两种形核剂对LZS电子封装微晶玻璃的结晶行为影响

1、两种形核剂对LZS电子封装微晶玻璃的结晶行为影响 两种形核剂对LZS电子封装微晶玻璃的结晶行为影响 摘 要：对LZS微晶玻璃添加不同形核剂，然后进行热处理，旨在获得具有高膨胀系数的微晶玻璃。两组根底玻璃分别添加TiO2和P2O5作为形核剂，烧结得到透明的根底玻璃后，通过DTA测试制定热处理方案，热处理后通过XRD测定析出晶体的类型，然后对样品进行热膨胀系数测定。根据测试结果分析该系微晶玻璃的结晶行为和成分对它的影响。 关键词：微晶玻璃 高膨胀 形核剂 引言 随着电子技术的开展，玻璃-金属封接技术日益呈现出它在现代科技中的重要地位。因热膨胀系数的限制，国内外多采用玻璃与低膨胀系数金属进行密封，高

2、膨胀系数的封装玻璃大多含铅1，2。而以Li2O、ZnO和SiO2为主要组成的微晶玻璃，具有机械性能优良、热膨胀系数范围宽的特点，因此可与铜、钢等膨胀系数较高的金属进行的匹配封接3-5。本文将研究不两种形核剂对该微晶玻璃的结晶行为的影响，期望获得高热膨胀系数的微晶玻璃材料。 1实验 1.1根底玻璃熔制 按表1成分配比原料，制得混合均匀的配合料。将两组配合料分别装入刚玉坩埚中置于硅钼电炉中，经1400?C保温3h熔制后，浇入已预热的石墨模具，送入马弗炉中于480?C退火1h，得到无气泡的透明玻璃。 1.2 微晶玻璃的制备 为确定核化晶化温度制度，采用TAS-100差热分析仪测定玻璃试样的DTA曲线

3、，测试时以-Al2O3为参比样，升温速度为10/min。根据DTA曲线，制定如下热处理制度。 1#：500核化1h后，分别升温至630、660、690、750、800保温1h，然后随炉冷却。 2#：520核化1h后，分别升温至630、660、690、750、800保温1h，然后随炉冷却。 1.3微晶玻璃的结构和性能测试 采用日本理学公司生产的3014型X射线分析仪测定晶化试样的粉末X射线衍射谱。将试样磨制成直径5mm，长度为20mm左右、两端平行的小圆棒，在卧式膨胀仪上测定其膨胀系数，测试条件：升温速率为10/min，文中所引用数据均为300时的测量值。 2结果与讨论 2.1微晶玻璃结晶行为探

4、讨 由图1所示的DTA曲线可看出，两个试样均出现明显的放热峰，说明有晶体析出。1#的Tg约为485，2#的Tg为501。由于最正确核化温度应高于玻璃的转变温度，但不超过软化温度Tf 【6】，我们设定核化温度分别为500和520。并对照各自放热峰的温度位置制定热处理温度。 图2为热处理后两组试样的XRD谱，图中标定了该试样的热处理温度。分析可知，经660晶化后，1#中析出了-LZS晶体；当晶化温度升高到750时，玻璃体内析出了少量方石英和石英，它们是二次析出相。很明显，直接升温至800晶化后的试样中没有出现二次析出相，而且，-LZS全部转变为0-LZS。从图1可以看到，1#的DTA曲线上在756

5、处有一低矮的放热峰，该区域析出的晶相对应为方石英和石英。放热始于710，在756最强，于780停止。该峰低矮，说明晶体生长速度较为缓慢。因此，直接越过这一温度区在800保温的试样中没有或只有极少量方石英和石英生成，因而没有在XRD谱中形成衍射峰。 图2显示，630?C时2#中也只析出了-LZS；其后690的衍射谱中锋利的衍射峰显示玻璃中出现了大量的方石英晶体，在750保温一小时，无方石英晶体析出，此时的主晶相为0-LZS，因直接越过了方石英的生长温区而无方石英生成。 2.2结晶对热膨胀系数的影响 图3所示为1#、2#试样的热膨胀系数与晶化温度的关系。1#、2#的曲线在二次析出温度之前走势平稳，

6、因为该温区析出晶相为?-LZS，它的【7】与基体玻璃相的相差不大。 1#：720?C以后，少量方石英、石英固溶体在1#中析出，这两种晶体的热膨胀系数都很高【8】，导致试样膨胀系数明显提高。800晶化试样，这两相无析出，故较750时明显减小，但仍大于根底玻璃，因此时的主晶相0-LZS热膨胀系数也较高。 2#：膨胀系数在690热处理后急剧升高源于方石英的大量析出，高膨胀相与基体玻璃组织热膨胀系数不匹配，所以导致局部实验样品开裂。 结语 LZS系微晶玻璃在热处理过程中首先析出?-LZS晶体，然后转变为0-LZS晶体和方石英、石英晶体。可以依靠0-LZS晶体和方石英来获得高热膨胀系数，但是方石英的数量

7、和大小需要合理的控制，否那么易导致制品损坏。形核剂对生成晶体的种类和数量有直接影响。使用TiO2作为形核剂，生成方石英的温度较高，方石英析出量较少。使用P2O5为形核剂，方石英晶体的生成温度较低且生成方石英的量较大。 参考文献 【1】Roland Langfeld，Miriam Kunze，etc.新型微晶玻璃在电子领域的应用.中国材料进展，2021， 34. 【2】陈国华，刘心宇.电子封装微晶玻璃基板的介电性能.压电与声光， 2005， 27：283-286. 【3】P.麦克米伦，微晶玻璃，王仞千，李家治校译.北京：中国建筑工业出版社，1988. 【4】王浩，陆雷，吴国芳等.低温烧结法制备LZS系微晶玻璃及其性能J.材料科学与工程学报，2021，26：616-619. 【5】E.Demirkesen，Effect of Al2O3 additions on the acid durability of a Li2O-ZnO-SiO2 glass and its glass-ceramic，Ceramics International，29，463-469. 【6】西北轻工业学院，玻璃工艺学，北京：中国轻工业出版社，1982.1. 【7】A.A.Omar，El-Shennavi A W A，El-Ghannam A R，Thermal expansion of Li2O-ZnO