ЛЕГКОПЛАВКОЕ СТЕКЛО Российский патент 2002 года по МПК C03C8/24 C03C3/12 

Изобретение относится к составам легкоплавких некристаллизующихся стекол и предназначено для использования в приборостроении и радиоэлектронной технике в качестве спая с монокристаллическим кварцем и пьезокварцем, в частности в производстве кварцевых термочувствительных резонаторов с пьезоэлементом камертонного типа. Пьезоэлемент выполнен из пьезокварца. На основе резонаторов такого типа производятся экологически чистые электронные медицинские термометры, электронные цифровые и аналоговые регуляторы и термометры общепромышленного назначения.

К основным требованиям, предъявляемым к стеклам такого назначения, относятся: согласованность по ТКЛР с монокристаллическим кварцем и пьезокварцем (130-135•10^-7 К^-1), что обеспечивает прочный спай этих материалов при температуре спаивания 460 - 480^oС.

Известно стекло для спая, содержащее, мас.%: РbО 22,5-36,0; ТеO₂ 56-68; В₂O₃ 2,5-5,3; SiO₂ 1,9-5,5. Недостатком стекла является высокий ТКЛР 160-165•10^-7К^-1[l].

Известно стекло, содержащее, мас.%: РbО 16-33; Вi₂O₃ 60-75; В₂O₃ 2,0-2,5; SiO₂ 1,0-1,5; ZnO 3-6 [2]. Стекло характеризуется высокой адгезионной прочностью, однако ТКЛР стекла и температура спаивания ниже требуемых значений, что не позволяет использовать его для спая с кварцем и пьезокварцем.

Наиболее близким к предлагаемому стеклу по технической сущности и достигаемому результату является стекло, содержащее, мас.%: РbО 74,1-84,4; ТеO₂ 4,5-14,5; В₂O₃ 4,0-4,3; SiO₂ 7,0-7,5 [3].

Стекло обладает хорошей адгезионной прочностью к монокристаллическому кварцу, имеет высокую влагостойкость и термостойкость, однако ТКЛР и температура спаивания ниже требуемых значений.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение ТКЛР и температуры спаивания стекла с монокристаллическим кварцем и пьезокварцем в целях обеспечения согласованности ТКЛР стекла и спаиваемых материалов и создания прочного спая при требуемой температуре пайки. Повышение температуры спаивания позволит расширить интервал рабочих температур приборов до 420 + 10^oС.

Для решения поставленной задачи предлагается легкоплавкое некристаллизующееся стекло, включающее РbО, ZnO, B₂O₃, ТеO₂, которое содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: РbО 15,5-50,0; ZnO 8,5-11,0, В₂О₃ 4,5-7,5; ТеO₂ 35,5-71,5.

Количественное сочетание указанных компонентов в предлагаемом составе легкоплавкого стекла, предназначенного для спаев монокварца с пьезокварцем, позволяет получить согласованный спай с этими материалами и обеспечить стабильные характеристики резонатора во всем интервале рабочих температур.

Из источников литературы неизвестно стекло для спаев с данным сочетанием компонентов, и нами предлагается впервые.

Шихту для варки стекла приготавливают из следующих сырьевых материалов: свинцового сурика, борной кислоты, оксидов цинка и теллура. Сырьевые материалы взвешивают на технических весах, тщательно перемешивают и просеивают через сито 0,5. Готовую шихту засыпают в корундовые тигли, которые помещают в силитовую электрическую печь. Варку стекла осуществляют при температуре 850 - 900^oС с выдержкой при максимальной температуре 15-20 мин.

Составы предлагаемого легкоплавкого стекла и прототипа, а также их физико-химические свойства представлены в таб. 1 и 2.

Сопоставляя показатели физико-химических свойств предлагаемого стекла и прототипа, можно заключить, что предлагаемое стекло согласуется по ТКЛР с монокристаллическим кварцем и пьезокварцем, что обеспечивает образование прочного спая этих материалов. Температура спаивания материалов выше, чем у прототипа, что позволяет расширить интервал рабочих температур приборов и обеспечить стабильность их характеристических параметров, расширяя верхний предел рабочих температур до 420+10^oС.

Составы, находящиеся за пределами заявляемой области, либо склонны к кристаллизации в интервале температур 300-600^oС, либо не соответствуют требованиям по ТКЛР и температуре спаивания и не могут быть использованы в качестве спая при сборке и монтаже кварцевых термочувствительных резонаторов с пьезоэлементом камертонного типа.

Использование предлагаемого легкоплавкого стекла в качестве спая в производстве вышеназванных резонаторов позволило разработать на их основе экологически чистые электронные медицинские термометры, термометры общепромышленного назначения и терморегуляторы, преобразующие текущие значения температуры в частоту.

Источники информации
1. А.с. СССР 1175899 МПК⁴ С 03 С 3/072, опубл. 30.08.85. Бюл. 32.

2. А.с. СССР 1567536 МПК⁴ С 03 С 3/10, опубл. 30.05.90. Бюл. 20.

3. А.с. СССР 1316985 МПК⁴ С 03 С 8/24, опубл. 15.06.87. Бюл. 22.

Легкоплавкое некристаллизующееся стекло может быть использовано в приборостроении и радиоэлектронной промышленности для спаев с монокристаллическим кварцем и пьезокварцем в производстве кварцевых термочувствительных резонаторов с пьезоэлементом камертонного типа. Стекло включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: PbO 15,5-50,0; ZnO 8,5-11,0; B₂O₃ 4,5-7,5; TeO₂ 35,5-71,5. Температурный коэффициент линейного расширения стекла 130-135•10^-7К^-1. Температура спаивания 460-480^oС. Технический результат - повышение ТКЛР и температуры спаивания с монокристаллическим кварцем и пьезокварцем для обеспечения согласованности ТКЛР стекла и спаиваемых материалов. 2 табл.

Легкоплавкое стекло для спаивания монокристаллического кварца и пьезокварца, включающее PbO, B₂O₃, TeO₂, отличающееся тем, что оно содержит ZnO при следующем соотношении компонентов, мас. %:
PbO - 15,5-50,0
ZnO - 8,5-11,0
B₂O_3- 4,5-7,5
TeO₂ - 35,5-71,5