1玻璃与金属的封接机理.doc

第49卷第8期2021年8月硅酸盐学报Vol. 49，No. 8August，2021 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20200980封接玻璃作用机理和应用研究进展陈怡静1，曾惠丹1，李奥1，张杰峰1，仝华1，钟聪1，严惊涛1，卢克军2(1. 华东理工大学材料科学与工程学院，上海 200237；2. 北京北旭电子材料有限公司，北京 100015)摘要：玻璃具有良好的耐热性、优异的电绝缘性、灵活可调的膨胀系数等特性，被广泛应用于各类光电器件的密封和连接。

详细介绍了封接玻璃与玻璃、陶瓷、金属和硅片等基质材料的作用机理，重点阐述了封接玻璃在新能源、光电子元件等领域的应用研究现状，涵盖硅太阳电池电极材料、有机发光二极管、固体氧化物燃料电池等，并分析了封接玻璃的应用研究热点和目前存在的关键性问题；在此基础上，对封接玻璃的研究、应用和发展前景进行了总结与展望。

关键词：玻璃；封接；光电子元件；新能源中图分类号：TQ171 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2021)08–1577–08网络出版时间：2021–07–19Recent Development on Mechanism and Application of Sealing GlassesCHEN Yijing1, ZENG Huidan1, LI Ao1, ZHANG Jiefeng1, TONG Hua1, ZHONG Cong1, YAN Jingtao1, LU Kejun2(1. School of Materials Science and Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China;2. Beijing Asahi Electronic Materials Company Limited, Beijing 100015, China)Abstract: Glass is widely used in sealing and connection of various optoelectronic devices due to its favorable heat resistance, excellent electrical insulation, and adjustable expansion coefficient. This review briefly represented the interaction mechanism between sealing glass and substrate materials, such as glass, ceramics, metal, silicon wafer, etc.. Besides, recent development on sealing glass in new energy devices, photoelectronics and other applications, such as silicon solar cell electrode, organic light-emitting diode, solid oxide fuel cell, was described. In addition, the critical research and key issues of sealing glass were also discussed. The related applications and future development of sealing glass were summarized and prospected.Keywords: glass; sealing; optoelectronic component; sustainable energy玻璃具有可调的软化温度和烧结温度、热膨胀系数，良好的电绝缘性，高化学稳定性(抗水、耐蚀)和耐久性，以及高的机械强度等特性，被广泛应用于金属、玻璃、陶瓷、硅片等基材的封接。

玻璃与金属的封接方式有两种：匹配封接和压缩封接。

匹配封接是选用膨胀系数比较接近的玻璃和金属，在高温封接后的逐渐冷却过程中使玻璃和金属收缩保持一致，从而减少由于玻璃与金属收缩差而产生的内应力。

压缩封接是指选用的金属材料的膨胀系数比玻璃膨胀系数大，在封接冷却时由于金属收缩比玻璃收缩大，从而使金属对玻璃产生一个压应力(利用玻璃承受抗压能力远大于抗拉能力的特性)，以此达到封接目的。

目前的压缩封接工艺还有待完善。

封接所选取的材料和控制参数都有待进一步探讨,而且采用压缩封接存在电性能较差的致命弱点。

浅谈匹配封接系列密封连接器工艺见解摘要：本文主要针对我司匹配封接系列产品阐述了玻璃与金属匹配封接流程中金属零件的净化、预氧化、封接及电镀四个关键工艺，分析了四个工艺中影响封接质量的不同因素，并列出了造成封接质量不足的常见问题及其解决措施，对如何得到优质封接接头具有一定的指导意义。

主题词：密封连接金属净化预氧化封接电镀一、引言匹配封接要求金属壳体与玻璃的膨胀系数在退火温度到室温温区内保持一致，而金属及玻璃的膨胀系数由其成分决定。

在匹配封接的前提下，仅仅满足膨胀系数在一定温降区间接近是无法得到优质封接接头的，金属表面的洁净程度、玻璃在金属表面的浸润程度，封接工艺及电镀工艺规范都是影响封接质量的重要因素。

二、关键工艺（一）金属净化工艺金属材料在生产过程及存放期间，内部往往含有很多气体，如CO、H2、He、H2O及CO2等，同时表面还会有些固体杂质如C等，这些杂质的存在，使得未经净化处理的金属零件的封接处会产生大量气泡，影响气密性及封接强度，甚至造成封接处漏气或炸裂。

当前金属零件的净化主要为高温真空处理及高温湿氢处理。

但高温湿氢处理容易使金属表面的晶粒异常长大，造成封接强度显著下降，即出现“氢脆”现象，因此高温真空净化效果要比高温湿氢净化好。

（二）预氧化工艺金属的化学键为金属键，玻璃的化学键是金属离子-共价混合型键，二者由于键型的差别不能直接进行封接，因此需要将金属表面预氧化敷上一层氧化膜利用相似相溶原理来达到封接的目的。

