[發明專利]玻璃與金屬真空擴散焊接工藝

有效

• 申請號: 200810243068.7
• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN101428979A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 凌祥;申希海;董為勇
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C03C27/02
• 分類號: C03C27/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本發明涉及的是一種利用真空擴散焊接技術進行玻璃與金屬封接的工藝制造方法， 該工藝方法可以用于太陽能熱發電技術當中。

背景技術

真空擴散焊接是將兩種異種材料放置在真空室內，在一定的真空度范圍下，并在一 定的壓力下加熱到焊接材料的熔點以下，讓原子互相擴散以實現焊接的一種固態焊接方 法。現有的金屬與非金屬的真空壓力擴散焊接工藝，包括以下工藝步驟：(1)將焊接件 進行表面處理，并當金屬焊接件厚度大于2毫米時，在靠近擴散焊接面的外側開設一圈 應力槽；然后將處理好的焊件安裝在高真空固態壓力擴散焊爐中并抽真空；(2)當爐中 真空在(2-4)×10^-4Pa時開始將爐加熱，在爐溫小于400℃時，每4-6分鐘內可加熱升 溫20-50℃；當溫度大于400℃時，每40-80秒內可加熱升溫8-12℃；當溫度大于550 ℃時，進行保溫13-17分鐘，然后亟需加熱升溫至600-640℃，保溫50-70分鐘后開始 降溫；(3)在爐溫為640-380℃之間時，應在每4-6分鐘內降溫8-12℃；在爐溫為380-280 ℃之間時，應在每10-15分鐘內降溫8-12℃；當溫度小于280℃時，可自然退溫；當溫 度小于16℃時，可停止抽真空，停加壓力直至關機；(4)在爐溫升溫過程中還應加壓 力；當爐溫升至420-480℃時，開始加壓力至0.2-0.3kg/mm²，然后每4-6分鐘加壓一次， 累計2.5kg/mm²，總壓加壓結束；然后保壓至停機。

隨著近代科學技術迅速發展，玻璃與金屬擴散封接技術可將運用于拋物面槽式太陽 能熱發電中，即獲得高質量的太陽能真空吸收管，可以大大提高太陽能熱力發電的效率， 但這樣同時也對玻璃與金屬得封接技術提出了更高的要求。在常規的玻璃與金屬的封 接，僅僅是玻璃和金屬合金的連接，金屬是主含鐵、鈷、鎳的合金，與高硼硅玻璃有較 為接近的膨脹系數，二者材料的膨脹系數相差在±10％以內，封接接頭的強度不是很高。 但是在拋物面槽式太陽能熱發電的使用環境中，對玻璃與金屬封接接頭要求會更高一 些，特別是在力學性能方面的要求遠高于在電子設備的應用性能要求，譬如除了要求玻 璃與金屬封接接頭具備較高的抗靜載荷拉伸能力還應該具有抗疲勞性能。因為在熱疲勞 載荷的循環作用下，玻璃與金屬封接接頭的往往發生損傷失效現象。采用上述現有技 術不僅工藝操作步驟復雜，且不能解決玻璃與金屬封接接頭的發生損傷失效現象。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，對非金屬與金屬封接制造工藝進行改進，提出一種 玻璃與金屬真空擴散焊的制造工藝，這種工藝制造方法提高了玻璃與金屬封接接頭的抗 拉伸強度及使用壽命、真空氣密性，且成本低，具有良好的經濟效果。該工藝可以應用 在太陽能熱力發電當中。

玻璃與金屬真空擴散焊接工藝，該工藝包括以下步驟：1)將玻璃與金屬焊接件進 行表面處理；2)將處理好的焊件安裝在高真空固態壓力擴散焊爐中，抽真空，進行真 空擴散焊接；上述步驟1)中包括：

步驟1.1)對金屬焊接件進行清潔和表面光潔度處理，對玻璃焊接件表面進行清潔處理；

步驟1.2)金屬焊接件表面的進行預氧化處理。

上述步驟1.1)的對焊前材料的清潔及表面處理，是為了滿足擴散焊接工藝的要求。 玻璃和金屬除了兩者的膨脹系數一致以外，還要求兩者具有很好的結合能力，即潤濕性。 為了達到這個目標，對金屬進行清潔處理。

上述步驟1.2)是玻璃與金屬擴散焊接中的重要環節。由于化學鍵的不同，金屬本 身并不能與玻璃封接。金屬與玻璃的封接實際上是將金屬進行預氧化處理，然后在高溫 下金屬的氧化膜與玻璃浸潤融合，即金屬和高硅硼玻璃是通過金屬表面的氧化物與玻璃 互溶而緊密結合在一起的，所以金屬的預氧化是玻璃與金屬擴散焊接中一個非常重要的 工藝環節，是直接影響氣密封接的一個重要因素。

上述步驟1.1)中進一步包括：將金屬焊接件先放在乙醇溶液中用超聲波清洗，然 后用砂紙和金相砂紙對金屬焊接件端面磨平后進行拋光，得到光潔的端面，再分別用丙 酮、乙醇、清水清洗表面；玻璃焊接件分別用丙酮、乙醇、清水清洗表面，最后金屬和 玻璃焊接件在烘箱里進行烘干。

在擴散焊接中對表面異物的敏感性很高，微量油脂等含碳雜質不但會影響擴散焊質 量。因此，試驗試樣在擴散焊接之前需要經過徹底的清洗以便除去一切表面上附著的異 物和油脂。