本發(fā)明涉及真空環(huán)境中的密封技術(shù)，尤其適用于需要提供預(yù)緊力較小且多次重復(fù)使用的矩形密封結(jié)構(gòu)的密封裝置和密封方法。

背景技術(shù)：

真空環(huán)境加工、制造或者在太空環(huán)境中運(yùn)行的航天載荷中存在各種需要在真空環(huán)境中正常運(yùn)行的系統(tǒng)，例如運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制器，信息采集、處理、傳輸器等。一方面，這些系統(tǒng)可能在極端的真空環(huán)境下由于失效、放電等問題無法正常運(yùn)行，另一方面，系統(tǒng)在真空環(huán)境中運(yùn)行過程中放氣產(chǎn)生的物質(zhì)不利于真空環(huán)境清潔，或由質(zhì)量損失均加速系統(tǒng)老化，因此需要為這些系統(tǒng)進(jìn)行有效密封，將其與真空系統(tǒng)隔離，以下均將該類系統(tǒng)統(tǒng)稱為待密封系統(tǒng)。例如半導(dǎo)體加工過程的真空環(huán)境中，控制器所包含的各種電子學(xué)系統(tǒng)和電子元器件在10^‐2Pa～10²Pa的低真空范圍內(nèi)工作存在放電安全隱患；同時(shí)，暴露在真空環(huán)境中的電子學(xué)系統(tǒng)和電子元器件放氣產(chǎn)生的氣體及顆粒物質(zhì)會(huì)污染加工環(huán)境，影響半導(dǎo)體加工正常運(yùn)行。因此，為保證這些待密封系統(tǒng)在真空環(huán)境中的正常運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)恼婵彰芊饨Y(jié)構(gòu)，將待密封系統(tǒng)與真空工作環(huán)境有效隔離。

真空下的待密封系統(tǒng)例如電子學(xué)系統(tǒng)多數(shù)為矩形結(jié)構(gòu)，先前實(shí)施例中采用傳統(tǒng)的圓柱形密封裝置，如圖1(a)所示，當(dāng)待密封系統(tǒng)為矩形截面時(shí)，例如前面提到的電子學(xué)系統(tǒng)，其配合結(jié)構(gòu)俯視圖如圖1(b)所示，由圖中可以看出矩形截面的待密封系統(tǒng)22安裝在圓形截面的密封裝置111中時(shí)，密封裝置111內(nèi)的空間利用率較低，并且待密封系統(tǒng)22的形狀受限于密封裝置截面直徑。例如對(duì)截面150mm*120mm的矩形系統(tǒng)采用圓形截面容器密封時(shí)，密封容器截面直徑必須大于190.2mm，截面利用率小于62％。因此傳統(tǒng)的圓柱形密封裝置不適用于矩形截面的待密封系統(tǒng)22的密封。

為提高密封裝置內(nèi)部空間利用率，并且保證密封效果，先前實(shí)施例2采用圖2所示方形盒體配合圓形法蘭構(gòu)成密封裝置，密封結(jié)構(gòu)仍為便于加工的圓形輪廓對(duì)稱結(jié)構(gòu)，以提供可靠的密封效果。該結(jié)構(gòu)的問題在于方形盒體和圓形法蘭配合時(shí)，法蘭面的利用率更差，法蘭面的密封槽內(nèi)邊緣直徑至少大于方形盒體截面對(duì)角線，留出密封槽及螺栓安裝空間后法蘭面直徑遠(yuǎn)大于方形盒體邊長。例如對(duì)截面150mm*120mm的方形盒體，留出密封槽及螺栓安裝孔余量后至少需要直徑210mm的圓截面密封法蘭，截面利用率52％。同時(shí)，密封法蘭厚度大于方形盒體壁厚，法蘭較重的密封裝置頭重腳輕穩(wěn)定性較差，且重量較大，不便于安置；最后，為提高方形盒體內(nèi)空間利用率，待密封系統(tǒng)外輪廓也受到方形盒體約束。

