RU191570U1

RU191570U1 - Small Vacuum Sealant

Info

Publication number: RU191570U1
Application number: RU2019110110U
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Кубанкин; Дмитрий Александрович Колесников; Александр Васильевич Щагин; Олег Орестович Иващук; Анна Андреевна Каплий
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2019-08-13

Abstract

Полезная модель: герметизатор малых вакуумных объемов относится к вакуумной технике и может быть использована для герметизации малых вакуумных объемов, изготовленных из различных материалов, не прикладывая большой нагрузки, но поддерживая при этом стабильное давление остаточного газа в течение длительного времени. Герметизатор состоит из цилиндрического корпуса с отверстием, вакуумного уплотнения и затвора и дополнительно включает вакуумную камеру с четырьмя фланцами. Затвор выполнен в виде конического пина с возможностью отсоединения, установленного с помощью держателя на подвижном штоке. Цилиндрический корпус в виде герметизируемого объема, в верхней крышке которого выполнено коническое отверстие, включающее гермоуплотнение, установлен с помощью держателя на нижнем неподвижном штоке. Предлагаемое устройство может использоваться в различных областях, где необходимо герметично и в течение длительного времени поддерживать стабильное давление остаточного газа в откачанном объеме.Utility model: a small vacuum volume sealant belongs to the vacuum technique and can be used to seal small vacuum volumes made of various materials without applying a large load, but maintaining a stable pressure of the residual gas for a long time. The sealant consists of a cylindrical body with a hole, a vacuum seal and a shutter, and additionally includes a vacuum chamber with four flanges. The shutter is made in the form of a conical pin with the possibility of disconnection, installed using the holder on a movable rod. A cylindrical body in the form of a sealed volume, in the upper cover of which a conical hole is made, including a hermetic seal, is installed with a holder on the lower fixed rod. The proposed device can be used in various fields where it is necessary to maintain a stable pressure of the residual gas in the pumped-out volume for a long time.

Description

Полезная модель относится к вакуумной технике и может быть использована для герметизации малых вакуумных объемов, изготовленных из различных материалов, не прикладывая большой нагрузки, но поддерживая при этом стабильное давление остаточного газа в течение длительного времени.The utility model relates to vacuum technology and can be used to seal small vacuum volumes made of various materials without applying a large load, but maintaining a stable pressure of the residual gas for a long time.

Известны различные устройства, используемые в вакуумной технике для герметичного перекрытия вакуумных объемов. Герметизацию выполняют различными способами. Например, пайкой, дуговой или ультразвуковой сваркой, путем механического воздействия (прикладывая нагрузку) на уплотнительные элементы, изготовленные из различных материалов.Various devices are known which are used in vacuum technology for hermetically closing vacuum volumes. Sealing is carried out in various ways. For example, by soldering, arc or ultrasonic welding, by mechanical action (applying a load) on sealing elements made of various materials.

Одно из таких технических решений, герметизация которого осуществляется пайкой, описано в патенте «Герметичный корпус» (RU № 2072124 C1, публ. 20.01.1997 г.). Устройство состоит из корпуса, содержащего кожух и крышку, в зазоре между которыми расположена проволока прямоугольного сечения, обеспечивающая паяное соединение.One of these technical solutions, the sealing of which is carried out by soldering, is described in the patent "Sealed enclosure" (RU No. 2072124 C1, publ. 01.20.1997). The device consists of a housing containing a casing and a cover, in the gap between which there is a rectangular wire, providing a solder connection.

Известно устройство, герметизация которого осуществляется ультразвуковой сваркой, описанное в патенте «Способ герметизации корпуса электронного прибора» (RU № 2233568 C1, публ. 27.07.2004 г.). Способ заключается в том, что стык основания и крышки корпуса, выполненные из термопластичного полимерного материала, сваривают ультразвуковой сваркой в импульсном режиме при статическом давлении.A device is known, the sealing of which is carried out by ultrasonic welding, described in the patent "Method for sealing the housing of an electronic device" (RU No. 2233568 C1, publ. July 27, 2004). The method consists in the fact that the joint of the base and the housing cover, made of a thermoplastic polymer material, is ultrasonically welded in a pulsed mode at static pressure.

