[发明专利]一种金属与玻璃不匹配封接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属与玻璃不匹配封接技术领域，尤其涉及一种适用于中高温太阳能真空集热管用金属-玻璃封接方法。

背景技术

可伐合金（也称铁镍钴合金）由于能够与高硅硼玻璃形成紧密的化学结合，被广泛应用于气密性要求比较高的电真空行业。其中可伐合金与DM305玻璃或DM308玻璃等的结合属于匹配封接，主要应用于微电子金属封装、继电器、接插件等领域。

可伐合金与Pyrex玻璃的结合属于不匹配封接，一般应用于中高温太阳能真空集热管，是用于开发太阳能空调、海水淡化和槽式太阳能热发电的基础部件。由于Pyrex玻璃与可伐合金膨胀系数存在差异，在使用过程中经常引起玻璃管开裂，因而被称为制约中高温太阳能利用的三大关键技术难题之一。

目前常见的解决Pyrex玻璃与可伐合金不匹配封接的做法有很多，一种做法是在真空集热管的玻璃封接件和金属封接件之间涂上低熔焊料玻璃粉浆，将玻璃封接件和金属封接件密封封接在一起。但该方法最大的问题在于涂覆低熔焊料浓度不可控，且厚度不可能太厚，最终导致封接件中的玻璃仍然会开裂。而且，采用涂覆的方法，也不适合于大规模生产。

另一种做法是将低熔点焊丝放在金属端盖与玻璃法兰封接面之间一同加热，使焊丝在金属与玻璃封接面之间固化，达到气密封接的效果。但实验证明该封接方法最大的问题是在高温下不能长期维持真空，产品的质量得不到保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服传统的Pyrex玻璃与可伐合金不匹配封接方法的封接质量差、不适合大规模生产、质量不稳定的缺陷，提供一种封接质量好、适合大规模生产、质量稳定的金属与玻璃不匹配封接的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种金属与玻璃不匹配封接的方法，其包括如下步骤：

步骤1：将欲封接的可伐合金在1000℃ , 露点20℃的N₂ 中氧化3分钟；

步骤2：利用硅硼硬玻璃为原料，采用压坯机制备与可伐合金待封接部位形状一致且具有一定厚度的玻璃生坯，该玻璃生坯作为玻璃过渡层；

步骤3：将制得的玻璃生坯置于可伐合金待封接部位，在400～750℃的惰性气氛中热处理1～30 min，得到玻璃覆盖的可伐合金；

步骤4：将Pyrex玻璃置于玻璃覆盖的可伐合金表面，在800～1050℃的N₂+0.2%H₂弱还原气氛中保温5～60 min，然后以5～15℃/min的速率缓慢冷却至250～200℃，最后随炉冷却至室温。

上述技术方案的进一步限定在于，步骤2中，使用DM305、DM308、BH-G/K或Elan19玻璃制备玻璃生坯，作为玻璃过渡层。

上述技术方案的进一步限定在于，步骤2中，用DM305、DM308、BH-G/K或Elan19玻璃粉制备玻璃生坯。

上述技术方案的进一步限定在于，步骤2中，制备DM305、DM308、BH-G/K或Elan19玻璃生坯的厚度为1～5 mm。

上述技术方案的进一步限定在于，惰性气氛为高纯氮气和高纯氩气。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明金属与玻璃不匹配封接的方法，实现了Pyrex玻璃与可伐合金的结合，得到的封接件气密性高，且封接件的Pyrex玻璃不会产生裂纹。

本发明可用于中高温太阳能真空集热管用金属与玻璃的封接，封接件的气密性好、结合强度高、玻璃不开裂且产品的一致性好。

本发明通过在Pyrex玻璃和可伐合金之间植入DM305、DM308、BH-G/K和Elan19等玻璃坯，来改善由于膨胀系数不匹配引起的开裂，不仅从源头上解决Pyrex玻璃开裂的问题，而且适用于大规模生产，封接件可以适用于高温环境而不失效，可广泛应用于槽式太阳能真空集热管等中高温太阳能真空集热管领域。

具体实施方式

本发明提出一种金属与玻璃不匹配封接的方法，所述金属为可伐合金，所述玻璃为Pyrex玻璃，该封接方法包括以下步骤：

步骤1：将欲封接的可伐合金在1000℃ , 露点20℃的N₂ 中氧化3分钟；

步骤2：利用DM305、DM308、BH-G/K或Elan19等硅硼硬玻璃为原料，作为玻璃过渡层，采用压坯机制备与可伐合金待封接部位形状一致且具有一定厚度的玻璃生坯；