这是一款专为金刚石封接工艺定制的硼硅酸盐玻璃粉,通过精准调控组分比例,实现与金刚石(超硬、低热膨胀特性)的界面相容性与热性能匹配性。产品兼具高封接强度、优异化学稳定性及工艺适应性,适用于金刚石工具、半导体散热器件、精密光学元件等高端领域的封装需求。
具体参数参考如下:
性能 | 参数范围 |
外观 | 白色粉末(无结块) |
粒度分布 | D50:5~15μm(可定制) |
封接温度 | 500~650℃(依配方微调) |
热膨胀系数(CTE) | 2.0~3.0×10⁻⁶/K(25~300℃) |
耐酸碱性 | pH2~12环境下无显著腐蚀 |
1.热性能:热膨胀系数与热稳定性
热膨胀系数(CTE)精准调控:
产品CTE可控制在2.0~3.0×10⁻⁶/K(25~300℃),与金刚石CTE(≈1×10⁻⁶/K)高度匹配。封接后,界面热应力大幅降低,避免温度交变(如器件启停、环境温差)导致的微裂纹或脱层。
玻璃化转变与封接温度:
玻璃软化点降低至450~550℃,封接工艺温度仅需500~650℃(远低于常规硼硅酸盐玻璃的700~900℃)。低温特性既减少金刚石热损伤风险(金刚石高温易石墨化),又降低能耗、提升生产效率。
2.熔体与流变特性
熔体粘度适配性:
熔体粘度在封接温度下处于10³~10⁴Pa·s(理想润湿区间)。玻璃可均匀“铺展”于金刚石表面,填充微观孔隙,形成无缺陷的致密封接层。
粉体加工性:
产品为白色细粉(D50:5~15μm,可定制),流动性好、无结块。添加有机黏结剂(如松油醇)后易调配为膏状,满足喷涂、丝网印刷等精密涂覆工艺需求。
3.机械性能
封接强度:
熔融玻璃与金刚石通过化学键合+物理锚合形成高强度界面,封接抗拉/抗剪强度较传统玻璃提升30%以上(实测可达15~25MPa,依配方微调)。
硬度与耐磨性:
封接层维氏硬度达400~500HV,耐磨性优异,可长期维持界面结构完整性。
化学特性
1.化学稳定性
耐酸碱性:
玻璃在pH2~12的酸碱环境中无显著腐蚀(质量损失率<5%),满足潮湿、腐蚀性工业场景需求。
抗氧化性:
氧化硼(B₂O₃)构建的玻璃网络在高温(≤800℃)下稳定,无结晶析出或相分离,保障长期服役中封接层的化学惰性。
2.界面化学反应性
封接时,玻璃组分与金刚石表面发生可控化学反应:
氧化硼(B₂O₃)的作用:
高温下B₂O₃与金刚石表面的吸附氧、悬挂键反应,形成B-O-C共价键,实现化学键合;同时,B₂O₃填充金刚石表面微缺陷,增强物理锚合。
氧化锂(Li₂O)、氧化钠(Na₂O)的作用:
作为“网络修饰体”,破坏Si-O-Si键,降低玻璃粘度,促进熔体对金刚石表面的润湿与渗透;同时,Li⁺/Na⁺离子与金刚石表面极性基团(如-OH)发生静电吸附,辅助界面结合。
1.热膨胀匹配:消除热应力
金刚石CTE极低(≈1×10⁻⁶/K),而金属/陶瓷基板CTE较高(如不锈钢CTE≈12×10⁻⁶/K)。通过调控玻璃CTE(2.0~3.0×10⁻⁶/K),使其介于金刚石与基板之间,形成“CTE梯度缓冲层”:
温度升高时,基板膨胀>玻璃层>金刚石,玻璃层受压;
温度降低时,基板收缩>玻璃层>金刚石,玻璃层受拉;
玻璃层通过弹性形变吸收热膨胀差,避免界面因热应力集中而开裂。
2.界面润湿与铺展:物理+化学协同
物理润湿:
低温熔体(500~650℃)粘度低、表面张力小(约0.4~0.6N/m),可自发铺展于金刚石表面,填充微米级粗糙度(Ra<0.5μm)的孔隙,形成机械互锁结构。
化学润湿:
玻璃组分(B₂O₃、Li₂O等)与金刚石表面发生化学反应,降低固-液界面能(从≈0.8N/m降至≈0.3N/m),使接触角从>90°(不润湿)降至<30°(完全润湿),实现分子级贴合。
3.界面结合:化学键合主导
高温下,玻璃与金刚石表面形成“过渡层”:
金刚石表面的C原子与B₂O₃中的B、O原子形成B-O-C共价键;
Li₂O、Na₂O释放的Li⁺/Na⁺与金刚石表面的极性基团(如C-OH)形成离子键/配位键;
这种“化学键合+物理锚合”的复合机制,使封接强度突破物理吸附的极限(通常<5MPa),达到工程应用级(15~25MPa)。
硼硅酸盐玻璃粉通过“组分精准调控→物理化学特性定向设计→界面多机制协同结合”的逻辑,解决金刚石封接的三大核心痛点:
热匹配性(CTE梯度缓冲)→消除热应力,提升长期可靠性;
工艺适配性(低温、低粘度)→兼容金刚石热敏感特性,实现高效封接;
界面强结合(化学键合+物理锚合)→突破强度瓶颈,满足高端场景需求。
