CN108164150A

CN108164150A - 一种高电阻率气密高膨胀系数铝合金封接玻璃粉的制备及应用

Info

Publication number: CN108164150A
Application number: CN201611114434.XA
Authority: CN
Inventors: 周亮; 杨殿来; 许壮志; 杨国庆; 李沐春
Original assignee: LIAONING PROV ACADEMY OF LIGHT INDUSTRY SCIENCES
Current assignee: LIAONING PROV ACADEMY OF LIGHT INDUSTRY SCIENCES
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-06-15
Anticipated expiration: 2036-12-07
Also published as: CN108164150B

Abstract

一种高电阻率气密高膨胀系数铝合金封接玻璃粉的制备，包括准备原料、混合、加温、烘干、水淬、干燥及球磨等步骤。所述原料由以下成分按摩尔百分比构成：P₂0₅ 35～45％，SnO 15～28％，Bi₂O₃ 15～27％，Zn0₂ 3～7％,SiO₂ 1～3％,Na₂O 2～4％，K₂O 1～4％、BaO 2～5％及WO₃2～4％。其应用步骤：将上述制备所得的铝合金封接玻璃粉与低温石蜡薄片混合、加热、搅拌、过筛得到所需颗粒的玻璃粉；在成型机上成型，温升、保温既得脱蜡后的玻璃坯体；将铝合金壳体去油污，脱水，烘干，再将封接铝合金壳与玻璃坯体组装安放在石墨模具，放入氩气气氛炉中保温后降至室温既得抗老化，高电阻率，高气密性的电连接器。本发明可避免封接过程中金属高温氧化，降低后期加工难度。

Description

一种高电阻率气密高膨胀系数铝合金封接玻璃粉的制备及应用

技术领域

本发明属于玻璃封接制备领域，特别涉及铝质电连接器封接所需低温封接玻璃粉及制备方法和应用。

背景技术

电连接器是电器设备的重要组成部分，起到组件连接信号传输的重要作用。随着工业发展自动化电器设备已广泛应用于不同生产生活领域，特别是航空、航天领域电子技术的不断发展，电子设备日趋精密、复杂和轻量化，应用场合和环境也日趋多样化。对电连接器信号传输能力和抗电磁干扰能力要求也越来越高。因此，常规可伐合金和不锈钢为材质的电连接器及其封接材料性能已很难满足当今电器设备的发展需求。

铝合金质地软延展性好，不具有磁性抗电磁干扰能力强，密度低仅为2.5～3.0g/cm³，约是铜或不锈钢的1/3，常规铝制品采用冲压法一次成型加工简单成本低，高温抗氧化性能强，电阻率也只有2.9×10^-8Ω·m，约是不锈钢材料电阻率的1/100。是一种理想的大功率、抗干扰、轻质电连接器，因此在军事、航空、航天及民用高端设备等特殊领域有广泛的使用前景。

但其纯铝的熔点为660℃，热膨胀系数为236×10^-7/℃(25～300℃)，铝合金的熔点在600-650℃之间，膨胀系数为190-240×10^-7/℃(25～300℃)，低熔点高膨胀系数使其封接难度加大，目前多采用有机封接材料或高温非匹配玻璃封接材料，用有机封接材料加工的电连接器易老化、不耐温度冲击、气密性差。

现有技术多采用玻璃封接材料，它具有抗氧化、耐蚀、耐高温、高硬耐磨等特点，其应用越来越广泛；但常规玻璃材料本身膨胀系数与铝合金相差甚远，不能实现匹配封接，并且封接温度高，高温封接过程会破坏铝制壳体及插针的内部晶体架构，留下严重的安全隐患，无法满足现今精密设备对电子元器件的性能要求，严重制约了轻质铝合金电子元器件的发展与应用。

