CN103842312A - 无机基体的感应密封 - Google Patents

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格雷戈里·R·皮锐茨巴赫
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Abstract

一种使用感应能源将至少两个无机基体密封在一起的方法，包括向至少一个基体上应用包括玻璃浆料和感应耦合添加剂的粘结物组合物，使至少一个第二基体与粘结物组合物接触，和将基体和粘结物进行感应加热，从而在两个无机基体之间形成气密密封。

Description

无机基体的感应密封
技术领域
本发明涉及用于玻璃板的基于浆料的气密密封系统、密封材料、应用这些密封材料的方法、用于选择性可控光吸收来加热和密封该系统的密封设计。这些气密密封使用于各类应用，例如（a）封装基于硅、有机体系和薄膜的太阳能电池，（b）封装其它电子设备例如有机LED（OLED），（c）用于窗户的真空绝缘玻璃（VIG）组件，（d）触摸屏设备和（c）基于建筑玻璃和机动车玻璃的组件。
背景技术
在许多玻璃至玻璃密封的实际应用中，例如太阳能电池封装[晶体硅以及基于碲化镉（CdTe），铜铟镓硒化物（CIGS），聚合的，弹性的，薄膜]，OLED包装，显示器、触摸屏和真空绝缘玻璃（VIG）窗户密封，以及建筑&机动车玻璃密封，许多情况下存在使用钢化玻璃的需要。在传统熔炉烧制密封玻璃材料中，当加热到约300℃以上时，玻璃失去韧度。因此，存在选择性单独加热密封材料的需要和在不明显加热基玻璃/基体下影响基玻璃/基体的连接的需要。相似地，存在选择性单独加热密封材料的需要和在不明显加热基玻璃下影响基玻璃连接/或玻璃至金属的密封的需要。
因此，需要选择性密封方法（例如感应密封）领域的改进密封。
发明内容
在各选择性加热方法中，例如红外线（IR）加热、感应加热和密封、镭射密封、微波加热以及高密度等离子体弧光灯密封，在低频率例如80KHZ（或通常工业/商售感应烤炉的60-350KHZ）下，感应加热提供高达1000℃/秒的加热速度（而玻璃在传统烤炉中为6-10℃/秒的慢加热）以及出色的渗透深度。因此感应加热和密封可以提供包括选择性加热密封材料的较厚层的独特优势密封。由于许多这些密封应用（尤其是真空绝缘窗户密封&太阳能电池封装或OLED密封应用）需要更厚的密封材料（超过20微米），体积加热技术例如感应加热成为优选的密封方法。本发明涉及无机基体之间感应密封的用途，包括玻璃至玻璃的密封，利用回火和退火的玻璃基体的玻璃至金属密封。
本发明的一个实施方案是使用感应能源将至少两个无机基体密封到一起的方法，包括：（a）提供至少两个无机基体；（b）向至少两个第二基体中的至少一个上应用粘结物组合物，该粘结物组合物包括：（i）玻璃浆料，和（ii）感应耦合添加剂，和（c）使至少一个第二基体与粘结物组合物接触，和（d）将基体和粘结物进行感应加热，从而在两个无机基体之间形成气密密封。
本发明的一个实施方案是无铅和无镉的密封玻璃浆料组合物，在烧制前，包括：（a）25-65mol%Bi2O3，（b）3-60mol%ZnO，（c）4-65mol%B2O3，（d）0.1-15mol%选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3的至少一种及其组合，（e）非特意添加的硅的氧化物，和（f）非特意添加的铝的氧化物。
本发明的一个实施方案是在玻璃圆筒中密封太阳能电池组件的方法，包括：（a）在玻璃圆筒中布置多组相互电连接的太阳能电池，（b）向玻璃圆筒和导电金属封盖（其适于封盖圆筒的端部）中至少一个上应用本文公开的任意密封玻璃浆料组合物（c）将圆筒端部、玻璃密封组合物和封盖进行相互物理接触，和（d）在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行密封来烧结和流动玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是包含具有在550nm下透光率大于80%的玻璃圆筒的太阳能电池组件，其中设置有多组相互电连接的硅太阳能电池和导电金属封盖，通过感应加热部分本文公开的任意密封玻璃浆料组合物将封盖气密密封接至圆筒。
本发明的一个实施方案是密封太阳能电池组件的方法，包括：（a）提供至少两个玻璃板，（b）在这两个玻璃板之间布置多组相互电连接的太阳能电池，（c）向至少一个玻璃板上应用本文公开的任意玻璃浆料组合物（d）将至少第二玻璃板、本文公开的玻璃浆料组合物和顶玻璃板进行相互物理接触，和（e）在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行密封来烧结和流动玻璃组合物从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是密封VIG组件的方法，包括：（a）提供至少两个玻璃板（b）向至少一个玻璃板上应用任意本文公开的玻璃浆料组合物，（b）将至少一个第二玻璃板与应用的玻璃浆料物组合物接触，和（d）将玻璃浆料组合物在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行密封来烧结和流动玻璃组合物从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是密封电子设备（例如LED，OLED，显示器或其它