CN109336396A - 一种高温型电子玻璃封装材料 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高温型电子玻璃封装材料，在DM‑308电子玻璃封接材料中增加Cr₂O₃，Ni₂O₃和MnO₂；其中Cr₂O₃占混合后总质量的3％～6％，Ni₂O₃占混合后总质量的3％～5％，MnO₂占混合后总质量的0.5％～3％。本发明能够提高电子玻璃封装材料抗弯强度、封接温度，阻止了玻璃液的二次结晶，改善电子玻璃封装材料与合金的高温润湿性，加速界面处合金中的金属元素向玻璃中的扩散改善封接性能。

Description

一种高温型电子玻璃封装材料

技术领域

本发明涉及一种无机非金属材料，具体涉及一种高温型电子玻璃封装材料。

背景技术

封接材料从化学成分上大致可以分为有机材料、无机材料和金属材料三类。其中，有机材料包括环氧树脂、有机硅橡胶、硅酮树脂等高分子材料，主要用于低温封接；无机材料主要包括玻璃、搪瓷等，主要用于高温、气密性封接；金属材料主要是Pb-Sn 焊锡等，主要用于电子产品中的焊接。玻璃类材料作为封接材料的一种，由于在气密性和耐热性方面优于有机高分子材料，在绝缘性方面又优于金属材料。因此可以应用于真空电子技术、激光和红外技术、电光源、高能物理和航空航天、能源、汽车、化工、工业测量等领域。

国内电子元器件封接材料通常采用DM-308电真空封接玻璃与可伐合金，物理性能如表1所示：

表1 DM-308封接玻璃及可伐合金的物理性能

DM-308的优点在于热膨胀系数与可伐合金接近，具有较高的热稳定性、化学稳定性、电绝缘性和低的析晶倾向，与金属氧化有较好的润湿性能。

本发明主要针对具有类似图1所示特殊结构的发动机点火电嘴，主要服务于发动机燃烧室温度不超过800℃的无人机等小型飞行器。该结构电嘴的特点是结构简单、重量轻、体积小，放电频率高，为了保证电嘴的性能，要求电嘴的电极材料必须和内孔壁完全贴合，所以就要求电嘴在放电端具有非常严格的气密性。目前常用的DM-308 在800℃时由于具有很好的流动性，不但不能在点火电嘴的陶瓷绝缘体基体和可伐合金电极之间提供稳定的电子玻璃封装能力，还会由于毛细作用的影响，在可伐合金表面形成一个DM-308的过渡层，影响到电性能。

发明内容

本发明目的是为小型飞行器航空发动机点火电嘴的陶瓷绝缘体基体和可伐合金电极之间，提供一种稳定工作温度600～800℃的电子玻璃封装材料。

从与玻璃相亲近的润湿性，封接性能，以及氧化物对封接件的影响着手，考虑在DM-308电子玻璃中添加金属氧化物成份，提高电子玻璃封装材料抗弯强度、封接温度，阻止了玻璃液的二次结晶，改善电子玻璃封装材料与合金的高温润湿性，加速界面处合金中的金属元素向玻璃中的扩散改善封接性能。

通过在某型发动机点火电嘴上的试验验证，对比DM308电子封装玻璃，使用本发明提出的电子密封材料，其稳定的使用环境温度可以到达780℃，点火电嘴在0.5Mpa 气压下，保持1min，漏气量≯2ml/min。

本发明的技术方案为：

所述一种高温型电子玻璃封装材料，其特征在于：在DM-308电子玻璃封接材料中增加Cr₂O₃，Ni₂O₃和MnO₂；其中Cr₂O₃占混合后总质量的3％～6％，Ni₂O₃占混合后总质量的3％～5％，MnO₂占混合后总质量的0.5％～3％。

进一步的优选方案，所述一种高温型电子玻璃封装材料，其特征在于：其化学成分及质量百分比为：SiO₂：63.6％，Al₂O₃：2.4％，B₂O₃：18.8％，K₂O：3％，Na₂O： 3％，Cr₂O₃：5.5％，Ni₂O₃：3.2％，MnO₂：0.5％。

有益效果

本发明能够提高电子玻璃封装材料抗弯强度、封接温度，阻止了玻璃液的二次结晶，改善电子玻璃封装材料与合金的高温润湿性，加速界面处合金中的金属元素向玻璃中的扩散改善封接性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：特殊结构的发动机点火电嘴。

