專利名稱：玻璃－金屬熱壓封接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于玻璃—金屬封接技術(shù)領(lǐng)域。利用固態(tài)封接方法的熱壓封接技術(shù)進行真空集熱管的玻璃和金屬的氣密封接。
傳統(tǒng)的玻璃—金屬封接一般采用火焰封接方法，將被封接的玻璃和金屬熔封在一起；該方法要求被封接的玻璃—金屬之間的膨脹系數(shù)非常匹配(相互差值小于6％)。熔封后的玻璃管需要仔細退火，以消除熔封造成的熱應力。這樣不僅使工藝過程復雜，而且能源的消耗也很大，生產(chǎn)效率也受到了限制。由于該工藝技術(shù)成熟，封接的質(zhì)量十分可靠，所以盡管工藝本身比較復雜，目前大多數(shù)國家的廠家公司(英、荷、日等)一般均采用此種封接方法。就我國目前情況來看，現(xiàn)有的玻管生產(chǎn)廠家所能提供的玻管材料未能找到能夠滿足與其熔封相匹配的金屬材料，如果沿用熔封工藝還需采用過渡封接措施，這樣就給封接帶來了更大的困難和麻煩。
本發(fā)明的目的是利用熱壓封技術(shù)，在較低的溫度下，對真空管的玻璃法蘭端面與金屬蓋之間通過一種可塑性較好的金屬基焊料進行固態(tài)封接，例如鉛、鋁、銅及其它們的合金。即在焊接材料保持在固態(tài)的狀況下通過適當加壓，使其封接在一起。這樣不僅使工藝大大簡化，同時也解決了由于我國生產(chǎn)的玻管材料有膨脹系數(shù)與封接金屬之間不匹配所造成的困難。
熱壓封接是屬于材料固態(tài)焊接技術(shù)中的一利特殊的焊接方法。通常是對封接件加熱和加壓，使其在連接處產(chǎn)生微量的塑性變形，進而發(fā)生原子間的相互擴散來實現(xiàn)封接的。溫度和壓力是決定熱壓封接的基本參數(shù)。為了避免焊接材料在加熱過程中的氧化，封接通常是在氣體保護條件下或真空爐中進行的。
本發(fā)明對封接過程的加壓方式進行了重大的改進，當金屬焊料例如鉛、鋁、銅及其合金溫度達到焊接熔點0.7-0.9倍剛剛開始軟化時，通過氣缸迅速向其施加70-300kg/cm2的沖擊壓力，使焊料迅速變形分解，在其尚未來及氧化時就已形成了氣密的封接面，為達到這一目的，加壓時間可控制在0.5sec-2min之間。
為了使玻璃管在封接過程中能夠耐受300kg/cm2的壓力，必須將玻管被封接的端面制成35-65℃的法蘭形式。法蘭的成形是在玻璃車床中園制而成的，為了形成良好的氣密封接法蘭，端面應保持平態(tài)光滑。為了使法蘭本身支承受力合理，法蘭的形狀是通過用這種方法封接的玻璃與金屬，封接面其漏率可以小于10-11Torr.L/sec。
焊接是在加熱加壓的條件下進行的，因而焊接溫度只為焊料熔點的0.7-0.9倍，此溫度低于玻璃的應變溫度，焊接時直接在大氣中進行，焊接后不用退火，解決了金屬與玻璃之間因膨脹系數(shù)不同而引起的封接應力。
實施例11.Fe-Ni膨脹合金端蓋2.Φ1.5鉛基焊料3.玻管法蘭BTZ-2型熱管式法蘭真空管集熱器。
將Φ100玻管的一端燒至成45°法蘭，玻璃膨脹系數(shù)為3.6×10-6，法蘭端面和金屬端蓋表面分別清潔去油，中間夾置Φ1.5環(huán)狀鉛焊料，將封接部分加熱到300℃時向端面施加1800kg的沖擊壓力，沖擊時間為0.5s，得到的封接面其漏率可小于1×10-11Torr.L/sec。
實施例2BTZ-2型熱管式法蘭真空管集熱器。
將Φ100玻璃管的一端燒至成45°法蘭，玻璃膨脹系數(shù)為3.3×10-6，法蘭端面和Fe-Ni膨脹合金端蓋表面分別清潔去油，中間夾置Φ1.5環(huán)狀鋁焊料，將封接部分加熱到600℃±10℃時向端面施加150-200kg/cm2的沖擊壓力，沖擊時間為0.5-1sec，得到的封接面其漏率可小于1×10-11Torr.L/sec。
實施例3BTZ-2型熱管式法蘭真空管集熱器。
將Φ100玻璃管的一端燒至成65°法蘭，玻璃膨脹系數(shù)為3.8×10-6，法蘭端面和可伐膨脹合金端蓋表面分別清潔去油，中間夾置Φ1.5環(huán)狀銅焊料，將封接部分加熱至銅熔點的0.7倍時，向端面施加300kg/cm2的沖擊壓力，沖擊時間為2min，得到的封接面其漏率可小于1×10-11Torr.L/sec。
實施例4BTZ-2型熱管式法蘭真空管集熱器。
將Φ100玻璃管的一端燒至成30°法蘭，玻璃膨脹系數(shù)為4.0×10-6，法蘭端面和可伐膨脹合金端蓋表面分別清潔去油，中間夾置Φ1.5環(huán)狀鋁、銅合金焊料，將封接部分加熱至鋁、銅合金熔點的0.8倍時，向端面施加70kg/cm2的沖擊壓力，沖擊時間為1.5min，得到的封接面其漏率可小于1×10-11Torr.L/sec。
權(quán)利要求
1.一種玻璃—金屬熱壓封接工藝，其特征在于(1)采用可塑性金屬及其合金為封接材料，封接溫度為其熔點的0.7-0.9倍；(2)封接時對焊料進行沖擊加壓，壓力為70-300kg/cm2，時間為0.5s-2min；(3)加壓采用法蘭直接支承受力方式，法蘭的形狀采用30-65°；(4)玻璃的膨脹系數(shù)為3.3-4.0×10-6；(5)端蓋采用Fe-Ni或可伐等膨脹合金；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃—金屬熱壓封接工藝，其特征在于(1)采用鋁為封接材料，封接溫度為600℃±10℃；(2)封接壓力為150kg-200kg/cm2；(3)加壓時間為0.5-1sec；(4)法蘭角度45°。
全文摘要
本發(fā)明屬于玻璃金屬封接技術(shù)領(lǐng)域利用固態(tài)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,焊接溫度為焊料熔點的0.7—0.9倍,焊接壓力在70—300kg/cm
文檔編號C03C27/04GK1262248SQ9910022
公開日2000年8月9日 申請日期1999年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月22日
發(fā)明者謝光明 申請人:北京市太陽能研究所