电子电路组件）的方法，包括：（a）提供至少两个玻璃板（b）向第一玻璃板上应用任意玻璃浆料组合物，（c）在至少第一玻璃板和玻璃浆料组合物形成的腔室内布置电子设备，（d）将至少第二玻璃板与玻璃浆料组合物进行接触，和（e）将玻璃浆料组合物在功率为1瓦特-300kW下感应加热来烧结和流动所述玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是密封组件的方法，包括：（a）提供至少两个玻璃板（b）向至少第一玻璃板上应用本文公开的任意玻璃浆料组合物，（c）向至少第一玻璃板和玻璃浆料组合物形成的腔室内布置组件，（d）将至少第二玻璃板与玻璃浆料组合物进行接触，和（e）将玻璃浆料组合物在功率为1瓦特-300kW下感应加热来烧结和流动所述玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是密封用于机动车组件的方法，包括：（a）提供至少两个玻璃板（b）向至少一个玻璃板上应用本文公开的任意玻璃浆料组合物，（b）将至少第二玻璃板、本文公开的玻璃浆料组合物以及顶玻璃板相互物理接触，和（d）在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行密封来烧结和流动所述玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是密封建筑中组件（例如智能窗）的方法，包括：（a）提供至少两个玻璃板（b）向至少一个玻璃板上应用本文公开的任意玻璃浆料组合物（c）将至少第二玻璃板、本文公开的玻璃浆料组合物以及顶玻璃板相互物理接触，和（d）在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行密封来烧结和流动所述玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是将第一和第二玻璃板相互连接的方法，从而气密地密封和隔离其间限定的腔室，该方法包括，（a）提供第一均匀粉末玻璃密封组合物，包括：（i）25-65mol%Bi2O3，（ii）3-60mol%ZnO，（iii）4-65mol%B2O3，（iv）非特意添加的硅的氧化物，和（v）非特意添加的铝的氧化物，（b）提供第二均匀粉末玻璃密封组合物，包括：（i）37-45mol%Bi2O3，（ii）30-40mol%ZnO，（iii）18-35mol%B2O3，（iv）0.1-15mol%选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3的至少一种，（v）非特意添加的硅的氧化物，和（vi）非特意添加的铝的氧化物，（c）混合第一和第二粉末形成均匀混合物，（d）向至少第一和第二玻璃板之一上应用均匀混合物，（e）布置第一和第二玻璃板使得第一和第二粉末与两个玻璃板接触，（f）将玻璃板和粉末在具有频率为60-350kHz的电磁场中进行感应加热来烧结和流动所述第一和第二粉末，从而形成限定第一和第二板之间腔室的气密密封。
本发明的一个实施方案是一种无铅和无镉的密封玻璃浆料组合物，在烧制前，包括：（a）5-65mol%ZnO，（b）10-65mol%SiO2，（c）5-55mol%B2O3+Al2O3，（d）0.1-45mol%选自Li2O、Na2O、K2O、Cs2O的至少一种及其组合，（e）0.1-20mol%选自MgO、CaO、BaO、SrO的至少一种及其组合，和（f）0.1-40mol%选自TeO2、Tl2O、V2O5、Ta2O5、GeO2的至少一种及其组合。
本发明的另一个实施方案是一种无铅和无镉的密封玻璃浆料组合物，在烧制前，包括：（a）5-55mol%Li2O+Na2O+K2O，（b）2-26mol%TiO2，（c）5-75mol%B2O3+SiO2，（d）0.1-30mol%选自V2O5、Sb2O5、P2O5的至少一种及其组合，（e）0.1-20mol%选自MgO、CaO、BaO、SrO的至少一种及其组合，（f）0.1-40mol%选自TeO2、Tl2O、Ta2O5、GeO2的至少一种及其组合，（g）0.1-20mol%F。
本发明的再另一个实施方案是密封组件的方法，包括（a）提供至少两个玻璃板，其中至少一个玻璃板是智能玻璃（b）向至少第一玻璃板上应用玻璃浆料组合物，（c）将至少第二玻璃板与玻璃浆料组合物进行接触，和（d）将密封在功率为1瓦特-300kW下感应加热来烧结和流动所述玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
本发明的更另一个实施方案是在两个无机基体之间形成气密密封的方法，包括：（a）向第一无机基体上应用包括玻璃浆料的粘结物组合物，（b）在粘结物组合物中布置电线，（c）将至少第二基体与粘结物组合物进行接触，和（d）对电线进行电阻加热从而烧结和流动粘结物组合物和在两个无机基体之间形成气密密封。
本发明的另一个实施方案是在两个无机基体之间形成气密密封的方法，包括：（a）向第一无机基体上应用包括玻璃浆料的粘结物组合物和感应耦合添加剂，（b）在粘结物组合物中布置电路连接线，（c）将至少第二基体与粘结物组合物接触，和（d）将粘结物进行感应加热从而烧结和流动所述粘结物组合物和在两个无机基体之间形成气密密封。
