一種中高溫太陽能真空集熱管用金屬與玻璃封接的方法技術

一種中高溫太陽能真空集熱管用金屬與玻璃封接的方法，該集熱管包括一金屬內管、一玻璃外管，該封接方法包括以下步驟：步驟1：在玻璃外管的端面制作一個玻璃法蘭或者玻璃凸緣；步驟2：沿著玻璃外管圓周的方向，在玻璃法蘭或者玻璃凸緣的中心部分開一個凹槽環；步驟3：取一可伐合金管，將其一端首先在1000℃、露點20℃的N2中氧化1-6min，然后在氧化部位涂覆玻璃粉，在惰性氣氛中熱處理10～30min，得到一端玻璃化的可伐合金管；步驟4：將可伐合金管與玻璃外管的凹槽環封接在一起，可伐合金管的另外一端與金屬內管焊接起來；步驟5：退火冷卻，消除應力。本發明專利技術封接件的氣密性好、結合強度高、玻璃不開裂、產品的一致性好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種金屬與玻璃封接
，尤其涉及一種適用于中高溫太陽能真空集熱管用金屬與玻璃封接方法。
技術介紹
中高溫太陽能集熱管是新一代的太陽能產品，是主要用于開發太陽能空調、海水淡化和槽式太陽能熱發電的基礎部件。目前，世界上只有少數幾家企業可生產中高溫真空集熱管。中高溫太陽能集熱管的生產中主要存在三大關鍵技術難題，分別為玻璃管與金屬管封接技術、高溫選擇性涂層技術和真空技術。中高溫太陽能集熱管是一根表面帶有選擇性吸收涂層的金屬管，外套一根同心玻璃管。金屬管一般采用不銹鋼材料，而玻璃管一般采用Pyrex玻璃制造。玻璃管和金屬管夾層內要求抽真空以保護金屬管表面的選擇性吸收涂層，同時降低集熱損失，這就要求集熱管的金屬與玻璃封接口在高溫環境下保持良好的工作狀態。因此，玻璃管與金屬管的封接質量就成了中高溫太陽能真空集熱管封接的關鍵問題。目前國內外有如下幾種常 見的做法: 一是焊料封接，采用低熔點、低膨脹系數的焊料玻璃將玻璃和金屬粘接在一起，然后放進爐中加熱。該方法工藝簡單，成本低廉，但大量結果表明該方法封接的真空管在高溫下壽命急劇縮短。二是熱壓封接，目前國內大都采用熱壓封接技術，主要使用鉛基、鋁基或銅基合金的低熔點焊絲或焊料等。先將玻璃端面制成法蘭形式，然后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，當溫度接近焊絲熔點時，迅速向其施加沖擊壓力，使焊絲表面氧化膜迅速破裂，擠出金屬液，在金屬與玻璃封接面之間固化。該方法大大簡化了工藝過程和封接設備，但由于焊料的熔點較低，相應集熱管的真空排氣溫度也隨之降低，從而無法徹底排氣，使集熱管材料在使用過程中不斷放氣，影響真空度。三是過渡封接，采用一個或一個以上的過渡玻璃接頭進行過渡封接，依次相封接的硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金的膨脹系數逐漸增大。最后對封接后的硬質玻璃、過渡玻璃接頭、可伐合金進行去應力退火。該方法可以從一定程度上緩解膨脹系數不匹配的問題，但是制作工藝比較復雜，而且操作性相對較差。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題在于:克服目前中高溫太陽能真空集熱管用金屬與玻璃封接時集熱管壽命短甚至玻璃管容易開裂的問題，提供一種封接強度高、適合大規模生產、可靠性高的金屬與玻璃封接的工藝方法。為了解決上述技術問題，本專利技術提出以下技術方案:，該中高溫太陽能真空集熱管包括一金屬內管、一套設在該金屬內管外部的玻璃外管，該封接方法包括以下步驟:步驟1:在玻璃外管的端面制作一個玻璃法蘭或者玻璃凸緣； 步驟2:沿著玻璃外管圓周的方向，在玻璃法蘭或者玻璃凸緣的中心部分開一個凹槽環； 步驟3:取一可伐合金管，將其一端首先在1000°C、露點20°〇的隊中氧化1-6 min，然后在氧化部位涂覆一層玻璃粉，隨后在惰性氣氛中熱處理10 30 min，得到一端玻璃化的可伐合金管； 步驟4:用玻璃化的可伐合金管過渡連接金屬內管和玻璃外管，玻璃化的可伐合金管的一端置于所述的凹槽環中，然后采用高頻封接或者火焰封接的方法將可伐合金管與玻璃外管的凹槽環封接在一起，可伐合金管的另外一端與金屬內管焊接起來； 步驟5:退火冷卻，消除應力。上述技術方案的進一步限定在于，所述金屬內管的材料為不銹鋼，所述玻璃外管的材料為Pyrex玻璃。上述技術方案的進一步限定在于，所述玻璃法蘭或者玻璃凸緣的厚度為7 mm。上述技術方案的進一步限定在于，所述凹槽環的寬度為4 mm，深度為6 mm。上述技術方案的進一步限定在于，所述可伐合金管的一端的外徑大且厚度為3臟，另外一端的外徑小，外徑大的一端在1000°C、露點20°C的N2中氧化。上述技術方案的 進一步限定在于，步驟3中的玻璃粉可以是DM308玻璃粉、DM305玻璃粉、BH-G/K玻璃粉或Elanl9玻璃粉。