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一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510672728.3

申請日:

2015.10.16

公開號:

CN105254191A

公開日:

2016.01.20

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C03C 27/00申請日:20151016|||公開
IPC分類號: C03C27/00; F24J2/46 主分類號: C03C27/00
申請人: 北京有色金屬研究總院
發明人: 李世杰; 郝雷; 杜淼; 于慶河; 米菁; 張子楠; 楊海齡; 王笑靜; 余航; 趙旭山
地址: 100088北京市西城區新街口外大街2號
優先權:
專利代理機構: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246 代理人: 黃家俊
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510672728.3

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.26|||2016.02.17|||2016.01.20

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了屬于玻璃與金屬封接技術領域的一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方法。所述封接方法采用在室溫至450℃溫度區間膨脹系數相差不超過15%的可伐合金和玻璃管,利用膨脹系數介于二者之間的玻璃粉作為過渡材料,實現玻璃與金屬的密封封接。所述封接方法具有較高的機械強度和可靠性,且操作方式簡單,可實現可伐與玻璃批量化封接;成本低廉,適用于中溫太陽能真空集熱管領域。

權利要求書

1.一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方法,其特征在于,采用
在室溫至450℃溫度區間膨脹系數相差不超過15%的可伐合金和玻璃管,
利用膨脹系數介于二者之間的玻璃粉作為過渡材料,實現玻璃與金屬的密
封封接;
所述封接方法的具體步驟為:
(1)將可伐合金加工成帶凹槽的可伐合金環,并進行燒氫和預氧化處
理;
(2)將松油醇或乙基纖維素中的一種或兩種與玻璃粉混合制成玻璃粉
漿料,用玻璃粉漿料填滿水平放置的可伐合金環凹槽,并加熱至150-300℃
進行排蠟;
(3)將玻璃管呈豎直狀放入水平放置的可伐合金環凹槽中,保證二者
接觸緊密;在惰性氣氛保護下,采用高頻感應加熱方式或者在氣氛爐中將
樣品加熱至400-650℃,保溫10-60min;
(4)退火冷卻完成密封封接,退火時間維持在20-40min,退火溫度
維持在400-500℃。
2.根據權利要求1所述的一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方
法,其特征在于,所述的可伐合金環由可伐合金環部件Ⅰ(1)與可伐合金
環部件Ⅱ(2)通過激光焊接而成。
3.根據權利要求1所述的一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方
法,其特征在于,所述的玻璃管材質為3.3高硼硅玻璃,外徑厚度為
120-150mm,厚度為3.0-4.0mm。
4.根據權利要求1所述的一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方
法,其特征在于,所述玻璃粉漿料中,玻璃粉的體積百分比為33%-50%。
5.根據權利要求1所述的一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方
法,所述的惰性氣氛為高純氮氣或高純氬氣。

說明書

一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方法

技術領域

本發明屬于玻璃與金屬封接技術領域,特別涉及一種中溫太陽能真空
集熱管玻璃金屬封接方法。

背景技術

中溫太陽能真空集熱管由帶有選擇性吸收涂層的不銹鋼中央管和外層
玻璃套管組成,是太陽能中溫集熱系統的核心組件,其可靠性和光學性能
很大程度上決定了整個集熱系統的效率。為了保護選擇性吸收涂層和降低
集熱管熱損,需要將中央管和玻璃套管之間抽真空,并且集熱管使用壽命
要求長達20年之久,這就對玻璃金屬封接質量提出了很高的要求。

傳統玻璃-金屬封接工藝采用火焰封接的方法,該方法一般要求金屬與
玻璃膨脹系數非常匹配(誤差小于6%),封接工藝難度較大,并且所使用
的玻璃透光率、化學穩定性等多方面性能均低于高硼硅硬質玻璃;火焰封
接的另一條路線是采用膨脹系數非匹配的玻璃和金屬,但金屬需減薄至
0.1mm以下才能釋放封接應力,這種封接方法由于金屬厚度太薄,會導致
封接件機械強度大大降低,可靠性尚需進一步驗證。

除了火焰封接方法,專利CN1262248A提出了一種玻璃金屬熱壓封接工
藝,即利用固態焊接的熱壓封方法將玻璃和金屬封接在一起,達到真空氣
密的要求。其特征在于焊接是在加熱加壓的條件下進行的,焊接溫度一般
為焊料熔點的0.7-0.9倍。該方法于低使用的焊料主要是鉛,最高使用溫
度低于200℃,所以鉛熱壓封接的真空集熱管只能應用溫光熱利用領域。
熱壓封接技術后期嘗試了鋁作為焊料,但封接后殘余應力較大,成品率比
較低。

