CN119878821A - 超高真空密封结构及密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高真空密封结构及密封方法，超高真空密封结构包括两个对接的壳体、金属密封件；壳体包括对接面以及通孔，两壳体的对接面之间形成一间隙；金属密封件置于间隙内，其包括两个相对的侧面、以及由其中一个侧面贯穿至另一侧面的连通孔，两侧面分别朝向两对接面；侧面上突出的设置有两个以上环绕连通孔设置的密封环，任意两密封环的其中一个落入另一个密封环内部；每一个侧面上至少有两个密封环和与该侧面相对的对接面的距离不相等，侧面上至少有一个密封环和与该侧面相对的对接面压紧配合。本发明至少一个密封环形成的密封结构满足超高真空密封要求即可，使得整个系统的安装变得简单方便，易于加工。

Description

超高真空密封结构及密封方法

技术领域

本发明涉及真空密封技术领域，具体涉及一种超高真空密封结构及密封方法。

背景技术

一般情况下，通常将真空划分为四个等级，粗真空(105-102Pa)、低真空(102-10-1Pa)、高真空(10-1-10-6Pa)、超高真空(＜10-6Pa)。在超高真空状态下，要求每立方厘米中气体的分子数在100个以下，渗漏需要小于1.0e-11帕斯卡立方米，因此，对密封提出了较高的要求，常用的密封结构很难适用于超高真空环境。目前针对超高真空的密封方式通常是采用金属密封件来实现，例如，常用的刀口密封结构中，在硬质金属表面设置尖刀状密封部，密封时将尖刀状的密封部压到软质金属面上，实现密封，上述通过金属密封的结构，在实施密封时，当有微小缺陷存在时，则会导致密封处的漏率不符合要求，并且其微小的漏率极其不易被检测到，容易导致这个密封系统内的超高真空系统存在失效隐患。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的一是提出中超高真空密封结构，其安装方便，结构简单，且能够满足超高真空的密封要求。

本发明的目的二是提出一种密封方法。

为实现上述目的一，本发明采用如下技术方案：

超高真空密封结构，包括两个对接的壳体、以及金属密封件；

壳体包括对接面以及设置在对接面上与壳体的内腔连通的通孔，两壳体的对接面相对设置且其二者之间形成一间隙；

金属密封件置于间隙内，其包括两个相对的侧面、以及由其中一个侧面贯穿至另一侧面的连通孔，两侧面分别朝向两对接面；侧面上突出的设置有两个以上环绕连通孔设置的密封环，任意两密封环的其中一个落入另一个密封环内部；每一个侧面上至少有两个密封环和与该侧面相对的对接面的距离不相等，侧面上至少有一个密封环和与该侧面相对的对接面压紧配合。

优选的，对接面和侧面均呈平面，在任意相邻的两密封环中，外侧密封环的高度大于内侧密封环的高度。

优选的，侧面上设置有三个以上的密封环，密封环的高度由内向外逐渐增大。

优选的，任意相邻的两密封环的高度差为h，其中h≥0.2mm。

优选的，密封环呈圆形或椭圆形或多边形。

优选的，密封环横截面的宽度由与侧面衔接的一边向着靠近对接面的一边逐渐减小。

优选的，密封环的靠近对接面一边的宽度为0～1.6mm。

优选的，金属密封件的材质为无氧铜或铝或铟或银。

优选的，两壳体通过螺栓连接的方式固定。

为实现上述目的二，本发明采用如下技术方案：

密封方法，利用上述的超高真空密封结构进行密封，包括顺序进行的如下步骤：

S1、将金属密封件置于两个壳体的对接面之间形成的间隙内，使金属密封件上的连通孔正对两壳体上的通孔；

S2、将两壳体靠近以逐渐减小间隙的宽度，使两侧面上最靠近两对接面的密封环分别与两对接面接触；

S3、继续将两壳体靠近，使步骤S2中与对接面接触的密封环产生形变，当下一个密封环将要靠近对接面时，停止移动两壳体，两壳体的内腔通过连通孔连接成一个密封腔；

S4、对密封腔抽真空，检查漏率；如漏率达到要求，完成密封，如漏率未达到要求，则进行如下步骤S5；

S5、继续使两壳体靠近以夹紧金属密封件，使步骤S3中的下一个密封环接触对接面后并产生形变。

本发明的有益效果在于：

本发明在金属密封件与壳体正对的侧面上设置两个以上的密封环，使得壳体的对接面在靠近金属密封件的过程中，密封环能够先后与对接面接触后产生形变，至少一个密封环形成的密封结构满足超高真空密封要求即可；在组装时，只需要在一个方向上使壳体靠向金属密封件即可，使得整个系统的安装变得简单方便；另外，金属密封件上的多个密封环可以是通过机加工的方式一次成型，使得金属密封件易于加工成型。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为图1中金属密封件的结构示意图；

