CN1117834A - 金属真空双壁容器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造金属真空双壁容器的方法，该容器由金属内外容器构成，金属内容器与外容器之间的空间为一真空热绝缘层。在本发明中，在待密封容器的内容器或外容器上有一凹部，在凹部中钻有一抽真空孔，通过把真空孔抽真空，在真空加热前，固体密封热料设在待密封双壁容器的抽真空孔的正上方，在密封热料和抽真空孔之间留有一间距，待密封双壁容器被置入真空加热炉内，经抽真空孔将内容器和外容器之间的空腔抽成真空，对密封热料加热并使之熔解，使之滴落在抽真空孔上或滴落在抽真空孔附近，充填该抽真空孔，然后密封热料冷却并固体，真空密封该容器。

Description

金属真空双壁容器及其制造方法
本发明涉及一种金属双壁容器，例如便携热水瓶，壶，罐或类似物品。
对于制造真空双壁容器的方法，现有一些有效的传统方法，例如，通过贴附在外容器上的微管，将内外容器之间空间抽成真空，然后微管被压力焊接并密封(日本专利申请，公开号昭59-37914，日本专利申请，公开号昭59-103633)；在外容器上设有一真空开口，焊接金属材料堆积在抽空孔的周缘，封装机件位于抽空孔上部，封装机件与抽空孔之间有一段间距，在真空加热炉中进行热抽真空，将温度升至焊接金属材料的熔解温度，焊接封装机件，容器被真空密封(日本专利申请公开号昭58-192516)；另一方法是在外容器上开有一小孔或窄缝，焊接金属材料设置在小孔或窄缝的附近，在真空加热炉进行热抽真空，温度升至焊接金属材料的熔解温度，导致焊接金属材料熔解并流入小孔或窄缝，真空密封容器(日本专利申请平1-106925(美国专利号5153977)实用新型申请平2-26837)。
上述的方法中使用了一个微管，由于微管伸出外容器的底部，则必须设一底部壳套以保护微管，产生的问题是由于该保护套的长度，所制造的产品变得更高，进一步考虑到大批量的生产，因对每一个制品必须密封和切除微管，操作变得复杂，并且，制造过程的密封技术要求非常精确，因此要求操作非常熟练，另外，偶然密封不完全，导致真空度降低和热绝缘能力的丧失，进一步考虑使用微管的密封方法，在对内外容器之间的空间抽真空的情况下，在促使吸附在金属表面的气体解吸时，需对整个容器加热，容器的外表面暴露于大气中，与大气中氧的反应导致剧烈的氧化作用，由于氧化后的表面的外观和抗腐蚀性能受到损害，必须设置一个工序来排除这些低于标准的制品，成本相应地增加。
另一方面，在使用焊接材料的密封方法中，为获得密封材料以外容器材料之间良好的粘接性能，必须清除抽真空开口周缘材料的表面氧化物质，有一种可靠的方法是在1×10-3乇的压力和在950℃或更高的温度下加热，对于不锈钢材料压力可低一些，该方法对金属热水瓶使用情况良好，这种情况下，必须具有可在950℃或更高温度下使用的特殊真空加热炉，其问题是设备费用变得非常昂贵。
为进一步了解传统的金属真空双壁容器的制造方法，可见图14所示，图中所示的是在真空密封前的金属真空双壁容器的状态，待密封容器由内壳1和外壳4构成，内壳1为圆柱形并有一底部，外壳4由圆柱形壳体部分2和外壳底部3构成，外壳体部分2的嘴部与内壳1的嘴部气密性连接，同时外壳底部3气密连接在容器一端的开口处，其位置与外壳体部分2的嘴部位置相反，在外壳体底部3的近似中心位置，朝向内壳1方向压出一凹部6，在凹部6的近似中心部分有一小孔7(抽真空孔)或窄缝，利用小孔7经内壳1和外壳4之间的空腔5抽真空。
在利用真空密封制造金属真空双壁容器过程中，容器被倒置，未密封的容器的嘴部朝下，密封热料8例如金属焊接材料以糊状形式配置在凹部6中，待密封容器置于真空加热炉中，在真空加热炉内部达到一定的真空度时，加热并熔解密封热料8，熔化状态的密封热料8由孔7周缘流入抽真空孔7内，堵塞热真空孔7之后，密封热料8冷却并固化，真空密封抽真空孔7，这样在容器的内壳1和外壳4之间存在一真空的热绝缘层(实用新型专利2-26387)。