另外市場上還存在一種采用多節玻璃過渡的方法來實現玻璃與金屬的
封接,金屬材料一般為4J29可伐,第一節玻璃與可伐匹配封接,剩余玻璃
膨脹系數依次降低,經過三節過渡后最終與硬質高硼硅玻璃封接。該封接
方法工藝相對比較復雜,且過渡玻璃供貨稀缺,成本較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方
法。

為實現上述目的,本發明采取的技術方案為:

一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方法,采用在室溫至450℃
溫度區間膨脹系數相差不超過15%的可伐合金和玻璃管,利用膨脹系數介
于二者之間的玻璃粉作為過渡材料,實現玻璃與金屬的密封封接;

所述封接方法的具體步驟為:

(1)將可伐合金加工成帶凹槽的可伐合金環,并進行燒氫和預氧化處
理;

(2)將松油醇或乙基纖維素中的一種或兩種與玻璃粉混合制成玻璃粉
漿料,用玻璃粉漿料填滿水平放置的可伐合金環凹槽,并加熱至150-300℃
進行排蠟;

(3)將玻璃管呈豎直狀放入水平放置的可伐合金環凹槽中,保證二者
接觸緊密,在惰性氣氛保護下,采用高頻感應加熱的方式或者在氣氛爐中
將樣品加熱至400-650℃,保溫10-60min。

(4)退火冷卻完成密封封接,退火時間維持在20-40min,退火溫度
維持在400-500℃。

所述的可伐合金環由可伐合金環部件Ⅰ1與可伐合金環部件Ⅱ2通過
激光焊接而成。

所述的玻璃管材質為3.3高硼硅玻璃。

所述的松油醇或乙基纖維素中的一種或兩種與玻璃粉混合的體積比為
2:1-1:1。

所述的惰性氣氛為高純氮氣或高純氬氣。

所述的中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方法制成的封接結構與不
銹鋼中央管和波紋管構成的真空太陽能集熱管的密封性良好,使用壽命長
久。

本發明提供的一種中溫太陽能真空集熱管玻璃金屬封接方法,具有較
高的機械強度和可靠性,使用溫度可達400℃。該方法使用硬質高硼硅玻
璃,保留了高硼硅玻璃在透光率、化學穩定性等性能上的優勢;設計了獨
特的可伐結構及玻璃粉填料方法;可伐封接前進行了燒氫和預氧化處理,
最大限度提高了可伐與玻璃的封接質量。

附圖說明

圖1為一種中溫太陽能真空集熱管封接結構示意圖。其中,1為可伐
合金環部件Ⅰ;2為可伐合金環部件Ⅱ;3為過渡材料;4為玻璃管;5為
不銹鋼中央管;6為波紋管。

具體實施方式

下面參照附圖并結合實施例對本發明做進一步的描述。

實施例1:

(1)將可伐合金環部件Ⅰ與可伐合金環部件Ⅱ通過激光焊接加工成帶
凹槽的可伐合金環,并進行燒氫和預氧化處理;玻璃管材質為3.3高硼硅
玻璃,外徑為125mm,厚度為3.0mm。

(2)將玻璃粉與松油醇按體積比2:1混合制成玻璃粉漿料,用玻璃粉
漿料填滿水平放置的可伐合金環凹槽,并加熱至240℃進行排蠟,排蠟時
間為30min;

(3)將玻璃管呈豎直狀放入水平放置的可伐合金環凹槽中,保證二者
接觸緊密,在氮氣氣氛保護下,采用高頻感應加熱的方式將樣品加熱至
560℃,保溫15min。

(4)420℃保溫30min退火,完成密封封接。

實施例2:

(1)將可伐合金環部件Ⅰ與可伐合金環部件Ⅱ通過激光焊接加工成帶
凹槽的可伐合金環,并進行燒氫和預氧化處理;玻璃管材質為3.3高硼硅
玻璃,外徑為140mm,厚度為3.3mm。

(2)將玻璃粉與乙基纖維素按體積比3:2混合制成玻璃粉漿料,用玻
璃粉漿料填滿水平放置的可伐合金環凹槽,并加熱至260℃進行排蠟,排
蠟時間為30min;

(3)將玻璃管呈豎直狀放入水平放置的可伐合金環凹槽中,保證二者
接觸緊密,在氬氣氣氛保護下,在氣氛爐中將樣品加熱至620℃,保溫
30min。

(4)470℃保溫30min退火,完成密封封接。

關 鍵 詞:
一種 太陽能 空集 熱管 玻璃 金屬 方法
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