CN101746956B - 一种高硼含量的CaO-SiO2-B2O3体系玻璃粉体及其制备方法 - Google Patents

一种高硼含量的CaO-SiO2-B2O3体系玻璃粉体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种高硼含量的CaO-SiO2-B2O3体系玻璃粉体及其制备方法，按硼酸三丁酯、无水乙醇和PEG2000比例为100ml∶100ml∶12.5g，称取PEG2000置于锥形瓶中，加入硼酸三丁酯和无水乙醇；按玻璃粉的B2O3、SiO2和CaO化学组成换算成相应的正硅酸乙酯和乙酸钙溶液的量，加入到上述溶液中；用乙酸溶液调节溶液pH值为4.5～5.5；PEG用作凝胶调控剂，抑制溶液的析晶倾向，有利于凝胶的形成；将上述溶液在30～40℃恒温搅拌30min，形成均匀溶液，在烘箱中40～80℃保温静置得到白色凝胶；将白色凝胶经过烘干、煅烧，研磨过筛得到高硼含量的CaO-SiO2-B2O3玻璃粉体。本发明原料易得，过程控制简单，成本低；制得的高硼CaO-SiO2-B2O3体系在三元相图中表现出较低的软化温度，可替代含铅的玻璃粘结剂用于陶瓷金属化，避免含铅粘结剂对环境的破坏。

