本發(fā)明屬于微球充氣領(lǐng)域，具體涉及一種注入式微球充氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光慣性約束聚變（ICF）實驗中需要將靶丸內(nèi)充入高壓燃料氣體，向靶丸內(nèi)加載氣態(tài)燃料一般稱為充氣。靶丸充氣主要有四種方法，即熱擴(kuò)散充氣、制球原位充氣、注入法充氣和充氣管充氣。熱擴(kuò)散充氣是靶丸高壓充氣最普遍采用的充氣方法。名稱為“一種高溫高壓空心微球充氣系統(tǒng)”的中國發(fā)明專利（專利號為201410329819.2）采用的就是熱擴(kuò)散充氣方法的微球充氣系統(tǒng)。熱擴(kuò)散法充氣取決于微球材料的滲透系數(shù)，與充氣溫度、壓力和所充氣體種類密切相關(guān)。在熱擴(kuò)散充氣時為了更有效的將氣體充入球內(nèi)，提高微球充氣壓力和溫度是兩種行之有效的重要手段。由于充氣室材料和厚度的限制熱擴(kuò)散法充氣時實際上能夠采用的最高壓力和溫度是有限的，目前能做到的高壓室最大工作壓力為120MPa，此時最高工作溫度不超過400℃。高溫室最高工作溫度900℃，此時最大工作壓力不超過10MPa。例如玻璃微球在目前的狀態(tài)下，只能實現(xiàn)小分子氣體如氫、氘氣的充氣，對于其他稍大一些的分子氣體如較常用的氬氣卻充不能有效的充入球內(nèi)；再例如金屬球通常阻氣性能較好，金屬微球即使充小分子氣體如氫、氘氣的充氣也很難通過熱擴(kuò)散法實現(xiàn)。因而對于材料阻氣性能一般的微球(如玻璃微球)充大分子氣體的情況和材料本身阻氣性能較好的微球(如金屬微球)的充氣的情況，均不適合采用熱擴(kuò)散法充氣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種注入式微球充氣系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對金屬靶丸、玻璃靶丸充大分子氣體的充氣。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的一種注入式微球充氣系統(tǒng)，其特點是：所述的微球充氣系統(tǒng)包括三視鏡高壓充氣室、點膠系統(tǒng)、長工作距離成像系統(tǒng)、真空和充氣系統(tǒng)。所述的三視鏡高壓充氣室含有前圓形密封蓋板、后圓形密封蓋板、圓柱形筒狀體的充氣室體。所述的點膠系統(tǒng)含有支撐板、三維移動樣品臺、支撐桿和點膠桿構(gòu)件，點膠桿構(gòu)件由點膠桿固定頭和點膠桿兩部分構(gòu)成。所述的長工作距離成像系統(tǒng)含有水平方向長工作距離顯微鏡、水平方向CCD、計算機(jī)A，以及45度方向長工作距離顯微鏡、45度方向CCD、計算機(jī)B。所述的真空和充氣系統(tǒng)含有壓力傳感器、無油真空泵、氣瓶、排氣閥、充氣閥、抽真空閥、超壓爆破安全閥。

其連接關(guān)系是，所述的三視鏡高壓充氣室的充氣室體前、后端面分別固定連接有前圓形密封蓋板、后圓形密封蓋板，在前圓形密封蓋板中心設(shè)置有前觀察窗，在前圓形密封蓋板外圓周上設(shè)置有數(shù)個均布的通孔。前觀察窗由石英玻璃和緊固蓋構(gòu)成，石英玻璃的一面設(shè)有墊圈A，另一面與緊固蓋接觸設(shè)置，緊固蓋在與石英玻璃的接觸面上設(shè)置有固定卡槽，墊圈B置于固定卡槽內(nèi)，緊固蓋的外螺紋與前圓形密封蓋板上設(shè)置的內(nèi)螺紋孔的內(nèi)螺紋相匹配，緊固蓋擰進(jìn)前圓形密封蓋板的內(nèi)螺紋孔壓緊石英玻璃。緊固蓋內(nèi)設(shè)置的有機(jī)玻璃通過嵌入環(huán)固定壓緊。所述的前圓形密封蓋板設(shè)置有凸出的錐形密封面，凸出的錐形密封面與充氣室體上的凹進(jìn)的錐形密封面匹配設(shè)置。

