低熔封接玻璃的研究进展

维普资讯HTTP/WWWCQVIPCOM低熔封接玻璃的研究进展郭宏伟等283低熔封接玻璃的研究进展郭宏伟刘新年赵彦钊高档妮陕西科技大学材料科学与工程学院，咸阳712081摘要低熔封接玻璃是一种先进的焊接材料，由于其具有低的熔化温度和封接温度，优良的机械强度和化学稳定性，而在很多领域中得到广泛的应用，实现了玻璃、陶瓷、金属、半导体间的相互封接。综述了低熔封接玻璃的研究现状，展望了低熔封接玻璃向无铅化发展的趋势，指出了无铅低熔封接玻璃今后的研究方向。关键词低熔封接玻璃焊接材料填料无铅化磷酸盐PROGRESSINRESEARCHONLOWMELTINGSEALINGGLASSGUOHONGWEILIUXINNIANZHAOYANZHAOGAODANGNISCHOOLOFMATERIALSSCIENCEENGINEERING，SHAANXIUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY，XIANYANG712081ABSTRACTLOWMELTINGSEALINGGLASSISANADVANCEDSEALINGMATERIAL，WHICHISWIDELYUSEDINAMNYFIELDSDUETOTSILOWMELTINGTEMPERATUREANDSEALINGTEMPERATURE，EXCELENTMECHANICALSTRENGTHANDCHEMICALSTABILITYITHASACTUALIZEDTHESEALINGBETWEENGLASS，CERAMIC，METALANDSEMICONDUCTORTHISPAPERSUMMARIZESTHECURRENTSITUATIONOFLOWMELTINGSEALINGGLASSPREDICTSTHEDEVELOPMENTTRENDOFLEADFREELOWMELTINGSEALINGGLASS，ANDPOINTSOUTTHEFURTHERRESEARCHDIRECTIONOFLEADFREELOWMELTINGSEALINGGLASSKEYWORDSLOWMELTINGSEALINGGLASS，SEALINGMATERIAL，FILER，LEADFREE，PHOSPHATE0引言低熔封接玻璃是一种先进的焊接材料。该材料具有较低的熔化温度和封接温度5R为LI、NA、K或混合物1060R2O54OBAO0152OWTA1N或铅的物质，但难度大。所以，目前对无铅封接玻璃的研究主要集中在磷酸盐、钒酸盐及硼酸盐体系。研究结果发现，磷酸盐热膨CAOO11OA1203017O7WTP2O5系4070P2O5RLI、NA、KSI3N4、BNSNSIO2一4060SNO55O15TIO2或O10CUOP选择一种认为是205系10SIO224140P2O5总量小于40表3商用含铅封接玻璃与无铅磷酸盐封接玻璃的性能比较封接玻璃转变温度热膨胀系数种类玻璃系统TG，TEC10一'C商用含铅PBOZNOB2O3系28O5207O100封接玻璃PBOSIO2一B2O3系2804407O100无铅磷酸盐SNOZNOP2O5系3506O11O封接玻璃SNOPEO3一P2O5系25O35O6O11OSNOSIO2一P2O5系28O38O9O150KENJMORINAGA等以磷酸二氢铵、氧化亚锡和二氯化锡为原料制备的SNOSNC1ZPZ05系封接玻璃，其TS软化温度在5O359。C之间，通过加入锂霞石、锂辉石和ZRSIO4等填料，调节其热膨胀系数，制备的封接玻璃热膨胀系数A9511010。RMOREND”和沈健1等以磷酸二氢铵、氧化锌和氧化亚锡等为原料，制备出ZN_SNOP05三元系统无铅封接玻璃该系统玻璃和含铅玻璃的许多性质相似，如5OOC粘度小于103PAS，封接过程中流动性好，不会过早析晶。另外，加入ZNO还可以提高磷酸盐玻璃的化学稳定性，热膨胀系数A100T12010，完全可以取代现有的彩色显像管屏与锥封接用玻璃焊料。但是磷酸盐体系玻璃熔制工艺复杂，进行大生产的工艺还需进一步研究。康宁玻璃公司对ZN_SNOPZ05三元系统无铅封接玻璃作了系统的研究，并在中国申请了专利。LKOUDELKA等L2O研究了ZNOB203一5三元系统的玻璃形成区，测量了ZNOB203一PZOS三元系统的玻璃的转变温度、热膨胀系数和软化温度等。