CN103011621A - 一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构 - Google Patents

一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，金属薄膜环的环形面熔接固定于玻璃管的管壁中，金属薄膜环的内径小于玻璃管的内径，金属薄膜环外径小于玻璃管的外径，金属件的外表面与金属薄膜环的内侧面固定；玻璃管在与金属薄膜环熔接处的管壁上设有两个带有斜坡面的突起；在突起处分别设有支撑环，支撑环包括内径与金属件外径适配的环形面，支撑环的环形面的内侧面与金属件的外侧面固定；支撑环的环形面还连接有向外延伸折弯形成的坡面，坡面与玻璃管上的突起的斜坡面适配；斜坡面的方向相反设置，两个支撑环的坡面分别与斜坡面配合。本发明具有耐高温性能优异、强度高、尺寸紧凑、加工方便、成本低、通用性强的特点。

Description

一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构
技术领域
本发明涉及一种新型的一种玻璃与金属封接结构，具体说是一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，可应用于需要金属和玻璃进行封接并在高温下使用的产品中，例如电子管、照明灯具、太阳能真空集热器等。
背景技术
玻璃与金属的封接方式有多种，但可应用于高温环境的封接方式不多，其中薄膜封接方式耐高温性能较优，但是存在薄膜在高温下易被氧化和强度低的问题。例如专利号为201010528354.5的“一种直通式太阳能真空集热器”中所述产品采用了薄膜封接方式，但是其加固结构复杂，高温下玻璃管易被撑裂，且加工困难，尺寸不够紧凑，同时未解决薄膜在高温下易被氧化的问题。因此在应用上存在一定局限性。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，以解决其它封接方案结构复杂、加工困难、尺寸不够紧凑、金属薄膜易损坏等问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，它包括玻璃管和金属薄膜环，所述的金属薄膜环的环形面熔接固定于玻璃管的管壁中；所述的金属薄膜环的内径小于玻璃管的内径，金属薄膜环环形面的外径小于玻璃管的外径，金属件的外表面与金属薄膜环的内侧固定；玻璃管在与金属薄膜环熔接处的管壁上设有上下两个带有斜坡面的突起；在突起处分别设有一个支撑环，所述的支撑环包括内径与金属件外径适配的环形面，支撑环的环形面的内侧面与金属件的外侧面固定；支撑环的环形面还连接有向外延伸折弯形成的坡面，坡面与玻璃管上的突起的斜坡面适配；其中，两个突起的斜坡面的方向相反设置，两个支撑环的坡面分别与两个突起的斜坡面配合。
其中，所述的金属薄膜环的环形面向内延伸折弯形成折弯面，折弯面的内侧面与金属件的外侧面固定。
其中，所述的金属薄膜环朝向空气的一侧环形面上镀有抗氧化膜；所述的金属薄膜环上的抗氧化膜的厚度沿径向由内向外逐渐变薄为0。
其中，玻璃管、金属件、金属薄膜环、支撑环四者围成的空腔，其中朝向空气一侧的一空间中填充有耐高温材料。
其中，所述的金属薄膜环环形面的厚度沿径向从内向外，厚度逐渐变薄为0。
其中，所述的玻璃管带有与其他管状玻璃部件相连的管状玻璃，管状玻璃的厚度从与玻璃管连接处向外逐渐变薄。
有益效果：本发明解决了现有的玻璃和金属薄膜的封接结构在高温下易被氧化和强度低的问题，以及现有各种不同的封接结构所存在结构复杂、成本高、应用范围窄的问题；具有耐高温性能优异、强度高、尺寸紧凑、加工方便、成本低、通用性强的特点。具体如下：
（1）由于采用支撑环在玻璃和金属薄膜封接部位呈一定角度支撑玻璃管，即支撑环坡面与玻璃管突起斜坡面的接触，在高温下不会导致支撑环撑裂玻璃管，加固封接部位的同时，可以达到很高的使用温度，并且支撑环轴向压紧封接部位，玻璃和金属薄膜封接的可靠性更高。由于同时实现了封接部位的径向加固和轴向夹紧，其结构更为紧凑，可有效减少最终产品尺寸，且部件减少，有助于降低最终产品的成本。
（2）由于金属薄膜环带有折弯面，在金属薄膜环焊接前后及最终产品使用期间，温度大幅变化时，可防止金属薄膜环被拉坏，或玻璃和金属薄膜封接部位被拉坏。
（3）由于金属薄膜仅在暴露在空气中一面的局部镀抗氧化膜，并且抗氧化膜厚度在进入金属薄膜与玻璃封接部位后逐渐变薄至零，同时保证了金属薄膜与玻璃的封接性能和金属薄膜的抗高温氧化性能。