发明内容

本发明提出了一种高电阻率气密高膨胀系数铝合金封接玻璃粉的制备及应用，采用磷锡铋玻璃系统，增加氧化亚锡、氧化铋以及钠、钾、钡、钨等元素，改进玻璃内部结构，在保证膨胀系数与铝合金相适应的前提下，提高玻璃绝缘子的气密性和电绝缘性能，并降低玻璃封接温度，解决了现有铝合金电连接器的封接温度高，气密性差，易老化，使用环境要求高等技术难题。本发明的高电阻率高膨胀系数铝合金低温封接玻璃粉，采用磷锡铋玻璃系统，其组分按摩尔百分比计，包括：P₂0₅ 35～45％，SnO 15～28％，Bi₂O₃ 15～27％，Zn0₂ 3～7％,SiO₂ 1～3％,Na₂O 2～4％，K₂O 1～4％、BaO 2～5％及WO₃2～4％。

所述的高膨胀系数玻璃转变温度在306～338℃，封接温度为420～500℃，玻璃的比重为2.7～3.5g/cm³，玻璃的热膨胀系数可达到195～212×10^-7/℃(25～300℃)，与铝合金膨胀系数相近，可与铝合金壳体实现低温气密封接。

本发明的制备方法是通过下述工艺步骤实现的：

按照上述配比将各组分称重混合并加入质量比1.5％的碳粉，用1000mL氧化铝坩埚于200-250℃保温10h烘干水分后于960～1250℃保温2h，用冷水水淬，然后将水淬得到的玻璃置于100～150℃烘箱中干燥4～8h，完全干燥后加酒精在陶瓷罐中球磨20～40min，烘干过200目筛，得所需产品。

本发明的应用包括下述步骤：

(1)将上述制备所得的铝合金封接玻璃粉与低温石蜡薄片按质量比20:1混合，加热至60～70℃使石蜡于玻璃粉中熔化并搅拌均匀，过40目筛得到所需颗粒的玻璃粉。

(2)在成型机上压制成型(压力在1-3吨)，成型后将坯体放入马弗炉内，依次从室温升至150～250℃保温3h，升至300～330℃保温30min，既得脱蜡后的玻璃坯体。

(3)将铝合金壳体在丙酮中清除去油污，后用水洗去丙酮，再用酒精脱水，烘干备用；再将封接铝合金壳与玻璃坯体组装安放在石墨模具，放入氩气气氛炉中，在420～500℃保温30min，降至室温既得抗老化，高电阻率，高气密性的电连接器。

本发明的特点是：

(1)研制出铝合金封接玻璃粉可应用在铝合金封接领域，具有较高的膨胀系数(195-212×10^-7/℃)，可与铝合金匹配封接；

(2)高于早期封接材料的机械性能、化学稳定性，高电阻率(200℃时可达4.7～5.8×10¹¹Ω·cm)，抗击穿强度高(最高正常工作电压为22～42KV)，并且可在-20～260℃下长期使用，封接后器件真空漏气率可达1.2-8.8×10^-8Pa·m³/s；

(3)本专利提出低温低温封接材料，在420～500℃下可完成封接，避免封接温度高对铝合金制品的损害；

(4)采用氩气气氛或真空封接工艺，实现电连接器紧密封接，具有优良的气密性，避免封接过程中金属高温氧化，降低后期加工难度；

(5)不同氧化物的引入提高磷酸盐玻璃的化学稳定性，提升封接材料及其制品的抗化学腐蚀能力。

具体实施方式

实施例1：按摩尔百分比P₂0₅ 36％，SnO 28％，Bi₂O₃ 17％，Zn0₂ 5％,SiO₂ 3％,Na₂O 4％,K₂O 2％、BaO 3％，WO₃ 2％,分别用五氧化二磷，氧化亚锡，氧化铋，氧化锌，二氧化硅，碳酸钠，碳酸钾，碳酸钡，三氧化钨引入加料，配400～500g料混合均匀加入干燥的1000mL氧化铝坩埚中，于150℃保温10h在于1100℃保温2h后将玻璃液倒入冷水中水淬得所需玻璃，再放入150℃烘箱中干燥3h，取出后用二氧化硅球磨罐加酒精球磨25min，取出后放入100℃烘箱中干燥12h，过200目筛后加蜡造粒，过40目筛得所需铝合金封接玻璃粉。

