本實(shí)用新型涉及本實(shí)用新型涉及真空環(huán)境中的密封技術(shù)，尤其適用于需要提供矩形密封結(jié)構(gòu)的矩形密封裝置。

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)，現(xiàn)有技術(shù)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，現(xiàn)有技術(shù)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實(shí)用新型提出一種真空環(huán)境中的矩形密封裝置，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)4、壓緊螺釘5、待密封系統(tǒng)安裝螺釘6、矩形截面待密封系統(tǒng)7，其中，矩形截面待密封系統(tǒng)7容納于矩形密封盒體3，并采用待密封系統(tǒng)安裝螺釘6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)4相配合、由壓緊螺釘5壓緊，實(shí)現(xiàn)密封。

優(yōu)選地，矩形整體輪廓的密封結(jié)構(gòu)4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10mm。

優(yōu)選地，矩形整體輪廓的密封結(jié)構(gòu)4采用直角尖端對頂密封結(jié)構(gòu)，通過兩個(gè)90°的直角尖端8對頂壓緊金屬墊片9，達(dá)到密封效果，金屬墊片9采用退火無氧銅、鋁、銀中的一種。

優(yōu)選地，矩形整體輪廓的密封結(jié)構(gòu)4采用斜邊互壓密封結(jié)構(gòu)，通過兩個(gè)90°直角的直角邊10將金屬絲11擠壓變形，達(dá)到密封效果，金屬絲11采用退火無氧銅、鋁、銀、錫、銦、金中的一種。

優(yōu)選地，矩形整體輪廓的密封結(jié)構(gòu)4采用平面壓緊密封結(jié)構(gòu)，通過平面將密封圈12在密封槽13內(nèi)擠壓變形，達(dá)到密封效果，對于高真空密封，密封圈12選用退火無氧銅、鋁、銀、錫、銦、金、液態(tài)金屬中的一種，提供優(yōu)于5×10^‐11Pam³/s的密封性能，對于密封裝置漏率要求較低的密封，密封圈12選用橡膠材料或者聚合物材料，便于安裝及拆卸。

優(yōu)選地，密封槽13的橫截面形狀是矩形槽、梯形槽、半圓槽、三角槽中的一種，密封圈12的截面形狀是矩形、方形、工字型中的一種。

本實(shí)用新型所提出的一種應(yīng)用于真空環(huán)境中矩形密封裝置的矩形密封結(jié)構(gòu)，主要用于解決以下技術(shù)問題：(1)解決真空環(huán)境中的待密封系統(tǒng)與真空環(huán)境之間的隔離問題，一方面確保待密封系統(tǒng)在真空環(huán)境中正常運(yùn)行，另一方面防止待密封系統(tǒng)在真空環(huán)境中放氣產(chǎn)生的氣體及顆粒物質(zhì)污染真空系統(tǒng)；(2)通過設(shè)計(jì)矩形密封結(jié)構(gòu)，解決先前圓柱形密封裝置、方盒體-圓法蘭密封裝置對矩形截面待密封系統(tǒng)進(jìn)行密封時(shí)帶來的密封裝置內(nèi)部空間利用率低，密封裝置外部體積大、重量大、不便于移動(dòng)及安置等問題。矩形盒體四邊各為待密封系統(tǒng)留出2mm的安裝余量后，密封盒體截面利用率大于90％；(3)通過合理的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，克服矩形的密封結(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，所設(shè)計(jì)非金屬密封裝置整體對氮?dú)鉄o明顯示漏，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證金屬密封裝置氦氣漏率優(yōu)于5×10^-11Pam³/s。

采用本實(shí)用新型的矩形真空密封裝置，解決了矩形密封結(jié)構(gòu)的密封設(shè)計(jì)問題，提高密封裝置內(nèi)的有效利用空間，將先前圓柱形密封裝置、方盒體-圓法蘭密封裝置對矩形截面待密封系統(tǒng)進(jìn)行密封時(shí)50％～60％的截面利用率提高到90％，解決密封裝置外部體積大、重量重、不便于移動(dòng)及安置等問題。其次，本發(fā)明針對矩形密封結(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。最后，本發(fā)明提出三種經(jīng)過改進(jìn)后更適用于矩形密封結(jié)構(gòu)的密封方案：直角尖端對頂密封結(jié)構(gòu)，斜邊互壓密封結(jié)構(gòu)，平面壓緊密封結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所述密封方案采用非金屬材料完成密封時(shí)對氮?dú)鉄o明顯示漏，采用金屬材料完成密封時(shí)氦氣漏率優(yōu)于5×10^-11Pam³/s。

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：本實(shí)用新型的矩形密封裝置；

圖4為：本實(shí)用新型的矩形密封裝置的密封結(jié)構(gòu)為直角尖端對頂密封結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；

