本论文从分析低熔玻璃的组成及结构特点入手,从环保及成本角度提出了一种全新的无铅低熔玻璃--ZnO-Sb2O3-P2O5系统玻璃,确定了该系统三元玻璃的形成区范围,研究了该系统玻璃在低熔方面应用的可能性。结果表明该系统玻璃具有可与铅基低熔玻璃相媲美的优异性能。相比其它的无铅低熔玻璃,该系统玻璃在成本及环保方面又具有非常明显的优势,同时具有优良的耐水性。ZnO-Sb2O3-P2O5系统低熔玻璃有望用于替代商用的铅基低熔玻璃在实际生产中得到应用。具体的研究内容及结果如下。 首先考察了原料对ZnO-Sb2O3-P2O5系统低熔玻璃性能的影响,结果表明相比以NH4H2PO4为原料引入玻璃组成中的P2O5,直接以P2O5为原料的玻璃具有明显优异的耐水性及热稳定性,另外玻璃的密度、膨胀系数及转变温度均不随原料的改变而有明显的变化。因此在制备ZnO-Sb2O3-P2O5系统低熔玻璃时,以P2O5为原料将会获得性能更好的玻璃。 ZnO-Sb2O3-P2O5系统三元玻璃的形成区范围很大,P2O5的最低含量约为40 mol％,ZnO的含量可在0～60 mol％的范围内变化,Sb2O3含量的变化范围是0～50 mol％。在(60-x)ZnO-xSb2O3-40P2O5(0≤x≤50 mol％)系统玻璃中,Sb3+离子参与形成玻璃的网络结构,玻璃的网络逐渐由锌磷结构转变为锑磷结构。玻璃的转变温度随Sb2O3含量的增加逐渐降低,当Sb2O3含量超过30 mol％时转变温度低于400℃。玻璃的热稳定性先增后减,当Sb2O3含量超过30 mol％时玻璃的热稳定性显著降低。此外Sb2O3的引入还显著提高了玻璃的耐水性及膨胀系数。 在10ZnO-50Sb2O3-40P2O5玻璃中以B2O3取代P2O5能够显著提高玻璃的热稳定性,当B2O3含量达到20 mol％左右时玻璃的析晶倾向就被完全抑制。B2O3的引入削弱了玻璃的网络结构,大多数的B3+离子以BO3三角体的形式进入了玻璃的网络结构,其它的B3+离子形成了BO4四面体。引入B2O3后还能够进一步降低玻璃的转变温度,从基础玻璃的377 ℃降低至含20 mol％B2O3玻璃的346℃,膨胀系数的变化不明显。此外引入B2O3后并没有明显降低玻璃的耐水性。 以PDP封接用低熔玻璃为例,考察了含B2O3 ZnO-Sb2O3-P2O5系统玻璃代替铅基低熔玻璃的可能性。结果表明在10ZnO-50Sb2O3-30B2O3-10P2O5玻璃中引入1.5～4.5 mol％Al2O3或SiO2后,所得玻璃有望用于代替铅基低熔玻璃用于PDP前、后玻璃基板的封接。Al2O3或SiO2的引入都明显提高了基础玻璃的耐水性,且以Al2O3的作用要更为显著,但并没有严重损害基础玻璃优异的低熔性及热稳定性。玻璃的膨胀系数随Al2O3或SiO2引入量的增加逐渐降低。所得玻璃的工作温度低于500℃,耐水性优良,热稳定性优异。 出于进一步降低玻璃成本的考虑,本论文还研究了低Sb2O3含量的含碱ZnO-Sb2O3-P2O5系统多组分低熔玻璃的性能。实验结果表明在ZnO-P2O5多组分玻璃中以适量的Sb2O3替代P2O5后能够在明显降低玻璃低熔性的同时获得耐水性更加优异的玻璃,同时玻璃也具有优良的热稳定性。在ZnO-Sb2O3-P2O5系统多组分低熔玻璃中,增加碱金属氧化物R2O的含量能够显著提高玻璃的低熔性,借助混合碱效应能够获得低熔性及耐水性都更优的玻璃。R2O对该系统玻璃转变温度、析晶能力及耐水性的影响依次为:K2O>Li2O>Na2O,但增加R2O的含量会降低玻璃的耐水性及热稳定性。 在ZnO-Sb2O3-P2O5系统多组分低熔玻璃引入MnO和MnO2后能够显著提高其耐水性,含MnO2的玻璃耐水性最好。MnO与MnO2的引入并没有明显降低玻璃的低熔性,同时还提高了玻璃的热稳定性。Mn在玻璃中的价态主要与其在原料中的价态相同：引入MnO后,Mn离子在玻璃中主要以+2价存在；引入MnO2后,Mn离子在玻璃中主要以+4价存在。并伴有少量Mn3+离子。