Стекло для стеклокристаллического цемента

 

Стекло для стеклокристаллического цемента предназначено для спая и герметика в приборостроении, электронной технике и радиоэлектронике, в частности в производстве чувствительных элементов кварцевых резонаторов. Стекло включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: PbO 9,0-35,6; ZnO 3,2-10,0; B₂O₃ 4,2-4,6; Bi₂O₃ 55,8-75,5; SiO₂ 1,2-1,3. Температурный коэффициент линейного расширения стеклокристаллического цемента (130+5)·10^-7K^-1, температура кристаллизации и спаивания 470-490°С, температура деформации 650°С, прочность на сдвиг 45 МПа. Техническая задача изобретения – повышение адгезионной прочности и расширение интервала рабочих температур резонатора. 1 табл.

Изобретение относится к составам легкоплавких кристаллизующихся стекол для стеклокристаллических цементов и может быть использовано в качестве спая и герметика в приборостроении, электронной технике и радиоэлектронике, в частности в производстве чувствительных элементов кварцевых резонаторов.

Стеклокристаллический цемент (стеклоцемент) обеспечивает более высокую механическую прочность паяных узлов по сравнению с припоечными стеклами. Прочность спая достигается как за счет согласованности по ТКЛР (спаиваемых материалов и стеклоцемента), так и за счет кристаллической фазы, которая формируется в процессе кристаллизации стекла.

Известно стекло для стеклокристаллического цемента для спая с лангаситом в производстве высокотемпературных резонаторов, которые содержат, мас.%: SiO₂ 30,5-35,5; В₂O₃ 6,5-7,5; Аl₂О₃ 7,0-8,0; BaO 28,5-30,5; ZnO 20,5-22,0; МgО 0,5-1,5; CdO 0,5-1,5 [1]. Стеклоцемент позволяет получить прочный спай с лангаситом, однако не пригоден для спаивания с монокварцем и пьезокварцем из-за низкого температурного коэффициента линейного расширения.

Наиболее близким к предлагаемому стеклу по технической сущности и достигаемому результату является стекло для стеклокристаллического цемента, содержащее, мас.%: РbО 52,5-58,0; ZnO 24,0-26,0; В₂O₃ 10,0-14,0; SiO₂ 1,4-2,0; Аl₂О₃ 1,0-1,5; ZrO₂ 0,5-5,0; ТiO₂ 0,1-4,5 [2]. Стеклоцемент предназначен для спаивания стекла с металлом или со стеклом и имеет ТКЛР, равный (120-130) 10^-7К^-1. Недостатком стеклоцемента является низкая рабочая температура спая 460-490°С и плохая адгезия к монокристаллическому кварцу и пьезокварцу, что приводит к низкой прочности спая.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение адгезионной прочности и расширение интервала рабочих температур резонатора.

Для решения поставленной задачи предлагается стекло для стеклокристаллического цемента, включающее PbO, ZnO, В₂О₃, Bi₂O₃, SiO₂, которое содержит указанные компоненты при следующем соотношении компонентов, маc.%: PbO 9,0-35,6; ZnO 3,2-10,0; ₂O₃ 4,2-4,6; Вi₂O₃ 55,8-75,5; SiO₂ 1,2-1,3.

Количественное сочетание указанных компонентов в предлагаемом составе стекла для стеклокристаллического цемента позволяет получить прочный спай монокристаллического кварца и пьезокварца, сцементированных закристаллизованным стеклом.

Высокая температура деформации стеклоцемента 650°С позволяет расширить интервал рабочих температур резонатора до 550°С. Согласованность по ТКЛР спаиваемых материалов: монокристаллического кварца, пьезокварца (130±5) 10^-7K^-1 и стеклоцемента обуславливает высокую прочность спая во всем интервале рабочих температур резонатора, обеспечивая стабильность баро- и термочувствительных характеристик резонатора.

Из источников литературы не известно стекло для стеклокристаллического цемента, образующее спай с монокварцем и пьезокварцем с данным сочетанием компонентов, и нами предлагается впервые.

Варку стекла осуществляют в электрической силитовой печи при температуре 900±20°С.

В качестве сырьевых материалов для приготовления шихты используют свинцовый сурик, песок кварцевый, борную кислоту, оксиды цинка и висмута.

Готовую стекломассу выливают на воду для получения стеклогранулята, который затем измельчают до тонкодисперсного состояния.

Стеклокристаллический цемент для спая получают путем кристаллизации стекла (стеклопорошка) в процессе термической обработки. Термообработку осуществляют в электрической печи при температуре 480±10°С в течение 20-25 минут.

При этой температуре термообработки стеклопорошок расплавляется, растекается по поверхности материала, образуя прочный контакт со спаиваемыми деталями, а затем кристаллизуется, упрочняя припоечный шов. В результате формирования в стекле кристаллизационной фазы образуется высокопрочный спай, обеспечивающий надежность в эксплуатации и стабильность характеристических параметров резонатора.

Конкретные примеры стекла для стеклокристаллического цемента и их свойства приведены в таблице. Для сравнения даны составы и свойства стекла-прототипа.

Как видно из таблицы, стеклокристаллический цемент на основе предлагаемого стекла хорошо согласуется по ТКЛР с монокристаллическим кварцем и пьезокварцем, имеет хорошую адгезию к этим материалам, что обеспечивает образование прочного спая. Высокая температура деформации стеклокристаллического цемента, обусловленная выделенной в процессе термообработки кристаллической фазой, дает возможность расширить интервал рабочей температуры резонатора до 550°С.

Преимущества стеклокристаллического цемента позволяют создать кварцевый резонатор, обладающий высокой прочностью, надежностью и долговечностью в эксплуатации.

Источники информации

1. Патент РФ №2188171 МПК⁷ С 03 С 10/06, опубл. 27.08.2002. Бюл. №24

2. А.с. СССР №1035011 МПК⁷ С 03 С 3/22, опубл. 15.08.83, Бюл. №30

Формула изобретения

Стекло для стеклокристаллического цемента, включающее PbO, ZnO, В₂О₃, Bi₂O₃, SiО₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

PbO 9,0-35,6

ZnO 3,2-10,0

В₂О₃ 4,2-4,6

Вi₂O₃ 55,8-75,5

SiO₂ 1,2-1,3