Устройство, обеспечивающее герметичность путем механического воздействия на уплотнительные элементы описано в патенте «Высоковакуумный цельнометаллический шибер» (RU № 2327917, публ. 27.06.2008 г.). Высоковакуумный цельнометаллический шибер состоит из корпуса, механизма уплотнительного узла, сильфонного узла с маятником, привода шибера, рукоятки, направляющей, рычага, оси поворота и опорного кольца. Устройство используется для перекрытия высоковакуумных систем.A device that provides tightness by mechanical action on the sealing elements is described in the patent "High-vacuum all-metal gate" (RU No. 2327917, publ. June 27, 2008). The high-vacuum all-metal gate consists of a housing, a sealing assembly mechanism, a bellows assembly with a pendulum, a gate drive, a handle, a guide, a lever, a pivot axis and a support ring. The device is used to shut off high-vacuum systems.

Наиболее близким по назначению к предлагаемой полезной модели является техническое решение, которое описано в патенте под названием «Вакуумный прямопролетный клапан» (SU № 1707649 A1, публ. 23.01.1989 г.). Вакуумный прямопролетный клапан содержит цилиндрический корпус с продольным отверстием, кольцевое вакуумное уплотнение отверстия и затвор, а с целью повышения быстродействия, соосно с корпусом установлен статор, на котором размещены центральная ось, две зеркально-симметричные цилиндрические сквозные гильзы, соосный оси статора кольцевой магнитопровод, в радиальных пазах которого смонтирована многофазная обмотка, подпружиненное опорное кольцо с направляющими. The closest to the purpose of the proposed utility model is a technical solution, which is described in the patent under the name "Vacuum straight-span valve" (SU No. 1707649 A1, publ. 23.01.1989). The direct-flow vacuum valve contains a cylindrical body with a longitudinal hole, an annular vacuum seal of the hole and a shutter, and in order to improve performance, a stator is installed coaxially with the body, on which a central axis, two mirror-symmetric cylindrical through sleeves, an annular magnetic core coaxial to the stator axis, are installed, in the radial grooves of which a multiphase winding is mounted, a spring-loaded support ring with guides.

К общим недостаткам аналогов и прототипа следует отнести большое количество сложных в изготовлении конструктивных элементов, возможный перегрев корпуса и/или его составляющих (в случае пайки), возможная неравномерность сварного шва (в случае сварки), а также большая нагрузка, прикладываемая к уплотнениям (в случае механического воздействия), что может привести к деформации корпуса и/или его составляющих и разгерметизации устройства.The common disadvantages of analogues and prototype include a large number of structural elements difficult to manufacture, possible overheating of the body and / or its components (in case of soldering), possible unevenness of the weld (in case of welding), and also a large load applied to the seals (in mechanical impact), which can lead to deformation of the housing and / or its components and depressurization of the device.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание простого устройства, позволяющего, не прикладывая сравнительно большой нагрузки, герметизировать малые вакуумные объемы, изготовленные из различного рода материалов, и поддерживать в перекрытом объеме стабильное давление остаточного газа в течение длительного времени. The task to which the proposed technical solution is directed is to create a simple device that allows, without applying a relatively large load, to seal small vacuum volumes made of various kinds of materials and to maintain a stable pressure of the residual gas for a long time in the closed volume.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого герметизатора малых вакуумных объемов, содержащего цилиндрический корпус с отверстием, вакуумное уплотнение и затвор, причем, герметизатор дополнительно включает вакуумную камеру с четырьмя фланцами, кроме того, затвор выполнен в виде конического пина с возможностью отсоединения, установленного с помощью держателя на подвижном штоке, а цилиндрический корпус в виде герметизируемого объема, в верхней крышке которого выполнено коническое отверстие, включающее гермоуплотнение, установлен с помощью держателя на нижнем неподвижном штоке.The problem is solved using the proposed sealant of small vacuum volumes, containing a cylindrical body with a hole, a vacuum seal and a shutter, moreover, the sealant additionally includes a vacuum chamber with four flanges, in addition, the shutter is made in the form of a conical pin with the possibility of disconnection installed using the holder on a movable rod, and a cylindrical body in the form of a sealed volume, in the upper cover of which a conical hole is made, including a hermetic seal, is installed determined using a stationary holder on the lower stem.