然而，在传统的密封方法中，密封热料8配置在凹部6的周缘，在真空密封过程中，密封热料8被熔解并沿着凹部6流入抽真空孔7，密封抽真空孔7，熔解状态的密封热料8的流动方式由下述原因而变化，使用的密封热料8的量的多少，外壳底部部分3和凹部6的倾斜度和表面特性，因此热料8流入抽真空孔7的流动是不稳定的，其导致不完全的密封，为避免这种情况，必须使用比实际需要更多的密封热料8，导致生产成本的增加。
图1是待密封的双壁容器的正视剖面图，给出本发明的第一个实施例。
图2是同一待密封容器的底部表面的视图。
图3是容器底部的剖面视图。
图4是容器底部真空密封状态的剖面视图。
图5是待密封容器的正视剖面图，给出本发明的第二个实施例。
图6是图5所示容器的主要构件的正视图。
图7是图5所示容器的主要构件的剖面视图。
图8是待密封双壁容器的正视剖面图，给出本发明的第三个实施例。
图9是图8所示容器的底部表面的视图。
图10是真空密封后容器的主要构件的放大剖面视图。
图11是待密封容器的正剖面图，给出本发明的第四个实施例。
图12是图11所示容器的主要构件放大底部视图。
图13是待密封容器的正视剖面图，给出本发明的第五个实施例。
图14是与本发明的相关的现有技术的待密封的容器的正视剖面图，以解释传统的现有技术。
本发明考虑到前述的情况，其采取的主要措施使之可能对于抽真空的金属双壁容器，密封热料确实位于抽真空孔的位置，并以较低的费用密封热料密封抽真空孔，使降低产品生产费用成为可能。
本发明的第一个发明是真空金属双壁容器的制造方法，在制造真空金属双壁容器的方法中，容器由一金属内外容器构成，在内容器与外容器之间的空腔内有一抽真空的热绝缘层，该方法由下述步骤构成：金属内外容器的嘴部相连结，两者构成整体结构的待密封双壁容器，内外容器两者之一有一凹部，在凹部内开有一抽真空的抽真空孔，在真空加热的同时，密封热料以固态形式垂直位于抽真空孔上方，密封热料与抽真空孔之间留有一间隙，将待密封容器置于真空加热炉内，经抽真空孔将内外容器之间的空腔抽至一设定的真空度，加热并熔化密封热料致使熔解状态的密封热料直接落入抽真空孔或其附近，填满抽真空孔内部，使密封热料固化，真空密封容器。
本发明第一个发明提供的真空密封比之通过熔解状态的密封热料的流动构成的传统的密封方法更为可靠，因此利用本发明的第一个发明可降低真空密封的缺陷率和提高生产率。
进而，由于真空密封是熔解状的密封热料直接落入抽真空孔，由于密封热料表面张力导致的抽真空孔堵塞不完全的密封缺陷得以消除，所需的密封热料用量可以减少，使制造成本降低。
本发明的第二个发明是一种真空金属双壁容器的制造方法，特征在于在该制造真空金属双壁容器的方法中，容器由一金属内外容器构成，内容器与外容器之间的空腔为一抽成真空的热绝缘屋，该方法包括下列步骤：内容器与外容器相连结构成一双壁容器，内容器和外容器两者之一上有一抽真空孔，在真空开口的附近配置有由较低熔解温度的玻璃构成的密封材料，其软化温度为200℃到600℃，将双壁容器置于一真空加热炉内，在低于密封材料软化温度的情况下将内外容器之间的空腔抽为真空，然后加热双壁容器到高于密封材料的软化温度，使软化的密封材料流入抽真空孔进而密封抽真空孔。
在第二个发明中，由于密封在内外容器两者之一上的抽真空孔的密封材料为低温熔解玻璃，其熔解温度为200℃至600℃，比之传统的焊接方法，真空密封温度能够降低，基于这一原因，用于真空加热炉的温度可以降低，设备费用则可降低，并且成品的制造费用可以降低，用于本发明的低瘟熔解玻璃的优点是虽然在金属双壁容器表面存在氧化物，粘接性能不受损害，并能得到良好的密封，因此可省去将双壁金属容器加热至高温去除氧化物的过程，可进一步降低真空双壁金属容器的生产成分。
