JPH0769672A - 鉛不含有のリン酸スズガラス - Google Patents
鉛不含有のリン酸スズガラスInfo
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- JPH0769672A JPH0769672A JP6138749A JP13874994A JPH0769672A JP H0769672 A JPH0769672 A JP H0769672A JP 6138749 A JP6138749 A JP 6138749A JP 13874994 A JP13874994 A JP 13874994A JP H0769672 A JPH0769672 A JP H0769672A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小さい熱膨脹係数を有し、鉛を含有しないリ
ン酸スズガラスを提供する。 【構成】 酸化物基準のモルパーセントで計算して、25
−50%のP2 O5 と、30−70%のSnOと、0−15%の
ZnOと、25%までのR2 O、20%までのB2O3 、5
%までのAl2 O3 、5%までのSiO2 、および5%
までのWO3 からなる群より選択される合計が25%まで
の効果的な量の少なくとも1つの安定化酸化物とから実
質的になる。SnO:ZnOのモル比はSnOの観点か
ら見て5:1より大きい。ここでR2 Oは、0−25%の
Li2 O、0−25%のNa2 O、および0−25%のK2
Oからなる。
ン酸スズガラスを提供する。 【構成】 酸化物基準のモルパーセントで計算して、25
−50%のP2 O5 と、30−70%のSnOと、0−15%の
ZnOと、25%までのR2 O、20%までのB2O3 、5
%までのAl2 O3 、5%までのSiO2 、および5%
までのWO3 からなる群より選択される合計が25%まで
の効果的な量の少なくとも1つの安定化酸化物とから実
質的になる。SnO:ZnOのモル比はSnOの観点か
ら見て5:1より大きい。ここでR2 Oは、0−25%の
Li2 O、0−25%のNa2 O、および0−25%のK2
Oからなる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガラス質の溶融シールに
おけるシーリングフリットとして使用するリン酸スズガ
ラスに関するものである。
おけるシーリングフリットとして使用するリン酸スズガ
ラスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ガラス部品を互いに接合する、またはガ
ラス部品を金属、合金、もしくはセラミックと接合する
際に使用するため、多くの特殊なシーリングガラスが開
発されてきた。
ラス部品を金属、合金、もしくはセラミックと接合する
際に使用するため、多くの特殊なシーリングガラスが開
発されてきた。
【0003】溶融タイプのシールを作成する際には、材
料がシーリング表面を濡らして付着密封結合を形成する
のに十分な程軟化する温度までこの材料を加熱しなけれ
ばならず、一方では、特にシーリング電気および電子製
品にとって、シーリング温度はできる限り低く維持しな
ければならない。
料がシーリング表面を濡らして付着密封結合を形成する
のに十分な程軟化する温度までこの材料を加熱しなけれ
ばならず、一方では、特にシーリング電気および電子製
品にとって、シーリング温度はできる限り低く維持しな
ければならない。
【0004】430 ℃−500 ℃の範囲の軟化点と、70−90
×10-7/℃の範囲の熱膨脹係数とを有する低温シーリン
グ鉛ガラスが、例えば、米国特許第2,642,633 号に記載
されている。熱的に失透するかまたは結晶化する鉛−亜
鉛ホウ酸塩ガラスが、陰極線管(CRT)シーリング材
料として研究されてきた。
×10-7/℃の範囲の熱膨脹係数とを有する低温シーリン
グ鉛ガラスが、例えば、米国特許第2,642,633 号に記載
されている。熱的に失透するかまたは結晶化する鉛−亜
鉛ホウ酸塩ガラスが、陰極線管(CRT)シーリング材
料として研究されてきた。
【0005】このためと他の目的のため、上記ガラスは
粉末またはフリットとして用いられ、通常、酢酸アミル
のような有機ビヒクルと混合されて流動可能または押出
可能なペーストを形成する。この混合物をシーリング表
面に施すが、必要に応じてミル添加物と混合してシール
の熱膨脹を変更および/またはコントロールする。
粉末またはフリットとして用いられ、通常、酢酸アミル
のような有機ビヒクルと混合されて流動可能または押出
可能なペーストを形成する。この混合物をシーリング表
面に施すが、必要に応じてミル添加物と混合してシール
の熱膨脹を変更および/またはコントロールする。
【0006】電気および電子シーリングを目的とする場
合には、より低いシーリング温度が必要とされる。
合には、より低いシーリング温度が必要とされる。
【0007】シール中における残留歪みを小さくするた
めには、シールの熱膨脹係数(CTE)を、シールされ
る部品の熱膨張係数に対して密接に整合させるべきであ
る。
めには、シールの熱膨脹係数(CTE)を、シールされ
る部品の熱膨張係数に対して密接に整合させるべきであ
る。
【0008】電子・電気シーリング用途では、シールは
多くの異なる物質とかかわり合う可能性がある。さら
に、これらの物質は広範囲に亘る熱膨脹係数を有する傾
向にある。必要とされる熱膨脹係数は、例えば、アルミ
ナと整合させるため、CRT部品をシールする際に用い
る95−105 ×10-7/℃という値、ケイ素ガラスおよびホ
ウケイ酸塩ガラスと整合させるために用いる30−40×10
-7/℃という値、ある種のガラスセラミックおよび溶融
シリカと整合させるために用いる0−10×10-7/℃とい
う値より一般的に低い。
多くの異なる物質とかかわり合う可能性がある。さら
に、これらの物質は広範囲に亘る熱膨脹係数を有する傾
向にある。必要とされる熱膨脹係数は、例えば、アルミ
ナと整合させるため、CRT部品をシールする際に用い
る95−105 ×10-7/℃という値、ケイ素ガラスおよびホ
ウケイ酸塩ガラスと整合させるために用いる30−40×10
-7/℃という値、ある種のガラスセラミックおよび溶融
シリカと整合させるために用いる0−10×10-7/℃とい