Технический результат заключается в обеспечении внутри малого объема стабильного давления остаточного газа, от атмосферного до высокого вакуума, в течение длительного времени.The technical result consists in providing within a small volume of stable pressure of the residual gas, from atmospheric to high vacuum, for a long time.

Предлагаемое устройство отличается тем, что: в качестве гермоуплотнения используется индиевое кольцо, промазанное высоковакуумным герметиком. Не используются медные, фторопластовые или витоновые уплотнители, использование которых требует значительного увеличения прикладываемой к пину нагрузки или не обеспечивает сохранение высокого вакуума в течение длительного времени. The proposed device is characterized in that: as an hermetic seal, an indium ring is used, coated with a high-vacuum sealant. Do not use copper, fluoroplastic or viton seals, the use of which requires a significant increase in the load applied to the pin or does not ensure the preservation of high vacuum for a long time.

Преимущество предлагаемой полезной модели заключается в том, что конструкция позволяет герметизировать объемы, которые включают не только металлические, а и керамические элементы корпуса за счет сравнительно небольшой прикладываемой к пину нагрузки, не повреждая и не деформируя устройство; герметизируемый объем не нагревается, а высокий вакуум сохраняется длительное время. Совокупность перечисленных преимуществ обеспечивает надежность и безопасность предлагаемого устройства.The advantage of the proposed utility model is that the design allows to seal volumes that include not only metal but also ceramic body elements due to the relatively small load applied to the pin without damaging or deforming the device; the sealed volume does not heat up, and the high vacuum is maintained for a long time. The combination of these advantages ensures the reliability and safety of the proposed device.

Полезная модель поясняется чертежом.The utility model is illustrated in the drawing.

Фиг. 1 - функциональная схема устройства.FIG. 1 is a functional diagram of a device.

Устройство состоит из вакуумной камеры 1, четырех фланцев 2, верхнего подвижного 3 и нижнего неподвижного 4 штоков, держателей 5, конического пина 6, герметизируемого объема 7, содержащего верхнюю 8 крышку с коническим отверстием 9 и гермоуплотнением 10 в нем.The device consists of a vacuum chamber 1, four flanges 2, the upper movable 3 and the lower fixed 4 rods, holders 5, conical pin 6, a sealed volume 7, containing the upper 8 cover with a conical hole 9 and a hermetic seal 10 in it.

Вакуумная камера 1 диаметром 200 мм и высотой 150 мм, в которой помещены все конструктивные элементы полезной модели, изготовлена из нержавеющей стали и включает четыре фланца 2. Два штока: верхний подвижный 3 и нижний неподвижный 4 диаметром 20 мм выполнены из нержавеющей стали. На каждом из штоков установлены держатели 5, изготовленные из фторопласта. Конический пин 6, предназначенный для герметизации герметизируемого объема 7, выполнен из нержавеющей стали и представляет собой стержень с возможностью отсоединения, не закрепленный край которого имеет форму конуса. Герметизируемый объем 7 представляет собой объем порядка 50 – 100 мл, ограниченный металлическим и/или керамическим корпусом с глухой нижней крышкой и верхней 8 крышкой. В верхней 8 крышке герметизируемого объема 7 проделано коническое отверстие 9, форма и размер которого повторяют форму и размер конического пина 6. В коническое отверстие 9 помещено гермоуплотнение 10, представляющее собой тонкое индиевое кольцо на которое слоем порядка 0.01 мм нанесен высоковакуумный герметик. Внешний диаметр индиевого кольца гермоуплотнения 10 совпадает с большим диаметром конического отверстия 9, а его толщина порядка 1 мм. The vacuum chamber 1 with a diameter of 200 mm and a height of 150 mm, in which all the structural elements of the utility model are placed, is made of stainless steel and includes four flanges 2. Two rods: the upper movable 3 and the lower fixed 4 with a diameter of 20 mm are made of stainless steel. Holders 5 made of fluoroplastic are mounted on each of the rods. The conical pin 6, designed to seal the volume 7 to be sealed, is made of stainless steel and is a detachable shaft, the non-fixed edge of which has the shape of a cone. The sealable volume 7 is a volume of the order of 50-100 ml, limited by a metal and / or ceramic body with a blind bottom cover and a top 8 cover. A conical hole 9 was made in the top 8 cover of the volume 7 to be sealed, the shape and size of which repeated the shape and size of the conical pin 6. A pressure seal 10 was placed in the conical hole 9, which was a thin indium ring on which a high-vacuum sealant was applied with a layer of the order of 0.01 mm. The outer diameter of the indium seal ring 10 coincides with the large diameter of the conical hole 9, and its thickness is about 1 mm.

