ZnO-B2O3-P2O5低熔封接玻璃结构与性能的表征

论文摘要

本文简要地论述了封接玻璃的发展方向及性能特点,封接玻璃主要用于电子产品在空缺或者接合处的粘接,阻止腐蚀性或者潮湿气体进入,从而保证其工作稳定。这种封接玻璃常常要求具有较低的熔点,通常,主要采用含铅的PbO-B2O3系统玻璃。但是,铅是一种剧毒的物质,对土壤和地下水造成了极大的污染,近来更加严格的环保标准限制了含铅封接玻璃的应用。基于上述情况,发展无铅封接玻璃从而取代传统的含铅封接玻璃显得极其重要。在无铅低熔玻璃体系中,磷酸盐体系在低温和无铅化方面占有很大的优势,大多数性能都可达到或接近含铅封接玻璃的水平,而且能显著减少环境污染,因此,对ZnO-B2O3-P2O5系低熔封接玻璃的性能和结构的研究具有重要的理论意义和应用价值。设计了ZnO-B2O3-P2O5系的玻璃组成,在1250℃下熔制,制备了22个ZnO-B2O3-P2O5玻璃试样,通过交叉研究,确定了ZnO-B2O3-P2O5系的玻璃形成区,并且在ZnO-P2O5二元系统部分易形成良好的玻璃态,实验的同时,探究了选取合适的原料和熔制条件。试验结果表明:玻璃的膨胀系数α随着P2O5的增加而增大,在P2O5达到43mol%左右时达到最大,之后急剧减小,这个转折点在P2O5=43mol%附近,即α约为93×10-7/℃,Tg约为415℃,随着B2O3的增加,玻璃的转变温度Tg升高,而密度ρ则减小,确定了在磷酸盐玻璃ZnO-B2O3-P2O5-10RnOm系统中封接性能的最佳形成范围:P2O5（35mol%～45mol%）、B2O3（10mol%～20mol%）、ZnO（25mol%～45mol%）。调节组分RnOm的存在能有效的增大玻璃的形成区和改善玻璃的封接性能,如膨胀系数、玻璃转变温度、密度、化学稳定性、耐水性等。此外,研究了外加1wt%的金属氧化物Fe2O3、MnO2、CuO和TiO2时对封接性能的影响,Fe2O3的加入对提高磷酸盐玻璃的化学稳定性最为有效,MnO2不仅在提高磷酸盐玻璃的化学稳定性方面效果优异,同时在降低玻璃的封接温度方面效果最为明显,CuO、TiO2对封接性能的影响介于上述二者之间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 封接玻璃概述
• 1.1.1 封接玻璃的分类
• 1.1.2 封接玻璃的性能要求
• 1.1.3 影响玻璃封接的因素
• 1.2 含铅封接玻璃及其缺点
• 1.3 低熔封接玻璃的发展趋势
• 1.3.1 无铅化趋势
• 1.3.2 无铅低熔封接玻璃的研究方向
• 1.4 磷酸盐封接玻璃的研究概况
• 1.4.1 磷酸盐玻璃的结构与形成
• 1.4.2 磷酸盐玻璃的化学稳定性
• 1.4.3 无铅磷酸盐封接玻璃的研究概况
• 1.5 课题的提出
• 第二章 样品制备与性能测试
• 2.1 样品制备
• 2.1.1 玻璃组成
• 2.1.2 试验原料
• 2.1.3 样品制备
• 2.2 性能测试
• 2.2.1 热膨胀系数、密度的测定
• 2.2.2 化学稳定性、体积电阻率的测定
• 2.2.3 差热分析
• 2.3 结构测试
• 2.3.1 红外吸收光谱及拉曼光谱
• 2.3.2 X衍射
• 2.3.3 扫描电子显微镜
• 第三章 组成对玻璃结构与性能的影响
• 3.1 实验结果
• 3.2 玻璃的形成区
• 2O₅ 对玻璃的结构及性能的影响'>3.3 P₂O₅对玻璃的结构及性能的影响
• 2O₅ 对膨胀系数的影响'>3.3.1 P₂O₅对膨胀系数的影响
• 2O₅ 对转变温度的影响'>3.3.2 P₂O₅对转变温度的影响
• 2O₅ 对密度的影响'>3.3.3 P₂O₅对密度的影响
• 2O₅ 对化学稳定性的影响'>3.3.4 P₂O₅对化学稳定性的影响
• 2O₅ 对电阻率的影响'>3.3.5 P₂O₅对电阻率的影响
• 2O₅对玻璃结构的影响'>3.3.6 差热分析研究P₂O₅对玻璃结构的影响
• 2O₅对玻璃结构的影响'>3.3.7 红外、拉曼光谱研究P₂O₅对玻璃结构的影响
• 2O₃ 对玻璃的结构及性能的影响'>3.4 B₂O₃对玻璃的结构及性能的影响
• 2O₃ 对膨胀系数的影响'>3.4.1 B₂O₃对膨胀系数的影响
• 2O₃ 对转变温度的影响'>3.4.2 B₂O₃对转变温度的影响
• 2O₃ 对密度的影响'>3.4.3 B₂O₃对密度的影响
• 2O₃ 对化学稳定性的影响'>3.4.4 B₂O₃对化学稳定性的影响
• 2O₃ 对电阻率的影响'>3.4.5 B₂O₃对电阻率的影响
• 2O₃对玻璃结构的影响'>3.4.6 红外、拉曼光谱研究B₂O₃对玻璃结构的影响
• 2O₃对玻璃结构的影响'>3.4.7 XRD研究B₂O₃对玻璃结构的影响
• 3.5 小结
• 2O₃、MnO₂、CuO、TiO₂）对玻璃封接性能的影响'>第四章 外加氧化物（Fe₂O₃、MnO₂、CuO、TiO₂）对玻璃封接性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验结果
• 4.3 分析与讨论
• 4.3.1 外加氧化物对膨胀系数的影响
• 4.3.2 外加氧化物对转变温度的影响
• 4.3.3 外加氧化物对密度的影响
• 4.3.4 外加氧化物对化学稳定性的影响
• 4.3.5 外加氧化物对对电阻率的影响
• 4.3.6 外加氧化物对玻璃结构的影响
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 发表文章及申请专利