所得铝合金封接玻璃粉电阻率5.8×10¹¹Ω·cm(200℃)，膨胀系数195×10^-7/℃(25～300℃)，转变温度317℃，封接温度封480℃，真空漏气率1.2×10^-8Pa·m³/s，封接接效果良好。

实施例2：按摩尔百分比P₂0₅ 45％，SnO 21％，Bi₂O₃ 20％，Zn0₂ 3％,SiO₂ 1％,Na₂O 2％,K₂O 3％、BaO 2％，WO₃ 3％,分别用五氧化二磷，氧化亚锡，氧化铋，氧化锌，二氧化硅，碳酸钠，碳酸钾，碳酸钡，三氧化钨引入加料，配400～500g料混合均匀加入干燥的1000mL氧化铝坩埚中，于150℃保温10h在于1250℃保温2h后将玻璃液倒入冷水中水淬得所需玻璃，再放入150℃烘箱中干燥3h，取出后用二氧化硅球磨罐加酒精球磨25min，取出后放入100℃烘箱中干燥12h，过200目筛后加蜡造粒，过40目筛得所需铝合金封接玻璃粉。

所得铝合金封接玻璃粉电阻率5.5×10¹¹Ω·cm(200℃)，膨胀系数203×10^-7/℃(25～300℃)，转变温度326℃，封接温度封450℃，真空漏气率3.1×10^-8Pa·m³/s，封接接效果良好。

实施例3：按摩尔百分比P₂0₅ 39％，SnO 22％，Bi₂O₃ 15％，Zn0₂ 5％,SiO₂ 3％,Na₂O 3％,K₂O 4％、BaO 5％，WO₃ 4％,分别用五氧化二磷，氧化亚锡，氧化铋，氧化锌，二氧化硅，碳酸钠，碳酸钾，碳酸钡，三氧化钨引入加料，配400～500g料混合均匀加入干燥的1000mL氧化铝坩埚中，于150℃保温10h在于1000℃保温2h后将玻璃液倒入冷水中水淬得所需玻璃，再放入150℃烘箱中干燥3h，取出后用二氧化硅球磨罐加酒精球磨25mi n，取出后放入100℃烘箱中干燥12h，过200目筛后加蜡造粒，过40目筛得所需铝合金封接玻璃粉。

所得铝合金封接玻璃粉电阻率5.2×10¹¹Ω·cm(200℃)，膨胀系数209×10^-7/℃(25～300℃)，转变温度338℃，封接温度封470℃，真空漏气率2.8×10^-8Pa·m³/s，封接接效果良好。

实施例4：按摩尔百分比P₂0₅ 38％，SnO 16％，Bi₂O₃ 27％，Zn0₂ 7％,SiO₂ 2％,Na₂O 2％,K₂O 1％、BaO 4％，WO₃ 3％,分别用五氧化二磷，氧化亚锡，氧化铋，氧化锌，二氧化硅，碳酸钠，碳酸钾，碳酸钡，三氧化钨引入加料，配400～500g料混合均匀加入干燥的1000mL氧化铝坩埚中，于150℃保温10h在于980℃保温2h后将玻璃液倒入冷水中水淬得所需玻璃，再放入150℃烘箱中干燥3h，取出后用二氧化硅球磨罐加酒精球磨25min，取出后放入100℃烘箱中干燥12h，过200目筛后加蜡造粒，过40目筛得所需铝合金封接玻璃粉。

所得铝合金封接玻璃粉电阻率4.7×10¹¹Ω·cm(200℃)，膨胀系数212×10^-7/℃(25～300℃)，转变温度306℃，封接温度封420℃，真空漏气率8.8×10^-8Pa·m³/s，封接接效果良好。。