进一步与使用微管的传统方法比较，由于不存在伸出的微管的剩余部分，本发明可使制品结构更为紧凑，并且在密封过程，对于同时在真空加热炉中处理大批量的制品时，处理过程稳定，并无需人力参与，很容易达到大批量生产并可降低制造成本，并且在对内外容器之间的空腔抽真空时，由于整个容器是在真空状态下加热，容器表面没有明显的氧化反应，清除氧化物的最后步骤可以略去，进一步降低成本。
进一步看，所有的抽真空和密封过程是在200℃至600℃范围的相对较低的温度下进行，构成容器的金属材料，例如不锈钢或其它类似材料的硬度因低温退火而能增加，其结果是使用高硬度金属材料的容器，其壳体可做的更薄，可降低真空双壁容器的总的重量。
实施例1
按照本实施例，在制造方法中未真空密封的金属双壁容器(这里见未密封的容器10)如图1至图3所示。
未密封的容器10由金属内壳11和金属外壳14构成，金属内壳11形状为圆柱形并有一底部，金属外壳14其形状类似圆柱形并有一底部，两者在嘴部部分相连结，外壳14的外壳体部分12有一肩部19，肩部19的直径随着逐渐趋近嘴部外端部分而逐渐减小，外壳底部13与外壳体部分12的开口部气密性连结，其位于相反的一端，内壳11和外壳14最好使用不锈钢材料。
在外壳底部13的近似中心部分压有一朝向内壳11的半球形凹部16，凹部16的直径Do最好是3-15mm，在凹部16的近似中心有一直径A为0.1-2mm的抽真空小孔17，再在凹部16中设有一圆柱形固体密封热料18，固体密封热料18的直径d最好为0.3-3mm，其长度L应是A＜L＜Do。
未密封容器11在真空加热前的状态是容器的开口朝下，固体密封热料18垂直设置在抽真空孔17的上方，密封热料18与抽真空孔17之间留有一段部距。
接下来对金属双壁容器进行真空密封。
上述的待密封容器10置在真空加热炉内，其嘴部朝下，进行真空加热，随后在低于密封热料18的熔解温度下通过抽真空孔17将空腔15抽至一预定的真空度，温度提高到密封热料18的熔化温度，熔化密封热料18使之滴落入抽真空孔17中及其附近，真空孔17垂直位于密封热料18的下方。
密封热料18滴落在抽真空孔17上和堆积在抽真空孔17的附近，由于毛细现象密封热料18进入真空孔17内，随后密封热料18冷却并硬化，可靠地密封抽真空孔17，图4给出了抽真空孔17被密封热料18密封的状态。
如果抽真空孔17的直径A小于0.1mm，可能使对空腔15的抽真空不充分，同样，如果孔直径A大于2.0mm，由于熔化状密封热料18的表面张力，可能使对孔的堵塞不完全，只要密封热料18为固态形式，则可使用金属焊接材料成低熔点玻璃。
如上所述，可制造出由内壳11和外壳14构成的真空双壁金属容器，其内壳11和外壳14之间有一真空绝热层。
在本实施例中，准备真空加热的待密封容器的开口端朝下，一圆柱形固体密封热料18设在凹部16内，并垂直位于抽真空孔17的上方，待密封容器10置在真空加热炉内，首先空腔15经抽真空孔17在低于密封热料18的熔解温度下被抽到一预定的真空度，随后，将温度上升到密封热料18的熔解温度以上，熔化密封热料18并在自身重量作用下滴落在抽真空孔17上和抽真空孔17的附近，抽真空孔17位于密封热料18的正下方，以这种方式进行真空密封，比之依赖糊状熔解密封热料的流动进行真空密封的传统方法具有更高的可靠性，并且可通过减少密封缺陷出现的比率而提高生产效率，由于熔化状态的密封热料18直接滴落在抽真空孔17并密封该孔，由于熔化状态的密封热料18的表面张力导致的对抽真空孔18堵塞不充分产生的缺陷可以消除，则所需的密封热料18的使用量可以降低，制造成本得以降低。