う値より一般的に低い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】シーリングガラスフリ
ットにおいては、流動性および膨脹性における整合性に
加え、シールされるガラス部品に対する湿潤性、廃物回
収を念頭においた通常の工業溶媒への溶解性、および有
機ビヒクル、特に酢酸アミルとの相溶性が良好であるこ
とが望ましい。
ットにおいては、流動性および膨脹性における整合性に
加え、シールされるガラス部品に対する湿潤性、廃物回
収を念頭においた通常の工業溶媒への溶解性、および有
機ビヒクル、特に酢酸アミルとの相溶性が良好であるこ
とが望ましい。
【0010】鉛−亜鉛ホウ酸塩ガラスの好ましい特徴の
全てを有するが、シーリング温度がより低く、健康と安
全のために鉛を含まないシーリングガラスフリットが引
き続き望まれている。
全てを有するが、シーリング温度がより低く、健康と安
全のために鉛を含まないシーリングガラスフリットが引
き続き望まれている。
【0011】上記に鑑みて、本発明は、小さい熱膨脹係
数を有する部品をシールするのに有用な熱膨脹係数を有
する、電子・電気部品間の溶融シールを形成するのに特
に適した鉛不含有シーリングガラスフリットを提供する
ことを目的とする。また本発明は、必要に応じて強化繊
維および充填剤により強化した、400 ℃−430 ℃の範囲
の温度での溶融シーリングのための中温シーリングガラ
スフリットを提供することを目的とする。
数を有する部品をシールするのに有用な熱膨脹係数を有
する、電子・電気部品間の溶融シールを形成するのに特
に適した鉛不含有シーリングガラスフリットを提供する
ことを目的とする。また本発明は、必要に応じて強化繊
維および充填剤により強化した、400 ℃−430 ℃の範囲
の温度での溶融シーリングのための中温シーリングガラ
スフリットを提供することを目的とする。
【0012】スズおよび/または亜鉛を含有することの
あるリン酸塩ガラスが、米国特許第2,400,147 号、第4,
940,677 号、第5,021,355 号、第5,071,795 号、第3,40
7,091 号、第4,314,031 号、第5,089,445 号、および第
5,089,446 号等に記載されている。
あるリン酸塩ガラスが、米国特許第2,400,147 号、第4,
940,677 号、第5,021,355 号、第5,071,795 号、第3,40
7,091 号、第4,314,031 号、第5,089,445 号、および第
5,089,446 号等に記載されている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、鉛を含有しな
いリン酸スズガラスであって、該リン酸スズガラスの組
成が、酸化物基準のモルパーセントで計算して、25−50
%のP2 O5 と、30−70%のSnOと、0−15%のZn
Oと、25%までのR2 O、20%までのB2 O3、5%ま
でのAl2 O3 、5%までのSiO2 、および5%まで
のWO3 からなる群より選択される合計が25%までの指
示した割合の少なくとも1つの効果的な量の安定化酸化
物とから実質的になり、SnO:ZnOのモル比がSn
Oの観点から見て5:1より大きく、前記R2 Oが、0
−25%のLi2 O、0−25%のNa2 O、および0−25
%のK2 Oからなることを特徴とするリン酸スズガラス
を提供する。本発明はまた、そのようなリン酸スズガラ
スを有効物質(active ingredient )として含むシーリ
ング材料を提供する。さらにまた、本発明は、溶融シー
ル、すなわち、上記のようなリン酸スズガラスを有効物
質として含有するシーリング材料の溶融生成物によって
接合された少なくとも2つの構成部分を有する複合品を
提供する。ここで「有効物質」とは単に、溶融シールに
おいて十分にシーリング機能を果たすガラス物質、すな
わち、溶融し、次いで硬化してそれによりシールとして
機能するガラス物質を意味する。
いリン酸スズガラスであって、該リン酸スズガラスの組
成が、酸化物基準のモルパーセントで計算して、25−50
%のP2 O5 と、30−70%のSnOと、0−15%のZn
Oと、25%までのR2 O、20%までのB2 O3、5%ま
でのAl2 O3 、5%までのSiO2 、および5%まで
のWO3 からなる群より選択される合計が25%までの指
示した割合の少なくとも1つの効果的な量の安定化酸化
物とから実質的になり、SnO:ZnOのモル比がSn
Oの観点から見て5:1より大きく、前記R2 Oが、0
−25%のLi2 O、0−25%のNa2 O、および0−25
%のK2 Oからなることを特徴とするリン酸スズガラス
を提供する。本発明はまた、そのようなリン酸スズガラ
スを有効物質(active ingredient )として含むシーリ
ング材料を提供する。さらにまた、本発明は、溶融シー
ル、すなわち、上記のようなリン酸スズガラスを有効物
質として含有するシーリング材料の溶融生成物によって
接合された少なくとも2つの構成部分を有する複合品を
提供する。ここで「有効物質」とは単に、溶融シールに
おいて十分にシーリング機能を果たすガラス物質、すな
わち、溶融し、次いで硬化してそれによりシールとして
機能するガラス物質を意味する。
【0014】本発明は大部分、リン酸スズガラスの系統
を発見したことに基づくものである。本発明はさらに、
これらのガラスにより、特にフリットの形態において、
非常に効果的な低温および中温(350 ℃−450 ℃)シー
リングガラスが得られることを発見したことに基づくも
のである。これらのガラスの用途は特定の分野の用途に
限定されるものではないが、これらのガラスは、中温シ
ーリングガラスとして現在使用されている鉛の含有量が
多いシーリングガラスの代替として特に有益である。本
発明のガラスの主たる利点は鉛を含有しないことであ
る。
を発見したことに基づくものである。本発明はさらに、
これらのガラスにより、特にフリットの形態において、
非常に効果的な低温および中温(350 ℃−450 ℃)シー
リングガラスが得られることを発見したことに基づくも
のである。これらのガラスの用途は特定の分野の用途に
限定されるものではないが、これらのガラスは、中温シ
ーリングガラスとして現在使用されている鉛の含有量が
多いシーリングガラスの代替として特に有益である。本
発明のガラスの主たる利点は鉛を含有しないことであ
る。