Работает устройство следующим образом. Для осуществления работы устройства герметично закрытая вакуумная камера 1 через фланцы 2 подключается к системе вакуумной откачки и, при необходимости, к системе напуска рабочего газа (Фиг. 1). Внутри вакуумной камеры 1 с помощью держателей 5 на верхнем подвижном 3 штоке закреплен конический пин 6, а на нижнем неподвижном 4 штоке установлен герметизируемый объем 7. С помощью системы вакуумной откачки, из камеры 1 откачивается воздух и, при необходимости, в камеру напускается рабочий газ. После достижения необходимого давления остаточного газа, в камере 1 в движение приводится верхний подвижный 3 шток, который под нагрузкой вдавливает конический пин 6, с возможностью отсоединения, в коническое отверстие 9 верхней 8 крышки герметизируемого объема 7. Нагрузка, с которой подвижный 3 шток вдавливает закрепленный с помощью держателя 5 конический пин 6 составляет порядка 60 кг на 1 см²площади конического отверстия 9. Под нагрузкой, пин 6 расплющивает индиевое кольцо гермоуплотнения 10, промазанное высоковакуумным герметиком, и уплотняет коническое отверстие 9. Конический пин 6, вдавленный внутрь конического отверстия 9, фиксируется в таком положении до полной полимеризации герметика, которым промазано индиевое кольцо гермоуплотнения 10. После этого в камеру 1 через фланец 2 осуществляется напуск воздуха, вдавленный внутрь конического отверстия 9 конический пин 6 отсоединяется от подвижного 3 штока, снимается крышка (на Фиг. 1 не показана) вакуумной камеры 1, и загерметизированный объем 7 извлекается из камеры 1. После извлечения из вакуумной камеры 1 загерметизированного объема 7, зазор между коническим пином 6 и коническим отверстием 9 замазывается высоковакуумным герметиком.The device operates as follows. To implement the operation of the device, a hermetically sealed vacuum chamber 1 through the flanges 2 is connected to a vacuum pumping system and, if necessary, to a working gas inlet system (Fig. 1). A conical pin 6 is fixed on the upper movable 3 rod inside the vacuum chamber 1 with the help of holders 5, and a sealed volume 7 is installed on the lower stationary 4 rod. Using a vacuum pumping system, air is pumped out of chamber 1 and, if necessary, working gas is introduced into the chamber . After reaching the required pressure of the residual gas, the upper movable 3 rod is set in motion in chamber 1, which presses the conical pin 6 under load, with the possibility of disconnecting, into the conical hole 9 of the upper 8 of the cover of the volume to be sealed 7. The load with which the movable 3 rod presses the fixed holder 5 via a conical pin 6 is approximately 60 kg per 1 cm ² of area of the conical hole 9. Under load, pin 6 flatten germouplotneniya indium ring 10, a high vacuum sealant fluff and sealing there is a conical hole 9. The conical pin 6, pressed into the conical hole 9, is fixed in this position until the sealant polymerizes with which the indium seal ring 10 is smeared. After that, air is introduced into the chamber 1 through the flange 2, the conical pin pressed into the conical hole 9 6 is disconnected from the movable rod 3, the cover (not shown in FIG. 1) of the vacuum chamber 1 is removed, and the sealed volume 7 is removed from the chamber 1. After removing the sealed volume from the vacuum chamber 1 EMA 7, the gap between the conical ping and 6 and the tapered bore 9 smeared high vacuum sealant.

