CN109502973A

CN109502973A - 一种具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃制备方法

Info

Publication number: CN109502973A
Application number: CN201811541116.0A
Authority: CN
Inventors: 郭宏伟; 童强; 刘磊; 党梦阳; 王翠翠; 陈平; 谢驰; 刘帅
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2019-03-22

Abstract

本发明公开一种具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃制备方法，添加并优化BaO的掺入量，通过高温熔化法制备高铝硼硅玻璃，由于原料中含有BaO，不仅可以起到加速熔化的效果，其阳离子Ba²⁺填充于网络空隙，阻碍了碱土金属离子的运动，介电常数降低，使其电阻升高，达到电子基板玻璃的电性能要求，还满足热膨胀系数、密度等性能，使其拥有优异的介电常数，使其电性能满足要求，符合电子基板玻璃的要求。

Description

一种具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃制备方法

技术领域

本发明涉及电子基板玻璃，尤其涉及一种具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃制备方法。

背景技术

21世纪以来，随着如今手机、平板电脑、PDA等电子产品的迅速普及，对高性能显示材料的需求也日益增长。TFT-LCD是目前最好的彩色显示设备,其是手机、MP3播放器、MP4播放器、车载导航仪等小型终端显示设备以及电视、笔记本电脑、台式机上的主流显示设备，TFT-LCD成为平板显示产品的主流产品。液晶显示器(LCD)的面板材料主要由基板玻璃、液晶、彩色滤光片(Color Filter)、薄膜晶体管、驱动电路(IC)、背光源、偏光板等组成，而一片TFT-LCD面板需使用到两片基板玻璃，分别作为底层基板玻璃及彩色滤光片的底板使用。因此，基板玻璃应该在满足透光率、耐化性、热膨胀系数、耐热性和密度等性能外，还要具有优异的介电性能，使其具有较好的电性能。

介电常数是指物质保持电荷的能力，表是征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。近十年来，半导体工业界对低介电常数材料的研究日益增多，而关于玻璃介电性能的研究源于玻璃纤维在集成电路工艺的应用。玻璃的介电性能已成为决定其在电子领域应用的指标之一，低介电玻璃具有较低的介电常数和介电损耗。随着如今手机、平板电脑、PDA等电子产品的迅速普及，对高性能显示材料的需求和功能要求也日益增长。目前对于玻璃纤维的介电性能有较多的研究报道，但是关于电子基板玻璃的介电性能研究少有报道。电子基板玻璃作为显示器的基础材料，同样要求较低的介电常数和介电损耗。

低的介电常数是为了减少信号的驰豫和交叉干扰，而低的介电损耗是为了减少高频和大电阻率下热耗过多、更好的散热所必需的。目前电子基板玻璃市场，主要由美国康宁、日本旭硝子、电气硝子和Avanstrate所垄断，国内的电子基板玻璃研究起步较晚但也在不断发展。电子基板玻璃是铝硼硅酸盐系统，另外为了满足性能要求用碱土金属氧化物完全取代了碱金属氧化物。电子基板玻璃大尺寸、轻薄化以及节能是未来的发展方向，对于电子基板玻璃的介电性能要求也会越来越高。

CN201810560587.X公开了一种低介电常数的玻璃。该玻璃按质量百分比包括以下组分：65-75wt％的SiO₂、20-30wt％的B₂O₃、1-2.5wt％的Al₂O3、0-1.5wt％的Na₂O以及0-1.5wt％的K₂O。但是该玻璃中含有碱金属，不适宜用作电子基板玻璃。

CN200780048402.7公开了一种低介电玻璃,其玻璃组合物(以重量％计)包括:SiO₂：52～60，B₂O₃：20～30，A1₂O₃：11～16，CaO：4～8，但含高至2的F₂。其介电常数在1MHz下均小于或等于5。但是其成分含有较多的F₂，会对环境造成严重的危害，不利于环境友好型发展。

