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微晶玻璃作为金属的匹配封接材料,在许多方面都超过了硼硅酸盐玻璃。Li2O-Al2O3-ZnO-SiO2系微晶玻璃作为一种结晶型封接玻璃,其拥有着可调节的热膨胀系数(36.1~200×10-7℃-1,20~500℃),可匹配封接多种金属和合金,另外它的强度和热震性好,具有较高的软化变形温度和化学稳定性等优点。近年来,锂铝锌硅微晶玻璃领域已取得重大进展,但与它的优异性能相比,其应用和产业规模还是很小的。
本文用烧结法制备了分别与可伐合金、10#钢进行良好封接的Li2O-Al2O3-ZnO-SiO2系微晶玻璃,探讨了玻璃组成和热处理制度对玻璃结构和性能的影响,并对熔封制度进行优化。利用X射线衍射、DSC、扫描电镜等现代分析手段对玻璃的析晶和封接特性进行研究,并对封接件的气密性、绝缘电阻和化学稳定性进行了检测。
玻璃良好的析晶性能有可能会使玻璃绝缘子在排蜡过程中析出晶体,降低高温粘度,影响它与金属的润湿和封接性能。根据DM-305玻璃成分,设计制备出与可伐合金匹配封接的Li2O-Al2O3-ZnO-SiO2系微晶玻璃,TiO2+ZrO2复合形核剂的析晶能力要明显优于P2O5。在经过热处理后,可以析出ZnAl2O4和LiAlSi2O6,最佳析晶温度为850℃。在此基础上,研究了玻璃绝缘子的排蜡、熔封工艺,并对封接件进行了性能检测。研究表明,在玻璃绝缘子进行排蜡和烧结过程中,当温度达到绝缘子的收缩温度时一定要严格控制升温速度,使绝缘子内部和表面同时缓慢升温,这样绝缘子在收缩时排出内部气泡,最终实现致密化。
烧结法制备的与10#钢进行压缩封接的Li2O-Al2O3-ZnO-SiO2系微晶玻璃有着良好的析晶性能,最佳形核温度和析晶温度分别为440℃和650℃,析出晶体为Li2ZnSiO4和LiAlO2,伴有少量的石英。晶体的类型不会随温度的变化而变化。对熔封后的样品进行气密性、绝缘电阻和化学稳定性检测,均达到行业标准。