Конкретный пример работы устройства. A specific example of the operation of the device.

Герметизатор малых вакуумных объемов был использован для герметизации корпусов портативных источников рентгеновского излучения. Использовалась вакуумная камера 1 цилиндрической формы 200 мм и высотой 150 мм с четырьмя фланцами 2 стандарта KF 40. Чтобы обеспечить необходимую нагрузку, герметизатор был смонтирован на базе разрывной машины. В верхний и нижний фланцы 2 вакуумной камеры 1 через вакуумные соединения входят подвижный 3 и неподвижный 4 штоки разрывной машины. Подвижный 3 верхний шток находится внутри сильфонов, обеспечивающих вакуумное уплотнение соединения с вакуумной камерой 1 в процессе его перемещения. На верхнем подвижном 3 штоке с помощью держателя 5 монтировался конический пин 6 с возможностью отсоединения. На неподвижном 4 штоке с помощью держателя 5 был закреплен герметизируемый объем 7 – корпус портативного рентгеновского источника, который необходимо герметизировать. Корпус представлял собой керамический полый цилиндр диаметром 30 мм, высотой 35 мм и толщиной стенки 3 мм, изготовленный из диоксида циркония, к которому были приварены глухая нижняя крышка и верхняя 8 крышка, изготовленные из нержавеющей стали. В верхней 8 крышке герметизируемого объема 7 проделано коническое отверстие 9, форма и размер которого повторяют форму и размер конического пина 6: больший диаметр составил 6.5 мм, а меньший 5 мм. Гермоуплотнение 10 было обеспечено индиевым кольцом толщиной 2.5 мм, внешний диаметр которого составил 6.5 мм, а внутренний – 5.3 мм. Кольцо гермоуплотнения 10 было смазано высоовакуумным герметиком слоем порядка 0.01 мм, который в течение 30-40 минут после нанесения текуч и пригоден для работы, а в течение нескольких часов надежно затвердевает. Для контроля вакуума внутри герметизируемого объема 7 в корпус источника рентгеновского излучения была установлена лампа ПМИ 10-2. После установки всех конструктивных элементов внутри вакуумной камеры 1 ее крышка была закрыта и был осуществлен процесс откачки. Откачка воздуха из вакуумной камеры 1 производится системой вакуумной откачки, присоединенной к вакуумной камере 1 через фланец 2 с помощью гибкого металлического сильфона. Система вакуумной откачки позволяет производить откачку вакуумной камеры 1 до давления порядка 10^-7 мБар. Измерение давления внутри вакуумной камеры 1 осуществляется с помощью широкодиапазонного вакуумметра. После достижения необходимого значения давления – 1×10^-6 мБар, в движение приводился верхний подвижный 3 шток разрывной машины, который вдавливал конический пин 6 внутрь конического отверстия 9 верхней 8 крышки и герметизировал корпус источника рентгеновского излучения. После отвердевания герметика, конический пин 6 был отсоединен от подвижного 3 штока, была снята крышка вакуумной камеры 1, а загерметизированный объем 7 – корпус источника был извлечен. Сразу после извлечения загерметизированного объема 7 с помощью лампы ПМИ 10-2 было измерено давление. Оно составило 1×10^-6 - 2×10^-6мБар. Через месяц было проведено контрольное измерение вакуума внутри нескольких герметизированных таким образом источников рентгеновского излучения. Давление составило 2×10^-6 - 3×10^-5мБар.A small vacuum volume sealant was used to seal the enclosures of portable X-ray sources. A vacuum chamber 1 of a cylindrical shape 200 mm and a height of 150 mm with four flanges 2 of the KF 40 standard was used. To ensure the necessary load, the sealant was mounted on the basis of a tensile testing machine. In the upper and lower flanges 2 of the vacuum chamber 1 through the vacuum connections are movable 3 and fixed 4 rods of a tensile testing machine. The movable 3 upper rod is located inside the bellows, providing vacuum sealing of the connection with the vacuum chamber 1 during its movement. On the upper movable rod 3 using a holder 5 mounted conical pin 6 with the possibility of disconnection. A sealed volume 7 — a case of a portable x-ray source, which needs to be sealed — was fixed on a stationary 4 rod using a holder 5. The case was a ceramic hollow cylinder with a diameter of 30 mm, a height of 35 mm and a wall thickness of 3 mm, made of zirconium dioxide, to which a blind bottom cover and a top 8 cover made of stainless steel were welded. A conical hole 9 was made in the top 8 lid of the volume 7 to be sealed, the shape and size of which repeated the shape and size of the conical pin 6: the larger diameter was 6.5 mm and the smaller 5 mm. The hermetic seal 10 was provided with an indium ring 2.5 mm thick, the outer diameter of which was 6.5 mm, and the inner one - 5.3 mm. The sealing ring 10 was lubricated with a high-vacuum sealant with a layer of the order of 0.01 mm, which is fluid and suitable for work within 30-40 minutes after application and solidifies reliably within a few hours. To control the vacuum inside the sealed volume 7, a PMI 10-2 lamp was installed in the housing of the x-ray source. After installing all the structural elements inside the vacuum chamber 1, its cover was closed and the pumping process was carried out. The air is evacuated from the vacuum chamber 1 by a vacuum pumping system connected to the vacuum chamber 1 through the flange 2 using a flexible metal bellows. The vacuum pumping system allows pumping the vacuum chamber 1 to a pressure of about 10 ^-7 mbar. The pressure measurement inside the vacuum chamber 1 is carried out using a wide-range vacuum gauge. After reaching the required pressure value of 1 × 10 ^-6 mbar, the upper movable 3 rod of the tensile testing machine was driven, which pressed the conical pin 6 into the conical hole 9 of the upper 8 cover and sealed the case of the x-ray source. After hardening of the sealant, the conical pin 6 was disconnected from the movable 3 rod, the cover of the vacuum chamber 1 was removed, and the sealed volume 7 — the source case was removed. Immediately after removing the sealed volume 7, a pressure was measured using a PMI 10-2 lamp. It amounted to 1 × 10 ^-6 - 2 × 10 ^-6 mbar. A month later, a control measurement of the vacuum was carried out inside several X-ray sources thus sealed. The pressure was 2 × 10 ^-6 - 3 × 10 ^-5 mbar.

