真空管厂工艺知识讲义.doc

目 录第一部分 太阳能的基本知识 1第二部分 全玻璃真空管太阳能集热管基本知识 1第一节 真空管的结构及其性能 1第二节 真空管的材料及要求 2第三部分 真空管的生产流程 2第一节 灯工工序生产流程 3第二节 清洗工序生产流程 4第三节 镀膜工序生产流程 4第四节 封口工序生产流程 5第五节 排气工序生产流程 5第四部分 真空管的工艺知识 5第一节 三高管的性能特点 6 第二节 两种膜层结构的区别 7 第一部分 太阳能的基本知识为了解决能源危机、环境恶化所带来的威胁，越来越多的政府和科学家将目光转向太阳能。太阳光作为一种清洁能源，其使用可以说是永不枯竭的。太阳光的利用主要分为：直接利用和间接利用。如下：间接利用： 气象 潮汐、海洋温差、波浪能、风能、水力。（用途：动力、发电）光合成 生物质能（包含：化石燃料、柴薪、酒精、沼气等）。直接利用： 光电 光发电 光分解 光化学电池、水分解制氢 光热 蒸发 低、中温 高温（用途：动力、发电）平板太阳集热器和真空管太阳能集热器是应用最广的太阳光-热转换装置。全玻璃真空管太阳能集热器具有集热性能好、热损失少、可靠性强、寿命长与成本低等优点。第二部分 全玻璃真空管太阳能集热管基本知识第一节 真空管的结构组成及其性能一、真空管全称：全玻璃真空管太阳能集热管二、真空管的结构由以下七部分组成：1. 内玻璃管 2. 选择性吸收涂层 3. 罩玻璃管 4. 卡子5. 吸气膜 6. 吸气剂 7. 真空夹层 6 7三、真空管各部分的性能： 1 内玻璃管：与罩玻璃管构成真空夹层，其内壁容纳用来导热的介质，外壁上附着选择性吸收涂层，并将选择性吸收涂层所吸收的热量传递到其所容纳的介质。 2 选择性吸收涂层：该涂层主要由三部分组成，从外到内，依次分别为：减反层、吸收层、底金属层。减反层主要起到增透膜、保护膜的作用；吸收层主要起到吸收光能的作用；底金属层主要起到反射作用，即将内管内部的介质所辐射出来的热量反射回去。 3 罩玻璃管：与内玻璃管构成真空夹层，将外部所传来得光透射进真空管，并保护内部不受损伤。 4 卡子：固定内玻璃管的自由端，减少内外玻璃管之间因震动而造成的相对位移所带来得破坏力；固定吸气剂，保证吸气剂在烤出吸气膜后，吸气膜的位置合理。 5 吸气膜：吸收真空夹层内残余或渗透进来得的气体，维持真空夹层的真空度。同时，吸气膜的大小和有无，还可以检验真空管还有无真空度。 6 吸气剂：存放吸气剂的圆形舟，保护吸气剂，使其在烤消以前不受影响。 7 真空夹层：其内部尽可能少的气体分子，尽可能的降低真空管因气体对流而造成的热量损失。第二节 真空管的材料及要求一 、玻璃1真空管的主要材料为玻璃，这是因为玻璃是热的不良导体，可以减少因传导而造成的热量损失。2 玻璃在再加工中不着色。3玻璃的可重复加工性能良好。在再加工范围内料性长，而且不析晶。4 玻璃的光学性能良好。即透光性好。5 玻璃的化学稳定性能良好。6 玻璃的成本要低，适合大批量生产。因此真空管生产中一般采用硼硅玻璃3.3。二 、卡子 卡子是固定内玻璃管和吸气剂的部件，在加工过程中，需要有超过400的高温保温，因此真空管的卡子采用的是不锈钢材料。三 、吸气剂 吸气剂的要求是：高的吸气速率，工作温度范围宽，低的解吸速率，激活前易于去气，激活后本身的蒸汽压低，易于制造和储存，使用方便和成本低。现在我们一般采用蒸散型钡铝合金吸气剂，它的成份是Ba 、Al 、Ni。第三部分 真空管的生产流程第一节 灯工工序生产流程灯工工序主要目的是加工内玻璃管与罩玻璃管。