利用拉曼光谱和红外光谱对其结构进行了分析，发现增加B203的量，将导致玻璃转变温度升高，热膨胀系数降低。德留政隆L2LJ和卢安贤。研究了03一BAOZNO系统玻璃的形成规律及组成与性能之间的关系。结果表明该系统玻璃的形成范围较宽，但B203的引入摩尔分数最高不能超过75，最低不能少于25。B2的含量过高，熔体冷却时容易分相，而B2的含量过低时，溶体在冷却时又容易结晶。获得的玻璃线膨胀系数在6OLOOLO之间；转变温度在530580。C之间；室温下电阻率在2510QM之间。在胀系数大，熔制工艺复杂；钒酸盐玻璃为层状结构，易吸收水分，从而在烧结体系中易形成气泡，同时存在热膨胀系数匹配及成本问题；而硼酸盐体系必须加入BI、CD等降低熔点的物质，这些物质对环境和人体同样有很大的危害。因此，本文认为，在以上对无铅无镉等低熔封接玻璃的研究基础上，还应该加强对以下几方面的研究。1寻找新的玻璃形成体系寻找新的玻璃形成体系，或根据新的玻璃形成理论指导开发新的实用性玻璃体系，以满足各行各业对无铅低熔封接温度的要求。2建立新的玻璃形成理论现有实验条件使熔制条件冷却速度等玻璃形成条件得到了很大改善，类似于逆性玻璃的学说有利于在现有无铅低熔封接玻璃基础上实现突破，从而有利于扩大玻璃形成范围，建立新的玻璃形成理论和结构学说。3利用粉体制备技术对无铅低熔封接玻璃进行改性由于无铅低熔封接玻璃产品形态为粉体，其在制备器件过程中经高温烧结形成烧结物，因而可将粉体制备技术用于无铅低熔封接玻璃的烧结，也可以采用化学气相沉积等方法制备封接玻璃。此外在复合型无铅低熔封接玻璃中，可以将填料以纳米尺寸粉体结晶物加入，以很少的用量起到意想不到的效果。还可以利用非晶包覆技术，在一些具有负膨胀特性的粉体表面包覆无铅低熔封接玻璃，以便从化学稳定性、热膨胀性等性能上对无铅低熔封接玻璃进行改性。4结语科技和社会进步要求低熔封接玻璃的组成向无铅无镉等无污染和低熔化方向发展。我国在无铅无镉等无公害封接玻璃方面研究较少，加入WTO以后更应积极开展无铅无镉等无公害封接玻璃的研究。另外，寻求新的玻璃形成体系，建立新的玻璃形成理论和结构学说，采用新的制备技术将成为今后无铅低熔封接玻璃研究和开发的方向。参考文献1王敏改用无铅焊料您是否有所准备世界产品与技术，2001，9432祝大同新世纪走向绿色化的电子产品“EGG200”国际会议侧记世界产品与技术，2001，67O3DRAFTPROPOSALFORAEUROPEANPARLIAMENTANDCOUNCILDIRECTIVEONWASTEELECTRICALANDELECTRONICEQUIPMENT200064白进伟低熔封接玻璃组成及其发展材料导报，2002，1612435聂春生实用玻璃组分天津天津科技出版社，20014246卡尔约翰赫德塞克CNPAT，86102567八19891028550。C下实现了平面荧光管的封接。7马斯亚德，阿库塔CNPAT，91105034519920415目前，国内彩虹集团、中国建材研究院、陕西科技大学、华东下转第296页维普资讯HTTP/WWWCQVIPCOM296材料导报2005年11月第19卷专辑V下核实验产生的地震波。这种传感器可测量出4O万个大气压的压力，而石英等压电材料则无法检测这样高的压力。JPRITCHARD等对交叉指型电极压电纤维复合材料作传感器与动能器的性能方面进行了深入的研究。结果表明，压电复合材料具有良好的传感和驱动能力，可广泛用于结构控制中，从而代替传统的传感器和驱动器。33航空航天领域作为一种重要的机敏材料，压电复合材料在航空航天领域具有广阔的应用前景。DERHAN等3利用交叉指型电极压电纤维复合材料制成了CH一47直升机旋翼浆叶模型，研究结果显示沿浆叶的展向可以产生几度的扭转角，从而大大提高了直升机的机动性能。NASA和COLORADO大学将压电复合材料运用于主动旋翼，研究结果表明，主动旋翼在稳定性及功率传递方面具有优良的性能。4结语与国外对比，虽然压电陶瓷聚合物复合材料引起了我国科研人员的极大兴趣和广泛的研究，但是还有许多问题需要解决。如压电复合材料的压电性能偏低，有待进一步提高；压电相种类少，聚合物大多为PVDF，压电陶瓷则为PT，PZT及其少量掺杂物，需扩大选择不同的陶瓷和聚合物基体材料；制备工艺大多为普通的溶液共混热压法和热轧成膜法，难以促进压电陶瓷的分散性和复合材料结构的均匀性，影响了复合材料的压电性能，应进一步探讨新的制备工艺。