[发明专利]可激光焊接的复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种本发明涉及一种尤其是用于太阳能收集器元件的可激光焊接的复合材料，所述复合材料包括带状的、由对激光射线具有高反射性能（）的金属制成的基体（），所述基体具有第一面和第二面，其中，至少在第一面上具有陶瓷涂层。

背景技术

欧洲专利申请文件EP 2 239 086A1公开过这样一种复合材料。在该专利申请文件中记述了一种将复合材料与一工件利用激光焊接到一起的公知方法，该方法尤其用来制造太阳能收集器元件，其中，所述复合材料包括采用对激光射线具有高反射性能的金属制成的带状基体，该带状基体具有第一面和第二面，且至少在第一面上具有陶瓷涂层，此外，为制成焊缝，需将激光束至少投射到所述基体的配置有陶瓷涂层的第一面上，而且激光束的定向角需呈锐角形式。另外，该专利申请文件还记述了一种用在此种方法中的可激光焊接的复合材料。相对于在EP 2 239 086A1所援引并推崇的EP 1 217 315B1、US 300 591B1、DE 38 27 297A1以及US 4 023 005中已公开的方法，为了在保持复合材料高功能性且制造成本尽可能节省的情况下，提升焊接工艺的效率，在EP 2 239 086A1中是这样设计的，即，陶瓷涂层的厚度在140nm至210nm的范围内，而且激光束需以大小在2°至50°的定向角入射，从而使激光束的入射能量中至少有15%能够被吸收。

这里需要注意的是，与激光焊接时发生在复合材料的表面上的现象一样，当光线照射到一个物体上，入射的光线会被分成反射部分、吸收部分与透射部分。为此，不仅在复合材料的第一面上，而且在第二面上均有该复合材料特有的反射率（Reflexionsgrad）（反射能力）、吸收率（Absorptionsgrad）（吸收能力）和透射率（Transmissionsgrad）（透射能力）。反射能力、吸收能力与透射能力是光学特性，对于同种材料而言，这些光学特性会根据入射光线波长的不同（例如紫外光区、可见光区、红外光区以及热辐射区）而具有不同的值。为确保能量的高效利用，对于此种材料而言，在激光射线的波长范围（典型的是1.06μm，更精确地说，1064nm）内，要求第一面上具有最大的吸收率。如果该复合材料的透射率为零，那么其反射率与吸收率之和将是100%。因此，EP 2 239 086A1中公开的复合材料的第一面上的反射率最小为85%。

这样，与其它的同类方法相比，激光焊接方法已达到了较高的效率，不过该效率尚有提高的空间。对于目前实际采用的几乎所有应用CO₂激光系统和Nd:YAG激光系统的方法（EP 2 239 086A1中也描述了这一方法）来说，其激光束的典型波长为1.06μm，在这一波长下，市面上的未经加工的铝以及为太阳能吸收器所用的经过钝化的铝仅会反射入射激光能量的大约90%。

发明内容

本发明的基本目的在于提供一种本文开头所述类型的复合材料，特别是用于太阳能收集器元件的复合材料，在利用激光对此种复合材料进行焊接时，此种复合材料在具有更好的功能性和尽可能低的生产成本的同时，确保能够进一步提高生产工艺的效率。

根据本发明，这一目的是这样实现的：从基体出发看去，在陶瓷涂层上具有金属层，而且对陶瓷涂层的厚度和金属层的厚度的大小进行设计，以使得在波长为1064nm的入射激光光束以大小在65°到80°的入射角入射时，在基体的第一面上的按照DIN 5036第三部分确定的总反射率小于60%。

令人惊讶的是，发明人发现与公知的复合材料相比，采用具有根据本发明的层系统的复合材料可将激光焊接时吸收的能量提高数倍。

此外，特别地，在基体的第一面上的陶瓷涂层的厚度可在20nm至135nm的范围内，位于所述陶瓷涂层之上的金属层的厚度可在5nm至25nm的范围内。

如果各层的尺寸处在相应的上述范围内，那么波长为1064nm的激光射线在基体的第一面上的按照DIN 5036第三部分确定的总反射率可优选小于50%，特别优选40%。这就是说，对激光射线的吸收率至少为50%或60%，这是有益的。通过将层厚度在根据本发明的范围内稍加改变，则也可以在其它波长下（假如在希望采用诸如氩气激光器（波长488nm或515nm）或钬-YAG激光器（波长2123nm）等其它激光器时需要的情况下）以同样的方式使吸收最大化。

在优选的实施方式中可将陶瓷涂层设计成基本上由氧化铝制成。若复合材料的基体也由铝制成，那么可用工艺学上有利的方式，使陶瓷涂层的氧化铝尤其由基体上的经阳极氧化或经电解抛光且阳极氧化的铝形成。