СТЕКЛО ДЛЯ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЦЕМЕНТА

СТЕКЛО ДЛЯ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЦЕМЕНТА


RU (11) 2237624 (13) C1

(51) 7 C03C10/02, C03C8/24 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2003106717/03 
(22) Дата подачи заявки: 2003.03.11 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.03.11 
(45) Опубликовано: 2004.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1035011 A, 15.08.1983.
SU 787380 A, 15.12.1980.
SU 1567536 A1, 30.05.1990.
DE 1285691 A, 19.12.1968.
US 3837868 A, 24.09.1974. 
(72) Автор(ы): Рачковская Галина Евтихиевна (BY); Захаревич Галина Борисовна (BY); Поляков В.Б. (RU); Семенкова О.С. (RU); Поляков А.В. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" (BY); ООО Специальное конструкторско-технологическое бюро электроники, приборостроения и автоматизации (RU) 
Адрес для переписки: 220050, г.Минск, ул. Свердлова, 13а, Белорусский государственный технологический университет 

(54) 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. 



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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 460-490С 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 650С позволяет расширить интервал рабочих температур резонатора до 550С. Согласованность по ТКЛР спаиваемых материалов: монокристаллического кварца, пьезокварца (1305) 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 90020С.

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 48010С 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 550С.

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