【0015】エイトケン等の特許出願に開示されたガラ
スはSnO:ZnOの比が1:1から5:1までである
ことを特徴としている。本発明のガラスも好ましくはZ
nOを含有するが、SnOの含有量に対しては少量であ
る。したがって、本発明においてはZnOの含有は任意
であり、含有する場合には、SnO:ZnOのモル比は
SnOの観点から見て5:1より大きい。
スはSnO:ZnOの比が1:1から5:1までである
ことを特徴としている。本発明のガラスも好ましくはZ
nOを含有するが、SnOの含有量に対しては少量であ
る。したがって、本発明においてはZnOの含有は任意
であり、含有する場合には、SnO:ZnOのモル比は
SnOの観点から見て5:1より大きい。
【0016】相対的なZnO含有量の減少は、ガラスを
軟化させる傾向があり、その結果として良好な流動特性
が得られる。しかしながら、相対的なZnOの含有量が
減少することにより、シーリング中にガラスがしみ出る
(glass exuding )という問題が生じ、シールが弱いも
のとなってしまう。例えば、ピロリン酸第一スズ成分、
すなわち、SnOおよびP2 O5 からなるガラスは、34
5 ℃でいくぶん流動性を示したが、ガラスをしみ出させ
て失透する傾向にあり、また高いシーリング温度では脆
弱になる傾向があった。ガラスのしみ出しは失透と一体
的に関連している。このような傾向を克服するために、
ZnOを加えてもよいが、SnO:ZnOの比がSnO
の観点から見て大きいガラスはいまだ調整するのが困難
である。
軟化させる傾向があり、その結果として良好な流動特性
が得られる。しかしながら、相対的なZnOの含有量が
減少することにより、シーリング中にガラスがしみ出る
(glass exuding )という問題が生じ、シールが弱いも
のとなってしまう。例えば、ピロリン酸第一スズ成分、
すなわち、SnOおよびP2 O5 からなるガラスは、34
5 ℃でいくぶん流動性を示したが、ガラスをしみ出させ
て失透する傾向にあり、また高いシーリング温度では脆
弱になる傾向があった。ガラスのしみ出しは失透と一体
的に関連している。このような傾向を克服するために、
ZnOを加えてもよいが、SnO:ZnOの比がSnO
の観点から見て大きいガラスはいまだ調整するのが困難
である。
【0017】SnO:ZnOの比がSnOの観点から見
て大きいガラスを安定化させることにより良好なシーリ
ングフリットを提供できることが判明した。この目的を
達成するために、25モル%までのR2 O、20モル%まで
のB2 O3 、5モル%までのAl2 O3 、5モル%まで
のSiO2 、および5モル%までのWO3 からなる群よ
り選択される少なくとも1つの酸化物を合計で25モル%
まで含有する。ここで、R2 Oは、0−25モル%のLi
2 O、0−25モル%のNa2 O、および0−25モル%の
K2 Oからなり、選択した上記酸化物を、シーリング中
の失透および/またはしみ出しに対してガラスを安定化
させるのに効果的な量で含有する。一般的に、上述した
酸化物単体の1つまたは該酸化物のうち2つ以上の組合
せを少なくとも1モル%含有することが実質的な安定化
を確実にするのに必要であることが明らかとなった。そ
のような添加により、上記酸化物を含有しない場合に遭
遇した結晶化および強度の損失を避ける一方で適度に良
好な流動特性を維持できる。安定化を目的とする場合に
は、Li2 Oが最も好ましいアルカリ金属酸化物(R2
O)である。
て大きいガラスを安定化させることにより良好なシーリ
ングフリットを提供できることが判明した。この目的を
達成するために、25モル%までのR2 O、20モル%まで
のB2 O3 、5モル%までのAl2 O3 、5モル%まで
のSiO2 、および5モル%までのWO3 からなる群よ
り選択される少なくとも1つの酸化物を合計で25モル%
まで含有する。ここで、R2 Oは、0−25モル%のLi
2 O、0−25モル%のNa2 O、および0−25モル%の
K2 Oからなり、選択した上記酸化物を、シーリング中
の失透および/またはしみ出しに対してガラスを安定化
させるのに効果的な量で含有する。一般的に、上述した
酸化物単体の1つまたは該酸化物のうち2つ以上の組合
せを少なくとも1モル%含有することが実質的な安定化
を確実にするのに必要であることが明らかとなった。そ
のような添加により、上記酸化物を含有しない場合に遭
遇した結晶化および強度の損失を避ける一方で適度に良
好な流動特性を維持できる。安定化を目的とする場合に
は、Li2 Oが最も好ましいアルカリ金属酸化物(R2
O)である。
【0018】本発明のガラスの熱膨脹係数は120 −140
×10-7/℃の範囲にある傾向にあり、このことが問題と
なっている。前述したように、そのような値は多くの電
子および電気シーリング用途にはあまりに高すぎる。こ
の問題は、より低い効果的な熱膨脹係数を与えるある充
填剤をシーリングフリット中に大量に加えることにより
克服できることが判明した。特に効果的であることが判
明した充填剤の例としては、コージエライト、Li2 O
−Al2 O3 −SiO2 ガラスセラミック、およびMg
+2とCo+2からなる群より選択される少なくとも1つの
陽イオン成分を有する結晶性ピロリン酸塩等が挙げられ
る。
×10-7/℃の範囲にある傾向にあり、このことが問題と
なっている。前述したように、そのような値は多くの電
子および電気シーリング用途にはあまりに高すぎる。こ
の問題は、より低い効果的な熱膨脹係数を与えるある充
填剤をシーリングフリット中に大量に加えることにより
克服できることが判明した。特に効果的であることが判
明した充填剤の例としては、コージエライト、Li2 O
−Al2 O3 −SiO2 ガラスセラミック、およびMg
+2とCo+2からなる群より選択される少なくとも1つの
陽イオン成分を有する結晶性ピロリン酸塩等が挙げられ
る。
【0019】ハロゲン化物、特にフッ化物の、ガラスを
軟化させ、したがって、そのシーリング温度を低くする
能力が知られている。しかしながら、製品が真空下で操
作される場合、そのようなハロゲン化物含有ガラスには
ベークアウト(bakeout )中にガス抜けするかもしれな
いという心配がある。したがって、ハロゲン化物を含有
しないことが本発明のガラスの特徴である。
軟化させ、したがって、そのシーリング温度を低くする
