CN1262248A - 玻璃－金属热压封接工艺 - Google Patents

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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00—Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
    • C03C27/04—Joining glass to metal by means of an interlayer
    • C03C27/042—Joining glass to metal by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, glass-ceramic or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
    • C03C27/046—Joining glass to metal by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, glass-ceramic or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts of metals, metal oxides or metal salts only

Abstract

本发明属于玻璃金属封接技术领域利用固态焊接的热压封方法,将玻璃和金属封接在一起,达到真空气密的要求。其特征在于焊接是在加热加压的条件下进行的,焊接温度为焊料熔点的0.7—0.9倍,焊接压力在70—300kg/cm2;焊接时间为0.5s—2min之间。焊接采用塑性较好的金属材料,热压封接的优点在于焊接在大气中进行,焊接后不用退火,并可解决金属与玻璃之间因膨胀系数不同而引起的封接应力。用热压封方法封接的玻璃与金属封接面其漏率可小于10-11Torr.L/sec。

Description

玻璃—金属热压封接工艺
本发明属于玻璃—金属封接技术领域。利用固态封接方法的热压封接技术进行真空集热管的玻璃和金属的气密封接。
传统的玻璃—金属封接一般采用火焰封接方法，将被封接的玻璃和金属熔封在一起；该方法要求被封接的玻璃—金属之间的膨胀系数非常匹配(相互差值小于6％)。熔封后的玻璃管需要仔细退火，以消除熔封造成的热应力。这样不仅使工艺过程复杂，而且能源的消耗也很大，生产效率也受到了限制。由于该工艺技术成熟，封接的质量十分可靠，所以尽管工艺本身比较复杂，目前大多数国家的厂家公司(英、荷、日等)一般均采用此种封接方法。就我国目前情况来看，现有的玻管生产厂家所能提供的玻管材料未能找到能够满足与其熔封相匹配的金属材料，如果沿用熔封工艺还需采用过渡封接措施，这样就给封接带来了更大的困难和麻烦。
本发明的目的是利用热压封技术，在较低的温度下，对真空管的玻璃法兰端面与金属盖之间通过一种可塑性较好的金属基焊料进行固态封接，例如：铅、铝、铜及其它们的合金。即在焊接材料保持在固态的状况下通过适当加压，使其封接在一起。这样不仅使工艺大大简化，同时也解决了由于我国生产的玻管材料有膨胀系数与封接金属之间不匹配所造成的困难。
热压封接是属于材料固态焊接技术中的一利特殊的焊接方法。通常是对封接件加热和加压，使其在连接处产生微量的塑性变形，进而发生原子间的相互扩散来实现封接的。温度和压力是决定热压封接的基本参数。为了避免焊接材料在加热过程中的氧化，封接通常是在气体保护条件下或真空炉中进行的。
本发明对封接过程的加压方式进行了重大的改进，当金属焊料例如铅、铝、铜及其合金温度达到焊接熔点0.7-0.9倍刚刚开始软化时，通过气缸迅速向其施加70-300kg/cm2的冲击压力，使焊料迅速变形分解，在其尚未来及氧化时就已形成了气密的封接面，为达到这一目的，加压时间可控制在0.5sec-2min之间。
为了使玻璃管在封接过程中能够耐受300kg/cm2的压力，必须将玻管被封接的端面制成35-65℃的法兰形式。法兰的成形是在玻璃车床中园制而成的，为了形成良好的气密封接法兰，端面应保持平态光滑。为了使法兰本身支承受力合理，法兰的形状是通过用这种方法封接的玻璃与金属，封接面其漏率可以小于10-11Torr.L/sec。
焊接是在加热加压的条件下进行的，因而焊接温度只为焊料熔点的0.7-0.9倍，此温度低于玻璃的应变温度，焊接时直接在大气中进行，焊接后不用退火，解决了金属与玻璃之间因膨胀系数不同而引起的封接应力。
实施例1
1.Fe-Ni膨胀合金端盖
2.Φ1.5铅基焊料
3.玻管法兰
BTZ-2型热管式法兰真空管集热器。
将Φ100玻管的一端烧至成45°法兰，玻璃膨胀系数为3.6×10-6，法兰端面和金属端盖表面分别清洁去油，中间夹置Φ1.5环状铅焊料，将封接部分加热到300℃时向端面施加1800kg的冲击压力，冲击时间为0.5s，得到的封接面其漏率可小于1×10-11Torr.L/sec。
实施例2
BTZ-2型热管式法兰真空管集热器。
将Φ100玻璃管的一端烧至成45°法兰，玻璃膨胀系数为3.3×10-6，法兰端面和Fe-Ni膨胀合金端盖表面分别清洁去油，中间夹置Φ1.5环状铝焊料，将封接部分加热到600℃±10℃时向端面施加150-200kg/cm2的冲击压力，冲击时间为0.5-1sec，得到的封接面其漏率可小于1×10-11Torr.L/sec。
实施例3
BTZ-2型热管式法兰真空管集热器。
将Φ100玻璃管的一端烧至成65°法兰，玻璃膨胀系数为3.8×10-6，法兰端面和可伐膨胀合金端盖表面分别清洁去油，中间夹置Φ1.5环状铜焊料，将封接部分加热至铜熔点的0.7倍时，向端面施加300kg/cm2的冲击压力，冲击时间为2min，得到的封接面其漏率可小于1×10-11Torr.L/sec。
实施例4
BTZ-2型热管式法兰真空管集热器。
将Φ100玻璃管的一端烧至成30°法兰，玻璃膨胀系数为4.0×10-6，法兰端面和可伐膨胀合金端盖表面分别清洁去油，中间夹置Φ1.5环状铝、铜合金焊料，将封接部分加热至铝、铜合金熔点的0.8倍时，向端面施加70kg/cm2的冲击压力，冲击时间为1.5min，得到的封接面其漏率可小于1×10-11Torr.L/sec。

Claims (2)

1.一种玻璃—金属热压封接工艺，其特征在于：(1)采用可塑性金属及其合金为封接材料，封接温度为其熔点的0.7-0.9倍；(2)封接时对焊料进行冲击加压，压力为70-300kg/cm2，时间为0.5s-2min；(3)加压采用法兰直接支承受力方式，法兰的形状采用30-65°；(4)玻璃的膨胀系数为3.3-4.0×10-6；(5)端盖采用Fe-Ni或可伐等膨胀合金；
2.根据权利要求1所述的一种玻璃—金属热压封接工艺，其特征在于：(1)采用铝为封接材料，封接温度为600℃±10℃；(2)封接压力为150kg-200kg/cm2；(3)加压时间为0.5-1sec；(4)法兰角度45°。
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