CN102180602A - 一种太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，太阳能真空集热管玻璃封接件和金属封接件之间放置焊料，加热保温待达到封接温度后施加压封压力，将玻璃封接件和金属封接件封接在一起。本发明通过工艺优化，可以有效地降低压封压力，降低了对设备工艺、玻璃法兰形状等要求，极大地提高了太阳能真空集热管的成品率，易于大批量生产。

Description

一种太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺
技术领域
本发明属于玻璃金属封接技术，特别是一种太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺。
背景技术
传统的玻璃-金属封接一般采用火焰封接的方法，将被封接的玻璃和金属熔接在一起，该方法要求被封接的玻璃和金属之间的膨胀系数非常匹配（差值小于6%），而且熔接后要仔细退火，消除熔接时形成的应力。这种封接方法熔封温度高、温度调节困难、能耗大、工艺复杂重复性差。
为此，中国专利ZL93101627提出一种玻璃金属热压封接工艺，使用铅焊料作为封接材料，在封接温度达到铅焊料熔点0.7-0.9倍时对焊料施以40-150kg/cm2的冲击压力，使用30o-65o法兰直接承受压力，将玻璃金属封接在一起。这样既简化了工艺，同时也解决了玻璃材料和金属材料膨胀系数不匹配所造成的难题。
但是中国专利ZL93101627提出的玻璃金属热压封接工艺在应用于太阳能真空集热管的玻璃金属封接时，由于冲击压力较大，该工艺对法兰形状、支撑要求非常高，设备工艺复杂，应用于太阳能真空集热管的制作时，极其容易造成的玻璃管破碎，使得太阳能真空集热管的成品率很低。
另外，在中国专利ZL200410029994中提出使用低温焊料玻璃粉浆加热固化的方法进行玻璃金属封接，在中国专利00103482中提出使用高频电磁波加热封接玻璃和可伐金属，但是这些技术目前仍然不成熟，根本无法实现工业化应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，能够在较低压力下实现玻璃和金属的封接，简化了工艺，对设备工艺、玻璃法兰形状等要求低，极大地提高了太阳能真空集热管的成品率。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，太阳能真空集热管玻璃封接件和金属封接件之间放置焊料，加热保温待达到封接温度后施加压封压力，压封压力为2-10kg/cm2时将玻璃封接件和金属封接件封接在一起；焊料采用铅含量大于等于99.994%的铅焊料。
进一步的改进方案是，将封接温度控制为铅熔点的0.91-0.99倍。
还可将直接承受压力的玻璃封接件形状做成70o-90o的玻璃法兰，在压封之前对玻璃封接件和金属封接件的压封表面进行3-10次不同的清洗预处理，并且对金属封接件的压封表面进行去除氧化层的处理。
本发明中的玻璃法兰可以为内法兰或外法兰。玻璃法兰和真空集热管是一个整体或玻璃法兰是一个过渡连接件。
本发明与现有技术相比，其显著优点：通过工艺优化，可以有效地降低压封压力，降低了对设备工艺、玻璃法兰形状等要求，极大地提高了太阳能真空集热管的成品率，易于大批量生产。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
附图是本发明太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺的原理图。
具体实施方式
结合附图，本发明太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，太阳能真空集热管玻璃封接件3和金属封接件1之间放置焊料2，加热保温待达到封接温度后施加压封压力，将玻璃封接件3和金属封接件1封接在一起。
其中，在对太阳能真空集热管玻璃封接件3和金属封接件1进行压封之前，对玻璃封接件3和金属封接件1的压封表面进行3-10次不同的清洗预处理，包括脱脂、水洗、酸洗、超声波清洗、去离子水清洗、烘干等多道工序的组合，并对金属封接件的压封表面采用抛光打磨或其他的方法去除氧化层，焊料2采用铅含量大于等于99.994%的铅焊料，并将封接温度提高到铅熔点的0.91-0.99倍。直接承受压力的玻璃封接件3是形状为70o-90o的玻璃法兰。通过以上措施，实现在压封压力为2-10kg/cm2的条件下对玻璃封接件和金属封接件的封接。
实施例1
本发明太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，太阳能真空集热管玻璃封接件3和金属封接件1之间放置铅含量大于等于99.994%的铅焊料，对玻璃封接件3和金属封接件1的压封表面进行3次清洗预处理，对金属封接件3的压封表面进行去除氧化层的处理，加热保温待达到297℃-304℃（铅熔点的0.91-0.93倍），然后在2-3kg/cm2的条件下施加压封，将玻璃封接件3和金属封接件1封接在一起。玻璃封接件3是形状为70o的玻璃法兰。