本发明的再另一个实施方案是在两个无机基体之间形成气密密封的方法，包括：（a）向第一无机基体上应用包括玻璃浆料的粘结物组合物，（b）玻璃浆料是多层功能梯度密封玻璃系统，（c）将至少第二基体与粘结物组合物接触，和（d）将对电线进行电阻加热从而烧结和流动所述粘结物组合物和在两个无机基体之间形成气密密封。
附图说明
图1表示在两个玻璃板之间简单的感应熔合密封。
图2表示与金属夹层的感应熔合密封。
图3表示与金属套管的感应熔合玻璃密封来影响玻璃至金属的密封。
具体实施方式
在大部分选择性密封方法中，由于密封材料中适宜吸收剂或耦合剂的存在，或因意向电磁波的优选吸收或因选择性诱导密封附近的涡电流密封而产生局部加热。这导致密封的选择性加热。此选择性密封各方面的控制，例如：吸收和热量产生的量和位置；通过材料和密封设计控制散热使热梯度或热冲击的发生降到最低，尤其是感应密封这种选择性密封方法，它们也是本发明的另一方面。
本发明涉及感应涡电流量、此能量沉降的位置、以及此能量的沉降速率的控制，从而形成高质量的密封，由于热冲击或热膨胀错配造成的可能破坏密封气密性的破裂可以避免或降到最小。
根据本发明形成气密密封的方法理论上简单但在实践中很难实现。由于即使在大太阳能组件或VIG板中的一个裂缝或漏洞（可能在0.8m×1.2m-2m×3m玻璃基体上）可以破坏密封和太阳能组件的寿命或使VIG单元失去绝缘能力，所以气密密封的形成要求完美。密封的玻璃或釉质可以在玻璃板感应密封在一起前在玻璃板上预先上釉（或预先烧制）或直接没有上釉直接密封。应该理解的是，存在于釉质中或在密封操作时形成的起泡将在加热过程中膨胀，形成能够破坏密封整体性的更大的孔。因此根据密封的几何形状和玻璃板的大小，釉质层可以上釉或不上釉。
原则上，本发明需要将尺寸的变化最小化，在进行密封的接触面位置沉降大多数的能量，控制和最小化气泡平均尺寸，然后最小化任意热度梯度和膨胀错配从而最小化热冲击或热膨胀错配形成破裂的可能性。
尺寸的变化主要通过使用烧制（预先上釉）釉质去除，釉质已经由具有堆密度为其理论密度60%或更少的干沉降物致密化/烧结形成，烧制的釉质具有至少90%的理论密度。然而，也应该知道，向具有干釉质粘结物薄层的基体上连接预先上釉的基体只能产生较小尺寸改变且几乎也可行，且这也是本发明的一部分在基体上预先上釉烧制釉质的另一个目的是制造高质量釉质基体接触面。
本发明的另一个实施方案关注能量沉降位置的控制。感应密封中高强度的高频率电磁场通过在高达300KW功率下，例如1瓦特-300KW，10瓦特-200KW或100瓦特-100KW，和在频率通常为60-350KHZ和高压，例如460V AC，例如1-600V，10-500V，或200-460V下，运转的发生器产生。感应加热可以提供每平方厘米0.1-15kW的热通量。至少一部分的基体和粘结物的加热速率可以为每秒0.1-10,000℃。
密封的加热将为密封材料的直接焦耳加热或金属材料的焦耳加热然后将这些热量引入密封（或釉质）用于熔融。因此，可预期向密封玻璃材料中添加合理的电阻性金属材料（R周期加热，以I**2×R）的耦合材料（例如各种钢Sn、W、Mo、镍铬合金、可伐合金、Fe-Ni合金、Ni、MoSi2）或高导电材料（（加热I周期）例如石墨、Cu、Ag，来提供局部感应加热。
本发明的再另一个实施方案涉及这些耦合剂的形状和尺寸。由于集肤效应，尤其在更高频率，用于感应电流的很多材料倾向在表面流动。因此，为了在密封玻璃材料中影响体积加热，可预期密封添加那些形状选自球形度高，球形度低，不规则，等分，椭圆状，扁平状，圆柱状，片状，晶须和线材几何状的颗粒的耦合材料，来产生贯穿密封的热。D50粒径尺寸可以为5nm-100,000nm，优选10nm-50,000nm，更优选50nm-10,000nm。
本发明的再另一个实施方案涉及磁性材料的添加。例如铁氧体，如Ni-Zn铁氧体、Mn-Zn铁氧体、Mg-Mn铁氧体，铁素体不锈钢例如430不锈钢粉，亚铁磁性材料例如Fe3O4，玻璃和微晶玻璃，其包含Fe2O3或Co2O3或MnO其它能够在玻璃中沉降磁性晶体例如Fe3O4，或MgO0.5Mn00.5Fe2O3的氧化物添加剂。另外，粘结物可以进一步包含含锰成分，其选自铋锰颜料，钙钛矿锰氧化物，Bi2Mn4O10，Bi12MnO20和具有Bi2O3比MnO2为5:1-1:5的摩尔比的铋-锰颜料。这些可以玻璃浆料组合物的一部分或者单独添加剂的形式例如粉状或晶须或丝状或片状的不同形式添加。除了焦耳热，本文的加热可以是在低于居里温度下的高频率电流应用中旋转畴壁的摩擦加热。
本发明的再另一个实施方案涉及防止可以使密封变弱的压力和防止可以破坏密封气密性的破裂。这通过控制釉质的组成和密封技术的参数进行。虽然并不要求使用此发明，但预先上釉的应用极其有助于形成高质量气密密封。当涂层具有相当厚度时，封装步骤中干釉质的使用导致明显尺寸变化使密封更难于形成密封。另外，干釉质容易在密封中形成大孔洞，且也倾向在密封方法中将污染吹进电池组件或VIG板中。
本发明的再另一个实施方案涉及向低温密封玻璃材料（在共有待审专利PCT/US2011/032689中公开的，作为参考合并）中添加这些耦合材料，进一步开发为市售材料例如来自Ferro Corporation，Cleveland，OH的EG2824，EG2824B和EG2824G。本文所说的密封玻璃材料不限于单独的高铋玻璃。我们预想将这些耦合材料添加到不同的封装玻璃体系中，即，基于低熔融铅玻璃例如EG2760的高铅玻璃密封材料、锌玻璃体系例如CF7574、LF256；硼酸锌铋玻璃EG2871；高钡玻璃；高钙玻璃；含钛和/或锌的碱性硅玻璃例如EG3600、EG3608。上述指定的玻璃市购自FerroCorporation，Cleveland Ohio且概括地公布在下表中。