所述的三視鏡高壓充氣室的充氣室體前端面設(shè)置有一端固定另一端伸出的螺桿，螺桿伸出部分穿過設(shè)置在前圓形密封蓋板的通孔通過螺母壓緊密封在充氣室體前端面上。

所述的三視鏡高壓充氣室的一側(cè)沿水平方向軸向設(shè)置有水平方向視窗，另一側(cè)沿水平軸向逆時針方向旋轉(zhuǎn)45度的直徑方向設(shè)置45度方向視窗。支撐板上設(shè)置有三維移動樣品臺、支撐桿和點膠桿構(gòu)件。三維移動樣品臺是由三個精密步進(jìn)電機(jī)和相應(yīng)的精密傳動機(jī)械機(jī)構(gòu)組成，由控制計算機(jī)準(zhǔn)確控制三個精密步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動量，通過精密傳動機(jī)械機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為控制三維移動樣品臺 X、Y、Z三個方向的位移，定位偏差小于或等于2微米。三維移動樣品臺上設(shè)置有樣品玻璃片，三維移動樣品臺與樣品玻璃片之間設(shè)置有LED燈，樣品玻璃片上貼有靜電膜，靜電膜上放置打孔微球。由于靜電膜與微球之間的靜電作用，微球比直接放在玻璃片上更不容易滾動。這樣激光打孔后的孔的位置就不會移動。便于封膠時對打孔位置的準(zhǔn)確定位和點膠操作。支撐桿與支撐板固定連接，支撐桿的橫梁上設(shè)置的可嵌入缺口，與點膠桿固定頭上的卡口匹配，點膠桿固定頭通過卡口固定在支撐桿的橫梁上。點膠桿固定頭的底面設(shè)有一內(nèi)孔，點膠桿的上端插入內(nèi)孔通過螺釘固定，點膠桿下端為做成很細(xì)的粘絲桿、粘絲桿與細(xì)絲粘接。

三視鏡高壓充氣室的充氣室體的圓心軸處于水平方向上，三視鏡高壓充氣室的水平方向視窗設(shè)置有水平方向長工作距離顯微鏡，通過水平方向CCD連接到計算機(jī)A，由水平方向CCD配置的觀測軟件，在計算機(jī)A顯示器上顯示左水平方向顯微畫面。三視鏡高壓充氣室的45度方向視窗設(shè)置有45度方向長工作距離顯微鏡，通過45度方向CCD連接到計算機(jī)B，由45度方向CCD配置的觀測軟件，在計算機(jī)B顯示器上顯示其右45度顯微畫面。

三視鏡高壓充氣室的頂部設(shè)置有氣路連接口，三視鏡高壓充氣室通過氣路連接口分別與真空和充氣系統(tǒng)的五個支路相連，第一個支路通過抽真空閥連接到無油真空泵；第二個支路通過充氣閥連接到充氣所用氣體的氣瓶；第三個支路通過排氣閥與大氣相通；第四個支路連接一個壓力傳感器；第五個支路連接一個超壓爆破安全閥。其作用分別為第一個支路用于對充氣室抽真空；第二個支路用于充氣室的充氣；第三個支路用于充氣室的泄壓放氣；第四個支路用于充氣室的壓力測量和顯示；第四個支路用于充氣室超過最高安全壓力時的爆破性保護(hù)排放泄壓。

所述的注入式微球充氣系統(tǒng)首先需要將充氣的微球預(yù)先打上微孔，充氣的微球的打孔直徑通常為10-20mm，將放有打孔微球的樣品玻璃片放入充氣室，抽真空后對充氣室充氣，氣體通過微孔進(jìn)入球內(nèi)，待氣壓平衡后通過充氣室內(nèi)的點膠裝置充當(dāng)機(jī)械手的作用點膠將微孔封堵，點膠所用的細(xì)絲采用鎢絲或碳絲，其直徑為5-10mm。等待膠完全固化后，充氣室再放氣取出微球，這樣微球內(nèi)的氣體得以保存在球內(nèi)。采用本發(fā)明對于所選用的密封膠是有要求的，首先密封膠必須具有一定阻氣能力，要求對所充氣體的滲透率盡量的小，另外封膠工藝對膠的粘稠度、固化時間、干燥方式以及和與微球材料之間的粘接強(qiáng)度等均提出了要求。

