从成分到性能：深度解析金刚石封接专用低温玻璃粉

无铅低温封接玻璃粉

江苏秋正新材料研发出一种专为金刚石材料设计的的高性能、无铅低温封接玻璃粉。本品以氧化硼为主体，通过独特的多元氧化物配比，实现了优异的低熔特性、良好的流动性与环保安全性。

其设计热膨胀系数可与多种金属及镀层材料相匹配，适用于对工艺温度敏感的元器件气密性封装，是传统铅系及高污染镉系玻璃的理想替代品。

产品概览

化学成分与理化性质

这款玻璃粉的主要成分有

B₂O₃,Li₂O,ZnO,Na₂O,SiO₂,Al₂O₃,Bi₂O₃

其中氧化硼(B₂O₃)和二氧化硅(SiO₂)作为玻璃网络形成体，构成玻璃基本骨架，显著降低熔点，提供与金刚石相近的热膨胀系数，增加玻璃的化学稳定性和机械强度，防止玻璃过度软化；

氧化锂(Li₂O)可作为强助熔剂，大幅降低玻璃的软化点和熔融温度，改善玻璃的流动性；

氧化锌(ZnO)和氧化铝(Al₂O₃)作为网络中间体/改性剂，提高玻璃的化学稳定性和热稳定性，增强与金属胎体的结合强度，提高玻璃的化学耐久性、硬度和粘度；

氧化钠(Na₂O)作为助熔剂，进一步降低熔化温度，调节玻璃的粘度和热膨胀系数；

氧化铋(Bi₂O₃)作为功能改性剂，是极强助熔剂，显著降低封接温度，改善玻璃对金刚石和金属的润湿性。

1.外观与形态

特性描述：本产品为白色的自由流动性粉末。粉末颗粒形态主要为不规则的破碎状，而非完美的球形。

流动性与形态：良好的流动性（松装密度1.2-1.6g/cm³）确保了在与其他粉末（金刚石、金属粉）混合时，能够快速达到宏观均匀，避免出现偏析或团聚。不规则的颗粒形态相比球形颗粒，具有更大的比表面积，这有利于在烧结时降低熔融温度，并促进与金刚石和金属基体的机械咬合。

2.粒径分布

特性描述：中位径（D50）控制在5-15μm范围内，分布相对集中。

分布集中的优势：相对集中的粒径分布意味着大部分颗粒的尺寸相近，这保证了在加热过程中，它们能够几乎同步地软化、流动和烧结，从而形成一个致密、均匀的玻璃相层，避免了因部分粗颗粒未熔化或细颗粒过烧而导致的结构不均。

3.热学性能

特性描述：软化点460-560°C，最佳封接温度500-600°C，热膨胀系数（CTE）为3-4x10⁻⁶/K。

低温软化与封接：这是本产品的核心优势。氧化锂（Li₂O）和氧化铋（Bi₂O₃）是强效的“网络破坏体”，它们能打断由氧化硼（B₂O₃）和氧化硅（SiO₂）构成的稳定三维网络结构，使其在较低能量输入下即可断裂并开始流动。这使得封接过程能在远低于金刚石石墨化临界温度（约700-800°C）下完成，从根本上保护了金刚石的物理性能。

热膨胀系数（CTE）的精密调控：这是一个关键的“缓冲”设计。

金刚石的CTE极低（约0.8-1.0x10⁻⁶/K）。

常用金属胎体（如钴、铜、铁基合金）的CTE较高（约12-18x10⁻⁶/K）。

本玻璃的CTE（3.0-4.0x10⁻⁶/K）被精确地设计在两者之间。它既不像金属那样与金刚石差异巨大，也不像纯石英玻璃那样与金属差异巨大。这种“中间值”设计，在烧结后的冷却过程中，能有效吸收和缓冲因收缩不一致而产生的热应力，防止在玻璃层内部或界面处产生微裂纹，确保了封接层的完整性和韧性。