其各工步的工作方法及工作原理如下：1、切口工作方法：玻璃管一端靠在定位板上，另一端用线灯头在同一平面上加热，然后，遇到蘸水的砂轮，玻璃管就炸开，断口平齐锋利。工作原理：热胀冷缩原理。2、 燎口工作方法：玻璃管切口端，在局部高温下，端面达到熔融状态，由于液体的表面张力作用，端面变得圆滑，冷却下来后，这种形状就固定下来了。工作原理：液体的表面张力作用。3、 退火工作方法：玻璃管的热加工部位，在退火炉内，在一定的温度下保温一段时间后，再慢慢降温，达到消除应力的目的。原因： 玻璃管在热加工过程中，玻璃处于熔融状态，在冷却时为自然冷却，则玻璃液体内部，从里到外，温度依次降低，即存在着温度梯度。当外部降至凝固点时，外部凝固下来，而内部仍处于液体状态。所以，玻璃外部就将内部形状固定下来了。这样，就造成了内外不均匀。玻璃内部结构的不一致，使玻璃内部存在着结构应力。结构应力的存在，降低了玻璃管的强度。工作原理：玻璃管在临近熔融状态的温度范围内保温一段时间，使玻璃内部的应力慢慢松弛下来，即内部结构达到一致，从而达到消除应力的目的。退火合格的标准：应力仪观测下，颜色无明显变化。第二节清洗工序生产流程清洗工序的主要任务是，将内、外玻璃管清洗干净，防止脱膜和玻璃管放气量太大。其部分工步的工作方法和工作原理如下： 1、用全自动清洗线对内管进行清洗，保证内管的外壁清洗干净，无污渍，干净、明亮。 2、使用去离子水的原因：去离子水就是我们常说的纯净水，自来水中含有大量的矿物质，玻璃管清洗后上面残存的水分蒸发后会留下矿物质，即在玻璃管表面留下水印。而使用去离子水就避免了这种现象的发生。我们对去离子水的要求为，电导率不大于10s/cm。3、 烘干的目的：使玻璃管尽快干燥，避免在自然干燥中再度污染。第三节 镀膜工序生产流程镀膜工序的主要任务是，将内玻璃管的外表面镀上选择性吸收涂层，并将内、外玻璃管装配在一起。其部分工步的工作方法和工作原理如下：1、戴棉纱手套与一次性手套：避免玻璃管受到污染，保护膜层不受污染和硌上印迹。2、使用塑料布：避免内外玻璃管因互相接触而划伤，防止划膜。3、激光打标：防伪、更加清楚的区分哪个班组、哪个镀膜机、第几炉生产的真空管，以便落实到个人，促进员工的质量意识，促进生产的发展。4、生产记录本：使员工在生产中随时可做比较，清楚地知道所操作的镀膜机的运行是否合理；同时，在出现问题时，工艺员也可以迅速作出判断，尽快使镀膜机恢复正常。5、 DM机的工作原理：靶为阴极，真空室外壳为阳极，真空状态下，接通电源，高压下，Ar被电离成离子，Ar撞击靶，将金属原子或原子团撞击出来，金属原子或原子团被N2氧化成氮化物或金属原子与氮化物的复合材料，然后溅落到玻璃管外表面上，形成膜层。6、紧急处理：突然停水（不停电），关靶电源，停工艺，关高阀，关电炉子，将电炉子拉出，用备用水降温，等完全降下温来，关前级阀，关机械泵，关电源；突然停电（不停水），停工艺，关高阀，关前级阀，关电源；突然停水、停电，关高阀，关前级阀，关电源，将电炉子拉出，用备用水降温。7、油扩散泵的工作原理：在电炉子的加热下，油蒸汽沿导流管经伞形喷嘴向下喷出，在机械泵提供的真空下，油蒸汽流可喷出一长段距离，构成一个向出气口方向运动的射流，遇到由冷却水冷却的泵壁，凝结为液体，流回蒸发器。由进气口进入泵内的气体分子，一旦落入油蒸汽流中，便获得向下运动的动量，向下飞去，由于射流是有高的流速，高的蒸汽密度，且扩散泵油具有高的分子量（300500），故能有效地带走气体分子，因此在射流的界面内，气体分子不可能长期滞留，且在射流界面的，被抽气体有很大的浓度差，正是因为这个浓度差，使被抽气体能不断地越过界面，扩散进入射流中，被带往出气口处，在出口处，再由机械泵抽走。