膠的粘稠度決定了封孔的可行和可靠性，要求在充氣環(huán)境下點膠采用的鎢絲或碳絲通過緩慢伸入膠內(nèi)（或加以適當(dāng)移動），再快速提起后能掛住合適大小的膠量，通常為50—100mm的膠球量為最佳。實驗中采用了冷凍膠，膠的粘稠度可以通過控制抽真空的時間來改變，剛配好的膠通常經(jīng)30-60分鐘的抽真空時間就可以達(dá)到封孔需要的粘稠度。另外剛開封使用后剩余的膠經(jīng)一到兩天的冷凍存放（時間太長膠徹底固化，不能再用），再次使用時，正常的抽真空時間后就能滿足封孔的粘稠度。

由于點膠后的微球的保氣主要是靠膠以及粘接的密封性和強(qiáng)度來保證的，因而不僅要求膠本身對所充氣體的氣體滲透要盡可能小，同時粘接的密封性要好，粘接的強(qiáng)度要高，以保證能夠承受較高的內(nèi)外氣壓差，而不使粘接點破裂和漏氣。

本發(fā)明實現(xiàn)了對金屬靶丸、玻璃靶丸充大分子氣體的充氣，通過冷凍膠封孔的微球保氣性能良好（保氣半壽命較長），充氣成功率較高，膠斑較小，充氣后微球不易破裂。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的注入式微球充氣系統(tǒng)的整體布局示意圖；

圖2為圖1中的三視鏡高壓充氣室內(nèi)的局部放大圖，具體為圖1中B框內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中的三視鏡高壓充氣室外觀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中的三視鏡高壓充氣室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4中的局部放大圖，具體為圖4中A框內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1.水平方向CCD 2.水平方向長工作距離顯微鏡 3.水平方向視窗 4.45度方向視窗 5.45度方向長工作距離顯微鏡 6.45度方向CCD 7.點膠桿固定頭 8.點膠桿 8-1.粘絲桿 9.細(xì)絲（鎢絲或碳絲） 10.打孔微球 11.靜電膜 12.樣品玻璃片 13.LED燈 14.三維移動樣品臺 15.支撐桿 16.計算機(jī)A 17.計算機(jī)B 18.壓力傳感器 19.排氣閥 20.充氣閥 21.抽真空閥 22.無油真空泵 23.氣瓶 24.超壓爆破安全閥 25.三視鏡高壓充氣室 26.支撐板 27.前密封蓋板 28.通孔 29.前觀察視窗 30.螺桿 31.螺母 32.凹進(jìn)的錐形密封面 33.凸出的錐形密封面 34.墊圈A 35.石英玻璃 36.有機(jī)玻璃 37.墊圈B 38. 嵌入環(huán) 39.緊固蓋 40.氣路連接口。

具體實施方式

下面根據(jù)附圖對本發(fā)明進(jìn)行具體描述：

實施例1

圖1為本發(fā)明的注入式微球充氣系統(tǒng)的整體布局示意圖；圖2為圖1中的三視鏡高壓充氣室內(nèi)的局部放大圖，具體為圖1中B框內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中的三視鏡高壓充氣室外觀結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中的三視鏡高壓充氣室的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4中的局部放大圖，具體為圖4中A框內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1-圖5中，本發(fā)明的一種注入式微球充氣系統(tǒng)包括三視鏡高壓充氣室25、點膠系統(tǒng)、長工作距離成像系統(tǒng)、真空和充氣系統(tǒng)。所述的三視鏡高壓充氣室25含有前圓形密封蓋板27、后圓形密封蓋板、圓柱形筒狀體的充氣室體；所述的點膠系統(tǒng)含有支撐板26、三維移動樣品臺14、支撐桿15和點膠桿構(gòu)件，點膠桿構(gòu)件由點膠桿固定頭7和點膠桿8兩部分構(gòu)成；所述的長工作距離成像系統(tǒng)含有水平方向長工作距離顯微鏡2、水平方向CCD1、計算機(jī)A16，以及45度方向長工作距離顯微鏡5、45度方向CCD6、計算機(jī)B17；所述的真空和充氣系統(tǒng)含有壓力傳感器18、無油真空泵22、氣瓶23、排氣閥19、充氣閥20、抽真空閥21、超壓爆破安全閥24。