能力が知られている。しかしながら、製品が真空下で操
作される場合、そのようなハロゲン化物含有ガラスには
ベークアウト(bakeout )中にガス抜けするかもしれな
いという心配がある。したがって、ハロゲン化物を含有
しないことが本発明のガラスの特徴である。
【0020】アルカリ金属酸化物(R2 O)を含有する
ことによりガラスを軟化させることもまた知られてい
る。そのような添加剤はシーリング表面に対する湿潤性
も改善する。しかしながら、それらの添加剤には熱膨張
係数を増加させる傾向、および/または耐候性を低下さ
せる傾向がある。さらに、電気用途においては、ガラス
中のアルカリは電気特性に悪影響を及ぼし、移動する傾
向にある。加えて、本発明のガラスのさらなる特徴は、
アルカリを含まなくともよいことである。
ことによりガラスを軟化させることもまた知られてい
る。そのような添加剤はシーリング表面に対する湿潤性
も改善する。しかしながら、それらの添加剤には熱膨張
係数を増加させる傾向、および/または耐候性を低下さ
せる傾向がある。さらに、電気用途においては、ガラス
中のアルカリは電気特性に悪影響を及ぼし、移動する傾
向にある。加えて、本発明のガラスのさらなる特徴は、
アルカリを含まなくともよいことである。
【0021】本発明のガラスを安定化させるこの主な機
能に加え、約5モル%までのSiO2 を含有することに
より熱膨張係数を小さくする。約20モル%までの、好ま
しくは10モル%以下のB2 O3 を含有することにより、
ガラスの熱膨脹係数を小さくし、約5モル%までのAl
2 O3 を含有することにより、耐久性を改善する。
能に加え、約5モル%までのSiO2 を含有することに
より熱膨張係数を小さくする。約20モル%までの、好ま
しくは10モル%以下のB2 O3 を含有することにより、
ガラスの熱膨脹係数を小さくし、約5モル%までのAl
2 O3 を含有することにより、耐久性を改善する。
【0022】本発明のガラスの鍵となる必要条件は、ガ
ラスが還元状態にあること、すなわち、スズが主に第一
スズ(Sn+2)の状態にあることである。この目的のた
めに、スズを第一スズ形態、すなわち、スズ精鉱(Sn
O)としてガラスバッチに加える。あるいは、ライトス
ズ(light tin :SnO2 )を用いる場合、スズの大部
分が2価(SnO)の状態にあることを確実にするため
に、糖のような還元剤を加えるべきである。しかしなが
ら、スズがさらに金属にまで還元されるような強烈な還
元条件を用いないように注意しなければならない。Sn
O2 が多量に含まれる場合、フリットは流動せず、強力
なシールに望ましいようにはシーリング表面を濡らさな
い。
ラスが還元状態にあること、すなわち、スズが主に第一
スズ(Sn+2)の状態にあることである。この目的のた
めに、スズを第一スズ形態、すなわち、スズ精鉱(Sn
O)としてガラスバッチに加える。あるいは、ライトス
ズ(light tin :SnO2 )を用いる場合、スズの大部
分が2価(SnO)の状態にあることを確実にするため
に、糖のような還元剤を加えるべきである。しかしなが
ら、スズがさらに金属にまで還元されるような強烈な還
元条件を用いないように注意しなければならない。Sn
O2 が多量に含まれる場合、フリットは流動せず、強力
なシールに望ましいようにはシーリング表面を濡らさな
い。
【0023】オルトリン酸塩水準、すなわち、約25モル
%のP2 O5 から、メタリン酸塩水準、すなわち、約50
モル%のP2 O5 までに亘る範囲でP2 O5 を含有する
と、良好なガラスが形成される。
%のP2 O5 から、メタリン酸塩水準、すなわち、約50
モル%のP2 O5 までに亘る範囲でP2 O5 を含有する
と、良好なガラスが形成される。
【0024】シーリング材料に使用するフリットについ
て、ガラスは好ましくは29モル%−35モル%の範囲のP
2 O5 、より好ましくはピロリン酸塩化学量論のまたは
その近傍のP2 O5 、すなわち、約33モル%のP2 O5
を含有する。P2 O5 の含有量が少ないフリットは、シ
ーリング操作において不規則で非再現性の流動挙動を示
す傾向にある。P2 O5 の含有量が多いフリットは、化
学的な攻撃に対して耐久性が小さい傾向にある。
て、ガラスは好ましくは29モル%−35モル%の範囲のP
2 O5 、より好ましくはピロリン酸塩化学量論のまたは
その近傍のP2 O5 、すなわち、約33モル%のP2 O5
を含有する。P2 O5 の含有量が少ないフリットは、シ
ーリング操作において不規則で非再現性の流動挙動を示
す傾向にある。P2 O5 の含有量が多いフリットは、化
学的な攻撃に対して耐久性が小さい傾向にある。
【0025】必要に応じて、5モル%までのMoO3 、
5モル%までのWO3 、および0.1モル%までのAgか
らなる群より選択される少なくとも1つの成分をガラス
バッチ中に含有でき、その選択した成分は、シーリング
フリットの接着特性を高めるのに効果的な量で含有され
る。上記成分の最大値は、重量%では、5.5 重量%のM
oO3 、8.7 重量%のWO3 、および0.08重量%のAg
金属に対応する。
5モル%までのWO3 、および0.1モル%までのAgか
らなる群より選択される少なくとも1つの成分をガラス
バッチ中に含有でき、その選択した成分は、シーリング
フリットの接着特性を高めるのに効果的な量で含有され
る。上記成分の最大値は、重量%では、5.5 重量%のM
oO3 、8.7 重量%のWO3 、および0.08重量%のAg
金属に対応する。
【0026】前述したエイトケン等の出願に記載したガ
ラスシーリングフリットと比較した、本発明のガラスシ
ーリングフリットに特有な性質は、適切な特徴の比較に
より明らかとなるであろう。比較したすべてのガラスは
33モル%のP2 O5 を有し、SnO:ZnOの比のみが
異なる三成分ガラス(SnO−ZnO−P2 O5 )であ
った。
ラスシーリングフリットと比較した、本発明のガラスシ
ーリングフリットに特有な性質は、適切な特徴の比較に
より明らかとなるであろう。比較したすべてのガラスは
33モル%のP2 O5 を有し、SnO:ZnOの比のみが
異なる三成分ガラス(SnO−ZnO−P2 O5 )であ
った。
【0027】ガラス転移温度(Tg)は、ガラス中で流
動が開始される温度を示差走査熱量測定法(DSC)に
より測定した値である。SnO:ZnOの比が0(すな
わち、ピロリン酸亜鉛)から5:1まで増加するにつ
れ、Tg値は約450 ℃から約285 ℃にまで急速に減少す
る。SnO:ZnOの比がSnOの観点から見てさらに
増加すると(本発明のガラス)、Tg値は250 −275 ℃
の範囲で安定する。
動が開始される温度を示差走査熱量測定法(DSC)に
より測定した値である。SnO:ZnOの比が0(すな
わち、ピロリン酸亜鉛)から5:1まで増加するにつ
れ、Tg値は約450 ℃から約285 ℃にまで急速に減少す
る。SnO:ZnOの比がSnOの観点から見てさらに
増加すると(本発明のガラス)、Tg値は250 −275 ℃
の範囲で安定する。
【0028】同様に、ガラスのアニーリング点は、Sn
O:ZnOの比が約1:1のときの約270 ℃から約245
℃まで急速に減少し、SnOの含有量がさらに増加する
と安定する。しかしながら、フリットが低い流動温度と
小さい熱膨張係数(CTE)の両者を有するというのは
ほとんど互いに矛盾するものである。SnO−ZnO−
P2 O5 ガラスも例外ではない。結果として、本発明の
ZnOの含有量が少ないガラスは室温から250 ℃までの
温度範囲に亘り120 −140 ×10-7/℃の範囲の熱膨脹係
数を有する。
O:ZnOの比が約1:1のときの約270 ℃から約245
℃まで急速に減少し、SnOの含有量がさらに増加する
と安定する。しかしながら、フリットが低い流動温度と
小さい熱膨張係数(CTE)の両者を有するというのは
ほとんど互いに矛盾するものである。SnO−ZnO−
P2 O5 ガラスも例外ではない。結果として、本発明の
ZnOの含有量が少ないガラスは室温から250 ℃までの
温度範囲に亘り120 −140 ×10-7/℃の範囲の熱膨脹係
数を有する。
【0029】
【実施例】以下、ガラス組成物およびシーリング混合物
についての実施例を参照して本発明を説明する。
についての実施例を参照して本発明を説明する。
【0030】表IAの組成物は、ガラスバッチから計算
した酸化物基準のモルパーセントで表わされている。重
量部に関して対応する組成物を表IBに示す。これらの
組成の合計がほぼ100 であるので、個々の値は重量パー
セントとしてみなしてもよい。
した酸化物基準のモルパーセントで表わされている。重
量部に関して対応する組成物を表IBに示す。これらの
組成の合計がほぼ100 であるので、個々の値は重量パー
セントとしてみなしてもよい。
【0031】表IAは一連の基礎三成分SnO−ZnO
−P2 O5 ガラス組成物(モルパーセント)を、Sn
O:ZnOの比を増加させつつ示している。押形フリッ
トガラスシリンダーまたはボタンが優れた流動を示した
温度(℃)もまた列記する。しかしながら、そのような
流動は、ガラスのしみ出し、および試験片を冷却したと
きの弱い砕ける構造により達成されたことに注意すべき
である。このことは、SnO:ZnOの比がSnOに観
点から見て大きくなるほどより顕著になった。
−P2 O5 ガラス組成物(モルパーセント)を、Sn
O:ZnOの比を増加させつつ示している。押形フリッ
トガラスシリンダーまたはボタンが優れた流動を示した
温度(℃)もまた列記する。しかしながら、そのような
流動は、ガラスのしみ出し、および試験片を冷却したと
きの弱い砕ける構造により達成されたことに注意すべき
である。このことは、SnO:ZnOの比がSnOに観
点から見て大きくなるほどより顕著になった。
【0032】
【表1】
【0033】すべてのバッチを蓋付シリカるつぼ中で溶
融した。典型的なバッチは800 g−1000gの範囲にあっ
た。溶融温度は、ガラス組成に依存して800 ℃−1100℃
の範囲にあった。溶融時間は2時間と一定に保持した。
バッチの原材料は、SnO(スズ精鉱)、酸化亜鉛、お
よびリン酸アンモニウムからなるものを用いた。溶融物
をスチールテーブル上に注ぎ、ローラーを用いてその溶
融物を冷却して0.1”(〜0.25cm)厚のリボンを形成
させることによりガラスを造形した。次いで、平均粒径
が20−50μmとなるまで乾式ボールミル粉砕することに
より、すべての組成物をフリットとして調製した。これ
らの粉末から製造したバーを乾式圧縮して(dry-pressi
ng)焼結することにより、熱膨脹係数または粘度を測定
するための試料を得た。冷却後に試験片を焼結バーから
切り取れるように、十分な高密度化が行なわれるのに十
分に高温までそれらのバーを焼成した。典型的にすべて
の試験片について、最大温度で1時間の浸漬を用いた。
融した。典型的なバッチは800 g−1000gの範囲にあっ
た。溶融温度は、ガラス組成に依存して800 ℃−1100℃
の範囲にあった。溶融時間は2時間と一定に保持した。
バッチの原材料は、SnO(スズ精鉱)、酸化亜鉛、お
よびリン酸アンモニウムからなるものを用いた。溶融物
をスチールテーブル上に注ぎ、ローラーを用いてその溶
融物を冷却して0.1”(〜0.25cm)厚のリボンを形成
させることによりガラスを造形した。次いで、平均粒径
が20−50μmとなるまで乾式ボールミル粉砕することに
より、すべての組成物をフリットとして調製した。これ
らの粉末から製造したバーを乾式圧縮して(dry-pressi
ng)焼結することにより、熱膨脹係数または粘度を測定
するための試料を得た。冷却後に試験片を焼結バーから
切り取れるように、十分な高密度化が行なわれるのに十
分に高温までそれらのバーを焼成した。典型的にすべて
の試験片について、最大温度で1時間の浸漬を用いた。
【0034】流動は350 ℃の温度で生じ得るので、Sn
O/ZnOの比がSnOの観点から見て大きいフリット
と実質的な利点が関係することは表IAから明らかであ
る。これらの低い流動温度は、アルカリ酸化物またはハ
ロゲン化物を使用せずに達成されることは顕著なことで
ある。シールした装置の電気的安定性が低下する可能性
および汚染物のためにアルカリまたはハロゲン化物のい
ずれかを含有することが望ましくない場合、これらのフ
リットは上述した利点により電子シーリング用途にとっ
て非常に魅力的なものとなる。さらに、この一連のフリ
ットに関して低いシーリング温度を達成するために、酸
化鉛または酸化タリウムを使用することを必要としな
い。その両酸化物は毒性および/または危険であり、典
型的に低温のフリット中に含有されるものである。
O/ZnOの比がSnOの観点から見て大きいフリット