其中：1-绝缘体；2-中心电极组件；3-电子玻璃封装玻璃；4-瓷管。

图2：电子玻璃封接实例流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的技术思路是在DM-308电子玻璃封接材料中引入金属氧化物粒子，来起到增强、增韧电子玻璃的目的。

典型的市售DM-308电子封接玻璃的化学成分如表2所示：

表2市售DM-308电子封接玻璃的化学成分

在表2市售DM-308中加入3～6wt％Cr₂O₃，3～5wt％Ni₂O₃，0.5～3wt％MnO。

添加金属氧化物的目的和效果：

Cr₂O₃：

Cr₂O₃在微晶玻璃的玻璃相中，Cr³⁺与Cr⁶⁺离子共存，但以Cr³⁺为主，铬离可用来做为一种有效的成核剂来促进莫来石的形成，在基础配方中加入Cr₂O₃使熔融体在生长温度下具有低粘度性能。加入适量的Cr₂O₃能够达到致密烧结，提高了电子玻璃封接材料的力学性能。

Ni₂O₃：

加入适量的Ni₂O₃加入适量的能够提高电子玻璃封接材料的熔点，提高强度，降低热膨胀系数，提高抗氧化性能。

下面给出一个具体实例及相关验证结果：

如图2所示，

金属氧化物材料选择Co₂O₃、Ni₂O₃、MnO₂，与符合DM-308电子玻璃技术标准(标准号：SJ/T 10578.2-94)的市售DM-308粉体按照一定比例滚磨混合均匀后，过260 目筛网。得到的高温型电子玻璃封接材料的组成及重量百分比为：

表3高温型电子玻璃封接材料的组成及重量百分比

将高温型电子玻璃封接材料粉料压装进入装有可伐合金电极的样件内，使用感应线圈加热，电流3A，软化温度750℃。线膨胀系数(51～54)/α×10^-7K^-1(25℃～1000℃)；抗弯强度61.64/MPa；绝缘电阻小于0.3MΩ；采用一般产品夹具和试验条件时，常态最小放电电压900V，滴油和气压下最小放电电压1000V。下面具体给出相关测试结果：

1)密度、强度及气孔率测试

对比市售DM-308与本发明玻璃样品的密度、三点弯曲强度及气孔率测试结果见下表。

表4两种玻璃样品密度、三点弯曲强度及气孔率测试结果

由表4可知，本发明配方的抗弯强度比DM-308高，提高了20.6％。可以看出，添加微量金属氧化物可以提高其抗弯强度。从表4还可以看出本发明配方气孔率比 DM-308高。玻璃中气泡的尺寸、大小对玻璃的性能有直接的影响，根据Nasselman 给出的气孔率与强度的数学关系：

其中：σ₀—无机材料的理论强度；A—材料常数，值约在4～7之间；

σ—材料强度；P—气孔率(％)

在材料体系确定后，材料常数A也确定，假设本体系A为5，则由表4和公式(1) 计算出样品的理论抗弯强度，见表5：

表5样品理论抗弯强度

由表可以看出，本发明配方和理论强度相差不大，比DM-308高，本发明配方提高了12.7％。

2)封接性能

根据DM-308电子玻璃技术标准(标准号：SJ/T 10578.2-94)，确定四组不同的温度参数，考察不同温度条件下玻璃与合金的润湿性以及性能。

表6润湿性

由表6可知，两种玻璃封接材料与可伐合金的润湿角在789℃时，润湿角最小，二者之间的润湿性最好，且此时加入金属氧化物颗粒后的润湿性强于原DM-308。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种高温型电子玻璃封装材料，其特征在于：在DM-308电子玻璃封接材料中增加Cr₂O₃，Ni₂O₃和MnO₂；其中Cr₂O₃占混合后总质量的3％～6％，Ni₂O₃占混合后总质量的3％～5％，MnO₂占混合后总质量的0.5％～3％。

2.根据权利要求1所述一种高温型电子玻璃封装材料，其特征在于：其化学成分及质量百分比为：SiO₂：63.6％，Al₂O₃：2.4％，B₂O₃：18.8％，K₂O：3％，Na₂O：3％，Cr₂O₃：5.5％，Ni₂O₃：3.2％，MnO₂：0.5％。