DE2534396A1

DE2534396A1 - Verfahren zur herstellung eines glaslots

Info

Publication number: DE2534396A1
Application number: DE19752534396
Authority: DE
Inventors: Rudolf G Frieser; Jimmie L Powell; Rao R Tummala
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-08-05
Filing date: 1975-08-01
Publication date: 1976-02-19
Also published as: IT1039305B; JPS5134915A; JPS5329168B2; FR2281329A1; FR2281329B1; DE2534396C2; CA1043822A; US3904426A; GB1456478A

Description

Böblingen, den 30. Juli 1975

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: FI 974 044

Verfahren zur Herstellung eines Glaslots

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, wie es dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist, Glaslot-Zusammensetzungen mit relativ niedrigem Erweichungspunkt (in der Größenordnung von 400 bis 420 ⁰C) und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten (zwischen Raumtemperatur bis 300 ⁰C) von etwa 84 χ 10 pro ⁰C sind mit Natronkalksilikat-Glassubstraten verträglich, wie sie zur Herstellung von Gasentladungs-Bildschinnen dienen. Beim Herstellungsverfahren dienen Glaslote dazu zwei vorgefertigte Glassubstrate in einem vorgegebenen Abstand so miteinander zu verbinden, daß zwischen ihnen eine Entladungskammer gebildet wird, die mit einem zwar trägen, jedoch ionisierbarem Gas aufgefüllt wird. Um Rissebildung zu vermeiden, wird angestrebt, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glaslots im wesentlichen gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Glassubstrate ist, wobei die Verschmelzung beider Gläser unter Bereitstellen einer dichten Entladungskammer bei relativ geringer Temperatur erfolgen soll.

Eines der hauptsächlichen Probleme bei Herstellung eines solchen Glaslots stellt das Auftreten von Bläschen und Körnchen im gebrauchsfertigen Glaslot. Ein zusätzliches Problem ergibt sich, wenn die Temperatur der flüssigen Schmelze unzulässig hoch wird. Unter diesen Umständen tritt eine schnellere Reaktion

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von Kupferoxid (CuO) zu Kupferoxidul (Cu-O)^ ein. Eine derartig schnelle Reaktion beeinflußt das Glaslot in der Weise, daß sich ein braun gefärbter Niederschlag im Endprodukt zeigt, wenn das Glaslot in den Zwischenraum zwischen die zwei Glassubstrat eingebracht ist, so daß Undichtigkeitsstellen in der endgültigen GlasVersiegelung an den Stellen auftreten, an denen das Glaslot diesen bräunlichen Niederschlag zeigt.

Darüberhinaus hat sich gezeigt, daß die Temperatur aliein keinen j kritischen Parameter darstellt. Entspricht z.B. die Temperatur einem Idealwert, dann können immer noch Bläschen und Körnchen auftreten, wenn die Prozeßdauer bei einer solchen Temperatur unzureichend ist. Wenn außerdem die Zeitdauer bei der erforderlichen Temperatur zu lang ist, wird die Bildung von Kupferoxidul auch begünstigt, so daß der bräunliche Niecf erschien entsprechend vermehrt auftritt.

Die Bildung von Kupferoxid bzw. Kupferoxidul ergibt sich durch

die leitenden Oberzüge auf den Glassubstraten, wie sie zur Er-I
j stellung von Gasentladungsbildschirmen ja erforderlich sind.

Infolgedessen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Herstellungsprozeß für Glaslot bereitzustellen, bei dem die endgültige Glaszusammensetzung lediglich aus den erwünschten ! Glasbestandteilen besteht, wobei keine Bläschen und Körnchen auftreten und der Niederschlag von Kupferoxidul in Form eines bräunlichen Niederschlages auf einen unschädlichen Betrag herabgesetzt, bzw. überhaupt unterbunden wird.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung wie im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben, gelöst. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich ein Glaslot für die Verwendung von Gasentladungs-Bildschirmen, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 80 bis 84 χ 10 pro ⁰C im Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur (angenähert 22 ⁰C) bis 300 ⁰C aufweist.

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Die Erfindung wird anschließend im einzelnen näher beschrieben.