所述的三視鏡高壓充氣室25的充氣室體前、后端面分別固定連接有前圓形密封蓋板27、后圓形密封蓋板，在前圓形密封蓋板27中心設(shè)置有前觀察窗29，在前圓形密封蓋板27外圓周上設(shè)置有數(shù)個均布的通孔28。前觀察窗29由石英玻璃35和緊固蓋39構(gòu)成，石英玻璃35的一面設(shè)有墊圈A34，另一面與緊固蓋39接觸設(shè)置，緊固蓋39在與石英玻璃35的接觸面上設(shè)置有固定卡槽，墊圈B37置于固定卡槽內(nèi)，緊固蓋39的外螺紋與前圓形密封蓋板27上設(shè)置的內(nèi)螺紋孔的內(nèi)螺紋相匹配，緊固蓋39擰進(jìn)前圓形密封蓋板27的內(nèi)螺紋孔壓緊石英玻璃35。緊固蓋39內(nèi)部設(shè)置的有機(jī)玻璃36通過嵌入環(huán)38固定壓緊，如圖3、圖4所示。

所述的前圓形密封蓋板27設(shè)置有凸出的錐形密封面33，凸出的錐形密封面33與充氣室體上的凹進(jìn)的錐形密封面32匹配設(shè)置，如圖5所示。

三視鏡高壓充氣室25的充氣室體前端面設(shè)置有一端固定另一端伸出的螺桿30，螺桿30伸出部分穿過設(shè)置在前圓形密封蓋板27的通孔28通過螺母31壓緊密封在充氣室體前端面上。

所述的三視鏡高壓充氣室25的一側(cè)沿水平方向軸向設(shè)置有水平方向視窗3，另一側(cè)沿水平軸向逆時針方向旋轉(zhuǎn)45度的直徑方向設(shè)置45度方向視窗4。

所述的支撐板26上設(shè)置有三維移動樣品臺14、支撐桿15和點膠桿構(gòu)件；三維移動樣品臺14上設(shè)置有樣品玻璃片12，三維移動樣品臺14與樣品玻璃片12之間設(shè)置有LED燈13，樣品玻璃片12上貼有靜電膜11，靜電膜11上面放置打孔微球10。支撐桿15與支撐板26固定連接，支撐桿15的橫梁上設(shè)置的可嵌入缺口，與點膠桿固定頭7上的卡口匹配，點膠桿固定頭7通過卡口固定在支撐桿15的橫梁上。點膠桿固定頭7的底面設(shè)有一內(nèi)孔，點膠桿8的上端插入內(nèi)孔通過螺釘固定，點膠桿8下端為做成很細(xì)的粘絲桿8-1、粘絲桿8-1與細(xì)絲9粘接，如圖2所示。

三視鏡高壓充氣室25的充氣室體的圓心軸處于水平方向上，三視鏡高壓充氣室25的水平方向視窗3設(shè)置有水平方向長工作距離顯微鏡2，通過水平方向CCD1連接到計算機(jī)A16，由水平方向CCD1配置的觀測軟件，在計算機(jī)A16顯示器上顯示左水平方向顯微畫面；三視鏡高壓充氣室25的45度方向視窗4設(shè)置有45度方向長工作距離顯微鏡5，通過45度方向CCD6連接到計算機(jī)B17，由45度方向CCD6配置的觀測軟件，在計算機(jī)B17顯示器上顯示其右45度顯微畫面，如圖1所示。

三視鏡高壓充氣室25的頂部設(shè)置有氣路連接口40，通過氣路連接口40分別與真空和充氣系統(tǒng)的五個支路相連，第一個支路通過抽真空閥21連接到無油真空泵22；第二個支路通過充氣閥20連接到充氣所用氣體的氣瓶23；第三個支路通過排氣閥19與大氣相通；第四個支路連接一個壓力傳感器18；第五個支路連接一個超壓爆破安全閥24，如圖1所示。

本實施例中，本發(fā)明的點膠式注入法微球充氣系統(tǒng)工作時，按照以下步驟進(jìn)行操作：

（1）打孔微球樣品的準(zhǔn)備

（2）點膠棒的準(zhǔn)備

（3）針尖的預(yù)調(diào)整

（3）待充氣微球微孔的預(yù)調(diào)整

（5）配膠和放膠、放膠孔的位置的預(yù)調(diào)整、針尖掛膠實驗

（6）抽真空、充氣并平衡

（7）微孔封膠

（8）膠固化，球內(nèi)氣體檢測。