此外，凹部16所设置的位置并不局限于前述的外壳底部13，还可设在内壳11或外壳体部分12的肩部19处，如下面实施例将述及的，除了如前面实施例所述的曲面状凹部，凹部16的底也可以是水平的或倾斜的，并且开在凹部18中的抽真空孔17的形状可以是长条形孔或排成一列的小孔组成，抽真空孔17所处的位置不仅局限在凹部16的近似中心，也可在中心位置的附近，固体密封热料18不仅仅是圆柱状，只要其长度大于抽真空孔17的直径，并且当设在抽真空孔17的正上方时其三维形状不影响抽真空密封热料18的体积不局限于前述三维形状得出的体积，只要密封热料18的体积值是在下述范围，体积的最小值至少为0.1mm厚并二倍于抽真空孔17的最小体体直径，密封热料18的最大体积值不超过凹部的内部体积，以保证外不产生局部堆积。实施例2
本实施例的待密封容器20不同于前一实施例中的待密封容器10，其袋形凹部21位于外壳体部12的肩部19，小抽真空22位于凹部21中，圆柱形密封热料18设在抽真空孔22的正上方。
由于待密封容器20处于竖直状态，固体密封热料18位于抽真空孔22的正上方，密封热料18与抽真空孔22之间有一间距，为了真空密封待密封容器20，待密封容器20竖直放置，即容器的嘴部朝上并设在真空加热炉内，然后进行真空加热，在该真空加热处理过程中，首先在低于密封热料18的熔化温度下经抽真空孔22将空腔15抽至一预定的真空度，然后将炉温上升至高于密封热料18的熔化温度，熔化密封热料18并使之滴落在位于密封热料18下方的抽真空孔22上或滴落在抽真空孔22的附近，由于毛细现象，滴落在抽真空孔22上和其附近的密封热料18堆积在抽真空孔22上并进入抽真空孔22，之后密封热料18冷却并固化，可靠地密封抽真空孔22。
依据本实施例所述的制造方法，除了可得到前述实施例的效果外，由于置于真空加热炉内的待密封容器是嘴部朝上进行真空密封，在真空加热炉内支撑待密封容器的支持装置则不是必须的，这使从真空加热炉中移出和置入待密封容器的操作更为简单。实施例3
图8至图10给出了按照本发明的制造金属真空双壁容器方法的第3个实施例的示意，这里所述的真空金属双壁容器是一种便携式热水瓶，其是由不锈钢内壳31和不锈钢外壳34构成，两者连结在一起，内壳31和外壳34之间的空腔35构成一真空热绝缘层。
在外容器34中，外容器底部构件33与近似圆柱形外壳体32的底端气密性紧密连结，压成半球形的凹部40位于外壳底部构件33的近似中心部位，在凹部40的中心钻有一小抽真空孔41，抽真空孔41的嘴部直径最好为0.1—2.0mm。
为了制造该热水瓶，内容器31和外容器体32两者在嘴部气密性连结，同时外容器底部构件33与外容器体32气密性连结，构成待密封双壁容器A(在下文叫作双壁容器)。接下来如图8和图9所示，双壁容器A的嘴部朝下，棒形密封材料42设在外壳底部构件33的凹部40内，密封材料42和抽真空孔41之间留有一段空间。
密封材料42为软化温度点在200℃至600℃之间低温软化玻璃，由B2O3-PbO，B2O3-ZnO，PbO-B2O3-ZnO-SiO2，PbO-B2O3-Al2O3-SiO2，PbO-B2O3-SiO2或PbO-B2O3-BaO-SiO2构成的焊接玻璃可作为低温熔解玻璃，特别是与构成双壁容器的不锈钢具有相类似的热膨胀系数的材料为最好。
在凹部40内设棒形密封材料42，密封材料42可简单地推入凹部40，为防止密封材料42的位移，可在密封材料的两端涂覆粘接剂，将其固定在凹部40内，并且密封材料42的形状不局限于棒形，也可为其它固体形状。