（4）由于在玻璃管、金属件、金属薄膜环、支撑环四者围成的两个空腔中，暴露在空气中一侧的空腔中填充有耐高温材料，可以隔绝空气，进一步提高金属薄膜环的抗高温氧化性能。
（5）由于金属薄膜环在与玻璃的封接部分采用逐渐变薄的刀刃状，提高封接的可靠性和金属薄膜环本身的强度。
（6）由于带有与其他管状玻璃部件相连的管状玻璃，用于熔接更长的玻璃管件，结合前述特点，其通用性很强，结合不同的尺寸和材料设计，可应用于多种需要金属和玻璃进行封接并在高温下使用的产品中，例如电子管、照明灯具、太阳能真空集热器等。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中金属薄膜环的结构示意图。
图3为本发明中的支撑环的结构示意图。
图4为本发明的玻璃管的结构示意图。
图5为本发明的另一种实施例的结构示意图。
图6为图5中金属薄膜环的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明的一种高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，它包括玻璃管1和金属薄膜环3，所述的金属薄膜环3包括环形面，金属薄膜环3的环形面熔接固定于玻璃管1的管壁中，即金属薄膜环3的环形面与玻璃料在与玻璃管1仿形的模具内进行高温熔接，且玻璃管1的外径大于金属薄膜环3环形面的外径，即金属薄膜环3的环形面被夹在玻璃管1内部，两者形成气密性封接。
如图2所示，由于玻璃管1、金属件2与金属薄膜环3的热膨胀系数有差异，且金属件2呈刚性，金属件2和金属薄膜环3在焊接前后，温度变化过大时，则容易导致金属薄膜环3的内缘被拉坏，或金属薄膜环3和玻璃管1的封接部位被拉坏。此外，如果最终产品的使用温度过高，也容易导致金属薄膜环3的内缘被拉坏或金属薄膜环3和玻璃管1的封接部位被拉坏；因此可以在所述的金属薄膜环3的环形面向内延伸折弯形成折弯面6，折弯面6的外径小于玻璃管1的内径，折弯面6的内侧面与金属件2的外侧面焊接固定，需保证气密性。折弯后的金属薄膜环3的变形能力和强度提高，在焊接前后和最终产品使用时，金属薄膜环3和封接部位不易被拉坏。
如果金属件2与金属薄膜环3采用焊接温度较低的焊接方式，且最终产品的使用温度较低，则金属薄膜环3可以不设置折弯面6。如图5、6所示，此时需保证金属薄膜环3的内径小于玻璃管1的内径，金属薄膜环3环形面的外径小于玻璃管1的外径，金属件2的外表面与金属薄膜环2的内侧固定。
金属薄膜环3环形面的厚度沿径向从内向外，厚度逐渐变薄，即呈刀刃状，可有效提高玻璃管1与金属薄膜环3封接的可靠性及金属薄膜环3本身的强度。这是因为：其一、金属薄膜环3的边缘呈刀刃状，即最边缘厚度为零，可避免在封接部位在金属薄膜环3的边缘产在气泡而影响封接效果；其二、进入封接部位内部后，金属薄膜环3的厚度变小，不会影响封接部位的强度，而金属薄膜环3的厚度越小，变形能力越强，封接可靠性更高；其三、金属薄膜环3不在封接部位的部分厚度变大，则金属薄膜环3本身强度也得以提高，从而也提高了产品本身的强度。
如图3所示，由于金属薄膜环3很薄，未封接在玻璃内部的部分最厚处的厚度也仅为0.05mm～0.2mm，其强度不足以支撑最终产品的重量，在搬运易被损坏，因此为了进一步增强玻璃管1、金属件2与金属薄膜环3三者的连接强度，加上两片支撑环4。同时在玻璃管1与金属薄膜环3的封接部位的管壁上设有上下两个带有斜坡面的梯形状突起5；在突起5处分别设置一个支撑环4，所述的支撑环4包括内径与金属件2外径适配的环形面，支撑环4的环形面的内侧面与金属件2的外侧面固定；环形面还连接有向外延伸折弯形成的坡面，坡面与玻璃管1上的突起5的斜坡面适配；其中，两个突起5的斜坡面的倾斜方向相反设置，两个支撑环4的坡面分别与两个突起5的斜坡面配合。支撑环4需要与金属件2固定，可采用螺纹连接、法兰连接或焊接，或这三种形式的组合。支撑环4仅仅其环形面的内侧与金属件2外侧固定，支撑环4的坡面与突起5的斜坡面紧密贴合。
两片支撑环4依靠自身的弹性夹紧玻璃管1内的梯形状突起5的两个斜坡面，两片支撑环4与金属件2连接固定，使得玻璃管1、金属件2、金属薄膜环3三者位置固定，金属薄膜环3不受外力，从而避免金属薄膜环3的损坏，并且提高了玻璃管1与金属薄膜环3的封接部位的可靠性。由于支撑环4的热膨胀系数大于玻璃管1的热膨胀系数，如果支撑环4在径向上直接支撑玻璃管1，在产品使用期间温度变化时，支撑环4的径向膨胀会将玻璃管1撑裂，导致最终产品损坏。而采用斜坡面支撑时，在产品使用期间温度变化时，由于支撑环4具有弹性及支撑环4与玻璃管1可沿斜坡面作微小的相对滑动，支撑环4的径向膨胀不会导致玻璃管1被撑裂。支撑环4还依靠斜坡面在轴向上夹紧了封接部位，使得金属薄膜环3和玻璃管1两者熔接的气密性更加可靠。由于同时实现了封接部位的径向加固和轴向夹紧，其结构更为紧凑，可有效减少最终产品尺寸，且部件减少，有助于降低最终产品的成本。
