玻璃和金属钎焊接头参数优化及其封接工艺研究

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2、ｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢｙＺｈｅｎｇｉｎｕｌＲｅｎ．／ＧＮＯＨＺＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＸｉａｎｇＬＩＮＧＪｕｎｅ２０１１硕士学位论文摘要玻璃和金属封接技术主要应用于制造各种光电器件。近年来，随着人类对新能源的开发，该技术又应用到太阳能真空集热管中。太阳能真空集热管是槽式太阳能热发电系统的关键部件之一，它在运行过程中，不仅要承受较大的交变载荷，而且需要保持较高的真空度，因此，对玻璃和金属的封接提出了更高要求。本文主要通过数值

3、分析和试验对玻璃和金属钎焊接头的力学性能与封接工艺进行了研究，主要研究内容及成果如下：（１）采用有限元的方法，分析了不同孔隙率对玻璃和金属钎焊接头残余应力的影响。分析结果表明，接头最大拉应力集中在钎料层，其值约为１７２ＭＰａ；玻璃侧切应力的最大拉应力值约为６０ＭＰａ，会对接头强度产生重要影响；接头端部附近的应力梯度变化很大，会导致钎料层和基体母材的分离失效；各向最大拉应力和压应力都集中在孔隙层中的孔洞附近；各向应力的压应力和拉应力峰值随孔隙率增加而增大，但当孔隙率达到ｌ％以后，其增加速度变得很小。（２）基于正交分析和数值模拟的方法研究了玻璃管

4、扩口锥度，搭接长度，可伐合金环厚度和施加的压力等因素对玻璃管和可伐合金钎焊封接接头处玻璃侧残余应力的影响。计算结果表明，施加的压力和可伐合金环的厚度影响最大，玻璃管扩口锥度和搭接长度的影响较小，并以此为基础优化了钎焊接头的参数：玻璃管扩口锥度为９。；搭接长度为ｌＯｍｍ；可伐合金厚度为１．２ｒａｍ；施加的压力为３ＭＰａ。利用优化的参数设计的接头能够减小接头处玻璃和可伐合金侧的最大拉应力，有利于提高接头的抗拉强度。（３）对玻璃表面进行粗化，实现对玻璃和可伐合金表面的化学镀镍和化学镀铜，然后进行真空钎焊封接。钎焊试验结果表明，玻璃表面的金属化和可伐

5、合金表面的化学镀处理有利于提高封接的成功率；玻璃和可伐合金能够实现较为紧密的连接，但由于镀层和玻璃表面的结合力较小，使一些试件的镀层脱离玻璃基体，发生断裂。（４）利用扫描电子显微镜、Ｘ射线衍射仪等对玻璃和可伐合金钎焊接头界面的微观组织进行了分析。结果发现，玻璃和钎料层的连接表现出结合力较强的咬合结构，玻璃和可伐合金基体与钎料层在钎焊过程中发生了相互溶解和扩散。这些扩散反应最终使玻璃．钎料．可伐合金连接在一起，形成了玻璃和金属的钎焊接头。初步探索了玻璃和金属钎焊封接的机理，为以后的研究提供一定的理论依据。关键词：玻璃和金属封接：孔隙率；真空钎焊

6、；数值模拟；残余应力；微观组织ＩＡＢＳｑ、ＲＡＣＴ＝皇宣＝＝：＝皇‘；＝＝昌宣鲁＝＝＝盏；＝＝＝昌鲁；；；；；；盆；；；昔；＝＝＝；；＝＝；；；二；；；；二＝＝；＝；＝＝盏警；晶＝＝；昌；＝乇；昌：；．＝；；＝苫；昌；；；；皇；；；；；＝；；＝菡；；；；＝；；；盆；＝；；；ＡＢＳＴＲＡＣＴＧｌａｓｓｔｏｍｅｔａｌｓｅａｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｖａｒｉｅｔｙｏｆｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｅ

7、ｗｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅｓｄｕｅｔｏｔｈｅｈｕｍａｎｄｅｍａｎｄ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎａｌｓｏａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｏｌａｒｃｏｌｌｅｃｔｏｒｖａｃｕｕｍｔｕｂｅ．Ｔｈｅｓｏｌａｒｖａｃｕｕｍｔｕｂｅｉｓｔｈｅｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｔｒｏｕｇｈｓｏｌａｒｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｈａｓｔｏｂｅａｒａｇｒｅａｔａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｌｏａｄａｎｄｍａｉｎｔａｉｎａｈｉｇｈｖａｃｕｕｍｗｈｅｎｎｍｎｉｎｇ，ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ａ１１ｉｇｈ·ｑｕａｌｉｔｙｇｌａｓｓ－ｔｏ—ｍｅｔａｌｂｏｎｄｉｎ

8、ｇｊｏｉｎｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙ．Ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｏｓ