CN103964694A - 一种无铅玻璃粉及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无铅玻璃粉及其制备工艺。解决了现有含铅玻璃粉在制备和使用过程中给环境和人类健康带来危害的技术问题。本发明的无铅玻璃粉，包含按重量百分数计的以下组分，SiO₂ 20～40%，Bi₂O₃ 40-70%，B₂O₃ 2-10%，TiO₂ 1～6%，碱性氧化物2.5-10.55%，ZnO 1～8%，改性氧化物≤5%。该产品不含铅，对环境无害，对人体无害，以本发明的无铅玻璃粉为原料之一制成的导电浆料，其与片感铁氧体基体匹配性能良好，具有良好的触变性、流动性，适用于浸蘸工艺，不流挂、无凹坑；烧成后膜层饱满，棱角无漏瓷，外观光亮，结构致密，不开裂、无针孔、无气泡，无铅环保。

Description

一种无铅玻璃粉及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种无铅玻璃粉及其制备工艺。

背景技术

表面贴装的叠层片式固定电感器，与带引线固定电感器相比，不仅体积尺寸小，适合高密度组装，而且无引线焊接，从而提高了组装密度，减小了分布电容，更适合高频使用。这类电感器抗振强度高，可靠性好。

目前叠层片式固定电感器的端头所使用的涂银浆料都是含铅产品，主要由银粉、玻璃粉、添加剂、有机载体组成，其玻璃粉中一般含有氧化铅，他们在制备和使用过程中，都会给环境和人类健康带来一定危害。随着环保趋势的发展，迫切需要发展无铅材料来替代原来的含铅玻璃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无铅玻璃粉，解决了现有含铅玻璃粉在制备和使用过程中给环境和人类健康带来危害的技术问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种无铅玻璃粉，其特殊之处在于：包含按重量百分数计的以下组分，SiO₂20~40%，Bi₂O₃40-70%，B₂O₃2-10%，TiO₂1~6%，碱性氧化物2.5-10.55%，ZnO1～8%，改性氧化物≤5%。

Bi2O3的重量百分数为49-61%。

SiO2的重量百分数为25-38%。

碱性氧化物以碳酸盐形式提供，包括Na₂CO₃和Li₂CO₃中的至少一种。

改性氧化物包括ZrO2、Al2O3、BaO中的至少一种。

玻璃粉的制备工艺，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】配料、混料：将以下组分按重量百分数计进行配料，SiO₂20~40%，Bi₂O₃40-70%，B₂O₃2-10%，TiO₂1~6%，碱性氧化物2.5-10.55%，ZnO1~8%，改性氧化物≤5%；配料后混料均匀；

2】熔炼：将步骤1】的混和料进行熔炼，直至溶体澄清匀化，得到熔融物；

3】水淬：将步骤2】所得熔融物在去离子水迅速冷却，得到玻璃渣。

4】细化：将步骤3】所得玻璃渣在球磨机中干磨分选后进行湿磨细化；

5】将步骤4】所得粉状物进行烘干、破碎、过筛，得到本发明的无铅玻璃粉末，玻璃粉的平均颗粒大小VDM小于5μm。

步骤2】在1100℃~1200℃温度下熔炼30~60min。

步骤4】在球磨机中使用氧化锆球或者玛瑙球进行研磨。

本发明的优点在于：

（1）本发明的无铅玻璃粉，不含铅，对环境无害，对人体无害，玻璃粉软化点在450℃-500℃之间，可以使产品在600℃-650℃烧结时，玻璃粉充分软化，与基板形成良好的结合，提高产品的附着强度；玻璃粉耐酸性能良好。

（2）玻璃粉中的适量的TiO2可增强玻璃的耐酸性；玻璃粉中适量的碱性氧化物，碱性氧化物以碳酸盐的形式引入，优选加入Na2CO3和Li2CO3，可以有效降低玻璃的软化温度，并促使玻璃结晶，同时使玻璃的线性膨胀系数不至于过高。玻璃粉中适量的改性氧化物可以更精确的调整玻璃的线膨胀系数，改善耐化学性。

（3）以本发明的无铅玻璃粉为原料之一制成的导电浆料，其与片感铁氧体基体匹配性能良好，具有良好的触变性、流动性，适用于浸蘸工艺，不流挂、无凹坑；烧成后膜层饱满，棱角无漏瓷，外观光亮，结构致密，不开裂、无针孔、无气泡，与铁氧体基板结合的附着力良好，无铅环保。用该浆料制作的端电极在电镀过程中耐磨损，电镀后膜层致密无孔洞。

具体实施方式

几种典型的玻璃配方见表一：

SiO₂20~40%，Bi₂O₃40-70%，B₂O₃2-10%，TiO₂1～6%，碱性氧化物2.5-10.55%，ZnO1～8%，改性氧化物≤5%；

玻璃中的Bi2O3是玻璃的基本组分，起助溶的作用，能有效降低玻璃的软化温度。当Bi2O3的含量远低于40%时，玻璃的软化温度会太高；当Bi2O3的含量变高超过70%时，玻璃的耐酸性将会降低。Bi2O3含量较优选的范围是49-61%。

玻璃中的SiO2是玻璃的基本组成部分，在玻璃中构成骨架，并且还是基本的结晶组分。当SiO2含量远低于25%时，玻璃的耐化学性会降低；当SiO2含量超过38%时，玻璃的软化温度将会升高。在此，SiO2含量最优的范围是25-38%。

玻璃中的TiO2用于增强玻璃的耐酸性。当TiO2含量超过6%时，会使玻璃的软化温度升高。因此玻璃中的TiO2的最优的范围为1-6%。

玻璃中的B2O3是玻璃的基本组分，可以降低玻璃的软化温度和线性膨胀系数。当B2O3的含量变高超过9%时，玻璃的耐酸性和结晶性会降低。所以B2O3含量最为优选的范围是2-10%，最优选3~8%。

玻璃中的碱性氧化物可以以碳酸盐的形式引入，优选加入Na2CO3和Li2CO3，它们可以有效降低玻璃的软化温度，并促使玻璃结晶，但会使玻璃的线性膨胀系数升高。一般，当Na2CO3和Li2CO3之和含量少于1%时会使玻璃的软化温度太高，而含量超过10%时会使玻璃的膨胀系数过大，且耐酸性降低。因此，玻璃中Na2CO3和Li2CO3之和的含量最优取值范围为2.5-10.55%。

除上述组分外，本发明玻璃中还可以加入改性氧化物，例如：具体可以选取ZrO2、Al2O3、BaO等之任何一种，或其任何二至多种根据实际应用需要以任意比例的混合物。加入这些改性氧化物可以更精确的调整玻璃的线膨胀系数，改善耐化学性等。因此，本发明玻璃中这些改性氧化物的总含量以低于5%为宜。

玻璃粉软化点在450℃-500℃之间，可以使产品在600℃-650℃烧结时，玻璃粉充分软化，与基板形成良好的结合，提高产品的附着强度；玻璃粉耐酸性能良好。

玻璃粉的制备工艺，包括以下步骤：

1】配料、混料：将以下组分按重量百分数计进行配料，SiO₂20~40%，Bi₂O₃40-70%，B₂O₃2-10%，TiO₂1~6%，碱性氧化物2.5-10.55%，ZnO1~8%，改性氧化物≤5%；配料后混料均匀；

2】熔炼：在1100℃~1200℃温度下熔化30~60min，以熔炼溶体澄清均匀为宜，熔炼具体温度依实际情况而定，以溶体澄清并保持一定的匀化时间为宜；玻璃溶体形成后，匀化时间应保持20分钟以上，但不宜超过40分钟，匀化时间过长会引起玻璃组分一定程度的挥发；

3】水淬：将步骤2】所得熔融物在去离子水淬火，得到玻璃渣。

4】细化：将步骤3】所得玻璃渣烘干，经干磨并过筛分选后，在球磨机中进行湿磨，在球磨机中具体可以使用氧化锆球或者玛瑙球等磨介；

5】将步骤4】所得粉状物进行烘干、破碎、过筛，得到本发明的无铅玻璃粉末，玻璃粉的平均颗粒大小VDM小于5μm。

根据表一的配方、配比、方法制备得到的产品1，其性能指标是：振实密度TAP.1.25g/ml，粒度VDM3.5微米，粒度分布D9,06.9微米、D5,02.6微米；