先前矩形密封的實(shí)施例采用密封面擠壓實(shí)心絲圈或?qū)嵭膲|圈變形實(shí)現(xiàn)密封。這種方法若采用非金屬材料作為密封圈時(shí)漏率較大，且非金屬材料在真空環(huán)境中放氣量較大，影響真空系統(tǒng)清潔度；若采用金屬材料作為密封圈則需要較大的預(yù)緊力，且金屬密封圈不能重復(fù)使用，靈活性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出一種真空環(huán)境中的彈性金屬矩形密封裝置，包括矩形上法蘭(1)、矩形下法蘭(2)、矩形密封盒體(3)、矩形整體輪廓的密封結(jié)構(gòu)、壓緊螺釘、待密封系統(tǒng)安裝螺釘、矩形截面待密封系統(tǒng)，其中，矩形截面待密封系統(tǒng)容納于矩形密封盒體(3)，并采用待密封系統(tǒng)安裝螺釘固定，矩形上法蘭(1)和矩形下法蘭(2)經(jīng)由矩形整體輪廓的密封結(jié)構(gòu)相配合、由壓緊螺釘壓緊，實(shí)現(xiàn)密封，矩形整體輪廓的密封結(jié)構(gòu)采用彈性金屬壓緊密封結(jié)構(gòu)，通過平面將彈性金屬密封圈在密封槽(5)內(nèi)擠壓變形。

優(yōu)選地，矩形整體輪廓的密封結(jié)構(gòu)的拐角處，采用過渡圓弧結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，過渡圓弧半徑大于20mm。

優(yōu)選地，彈性金屬密封圈表面鍍軟金屬層。

優(yōu)選地，彈性金屬密封圈采用O型彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)，O型彈性金屬密封圈(4)橫截面為環(huán)形中空結(jié)構(gòu)，對(duì)壓力方向沒有選擇性，密封槽(5)底面兩邊進(jìn)行圓角處理。

優(yōu)選地，彈性金屬密封圈采用C型彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)，采用一層C型彈性金屬密封圈(6)密封，C型彈性金屬密封圈(6)開口面向真空端。

優(yōu)選地，彈性金屬密封圈采用C型彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)，采用雙層C型彈性金屬密封圈密封結(jié)構(gòu)，雙層密封槽分為內(nèi)密封槽(8)和外密封槽(10)，分別安裝內(nèi)C型彈性金屬密封圈(7)和外C型彈性金屬密封圈(9)，兩只密封圈開口方向相反。

一種采用前述彈性金屬矩形密封裝置進(jìn)行密封的方法，包括：

S1，將矩形截面待密封系統(tǒng)放入矩形密封盒體(3)中；

S2采用待密封系統(tǒng)安裝螺釘將待密封系統(tǒng)固定，將矩形上法蘭(1)、矩形下法蘭(2)通過壓緊螺釘固定。

優(yōu)選地，S2包括：

將O型彈性金屬密封圈(4)放置于密封槽(5)，采用待密封系統(tǒng)安裝螺釘將待密封系統(tǒng)固定，將矩形上法蘭(1)、矩形下法蘭(2)通過壓緊螺釘固定，由此通過平面將O型彈性金屬密封圈(4)在密封槽(5)內(nèi)擠壓變形，達(dá)到密封；或者，在僅面對(duì)內(nèi)部真空外部壓力或外部真空內(nèi)部壓力其中的一種工況下，僅采用一層密封即可滿足密封要求，將C型彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)放置于密封槽(5)，C型彈性金屬密封圈(6)開口面向真空端，采用待密封系統(tǒng)安裝螺釘將待密封系統(tǒng)固定，將矩形上法蘭(1)、矩形下法蘭(2)通過壓緊螺釘固定，由此通過平面將C型彈性金屬密封圈(6)在密封槽(5)內(nèi)擠壓變形，達(dá)到密封；或者，在需要面對(duì)內(nèi)部真空外部壓力或外部真空內(nèi)部壓力兩種工況下，采用雙層C型彈性金屬密封圈密封結(jié)構(gòu)，在內(nèi)密封槽(8)和外密封槽(10)內(nèi)分別安裝內(nèi)C型彈性金屬密封圈(7)和外C型彈性金屬密封圈(9)，兩只密封圈開口方向相反，以滿足內(nèi)部真空外部壓力及外部真空內(nèi)部壓力兩種工況的轉(zhuǎn)換需求，采用待密封系統(tǒng)安裝螺釘將待密封系統(tǒng)固定，將矩形上法蘭(1)、矩形下法蘭(2)通過壓緊螺釘固定，由此通過平面將C型彈性金屬密封圈(7)和外C型彈性金屬密封圈(9)分別在內(nèi)密封槽(8)和外密封槽(10)內(nèi)擠壓變形，達(dá)到密封。