此外，对陶瓷颗粒表面改性处理、采用混合复合型、优化最佳配合比例等方面尚可着手进行研究，并深入开展压电陶瓷与聚合物之间耦合作用机制的研究和压电复合材料的应用与开发。2邹小平，张良莹，姚熹球形铁电陶瓷颗粒一聚合物复合材料的热释电性压电与声光，1997，1953433王树彬，徐延献，韩杰才，等PZTPVDF压电复合材料的制备及其性能的研究复合材料学报，2000，17414TOSHINOBUYOGO，HIROGUKIWKAI，WATARUSAKANATO，ETA1JMATERRES，1999，41832755KWONBOONHAN，AHMADSAFARI，RICHARDERIMANJAMCERAMOSC，1991，74716996李坤，李金花PLZT陶瓷纤维环氧树脂13复合材料的制备和性能研究无机材料学报，2004，192，3617罗学涛，陈立富定向BATI3晶须PVDF压电复合材料的制备及性能研究无机材料学报，2004，191，1838严继康，等压电复合材料的制备昆明理工大学学报，2000，256379HORNSBY，JOHNS，ETA1FINITEDIFFERENCEMODELINGOFPIEZOELECTRICCOMPOSITETRANSDUCERSWITH03CONNECTIVITYIEEETRANSDIELECTRELECTRINSUL，2004，1111910WINDLASSH，RAIP，ETA1OCLOIDALPROCESSINGOFPOLYMERCERAMICNANOCOMPOSITEINTEGRALCAPACITORSIEEETRANSELECTRONPACKMANUF，2003，26210011TERANISHI，KENJI，ETA1DIELECTRICBARRIERDISCHARGEGENERATEDBYPIEZOELECTRICTRANSFORMERINATMOSPHERICPRESSUREIEEETRANSPLASMASCI，2005，332129612PRITCHARDJ，RAMESHR，ETA1TIMETEMPERATUREPROFILESOFMULTILAYERACTUATORSSENSORSANDACTUATORSA，2004，11514013DERHAMRC，HAGOODNWROTORDESIGNUSINGSMARTMATERIALSTOACTIVELYTWISTBLADESINPROCEEDINGSOFTHEA参考文献1水永安，薛强中国科学E辑，1996，264304上接第285页8MASYOOCLAKHTARUSPAT，5336644八199408099ICHIROMATSUURTLUSPAT，51167861992052610MAURICEE，DUMESNIL，ETA1USPAT，47433021988051011夏志平，雷永平，史耀武绿色高性能无铅钎料的研究与发展电子工艺技术2002，235185122NDEULEADFREESOLDERINGTECHBOLOGYROADMAPANDFRAMEWORKFORANINTEMATIONLEADFREESOLDERINGROADMAPOSLDERTECATTINTECHNOLOGY2003213张曙光，何礼君，张少明，等绿色无铅电子焊料的研究与应用进展材料导报，2004，1867214DIRECTIVE200296ECOFTHEEUROPEANPARLIAMENTANDOFTHEOCUNCILOF27JANUARY2003ONWASTEELECTRICALANDELECTRONICEQUIPMENTWEEEANDONRESTRICTIONOFTHEUSEOFCERTAINHAZARDOUSSUBSTANCESINELECTRICALANDELECTRICWASTEMERICANHELICOPTERSOCIETY52NDANNUALFORUM，WASHINGTON，DC，1996415李启甲功能玻璃北京化学工业出版社，200417616KEIJIMORINAGA，SHIGERUFUJINOPREPARATIONANDPROPERTIESOFSNOSNCI2P2OSGLASSJNONCRYSTALOLIDSS，2001，28211817MORENARPHOSPHATEGLASSESASALTERNATIVESTOPBOBASEDSEALINGFRITSJNONCRYSTALOSLIDS，