专利名称：高温集热管硬质玻璃与可伐合金封接方法
技术领域：
本发明涉及高温集热管中硬质玻璃与金属(可伐合金)的封接，具体地说，是硬质玻 璃与可伐合金的封接方法。背暈技术高温集热管指能达到40(TC工作要求、能承受-50—400'C温度冲击的集热管，其是制 造太阳能热发电的核心器件。其主要由具备高透光性的硬质玻璃外壳和具备覆盖吸热涂层 的金属(可伐合金)内管、具有良好长度补偿功能的膨胀节、及内外管连接法兰件等部分 组成。其使用硬质玻璃的膨胀系数一般为(27 — 35) *10—7 /。C的高硼玻璃，可伐合金的膨 胀系数一般为在(50.3 — 53.7) *10—7 /。C (在(30—450) 。C情况下)。目前国内，在中高温集热管制造中，由于未能突破高温集热管中玻璃与金属熔封的技 术难题，封接基本采用铅封或锡封方法，即在玻璃与金属封接面间加入介质铅丝或锡丝， 在高温高压下介质融入两面，使二者封接，并达到密封要求。但由于该类方法存在封接介 质熔点温度低(3ocrc左右)；工艺应力无法消除，玻璃易炸裂；非匹配直接封接，易出 现封接漏气和玻璃炸裂；铅和锡在高温集热管工作中易挥发，使封接可靠性降低的同时， 造成环境污染等缺陷，难以达到高温(400°C)工作的要求。而在国外，高温集热管制造中，硬质玻璃与金属封接采用匹配熔封。但其要求热膨胀 系数接近的新型玻璃与金属合金。我国目前还不能满足该要求。发明内容本发明的目的是提高一种具有高可靠性和实用性的高温集热管硬质玻璃与金属的封 接方法。高温集热管硬质玻璃与可伐合金封接方法，是采用一个或一个以上的过渡玻璃接头进 行过渡封接，依次相封接的硬质玻璃、过渡玻璃接头、可伐合金的膨胀系数逐渐增大，根 据国内材料现有状况，选取相邻两个封接件膨胀系数的差值为(6_11) *107°C;相邻两 个封接件封接时，对封接区加热温度为500—1500'C，保温时间5 — 30min;从硬质玻璃到 可伐合金，各封接区的加热温度逐渐降低，各封接区的加热温度差值为50 — 30(TC;对封 接后的硬质玻璃、过渡玻璃接头、可伐合金进行去应力退火。本发明根据国内材料现状，规避了国内无与玻璃匹配熔封的金属合金的困难；用过渡 封接方式，将常见的膨胀系数为33*10—7 /'C硬质高硼玻璃与膨胀系数在(50. 3 — 53. 7)*10—7 /°C (在(30—450) 'C情况下)的可伐合金进行多级过渡，并采取一定的封接温度和保温时间，实现了硬质玻璃与可伐合金的可靠性1S封。对于使用该方法制备的高温集热管，进行拉力试验，抗拉强度达到630 — 780kg，远高于高温集热管工艺要求怖300kg要求；进行 疲劳试验中，拉伸周期30000 — 48000余次，大大高于集热管10000次的寿命要求(20年)。进行小批量生产，成品率超过82%。可以达到高温(400。C)工作的要求，完全满足高温集 热管强度和寿命要求。封接后应采取退火，以将加工应力降低。本发明选取相邻两个封接件膨胀系数的差值为(e—ii) *io—7"c，远大于通常认为的两个封接件的膨胀系数差小于10%的理论数值。但是，根据本发明的方法，完全可以将膨胀系数差远大于理论数值的两个封接件封接起来。
图1是高温集热管硬质玻璃与可伐合金连接的结构示意图。图2是高温集热管硬质玻璃与可伐合金连接的另一种结构示意图。
具体实施方式
实施例h参见图l，硬质玻璃l、两个过渡玻璃接头2、 3、可伐合金管5依次封接(对接)。 硬质玻璃、二个过渡玻璃接头、可伐合金的膨胀系数为(32—34)*1(T/°C、 (39—4 1)*10—7 /。C、 (46—48) *10一7 /。C、 (50.3—53.7) *10-7 /。C。对相邻两个封接件之间的封接区加热温度和保温时间如下表:封接区加热温度'c硬质玻璃1与过渡玻璃接头2之间的封接区12900 — 1250过渡玻璃接头2与过渡玻璃接头3之间的封接区23600—900过渡玻璃接头3与可伐合金管5之间的封接区35500—800封接区12、 23、 35的加热温度逐渐降低，各封接区的加热温度差值为250—30(TC;封接火头喷嘴的燃制气体可采用C0或H2。