产品2的性能指标是：TAP.1.11g/ml，VDM3.6微米，D9,07.5微米、D5,02.8微米；

产品3的性能指标是：TAP.1.36g/ml，VDM3.6微米，D9,07.3微米、D5,02.7微米；

产品4的性能指标是：TAP.0.98g/ml，VDM3.3微米，D9,06.9微米、D5,02.8微米

产品5的性能指标是：TAP.1.06g/ml，VDM3.4微米，D9,06.5微米、D5,02.6微米；

产品6的性能指标是：TAP.1.13g/ml，VDM3.5微米，D9,06.8微米、D5,02.9微米；

产品7的性能指标是：TAP.1.13g/ml，VDM3.5微米，D9,07.2微米、D5,02.9微米。

产品8的性能指标是：TAP.1.05g/ml，VDM3.3微米，D9,06.7微米、D5,02.9微米

产品9的性能指标是：TAP.1.12g/ml，VDM3.4微米，D9,07.0微米、D5,02.6微米；

产品10的性能指标是：TAP.1.13g/ml，VDM3.4微米，D9,06.8微米、D5,02.8微米；

产品11的性能指标是：TAP.1.14g/ml，VDM3.6微米，D9,07.2微米、D5,03.0微米。

实施效果

用本发明生产的玻璃粉产品制备片式电感器端电极浆料经浸涂工艺成膜，100-150℃10min烘干，600-650℃烧结，性能见表二：

由实施例可见，以本发明的无铅玻璃粉为原料之一制成的导电浆料，其与片感铁氧体基体匹配性能良好，具有良好的触变性、流动性，适用于浸蘸工艺，不流挂、无凹坑；烧成后膜层饱满，棱角无漏瓷，外观光亮，结构致密，不开裂、无针孔、无气泡，与铁氧体基板结合的附着力良好，无铅环保。用该浆料制作的端电极在电镀过程中耐磨损，电镀后膜层致密无孔洞。

本发明的无铅玻璃粉还可用于片式电阻背电极及面电极浆料中。

Claims (8)

1.一种无铅玻璃粉，其特征在于：包含按重量百分数计的以下组分，SiO₂20~40%，Bi₂O₃40-70%，B₂O₃2-10%，TiO₂1~6%，碱性氧化物2.5-10.55%，ZnO1～8%，改性氧化物≤5%。

2.根据权利要求1所述的无铅玻璃粉，其特征在于：Bi2O3的重量百分数为49-61%。

3.根据权利要求1所述的无铅玻璃粉，其特征在于：SiO2的重量百分数为25-38%。

4.根据权利要求1至3任一所述的无铅玻璃粉，其特征在于：所述碱性氧化物以碳酸盐形式提供，包括Na₂CO₃和Li₂CO₃中的至少一种。

5.根据权利要求1至3任一所述的无铅玻璃粉，其特征在于：改性氧化物包括ZrO2、Al2O3、BaO中的至少一种。

6.玻璃粉的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1】配料、混料：将以下组分按重量百分数计进行配料，SiO₂20~40%，Bi₂O₃40-70%，B₂O₃2-10%，TiO₂1~6%，碱性氧化物2.5-10.55%，ZnO1~8%，改性氧化物≤5%；配料后混料均匀；

2】熔炼：将步骤1】的混和料进行熔炼，直至溶体澄清匀化，得到熔融物；

3】水淬：将步骤2】所得熔融物在去离子水迅速冷却，得到玻璃渣。

4】细化：将步骤3】所得玻璃渣在球磨机中干磨分选后进行湿磨细化；

5】将步骤4】所得粉状物进行烘干、破碎、过筛，得到本发明的无铅玻璃粉末，玻璃粉的平均颗粒大小VDM小于5μm。

7.根据权利要求6所述的玻璃粉的制备工艺，其特征在于，步骤2】在1100℃~1200℃温度下熔炼30~60min。

8.根据权利要求6或7所述的玻璃粉的制备工艺，其特征在于，步骤4】在球磨机中使用氧化锆球或者玛瑙球进行研磨。