表1.用于密封玻璃浆料中的个别氧化物的宽泛范围。该玻璃烧结物宽泛地具有软化点250-800℃。
Figure BDA0000476446490000081
表2.以较少量用于密封玻璃浆料中的个别添加的氧化物的范围。
表2中个别添加氧化物的可选范围包括CuO、Fe2O3、Co2O3、和MnO，以mol%：1.5-9、2-8和4-7。La2O3可选范围包括0.5-8、2-6和1-6mol%。
在表2或4中的氧化物，包括在前述段落中的可选物，可以任意栏中公布的任意量与表1或3中的氧化物一起使用。在表2或4的不同栏中的量可以与在表1或3的任意栏的氧化物的量一起使用。
注意的是，这些玻璃氧化物例如Bi2O3、ZnO、CuO、Fe2O3、Co2O3、MnO中的部分，在密封材料中可以作为陶瓷氧化物添加剂来获得本文可预期的最终整体玻璃浆料组合物。
作为前述提及的多层玻璃，优选两种或三种浆料的玻璃混合物，可以用于控制密封的整体性能。如果使用第二玻璃浆料组合物，可变化玻璃浆料组合物的配比来控制粘结物与基体例如硅的接触程度，密封的流动和结晶化性能和因此获得的密封性能。例如，在玻璃组合物中，第一和第二玻璃浆料组合物可以重量比为约1:20-约20:1和优选约1:5-约5:1的比例下存在。玻璃组合物优选无铅或铅的氧化物，和无镉或镉的氧化物。然而，在一定的实施方案中，PbO的性能无法复制，这样的实施方案中有利地包含PbO。进一步第二和第三玻璃可以是其它表1&2铋玻璃，或锌玻璃（表3）或碱性硅酸钛玻璃（表4）或铅玻璃（表5或6）。
表3.以摩尔百分数的用于锌基添加玻璃的氧化浆料原料
玻璃浆料组合物 3-1 3-2 3-3
原料[摩尔%]
ZnO 5-65 7-50 10-32
SiO2 10-65 20-60 22-58
(B2O3+Al2O3) 5-55 7-35 10-25
(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O) 0-45 2-25 1-20
(MgO+CaO+BaO+SrO) 0-20 0-15 0-10
(TeO2+Tl2O+V2O5+Ta2O5+GeO2) 0-40 0-30 0-15
表4.以摩尔百分数的用于碱性-钛-硅酸添加玻璃的氧化物浆料原料
玻璃浆料组合物 4-1 4-2 4-3
原料[摩尔%]
Li2O+Na2O+K2O 5-55 15-50 30-40
TiO2 2-26 10-26 15-22
B2O3+SiO2 5-75 25-70 30-52
V2O5+Sb2O5+P2O5 0-30 0.25-25 5-25
MgO+CaO+BaO+SrO 0-20 0-15 0-10
(TeO2+Tl2O+Ta2O5+GeO2) 0-40 0-30 0-20
F 0-20 0-15 5-13
表5.以摩尔百分数的用于铅基添加玻璃的氧化物浆料原料
玻璃浆料组合物 5-1 5-2 5-3
原料[摩尔%]
PbO 15-75 25-66 50-65
B2O3+SiO2 5-75 20-55 24-45
ZnO 0-55 0.1-35 0.1-25
(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O) 0-40 0-30 0-10
TiO2+ZrO2 0-20 0-10 0.1-5
(MgO+CaO+BaO+SrO) 0-20 0-15 0-10
(TeO2+Tl2O+V2O5+Ta2O5+GeO2) 0-40 0-30 0-15
F2 0-15 0-10 0-8
表6.以摩尔百分数的用于铅钒基添加玻璃的氧化物浆料原料
玻璃浆料组合物 6-1 6-2 6-3
原料[摩尔%]
PbO 1-90 10-70 20-40
V2O5 1-90 10-70 25-65
P2O5 5-80 5-40 5-25
B2O3+SiO2 0-20 0-10 0-5
(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O) 0-40 0-30 0-10
(MgO+CaO+BaO+SrO) 0-20 0-15 0-10
(TeO2+Ta2O5+Tl2O+GeO2) 0-40 0-30 0-15
F2 0-15 0-10 0-8
本发明的密封玻璃浆料组合物可以是无铅和无镉的。在一个实施方案中，无铅和无镉的密封玻璃浆料组合物，在烧制前，包括：（a）25-65mol%Bi2O3，（b）3-60mol%ZnO（c）4-65mol%B2O3，（d）0.1-15mol%选自CuO，Fe2O3，Co2O3，Cr2O3的至少一种及其组合，（e）非特意添加的硅的氧化物，和（f）非特意添加的铝的氧化物。
除了其它实施方案，本发明中使用的玻璃可以选自铋玻璃、铅玻璃、锌玻璃、钡玻璃、钙玻璃、碱性硅酸盐玻璃、钒玻璃、碲玻璃、磷酸盐玻璃及其组合。
本发明的再另一个实施方案是向环氧树脂以及有机-无机杂化材料中添加这些耦合材料来影响基体玻璃至玻璃，玻璃至金属和玻璃至陶瓷密封的加热、流动和连接。
本发明的再另一个实施方案是至少一个玻璃板是回火处理的。
本发明的再另一个实施方案是至少一个玻璃板是预先层压玻璃组件。
本发明的再另一个实施方案是至少一个玻璃板是用导电涂层例如锡氧化物（TCO）或铟锡氧化物（ITO）材料涂覆的。
本发明的再另一个实施方案是其它釉质或粘结物与本发明的密封玻璃或釉质层一起烧制。
本发明的再另一个实施方案是将精确馈通合并入玻璃板并且其与密封釉质一起烧结或分开烧结。
密封本发明的再另一个实施方案是将导电馈通合并入玻璃板或作为密封组件的一部分以向密封腔室内组分提供能源或转出能源。
宽泛地，感应加热方法开始于在顶玻璃板上预先烧制包含釉质组合物的感应耦合剂。然后将顶板放置在底板上。然后感应源以组件为目标来熔化能量吸收/耦合釉质的顶表面并将板连接在一起。
任选地，将包含釉质的感应耦合剂预先烧制到每个顶部和底部的玻璃板。然后将这些板放置在一起通过感应源进行加热以完成密封。
预先烧结降低了向太阳能电池建造设施投注大量密封材料的需求，并避免了光伏设备的过度加热。由于不需要有机粘合剂，对于最终密封烧制，密封粘合剂烧尽带来的污染物得以消除。在这个总体中，通过本文概述过程实施的密封方法比传统方法快，主要由于预先烧结降低了必须在密封形成时烧制的浆料的质量。
即便优选在感应密封之前预先烧制釉质层，可预期密封不进行预先烧结的直接密封也是可能的。
相似地，可预期封装材料（釉质层）可以全部应用到同一板上（顶部或底部）且在有或者没有预先烧结釉质时选择性密封至另一板上。
本发明的各种应用方案可涉及应用感应耦合釉质层的各种方法。应用方法可以包括一种或多种丝网印刷，粘结物挤出，喷墨印刷，使用喷墨或喷射沉积的数字应用方法，自动注射分配例如通过使用Nordson自动分配系统，旋转涂布，浸渍涂布及其它。
本发明的再另一个实施方案是玻璃至金属的密封，应用于例如一个或多个太阳能电池封装于一个或多个圆筒形玻璃管，其在端部由使用这些材料感应密封的金属端盖密封。密封在这样的玻璃至金属的密封应用中，向密封玻璃材料中添加耦合材料的是任选的，因为金属成分本身可在感应下很好的加热且热量可以通过热传导传入密封材料中。
感应加热线圈的设计是密封选择性加热成功的关键。因此，对于特定部件和密封几何形状以及特定密封玻璃材料系统，可预期所述线圈的特定设计。
本发明的一个实施方案是气密密封导电连通的方法，包括：（a）向第一基体上应用平行于基体边沿的第一釉质痕迹，（b）横跨第一釉质痕迹应用包含导体的第二釉质痕迹，使其在邻近第一釉质的所有边缘区域内与第一基体接触，（c）在第一釉质痕迹上应用基本上平行于基体边缘的第三釉质痕迹，和（d）加热各自的釉质。
本发明的另一个实施方案是用于连接两个或更多个用于形成光伏设备的无机基体的密封剂材料系统，所述密封剂材料系统包括一个或多个玻璃或陶瓷组合物。所述密封剂材料系统可包括本文公开的密封任意玻璃和/或金属和/或氧化物的任意组合。
在本文的任意实施方案中，密封在至少两个无机基体以及密封剂材料系统产生的空间中可密封真空或惰性气体。
本发明的一个实施方案是用于连接两个或更多个无机基体的密封剂材料系统，该无机基体包含在应用浓缩能量源的光伏设备中。所述密封剂材料系统可包含本文公开的以任意组合的任意玻璃和/或金属和/或氧化物密封。
本发明的一个实施方案是包含多个独立气密密封太阳能电池的多电池太阳能阵列。在许多有用的玻璃至玻璃密封的实际应用中，例如太阳能电池封装（晶体硅以及基于CdTe和CIGS的，聚合的、弹性的，薄膜），OLED包装、显示器和真空绝缘玻璃密封、建筑及机动车玻璃密封，在许多情况下存在使用回火处理的玻璃的需要。当在密封玻璃材料的传统熔炉煅烧中加热高于约300℃时，碱石灰硅玻璃基体失去了其韧度。因此，存在单独选择性地加热密封材料的需要和在不明显加热所述基玻璃/基体下影响至基玻璃/基体连接的需要。
本文可预期的是使用由感应加热体系工业领导者例如ABP InductionLLC、6600Burroughs Avenue、Sterling Heights Michigan48314和其母公司、Pillar Induction、21095Gateway Road、Brookfield WI53045制造的产品，因为它们在感应加热技术中具有独特的经验，即使用高频率集中感应装置来熔融玻璃。
因此，本发明也考虑以下几点：1.具有能够从内到外感应加热的中心导线的气密珠型密封。2.具有材料的热膨胀梯度组合物以降低膨胀失配的气密珠型密封。3.具有在梯度组合物中感应/辐射/热传导材料的气密珠型密封，从而设计和控制在密封中和在进行密封方法时的基体接触面上的加热速率和温度梯度。4.如上面1-3中的薄片和/或平面型气密密封几何形状和梯度组合物。5.具有传导电路连接线的密封几何形状。6.具有真空消耗连接线的气密密封几何形状。7.用于与在玻璃基体回火处理或退火方法时预先烧制的密封材料密封的玻璃基体密封8.用于形成气密密封的材料和梯度材料的数字应用（例如喷墨印刷）密封。
本发明考虑如图1-3所示的用于玻璃板感应密封的三种不同的设计，密封。图1是两个玻璃板之间的简单密封。图2是具有金属中间层的密封。图3是外金属片材进行感应加热来影响玻璃至金属的密封。
具体地，图1描述了具有通过绿色感应密封玻璃130（密封玻璃和感应耦合添加剂）连接的玻璃板110和120密封来形成组件100的实施方案。组件100经加热将在密封130上的玻璃熔化为固体气密密封。腔室140可以容纳活性层（没有显示）或特殊气体，例如惰性气体，例如N2，He，Ar或部分真空至压力500托，400托，300托，200托，或100托，至将玻璃板110和120密封至一起的密封剂材料的气密极限。
至于图2，两个玻璃板210和220通过之间夹有金属箔250的玻璃密封230和240进行密封。分别向玻璃板210和玻璃板220上应用玻璃密封230和240。金属箔250可以应用到任意玻璃密封上。该金属箔通过膨胀匹配或膨胀等级低温密封玻璃密封到玻璃上。金属可以是Al、不锈钢、低碳钢或Fe-Ni合金。在金属和玻璃之间的密封是通过本发明的任意密封玻璃实现的。
在一个可选的实施方案中，金属250通过感应加热且热传导至密封玻璃上。通过在金属/密封玻璃接触面上熔化密封玻璃影响连接。该金属通过感应电流电阻加热。在此实施方案中，金属无需为另一层但例如可以是分布在密封玻璃中的导线。在这样的情况下，层230和240一起理论上可以是具有一条或多条导线贯穿的单层。
在图3中，玻璃板310与玻璃板2通过金属套管340密封在一起。金属套管340通过斜切端345与玻璃板310和320接触，来确保金属和玻璃板的接触最小化和接触面剪切压力形成的最小化。玻璃剪切破坏因此最小化。向金属套筒340和玻璃板310和320连接的内部和外部应用密封玻璃350的珠。
密封玻璃350可以是本文公开的任意玻璃。其加热通过（a）来自金属套筒的感应加热的热传导，（b）通过镭射或宽频等离子体弧光的玻璃选择性加热或（c）通过感应耦合添加剂的存在的密封玻璃本身的感应加热密封。
在优选的实施方案中，密封玻璃可以预先烧结到玻璃套筒上且密封可以通过快速感应加热连接至玻璃板310和320上。
在传统的熔炉密封中，使用来自烘箱或可见光源的热来熔化密封中的玻璃。如果，例如希望设置的点温度是500℃，温度精确度可以至少接近±10-20℃（如果存在温度梯度）。烧制品中的温度也可以一致保持在±10-20℃。此方法加热至熔化需要约10分钟至一小时，较慢。
本发明的具体实施方案可以提供来封装不同电子显示器例如LED，OLED的密封腔室，来在无需过度加热内部电子设备下局部加热和密封。再另一个实施方案涉及提供用于建筑物窗户的玻璃板之间的气密密封来保持真空或某种气体氛围，包括惰性气体。
基体可以是相同或不同的，且可以选自玻璃，导电氧化物例如铟锡氧化物涂布的玻璃、金属和陶瓷。
发明人已经了解必须控制各参数来确保成功的形成气密密封或连通。这些参数包括基体和釉质的加热温度，在基体和釉质中和其间温度的一致性和烧结时间。相对于组合物来说，重要的因素包括：粘结玻璃的配方；无机添加剂、热传导率、热扩散率、釉质的热膨胀和流动温度、粘结物的流变性、印制粘结物或导电痕迹的横截面（优选矩形横截面）；每个层（基体）的吸收性；烧制装置输入的功率。
关于本发明细节方面可以在一个或多个下面的美国专利申请中找到，其均为共同享有，且均在此通过参考合并。10/864,304、10/988,208、11/131,919、11/145,538、11/384,838、11/774,632、11/846,552、12/097,823、12/298,956、12/573,209、61/324,356、61/328,258、61/366,568和61/366,578。
术语“包含”为“基本上的组成为”和“由...组成”提供了支持。可预期本文以任意形式公开的参数、温度、重量、百分比等的单独数值，例如在表中列出的，为这些值作为范围的端点使用提供支持。可以通过两个这样的值组成范围。在一个单独实施方案中，可以使用多于一种玻璃熔料组合物，且也可预期包含表中不同栏的量和范围的组合物。
可预期本发明某些实施方案，其中至少一些百分比、温度、时间和其它值的范围之前采用修饰语“约”。所有组合物的百分比是以重量记且根据烧制前混料提供。氧化物和其他原料的数值范围的下限限定为零（例如，0-10%摩尔%ZnO）是为了支持概念“高达（上限）”例如“高达10摩尔%ZrO2”以及正值的叙述，待定原料存在量不超过上限。
本文公布的每个由零限定的数值范围具有可选的实施方案，更低的界限0.1%替代零。本文公布的所有范围可以理解为包含起始和结束范围值和其中任意及所有的子范围。例如所述范围“1-10”可以认为包含任意和所有在最小值1和最大值10之间(并包含最小值1和最大值10)的子范围；即，所有起始于最小值1或更大和结束于最大值10或者更小的子范围，例如1.0-2.7、3.3-8.9、5.7-10，或单个值例如3.14159、5.17、8.06或9.53。换言之，范围用于描述范围中单独和每个值的简略表达。可以选择范围中的任意值作为范围中的子范围的端点。

Claims (36)

1.一种使用感应能源将至少两个无机基体密封在一起的方法，包括
a.提供至少两个无机基体；
b.向至少两个基体中的至少一个上应用粘结物组合物，该粘结物组合物包括：
i.玻璃浆料，和
ii.感应耦合添加剂，
c.使至少第二基体与粘结物组合物接触，和
d.将基体和粘结物进行感应加热，从而在两个无机基体之间形成气密密封。
2.根据权利要求1所述的方法，其中感应加热具有频率为约60-约350kHz。
3.根据权利要求1所述的方法，其中感应加热具有功率为约1瓦特-约300KW。
4.根据权利要求1所述的方法，其中感应加热具有电压为约1伏特-约600伏特。
5.根据权利要求1所述的方法，其中感应提供热通量为每平方米0.1-15kW。
6.根据权利要求1所述的方法，其中感应加热以0.1-10000℃每秒的速率加热至少部分的基体和粘结物。
7.根据权利要求1所述的方法，其中一个基体是玻璃且另一个基体是金属。
8.根据权利要求1所述的方法，其中玻璃浆料包含软化点为250-800℃的玻璃。
9.根据权利要求1所述的方法，其中玻璃浆料选自铋玻璃、铅玻璃、锌玻璃、钡玻璃、钙玻璃、碱性硅酸盐玻璃、钒玻璃、碲玻璃、磷酸盐玻璃及其组合。
10.根据权利要求10所述的方法，其中玻璃浆料选自铋玻璃、锌玻璃、碱性硅酸盐玻璃及其组合。