と実質的な利点が関係することは表IAから明らかであ
る。これらの低い流動温度は、アルカリ酸化物またはハ
ロゲン化物を使用せずに達成されることは顕著なことで
ある。シールした装置の電気的安定性が低下する可能性
および汚染物のためにアルカリまたはハロゲン化物のい
ずれかを含有することが望ましくない場合、これらのフ
リットは上述した利点により電子シーリング用途にとっ
て非常に魅力的なものとなる。さらに、この一連のフリ
ットに関して低いシーリング温度を達成するために、酸
化鉛または酸化タリウムを使用することを必要としな
い。その両酸化物は毒性および/または危険であり、典
型的に低温のフリット中に含有されるものである。
【0035】しかしながら、前述したように、SnO/
ZnOの比がSnOの観点から見て大きいフリットは、
残留するガラス相が表面にしみ出すような状態で結晶化
する傾向にある(特に>0.5 時間の浸漬時間で)。この
ことは、これらのフリットをシーリング用途に使用する
にはきわめて望ましくない。さらに、フリット内部にガ
ラス相がないと、非常に多孔性で弱い構造となってしま
う。
ZnOの比がSnOの観点から見て大きいフリットは、
残留するガラス相が表面にしみ出すような状態で結晶化
する傾向にある(特に>0.5 時間の浸漬時間で)。この
ことは、これらのフリットをシーリング用途に使用する
にはきわめて望ましくない。さらに、フリット内部にガ
ラス相がないと、非常に多孔性で弱い構造となってしま
う。
【0036】ガラスのしみ出し/結晶化現象は、主にA
l2 O3 、B2 O3 、またはSiO2 を添加することに
よって、ガラスの組成を変更することによりなくすこと
ができる。これらの追加の酸化物はおそらく、ガラス中
のリン−酸素鎖を強め、結晶化につながる構造的な再配
置が生じるのを困難にすることにより、結晶化の傾向を
抑圧するように機能する。
l2 O3 、B2 O3 、またはSiO2 を添加することに
よって、ガラスの組成を変更することによりなくすこと
ができる。これらの追加の酸化物はおそらく、ガラス中
のリン−酸素鎖を強め、結晶化につながる構造的な再配
置が生じるのを困難にすることにより、結晶化の傾向を
抑圧するように機能する。
【0037】B2 O3 およびAl2 O3 による結晶化と
ガラスのしみ出しへの影響を、SnO/ZnOの比が1
0.0から∞、すなわち、ピロリン酸スズとなるまでの一
連のフリットについて表IIAに示す。「単純な」三成分
フリット(すなわち、SnO、ZnO、およびP
2 O5 )について3つの異なるSnO/ZnOの比に関
してのデータ、およびすべてモル基準で表した、ガラス
に少量のAl2 O3 、B2 O3、および/またはLi2
O、またはWO3 を加えた同一組成物に関してのデータ
を示す。各々の実施例において、これらの追加の成分
は、ガラスがしみ出す傾向を抑えるように機能した。
ガラスのしみ出しへの影響を、SnO/ZnOの比が1
0.0から∞、すなわち、ピロリン酸スズとなるまでの一
連のフリットについて表IIAに示す。「単純な」三成分
フリット(すなわち、SnO、ZnO、およびP
2 O5 )について3つの異なるSnO/ZnOの比に関
してのデータ、およびすべてモル基準で表した、ガラス
に少量のAl2 O3 、B2 O3、および/またはLi2
O、またはWO3 を加えた同一組成物に関してのデータ
を示す。各々の実施例において、これらの追加の成分
は、ガラスがしみ出す傾向を抑えるように機能した。
【0038】
【表2】
【0039】
【表3】
【0040】表IIBは重量部で表IIAの組成を示したも
のである。表IBと同様に、組成の合計がほぼ100 であ
るので、全ての目的にとって、各々の成分の表に示した
値は重量パーセントを表すものと考えてよい。
のである。表IBと同様に、組成の合計がほぼ100 であ
るので、全ての目的にとって、各々の成分の表に示した
値は重量パーセントを表すものと考えてよい。
【0041】
【表4】
【0042】本発明の開示に記載したSnO−ZnO−
P2 O5 フリットはガラス質であり、小さい弾性係数
[約6×106 psi(〜4.2 ×104 MPa)]を有す
る。その結果、流動が生じる温度まで焼成した押形バー
またはディスクについて試験する場合、これらのフリッ
トは比較的小さい強度値を有する。焼結ディスクの典型
的な強度値は、3,000 psi−4,000 psi(〜21MP
a−28MPa)であり、一方市販のガラス質のPbO含
有フリットの強度値は5,000 psi−5,500 psi(〜
35MPa−38.5MPa)である。しかしながら、前述し
たように、これらの低い流動温度を有するフリットには
比較的多量の充填剤(ミル添加物として加える)を加え
ることができ、それでもまだこれらのフリットは400 ℃
−500 ℃で流動する。ヤング率が低いために、マイクロ
クラックが生じて強度が低下することなく充填剤をフリ
ット中に含有することができるので、ヤング率が低いこ
とは実際に有益である。
P2 O5 フリットはガラス質であり、小さい弾性係数
[約6×106 psi(〜4.2 ×104 MPa)]を有す
る。その結果、流動が生じる温度まで焼成した押形バー
またはディスクについて試験する場合、これらのフリッ
トは比較的小さい強度値を有する。焼結ディスクの典型
的な強度値は、3,000 psi−4,000 psi(〜21MP
a−28MPa)であり、一方市販のガラス質のPbO含
有フリットの強度値は5,000 psi−5,500 psi(〜
35MPa−38.5MPa)である。しかしながら、前述し
たように、これらの低い流動温度を有するフリットには
比較的多量の充填剤(ミル添加物として加える)を加え
ることができ、それでもまだこれらのフリットは400 ℃
−500 ℃で流動する。ヤング率が低いために、マイクロ
クラックが生じて強度が低下することなく充填剤をフリ
ット中に含有することができるので、ヤング率が低いこ
とは実際に有益である。
【0043】強度試験のために、一組のローラー上で乾
式混合することにより粉末フリットと充填剤を混合し
た。様々な粉末を粉砕媒体とともにプラスチック容器中
に配し、15−30分間に亘りローラー混合した。これらの
混合粉末を約1.5 ”の直径×約0.20”の厚さ(〜3.8 ×
0.5 cm)を有するディスクに圧縮し、強度を測定する
ための試験片を調製した。焼成後、コアを穿孔し研削す
ることにより薄いディスクを調製した。一方の面(引張
り表面:tensile surface )を研磨して、実際の強度試
験の直前に、摩耗させて均一にひびを分布させた。
式混合することにより粉末フリットと充填剤を混合し
た。様々な粉末を粉砕媒体とともにプラスチック容器中
に配し、15−30分間に亘りローラー混合した。これらの
混合粉末を約1.5 ”の直径×約0.20”の厚さ(〜3.8 ×
0.5 cm)を有するディスクに圧縮し、強度を測定する
ための試験片を調製した。焼成後、コアを穿孔し研削す
ることにより薄いディスクを調製した。一方の面(引張
り表面:tensile surface )を研磨して、実際の強度試
験の直前に、摩耗させて均一にひびを分布させた。
【0044】研究に使用した充填剤は、−325 メッシュ
のAl2 O3 、(推測の熱膨脹係数=70×10-7/℃)、
E−ミルのジルコン、(推測の熱膨脹係数=50×10-7/
℃)、Sグレードの酸化ジルコニウム、(推測の熱膨脹
係数=150 ×10-7/℃)であった。これらの充填剤の平
均粒径は5−10μmの範囲内にあった。充填剤として評
価した物質の内、α−Al2 O3 およびジルコンのみが
強度の改善に効果的であった。おそらく、これは、充填
剤の熱膨脹係数がフリットの熱膨脹係数(フリットの熱
膨脹係数=120 −140 ×10-7/℃)よりも低かったため
であろう。周りのマトリックスの熱膨脹係数より小さい
熱膨脹係数を有する第2の相の含有物のほうにクラック
は偏り、その含有物と相互作用する傾向にある。したが
って、<120 ×10-7/℃の熱膨脹係数、または好ましく
は<100 ×10-7/℃の熱膨脹係数を有する他の充填剤も
また、強化剤として効果的であろうと考えられる。
のAl2 O3 、(推測の熱膨脹係数=70×10-7/℃)、
E−ミルのジルコン、(推測の熱膨脹係数=50×10-7/
℃)、Sグレードの酸化ジルコニウム、(推測の熱膨脹
係数=150 ×10-7/℃)であった。これらの充填剤の平
均粒径は5−10μmの範囲内にあった。充填剤として評
価した物質の内、α−Al2 O3 およびジルコンのみが
強度の改善に効果的であった。おそらく、これは、充填
剤の熱膨脹係数がフリットの熱膨脹係数(フリットの熱
膨脹係数=120 −140 ×10-7/℃)よりも低かったため
であろう。周りのマトリックスの熱膨脹係数より小さい
熱膨脹係数を有する第2の相の含有物のほうにクラック
は偏り、その含有物と相互作用する傾向にある。したが
って、<120 ×10-7/℃の熱膨脹係数、または好ましく
は<100 ×10-7/℃の熱膨脹係数を有する他の充填剤も
また、強化剤として効果的であろうと考えられる。
【0045】測定した強度とともに強化フリットの実施
例を表III に示す。一組当たり全般的に8−10の試験片
について試験した。すべての試験片を450 ℃以下で焼成
した。保有シール温度(potential seal temperature)
を<450 ℃にしたかったので、充填剤の充填量を40重量
%以下に維持した。充填剤の充填量として>25重量%よ
り多くAl2 O3 および/またはジルコンを含有するす
べての充填剤の組合せについて、5,000 psi(〜35M
Pa)を超えた強度値が得られた。Al2 O3とジルコ
ンのある組合せにより、8,000 psi(〜56MPa)を
超えた強度値が得られた。
例を表III に示す。一組当たり全般的に8−10の試験片
について試験した。すべての試験片を450 ℃以下で焼成
した。保有シール温度(potential seal temperature)
を<450 ℃にしたかったので、充填剤の充填量を40重量
%以下に維持した。充填剤の充填量として>25重量%よ
り多くAl2 O3 および/またはジルコンを含有するす
べての充填剤の組合せについて、5,000 psi(〜35M
Pa)を超えた強度値が得られた。Al2 O3とジルコ
ンのある組合せにより、8,000 psi(〜56MPa)を
超えた強度値が得られた。
【0046】
【表5】
【0047】SnO/ZnOの比がSnOの観点から見
て大きいフリットは、低い流動温度を有するけれども、
一般的に120 −140 ×10-7/℃の範囲にある比較的大き
い熱膨脹係数を有する。このような熱膨脹係数は、ソー
ダ石灰−シリカガラス(熱膨脹係数=90×10-7/℃)、
アルミナ(熱膨脹係数=70×10-7/℃)、ZnO(熱膨
脹係数=55×10-7/℃)、ホウケイ酸塩ガラス(熱膨脹
係数=35×10-7/℃)、およびケイ素(熱膨脹係数=30
×10-7/℃)のような基体へのシーリングに望ましい保
有値よりもかなり高い。しかしながら、これらのガラス
は良好な流動特性を有するので、400 ℃−500 ℃の適度
の範囲内で保有シーリング温度を維持しつつ、比較的多
量のミル添加物を添加することができる。可能性のある
ミル添加物の例としては、アルミノケイ酸リチウムガラ
スセラミック(LAS)、コージエライト、および結晶
性ピロリン酸マグネシウム等が挙げられる。表IVには、
膨脹改質剤としてのミル添加物により作成したSnO−
ZnO−P2 O5 フリットの実施例をいくつか列記して
いる。表IVには、シーリング温度および使用した特定の
基体も列記する。
て大きいフリットは、低い流動温度を有するけれども、
一般的に120 −140 ×10-7/℃の範囲にある比較的大き
い熱膨脹係数を有する。このような熱膨脹係数は、ソー
ダ石灰−シリカガラス(熱膨脹係数=90×10-7/℃)、
アルミナ(熱膨脹係数=70×10-7/℃)、ZnO(熱膨
脹係数=55×10-7/℃)、ホウケイ酸塩ガラス(熱膨脹
係数=35×10-7/℃)、およびケイ素(熱膨脹係数=30
×10-7/℃)のような基体へのシーリングに望ましい保
有値よりもかなり高い。しかしながら、これらのガラス
は良好な流動特性を有するので、400 ℃−500 ℃の適度
の範囲内で保有シーリング温度を維持しつつ、比較的多
量のミル添加物を添加することができる。可能性のある
ミル添加物の例としては、アルミノケイ酸リチウムガラ
スセラミック(LAS)、コージエライト、および結晶
性ピロリン酸マグネシウム等が挙げられる。表IVには、
膨脹改質剤としてのミル添加物により作成したSnO−
ZnO−P2 O5 フリットの実施例をいくつか列記して