溶接玻璃及合金应洁净。对各封接区加热 时，使玻璃成型加工粘度达到在104—106泊，完成相邻两个封接件的封接。封接中，过渡 玻璃接头3烧熔，均匀熔封至合金封接面，并将该面完全包覆。硬质玻璃、过渡玻璃接头、可伐合金管封接完成后，对封接后的硬质玻璃、过渡玻璃 接头、可伐合金(封接组件)进行去应力退火。去应力退火为现有技术。如，将封接组件 用火头或马弗炉进行退火，时间维持(10 30) min,温度控制在(400 600) 。C。溶封过渡部分分3级，每级宽度平均控制在10mm，过渡环节总宽度不大于30mra对于该实施例的高温集热管，进行拉力试验，抗拉强度达到740kg，远高于高温集热 管工艺要求的300kg要求。进行疲劳试验中，拉伸周期42000余次，大大高于集热管10000 次的寿命要求(20年)。进行小批量生产，成品率达到90%。实施例2:实施例2与实施例1的区别在于封接区12、 23、 35的加热温度不同，各封接区的 加热温度差值为50—10(TC，具体如下表封接区加热温度"c硬质玻璃1与过渡玻璃接头2之间的封接区12900—1200过渡玻璃接头2与过渡玻璃接头3之间的封接区23800—900过渡玻璃接头3与可伐合金管5之间的封接区35700—900对于该实施例的高温集热管，进行拉力试验，抗拉强度达到700kg。进行疲劳试验中， 拉伸周期38000余次。进行小批量生产，成品率达到88%。 实施例3:实施例3与实施例1的区别在于封接区12、 23、 35的加热温度不同，各封接区的 加热温度差值为100—20(TC，具体如下表封接区加热温度'c硬质玻璃1与过渡玻璃接头2之间的封接区12900—1150过渡玻璃接头2与过渡玻璃接头3之间的封接区23850_1000过渡玻璃接头3与可伐合金管5 t间的封接区35800—900对于该实施例的高温集热管，进行拉力试验，抗拉强度达到760kg。进行疲劳试验中， 拉伸周期44000余次。进行小批量生产，成品率达到92%。 实施例4:实施例4与实施例1的区别在于封接区12、 23、 35的加热温度、保温时间不同， 各封接区的加热温度差值为100—200'C，具体如下表封接区加热温度"保温时间min硬质玻璃1与过渡玻璃接头2之间的封接区121100 — 150010—20过渡玻璃接头2与过渡玻璃接头3之间的封接区23900—12005 — 15过渡玻璃接头3与可伐合金管5之间的封接区35■ — 10005—15对于该实施例的高温集热管，进行拉力试验，抗拉强度达到780kg。进行疲劳试验中， 拉伸周期48000余次。进行小批量生产，成品率达到94%。 实施例5:参见图2 (请补充图2)，硬质玻璃l、过渡玻璃接头2、可伐合金管5依次封接(对 接)。硬质玻璃、过渡玻璃接头、可伐合金的膨胀系数为(27 —30)*10—V。C、 (38—4 1)*10一7 /。C、 (50.3 — 53.7) *10—7 /。C。对相邻两个封接件之间的封接区加热温度和保温时间如下表封接区加热温度"C保温时间min硬质玻璃1与过渡玻璃接头2之间的封接区121000 — 125015 — 20过渡玻璃接头2与可伐合金管5之间的封接区25750—10005 — 10封接区12、 25的加热温度逐渐降低，各封接区的加热温度差值为250 — 30(TC; 封接火头喷嘴的燃制气体可采用C0或H2。溶接玻璃及合金应洁净。对各封接区加热时，使玻璃成型加工粘度达到在104—106泊，完成相邻两个封接件的封接。封接中，过渡玻璃接头2烧熔，均匀熔封至合金封接面，并将该面完全包覆。硬质玻璃、过渡玻璃接头、可伐合金管封接完成后，对封接后的硬质玻璃、过渡玻璃接头、可伐合金(封接组件)进行去应力退火。去应力退火为现有技术。如，将封接组件用火头或马弗炉进行退火，时间维持(10 30) min，温度控制在(300 500) 'C。 溶封过渡部分分2级，每级宽度平均控制在IO咖，过渡环节总宽度不大于20咖。 对于该实施例的高温集热管，进行拉力试验，抗拉强度达到630kg。