[發(fā)明專(zhuān)利]一種玻璃與金屬的封接結(jié)構(gòu)及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410705509.6
• 申請(qǐng)日: 2014-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104529190A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康雪慧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 康雪慧
• 主分類(lèi)號(hào): C03C27/00
• 分類(lèi)號(hào): C03C27/00
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長(zhǎng)江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種玻璃與金屬的封接結(jié)構(gòu)，及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

金屬環(huán)或金屬管與玻璃管封接的制作已經(jīng)是現(xiàn)有的技術(shù)。這種封接的難點(diǎn)在于金屬與玻璃的熱膨脹系數(shù)的差異。要制作這樣的封接，首先需要將金屬在濕氫爐里進(jìn)行氧化處理，溫度在800～1200℃之間。在這個(gè)溫度下，濕氫使金屬環(huán)表面形成一層氧化層，這樣的氧化層有利于玻璃和金屬之間的結(jié)合。

封接是在很高的溫度下進(jìn)行，此時(shí)玻璃的粘度低，可以與金屬環(huán)上已經(jīng)制備好的氧化層浸潤(rùn)和熔合。當(dāng)封接件冷卻下來(lái)，玻璃達(dá)到其退火溫度，在這個(gè)溫度下，因變形造成的應(yīng)力還留在玻璃里。當(dāng)封接件進(jìn)一步冷卻，玻璃和金屬之間熱膨脹系數(shù)的不匹配導(dǎo)致應(yīng)力累積，應(yīng)力的大小程度取決于熱膨脹系數(shù)不匹配的程度、封接件的大小、以及所用材料的形狀和厚度。

目前，硼硅玻璃與金屬可以采用三種不同的封接方式：

第一種方法是用匹配的金屬和玻璃，比如可伐金屬和與其相匹配的玻璃，如Fiolax或8250玻璃。這些材料的熱膨脹系數(shù)是互相匹配的，F(xiàn)iolax玻璃和可伐金屬膨脹系數(shù)都在5.5×10^-6m/(m.K)。這種通過(guò)消除不匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)封接的辦法很直接，也容易實(shí)現(xiàn)，然而，這些特殊的玻璃和可伐金屬價(jià)格昂貴。

第二種方法是過(guò)渡封接，可以降低成本。這種封接和前述的第一種方式類(lèi)似，但采用數(shù)種不同的玻璃，逐漸過(guò)渡到3.3硼硅玻璃的膨脹系數(shù)。3.3硼硅玻璃是一種常用材料，價(jià)格不高。這種方法的缺點(diǎn)是：制作工藝復(fù)雜，人工成本高。

第三種方法是豪斯基伯封接(house?keeper?seal)。這種封接的不銹鋼環(huán)一端壁厚減到0.1mm以下。通過(guò)削弱不銹鋼，使其對(duì)封接的作用力降低，控制在可以接受的范圍內(nèi)。到目前為止，豪斯基伯封接都采用奧氏體不銹鋼。但奧氏體不銹鋼的膨脹系數(shù)較高，與玻璃的膨脹系數(shù)相差較大，一則其對(duì)壁厚的減薄程度要求較高，提高了工藝成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種玻璃與金屬的封接結(jié)構(gòu)，以及實(shí)現(xiàn)這種封接的方法。與現(xiàn)有的豪斯基伯封接方法相比，本發(fā)明能夠有效降低玻璃與金屬熱膨脹系數(shù)不匹配的程度，提高封裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗氧化能力，降低工藝、人力成本，降低殘余應(yīng)力。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種玻璃與金屬的封接結(jié)構(gòu)，其包含膨脹系數(shù)在3.1×10^-6m/(m.K)至3.4×10^-6m/(m.K)的玻璃管，以及與所述玻璃管封接的膨脹系數(shù)在10×10^-6m/(m.K)至12×10^-6m/(m.K)的鐵素體不銹鋼。

進(jìn)一步地，所述玻璃管的化學(xué)成分是(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))：75％～85％的氧化硅，10％-15％的氧化硼，2％-5％的氧化鈉和1％-5％氧化鋁；所述鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分是(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))：15％-22％的鉻，低于0.5％的鎳和超過(guò)70％的鐵。但本發(fā)明不以此為限制，也可以采用現(xiàn)有的其它成分的玻璃管材料。

進(jìn)一步地，所述玻璃與金屬的封接結(jié)構(gòu)的封接類(lèi)型屬于豪斯基伯封接(house?keeper?seal)。

進(jìn)一步地，所述鐵素體不銹鋼呈環(huán)狀或管狀，環(huán)或管的邊緣是帶錐度的(減薄的)，錐度為0.5～5°。

一種制備上述玻璃與金屬的封接結(jié)構(gòu)的方法，其步驟包括：

1)對(duì)呈環(huán)狀或管狀的鐵素體不銹鋼的一端進(jìn)行減薄，

2)將減薄后的鐵素體不銹鋼與玻璃進(jìn)行封接。

進(jìn)一步地，通過(guò)帶錐度的漲口胎具對(duì)鐵素體不銹鋼進(jìn)行所述減薄。

進(jìn)一步地，通過(guò)CNC加工的方法對(duì)鐵素體不銹鋼進(jìn)行所述減薄。

本發(fā)明的玻璃與金屬的封接結(jié)構(gòu)可以用于太陽(yáng)能線(xiàn)性聚光集熱器，進(jìn)一步可用于太陽(yáng)能光熱發(fā)電電站。。

本發(fā)明通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)鐵素體不銹鋼在所有耐久性試驗(yàn)里，性能都超過(guò)奧氏體不銹鋼制作的封接件。鐵素體不銹鋼的膨脹系數(shù)比奧氏體不銹鋼低得多，因此，采用豪斯基伯封接方式時(shí)可以使用邊緣厚度稍厚的。這種封接工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備和人力消耗低；穩(wěn)定性提高；這種封裝結(jié)構(gòu)極大地降低了玻璃與金屬的熱膨脹系數(shù)不匹配程度，使冷熱交替循環(huán)對(duì)材料造成的損害降低，而耐熱沖擊性能也得到極大提高。另外，鐵素體不銹鋼可以避免發(fā)生奧氏體不銹鋼可能出現(xiàn)的剝離腐蝕(剝離腐蝕是指奧氏體不銹鋼表面形成氧化物后，與基材的結(jié)合力較差，使得氧化層和基材剝離開(kāi)來(lái))。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例中鐵素體不銹鋼環(huán)與漲口胎具安裝的示意圖。