11.根据权利要求1所述的方法，其中感应耦合添加剂选自铁氧体、Ni-Zn铁氧体、Mn-Zn铁氧体、Mg-Mn铁氧体、铁氧体不锈钢、430不锈钢、铜、铝、银、铁磁性材料、Fe3O4、Fe2O3玻璃、Fe2O3微晶玻璃、Co2O3玻璃、Co2O3微晶玻璃、MnO玻璃、MnO-微晶玻璃、MgO0.5MnO0.5Fe2O3及其组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中玻璃浆料进一步包括含锰成分，其选自铋锰颜料、钙钛矿锰氧化物、Bi2Mn4O10、Bi12MnO20和具有Bi2O3比MnO2为5:1-1:5的摩尔比的铋-锰颜料。
13.一种无铅和无镉的密封玻璃组合物，在烧制前，包括：
a.25-65mol%Bi2O3，
b.3-60mol%ZnO
c.4-65mol%B2O3，
d.0.1-15mol%选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3的至少一种及其组合，
e.非特意添加的硅的氧化物，和
f.非特意添加的铝的氧化物。
14.在玻璃圆筒中密封太阳能电池组件的方法，包括：
a.在玻璃圆筒中布置多组相互电连接的太阳能电池，
b.向玻璃圆筒和适于封盖圆筒的端部的导电金属封盖中至少一个应用权利要求13所述的组合物，
c.将圆筒端部、权利要求13所述的组合物和封盖相互物理接触，和
d.在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行烧结和流动权利要求13所述的组合物从而形成气密密封。
15.包含具有在550nm下大于80%透光率的玻璃圆筒的太阳能电池组件，其中布置多组相互电连接的硅太阳能电池和导电金属封盖，通过感应加热部分权利要求13所述的密封玻璃浆料组合物将封盖气密密封到圆筒上。
16.密封VIG组件的方法，包括：
a.提供至少两个玻璃板
b.向至少一个玻璃板上应用权利要求13所述的玻璃浆料
c.将至少第二玻璃板、权利要求13所述的组合物和顶玻璃板相互物理接触，和
d.在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行烧结和流动权利要求13所述的玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
17.密封太阳能电池组件的方法，包括
a.提供至少两个玻璃板
b.向至少一个玻璃板上应用权利要求13所述的玻璃浆料组合物
c.将至少第二玻璃板、权利要求13所述的组合物和顶玻璃板相互物理接触，和
d.在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行烧结和流动权利要求13所述的玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
18.一种无铅和无镉的密封玻璃浆料组合物，在烧制前，包括：
a.5-65mol%ZnO，
b.10-65mol%SiO2，
c.5-55mol%B2O3+Al2O3，
d.0.1-45mol%选自Li2O、Na2O、K2O、Cs2O的至少一种及其组合，
e.0.1-20mol%选自MgO、CaO、BaO、SrO的至少一种及其组合，和
f.0.1-40mol%选自TeO2、Tl2O、V2O5、Ta2O5、GeO2的至少一种及其组合。
19.在玻璃圆筒中密封太阳能电池组件的方法，包括：
a.在玻璃圆筒中布置多组相互电连接的太阳能电池，
b.向玻璃圆筒和适于封盖圆筒的端部的导电金属封盖中至少一个上应用权利要求18中所述的组合物
c.将圆筒端部、权利要求18所述的组合物和封盖相互物理接触，和
d.在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行烧结和流动所述的组合物从而形成气密密封。
20.包含具有在550nm下大于80%透光率的玻璃圆筒的太阳能电池组件，其中布置多组相互电连接的硅太阳能电池和导电金属封盖，通过感应加热部分权利要求18所述的密封玻璃浆料组合物将封盖气密密封至圆筒上。
21.密封VIG组件的方法，包括：
a.提供至少两个玻璃板
b.向至少一个玻璃板的上应用权利要求18所述的玻璃浆料组合物
c.将至少第二玻璃板、权利要求18所述的组合物和顶玻璃板相互物理接触，和
d.在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行烧结和流动权利要求18所述的玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
22.密封太阳能电池组件的方法，包括：
a.提供至少两个玻璃板，
b.向至少一个玻璃板上应用权利要求18所述的玻璃浆料组合物
c.将至少第二玻璃板、权利要求18所述的组合物和顶玻璃板相互物理接触，和
d.在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行烧结和流动权利要求18所述的玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
23.一种无铅和无镉的密封玻璃浆料组合物，在烧制前，包括：
a.5-55mol%Li2O+Na2O+K2O，
b.2-26mol%TiO2，
c.5-75mol%B2O3+SiO2，