进行疲劳试验中，拉伸周期30000余次。进行小批量生产，成品率达到82%。 '实施例6:实施例6与实施例5的区别在于封接区12、 25的加热温度不同，各封接区的加热 温度差值为100—200'C,具体如下表封接区加热温度"c硬质玻璃1与过渡玻璃接头2之间的封接区121100 — 1400过渡玻璃接头2与可伐合金管5之间的封接区25900—1100对于该实施例的高温集热管，进行拉力试验，抗拉强度达到680kg。进行疲劳试验中， 拉伸周期36000余次。进行小批量生产，成品率达到86%。 实施例7:实施例7与实施例5的区别在于封接区12、 25的加热温度不同，各封接区的加热 温度差值为100 — 20(TC，具体如下表封接区加热温度t硬质玻璃1与过渡玻璃接头2之间的封接区12800 — 1050过渡玻璃接头2与可伐合金管5之间的封接区25600—850对于该实施例的高温集热管，进行拉力试验，抗拉强度达到640kg。进行疲劳试验中， 拉伸周期32000余次。进行小批量生产，成品率达到83%。本发明其特点是利用国内现有材料，来源便捷，可操作性强，可使用通用工装设备， 利于大规模生产；封接强度和可靠性高，完全符合高温集热管要求。本发明针对硬质玻璃热膨胀系数低，粘度高的热点，采用热膨胀系数差值在(6 11) *10—7的玻璃进行逐级过渡；同时对封接各阶段温度和时间的控制，使玻璃成型加工粘度 达到在104—106泊，完成封接。本发明采取多道过渡封接方式，是具有高可靠性、经济性和实用价值的高温集热管硬 质玻璃与金属的封接技术，并通过小批量生产，成品率达到82%，完全满足高温集热管强 度和寿命要求。
权利要求
1.高温集热管硬质玻璃与可伐合金封接方法，其特征是采用一个或一个以上的过渡玻璃接头进行过渡封接，依次相封接的硬质玻璃、过渡玻璃接头、可伐合金的膨胀系数逐渐增大，相邻两个封接件膨胀系数的差值为(6-11)*10-7/℃；相邻两个封接件封接时，对封接区加热温度为500-1500℃，保温时间5-30min；从硬质玻璃到可伐合金，各封接区的加热温度逐渐降低，各封接区的加热温度差值为50-300℃；对封接后的硬质玻璃、过渡玻璃接头、可伐合金进行去应力退火。
2. 根据权利要求1所述的封接方法，其特征是各封接区的加热温度差值为100 — 200 。C。
3. 根据权利要求1所述的封接方法，其特征是相邻两个封接件膨胀系数的差值为 (7—9) *10—7'C。
4. 根据权利要求1所述的封接方法，其特征是所述过渡玻璃接头为二个，依次相 封接的硬质玻璃、二个过渡玻璃接头、可伐合金的膨胀系数为(27 — 35)*10—7 /'C、 (35 — 4 1)*10.7 /。C、 (42 — 50) *10—7 /。C、 (50.3 — 53.7) *10—7 /。C。
5. 根据权利要求1一4所述的任一封接方法，其特征是去应力退火时，温度为300 —700。C，保温时间5 — 60min。
6. 根据权利要求5所述的封接方法，其特征是去应力退火时，温度为400 — 60(TC， 保温时间10—30min。
全文摘要
本发明的目的是提供一种具有高可靠性和实用性的高温集热管硬质玻璃与金属的封接方法。其是采用一个或一个以上的过渡玻璃接头进行过渡封接，依次相封接的硬质玻璃、过渡玻璃接头、可伐合金的膨胀系数逐渐增大，相邻两个封接件膨胀系数的差值为(6-11)*10<sup>-7</sup>/℃；相邻两个封接件封接时，对封接区加热温度为500-1500℃，保温时间5-30min；从硬质玻璃到可伐合金，各封接区的加热温度逐渐降低，各封接区的加热温度差值为50-300℃；对封接后的硬质玻璃、过渡玻璃接头、可伐合金进行去应力退火。
文档编号C03C29/00GK101239789SQ200810019000
公开日2008年8月13日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者张沪基, 潘生云, 娟 王, 王俊毅, 钱新荣, 高迎春 申请人:南京三乐电子信息产业集团有限公司