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真空、超真空系统里的电气馈通连接

发布于：2022-08-25 14:36:25 来自：电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点：电气真空

真空系统在各个行业的应用越来越普遍。如电子加工真空系统、电池生产真空系、蒸发蒸馏真空系统、废液（废酸水、废碱水、废油水等）回收真空系统、物料浓缩结晶真空系统、食品行业真空系统等等。超高真空密封电气馈通件的制造是一项高度专业化的技术，世界各地的公司都拥有，但如何与这些电气设备连接却往往被大多数人忽视。科学家、工程师和技术人员通常需要自行解决产品的连接缺陷。事实上，大多数馈通件制造商认为他们的参与在真空容器开始的地方结束。

真空系统，组装质量的高低直接决定了真空系统性能的优劣。连接处密封不漏气和具有足够的机械强度是真空组装技术的关键。而所选连接技术必须设计得当，适用于机械强度、温度和变交热负载以及所需气密性相关的要求。

真空馈通，它们是什么？

一种组件，其主要目的是将物质或能量从密封真空室的外部传递到内部。真空馈通件必须在高真空和超高真空下保持无泄漏。

在科学和工业真空社区中，真空馈通、电气馈通、陶瓷馈通、玻璃馈通和密封馈通这两个术语通常可以互换使用，而不管它们的细微差别，这是可以的。但是，您可能会问自己“这些术语之间的真正区别是什么？” 当用于描述用于真空室的馈通时，密封馈通和真空馈通这两个术语实际上是相同的。两者都必须是密封的。电气馈通可以使用陶瓷或玻璃制造，这是其他术语的来源。

有许多类型/样式的真空馈通件，并使用各种技术制造。

真空馈通方案

一、真空系统的设计方案步骤

1、根据被抽容器对真空度的要求，选择适当的真空系统设计方案，进行选、配泵计算；

2、确定导管、阀门、捕集器、真空测量元件等，进行合理配置；

3、最后画出真空系统装配图和零部件图。

二、真空系统的连接方式

真空系统，组装质量的高低直接决定了真空系统性能的优劣。连接处密封不漏气和具有足够的机械强度是真空组装技术的关键。

电气馈通

– 真空馈通，其主要设计/功能是将电能输送到真空系统中。单针和多针设计是常规制造的。

1.玻璃对金属（良好） ——玻璃的结晶非晶特性促进了低损耗信号传输。

匹配密封：从玻璃和金属氧化物之间的结合中获得强度。玻璃和金属具有大致相同的热膨胀系数。
压缩密封：当玻璃和金属具有不同的热膨胀系数时产生，并且金属在冷却时压缩在凝固的玻璃周围。压缩密封件可以承受非常高的压力，并用于各种工业应用。

2.陶瓷对金属（良好） ——密封件是玻璃的替代品。由于在需要坚固密封的高应力环境中具有出色的密封性能，陶瓷密封件超出了玻璃对金属密封件的设计限制。在玻璃还是陶瓷之间进行选择取决于应用、重量、散热解决方案和材料要求

3.微晶玻璃金属 (BEST) – 密封件是真空馈通件的最佳选择，因为它们结合了压缩密封、低信号损失和在高应力环境中的卓越性能的优点。

环氧树脂（差） ——密封件非常经济，但有许多限制，包括除气问题，并且通常限于 100 摄氏度的工作温度。

胶水或橡胶（差） ——密封件也很经济，但与环氧树脂有相同的局限性，但更极端。

液体和气体馈通:

– 真空馈通，其主要设计/功能是将液体或气体带入和带出真空系统。此类真空馈通的密封件包括金属对金属型锻或可变形金属垫圈。

运动和操纵馈通:

一种真空馈通，其主要设计/功能是通过机械方式将运动（动能）传递到真空系统中。

波纹管密封
(BEST) – 通常在旋转和直线型馈通件中焊接波纹管组件。这些类型的馈通件采用 316 不锈钢制造，通常额定温度为 250 摄氏度，无除气，额定用于超高真空环境。
O 形圈（良好） ——通常由 Viton、Buna-N 或 Kalrez 化合物制成。O 形圈的使用寿命比波纹管短。O 形环密封真空馈通件的额定温度通常为 80-150 摄氏度，仅用于高真空应用。
铁磁流体（昂贵） ——一个独特的旋转接口充满了铁磁流体，通过永磁体的磁场悬浮在适当的位置，以产生气密的真空密封。

光纤馈通

真空馈通，其主要设计/功能是将发射光通过光纤电缆组件传输到真空系统中。

玻璃到金属缓冲密封 (BEST) – 使用玻璃陶瓷压缩（如上所述）密封技术在纤维和金属之间进行密封。额定温度为 250 摄氏度，适用于超高真空应用。
环氧树脂密封（差） – 密封很经济，但有许多限制，包括除气问题，并且通常限于 100 摄氏度的工作温度。

视口馈通

– 真空馈通，其主要设计/功能是真空系统内外的视觉、光学或宽带能量传输。

钎焊密封- 真空观察窗使用各种高温钎焊合金密封到金属上。钎焊在真空或可控气氛炉内进行。接合的蓝宝石或石英，此后钎焊过程简单地将两个金属表面-光盘将金属通过第一结晶/无定形衬底上制造金属化表面来完成的。蓝宝石视口使用含金合金密封，适用于高达 450C 的温度，但仅适用于小直径尺寸。另一方面，石英和熔融石英需要更软（可延展）的铅银合金，最高工作温度为 200C。

脱气应用

脱气，是什么？

除气是释放先前溶解、截留、冻结或吸收在固体中的截留气体或蒸汽。除气可包括升华和蒸发，它们是物质向气体的相变以及解吸。

它与真空系统有何关系？

在高 (HV) 和超高 (UHV) 真空系统中，气体负荷的主要贡献者是从真空表面解吸气体和蒸汽（在没有注入气体的情况下）。

为什么这有关系？

除气的影响会影响室内的许多设备。释放的气体会凝结在敏感设备上，如镜头、真空视口和其他基板，在某些情况下使它们无法工作。

主要来源是什么？

所有材料和表面都是脱气的活性来源。有些材料比其他材料差。最糟糕的是塑料、弹性体和胶水；多孔陶瓷和多孔金属；大多数润滑剂、导热油脂以及我们自己的指纹、头发、皮肤细胞、灰尘、食物等。从表面释放出的最主要的气体/蒸气是水蒸气、油和油脂蒸气、溶剂、有机材料。在超高 (UHV) 真空的上游，用于制造大部分腔室的不锈钢本身会在一定程度上释放氢气和一氧化碳。

减少释气

减少释气的最佳方法是使用已知的材料，首先可以提供很少的释气。众所周知，304 和 316 不锈钢是用于构建真空室的绝佳材料。对于电子产品，PEEK（聚醚醚酮）低释气热塑性塑料非常适合连接器，而Kapton 绝缘线因其低释气特性而成为极好的绝缘体。Outgassing.NASA.gov 列出了大量释放气体最少的材料。

为了进一步减少真空抽气过程中的脱气，必须使吸附或吸收的气体/蒸汽进入气相，以便将其泵出腔室。这可以通过烘烤（加热腔室及其组件）来实现，用短波长紫外线破坏表面和吸附蒸汽之间的键。烘烤（又名烘烤或烘烤是真空行业中最常见的）。

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