Способ герметизации сверхвысоковакуумных клапанных соединений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 Г 16 К 25/О Н Л 0 34итут электронного аШувалов А. С. С акуумные уплотн 984, с. 14 - 15. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ(54) СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНЫХ КЛАПАННЫХ СОЕДИНЕНИЙ(57) Изобретение относится к области вакуумной техники, в частности к способам многократно воспроизводимой герметизации сверхвысоковакуумных цельнометаллических пар, и может быть использовано в вакуумных клапанах и затворах. Целью изобретения является уменьшение усилия герметизации за счет удаления окисной пленки с поверхности уплотнения. Для этого перед контактированием на уплотнительную поверхность уплотнения воздействуют электромагнитным полем или потоком частиц, что удаляет окисную пленку. 2 ил.Изобретение относится к вакуумной технике, в частности к способам многократно воспроизводимой герметизации сверхвысоковакуумных цельнометаллических пар, и может быть использовано в вакуумных клапанах и затворах.Целью изобретения является уменьшение усилия герметизации, повышение ресурса и надежности работы сверхвысоковакуумного клапанного соединения за счет удаления окисной пленки с поверхности уплотнителя.Способ герметизации заключается в следующем.В способе герметизации сверхвысоковакуумных соединений, заключающемся в механическом соединении элементов металлической уплотнительной пары и сжатии их до герметизации, перед контактированием на уплотнительную поверхность уплотнителя воздействуют, не изменяя его фазового состояния, электромагнитным полем и потоком частиц с энергией, превышающей теплоту образования окисла металла уплотнителя при давлении вакуумной среды, меньшем давления кислородсодержащих газов над поверхностью уплотнителя, удаляют окисную пленку, после чего уплотнительную пару соединяют и сжимают усилием герметизации, обеспечивающим заданное натекание через соединение,Данный способ герметичного соединения обеспечивает в 1,5 - 3 раза меньшее усилие герметизации, гарантирующее заданное натекание через соединение, так как при уплотнении вследствие удаления окисной пленки облегчается выход дислокаций на поверхность уплотнителя и его пластичность увеличивается, а также устраняется переходной слой, являющийся источником каналов натекания из внешней среды в вакуум, Повышение ресурса и надежности работы является следствием уменьшения усилия в закрытом состоянии уплотнительной пары и уменьшения износа ее ввиду устранения воздействия разрушенных твердых частиц оксидов на уплотнительную поверхность.Удаление оксидной пленки с поверхности уплотнителя может быть вызвано увеличением колебательной энергии молекулы, например, в результате повышения температуры (термическая диссоциация). Диссоциация оксида может быть вызвана также воздействием на него потока частиц (электронов, ионов или фотонов), при этом энергия частиц должна превосходить теплоту образования оксида металлов, которая составляет сотни ккал/моль или примерно 10 Дж/моль. Условие, налагающееся на значение давления вакуумной среды, связано с откачкой кислородсодержащих газов и подавлением процесса окисления уплотнителя.55 Концентрично уплотнителю 6 в открытом положении затвора в закрепленном на корпусе 1 кольцевом керамическом изоляторе 7 расположен прямонакальный катод 8 в виде спирали, например, из вольфрамовой проволоки, соединенный с источником электрического питания через металлокерамический электрический вакуумный ввод 9, через коГерметизацию сверхвысоковакуумногоклапанного соединения осуществляют следующим образом,После окончания технологического процесса или экспериментальных исследований,проводимых в вакууме, сверхвысоковакуумный затвор, уплотнительная пара которогосостоит из перекрывающего диска с уплотнителем, например, из меди и седла, выполненного, например, из нержавеющей ста"0 ли, закрывают. Перед закрыванием на уплотнительную поверхность медного уплотнителя, представляющую собой пленку оксидамеди толщиной несколько десятков ангстремвоздействуют, например, потоком электро 15 нов, энергия которых превышает 10 эВ,что гарантирует диссоциацию оксида меди идесорбцию продуктов разложения с поверхности. Эффективность диссоциации и десорбции кислородсодержащих газов колеблетсямежду 10- 10 молекула/электрон. Вре 20 мя удаления оксида меди с поверхностиуплотнителя зависит от плотности токаэмиссии электронов и составляет единицысекунд при )=0,1 - 0,3 А/см. Давление вакуумной среды, при котором происходитдиссоциация оксида меди, должно быть невыше 10Па, что всегда выполняется, таккак применение сверхвысоковакуумных затворов целесообразно при давлении ниже 1 ОПа.