第四节 封口工序生产流程封口工序的主要任务是，将内外玻璃管的端口熔封在一起。其部分工步的工作方法和工作原理如下： 1 熔封的标准：无气泡、无喇叭口、不缩口、不析晶、不偏口、不口厚，无水汽。存有水汽，易使膜层变色；其他缺陷会降低管口强度。2 退火：同灯工工序退火。3 抽湿：是将含有水汽的套管进行抽湿，防止膜层变色。4 打气：熔封前将天然气燃烧所产生的水气吹出夹层，在熔封后再打一次，使管口圆滑、厚度均匀。 第五节 排气工序生产流程排气工序的主要任务是，将真空管进行真空烘烤抽真空，并将吸气剂蒸散出来。其部分工步的工作方法和工作原理如下：1 预抽：是使真空度能满足扩散泵的最低工作要求。保护扩散泵。再者，预抽难以达到高真空，必须使用扩散泵。2 加热：不能提前，是因为夹层内的残余氧气会氧化不锈钢卡子，并使膜层内的活泼金属成分氧化，改变了膜层结构。3 保温温度：高温下排气，是为了使玻璃管内的气体更快的扩散出来。但温度不可过高，玻璃管有一定的温度限定；膜层在高温下会产生分子迁移，过高的温度会使分子迁移过大，造成膜层变色。温度也不可太低，温度太低，排气所需要的时间很长，生产上又不经济。所以，保温温度设定必须符合标准。.4 保温时间：是为了使玻璃管内的气体充分的扩散出来。 5 封离标准：无内缩、无尾漏、无余料、封离后尾管不过长、不起皮等。6 蒸散吸气剂：起蒸时间为57秒，总蒸时间为1113秒 。时间不能过短，也不能过长。7 蒸散频率：一般选择在300350KHz之间。8 紧急处理：雷同于镀膜机紧急处理。第四部分 真空管的工艺知识第一节 三高管的性能特点1、三高真空管指高温特效管、高效管、高寒管的总称。2、三高管的性能特征：2.1光热转换效率高2.2高吸收、低发射，其吸收率可以达到96%，发射比可以达到4%；2.3高温管和高寒管采用金属铜作底金属层，发射更低。保温更高。2.4高温管中，用不锈钢离子代替铝，更加耐高温。3、三高管的区分方法3.1 底金属颜色：高效管（单靶） 铝 银白色；高温特效管（三靶） 铜 红色；高寒管（三靶） 红色；3.2 管口未镀膜区的长度：高温特效管 较短，大约1520mm；高效管 较长，大约2530mm；高寒管 较短，大约1520mm。3.3 激光打标号码不同：用汉字来标明 像高温管、高寒管字样未用汉字标明的 则用大写的拼音字母来标明（从最后数第三位，高效管的标志为X，高寒管的标志为H ，高温特效管的标志为W）。4、三高管与普通真空管比较：4.1高效管：采用单靶磁控溅射真空镀膜技术，真空管吸收率高达96%，性能更优良。4.2高寒管：采用双靶磁控溅射真空镀膜技术，膜层采用干涉膜，金属底层低发射，针对高寒地区而设计，能抵抗-40严寒而正常工作。4.3高温特效管/高温高寒管：独有三靶磁控溅射镀膜技术，400高温膜层的金属离子也不会流失，坚强的承受能力使其寿命大为延长。第二节 两种膜层结构的差别现在我们真空管膜层属于干涉膜工艺，以前使用的是渐变膜工艺，两种膜层具体的差别如下：1、渐变膜的层次较多，自外向内依次为：减反层、六个吸收层、一个底金属层，层与层之间的互相干扰较大，同时，因为层次多，所以，每一个膜层的厚度及离子填充度都难以调整到最佳状态，虽然理论上渐变膜的吸收率也可以达到95%，单实际上难以达到，实际上其吸收率能达到86%89%；而且，膜层多，金属离子的含量较高，实际上发射比也比较高，一般要求达到9%。2、干涉膜的层次较少，自外向内依次为：减反层、两个吸收层、一个底金属层，层与层之间的互相干扰小，同时，因为层次少，而且两个膜层的差别较大，所以，每一个膜层的厚度及