半稳定氧化锆对锌硼硅微晶玻璃断裂韧性和耐热冲击性能的影响

摘要

锌硼硅微晶玻璃是一种在苛刻条件下使用的半导体封接材料。由于在实际应用中，对锌硼硅微晶玻璃提出了更高的使用要求，需要对其性能和可靠性做进一步的研究。 论文综述部分论述了微晶玻璃的概况、添加氧化锆的微晶玻璃的制备方法、氧化锆的性质和氧化锆相变及其在陶瓷和微晶玻璃中应用，介绍了氧化锆在陶瓷和微晶玻璃中三种增韧机理：相变增韧、微裂纹增韧、裂纹偏转增韧。介绍了锌硼硅微晶玻璃的基本性质和应用概况。同时介绍了耐热冲击性能方面的相关理论。 本文首先试验了通过熔融法和烧结法来制备添加氧化锆的锌硼硅微晶玻璃，在试验中发现，熔融法不能得到我们需要的微晶玻璃，而烧结法不但方法简单，而且试验效果良好，在各方面都达到了试验的要求。 完成制备工艺试验之后，在以添加氧化锆锌硼硅微晶玻璃的实际应用的条件基础，根据实际应用的要求对添加氧化锆的锌硼硅微晶玻璃进行热冲击模拟试验，发现添加氧化锆后锌硼硅微晶玻璃的抗热冲击性能有显著地提高，利用在陶瓷材料中广泛应用的在t—ZrO2和m—ZrO2相变理论，来解释由于微晶玻璃中由于添加氧化锆而产生的体积效应以及因此造成的力学和微观结果的变化，解释了锌硼硅微晶玻璃耐热冲击性能的改善。 添加氧化锆对锌硼硅微晶玻璃烧结性能影响的试验主要通过半球法来观察，发现随着氧化锆的添加微晶玻璃烧结明显变差；断裂韧性试验通过压痕法，从图片和试验数据两个方面阐述添加氧化锆对锌硼硅微晶玻璃韧性的影响，结果表明添加氧化锆能显著地改善材料的断裂韧性；在热冲击方面我们采用试验室模拟和应用单位的标准试验相结合，研究了添加氧化锆的锌硼硅微晶玻璃同硅片及试验二极管的热匹配性能，同时采用了热残存强度试验来通过试验数据来说明添加氧化锆后锌硼硅微晶玻璃在耐热冲击性能方面的改善，结果表明氧化锆在锌硼硅微晶玻璃中同陶瓷材料中一样也能很好的得到应用，适当的氧化锆添加能显著的改善锌硼硅微晶玻璃断裂韧性、同时锌硼硅微晶玻璃耐热冲击性能也得到提高。在测试了以上几个方面数据的同时，也对氧化锆的添加对锌硼硅微晶玻璃抗折强度、弹性模量、热膨胀系数和微观结构方面的变化，来说明氧化锆添加后对材料热冲击性能的影响。由于氧化锆的添加锌硼硅微晶玻璃的断裂韧性提高，烧结变差，同时氧化锆的相变作用及由此产生的微裂纹是微晶玻璃抵抗热冲击性能提高的关键因素，由于这几个方面的影响，是锌硼硅微晶玻璃在添加氧化锆后抗热冲击性能有了明显的提高，达到试验的目的。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.玻璃的概述

2.微晶玻璃

2.1.微晶玻璃概述

2.2.微晶玻璃的分类

2.3.微晶玻璃的应用

3.微晶玻璃中的裂纹

4.提高微晶玻璃韧性的意义

5.提高微晶玻璃的强度，改进材料韧性的途径

6.氧化锆及氧化锆的相变

6.1.氧化锆的晶体结构及晶型转变

6.2.ZrO2晶粒在陶瓷材料中的相变热力学理论

7.材料抗热震性能的影响因素及理论

8.添加氧化锆微晶玻璃的制备方法的介绍

8.1.熔融法

8.2.烧结法

8.3.溶胶凝胶法

9. ZnO-B2O3-SiO2微晶玻璃

10.本论文的研究目的

第二章 微晶玻璃的制备

1.试验

1.1.试验原料

1.2.锌硼硅微晶玻璃的制备

1.3.添加氧化锆的锌硼硅微晶玻璃的制备

2.试验结果和讨论

3.结论

第三章 氧化锆添加量对锌硼硅微晶玻璃的烧结性能的影响

1.试验

1.1.试验原料

1.2.试样的制备

1.3.半球温度的测定

2.试验结果和讨论

3.小结

第四章 添加氧化锆后锌硼硅微晶玻璃力学性能和微观结构测试

1.断裂韧性和硬度的测试

1.1.试验原料

1.2.试样的制备

1.3.测试结果和讨论

2.添加氧化锆后微晶玻璃抗折强度和弹性模量的测试

2.1.试验原料

2.2.试验试样的制备

2.3.测试结果和讨论

3.锌硼硅微晶玻璃的微观结构的测试

3.1.试验原料

3.2.试样制备

3.3.试验结果和讨论

4.小结

第五章 添加氧化锆的锌硼硅微晶玻璃的热性能的研究

1.添加氧化锆的锌硼硅微晶玻璃同硅片的热匹配模拟试验

1.1.试验原料

1.2.试验试样的制备

1.3.试验结果和分析

2.锌硼硅微晶玻璃封装二极管的热冲击试验

3.锌硼硅微晶玻璃的热冲击残存强度试验

3.1.试验原料

3.2.试样的制备

3.3.热冲击残存强度的测试

3.4.试验结果和分析

4.添加氧化锆的锌硼硅微晶玻璃的线变化的测定

4.1.试验原料

4.2.试样的制备

4.2.试验测试结果及讨论

5.添加氧化锆的锌硼硅微晶玻璃导热系数的测试

5.1.试验原料

5.2.试样的制备

5.3.测试结果及讨论

6.小结

第六章 结论

致谢

参考文献

硕士期间发表论文