[发明专利]新的玻璃组合物及生产玻璃/金属接头的方法

说明书

技术领域

新的玻璃组合物，其热膨胀系数可以选择，从而它们可以用作玻璃/金属接头的焊接玻璃，例如太阳能集热器管的玻璃/金属接头。

背景技术

目前玻璃/金属接头应用在广泛的、各种技术领域中，例如电子、电和医药工业等。尤其是这些接头应用于不得不在真空条件下操作的装置，这是由于这些在玻璃和金属间形成的接头是相当稳固的和密封的。这些玻璃/金属接头的性能在于：形成接头的材料的良好的结构特征，接头的高的绝缘能力，接头的化学不可改变性以及接头对固体、液体和气体的不可渗透性。

最近，这些类型的接头已经被研发用于太阳能集热器管的零件，这要求长时间的耐久性以支持险恶的天气(白天与夜晚之间、季节之间在温度方面变化)，机械和热应力，高达400℃的工作温度以及完全密封。

有数种类型的玻璃/金属接头：

1.热膨胀系数匹配的接头：接头的金属和玻璃的收缩和热膨胀系数是类似的，从而所得接头在接头加工期间和整个装置使用期限期间，具有在安全限度内的拉伸应力。

2.热膨胀系数不匹配的接头：接头的金属和玻璃的收缩和热膨胀系数大不相同，从而从该接头产生的拉伸应力通过使用如下材料减小：

-小直径金属，形成所谓的压缩接头。

-延性金属，其抑制产生的部分拉伸应力。

-中间玻璃，从而调整热膨胀系数，以使玻璃和金属间的最终接头成为第一种类型。

3.焊接接头，其中金属零件焊接到金属层上，该金属层采用现有任一种方法预先沉积形成在玻璃表面上。

4.玻璃和金属间的机械接头。

目前，大多数玻璃/金属接头通过前两种方法得到。

生产玻璃/金属接头最重要的条件如下：在用于连接的材料间有良好的粘合，热膨胀系数适合，以及所用的玻璃的软化温度相对低且其工作温度不会影响用于连接的材料。

基于抛物柱面收集器(PCC)的太阳能电站的一个重要要素是吸收体管，且尽管目前吸收体管正在发展，且改进了上述太阳能电站的运行，致使更有效的产生能量且更尊重环境，但由于装置组成尤其是吸收体管的高成本，使用期限需要尽可能延长(10-20年)。

吸收体管包括以同轴方式排列的两根管，玻璃管排列在外部，另一根是金属管排列在内部，通过它们循环通常是合成油的液体，液体通过太阳射线的作用加热直到大约400℃。该液体在多个工艺过程后，产生最终会转变成电能的过热蒸汽。

形成部分吸收体管的该两根管，通过真空腔隔离，且按顺序，它们通过玻璃/金属接头连接。由于吸收体管大的尺寸和重量(长度大约4米和100毫米的直径)以及外管的玻璃性质，且由于这些装置放置在户外并经受险恶的天气(冰雹，下雨和灰尘颗粒的腐蚀等)，使得玻璃/金属接头成为抛物柱面收集器的最重要和最脆弱的零件之一。进一步地，两根管之间的封闭必须是密封的和保持真空的，以最小化热损失且优化能量产生。

第一目的是得到位于太阳能收集器中的该类型的玻璃/金属接头，用近似管家(HouseKeeper)方法制成，其中使用热膨胀系数大不相同的铜的薄层和玻璃。使金属变薄，以有利于玻璃/金属接头的形成，接着加热玻璃使得金属能够引入到内部。由于金属的厚度薄和铜的延展性质，减小了由热膨胀系数不同导致产生的拉伸应力，且得到了满意的玻璃/金属接头。

由于使用的金属的性质和厚度，能够抵抗在冷却加工件期间和装置使用期限期间产生的拉伸应力。然而，由于该类型的玻璃/金属接头是所述系统最脆弱的零件，不能完全符合这些体系的要求，因此也是需要改进的零件之一。

接着，该类型系统引入了新的进展，例如包括使用热膨胀系数非常相似的金属和玻璃的系统，使得该接头比通过管家方法获得的接头更稳固，因此体系的使用期限也将较长。

目前，在商业水平使用的玻璃和金属合金，其热膨胀系数为大约5×10^-6℃^-1。

玻璃具有多种使它们适用于真空工业的特性，这些优点主要是

-它们几乎不渗透空气的性质。

-根据它们的化学组成，它们能够在数个波长上选择性传送。

-它们具有良好的电绝缘性。

-它们用火焰容易塑模。

-通过选择特殊的化学组成，玻璃的性质能够改变，使得得到具有与期望金属匹配的性质的玻璃。

正是按照这样的思路，研发了下面提出的发明。

发明内容