所述的金属薄膜环3朝向空气8的一侧的环形面上镀有抗氧化膜；所述的金属薄膜环3上的抗氧化膜的厚度沿径向由内向外逐渐变薄为0。为避免金属薄膜环3在高温下氧化，在金属薄膜环3的表面镀有抗氧化膜。但是，抗氧化膜与玻璃的浸润性不好，会造成玻璃管1与金属薄膜环3之间熔接不牢固，甚至无法熔接，所以将抗氧化膜仅设置在金属薄膜环3的表面朝向空气8的一侧，而另一侧是真空或充非氧化气体，不镀抗氧化膜，这样金属薄膜环3的表面另一侧可以维持与玻璃管1的封接性能；金属薄膜环3上的抗氧化膜的厚度沿径向由内向外逐渐变薄为0，这样在镀有抗氧化膜的一面也可以同时保证金属薄膜环3与玻璃管1的封接性能和金属薄膜环3的抗高温氧化性能。例如所述的抗氧化膜可以采用镀铬，最厚处的厚度约为0.02mm。
所述的玻璃管1、金属件2、金属薄膜环3、支撑环4四者围成的空腔7内，其中暴露在空气8中一侧的空腔7中填充有耐高温材料，可以隔绝空气8，进一步提高金属薄膜环3的抗高温氧化性能。例如所述的耐高温材料可以采用膨胀石墨、陶瓷纤维或石棉等。
如图4所示，所述的玻璃管1的一端带有与其他管状玻璃部件相连的管状玻璃，用于熔接更长的玻璃管件，管状玻璃的管壁厚度自内向外，即从与玻璃管1连接处向外逐渐变小，至最外端的尺寸与要连接的其他管状玻璃部件尺寸相匹配，这有利于提高管状玻璃的强度，减少玻璃的内应力，并且玻璃管1在模具内成型后，更容易拆卸模具。
根据应用场合的不同，金属件2可以是空心或实心金属件。完成后，金属件2再去连接其它空心或实心金属件，玻璃管2再去熔接其它玻璃件。并将镀有抗氧化膜的一侧置于与空气接触的一面，另一侧置于真空或充非氧化气体的最终产品内部。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，其特征在于，它包括玻璃管（1）和金属薄膜环（3），所述的金属薄膜环（3）的环形面熔接固定于玻璃管（1）的管壁中；所述的金属薄膜环（3）的内径小于玻璃管（1）的内径，金属薄膜环（3）环形面的外径小于玻璃管（1）的外径，金属件（2）的外表面与金属薄膜环（2）的内侧固定；
玻璃管（1）在与金属薄膜环（3）熔接处的管壁上设有上下两个带有斜坡面的突起（5）；在突起（5）处分别设有一个支撑环（4），所述的支撑环（4）包括内径与金属件（2）外径适配的环形面，支撑环（4）的环形面的内侧面与金属件（2）的外侧面固定；支撑环（4）的环形面还连接有向外延伸折弯形成的坡面，坡面与玻璃管（1）上的突起（5）的斜坡面适配；其中，两个突起（5）的斜坡面的方向相反设置，两个支撑环（4）的坡面分别与两个突起（5）的斜坡面配合。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，其特征在于，所述的金属薄膜环（3）的环形面向内延伸折弯形成折弯面（6），折弯面（6）的内侧面与金属件（2）的外侧面固定。
3.根据权利要求1或2所述的一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，其特征在于，所述的金属薄膜环（3）朝向空气（8）的一侧环形面上镀有抗氧化膜。
4.根据权利要求3所述的一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，其特征在于，所述的金属薄膜环（3）上的抗氧化膜的厚度沿径向由内向外逐渐变薄为0。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，其特征在于，所述的金属薄膜环（3）环形面的厚度沿径向从内向外，厚度逐渐变薄为0。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，其特征在于，玻璃管（1）、金属件（2）、金属薄膜环（3）、支撑环（4）四者围成的空腔（7），其中朝向空气（8）一侧的一空间（7）中填充有耐高温材料。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温、高强度的玻璃管与金属件的薄膜封接结构，其特征在于，所述的玻璃管（1）带有与其他管状玻璃部件相连的管状玻璃，管状玻璃的厚度从与玻璃管（1）连接处向外逐渐变薄。
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