После удаления оксида меди с поЗ 0 верхности уплотнителя перекрывающий дискмеханическим путем подводят к седлу иосуществляют сжатие уплотнителя усилиемгерметизации, гарантирующим заданное натекание через соединение. Следует отметить,что после напуска воздуха в полостьЗ 5 клапана происходит окисление поверхностеймикроканалов натекания, что способствуетуменьшению их размеров и как следствиеуменьшению натекания через них.На фиг. 1 представлен сверхвысоковакуумный затвор в открытом положении;40 на фиг. 2 - узел герметизации клапана.Как показано на фиг. 1, сверхвысоковакуумный затвор состоит из корпуса 1, вкотором размещен шток 2, герметично уплотненный сильфоном 3. На конце штока 245 размещена керамическая вставка 4 с закрепленным на ней перекрывающим диском, выполненным в виде конусообразной упругойтарелки 5, имеющей на своей цилиндрической периферии уплотнитель 6, например,из меди.501423851 пропорциональна токами обратно 20 Формула изобретения ригт торый также тарель 5 соединена с электродом.Седло 10 затвора с проходным отверстием 11 выполнено из нержавеющей стали, покрытой сульфидированной пленкой для предотвращения схватывания уплотнителя 6 с седлом. Перемещение перекрывающего диска и герметизация затвора осуществляется приводом 12.Как показано на фиг, 2, упругая тарель 5 с уплотнителем 6 размещена внутри индикатора 13, выполненного в виде винтовой цилиндрической спирали из медного прутка. Зндуктор 13 соединен через вакуумные токовводы 14 с источником 15 тока высокой частоты (ИТВЧ).Затвор работает следующим образом.Затвор открыт. 11 осле окончания технологического процесса или экспериментальных исследований перед закрыванием на тарель 5 подается положительный электрический потенциал, а на катод 8 вэлектрическое напряжение, в результате чего вольфрамовая проволока раскаляется и испускает электроны, бомбардирующие уплотнитель 6, который по отношению к ним является анодом. Взаимодействие потока электронов с окисью меди приводит к диссоциации оксида и десорбции продуктов разложения с поверхности уплотнителя 6. После удаления окисной пленки источники электрического питания отключают и включают привод 12, который, перемещая перекрывающий диск, подводит его к седлу 10 и осуществляет сжатие тарели 5, герметизируя цилиндрическую периферийную кромку седла 1 О. Перед закрыванием клапана включают источник 15. В результате протекания по индуктору 13 высокочастотного переменного тока вокруг уплотнителя о возникает переменное электромагнитное поле, вследствие чего происходит нагрев поверхности уплотнителя 6 за счет тепла, выделяющегося из-за циркуляции в нем индуктированных вихревых токов (токов Фуко). Толщина поверхностного слоя, в котором выделяется около 90 тепла, создаваемого вихревыми где 1 - частота тока. Нагрев поверхности приводит к термической диссоциации оксида и десорбции кислорода с поверхности уплотнителя.Следует отметить, что приведенный вариант конструкции может быть эффективным при вакууме в полости затвора выше 10Па ввиду низкого давления кислорода при термической дессоциации. Способ герметизации сверхвысоковакуумных клапанных соединений, включающий подведение элементов металлической уплот нительной пары, состоящей из запорногоэлемента и уплотнителя друг к другу до обеспечения контакта, и сжатие их для получения герметичного соединения, отличаюи 1 ийся тем, что, с целью уменьшения усилия герметизации за счет разрушения 30 окисной пленки, повышения ресурса и надежности, перед обеспечением контакта на уплотнитель воздействуют электромагнитным полем или потоком частиц с энергией, превышающей энергию образования окисла металла уплотнителя при давлении 35 вакуумной среды, меньшем давления кислородсодержащих газов над поверхностью уплотнителя.Макс 1 ки по делашскаяятие, г. Составитель Тсхрсд И. ВсТираж 84омитета СГСРЖ - 35, Рауеское предпри Корректор М. ВасильсГодписноем изобретений и открытийнаб., д. 4/5Ужгород, ул. Проектная, 4