图3为本发明实施例二的结构示意图；

图4为本发明实施例三的结构示意图；

图5为本发明密封方法的一种状态示意图；

图6为本发明密封方法的另一种状态示意图。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述：

如图1、2所示，为本发明实施例一的超高真空密封结构，其包括两个对接的壳体20、以及金属密封件10，壳体20为中空结构，在其一端形成一设置有一端壁，端壁的外表面形成对接面21，对接面21上设置有穿过端壁与内腔连通的通孔22，两个壳体20的对接面21相对设置，使两壳体20上的通孔22对齐或大致对齐，两对接面21在正对后在其二者之间形成一间隙，金属密封件10置于两对接面21之间的间隙内，金属密封件10包括两个相对的侧面11、以及连通孔12，连通孔12位于金属密封件10的中部，其是由一个侧面11贯穿至另一个侧面11，在将金属密封件10置于两对接面21之间后，两侧面11分别朝向两对接面21，且两侧面11分别与两对接面21对应设置，在每一个侧面11上均突出的设置密封环13和密封环14，其中密封环13和密封环14均环绕连通孔12设置，其中，密封环14位于密封环13的内侧，使密封环14完全落入到密封环13的内部，密封环13在侧面11上突出的高度为d1，密封环14在侧面11上突出的高度为d2，其中d1大于d2，上述的对接面21被设置为平面、侧面11也被设置为平面，壳体20在与密封件10组装时，对接面21和与其相对的侧面11平行设置，如此，使密封环14与对接面21之间的距离小于密封环13与对接面21之间的距离，并且，由于密封环14与对接面21之间的距离相对较小，在两壳体20向着金属密封件10靠拢时，密封环13先与对接面21接触，通过外部施压使密封环13在与对接面21接触后发生一定的形变，实现两壳体20对接部分的密封，在两壳体20夹紧金属密封件10以完成密封后，位于外侧的密封环13被挤压变形，密封环14则未能接触对接面21，如此，在连通孔12、通孔22的周缘，通过形变后的密封环13形成一道密封结构，实现两壳体20对接的部分密封，当检测漏率发现密封环13形成的密封结构能够实现超高真空密封要求时，完成两壳体20的对接密封；当通过密封环13形成的密封结构存在缺陷或其他因素导致未能达到超高真空密封要求时，可继续挤压两壳体20，使两壳体20之间的间隙宽度被继续缩小，再次挤压密封环13，使密封环13继续形变的同时，高度相对较小的密封环14与对接面21接触并产生形变，如此，通过形变后的密封环14和密封环13在连通孔12、通孔22的周缘外围形成两道密封结构。

本发明的上述方案中，通过在金属密封件与壳体正对的侧面上设置两个密封环，两个密封环与对接面间隙设置为不相等，使得壳体的对接面在靠近金属密封件的过程中，两个密封环能够先后与对接面接触后产生形变；在密封时，如先与壳体的对接面接触形变的密封环未能达到密封要求，则可进一步将壳体的对接面靠近密封环，使另一个密封环与对接面接触后产生形变，如此，通过两个密封环形成两道密封结构，使壳体的内腔达到超高真空密封的要求。

上述的密封环13和密封环14被设置为呈圆形的构造，将连通孔12与两个通孔22正对设置，使中心轴线重合或大致重合，密封环13和密封环14延伸轨迹的圆心落在连通孔12的中心轴线上；在其他实施例中，密封环13和密封环14也可以是被设置为椭圆形或多边形等，总之，密封环13和密封环14只要是能够在侧面11上于连通孔12的外围呈连续延伸的闭合环状构造即可。