上述技術方案的進一步限定在于，步驟3中，惰性氣氛為高純氮氣和高純氬氣。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果: 本專利技術可用于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、產品的一致性好，而且操作方便，適用于大規模生產。本專利技術通過在玻璃外管制作一個玻璃法蘭，然后在法蘭中心部分開啟一個凹槽環，通過可伐合金管分別與不銹鋼內管和玻璃外管連接。對于可伐合金管與不銹鋼內管的連接是通過焊接的方式進行的，結合強度高；對于可伐合金管與玻璃外管的連接，雖然兩者之間由于膨脹系數差異較大，但由于可伐合金管較薄，存在一定的塑性，能夠通過自身的變形消除封接應力，而玻璃外管較厚也不至于開裂。附圖說明圖1本專利技術的玻璃法蘭端面示意圖。圖2本專利技術的封接結構剖面示意圖。具體實施例方式請參閱圖1和圖2，本專利技術提出，該中高溫太陽能真空集熱管包括一金屬內管1、一套設在該金屬內管I外部的玻璃外管2，該封接方法包括以下步驟: 步驟1:在玻璃外管2的端面制作一個玻璃法蘭22 ； 步驟2:沿著玻璃外管2圓周的方向，在玻璃法蘭22中心部分開一個凹槽環222 ； 步驟3:取一可伐合金管3，將其一端首先在1000°C、露點20°C的N2中氧化1_6 min,然后在氧化部位涂覆薄薄一層玻璃粉，隨后在惰性氣氛(惰性氣氛為高純氮氣和高純氬氣)中熱處理10 30 min，得到一端玻璃化的可伐合金管3 ； 步驟3中的玻璃粉可以是DM308玻璃粉、DM305玻璃粉、BH-G/K玻璃粉或Elanl9玻璃粉。惰性氣氛為高純氮氣和高純氬氣。步驟4:用玻璃化的可伐合金管3過渡連接金屬內管I和玻璃外管2，玻璃化的可伐合金管3的一端置于步驟2所述的凹槽環222中，然后采用火焰封接的方法將可伐合金管3與玻璃外管2的凹槽環222封接在一起，可伐合金管3的另外一端與金屬內管I焊接起來； 步驟5:退火冷卻，消除應力。 上述玻璃外管2的材料為Pyrex玻璃(主要成為是SiO2和B2O3,熱膨脹系數為3.3X10_6/°C)，所述金屬內管I的材料為不銹鋼。 實施例1 加熱玻璃外管2的端面，同時給予一定的壓力，將玻璃外管2的端面制作一個玻璃法蘭22，玻璃法蘭22的厚度為7 mm ;如圖1所示，沿著圓周的方向，在玻璃法蘭22中心部分開一個凹槽環222，凹槽環222的寬度為4 mm,深度為6 mm。加工一可伐合金管3,使其一端的外徑相對較大,且厚度為3 mm,另外一端的外徑相對較小。對外徑相對較大的一端首先在1000°C、露點201:的隊中氧化3 min，然后在氧化部位涂覆一層DM308玻璃粉，隨后在惰性氣氛(惰性氣氛為高純氮氣和高純氬氣)中熱處理15 min，得到一端玻璃化的可伐合金管3。如圖2所示，用可伐合金管3過渡連接金屬內管I和玻璃外管2，玻璃化的可伐合金管3的一端置于玻璃外管2的凹槽環222中，然后采用火焰封接的方法將可伐合金管3與凹槽環222封接在一起，可伐合金管3的另外一端與金屬內管I焊接起來。對得到的產品退火冷卻，以消除應力。這樣得到的產品不但可靠性高，且一致性也很好。本專利技術具有如下有益效果: 1、本專利技術可用于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，產品的一致性好，而且操作方便，適用于大規模生產。2、本專利技術通過在玻璃外管2制作一個玻璃法蘭22，然后在玻璃法蘭22的中心部分開啟一個凹槽環222，通過可伐合金管3分別與不銹鋼的金本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種中高溫太陽能真空集熱管用金屬與玻璃封接的方法，該中高溫太陽能真空集熱管包括一金屬內管、一套設在該金屬內管外部的玻璃外管，其特征在于，該封接方法包括以下步驟：步驟1：在玻璃外管的端面制作一個玻璃法蘭或者玻璃凸緣；步驟2：沿著玻璃外管圓周的方向，在玻璃法蘭或者玻璃凸緣的中心部分開一個凹槽環；步驟3：取一可伐合金管，將其一端首先在1000℃、?露點20℃的N2?中氧化1?6?min，然后在氧化部位涂覆一層玻璃粉，隨后在惰性氣氛中熱處理10～30?min，得到一端玻璃化的可伐合金管；步驟4：用玻璃化的可伐合金管過渡連接金屬內管和玻璃外管，玻璃化的可伐合金管的一端置于所述的凹槽環中，然后采用高頻封接或者火焰封接的方法將可伐合金管與玻璃外管的凹槽環封接在一起，可伐合金管的另外一端與金屬內管焊接起來；步驟5：退火冷卻，消除應力。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅大為，
申請(專利權)人：深圳職業技術學院，
類型：發明
國別省市：