d.0.1-30mol%选自V2O5、Sb2O5、P2O5的至少一种及其组合，
e.0.1-20mol%选自MgO、CaO、BaO、SrO的至少一种及其组合，
f.0.1-40mol%选自TeO2、Tl2O、Ta2O5、GeO2的至少一种及其组合，和
g.0.1-20mol%F。
24.在玻璃圆筒中密封太阳能电池组件的方法，包括：
a.在玻璃圆筒中布置多组相互电连接的太阳能电池，
b.向玻璃圆筒和适于封盖圆筒的端部的导电金属封盖中至少一个上应用权利要求23中所述的组合物
c.将圆筒端部、权利要求23所述的组合物和封盖相互物理接触，和
d.在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行烧结和流动所述玻璃浆料从而组合物形成气密密封。
25.包含具有在550nm下大于80%透光率的玻璃圆筒的太阳能电池组件，其中布置多组相互电连接的硅太阳能电池和导电金属封盖，通过感应加热部分权利要求23所述的密封玻璃浆料组合物将封盖气密密封至圆筒上。
26.密封VIG组件的方法，包括：
e.提供至少两个玻璃板，
f.向至少一个玻璃板上应用权利要求23所述的玻璃浆料组合物
g.将至少第二玻璃板、权利要求23所述的组合物和顶玻璃板相互物理接触，和
h.在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行烧结和流动权利要求23所述的玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
27.密封太阳能电池组件的方法，包括：
a.提供至少两个玻璃板，
b.向至少一个玻璃板上应用权利要求23所述的玻璃浆料组合物
c.将至少第二玻璃板、权利要求23所述的组合物和顶玻璃板相互物理接触，和
d.在功率为1瓦特-300kW的感应加热下进行烧结和流动权利要求23所述的玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
28.密封电子设备的方法，包括：
a.提供至少两个玻璃板，
b.向至少一个玻璃板上应用玻璃浆料组合物，
c.在至少第一玻璃板和玻璃浆料组合物形成的腔室内布置电子设备，
d.将至少第二玻璃板与玻璃浆料组合物进行接触，和
e.将玻璃浆料组合物在功率1瓦特-300kW下感应加热来烧结和流动所述玻璃浆料组合物从而形成气密密封，使得电子设备位于通过至少两个玻璃板和气密密封形成的空腔中。
29.密封组件的方法，包括：
a.提供至少两个玻璃板，其中至少一个玻璃板是智能玻璃
b.向至少第一玻璃板上应用玻璃浆料组合物，
c.将至少第二玻璃板与玻璃浆料组合物接触，和
d.在功率为1瓦特-300kW下感应加热烧结和流动所述玻璃浆料组合物从而形成气密密封。
30.将第一和第二玻璃板相互连接的方法，从而气密密封并在其间限定隔离的腔室，该方法包括，
a.提供第一均匀玻璃浆料组合物，包括：
i.25-65mol%Bi2O3，
ii.3-60mol%ZnO
iii.4-65mol%B2O3，
iv.非特意添加的硅的氧化物，和
v.非特意添加的铝的氧化物
b.提供第二均匀玻璃浆料组合物，包括：
i.37-45mol%Bi2O3，
ii.30-40mol%ZnO
iii.18-35mol%B2O3，
iv.0.1-15mol%选自CuO、Fe2O3Co2O3、Cr2O3的至少一种，
v.非特意添加的硅的氧化物，和
vi.非特意添加的铝的氧化物
c.混合第一和第二玻璃浆料来形成均匀混合物，
d.向至少第一和第二玻璃板之一上应用该均匀混合物，
e.布置第一和第二玻璃板使得第一和第二玻璃浆料与两个玻璃板接触，
f.将玻璃板和粉末在具有频率为60-350kHz的电磁场中进行感应加热来烧结和流动所述第一和第二玻璃浆料，从而形成限定第一和第二板之间腔室的气密密封。
31.根据权利要求30所述的方法，其中至少第一和第二玻璃浆料之一进一步包含或能反应沉淀以下至少一种：铁氧体、Ni-Zn铁氧体、Mn-Zn铁氧体、Mg-Mn铁氧体、铁氧体不锈钢、430不锈钢、铁磁性材料、Fe3O4、Fe2O3玻璃、Fe2O3微晶玻璃、Co2O3玻璃、Co2O3微晶玻璃、MnO玻璃、MnO-微晶玻璃、MgO0.5MnO0.5Fe2O3及其组合。
32.根据权利要求11所述的方法，其中感应耦合添加剂是具有下述形状的微粒：高球形度，低球形度，不规则，等分，椭圆状，扁平状，圆柱状，片状，晶须和丝状的几何形状。
33.根据权利要求32所述的方法，其中感应耦合添加剂D50粒径大小在5nm-100,000nm的范围内。
34.根据权利要求1所述的方法，其中在以至少两个无机基体为界并通过感应加热粘结物形成的密封的腔室中密封有真空或惰性气体。
35.在两个无机基体之间形成气密密封的方法，包括：
a.向第一无机基体上应用包括玻璃浆料的粘结物组合物
b.在粘结物组合物中布置电线
c.将至少第二基体与粘结物组合物接触，和
d.使电线进行电阻加热从而烧结和流动粘结物组合物和在两个无机基体之间形成气密密封。
36.在两个无机基体之间形成气密密封的方法，包括：
a.向第一无机基体上应用包括玻璃浆料和感应耦合添加剂的粘结物组合物，
b.在粘结物组合物中布置电路馈通，
c.将至少第二基体与粘结物组合物接触，和
d.将粘结物进行感应加热从而烧结和流动所述粘结物组合物和在两个无机基体之间形成气密密封。
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