專利名稱：高溫集熱管硬質玻璃與可伐合金封接方法
技術領域：
本發明涉及高溫集熱管中硬質玻璃與金屬(可伐合金)的封接，具體地說，是硬質玻 璃與可伐合金的封接方法。背暈技術高溫集熱管指能達到40(TC工作要求、能承受-50—400'C溫度沖擊的集熱管，其是制 造太陽能熱發電的核心器件。其主要由具備高透光性的硬質玻璃外殼和具備覆蓋吸熱涂層 的金屬(可伐合金)內管、具有良好長度補償功能的膨脹節、及內外管連接法蘭件等部分 組成。其使用硬質玻璃的膨脹系數一般為(27 — 35) *10—7 /。C的高硼玻璃，可伐合金的膨 脹系數一般為在(50.3 — 53.7) *10—7 /。C (在(30—450) 。C情況下)。目前國內，在中高溫集熱管制造中，由于未能突破高溫集熱管中玻璃與金屬熔封的技 術難題，封接基本采用鉛封或錫封方法，即在玻璃與金屬封接面間加入介質鉛絲或錫絲， 在高溫高壓下介質融入兩面，使二者封接，并達到密封要求。但由于該類方法存在封接介 質熔點溫度低(3ocrc左右)；工藝應力無法消除，玻璃易炸裂；非匹配直接封接，易出 現封接漏氣和玻璃炸裂；鉛和錫在高溫集熱管工作中易揮發，使封接可靠性降低的同時， 造成環境污染等缺陷，難以達到高溫(400°C)工作的要求。而在國外，高溫集熱管制造中，硬質玻璃與金屬封接采用匹配熔封。但其要求熱膨脹 系數接近的新型玻璃與金屬合金。我國目前還不能滿足該要求。發明內容本發明的目的是提高一種具有高可靠性和實用性的高溫集熱管硬質玻璃與金屬的封 接方法。高溫集熱管硬質玻璃與可伐合金封接方法，是采用一個或一個以上的過渡玻璃接頭進 行過渡封接，依次相封接的硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金的膨脹系數逐漸增大，根 據國內材料現有狀況，選取相鄰兩個封接件膨脹系數的差值為(6_11) *107°C;相鄰兩 個封接件封接時，對封接區加熱溫度為500—1500'C，保溫時間5 — 30min;從硬質玻璃到 可伐合金，各封接區的加熱溫度逐漸降低，各封接區的加熱溫度差值為50 — 30(TC;對封 接后的硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金進行去應力退火。本發明根據國內材料現狀，規避了國內無與玻璃匹配熔封的金屬合金的困難；用過渡 封接方式，將常見的膨脹系數為33*10—7 /'C硬質高硼玻璃與膨脹系數在(50. 3 — 53. 7)*10—7 /°C (在(30—450) 'C情況下)的可伐合金進行多級過渡，并采取一定的封接溫度和保溫時間，實現了硬質玻璃與可伐合金的可靠性1S封。對于使用該方法制備的高溫集熱管，進行拉力試驗，抗拉強度達到630 — 780kg，遠高于高溫集熱管工藝要求怖300kg要求；進行 疲勞試驗中，拉伸周期30000 — 48000余次，大大高于集熱管10000次的壽命要求(20年)。進行小批量生產，成品率超過82%。可以達到高溫(400。C)工作的要求，完全滿足高溫集 熱管強度和壽命要求。封接后應采取退火，以將加工應力降低。本發明選取相鄰兩個封接件膨脹系數的差值為(e—ii) *io—7"c，遠大于通常認為的兩個封接件的膨脹系數差小于10%的理論數值。但是，根據本發明的方法，完全可以將膨脹系數差遠大于理論數值的兩個封接件封接起來。
圖1是高溫集熱管硬質玻璃與可伐合金連接的結構示意圖。圖2是高溫集熱管硬質玻璃與可伐合金連接的另一種結構示意圖。
具體實施方式
實施例h參見圖l，硬質玻璃l、兩個過渡玻璃接頭2、 3、可伐合金管5依次封接(對接)。 硬質玻璃、二個過渡玻璃接頭、可伐合金的膨脹系數為(32—34)*1(T/°C、 (39—4 1)*10—7 /。C、 (46—48) *10一7 /。C、 (50.3—53.7) *10-7 /。C。對相鄰兩個封接件之間的封接區加熱溫度和保溫時間如下表:封接區加熱溫度'c硬質玻璃1與過渡玻璃接頭2之間的封接區12900 — 1250過渡玻璃接頭2與過渡玻璃接頭3之間的封接區23600—900過渡玻璃接頭3與可伐合金管5之間的封接區35500—800封接區12、 23、 35的加熱溫度逐漸降低，各封接區的加熱溫度差值為250—30(TC;封接火頭噴嘴的燃制氣體可采用C0或H2。溶接玻璃及合金應潔凈。