Das erfindungsgemäß hergestellte Glaslot besitzt im wesentlichen folgende Bestandteile in Gew.%:

PbO	66,0
^B2°3	14,0
SiO₂	2,0
Al₂O₃	3,5
ZnO	10,5
CuO	2,5
Bi₂O₃	1,5

Das hieraus gebildete Glaslot ist speziell brauchbar zur Abdichtung einer Gasentladunoskainrer eines Gasentladungs-Bildschirms, indem es bei Herstellung in den Zwischenraum zwischen den beiden Elektrodenleiter tragenden GlasSubstraten längs ihrer Kanten eingebracht wird. Es gestattet die Herstellung von Gasentladungs-Bildschirmen bei Temperaturen unterhalb der Rissebildungstemperatur von Magnesiumoxidschichten (485 bis 505 ⁰C), die als Überzüge für die die Elektrodenleiter bedeckenden dielektrischen Glasschichten dienen. Diese Rissebildung in den Magnesiumoxidüberzügen bzw. die Tendenz hierzu führt zu abträglichen Betriebsstörungen des Gasentladungsbildschirms und zu nicht unwesentlicher Herabsetzung der Lebensdauer.

Gemäß der Erfindung werden die Bestandteile der Glaszusammensetzung gründlich gemischt, um eine vollständige Durchmischung dieser Bestandteile zu gewährleisten. Ein Teil der Fritte, bestehend aus diesen Bestandteilen wird dann in einen Tiegel eingegeben, der aus einem trägen Material, wie z.B. Platin besteht. Die Temperatur der Fritte wird z.B. durch Induktionsheizung auf 750 bis 850 ⁰C angehoben, um eine flüssige Schmelze zu erhalten. Die verbliebene Fritte wird dann nach und nach unter ständigem Vermischen zugegeben, bis sich die gesamte Fritte in der Schmelze

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befindet. Abhängig von der Menge und der Michgeschwindigkeit stellt natürlich die Zugabe der Fritte in kleinen Portionen sicher, daß eine gründliche Durchmischung erfolgt und daß die gesamte Fritte zur Schmelze gelangt. Angenähert eine Stunde wird gebraucht, um die gesamte Fritte zu einer flüssigen Schmelze aufzulösen.

Vorteilhafterweise wird dabei die Temperatur lediglich bis auf 750 bis 850 °C gebracht und auf diesem Wert gehalten, während der verbliebene Teil der Fritte, wie oben beschrieben, nach und nach zugegeben wird, um so die Bildung von Kupferoxidul (Cu~0) zu verhindern und das Aufschäumen der flüssigen Schmelze zu unterdrücken. Die Verhinderung der Kupferoxidulbildung ist unbedingt wichtig, da Kupferoxidul, wie oben beschrieben, bei höheren Temperaturen zu einem unerwünschten Niederschlag führt, der sich zeigt, wenn das Glas abgekühlt wird und als Glaslot bei relativ niedrigen Temperaturen Verwendung findet. Anschließend wird die gesamte Fritte auf eine Temperatur von 1100 ⁰C + 20 ⁰C gebracht, um in diesem Temperaturbereich zwischen angenähert 3 bis 3 1/2 Stunden zu bleiben. Es wird daraufhingewiesen, daß bei diesen

erhöhten Temperaturen in der flüssigen Schmelze Blasenbildung ! eintritt.

[Es hat sich gezeigt, daß sich bei einer Temperatur unterhalb von

> etwa 1080 ° im Endprodukt Külbchen ungelöster Partikel (Bläschen und Körnchen), bestehend wahrscheinlich aus Aluminiumoxid (Al-O^) _f bilden, was natürlich für die Verwendung als Glaslot ungeeignet

■ und daher unerwünscht ist. Andererseits hat sich herausgestellt, daß sich, wenn die Temperatur auf über 1120 ⁰C angehoben wird, Kupferoxid rasch in Kupferoxidul (CuO -»- Cu₉O) umwandelt. Dabei

■ !

j tritt dann die unerwünschte Erscheinung des bräunlichen Nieder- j

■ Schlags von Kupferoxidul (Cu₂O) auf, was zu schädlichen Aus-

Wirkungen bei Verwendung als Glaslot führt, indem nach Anbringen ; hierin ündichtigkeitsstellen auftreten.

