顆粒狀玻璃放入球磨機(jī)球磨；(6)將球磨后的玻璃粉過(guò)篩、檢測(cè)、包裝。三、測(cè)試結(jié)果膨脹系數(shù)98X10_7°C (300°C )轉(zhuǎn)變溫度274°C軟化溫度356°C氣泡0(個(gè)/平方毫米)耐水性良。實(shí)施例2一、原料組成按重量百分比為V2O5 為 40%, P2O5 為 23%, B2O3 為 8%, ZnO 為 7%, Na2O 為 8%, TiO2 為 4%, SiO2 為 2%, Al2O3 為 3%, Bi2O3 為 2%, Sb2O3 為 3%0二、制備方法
同實(shí)施例1。三、測(cè)試結(jié)果膨脹系數(shù)99X IO^V0C (300 0C )轉(zhuǎn)變溫度291 °C軟化溫度377°C氣泡0(個(gè)/平方毫米)耐水性良。實(shí)施例3一、原料組成按重量百分比為V2O5 為 37%, P2O5 為 25%, B2O3 為 5%, ZnO 為 9%, Na2O 為 8%, TiO2 為 4%, SiO2 為 3%, Al2O3 為 3%, Bi2O3 為 3%, Sb2O3 為 3%0二、制備方法同實(shí)施例1。三、測(cè)試結(jié)果膨脹系數(shù)95X10_7°C (300°C )轉(zhuǎn)變溫度262°C軟化溫度385°C氣泡0(個(gè)/平方毫米)耐水性良。實(shí)施例4一、原料組成按重量百分比為V2O5 % 51%, P2O5 為 16%, B2O3 為 8%, ZnO 為 8%, Na2O 為 6%, TiO2 為 4%, SiO2 為 1%, Al2O3 為 2%, Bi2O3 為 2%, Sb2O3 為 2%0二、制備方法同實(shí)施例1。三、測(cè)試結(jié)果膨脹系數(shù)98X10_7°C (300°C )轉(zhuǎn)變溫度261 °C軟化溫度387°C氣泡0(個(gè)/平方毫米)耐水性良。值得注意的是，本發(fā)明可根據(jù)具體封接材料的特性以及對(duì)溫度及膨脹系數(shù)的具體要求提供與之匹配的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，其方法在于選用不同的組分構(gòu)成玻璃從而獲得多種具有不同膨脹系數(shù)的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉。最后所應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，其特征在于，原料按重量百分比組成為=V2O5為 30 55%，P2O5 為 10 30%，B2O3 為 1 10%，ZnO 為 1 10%，Na2O 為 1 10%，TiO2 為 1 5%，SiO2 為 1 5%, Al2O3 為 1 5%, Bi2O3 為 1 3%，Sb2O3 為 1 3%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，其特征在于，所述的V2O5 為35 50% ；所述的P2O5為15 25% ；所述的化03為3 8% ；所述的SiO為3 8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，其特征在于，所述的V2O5 為48% ；所述的P2O5為18% ；所述的化03為8% ；所述的ZnO為7%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，其特征在于，所述的 Na2O為3 8%;所述的TiO2為2 4%;所述的SW2為1 3%;所述的Al2O3為2 4%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，其特征在于，所述的 Na2O為8% ；所述的TW2為4% ；所述的SW2為；所述的Al2O3為3%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，其特征在于，所述的 Bi2O3為2 3% ；所述的Sb2O3為1 2%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，其特征在于，所述的 Bi2O3 為 2% ；所述的 Sb2O3 為 1%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，其特征在于，所述的 V205、P205、Bi2O3的總的重量百分比為60 85%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉，其特征在于，所述的 Ti02、Si02和Al2O3的總的重量百分比為5 12%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉的制備方法，其特征在于，具體步驟為(1)按照各組分的重量百分比稱取各原料；(2)將所稱取的原料充分混合；(3)將混合后的混合料放入坩堝中，然后放入爐溫為1200°C的電爐中，保溫IOOmin；(4)將熔化后的玻璃液倒入壓片機(jī)壓成薄片或者倒入冷水中或澆鑄成一定的形狀；(5)將片狀或者顆粒狀玻璃放入球磨機(jī)球磨；(6)將球磨后的玻璃粉過(guò)篩、檢測(cè)、包裝。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種真空玻璃封接用低熔點(diǎn)玻璃粉及其制備方法，原料按重量百分比組成為V2O5為30～55％，P2O5為10～30％，B2O3為1～10％，ZnO為1～10％，Na2O為1～10％，TiO2為1～5％，SiO2為1～5％，Al2O3為1～5％，Bi2O3為1～3％，Sb2O3為1～3％；所述的V2O5、P2O5、Bi2O3的總的重量百分比為60～85％；所述的TiO2、SiO2和Al2O3的總的重量百分比為5～12％；制備過(guò)程包括稱量、混料、熔制、壓片、球磨、過(guò)篩；本發(fā)明的特點(diǎn)具有無(wú)鉛、熔點(diǎn)低以及膨脹系數(shù)可匹配性高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C03C12/00GK102190442SQ20101012252
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者劉榮輝, 薛冰, 邵國(guó)金, 鄭慶云, 陳紅軍 申請(qǐng)人:鄭慶云