Предлагаемое устройство может использоваться в различных областях, где необходимо герметично и в течение длительного времени поддерживать стабильное давление остаточного газа в откачанном объеме. Устройство найдет применение, например, в ускорительной технике, вакуумной технике и электронике, производстве портативных источников ионизирующих излучений, которые включают металлические и керамические элементы корпуса.The proposed device can be used in various fields where it is necessary to maintain a stable pressure of the residual gas in the pumped-out volume for a long time. The device will find application, for example, in accelerator technology, vacuum technology and electronics, the production of portable sources of ionizing radiation, which include metal and ceramic elements of the body.

Claims

Герметизатор малых вакуумных объемов, содержащий цилиндрический корпус с отверстием, вакуумное уплотнение и затвор, отличающийся тем, что дополнительно включает вакуумную камеру с четырьмя фланцами, кроме того, затвор выполнен в виде конического пина с возможностью отсоединения, установленного с помощью держателя на подвижном штоке, а цилиндрический корпус в виде герметизируемого объема, в верхней крышке которого выполнено коническое отверстие, включающее гермоуплотнение в виде индиевого кольца, промазанного высоковакуумным герметиком, установлен с помощью держателя на нижнем неподвижном штоке.A small vacuum volume sealant comprising a cylindrical body with a hole, a vacuum seal and a shutter, characterized in that it further includes a vacuum chamber with four flanges, in addition, the shutter is made in the form of a conical pin with the possibility of detachment mounted using a holder on a movable rod, and a cylindrical body in the form of a sealed volume, in the top cover of which a conical hole is made, including a hermetic seal in the form of an indium ring, coated with a high vacuum seal com, installed using the holder on the lower fixed rod.