为了使密封环能够在对对接面21接触时，易于被对接面21挤压产生形变，可以是将密封环设置为宽度渐变的构造，具体的，密封环的横截面宽度由与侧面11衔接的一边向着靠近对接面21的一边逐渐减小，在靠近对接面21的一边，密封环具有相对较小的横截面宽度，从而对接面21在挤压密封环时，密封环横截面宽度较小的部分易于形变，可以是将密封环靠近对接面21的一边的宽度设置为0～1.6mm，在宽度为0时，相当于将密封环靠近对接面21的一边设置为尖状构造，即密封环的两侧面在尖状构造的端部交汇，当密封环靠近对接面21一边的宽度尺寸不为0时，可以是使密封环靠近对接面21的一边形成一个宽度小于1.6mm的平面，或将密封环靠近对接面21的一边设置为一个弧形面，或将密封环靠近对接面21的一边设置为中间部下凹的V形构造，以便于使密封环在受对接面21挤压时形变。

上述密封环13和密封环14的高度差为h，优选内的，h≥0.2mm，如此，为密封环13预留足够的形变空间，也就是说，密封环13初步形变时，密封环14尚未与对接面21接触，这样可确保分步骤的靠拢壳体20和金属密封件30时，使密封环13和密封环14能够先后形成两道密封结构。

如图3所示，为本发明实施例二的超高真空密封结构，与上述实施例一不同的是，本发明在金属密封件的两个侧面上分别设置三个密封环，三个密封环均环绕于连通孔的外围，并且任意相邻的两个密封环中，位于内侧密封环落在位于外侧的密封环的内部，并且，三个密封环的高度由内向外逐渐增大，在于壳体的对接面密封时，最外围的密封环与壳体的对接面接触并产生形变，当检测漏率未能达到要求时，减小两壳体对接面之间的间隙宽度，压缩金属密封件，使中间的密封环与对接面接触并产生形变，当检测漏率还未达到要求，则继续减小两壳体对接面之间间隙宽度，进一步压缩金属密封件，使最内侧的密封环与对接面接触并产生形变，最终在连通孔和通孔外周缘，通过三个密封环形成三道密封结构。在该实施例二中，三个密封环的高度由内向外逐渐增大，使三个密封环与对接面之间的距离均不相同。实际上，三个密封环的高度并不一定是由内向外逐渐增大的方式布置，可以是将三个密封环的高度设置为由外向内逐渐增大，或者将中间的密封环高度设置为最大，总之，在两壳体的对接面间隙逐渐减小的过程中，能够使三个密封环按照先后顺序依次与对接面接触并产生形变即可。

如图4所示，为本发明实施例三的超高真空密封结构，其包括两壳体40以及金属密封件30，金属密封件30的两个侧面31上分别设置两个密封环33和密封环34，其中密封环33位于密封环34的外侧，密封环33从侧面31突出的高度小于密封环34从侧面31突出的高度，两壳体40的对接面41均被设置为非平面构造，其中上方壳体40的对接面41包括与上方密封环33对应的配合部411、以及与上方密封环34对应的配合部412，下方壳体40的对接面41包括与下方密封环33对应的配合部413、以及与下方密封环34对应的配合部414，由于配合部411与配合部413之间的间隙相对较小，配合部412与配合部414之间的间隙相对较大，尽管密封环33的高度相对较低，但在两壳体40靠向金属密封件30时，密封环33先与两配合面41接触，具体的，上方密封环33与配合部411接触、下方密封环33与配合部413接触，使密封环33首先被挤压形变，当密封环33形成的密封结构未能达到超高真空密封要求时，则两壳体40继续向金属密封件30靠拢，使配合部412挤压上方密封环34、配合部414挤压下方密封环34，密封环34被挤压形变后形成密封结构。