優(yōu)選地，S2包括：采用待密封系統(tǒng)安裝螺釘將待密封系統(tǒng)固定，將O型彈性金屬密封圈(4)放置于密封槽(5)，將矩形上法蘭(1)、矩形下法蘭(2)通過壓緊螺釘固定，由此通過平面將O型彈性金屬密封圈(4)在密封槽(5)內(nèi)擠壓變形，達(dá)到密封；或者，采用待密封系統(tǒng)安裝螺釘將待密封系統(tǒng)固定，在僅面對(duì)內(nèi)部真空外部壓力或外部真空內(nèi)部壓力其中的一種工況下，僅采用一層密封即可滿足密封要求，將C型彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)放置于密封槽(5)，C型彈性金屬密封圈(6)開口面向真空端，將矩形上法蘭(1)、矩形下法蘭(2)通過壓緊螺釘固定，由此通過平面將C型彈性金屬密封圈(6)在密封槽(5)內(nèi)擠壓變形，達(dá)到密封；或者，采用待密封系統(tǒng)安裝螺釘將待密封系統(tǒng)固定，在需要面對(duì)內(nèi)部真空外部壓力或外部真空內(nèi)部壓力兩種工況下，采用雙層C型彈性金屬密封圈密封結(jié)構(gòu)，在內(nèi)密封槽(8)和外密封槽(10)內(nèi)分別安裝內(nèi)C型彈性金屬密封圈(7)和外C型彈性金屬密封圈(9)，兩只密封圈開口方向相反，以滿足內(nèi)部真空外部壓力及外部真空內(nèi)部壓力兩種工況的轉(zhuǎn)換需求，將矩形上法蘭(1)、矩形下法蘭(2)通過壓緊螺釘固定，由此通過平面將C型彈性金屬密封圈(7)和外C型彈性金屬密封圈(9)分別在內(nèi)密封槽(8)和外密封槽(10)內(nèi)擠壓變形，達(dá)到密封。

本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于真空環(huán)境中的彈性金屬矩形密封裝置，主要用于解決以下技術(shù)問題：(1)完成矩形密封裝置的有效密封，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其氦氣漏率優(yōu)于5×10^‐11Pam³/s；(2)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證彈性金屬密封裝置在內(nèi)部真空外部壓力及外部真空內(nèi)部壓力兩種工況下均滿足5×10^‐11Pam³/s的漏率要求；(3)解決常規(guī)金屬密封圈密封所需預(yù)緊力大，且密封圈無法重復(fù)使用的問題。

采用本發(fā)明的矩形密封結(jié)構(gòu)，提高了密封裝置內(nèi)的有效利用空間；本發(fā)明針對(duì)矩形密封結(jié)構(gòu)密封中存在的直角拐角處應(yīng)力分布不均容易導(dǎo)致泄漏，加工難度大成品率低等問題對(duì)密封面進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，提出過渡圓弧結(jié)構(gòu)，解決了直角拐角處的泄露問題；本發(fā)明采用彈性金屬完成了矩形密封裝置的密封，實(shí)驗(yàn)測試所述彈性金屬密封裝置在內(nèi)部真空外部壓力及外部真空內(nèi)部壓力兩種工況下均能提供5×10^‐11Pam³/s的漏率；本發(fā)明采用彈性金屬完成密封，所需預(yù)緊力小，在同等壓力下相對(duì)實(shí)心金屬密封圈所需壓緊螺栓數(shù)量少，安裝方便，適用于密封截面較大的矩形真空裝置密封，并且密封圈可以重復(fù)使用。

附圖說明

圖1為：現(xiàn)有技術(shù)的一種密封裝置示意圖；

圖2為：現(xiàn)有技術(shù)的另一種密封裝置示意圖；

圖3為：本發(fā)明所述彈性金屬矩形密封裝置的外觀圖；

圖4(a)、圖4(b)為：本發(fā)明所述彈性金屬矩形密封裝置的彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為：本發(fā)明所示矩形密封裝置采用O型彈性金屬密封圈的密封結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為：本發(fā)明所示矩形密封裝置采用一層C型彈性金屬密封圈的密封結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為：本發(fā)明所示矩形密封裝置采用雙層C型彈性金屬密封圈的密封結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作以詳細(xì)的描述：

