一種金屬與玻璃不匹配封接的方法

2023-07-20 06:45:06 5

專利名稱：一種金屬與玻璃不匹配封接的方法
技術領域：
本發明涉及金屬與玻璃不匹配封接技術領域，尤其涉及一種適用於中高溫太陽能真空集熱管用金屬-玻璃封接方法。
背景技術：
可伐合金(也稱鐵鎳鈷合金)由於能夠與高矽硼玻璃形成緊密的化學結合，被廣泛應用於氣密性要求比較高的電真空行業。其中可伐合金與DM305玻璃或DM308玻璃等的結合屬於匹配封接，主要應用於微電子金屬封裝、繼電器、接插件等領域。可伐合金與Pyrex玻璃的結合屬於不匹配封接，一般應用於中高溫太陽能真空集熱管，是用於開發太陽能空調、海水淡化和槽式太陽能熱發電的基礎部件。由於Pyrex玻璃與可伐合金膨脹係數存在差異，在使用過程中經常引起玻璃管開裂，因而被稱為制約中高溫太陽能利用的三大關鍵技術難題之一。目前常見的解決Pyrex玻璃與可伐合金不匹配封接的做法有很多，一種做法是在真空集熱管的玻璃封接件和金屬封接件之間塗上低熔焊料玻璃粉漿，將玻璃封接件和金屬封接件密封封接在一起。但該方法最大的問題在於塗覆低熔焊料濃度不可控，且厚度不可能太厚，最終導致封接件中的玻璃仍然會開裂。而且，採用塗覆的方法，也不適合於大規模生產。另一種做法是將低熔點焊絲放在金屬端蓋與玻璃法蘭封接面之間一同加熱，使焊絲在金屬與玻璃封接面之間固化，達到氣密封接的效果。但實驗證明該封接方法最大的問題是在高溫下不能長期維持真空，產品的質量得不到保證。