4.机械性能

特性描述：烧结后密度约2.8g/cm³，具有良好的抗压强度和硬度。

高致密度：烧结后达到接近理论值的密度，意味着玻璃层内部孔隙率极低。一个致密的封接层不仅能提供优异的机械支撑，还能有效阻隔外部冷却液、磨屑等侵入界面，保护结合界面的长期稳定性。

强度与硬度：氧化锌和氧化铝（Al₂O₃）的引入，作为网络中间体，对玻璃网络起到了“补强”作用。它们增加了玻璃的交联度，从而提升了烧结后玻璃体的硬度、抗压强度和耐磨性。这使得封接层本身也具备了一定的抗磨损能力，与金刚石协同工作，延长工具寿命。

5.卓越的润湿性与铺展性

特性描述：在熔融状态下，玻璃液对金刚石和金属表面具有极低的接触角，能够迅速铺展并完全覆盖其表面。

界面化学原理：润湿性由固-液-气三相的界面能决定。氧化铋（Bi₂O₃）和氧化锌是典型的表面活性物质，它们在熔融时会富集在玻璃液的表面，显著降低其表面张力。同时，这些组分也能与金属胎体（如Co,Ni,Fe）发生轻微的界面反应，降低固-液界面能。根据杨氏方程，当液体表面张力和固-液界面能都降低时，接触角必然减小，从而实现优异的润湿。

实际效果：优异的润湿性是实现有效封接的“入场券”。它确保了熔融玻璃能无死角地填充到金刚石与胎体之间的每一个微小缝隙，为形成机械锁合和化学键合创造了完美的物理条件。

6.活性化学结合能力

特性描述：玻璃不仅是物理填充，还能与金属胎体形成化学键合，同时对金刚石保持化学惰性。

与金属的反应：在封接温度下，玻璃中的Zn²⁺、Bi³⁺等离子具有一定的化学活性。它们可以与金属胎体表面的原子发生离子交换或形成一层极薄的过渡反应层（如金属的氧化物或复杂盐）。这个过渡层像一座“化学桥梁”，将玻璃网络与金属晶格牢固地连接在一起，其结合力远超纯粹的机械咬合。

对金刚石的惰性：这是本配方的另一个精妙之处。在低于550°C的温度下，金刚石表面化学性质非常稳定，本玻璃体系中的组分不足以与其发生侵蚀性反应。这种“选择性活性”——对金属“友好”，对金刚石“尊重”——确保了在增强结合的同时，不会损伤作为核心工作单元的金刚石颗粒。

7.优异的化学稳定性

特性描述：烧结后的玻璃体具有良好的耐水性和耐酸碱侵蚀能力。

网络结构的稳定性：虽然氧化硼（B₂O₃）本身易受水侵蚀，但配方中加入了氧化硅（SiO₂）和氧化铝（Al₂O₃）。Si⁴⁺和Al³⁺离子可以进入硼氧网络，形成更加稳定和致密的硼硅酸盐或硼铝硅酸盐网络结构。这种结构中的桥氧键更多，能有效抵抗水分子和氢离子的攻击。

应用价值：金刚石工具在工作时通常需要使用冷却液。一个化学稳定的封接层不会因为长期浸泡在冷却液中被腐蚀、溶解或软化，从而保证了工具在整个生命周期内的结合强度和尺寸精度。

8.高电绝缘性

特性描述：烧结后的玻璃体体积电阻率大于10¹²Ω·cm，是优良的绝缘体。

离子键主导的结构：玻璃网络主要由离子键（如B-O,Si-O,Li-O）构成，缺乏自由移动的电子，因此导电性极差。

特殊应用潜力：这一特性除了作为基本绝缘性能外，还为一些特殊应用提供了可能。例如，在需要进行电火花加工（EDM）的金刚石工具中，本玻璃粉可以作为绝缘相，精确控制导电通路，实现复杂形状的加工。

文章比较长，但此款玻璃的性能优势确实是需要详细讲解，它的低膨胀系数是一个很大的特色，能匹配到很多应力低的封接条件，如果您需要样品或者更详细的数值介绍，欢迎联系我们！