本發(fā)明提出了一種真空環(huán)境中的彈性金屬矩形密封裝置，包含矩形截面的密封盒體、矩形截面的密封法蘭，以及矩形法蘭上的彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)，用于矩形真空密封裝置的密封，所設(shè)計(jì)彈性金屬密封裝置實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其氦氣漏率優(yōu)于5×10^‐11Pam³/s，所需預(yù)緊力小，能重復(fù)使用。所述矩形彈性金屬密封圈橫截面為中空的C型和中空的O型兩種。為實(shí)現(xiàn)密封裝置在內(nèi)部真空外部壓力及外部真空內(nèi)部壓力兩種工況下均能提供5×10^‐11Pam³/s的漏率，C型彈性金屬密封采用雙層密封結(jié)構(gòu)，密封面上加工相鄰的兩道密封槽，兩道密封槽內(nèi)C型密封圈開口相對(duì)安裝，以滿足在內(nèi)部真空外部壓力及外部真空內(nèi)部壓力兩種工況下的漏率要求。O型彈性金屬密封圈對(duì)壓力方向敏感度相對(duì)C型彈性金屬密封圈較小，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明通過單層密封也實(shí)現(xiàn)了良好的密封效果。

在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提出一種真空環(huán)境中的彈性金屬矩形密封裝置，包含矩形截面的密封盒體、矩形截面的密封法蘭，以及矩形法蘭上的彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)。如圖3所示，圖3為本發(fā)明所述彈性金屬矩形密封裝置的外觀圖，主要由矩形上法蘭1、矩形下法蘭2、矩形密封盒體3組成。彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)通過上法蘭1、下法蘭2之間的密封結(jié)構(gòu)配合，螺栓壓緊實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)矩形密封結(jié)構(gòu)密封中存在的應(yīng)力分布不均容易導(dǎo)致泄漏，加工難度大成品率低等問題，本發(fā)明對(duì)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)。首先，矩形密封結(jié)構(gòu)的漏點(diǎn)容易在直角拐角處產(chǎn)生，本發(fā)明采用過渡圓弧結(jié)構(gòu)代替了矩形結(jié)構(gòu)的直角拐角，一方面分散應(yīng)力集中度，另一方面降低加工難度，提高密封可靠性。如圖4(a)所示密封槽5的拐角采用圓弧過渡，過渡圓弧半徑視具體密封結(jié)構(gòu)尺寸而定，考慮到彈性金屬密封圈在過渡圓弧處的加工可靠性，建議過渡半徑大于20mm。其次，針對(duì)彈性金屬密封本發(fā)明對(duì)密封槽底面兩邊進(jìn)行圓角處理，如圖4(b)所示。最后，對(duì)于密封性能要求較高的密封裝置，建議在彈性金屬密封圈表面鍍軟金屬層，例如銀，以克服密封面表面光滑度低造成的微量泄漏。

本發(fā)明所述O型彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)如圖4(b)所示，O型彈性金屬密封圈4橫截面為環(huán)形中空結(jié)構(gòu)，對(duì)壓力方向沒有選擇性，既可以用于內(nèi)部真空外部壓力工況，又可用于外部真空內(nèi)部壓力工況，因此單層O型彈性金屬密封圈即可完成密封。密封槽5底面兩邊進(jìn)行圓角處理。

本發(fā)明所述C型彈性金屬矩形密封結(jié)構(gòu)如圖5所示，若密封裝置僅工作在內(nèi)部真空外部壓力或外部真空內(nèi)部壓力其中一種工況下時(shí)，僅采用一層密封即可滿足密封要求，密封時(shí)使C型彈性金屬密封圈開口面向真空端，圖5所示實(shí)施例適用于內(nèi)部真空的密封容器。相對(duì)O型彈性金屬密封圈，C型彈性金屬密封圈需要的預(yù)緊力更小，方便拆卸及重復(fù)使用。

若密封裝置需同時(shí)滿足內(nèi)部真空外部壓力或外部真空內(nèi)部壓力兩種工況，則建議采用圖7所示的雙層密封結(jié)構(gòu)。雙層密封槽分為內(nèi)密封槽8和外密封槽10，內(nèi)部分別安裝內(nèi)C型彈性金屬密封圈7和外C型彈性金屬密封圈9，兩只密封圈開口方向相反，以滿足內(nèi)部真空外部壓力及外部真空內(nèi)部壓力兩種工況的轉(zhuǎn)換需求。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。