發明內容
本發明要解決的技術問題是克服傳統的Pyrex玻璃與可伐合金不匹配封接方法的封接質量差、不適合大規模生產、質量不穩定的缺陷，提供一種封接質量好、適合大規模生產、質量穩定的金屬與玻璃不匹配封接的方法。為了解決上述技術問題，本發明提出以下技術方案一種金屬與玻璃不匹配封接的方法，其包括如下步驟
步驟1 將欲封接的可伐合金在1000°C，露點201的隊中氧化3分鐘； 步驟2 利用矽硼硬玻璃為原料，採用壓坯機製備與可伐合金待封接部位形狀一致且具有一定厚度的玻璃生坯，該玻璃生坯作為玻璃過渡層；
步驟3 將製得的玻璃生坯置於可伐合金待封接部位，在400 750°C的惰性氣氛中熱處理1 30 min，得到玻璃覆蓋的可伐合金；
步驟4 將Pyrex玻璃置於玻璃覆蓋的可伐合金表面，在800 1050°C的隊+O. 2% 弱還原氣氛中保溫5 60 min，然後以5 15°C /min的速率緩慢冷卻至250 200°C，最後隨爐冷卻至室溫。上述技術方案的進一步限定在於，步驟2中，使用DM305、DM308、BH-G/K或Elanl9玻璃製備玻璃生坯，作為玻璃過渡層。上述技術方案的進一步限定在於，步驟2中，用DM305、DM308、BH-G/K或Elanl9玻璃粉製備玻璃生坯。上述技術方案的進一步限定在於，步驟2中，製備DM305、DM308、BH-G/K或Elanl9 玻璃生坯的厚度為1 5 mm。上述技術方案的進一步限定在於，惰性氣氛為高純氮氣和高純氬氣。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果
本發明金屬與玻璃不匹配封接的方法，實現了 Pyrex玻璃與可伐合金的結合，得到的封接件氣密性高，且封接件的Pyrex玻璃不會產生裂紋。本發明可用於中高溫太陽能真空集熱管用金屬與玻璃的封接，封接件的氣密性好、結合強度高、玻璃不開裂且產品的一致性好。本發明通過在Pyrex玻璃和可伐合金之間植入DM305、DM308、BH_G/K和Elanl9等玻璃坯，來改善由於膨脹係數不匹配引起的開裂，不僅從源頭上解決Pyrex玻璃開裂的問題，而且適用於大規模生產，封接件可以適用於高溫環境而不失效，可廣泛應用於槽式太陽能真空集熱管等中高溫太陽能真空集熱管領域。
具體實施例方式本發明提出一種金屬與玻璃不匹配封接的方法，所述金屬為可伐合金，所述玻璃為Pyrex玻璃，該封接方法包括以下步驟
步驟1 將欲封接的可伐合金在1000°C，露點201的隊中氧化3分鐘； 步驟2 利用DM305、DM308、BH-G/K或Elanl9等矽硼硬玻璃為原料，作為玻璃過渡層， 採用壓坯機製備與可伐合金待封接部位形狀一致且具有一定厚度的玻璃生坯；
步驟2中，使用DM305、DM308、BH-G/K或Elanl9玻璃製備玻璃生坯，作為玻璃過渡層， 或者需要將DM305、DM308、BH-G/K或Elanl9玻璃粉製備玻璃生坯。步驟2中，製備DM305、DM308、BH-G/K或Elanl9玻璃生坯的厚度為1 5 mm。步驟3 將製得的玻璃生坯置於可伐合金待封接部位，在400 750°C的惰性氣氛中熱處理1 30 min，得到玻璃覆蓋的可伐合金；
上述惰性氣氛為高純氮氣和高純氬氣。步驟4 將Pyrex玻璃置於玻璃覆蓋的可伐合金表面，在800 10501的隊+0. 2% 弱還原氣氛中保溫5 60 min，然後以5 15°C /min的速率緩慢冷卻至250 200°C，最後隨爐冷卻至室溫。在實施步驟4時，需要使用可以控制氣氛的管式加熱爐、箱式爐或者真空爐，採用的弱還原氣氛可由惰性氣氛加還原氣氛(如氮加氫)實現。實施例1
將欲封接的可伐合金(中國商業牌號為GB 4J29)在1000°C的^+H2O 二元氣氛中氧化 5min ；
採用DM308玻璃壓制厚度為5mm且與可伐合金待封接部位形狀一致的生坯，並在690°C 的高純N2中熱處理IOmin ；
將Pyrex玻璃(中國商業牌號為BJTY或者GG-17)置於DM308玻璃覆蓋的可伐合金表面，在1000°C的N2+0. 2% 中熱處理30min，然後以6°C /min的降溫速率至200°C，而後隨爐
冷卻至室溫。上述Pyrex玻璃主要成為是SW2和B2O3，熱膨脹係數為3. 3X 10_6/°C。這樣得到的封接件不但外表美觀，且Pyrex玻璃不會開裂。實施例2 - 6的實施方式與實施例1相同，實施例廣6的各種參數如表1所示。表1各個實施例採用的參數
權利要求
1.一種金屬與玻璃不匹配封接的方法，其特徵在於，其包括如下步驟步驟1 將欲封接的可伐合金在1000°c，露點201的隊中氧化3分鐘；步驟2 利用矽硼硬玻璃為原料，採用壓坯機製備與可伐合金待封接部位形狀一致且具有一定厚度的玻璃生坯，該玻璃生坯作為玻璃過渡層；步驟3 將製得的玻璃生坯置於可伐合金待封接部位，在400 750°C的惰性氣氛中熱處理1 30 min，得到玻璃覆蓋的可伐合金；步驟4 將Pyrex玻璃置於玻璃覆蓋的可伐合金表面，在800 1050°C的隊+O. 2% 弱還原氣氛中保溫5 60 min，然後以5 15°C /min的速率緩慢冷卻至250 200°C，最後隨爐冷卻至室溫。
2.根據權利要求1所述的金屬與玻璃不匹配封接的方法，其特徵在於，步驟2中，使用 DM305、DM308、BH-G/K或Elanl9玻璃製備玻璃生坯，作為玻璃過渡層。
3.根據權利要求1所述的金屬與玻璃不匹配封接的方法，其特徵在於，步驟2中，用 DM305、DM308、BH-G/K或Elanl9玻璃粉製備玻璃生坯。
4.根據權利要求1所述的金屬與玻璃不匹配封接的方法，其特徵在於，步驟2中，製備 DM305、DM308、BH-G/K或Elanl9玻璃生坯的厚度為1 5 mm。
5.根據權利要求1所述的封接方法，其特徵在於，步驟3中，惰性氣氛為高純氮氣和高純氬氣。
全文摘要
一種金屬與玻璃不匹配封接的方法，其包括如下步驟步驟1將欲封接的可伐合金在1000℃,露點20℃的N2中氧化3分鐘；步驟2利用矽硼硬玻璃為原料，採用壓坯機製備與可伐合金待封接部位形狀一致且具有一定厚度的玻璃生坯，該玻璃生坯作為玻璃過渡層；步驟3將製得的玻璃生坯置於可伐合金待封接部位，在400～750℃的惰性氣氛中熱處理1～30min，得到玻璃覆蓋的可伐合金；步驟4將Pyrex玻璃置於玻璃覆蓋的可伐合金表面，在800～1050℃的N2+0.2%H2弱還原氣氛中保溫5～60min，然後以5～15℃/min的速率緩慢冷卻至250～200℃，最後隨爐冷卻至室溫。本發明廣泛應用於中高溫太陽能真空集熱管領域。產品的氣密性好、結合強度高、玻璃不開裂且產品的可操作性強。
文檔編號C03C27/00GK102515571SQ201110450569
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者羅大為 申請人:深圳職業技術學院