真空玻璃封接用低熔点玻璃的制备及其性能研究

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真空玻璃是一种具有优异的保温隔热性能的绿色建筑材料,能够广泛应用于建筑门窗、幕墙等外围护结构。真空玻璃生产技术主要涉及材料科学、封装技术、真空技术等领域。其中封装工艺是实现真空玻璃产业化的关键技术,而封装材料又是保证封装技术的基础。低熔点玻璃作为封装材料具有价格低廉、封接温度低、封接强度高、密封性能好等优点,广泛应用于电子封装及其产品。开发性能优异的低熔点玻璃,可以避免高温封接时真空玻璃中的Low-E膜失效以及钢化玻璃高温时退钢化等问题。同时采用阳极键合技术辅助真空玻璃封装,能够进一步降低真空玻璃封接温度,因此,研究出符合真空玻璃封装性能要求的低熔点玻璃具有重要的实际意义。本文选取封接温度低的钒酸盐系统玻璃进行研究,通过熔融法制备V2O5-P2O5-B2O3系无铅低熔点玻璃。利用热膨胀仪、差示扫描量热仪、红外光谱和X射线衍射等对玻璃结构和性能进行研究,确定最佳的低熔点玻璃粉组成。调配出合适粘度的低熔点玻璃浆料,采用丝网印刷工艺将玻璃浆料均匀涂覆在基板玻璃表面。分别在热处理炉以及键合炉内进行封接性实验,通过剪切强度测试、超景深显微镜、扫描电镜和能谱分析,确定出最佳的热处理工艺制度,探究阳极键合辅助真空玻璃封接技术可行性。论文的主要研究成果为:1)通过比较不同系统玻璃的膨胀系数与软化温度,选出了膨胀系数与基片玻璃相匹配、玻璃转变温度为350℃400℃的钒酸盐低熔点玻璃,其各组分质量百分比为V2O5 4065%,P2O5 2030%,TeO2 15%,B2O3 12%,RO 17%,R2O13%。2)随着玻璃组分中P2O5含量的增加,玻璃膨胀系数先增大后减小,玻璃转变温度及软化温度则呈现先减小后增大的趋势。主要是由于:当P2O5含量较少时,P2O5以[PO4]四面体结构插入到致密的[VO3]n链状结构中,导致玻璃结构强度降低,膨胀系数增大,玻璃化转变温度Tg和软化温度Tf均降低。随着玻璃中[PO4]四面体增多,网络结构中链状钒酸盐结构减少,层状钒酸盐结构增多,使得玻璃网络结构牢固度增强,玻璃热膨胀系数变小同时玻璃化转变温度Tg和软化温度Tf增大。3)通过流动柱实验确定V2O5-P2O5-B2O3系统玻璃的封接温度,当玻璃在400℃,开始出现熔融,其工作温度为420460℃。4)调配适合粘度的低熔点玻璃浆料,采用丝网印刷机对浆料进行涂覆。加入二乙二醇丁醚后,在保证印刷质量及节省物料的情况下,印刷3层时即可达到较好的效果。5)通过剪切强度测试确定低熔点玻璃最佳的封接温度为470℃,保温时间为30min时,此时键合强度达到2.655MPa,满足封接要求。通过表面形貌观察探究热处理工艺对封接性能影响。6)确定最佳的阳极键合工艺,当在样品两端加载电压时能有效降低封接温度,电压为600V时达到键合要求,当电压继续增大会导致基片玻璃被击穿破裂等现象。当键合温度为470℃,电压为600V时,封接样品气密性达到3.9×10-9Pa·m3/s,满足封接气密性要求。
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