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玻璃封接工艺对玻璃的要求

* 来源: * 作者: admin * 发表时间: 2023-06-29 9:00:00 * 浏览: 640


玻璃和其他材料的良好封接以及封接制品性能的优劣,在相当大程度上取决于该封接玻璃的性能,因而封接前,对采用的封接玻璃性能的了解及选择适宜的玻璃与其他材料封接是极为重要的。对于与其他材料封接,玻璃的性能要求是:在受热工作状态下不变形,保持刚性固态,与其他材料结合牢固,且结合处能保持良好的气密性,封接制品需有一定的热性能、电性能及有关理化性能,因而,所选择的玻璃应具有较好的抗热震性、电绝缘性能、机械性能以及化学稳定性。


(1)玻璃的抗热震性


室温下,玻璃是一种硬而脆的材料。在外力作用下,玻璃不可能像金属一样产生塑性变形,而容易产生脆性破裂。当温度产生突发性变化时,玻璃体由于经受不住热震而破坏。然而,玻璃的热震破坏分两种情况:当经受急热时,玻璃体表面产生压应力,内部受到拉应力;而当经受急冷时情况相反,即表面产生拉应力,内部受到压应力。由于受到瞬时热应力的作用,玻璃就从应力集中的地方,即玻璃与其他材料封接的交界处或有表面缺陷的地方先行破裂。但是,玻璃“耐压不耐拉”,即其抗拉强度仅是抗压强度的1/10左右,因而当热震温差相同、急热或急冷速率相同时,玻璃由热态到冷态比由冷态到热态的热震条件苛刻得多,这就是说,玻璃经受急冷的破坏性要比经受急热的破坏性大得多。必须指出,无论是急热或急冷,如果是在局部温度作用下,则热震破坏性较大。


影响热震性最主要的因素是玻璃的热膨胀系数a。a越大,热震性越差,故在选择与其他材料相封接的玻璃时,宜采用a较低的材质,使封接体有较佳的抗热震性。此外,玻璃的抗热震性还与封接件的几何形状与尺寸有关。当玻璃与其他材料封接时,如果玻璃的表面积越大,厚度越厚,则封接件的抗热震性越差。

除特殊情况下外,与其他材料封接用的玻璃分为两大类:一类是所谓硬(质)玻璃,它的a大约在(32~50)×10-7/℃;另一类是软(质)玻璃,它的a略高于88×10-7/℃。由于软玻璃比硬玻璃的a大,故软玻璃的抗热震性一般比硬玻璃差。


(2)玻璃的热膨胀系数


选择与其他材料相封接的玻璃,两者的a必须尽可能接近,以使封接后产生尽可能小的应力。如果热膨胀系数的差值△a超过±10%,则在封接界面会产生较大的内应力,一旦应力超过它的强度极限,则封接件遭到破坏,这时在封接玻璃交界处出现纵向线形裂纹。为了得到无裂纹的封接件,一般要求在玻璃的应变点以下,两者的热膨胀曲线基本接近。


(3)玻璃的电绝缘性能


作为封接玻璃来说,一般要求具有较好的电绝缘性能,否则就不能在电子领域中得到广泛的应用。室温下,石英玻璃的电阻率高达1016Ω·cm以上,普通玻璃的电阻率也不低于1013Ω·cm。然而,玻璃的电阻率随着温度的上升而急剧下降。在电子玻璃中,早就规定了一个相应的参数叫T点,它是以体积电阻率108Ω·cm时的温度来表示玻璃绝缘性能的好坏。T点越高,则玻璃的电绝缘性能越好。


当温度超过1000℃时,由于电阻率的直线下降,玻璃几乎成了导体。因为玻璃是典型的离子导电物质,其导电机理显然是碱金属离子在场强作用下的移动而造成。所以,对于绝缘性能要求较高的封接件来说,引入玻璃组成中的一价金属氧化物应相应减少。


另外,当玻璃表面吸附了水分或其他杂质时,表面电阻也会明显下降,如果表面析出碱金属离子,电阻就急剧下降。例如每当梅雨季节来临,许多未加“防护层”的电子元件或其他封接制品往往阻抗变小,这是由于它从潮湿空气中捕获羟基离子(OH-)而使电导增加的缘故。因此,减少玻璃组成中的碱金属氧化物含量和加强玻璃的表面处理,这些都有助于提高玻璃封接件的电气性能。


(4)玻璃的抗水性


大多数玻璃对水、酸、碱、气体以及化学试剂等均有较好的抵抗能力。作为封接用的电子玻璃,要求更高,否则将限制了它在各种严酷环境下的使用。玻璃的抗水性与抗热震性类似,主要取决于玻璃的化学组成,尤其是碱金属氧化物。玻璃组成中碱金属氧化物愈多,抗水性越差;反之,碱金属氧化物愈少,抗水性愈好。其次,增加玻璃组成中Al2O3、ZrO2或ZnO的含量,则有利于抗水性的提高。再者,通过热处理或表面处理,也是提高玻璃抗水性行之有效的途径。


(5)玻璃的软化点


在选择封接玻璃时,除上述主要性能外,还希望玻璃的软化温度不要过高。因为过高一方面会导致熔封温度的升高,另一方面也不利于封接时的流动性,若流动性不良,玻璃体就不可能布满整个封接空间,润湿不充分,封接强度低,这也是造成慢性渗漏的一个重要原因。


(6)对玻璃质量的要求


用于封接的玻璃在熔制后期的澄清过程中,必须充分排除气泡,也不应有结石及明显的条纹。玻璃中由条纹所构成的拉应力,如果与其他材料封接所形成的应力相加,这种拉应力能使封接件炸裂。当然,微弱的条纹不至于有这种危险。但是,气泡与毛细孔的危害性比条纹严重,它们的存在往往是玻璃不能采用的原因,尤其是在制造管形封接件过程中,在车床上进行玻璃加工时,毛细孔的一端会被封闭,如果不采取措施,则在加工玻管另一端时,由于空气的膨胀,经常会形成气泡。如果气泡在这些封接件中形成,就可能在玻璃与其他材料相接触的面上破裂,并在封接件中形成裂缝。