Description

一种高硼含量的CaO-SiO<sub>2</sub>-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>体系玻璃粉体及其制备方法
技术领域
本发明属于制备高硼含量的CaO-SiO2-B2O3体系玻璃材料的方法，特别是涉及一种高硼含量的CaO-SiO2-B2O3体系玻璃粉体及其制备方法；它包括原料的选择、过程的控制。制备的材料可用作陶瓷基板金属化浆料中的玻璃粘结剂，属于无机非金属材料领域。 
背景技术
在较低的金属化温度下实现陶瓷基板与布线金属的烧结粘合是陶瓷金属化的关键问题之一。现在的主流低温金属导体浆料的玻璃粘结剂大都含有铅，如硼酸铅玻璃等，因为含铅玻璃材料可以大幅度的降低粘结剂的软化温度。而含铅材料与环保无利，富硼的CaO-SiO2-B2O3体系在三元相图中表现出来的较低的软化温度及其本身的性能使之成为可供选择的金属化的粘结剂材料。目前国内外CaO-SiO2-B2O3体系氧化硼含量最高可以做到40％，而采用本发明方法可做到70～85％，制得的玻璃粉末在900℃下能够润湿陶瓷基板，可用做陶瓷基板金属金属化浆料的玻璃结合相。 
发明内容
本发明的目的是开发一种不含铅的陶瓷基板低温金属化用的玻璃粘结剂，其化学组成为组份和重量百分含量为：B2O3 70～85；SiO2 0～20；CaO 5～15。 
本发明的高硼CaO-SiO2-B2O3体系玻璃粉体的制备方法，步骤如下： 
1)按硼酸三丁酯、无水乙醇和PEG2000比例为100ml∶100ml∶12.5g的比例，称取PEG2000置于锥形瓶中，再加入硼酸三丁酯和无水乙醇；按玻璃粉的B2O3、SiO2和CaO化学组成换算成相应的正硅酸乙酯和乙酸钙溶液的量，加入到上述溶液中；用乙酸溶液调节溶液pH值为4.5～5.5； 
2)将上述溶液在30～40℃恒温加热搅拌30min，形成均匀溶液，然后在烘箱中40～80℃保温静置得到白色凝胶； 
3)将所得的白色凝胶在110℃～120℃以上烘干，在650℃～750℃煅烧，研磨过筛得到高硼含量的CaO-SiO2-B2O3玻璃粉体。 
研磨后得到玻璃粉体，物相分析表明，玻璃粉体中含有少量的晶相。由此法制备的玻璃粉末在900℃下能够润湿陶瓷基板，可作为陶瓷基板金属化浆料中的玻璃粘结剂。 
本发明的优点在于：制备所需原料易得，过程控制简单，成本低；制得的高硼CaO-SiO2-B2O3体系在三元相图中表现出较低的软化温度，可替代含铅的玻璃粘结剂用于陶瓷金属化，避免含铅粘结剂对环境的破坏。 
附图说明
图1实施例1、2和3制备的粉末压制成的小柱在陶瓷基板上加热到900℃时的状态图中由左到右依次为：实施例1、实施例3、实施例2。 
图2实施例4在725℃煅烧后的XRD图，煅烧过程中析出少量CaSiO3晶相。 
具体实施方式
实施例1：制备玻璃粉体化学组成重量百分比为CaO 15％，B2O3 85％。在锥形瓶中加入PEG2000 2.5g，硼酸三丁酯20mL，乙醇20mL，搅拌形成溶液。量取11.5mL乙酸钙溶液缓慢加入到上述溶液中，用乙酸溶液调节溶液pH值等于5；加入磁子，在30℃恒温加热搅拌30min，然后在烘箱中保温静置，保温温度设定为80℃，10小时后得白色凝胶；将上述凝胶在110℃下烘干，在650℃煅烧，研磨过筛得所述粉体。 
压制成直径3mm的小柱，放在陶瓷基板上，在900℃处理后，产生液相能够润湿基板，并有铺展现象，如附图1所示。 
实施例2：制备玻璃粉体化学组成为(wt％)CaO 5％，SiO2 15％，B2O3 80％。在锥形瓶中加入PEG2000 2.5g，硼酸三丁酯20mL，乙醇20mL，搅拌形成溶液。量取1.8mL正硅酸乙酯、4.1mL乙酸钙溶液滴入上述溶液中，用乙酸溶液调节溶液pH值约等于4.5；加入磁子，在40℃恒温加热搅拌30min形成均匀溶液，然后在烘箱中保温静置，保温温度为60℃，60min后得白色凝胶；将上述凝胶在110℃下烘干，在700℃煅烧，研磨过筛得所述粉体。将粉体压制成直径3mm的小柱，放在陶瓷基板上，在900℃处理后，对基板润湿性良好，见附图1。 
实施例3：制备玻璃粉体化学组成为(wt％)CaO 5％，SiO2 20％，B2O3 75％。在锥形瓶中加入PEG2000 2.5g，硼酸三丁酯20mL，乙醇20mL，搅拌形成溶液。量取2.5mL正硅酸乙酯、4.4mL乙酸钙溶液滴入上述溶液中，用乙酸溶液调节溶液pH值约等于5.5；加入磁子，在35℃恒温加热搅拌30min，然后在烘箱中保温静置，保温温度为40℃，90min后得白色凝胶；将上述凝胶在110℃下烘干，在750℃煅烧，研磨过筛得所述粉体。将粉体压制成直径3mm的小柱，放在陶瓷基板上，在900℃处理后，对基板润湿性良好，见附图1。 
上述实例中，在溶胶凝胶制备和煅烧工艺中，失去的仅是易挥发的溶剂和有机成份，原料中的硼、硅、钙都留在最终的产物中，因而，原料与反应结果是一致的。测试证明配比能够准确确定粉体。 
从上述3个实施例可以看出，随着氧化硼含量高的提高，玻璃的润湿铺展能力提高。因而可通过改变组成，适应不同的陶瓷基板金属化温度的要求。本发明的高硼含量玻璃粉体粉体的软化熔融温度低于该体系目前已有的玻璃粉体的软化熔融温度，可替代含铅玻璃粘结剂。 
实施例4：制备玻璃粉体化学组成为(wt％)CaO 10％，SiO2 20％，B2O3 70％。在锥形瓶中加入PEG2000 2.5g，硼酸三丁酯20mL，乙醇20mL，搅拌形成溶液。量取2.7mL正硅酸乙酯、10mL乙酸钙溶液滴入上述溶液中，用乙酸溶液调节溶液pH值约等于5；加入磁子，在40℃恒温加热搅拌30min，然后在烘箱中保温静置，保温温度为80℃，70min后得白色凝胶；将上述凝胶在110℃下烘干，在725℃煅烧，研磨过筛得所述粉体。粉体以玻璃相为主，含有少量CaSiO3晶相，如附图2所示。图中23度附近的馒头状衍射峰表明，粉体中有大量的玻璃相，通过与标准XRD图谱比对，得出图2中尖锐衍射峰对应的晶相为CaSiO3晶相(PDF 卡片号：74-0874)，因衍射峰比较低，晶相含量较少。 
本发明提出的高硼的CaO-SiO2-B2O3体系玻璃材料，已通过实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明的内容、精神和范围内对本文所述的内容进行改动或适当变更与组合，来实现本发明。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明的精神、范围和内容中。 

Claims (1)

1.一种高硼CaO-SiO2-B2O3体系玻璃粉体的制备方法，其特征是步骤如下：
1)按硼酸三丁酯、无水乙醇和PEG2000比例为100ml∶100ml∶12.5g的比例，称取PEG2000置于锥形瓶中，再加入硼酸三丁酯和无水乙醇；按玻璃粉的B2O3、SiO2和CaO化学组成换算成相应的正硅酸乙酯和乙酸钙溶液的量，加入到上述溶液中；用乙酸溶液调节溶液pH值为4.5～5.5；
2)将上述溶液在30～40℃恒温加热搅拌30min，形成均匀溶液，然后在烘箱中40～80℃保温静置得到白色凝胶；
3)将所得的白色凝胶在110℃～120℃以上烘干，在650℃～750℃煅烧，研磨过筛得到高硼含量的CaO-SiO2-B2O3玻璃粉体；重量百分含量为：B2O370～85；SiO20～20；CaO 5～15。
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