接下来，设置好密封材料42后，双壁容器A被倒置放在真空加热炉内，在对炉内进行抽真空的同时进行加热，真空加热的温度为200℃到600℃，这样密封材料42不软化，内容器31和外容器34之间的气体通过抽真空孔41被抽出，抽真空后压力为1×10-2乇或低于1×10-2乇，炉内温度提高达200℃到600℃，该温度高于密封材料42的软化点，密封材料软化并在自身重量的作用下滴落在抽真空孔41上或滴落在抽真空孔附近，密封抽真空孔41，真空密封后，将容器移出炉内，其结果如图10所示，抽真空孔41被低温熔解玻璃密封材料密封，则得到不锈钢水瓶(金属真空双壁容器)，其在内容器31和外容器34之间有一热绝缘层。
经过该真空密封过程，双壁容器在200℃到600℃的温度范围内加热，构成双壁容器的不锈钢材料经低温退火，增加了其的硬度，据此，必须达到抗冲击和撞击要求的不锈钢的厚度可以降低，这样容器可以做的更薄。
按照本实施例所述的方法，利用软化温度在200℃至600℃之间的低温熔化玻璃作为密封材料对抽真空孔进行密封，比之通用的焊接方法可降低真空密封温度，基于这一原因，真空加热炉内所用温度降低，设备费用降低，制品的制造费用也降低。低温熔化玻璃的优点是相粘接性能不受损害，甚至在双壁容器表面存在氧化物的情况下亦然，这可省去在高温下加热双壁容器的表面以去除氧化物的过程，这样制造双壁容器的制造费用得以降低。
进一步，与使用微管的常规方法比较，由于没有微管剩余段，产品更为紧凑，并且考虑到密封过程，由于在大批量真空加热时，因其稳定而无需借助人力，大批量生产更容易达到并可降低人工费用，并且考虑到将内外容器之间的空间抽真空的过程，由于整个容器是在真空中加热，容器外表面没有明显的氧化，因此可省去最后的消除氧化物的过程，则可降低成本。
进一步看，所有的抽真空和密封操作均在相对较低的200℃至600℃之间进行，构成容器的不锈钢或类似材料在低温下退火使其硬度得以增加，结果，所用的金属材料具有更高的硬度，容器可做的更薄，则可降低真空双壁容器的总重。实施例4
图11和图12给出了按照本发明的制造金属真空双壁容器方法的第4个实施例的示意，上述图中所示的双壁容器B几乎与图8和图9所示容器具有相同的结构构成，在图11和图12中，与图8和图9中相同的构件具有相同的标记号，在图11和图12所示的双壁容器B中，在外容器底部构件33的底表面的中心部位有一长条槽43，在长条槽43的底部有一缝状长孔44(抽真空孔)，图12所示，长度短于缝状长孔44的低温熔解玻璃构成的棒形密封材料44设在双壁容器B的长条槽43内，随后如前例所述，双壁容器B被置入真空加热炉内，在抽真空的同时加热至温度为200℃至600℃之间的低于密封材料42软化的温度，抽真空后压力为1×10-2乇或低于1×10-2乇，然后温度提高到200℃至600℃之间的高于密封材料的软化点温度，密封材料42被软化并流入缝状长孔44，密封缝状长孔44，则得到不锈钢热水瓶(真空双壁容器)。实施例5
图13给出了按照本发明的制造金属真空双壁容器方法的第5个实施例的示意，图中所示的双壁容器C几乎与图8和图9所示容器具有相同的结构构成，图13中与图8和图9中相同的构件具有相同的标记号，在图13所示的双壁容器C中，在外容器体32的肩部有一袋形凹部40，在凹部40中有一小抽真空孔41。
为密封双壁容器C，双壁容器C的开口朝上，由低温熔化玻璃构成的棒形密封材料42置在凹部40内，然后双壁容器C被置入真空加热炉内，并如前例所述，将炉温加热至200℃到600℃之间的低于密封材料42软化的温度进行抽真空，将炉内温度加热至200℃至600℃之间的低于密封材料42软化的温度进行抽真空，抽真空后，压力为1×10-2乇或低于1×10-2乇，将炉内温度加热至200℃至600℃之间的高于密封材料42的软化点温度，密封材料42被软化并在自身重量作用下直接滴落在抽真空孔41上或滴落在抽真空孔41的附近，在真空密封后，将容器移出真空加热炉，则可得到不锈钢热水瓶(真空双壁容器)。

Claims (9)

1.一种制造金属真空双壁容器的方法，所说的容器由金属内外容器构成，所述的内容器和外容器之间的空间为一真空热绝缘层，该方法包括下列步骤：
(a)通过仅将所述的金属内容器与所述的外容器各自的嘴部连结在一起而构成待密封双壁容器，在所述的内容器和所述的外容器两者之一内有一凹部，在所述的凹部内开有一抽真空孔，通过该抽真空孔进行抽真空；
(b)在真空加热前，将固体密封材料设置在所述的待密封双壁容器的所述的抽真空孔的正上方，密封材料与抽真空孔之间有一间距；
(c)将所述的待密封双壁容器置入真空加热炉内，通过所述的抽真空孔将所述的内容器与外容器之间的空腔抽至一特定的真空度；并且
(d)真空密封的过程是加热并熔解所述的密封材料，使所述的熔解的密封材料滴落在抽真空孔上和孔的附近，并充填所述的抽真空孔，硬化所述的密封材料。
2.按权利要求1所述的制造金属真空双壁容器的方法，其中，凹部和抽真空孔设在双壁容器的底部，由固体焊接材料或低温熔解玻璃构成的密封热料设在所述的凹部内，当所述的双壁容器被倒置时，密封材料位于所述的抽真空孔的正上方，所述的密封热料和所述的抽真空孔之间留有一间距，所述的双壁容器倒置，其嘴部向下，并被置入真空加热炉内，进行抽真空和真空密封。
3.按权利要求1所述的制造金属真空双壁容器的方法，其中凹部和抽真空孔设在双壁容器的外容器的肩部，由固体焊接材料或低温熔解玻璃构成的密封热料设在所述的凹部内，并位于所述的抽真空孔的正上方，密封热料与抽真空孔之间留有一间距，所述的双壁容器竖直置入真空加热炉内，其嘴部朝上，进行抽真空和真空密封。
4.按权利要求1至权利要求3所述的制造金属真空双壁容器的方法得到的金属真空双壁容器。
5.一种制造金属真空双壁容器的方法，其中所述的容器由金属内外容器构成，所述的内容器与所述的外容器之间的空间为一真空热绝缘层，该方法包括下列步骤：
(a)所述的内容器与所述的外容器相连接构成双壁容器，所述的内容器和外容器之上有一抽真空孔；
(b)软化温度在200℃至600℃之间的低温熔解玻璃构成的密封材料设在所述的抽真空孔的附近；
(c)将所述的双壁容器置入真空加热炉内，在低于所述的密封材料的软化温度下将所述的内容器和外容器之间的空腔抽成真空；
(d)在高于所述密封材料的软化温度下进行加热，使所述的密封材料熔解并流入所述的抽真空孔，密封所述的抽真空孔。
6.按权利要求5所述的制造金属真空双壁容器的方法，其中，凹部和抽真空孔位于所述的双壁容器的所述的外容器的底部，由低温熔解玻璃构成的密封材料设在凹部内，当所述的双壁容器倒置时，密封材料位于所述抽真空孔的正上方，密封材料与抽真空孔之间留有一间距，所述的双壁容器被倒置，其嘴部朝下，并被置入真空加热炉内，进行抽真空和真空密封。
7.按权利要求5所述的制造金属双壁容器的方法，其中在所述双壁容器的所述的外容器的底部设有一长条槽，在所述的长条槽的底部设有一缝状长孔，所述的双壁容器倒置，其嘴部朝下，由低温熔解玻璃构成的棒形密封材料设在所述的长条槽内，所述的双壁容器被倒置并置入真空加热炉内，进行抽真空和真空密封。
8.按权利要求1所述的制造金属真空双壁容器的方法，其中凹部和抽真空孔设在所述双壁容器的所述外容器的肩部，低温熔解玻璃密封热料置于所述凹部内，并位于所述抽真空孔的正上方，在所述低温熔解玻璃密封热料和所述的抽真空孔之间留有一间距，所述双壁容器竖直放置，其嘴部在真空加热炉内朝上，进行抽真空和真空密封。
9.一种金属真空双壁容器，所述的容器由金属内容器和所述外容器构成，在所述内容器和所述外容器之间的空间形成一真空热绝缘层，其中位于所述内容器和外容器两者之一上的抽真空孔由软化温度在200℃至600℃之间的低温熔解玻璃构成的密封材料密封。
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