いる。表IVには、シーリング温度および使用した特定の
基体も列記する。
【0048】
【表6】
【0049】
【表7】
【0050】
【表8】
【0051】
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年9月21日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
フロントページの続き (72)発明者 ロバート マイケル モレナ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14848 ケイトン ブラウンタウン ロード 438
Claims (11)
- 【請求項1】 鉛を含有しないリン酸スズガラスであっ
て、該リン酸スズガラスの組成が、酸化物基準のモルパ
ーセントで計算して、25−50%のP2 O5 と;30−70%
のSnOと;0−15%のZnOと;25%までのR2 O、
20%までのB2O3 、5%までのAl2 O3 、5%まで
のSiO2 、および5%までのWO3からなる群より選
択される合計が25%までの有効な量の少なくとも1つの
安定化酸化物とから実質的になり、SnO:ZnOのモ
ル比がSnOの観点から見て5:1より大きく、前記R
2 Oが、0−25%のLi2 O、0−25%のNa2 O、お
よび0−25%のK2 Oからなることを特徴とするリン酸
スズガラス。 - 【請求項2】 選択される前記安定化酸化物がB2 O3
および/またはAl2 O3 であることを特徴とする請求
項1記載のリン酸スズガラス。 - 【請求項3】 前記P2 O5 の含有量が29モル%から35
モル%の範囲にあることを特徴とする請求項1記載のリ
ン酸スズガラス。 - 【請求項4】 前記P2 O5 の含有量が約33モル%であ
ることを特徴とする請求項3記載のリン酸スズガラス。 - 【請求項5】 5モル%までのWO3 、5モル%までの
MoO3 、および0.10モル%までのAg金属からなる群
より選択される少なくとも1つのシール接着促進剤を含
有することを特徴とする請求項1記載のリン酸スズガラ
ス。 - 【請求項6】 120 ×10-7/℃未満の熱膨脹係数を有す
る強度強化充填剤を含有することを特徴とする請求項1
から5いずれか1項記載のリン酸スズガラス。 - 【請求項7】 前記強度強化充填剤が、アルミナおよび
ジルコンからなる群より選択されることを特徴とする請
求項6記載のリン酸スズガラス。 - 【請求項8】 請求項1から7いずれか1項記載のガラ
スから調製される溶融シールに用いるフリットであっ
て、前記ガラスが前記フリットの熱膨張係数を減少させ
るために低い熱膨脹係数を有するミル添加物を含有する
ことを特徴とするフリット。 - 【請求項9】 前記ミル添加物が、アルミノケイ酸リチ
ウムガラスセラミックと;コージエライトと;Mg+2お
よびCo+2からなる群より選択される少なくとも1つの
陽イオンを有するピロリン酸塩、またはピロリン酸マグ
ネシウム結晶性物質の粒子とからなる群より選択される
ことを特徴とする請求項8記載のフリット。 - 【請求項10】 有効物質として請求項1から9いずれ
か1項記載のガラスを含有するシーリング物質。 - 【請求項11】 請求項10記載のシーリング物質を溶
融することにより得られる溶融シールにより接合される
少なくとも2つの構成部分からなる複合品。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US078648 | 1993-06-21 | ||
US08/078,648 US5281560A (en) | 1993-06-21 | 1993-06-21 | Non-lead sealing glasses |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0769672A true JPH0769672A (ja) | 1995-03-14 |
Family
ID=22145399
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6138749A Pending JPH0769672A (ja) | 1993-06-21 | 1994-06-21 | 鉛不含有のリン酸スズガラス |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5281560A (ja) |
EP (1) | EP0630867B1 (ja) |
JP (1) | JPH0769672A (ja) |
KR (1) | KR100296471B1 (ja) |
AT (1) | ATE142996T1 (ja) |
BR (1) | BR9402429A (ja) |
CA (1) | CA2122459C (ja) |
DE (1) | DE69400554T2 (ja) |
HK (1) | HK67697A (ja) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001064524A (ja) * | 1999-08-27 | 2001-03-13 | Asahi Glass Co Ltd | 難燃化機能を有する耐水性低融点ガラスおよび難燃性樹脂組成物 |
JP2002255587A (ja) * | 2001-03-02 | 2002-09-11 | Nippon Electric Glass Co Ltd | ガラスペースト |
JP2002293573A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-09 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 封着材料 |
JP2002319646A (ja) * | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Kyocera Corp | 電子部品収納用容器 |
JP2003146691A (ja) * | 2001-11-15 | 2003-05-21 | Asahi Techno Glass Corp | 低融点ガラス及びその製造方法 |
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