[发明专利]一种硼硅玻璃、玻璃-金属匹配封接件及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的硼硅玻璃及该玻璃与金属封接所得的玻璃-金属匹配封接件，还涉及该封接件的制备方法和在高温真空太阳集热管中的应用，属于玻璃和高温真空太阳集热管技术领域。

背景技术

槽式太阳能热发电系统是近期在世界范围内推进太阳能热发电系统商业化应用的突破口和重点，美国曾组织大量的经验丰富的专家组成工作组对槽式太阳能热发电系统进行评价，其结果是槽式太阳能热发电系统发电成本低、具有很好的技术发展潜力和市场潜力。槽式太阳能热发电系统的核心部件是高温太阳能真空集热管，集热管一般由不锈钢管和玻璃套管组成，他们之间通过玻璃-金属封接件进行气密连接。

金属与玻璃之间的封接分为匹配封接和不匹配封接两种，匹配封接为玻璃和金属具有相近的膨胀系数，一般要求膨胀系数差在10％以内，封接难度相对较小；非匹配封接为玻璃和金属膨胀系数相差较大，封接难度较高。前者的封接技术难度要小的多，但需要找到膨胀系数相近的金属和玻璃。由于金属的平均线膨胀系数一般在6～16×10^-6/K之间，而太阳能用玻璃的平均线膨胀系数为化（3.3士0.1）× 10^-6K^-1（20℃~300℃），两者之间膨胀系数差大于10％，只能形成非匹配封接。在早期研究当中，为降低封接难度，采用钼组玻璃和可伐合金进行匹配封接，但是钼组玻璃透光率、耐候性较差，难以满足高温真空太阳集热管长期室外工作的要求。一直以来，没有其他匹配的金属与玻璃有大量的工业化应用。除此以外，非匹配封接技术也有大量研究，SOLEL公司采用硼硅3.3玻璃和带尖劈的不锈钢金属环进行非匹配封接，由于硼硅3.3玻璃平均线膨胀系数（3.3士0.1）× 10^-6K^-1（20℃~300℃）与不锈钢膨胀系数（6～16×10^-6/℃）相差过大，对金属封接件的机械加工和玻璃-金属的封接技术要求极高，且封接件气密性较差，耐冷热冲击能力差。专利200820124787.2还公开了一种玻璃-金属气密封接件，通过非匹配熔接技术熔接，虽然在高温下能够使用，但玻璃与金属的膨胀系数相差较大，且润湿性不好，在熔接时需要对金属合金进行处理，且所用的玻璃耐候性、透光率难以进一步提高。因此，找到一种能够和封接合金进行良好匹配，能够在高温下进行长期使用、熔接技术简单且透光率、耐候性强的玻璃是玻璃-金属封接工艺急需解决的问题，也是高温太阳能集热管进一步发展的关键。

发明内容

本发明针对现有玻璃-金属封接件领域缺少效果好、匹配性好的玻璃的不足，提供了一种新型硼硅玻璃，该玻璃的太阳透射比≥0.92（AM1.5），20℃～300℃其平均线膨胀系数为（5.5±0.1）×10^-6K^-1，与可伐合金的线膨胀系数十分接近，可与可伐金属进行匹配封接，极大降低了玻璃金属熔封的技术难度。

本发明还提供了本硼硅玻璃与可伐合金熔接而成的玻璃-金属匹配封接件，该封接件制备简单，气密性高、抗拉强度高、耐候性较强，可在室温~300℃度范围内长期稳定工作。

本发明还提供了本玻璃-金属匹配封接件的制备方法和该封接件在高温真空太阳集热管中的应用。

现今一般以3.3的硼硅玻璃作为与金属封接的玻璃，但该玻璃的膨胀系数为（3.3士0.1）×10^-6K^-1（20℃~300℃），与可伐合金的膨胀系数（20℃~300℃）5.3士0.1×10^－6/℃）还有一定的差距，在熔接时存在一定的技术难点，发明人经大量实验和总结，得到了一种新型的硼硅玻璃，该玻璃在20℃~300℃其平均线膨胀系数为（5.5士0.1）× 10^-6K^-1，与可伐合金的线膨胀系数十分接近，他们之间可以进行匹配熔接，降低了技术难点，且该玻璃相对于电子封装用钼组玻璃来说，具有高透过率、高抗机械冲击强度、化学稳定性性能优良，在使用时效果显著。通过进一步的研究，本发明提出了以下技术方案： 

一种硼硅玻璃，其特征是包括下列重量百分比的成分：B₂O₃ 10.0%，Al₂O₃ 6.5%，Na₂O 6.5%，K₂O 1.5%，CaO 0.5%，Li₂O 0.5%，其余为SiO₂。