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Ein weiterer kiritischer Punkt ist die Zeit. Es hat sich nämlich gezeigt, daß wenn die flüssige Schmelze nicht zwischen den vorgenannten Temperaturen zwischen 1080 bis 1120 ⁰C für angenähert 3 Stunden gehalten wird, die gleiche Wirkung auftritt, als wenn die Temperatur unterhalb von 1080 C gehalten worden ist, d.h., daß dann auch in diesem Fall das Aluminiumoxid (Al₂O₃) sich nicht vollständig auflöst. Wenn darüberhinaus die Temperatur innerhalb der kritischen Werte für langer als 3 1/2 Stunden beibehalten wird, läßt sich feststellen, daß die Reaktionsneigung zur Bildung von Kupferoxidul (Cu₃O) aus Kupferoxid (CuO) erheblich anwächst. Nach Beibehalten einer Temperatur von 1100 + 20 ⁰C für 3 bis 3 1/2 Stunden wird die Temperatur der Schmelze auf angenähert 1060 ⁰C abgesenkt oder auch auf irgendeine Temperatur, bei der die Bläschenbildung der Schmelze verhindert wird, so daß sich auch keine Bläschen in den sich endgültig ergebeneden Barren \ oder Stäben als Produkt der Schmelze zeigen. Anschließend wird die Schmelze in Gußformen oder Barren gegossen, je nachdem, wie es für den Verwendungszweck erforderlich ist. Die sich ergebenden Barren werden auf angenähert 335 C für etwa 15 Minuten aufgeheizt, um dann langsam auf Raumtemperatur abgekühlt zu werden.

Dann werden in an sich bekannter Weise Glasstäbchen bei Temperaturen von etwa 435 ⁰C aus den Barren gezogen und zwar in für die Versiegelung der Gasentladungs-Bildschirme geeigneten Längen. Die Abdichtung der Glassubstrate des Gasentladungs-Bildschirms erfolgt bei angenähert 480 ⁰C.

Es wird daraufhingewiesen, daß, wenn es auch vorgezogen wird, die Temperatur des Tiegels zunächst auf 75O bis 850 ⁰C zur Bildung der flüssigen Schmelze zu bringen und anschließend die verbliebene Fritte nach und nach unter gründlichem Mischen der Fritte zum Herbeiführen einer sauberen Lösung zuzufügen, so daß die Bildung von Kupferoxidul verhindert und das Aufschäumen der Glasfritte unterdrückt wird, ebensogut die Temperatur der

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I gesamten Schmelze unter ständigem Mischen langsam über den 750 j bis 850 °C-Bereich hinaus bis in den kritischen Bereich von 11080 ⁰C zu 1120 ⁰C erhöht werden kann. Das Resultat ist hierbei

jeweils das gleiche.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung eines Glaslots, bestehend im wesentlichen aus den folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozenten:

PbO 66,0 B₂O₃ 14,0 SiO₂ 2,0 Al₂O₃ 3,5 ZnO 10,5 CuO 2,5 Bi₂O₃ 1,5,

dadurch gekennzeichnet, daß die aus diesen Bestandteilen gebildete Fritte unter ständigem Mischen zur Bildung der flüssigen Schmelze aufgeheizt wird, bis die Fritte eine Temperatur zwischen angenähert 1080 ⁰C und 1120 ⁰C erreicht, daß die Temperatur dieser Schmelze für eine Zeitdauer von 3 bis 3 1/2 Stunden beibehalten wird, daß anschließend die Temperatur der Schmelze zur Unterdrückung der Bläschenbildung innerhalb der Schmelze hinreichend abgesenkt wird und anschließend die Schmelze für den Gebrauch entnommen wird.
2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein kleiner Teil der Fritte auf einen Temperaturbereich zwischen 750 ⁰C bis 850 ⁰C zur Bildung einer flüssigen Schmelze aufgeheizt wird und daß anschließend der verbliebene Teil der Fritte unter ständigem Mischen der Fritte nach und nach zugesetzt wird, bis sich die gesamte Fritte im aufgelösten Zustand befindet.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entnahme der Schmelze eine emc

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erneute Aufheizung auf etwa 335 ⁰C für angenähert

15 Minuten durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fritte unter ständigem Mischen langsam in den kritischen Temperaturbereich von 1100 +20 C gebracht wird.

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