封接玻璃按前后析晶分类

封接玻璃常按封接前后是否析晶分类为两类:一类为非结晶型封接玻璃;另一类为结晶型封 接玻璃。第一类是稳定的玻璃,即封接前和封接后均是非晶态,简称非晶型,非结晶型封接玻璃 可以重复加热进行封接。第二类是封接过程中的加热处理使原始的玻璃态变成结晶型,即结晶型 封接玻璃在固化时,产生微晶,它既有晶相,也有玻璃相。

(1)非结晶型封接玻璃非晶型封接玻璃如下所述。第一组玻璃以硼酸盐系统居多,组成以 B203-PbOZnO系统和B203-Pb0~Si02系统为主体,在加热熔封过程中和封接后能始终保持稳定 的玻璃态而不析晶。B203-Pb(>ZnC)系统玻璃的热膨胀系数主要取决于PbO的含量,而和ZnO 与氐03的比值几乎无关,PbO含量越高,热膨胀系数a越大。B203-PbC>Si02系统玻璃中PbO 含量越高,退火温度越低,而a越大。

第二组为以V205为主的钒玻璃系统,例如V205-B203-Zn0系统,具有很低的熔融温度(950〜1050°C)和较低的a [ (50〜60)X10—7°C—封接温度约为500°C。单纯的V205不能形成玻璃,原料中有V4+时,在玻璃熔制时易析晶。该系统组成中ZnO与B203的比值越大,析晶倾向越大。引入Pb2+、Tl4+、Te4+能降低析晶倾向。 第三组是B203-Pb0-Si(〕2-Al203-Zn0系统,热膨胀系数《约为(42〜130) X 10-7 °C ―1,封接温度为300〜700°C。一般来说,《大者,封接温度低;反之则高。在铅硼酸盐玻璃中,当PbO含量少时,Pb2+是中间体;当PbO质量分数超过15%时,铅起形成体的作用,以[Pb〇4]四面体形式进入玻璃的网络结构。

与结晶型封接玻璃相比,非结晶型封接玻璃使 用方便,封接时间短。它可应用于小的封接面中,在较高封接温度下封接,它产生的封接应力较 小。低温非结晶型封接玻璃既可用于单件封接,又可用于多件零件的再封接。通常非结晶型玻璃 封接没有结晶型玻璃封接的强度高。但它具有较高的电阻率,较低的介电常数。使用非结晶型封 接玻璃的封接方法有两种:一种是高温法,另一种是常温法。高温法又称之为加热浸渍法,这种 方法特别适用于低温玻璃。

优点:非晶型封接玻璃在封接过程中不析晶,有良好的流散性和润湿性,能充满所需空间, 封接接合处的外观质量好,气密性也好;由于封接过程中不存在晶型转化问题,封接过程中保持 恒定,无明显的体积变化,封接应力相对稳定,封接工艺简单易行。

缺点:封接界面层的力学性能较差,抗热震能力不高;由于封接热膨胀系数保持一致,缺乏 自身调节能力,在封接前必须选择合适的热膨胀系数,以免封接件中应力过大。


(2)结晶型封接玻璃结晶型封接玻璃是指含有稳定结晶体的封接玻璃材料,是指在封接过 程中完全析晶或部分析晶。人们把结晶型封接玻璃比作热塑料。这种玻璃在封接后,再加热到较 高温度而不软化。为了达到合适的晶体生长和最大的封接强度,初次烧结和固化周期非常重要。 结晶型封接玻璃的使用方法是将玻璃粉末制成膏剂状,然后用与非结晶型封接玻璃相同的方法进 行封接。当加热粉末状的结晶型封接玻璃时,它首先熔化成玻璃,此时它的流动性相当好,能够 浸润被封的材料,形成很强的结合力,继续加热时,玻璃开始结晶。加热的温度决定其所生成晶 体的大小和类型。晶体的大小和类型又决定玻璃的热膨胀系数。因此,不同的加热条件,封接玻 璃的最终热膨胀系数也不同。在规定的温度下,必须有足够的时间,使玻璃充分晶化,否则再加 热时,就会因产生应力而造成封接炸裂。封接可以在高于晶化的温度下进行,但此时封接强度大 幅度下降。

需要指出的是,结晶型封接玻璃与通常所说的微晶玻璃除组成系统不一样外,析晶的工艺条 件也不同。前者在熔融状态下就开始析晶,这时黏度较小,流散性好,在熔封过程中同时完成晶 化,有利于气密封接;而通常的微晶玻璃则不然,它往往是作为一种制品,为了保持制品形状与 尺寸精度,必须尽可能防止析晶过程中的变形,因而晶化在黏度较大的情况下进行,其成核和结 晶的温度可能低于玻璃的软化变形温度。


优点:可以通过调节析出晶相的种类和数量,从而较大幅度地调节焊料玻璃的膨胀系数和膨 胀特性,使之与被封接件的热膨胀系数匹配;晶化后的封接玻璃中,许多致密的微小晶体被薄的 玻璃相所包围,一般结晶相热膨胀系数低,因而玻璃相受到压应力,结晶相受到拉应力,而通常 致密的结晶相的强度高于玻璃相,这样封接层总的强度得到了提高。另外,玻璃相可以起到应力 松弛的作用,即使玻璃层中出现裂纹,而一旦延伸到结晶相界面就被钝化,抑制了微裂纹的发 展。从而提高封接强度、抗热震性和化学稳定性。

缺点:由于析晶过程和熔封工艺一次完成,若析晶过快,流散不畅,黏度瞬时增大,和封接 体没有良好的浸润性,影响封接的气密性和强度;结晶型封接玻璃的封接条件一般比非晶型的要 高,操作工艺的选择性强,如果选择不当,一方面不能达到调节性能的目的,另一方面由于晶型 转变引起体积变化,导致封接件失效;析晶过程包括晶核形成与晶体生长两个阶段,完成封接所 需时间较长。




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