對各封接區加熱 時，使玻璃成型加工粘度達到在104—106泊，完成相鄰兩個封接件的封接。封接中，過渡 玻璃接頭3燒熔，均勻熔封至合金封接面，并將該面完全包覆。硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金管封接完成后，對封接后的硬質玻璃、過渡玻璃 接頭、可伐合金(封接組件)進行去應力退火。去應力退火為現有技術。如，將封接組件 用火頭或馬弗爐進行退火，時間維持(10 30) min,溫度控制在(400 600) 。C。溶封過渡部分分3級，每級寬度平均控制在10mm，過渡環節總寬度不大于30mra對于該實施例的高溫集熱管，進行拉力試驗，抗拉強度達到740kg，遠高于高溫集熱 管工藝要求的300kg要求。進行疲勞試驗中，拉伸周期42000余次，大大高于集熱管10000 次的壽命要求(20年)。進行小批量生產，成品率達到90%。實施例2:實施例2與實施例1的區別在于封接區12、 23、 35的加熱溫度不同，各封接區的 加熱溫度差值為50—10(TC，具體如下表封接區加熱溫度"c硬質玻璃1與過渡玻璃接頭2之間的封接區12900—1200過渡玻璃接頭2與過渡玻璃接頭3之間的封接區23800—900過渡玻璃接頭3與可伐合金管5之間的封接區35700—900對于該實施例的高溫集熱管，進行拉力試驗，抗拉強度達到700kg。進行疲勞試驗中， 拉伸周期38000余次。進行小批量生產，成品率達到88%。 實施例3:實施例3與實施例1的區別在于封接區12、 23、 35的加熱溫度不同，各封接區的 加熱溫度差值為100—20(TC，具體如下表封接區加熱溫度'c硬質玻璃1與過渡玻璃接頭2之間的封接區12900—1150過渡玻璃接頭2與過渡玻璃接頭3之間的封接區23850_1000過渡玻璃接頭3與可伐合金管5 t間的封接區35800—900對于該實施例的高溫集熱管，進行拉力試驗，抗拉強度達到760kg。進行疲勞試驗中， 拉伸周期44000余次。進行小批量生產，成品率達到92%。 實施例4:實施例4與實施例1的區別在于封接區12、 23、 35的加熱溫度、保溫時間不同， 各封接區的加熱溫度差值為100—200'C，具體如下表封接區加熱溫度"保溫時間min硬質玻璃1與過渡玻璃接頭2之間的封接區121100 — 150010—20過渡玻璃接頭2與過渡玻璃接頭3之間的封接區23900—12005 — 15過渡玻璃接頭3與可伐合金管5之間的封接區35■ — 10005—15對于該實施例的高溫集熱管，進行拉力試驗，抗拉強度達到780kg。進行疲勞試驗中， 拉伸周期48000余次。進行小批量生產，成品率達到94%。 實施例5:參見圖2 (請補充圖2)，硬質玻璃l、過渡玻璃接頭2、可伐合金管5依次封接(對 接)。硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金的膨脹系數為(27 —30)*10—V。C、 (38—4 1)*10一7 /。C、 (50.3 — 53.7) *10—7 /。C。對相鄰兩個封接件之間的封接區加熱溫度和保溫時間如下表封接區加熱溫度"C保溫時間min硬質玻璃1與過渡玻璃接頭2之間的封接區121000 — 125015 — 20過渡玻璃接頭2與可伐合金管5之間的封接區25750—10005 — 10封接區12、 25的加熱溫度逐漸降低，各封接區的加熱溫度差值為250 — 30(TC; 封接火頭噴嘴的燃制氣體可采用C0或H2。溶接玻璃及合金應潔凈。對各封接區加熱時，使玻璃成型加工粘度達到在104—106泊，完成相鄰兩個封接件的封接。封接中，過渡玻璃接頭2燒熔，均勻熔封至合金封接面，并將該面完全包覆。硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金管封接完成后，對封接后的硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金(封接組件)進行去應力退火。去應力退火為現有技術。如，將封接組件用火頭或馬弗爐進行退火，時間維持(10 30) min，溫度控制在(300 500) 'C。 溶封過渡部分分2級，每級寬度平均控制在IO咖，過渡環節總寬度不大于20咖。 對于該實施例的高溫集熱管，進行拉力試驗，抗拉強度達到630kg。進行疲勞試驗中，拉伸周期30000余次。進行小批量生產，成品率達到82%。 '實施例6:實施例6與實施例5的區別在于封接區12、 25的加熱溫度不同，各封接區的加熱 溫度差值為100—200'C,具體如下表封接區加熱溫度"c硬質玻璃1與過渡玻璃接頭2之間的封接區121100 — 1400過渡玻璃接頭2與可伐合金管5之間的封接區25900—1100對于該實施例的高溫集熱管，進行拉力試驗，抗拉強度達到680kg。進行疲勞試驗中， 拉伸周期36000余次。進行小批量生產，成品率達到86%。 實施例7:實施例7與實施例5的區別在于封接區12、 25的加熱溫度不同，各封接區的加熱 溫度差值為100 — 20(TC，具體如下表封接區加熱溫度t硬質玻璃1與過渡玻璃接頭2之間的封接區12800 — 1050過渡玻璃接頭2與可伐合金管5之間的封接區25600—850對于該實施例的高溫集熱管，進行拉力試驗，抗拉強度達到640kg。進行疲勞試驗中， 拉伸周期32000余次。進行小批量生產，成品率達到83%。本發明其特點是利用國內現有材料，來源便捷，可操作性強，可使用通用工裝設備， 利于大規模生產；封接強度和可靠性高，完全符合高溫集熱管要求。本發明針對硬質玻璃熱膨脹系數低，粘度高的熱點，采用熱膨脹系數差值在(6 11) *10—7的玻璃進行逐級過渡；同時對封接各階段溫度和時間的控制，使玻璃成型加工粘度 達到在104—106泊，完成封接。本發明采取多道過渡封接方式，是具有高可靠性、經濟性和實用價值的高溫集熱管硬 質玻璃與金屬的封接技術，并通過小批量生產，成品率達到82%，完全滿足高溫集熱管強 度和壽命要求。
權利要求
1.高溫集熱管硬質玻璃與可伐合金封接方法，其特征是采用一個或一個以上的過渡玻璃接頭進行過渡封接，依次相封接的硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金的膨脹系數逐漸增大，相鄰兩個封接件膨脹系數的差值為(6-11)*10-7/℃；相鄰兩個封接件封接時，對封接區加熱溫度為500-1500℃，保溫時間5-30min；從硬質玻璃到可伐合金，各封接區的加熱溫度逐漸降低，各封接區的加熱溫度差值為50-300℃；對封接后的硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金進行去應力退火。
2. 根據權利要求1所述的封接方法，其特征是各封接區的加熱溫度差值為100 — 200 。C。
3. 根據權利要求1所述的封接方法，其特征是相鄰兩個封接件膨脹系數的差值為 (7—9) *10—7'C。
4. 根據權利要求1所述的封接方法，其特征是所述過渡玻璃接頭為二個，依次相 封接的硬質玻璃、二個過渡玻璃接頭、可伐合金的膨脹系數為(27 — 35)*10—7 /'C、 (35 — 4 1)*10.7 /。C、 (42 — 50) *10—7 /。C、 (50.3 — 53.7) *10—7 /。C。
5. 根據權利要求1一4所述的任一封接方法，其特征是去應力退火時，溫度為300 —700。C，保溫時間5 — 60min。
6. 根據權利要求5所述的封接方法，其特征是去應力退火時，溫度為400 — 60(TC， 保溫時間10—30min。
全文摘要
本發明的目的是提供一種具有高可靠性和實用性的高溫集熱管硬質玻璃與金屬的封接方法。其是采用一個或一個以上的過渡玻璃接頭進行過渡封接，依次相封接的硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金的膨脹系數逐漸增大，相鄰兩個封接件膨脹系數的差值為(6-11)*10<sup>-7</sup>/℃；相鄰兩個封接件封接時，對封接區加熱溫度為500-1500℃，保溫時間5-30min；從硬質玻璃到可伐合金，各封接區的加熱溫度逐漸降低，各封接區的加熱溫度差值為50-300℃；對封接后的硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金進行去應力退火。
文檔編號C03C29/00GK101239789SQ200810019000
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月3日 優先權日2008年2月3日
發明者張滬基, 潘生云, 娟 王, 王俊毅, 錢新榮, 高迎春 申請人:南京三樂電子信息產業集團有限公司