[發明專利]一種硼硅玻璃、玻璃-金屬匹配封接件及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110403563.1
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102515522A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 劉希杰;鄭樹祥;禚明;裴志杰;楊波
• 申請（專利權）人: 山東力諾新材料有限公司
• 主分類號: C03C3/091
• 分類號: C03C3/091;C03C27/00;F24J2/48
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

技術領域

本發明涉及一種新的硼硅玻璃及該玻璃與金屬封接所得的玻璃-金屬匹配封接件，還涉及該封接件的制備方法和在高溫真空太陽集熱管中的應用，屬于玻璃和高溫真空太陽集熱管技術領域。

背景技術

槽式太陽能熱發電系統是近期在世界范圍內推進太陽能熱發電系統商業化應用的突破口和重點，美國曾組織大量的經驗豐富的專家組成工作組對槽式太陽能熱發電系統進行評價，其結果是槽式太陽能熱發電系統發電成本低、具有很好的技術發展潛力和市場潛力。槽式太陽能熱發電系統的核心部件是高溫太陽能真空集熱管，集熱管一般由不銹鋼管和玻璃套管組成，他們之間通過玻璃-金屬封接件進行氣密連接。

金屬與玻璃之間的封接分為匹配封接和不匹配封接兩種，匹配封接為玻璃和金屬具有相近的膨脹系數，一般要求膨脹系數差在10％以內，封接難度相對較?。环瞧ヅ浞饨訛椴ＡШ徒饘倥蛎浵禂迪嗖钶^大，封接難度較高。前者的封接技術難度要小的多，但需要找到膨脹系數相近的金屬和玻璃。由于金屬的平均線膨脹系數一般在6～16×10^-6/K之間，而太陽能用玻璃的平均線膨脹系數為化（3.3士0.1）×?10^-6K^-1（20℃~300℃），兩者之間膨脹系數差大于10％，只能形成非匹配封接。在早期研究當中，為降低封接難度，采用鉬組玻璃和可伐合金進行匹配封接，但是鉬組玻璃透光率、耐候性較差，難以滿足高溫真空太陽集熱管長期室外工作的要求。一直以來，沒有其他匹配的金屬與玻璃有大量的工業化應用。除此以外，非匹配封接技術也有大量研究，SOLEL公司采用硼硅3.3玻璃和帶尖劈的不銹鋼金屬環進行非匹配封接，由于硼硅3.3玻璃平均線膨脹系數（3.3士0.1）×?10^-6K^-1（20℃~300℃）與不銹鋼膨脹系數（6～16×10^-6/℃）相差過大，對金屬封接件的機械加工和玻璃-金屬的封接技術要求極高，且封接件氣密性較差，耐冷熱沖擊能力差。專利200820124787.2還公開了一種玻璃-金屬氣密封接件，通過非匹配熔接技術熔接，雖然在高溫下能夠使用，但玻璃與金屬的膨脹系數相差較大，且潤濕性不好，在熔接時需要對金屬合金進行處理，且所用的玻璃耐候性、透光率難以進一步提高。因此，找到一種能夠和封接合金進行良好匹配，能夠在高溫下進行長期使用、熔接技術簡單且透光率、耐候性強的玻璃是玻璃-金屬封接工藝急需解決的問題，也是高溫太陽能集熱管進一步發展的關鍵。

發明內容

本發明針對現有玻璃-金屬封接件領域缺少效果好、匹配性好的玻璃的不足，提供了一種新型硼硅玻璃，該玻璃的太陽透射比≥0.92（AM1.5），20℃～300℃其平均線膨脹系數為（5.5±0.1）×10^-6K^-1，與可伐合金的線膨脹系數十分接近，可與可伐金屬進行匹配封接，極大降低了玻璃金屬熔封的技術難度。

本發明還提供了本硼硅玻璃與可伐合金熔接而成的玻璃-金屬匹配封接件，該封接件制備簡單，氣密性高、抗拉強度高、耐候性較強，可在室溫~300℃度范圍內長期穩定工作。

本發明還提供了本玻璃-金屬匹配封接件的制備方法和該封接件在高溫真空太陽集熱管中的應用。

現今一般以3.3的硼硅玻璃作為與金屬封接的玻璃，但該玻璃的膨脹系數為（3.3士0.1）×10^-6K^-1（20℃~300℃），與可伐合金的膨脹系數（20℃~300℃）5.3士0.1×10^－6/℃）還有一定的差距，在熔接時存在一定的技術難點，發明人經大量實驗和總結，得到了一種新型的硼硅玻璃，該玻璃在20℃~300℃其平均線膨脹系數為（5.5士0.1）×?10^-6K^-1，與可伐合金的線膨脹系數十分接近，他們之間可以進行匹配熔接，降低了技術難點，且該玻璃相對于電子封裝用鉬組玻璃來說，具有高透過率、高抗機械沖擊強度、化學穩定性性能優良，在使用時效果顯著。通過進一步的研究，本發明提出了以下技術方案：?

一種硼硅玻璃，其特征是包括下列重量百分比的成分：B₂O_3?10.0%，Al₂O_3?6.5%，Na₂O?6.5%，K₂O?1.5%，CaO?0.5%，Li₂O?0.5%，其余為SiO₂。