对于该实施例的太阳能真空集热管，进行拉力疲劳试验和冷热冲击寿命试验，检验玻璃金属封接效果，试验数据见下表：
Figure 2011100645099100002DEST_PATH_IMAGE001
拉力疲劳试验中的拉力强度400kg，大大高于工艺要求的200kg，疲劳试验次数40000次，大大高于太阳能真空集热管12000次的寿命要求（30年）。
冷热冲击寿命试验，-40℃~280℃冷热交替冲击，模拟太阳能真空集热管所需承受的最恶劣工作环境，寿命试验次数35000次，大大高于太阳能真空集热管12000次的寿命要求（30年）。
小批量生产，该工艺下的太阳能真空集热管一次成品率达到90%。
实施例2
本发明太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，太阳能真空集热管玻璃封接件3和金属封接件1之间放置铅含量大于等于99.994%的铅焊料，对玻璃封接件3和金属封接件1的压封表面进行8次清洗预处理，对金属封接件3的压封表面进行去除氧化层的处理，加热保温待达到307℃-317℃（铅熔点的0.94-0.97倍），然后在4-6kg/cm2的条件下施加压封，将玻璃封接件3和金属封接件1封接在一起。玻璃封接件3是形状为80o的玻璃法兰。
对于该实施例的太阳能真空集热管，进行拉力疲劳试验和冷热冲击寿命试验，检验玻璃金属封接效果，试验数据见下表：
Figure 618268DEST_PATH_IMAGE004
拉力疲劳试验中的拉力强度420kg，大大高于工艺要求的200kg，疲劳试验次数38000次，大大高于太阳能真空集热管12000次的寿命要求（30年）。
冷热冲击寿命试验，-40℃~280℃冷热交替冲击，模拟太阳能真空集热管所需承受的最恶劣工作环境，寿命试验次数36000次，大大高于太阳能真空集热管12000次的寿命要求（30年）。
小批量生产，该工艺下的太阳能真空集热管一次成品率达到95%。
实施例3
本发明太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，太阳能真空集热管玻璃封接件3和金属封接件1之间放置铅含量大于等于99.994%的铅焊料，对玻璃封接件3和金属封接件1的压封表面进行10次清洗预处理，对金属封接件3的压封表面进行去除氧化层的处理，加热保温待达到320℃-324℃（铅熔点的0.98-0.99倍），然后在7-10kg/cm2的条件下施加压封，将玻璃封接件3和金属封接件1封接在一起。玻璃封接件3是形状为90o的玻璃法兰。
对于该实施例的太阳能真空集热管，进行拉力疲劳试验和冷热冲击寿命试验，检验玻璃金属封接效果，试验数据见下表：
Figure 2011100645099100002DEST_PATH_IMAGE005
Figure 850928DEST_PATH_IMAGE006
拉力疲劳试验中的拉力强度450kg，大大高于工艺要求的200kg，疲劳试验次数36000次，大大高于太阳能真空集热管12000次的寿命要求（30年）。
冷热冲击寿命试验，-40℃~280℃冷热交替冲击，模拟太阳能真空集热管所需承受的最恶劣工作环境，寿命试验次数38000次，大大高于太阳能真空集热管12000次的寿命要求（30年）。
小批量生产，该工艺下的太阳能真空集热管一次成品率达到92%。

Claims (7)

1.一种太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，在太阳能真空集热管玻璃封接件（3）和金属封接件（1）之间放置焊料（2），加热保温待达到封接温度后施加压封压力，其特征是压封压力为2-10kg/cm2 时将玻璃封接件（3）和金属封接件（1）封接在一起；焊料（2）采用铅含量大于等于99.994%的铅焊料。
2.根据权利要求1所述的太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，其特征是封接温度为铅熔点的0.91-0.99倍。
3.根据权利要求1所述的太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，其特征是直接承受压力的玻璃封接件（3）是形状为70o-90o的玻璃法兰。
4.根据权利要求3所述的太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，其特征是玻璃法兰为内法兰或外法兰。
5.根据权利要求3所述的太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，其特征是玻璃法兰和真空集热管是一个整体，或者玻璃法兰是一个过渡连接件。
6.根据权利要求1所述的太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，其特征是压封之前需要对玻璃封接件（3）和金属封接件（1）的压封表面进行3-10次不同的清洗预处理。
7.根据权利要求1所述的太阳能真空集热管的玻璃金属封接工艺，其特征是压封之前需要对金属封接件（1）的压封表面进行去除氧化层的处理。
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