本发明的金属密封件上与两壳体相对的侧面上分别设置至少两个密封环，在壳体靠拢金属密封件时，两个密封环能够先后被壳体挤压形变，先后形成两道密封结构，当第一道密封结构未能满足超压真空密封要求时，可进一步减小壳体间隙，使下一个密封环形变形成第二道密封结构，直至达到超高真空密封的要求即可。通过本发明的密封结构能够满足超高真空密封的要求，组装时，只需要在一个方向上使壳体靠向金属密封件即可，例如两壳体可以是通过螺栓固定，旋紧螺栓使两壳体靠拢以夹紧金属密封件，当第一个密封环被挤压变形后，检测密封腔室的漏率，如果不满足要求，则继续旋紧螺栓，使后续的密封环能够被挤压形变，只要一个密封环能够在充分变形形成的密封结构满足超高真空密封的要求，即可实现整个系统的密封，这样一来使得整个系统的安装变得简单方便；另外，金属密封件上的多个密封环可以是通过机加工的方式一次成型，使得金属密封件易于加工成型。

本发明的金属密封件的材质采用无氧铜或铝、铟、银等其他软质金属。

本发明的密封方法采用上述的超高真空密封结构实施，其具体包括如下步骤：

S1、将金属密封件置于两个壳体的对接面之间形成的间隙内，使金属密封件上的连通孔正对两壳体上的通孔；

S2、将两壳体靠近以逐渐减小间隙的宽度，使两侧面上最靠近两对接面的密封环分别与两对接面接触；

S3、参见图5所示，继续将两壳体靠近，使步骤S2中与对接面接触的密封环产生形变，当下一个密封环将要靠近对接面时，停止移动两壳体，两壳体的内腔通过连通孔连接成一个密封腔；

S4、对密封腔抽真空，检查漏率；如漏率达到要求，完成密封，如漏率未达到要求，则进行如下步骤S5；

S5、参见图6所示，继续使两壳体靠近以夹紧金属密封件，使步骤S3中的下一个密封环接触对接面后并产生形变。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施局限于这些说明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.超高真空密封结构，其特征在于，包括两个对接的壳体、以及金属密封件；

壳体包括对接面以及设置在对接面上与壳体的内腔连通的通孔，两壳体的对接面相对设置且其二者之间形成一间隙；

金属密封件置于间隙内，其包括两个相对的侧面、以及由其中一个侧面贯穿至另一侧面的连通孔，两侧面分别朝向两对接面；侧面上突出的设置有两个以上环绕连通孔设置的密封环，任意两密封环的其中一个落入另一个密封环内部；每一个侧面上至少有两个密封环和与该侧面相对的对接面的距离不相等，侧面上至少有一个密封环和与该侧面相对的对接面压紧配合。

2.如权利要求1所述的超高真空密封结构，其特征在于，对接面和侧面均呈平面，在任意相邻的两密封环中，外侧密封环的高度大于内侧密封环的高度。

3.如权利要求2所述的超高真空密封结构，其特征在于，侧面上设置有三个以上的密封环，密封环的高度由内向外逐渐增大。

4.如权利要求2所述的超高真空密封结构，其特征在于，任意相邻的两密封环的高度差为h，其中h≥0.2mm。

5.如权利要求1所述的超高真空密封结构，其特征在于，密封环呈圆形或椭圆形或多边形。

6.如权利要求1所述的超高真空密封结构，其特征在于，密封环横截面的宽度由与侧面衔接的一边向着靠近对接面的一边逐渐减小。

7.如权利要求6所述的超高真空密封结构，其特征在于，密封环的靠近对接面一边的宽度为0～1.6mm。

8.如权利要求1所述的超高真空密封结构，其特征在于，金属密封件的材质为无氧铜或铝或铟或银。

9.如权利要求1所述的超高真空密封结构，其特征在于，两壳体通过螺栓连接的方式固定。

10.密封方法，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述的超高真空密封结构进行密封，包括顺序进行的如下步骤：

S1、将金属密封件置于两个壳体的对接面之间形成的间隙内，使金属密封件上的连通孔正对两壳体上的通孔；

S2、将两壳体靠近以逐渐减小间隙的宽度，使两侧面上最靠近两对接面的密封环分别与两对接面接触；

S3、继续将两壳体靠近，使步骤S2中与对接面接触的密封环产生形变，当下一个密封环将要靠近对接面时，停止移动两壳体，两壳体的内腔通过连通孔连接成一个密封腔；

S4、对密封腔抽真空，检查漏率；如漏率达到要求，完成密封，如漏率未达到要求，则进行如下步骤S5；

S5、继续使两壳体靠近以夹紧金属密封件，使步骤S3中的下一个密封环接触对接面后并产生形变。