CN102923953A制备了一种低介电常数玻璃板，所述的低介电常数玻璃板的介电常数ε﹤5(1MHz)，配方中添加了SnO2、CeO2复合澄清剂，使得玻璃板具有较好的澄清效果，并且特性适合浮法或者溢流下拉工艺大规模生产。但是配方含有大量的碱金属氧化物，这样会导致在生产过程中污染产线。目前的电子基板玻璃组分中均不含有碱金属氧化物。

CN107531550A.公开了一种制造具有低介电常数的化学强化碱铝硼硅酸盐玻璃的制备方法。玻璃的低介电常数提升了敏感性、响应时间、功率消耗和精确性。所述玻璃的介电常数为5.3～6.0。并通过离子交换工艺，将较大钾离子对玻璃中较小钠离子取代，使玻璃两侧表面形成一压缩应力层、以及夹在压缩应力层之间的一中央应力区。制备出一种机械性能优良的低介电常数的玻璃。但是过高的热膨胀系数(53.0-70.0×10-7/℃)导致不能被用作液晶显示器的基板玻璃，而且目前市场应用的基板玻璃以无碱铝硼硅玻璃系统为主，不能含有碱金属。

CN105384335A.提供了一种具有高应变点、并且显示出可控的蚀刻速率的无碱玻璃的制备方法。本发明的无碱玻璃具有可控的蚀刻速率、应变点高、高温热膨胀系数低、密度小等优点。该玻璃适合在中小型的LED、OLED、特别是移动终端、数码照相机、手机等便携式显示器的领域中使用。但其熔制温度同样升高至1800℃，过高的熔融温度不但增加了生产成本，对于传统的耐火材料和成型设备也是巨大的挑战。

目前，具有低介电常数的玻璃，其组分中都含有碱金属、其熔化温度过高或者含有较多对环境对环境危害较大的成分，使其不能用于电子基板玻璃。因此急需一种低介电常数且物理化学性能优异的电子基板玻璃。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃制备方法，所制备的高铝硼硅玻璃不仅有快速熔化的效果，满足热膨胀系数、密度性能，具有优异的介电常数。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃制备方法的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)，按照原料摩尔分数，准确称量67.31-67.64％的石英砂，9.79-9.83％的硼酐，11.01-11.06％的氧化铝粉，2.24％的氧化镁，8.62％的氧化钙，0.54％的氧化锶，0-0.42％的氧化钡和0.07％的氧化锡；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合均匀后形成配合料；

步骤3)，将氧化铝坩埚随炉子预热至1450℃，加入配合料；然后，通过50-60min升温至1680℃，保温240min；

步骤4)，将玻璃放入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

步骤5)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃。

进一步，步骤1)中，按照以下摩尔分数称取原料，67.37-67.64％的石英砂，9.80-9.83％的硼酐，11.02-11.06％的氧化铝粉，2.24％的氧化镁，8.62％的氧化钙，0.54％的氧化锶，0-0.34％的氧化钡和0.07％的氧化锡。

进一步，所述步骤2)中，将称量的原料混合至均匀度大于99％后形成配合料。

本发明的具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃制备方法的制备方法，添加并优化BaO的掺入量，通过高温熔化法制备高铝硼硅玻璃，由于原料中含有BaO，不仅可以起到加速熔化的效果，其阳离子Ba²⁺填充于网络空隙，阻碍了碱土金属离子的运动，介电常数降低，使其电阻升高，达到电子基板玻璃的电性能要求，还满足热膨胀系数、密度等性能，使其拥有优异的介电常数，使其电性能满足要求，符合电子基板玻璃的要求。

附图说明

图1是本发明制备的高铝硼硅玻璃密度的变化图

图2是本发明制备的高铝硼硅玻璃介电常数在1MHz频率下的变化

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例1：

步骤1)，按照原料摩尔分数，准确称量67.64％的石英砂，9.83％的硼酐，11.06％的氧化铝粉，2.24％的氧化镁，8.62％的氧化钙，0.54％的氧化锶和0.07％的氧化锡；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