图1为玻璃与金属的封接示意图，图中显示的氧化层有三大功能，一是降低熔融玻璃在金属表面的接触角，有利于玻璃对金属的浸润。

二是通过溶解金属氧化物使封接处玻璃中Fe含量提高，从而使界面处金属与玻璃的热膨胀系数相匹配。

三是通过预氧化金属表面生成开孔孔隙结构，有利于熔融玻璃的渗透与金属形成良好的机械啮合。

因此预氧化工艺对于封接质量非常重要，它直接决定着封接合件的合格率。

图1 玻璃与金属的封接示意图1.氧化层成分可伐合金氧化层主要为FeO、Fe3O4、Fe2O3三种，其含铁量依次降低。

玻璃-金属封接工艺的封接材料与接头形式(1)玻璃-金属真空密封接头对膨胀系数匹配的要求, 决定于接头形状、金属的塑性以及退火方法等。

玻璃与金属间的封接质量决定于金属氧化物层。

金属氧化物溶解在玻璃内并对金属产生很强的粘附作用。

氧化物层有些是在封接过程中产生的, 有些则是在封接前预先氧化处理形成。

封接前, 金属必须彻底除气, 否则在接头的玻璃内会出现气泡, 造成接头漏气。

匹配封接要求玻璃和金属间的膨胀系数值相接近, 设计时应仔细检查从室温到玻璃软化温度整个区域内的膨胀特性曲线。

如图2 所示,玻璃直到退火温度, 膨胀曲线近似是直线, 然后则明显增大。

纯金属在同样温度范围内几乎是线性的, 更高温度时并不明显增大。

对膨胀特性作比较发现,有几种金属能和玻璃封接而不会产生很大的应变。

例如, 钨和钼能和特别研制的硼硅玻璃封接。

钨的膨胀系数是44.5 乘以10-7℃21(0℃～500 ℃),能和DW-21 玻璃或7720 玻璃封接。

钼的膨胀系数是54. 4 乘以10-7℃21 能和DM-305 或7052 玻璃封接。

这种封接限于金属的丝料或引线, 玻璃处于压应力状态。

通常总是在引线的封接部位先烧上玻珠使封接容易并避免引线过度氧化。

玻璃-金属匹配封接常用的封接材料主要有: 铁合金(镍钢) , 通过改变镍的含量从35%到65% , 膨胀系数连续地变化, 这样便能获得恰好与真空玻璃相匹配的合金。

这些合金的膨胀系数在磁转变点(居里点) 增大, 这更有利于匹配退火温度下的玻璃为。

典型合金的膨胀特性曲线如图2 所示。

镍钢内镍含量少, 膨胀系数变小, 居里点也降低。

若要居里点高于400℃, 镍含量就必须大于44%, 这样膨胀系数便大于70 乘以10-7℃21, 这只能和软玻璃封接。

例如,50%N i250%Fe 合金, 膨胀系数约90 乘以10-7℃21 , 居里点约500℃, 能和DB-401玻璃或0120 玻璃匹配封接。

为了改善接头的真空密封性, 常常添加少量铬(0.8%～6%)。

玻璃与金属封接产品的开发DEVELOPMENT OF THE GLASS TO METAL SEALING PRODUCT领域：光学工程作者姓名：杨珊珊指导教师：贾大功副教授企业导师：林磊高级工程师天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一三年九月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。

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（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要玻璃与金属的封接，用途非常广泛，尤其在电子、激光、航天航空以及汽车制造等领域有较多的应用。

随着电子元器件的种类多样化，形状复杂化，对玻璃与金属的封接技术要求越来越高，要求封接件有良好的机械性能和导电性能。

玻璃和金属是两种性质根本不同的材料，若要将它们紧密地结合在一起，有许多基本要求。

需了解低熔玻璃的性能，还得根据玻璃的性能进行表面处理、金属的表面处理及预氧化处理、封接模式的的选择等。

这些因素都关系到封接的气密性和牢固度。

本文以蓝宝石窗片作为基片，通过在中间层添加玻璃粉末焊料，利用高频电磁感应的封接技术，在实验过程中通过不断调整封接的电流、升温时间、恒温时间、降温时间等焊接参数来进行对比焊接的效果。

通过实验后明确需要改善的方向，如金属件的磨砂处理以及通过改善镀膜夹具对蓝宝石窗片的封接区域进行不镀膜处理，这些方式都可以提高焊接的牢固度。

玻璃工艺学：玻璃工艺学考试题及答案 考试时间：120分钟 考试总分：100分遵守考场纪律，维护知识尊严，杜绝违纪行为，确保考试结果公正。

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A.露点B.遮阳系数C.可见光透射比D.反射比本题答案：22、单项选择题露点试验中，温度计测量精度为（）。

A.0.5℃B.1℃C.0.1℃D.2℃本题答案：23、问答题分相结构对玻璃的性质有何影响？本题答案：24、问答题在硼硅酸盐玻璃中，分相结构对性能的影响？本题答案：25、名词解释脱色剂本题答案：26、问答题玻璃体内缺陷的研究方法有哪些？本题答案：27、问答题何谓玻璃的化学稳定性？本题答案：28、问答题玻璃的主要原料有哪些类型？辅助原料有哪些类型？答：本题答案：29、多项选择题中空玻璃不得有妨碍透视的（）现象。