上述实施例1-4的应用包括下述步骤：

(1)将上述制备所得的铝合金封接玻璃粉与低温石蜡薄片按质量比20:1混合，加热至60～70℃使石蜡溶于玻璃粉中并搅拌均匀，过40目筛得到所需粒径的玻璃粉。

(2)在成型机上压制成型，成型后将坯体放入马弗炉内，依次从室温升至150～200℃保温3h，升至300～330℃保温30min，既得脱蜡后的玻璃坯体。

(3)将铝合金壳体在丙酮中清除去油污，后用水洗去丙酮，再用酒精脱水，烘干备用；再将封接铝合金壳与玻璃坯体组装安放在石墨的模具，放入氩气氛炉中，在420～500℃保温30min，降至室温既得耐高温，高电阻率，高气密性的电连接器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高电阻率气密高膨胀系数铝合金封接玻璃粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准备原料：所述原料由以下成分按摩尔百分比构成：P₂O₅ 35～45％，SnO 15～28％，Bi₂O₃ 15～27％，ZnO₂ 3～7％,SiO₂ 1～3％,Na₂O 2～4％，K₂O 1～4％、BaO 2～5％及WO₃ 2～4％。

(2)按照上述配比将各组分称重混合并加入质量比1.5％的碳粉，用1000mL氧化铝坩埚于200-250℃保温10h，烘干水分后于960～1250℃保温2h，用冷水水淬，然后将水淬得到的玻璃置于100～150℃烘箱中干燥4～8h，完全干燥后加酒精在陶瓷罐中球磨20～40min，烘干过200目筛，得所需产品。

2.如权利要求1所述的高电阻率气密高膨胀系数铝合金封接玻璃粉的制备方法，其特征在于，所述原料由以下成分按摩尔百分比组成：P₂O₅ 36％，SnO 28％，Bi₂O₃ 17％，ZnO₂5％,SiO₂ 3％,Na₂O 4％,K₂O 2％、BaO 3％，WO₃ 2％。

3.如权利要求1所述的高电阻率气密高膨胀系数铝合金封接玻璃粉的制备方法，其特征在于，所述原料由以下成分按摩尔百分比组成：P₂O₅ 45％，SnO 21％，Bi₂O₃ 20％，ZnO₂3％,SiO₂ 1％,Na₂O 2％,K₂O 3％、BaO 2％，WO₃ 3％。

4.如权利要求1所述的高电阻率气密高膨胀系数铝合金封接玻璃粉的制备方法，其特征在于，所述原料由以下成分按摩尔百分比组成：P₂O₅ 39％，SnO 22％，Bi₂O₃ 15％，ZnO₂5％,SiO₂ 3％,Na₂O 3％,K₂O 4％、BaO 5％，WO₃ 4％。

5.如权利要求1所述的高电阻率气密高膨胀系数铝合金封接玻璃粉的制备方法，其特征在于，所述原料由以下成分按摩尔百分比组成：P₂O₅ 38％，SnO 16％，Bi₂O₃ 27％，ZnO₂7％,SiO₂ 2％,Na₂O 2％,K₂O 1％、BaO 4％，WO₃ 3％。

6.按照权利要求1至5所述方法制备的高电阻率气密高膨胀系数铝合金封接玻璃粉的应用，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将上述制备所得的铝合金封接玻璃粉与低温石蜡薄片按质量比20:1混合，加热至60～70℃使石蜡于玻璃粉中熔化并搅拌均匀，过40目筛得到所需颗粒的玻璃粉；

(2)在成型机上压制成型，成型后将坯体放入马弗炉内，依次从室温升至150～250℃保温3h，升至300～330℃保温30min，既得脱蜡后的玻璃坯体；

(3)将铝合金壳体在丙酮中清除去油污，后用水洗去丙酮，再用酒精脱水，烘干备用，再将封接铝合金壳与玻璃坯体组装安放在石墨模具，放入氩气气氛炉中，在420～500℃保温30min，降至室温既得抗老化，高电阻率，高气密性的电连接器。