步骤4)，将玻璃放入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

参见图1和他图2所示，通过ASTM C-693标准测量具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃的密度为2.3789g/cm³。通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为37.99×10^-7/℃，通过型号为E4980A的精密阻抗分析仪测算到其介电常数在1MHz频率下为5.76。

实施例2：

步骤1)，按照原料摩尔分数，准确称量67.57％的石英砂，9.83％的硼酐，11.05％的氧化铝粉，2.24％的氧化镁，8.62％的氧化钙，0.54％的氧化锶，0.08％的氧化钡和0.07％的氧化锡；

步骤4)，将玻璃放入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

参见图1和他图2所示，通过ASTM C-693标准测量具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃的密度为2.3826g/cm³。通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为36.58×10^-7/℃，通过型号为E4980A的精密阻抗分析仪测算到其介电常数在1MHz频率下为6.14。

实施例3：

步骤1)，按照原料摩尔分数，准确称量67.50％的石英砂，9.82％的硼酐，11.04％的氧化铝粉，2.24％的氧化镁，8.62％的氧化钙，0.54％的氧化锶，0.17％的氧化钡和0.07％的氧化锡；

步骤4)，将玻璃放入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

参见图1和他图2所示，通过ASTM C-693标准测量具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃的密度为2.3877g/cm³。通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为32.92×10^-7/℃，通过型号为E4980A的精密阻抗分析仪测算到其介电常数在1MHz频率下为6.26.

实施例4：

步骤1)，按照原料摩尔分数，准确称量67.44％的石英砂，9.81％的硼酐，11.03％的氧化铝粉，2.24％的氧化镁，8.62％的氧化钙，0.54％的氧化锶，0.25％的氧化钡和0.07％的氧化锡；

步骤4)，将玻璃放入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

参见图1和他图2所示，通过ASTM C-693标准测量具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃的密度为2.3919g/cm³。通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为36.98×10^-7/℃，通过型号为E4980A的精密阻抗分析仪测算到其介电常数在1MHz频率下为6.26.

实施例5：

步骤1)，按照原料摩尔分数，准确称量67.37％的石英砂，9.80％的硼酐，11.02％的氧化铝粉，2.24％的氧化镁，8.62％的氧化钙，0.54％的氧化锶，0.34％的氧化钡和0.07％的氧化锡；

步骤4)，将玻璃放入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

参见图1和他图2所示，通过ASTM C-693标准测量具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃的密度为2.3954g/cm³。通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为37.03×10^-7/℃，通过型号为E4980A的精密阻抗分析仪测算到其介电常数在1MHz频率下为6.00。

实施例6：

步骤1)，按照原料摩尔分数，准确称量67.31％的石英砂，9.79％的硼酐，11.01％的氧化铝粉，2.24％的氧化镁，8.62％的氧化钙，0.54％的氧化锶，0.42％的氧化钡和0.07％的氧化锡；

步骤4)，将玻璃放入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

步骤5)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得一种具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃。

参见图1和他图2所示，通过ASTM C-693标准测量具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃的密度为2.3876g/cm³通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为36.40×10^-7/℃，通过型号为E4980A的精密阻抗分析仪测算到其介电常数在1MHz频率下为5.39。

本发明在满足电子基板玻璃热膨胀系数、密度等要求的条件下，添加BaO不仅加速玻璃的熔化，还可以使其电性能达到要求。所制备的具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃适用于移动电话，智能电话，平板电脑，笔记本电脑，电视机，MTA设备，手表，工业显示器等。因此，用该方法制备的具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃具有可观的经济和社会效益，应用前景十分广阔。

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims

1.一种具有优异介电性能的高铝硼硅玻璃制备方法的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤4)，将玻璃放入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，按照以下摩尔分数称取原料，67.37-67.64％的石英砂，9.80-9.83％的硼酐，11.02-11.06％的氧化铝粉，2.24％的氧化镁，8.62％的氧化钙，0.54％的氧化锶，0-0.34％的氧化钡和0.07％的氧化锡。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，将称量的原料混合至均匀度大于99％后形成配合料。