用于太阳能热管真空集热管的有机硅铅化物热压封接材料及使用方法与流程

本发明涉及太阳能热管真空集热管热压封接技术领域，具体涉及一种用于太阳能热管真空集热管的有机硅铅化物热压封接材料及使用方法。

背景技术：

太阳能热水器是当前太阳能低温应用领域最典型的一种技术。截止2017年底，世界太阳能热水器保有量达2.3亿m²，其中中国保有量达1.85亿m²，占世界的80％，是全球太阳能热能利用最多的国家。

全玻璃真空管热水器是我国太阳能热水器的主流，占市场份额的90％以上。随着全球太阳能建筑一体化趋势的发展，全玻璃真空管热水器的易破损、易结垢、安装复杂、难与建筑结合等缺点暴露出来。目前高层建筑上普遍采用的为平板集热器，但是这种集热方式存在热效率低的缺点。热管式真空集热管集中了上述两种集热方式的长处，具有以下优点：(1)热容量小，启动传热迅速，即使在多云间晴的低日照条件下也能迅速启动，有效收集热量。所以即使对于日照条件不太高的地区也可有效使用，应用地区很广。(2)由于被加热的工质不直接流入真空管内，所以系统管路可承受较高工作压力(≤6kg/m²)，承压能力很强。(3)热管式集热器由于热管外表面涂有选择性吸收涂层，而且真空绝热，因此热损失小。(4)用热管传输热量，真空管内无水，且热管本身就具有了抗冻防过热的性能，这就防止了集热器在无负荷情况下带来的高温问题及在高寒地区的结冰冻裂问题。(5)安装简便，运行可靠：吸热体与集热器间是“干性连接”，无热水泄漏问题，安装方便；即使有一根热管出现问题，在维修过程中也不会影响整个系统的正常使用。因此热管式真空集热管具有良好的发展前景。

但热管式真空集热管在玻璃与铁镍膨胀合金端盖的封接工艺上存在一定的技术问题。传统的玻璃—金属材料封接一般采用火焰封接方法，把被封接的玻璃和铁镍膨胀合金端盖熔封在一起，它要求被封接的玻璃与铁镍膨胀合金端盖之间的膨胀系数非常匹配，相互差值小于6％，否则气密性差，且熔封后的玻璃管需要仔细退火，以消除熔封造成的玻璃中的热应力，该工艺过程复杂、能耗大，重复性也较差。因此最近行业内多采用热压封接工艺进行压封(相关专利公开号为cn1076180a、cn1223978a、cn1262248a)。其封接的原理是利用原子的扩散，使得焊料中的金属原子扩散到被封接的铁镍膨胀合金端盖和玻璃中，从而实现原子级密封。

目前采用的焊料有pb、al和cu几种，现有专利(201310179593.8)中，采用mg、be、v、co、ni作为封接材料，也取得了良好的效果。但是这些材料都局限在无机金属单质材料。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种用于太阳能热管真空集热管的有机硅铅化物热压封接材料及使用方法。

根据公开的实施例，本发明的第一方面公开了一种用于太阳能热管真空集热管的有机硅铅化物热压封接材料，所述的有机硅铅化物热压封接材料具有如下的分子结构，

其中，主链为硅氧键，侧链为有机铅基团，硅和铅原子通过一个碳原子链接，在该结构中，r为碳原子≤6的烷烃，n＞1000。

进一步地，所述的r为甲基或者已基。

根据公开的实施例，本发明的第二方面公开了一种用于太阳能热管真空集热管的有机硅铅化物热压封接材料的使用方法，其特征在于，所述的适应方法包括如下步骤：

s1、将有机硅铅化物热压封接材料溶解在有机溶剂中得到溶液；

s2、将上述溶液涂抹在玻璃上，自然晾干；

s3、将金属可伐对接在涂有机硅铅化物热压封接材料的玻璃上，得到封接件；

s4、将封接件加热至150-200℃，同时施加5-10kg/cm²的冲击压力完成封接。

进一步地，所述的有机溶剂是乙醇、丙酮、乙酸乙酯或乙酸丁酯中的任何一种。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

相比于目前常用的金属单质作为封接材料的热压封接方法，该发明首创了有机金属材料化合物来实现封接，这是以往的文献和专利中所没有报道的。有机硅化合物具有非常低的蒸气压，因此密封性非常好。

而在支链上链接有机铅基团后，利用有机铅基团优良的浸润性，可以实现与金属的良好浸润，实现密封。由于封接的金属可伐其主要成分为含镍的不锈钢合金，不锈钢合金中的fe原子外层电子为4s²轨道电子，而铅原子的最外层也是s²轨道，因此金属铅化物与金属可伐浸润性良好。

总所周知，玻璃的主要成分为硅酸盐，含有大量的硅元素，因此，选择有机硅作为主链也可提高封接材料与玻璃的浸润性。

有机硅铅化物有优良的耐候性，可延长封接件的使用寿命。

本发明的另一优点在于可以降低热压封接的温度和压力。目前的封接，温度一般300-700℃，压力70～500kg/cm²(zl201310179593.8)，而采用本专利的新材料，封接温度只需150-200℃，压力更是可以降低到5-10kg/cm²，能耗大幅降低，而成品率明显提升。

总之，本发明中，首创了采用有机硅铅化物进行封接，在原理上实现了创新，而且封接能耗降低，成品率提升明显，根据老化实验结果，使用寿命可以达到30年以上。

附图说明

图1是利用本发明的材料和方法封接的热管式真空集热管示意图；

其中，1、金属可伐，2、有机硅铅化物，3、玻璃。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例公开了一种用于太阳能热管真空集热管的有机硅铅化物热压封接材料的使用方法，步骤如下：

将有机硅铅化物热压封接材料溶解在乙醇中得到溶液；将上述溶液涂抹在玻璃上，自然晾干；将金属可伐对接在涂有机硅铅化物热压封接材料的玻璃上，得到封接件；将封接件加热至150℃，同时施加5kg/cm²的冲击压力完成封接。本实施例中，r为甲基，n约为1500。得到的封接面其漏气率可小于1×10^-12torr.l/sec，满足密封要求。测试成品率为99％，优于目前95％的成品率。

实施例二

本实施例公开了又一种用于太阳能热管真空集热管的有机硅铅化物热压封接材料的使用方法，步骤如下：

将有机硅铅化物热压封接材料溶解在乙醇中得到溶液；将上述溶液涂抹在玻璃上，自然晾干；将金属可伐对接在涂有机硅铅化物热压封接材料的玻璃上，得到封接件；将封接件加热至200℃，同时施加10kg/cm²的冲击压力完成封接。本实施例中，r为已基，n约为15000。得到的封接面其漏气率可小于1×10^-12torr.l/sec，满足密封要求。测试成品率为99％，优于目前95％的成品率。

综上所述，基于在研究中发现有机硅铅化物也能将金属和玻璃实现良好的封接，而且封接条件也更加温和，封接的温度和压力都大幅度降低，有利于实现节能和提高成品率。本发明中，首创了采用有机硅铅化物进行封接，在原理上实现了创新，而且封接能耗降低，成品率提升明显，根据老化实验结果，使用寿命可以达到30年以上。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。