圖5為：本實(shí)用新型所示矩形密封裝置的密封結(jié)構(gòu)為斜邊互壓密封結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；

圖6為：本實(shí)用新型所示矩形密封裝置的密封結(jié)構(gòu)為平面壓緊密封結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作以詳細(xì)的描述：

本發(fā)明提出一種真空環(huán)境中的矩形密封裝置，包含矩形截面的密封盒體、矩形截面的密封法蘭，以及一系列系列矩形法蘭上的矩形密封結(jié)構(gòu)，用于矩形真空密封裝置的密封，所設(shè)計(jì)非金屬密封裝置整體對氮?dú)鉄o明顯示漏，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證金屬密封裝置氦氣漏率優(yōu)于5×10‐11Pam³/s。所述矩形密封結(jié)構(gòu)分為金屬密封及非金屬密封兩大類，金屬密封采用金屬材質(zhì)的密封圈，例如退火無氧銅、鋁、銀、錫、銦、金、液態(tài)金屬等，非金屬密封采用各種橡膠、聚合物等材料作為密封圈完成密封：金屬密封結(jié)構(gòu)主要包括矩形整體輪廓的直角尖端對頂密封結(jié)構(gòu)、矩形整體輪廓的斜邊互壓密封結(jié)構(gòu)、矩形整體輪廓的平面壓緊密封結(jié)構(gòu)；非金屬密封結(jié)構(gòu)主要為各種矩形整體輪廓的平面壓緊密封結(jié)構(gòu)。金屬密封結(jié)構(gòu)用于密封性能要求高，并且不引入有機(jī)物污染的清潔、高性能密封中；非金屬密封結(jié)構(gòu)用于快速、重復(fù)密封中。由于矩形密封結(jié)構(gòu)的直角結(jié)構(gòu)，應(yīng)力分布不同于傳統(tǒng)的圓形密封結(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明對密封結(jié)構(gòu)的外輪廓、密封面、密封圈等均進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其在現(xiàn)有加工條件下仍然能達(dá)到良好的密封效果。

具體地，本實(shí)用新型提出一種真空環(huán)境中的矩形密封裝置，包含矩形截面的密封盒體、矩形截面的密封法蘭，以及一系列系列矩形法蘭上的矩形密封結(jié)構(gòu)，用于矩形真空密封裝置的密封。如圖3所示，圖3(a)為本實(shí)用新型所述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，圖3(b)為本實(shí)用新型所述矩形密封裝置內(nèi)部的俯視圖，圖中包含矩形整體輪廓的密封結(jié)構(gòu)4、壓緊螺釘5、待密封系統(tǒng)安裝螺釘6、矩形截面待密封系統(tǒng)7。圖3(b)明顯可以看到，矩形截面的密封盒體3對待密封系統(tǒng)7有著最優(yōu)的內(nèi)部空間利用率，相對現(xiàn)有技術(shù)的圖1和圖2，不僅提高了密封裝置內(nèi)部空間利用率、減小了外部體積，同時(shí)也降低了待密封系統(tǒng)的安裝難度。在優(yōu)選實(shí)施例中，本實(shí)用新型的密封裝置適合于矩形截面的待密封系統(tǒng)7的密封，也適合其他形狀界面待密封系統(tǒng)的密封。

針對矩形密封結(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，本實(shí)用新型對密封結(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，因此如圖3(b)所示，本實(shí)用新型采用過渡圓弧結(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。過渡圓弧半徑視具體密封結(jié)構(gòu)尺寸而定，建議大于10mm。其次，本實(shí)用新型對密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)降低加工難度，并且通過實(shí)際加工及檢漏實(shí)驗(yàn)選取密封可靠性更高、預(yù)緊力適當(dāng)?shù)闹苯羌舛藢斆芊饨Y(jié)構(gòu)、斜邊互壓密封結(jié)構(gòu)、平面壓緊密封結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)裝置密封，以上三種密封結(jié)構(gòu)均為密封性能較好、清潔度較高的金屬密封，其壓緊能力較強(qiáng)，密封圈采用各種金屬材料。下面將分別對三種實(shí)施實(shí)例結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。

如圖4所示為直角尖端對頂密封結(jié)構(gòu)，通過兩個(gè)90°的直角尖端8對頂壓緊金屬墊片9達(dá)到密封的效果。在矩形密封結(jié)構(gòu)中，本實(shí)用新型為提高尖端8密封的可靠性采用90°尖端代替密封標(biāo)準(zhǔn)中的70°尖端，實(shí)驗(yàn)表明該結(jié)構(gòu)更適用于矩形密封結(jié)構(gòu)中。金屬墊片9可采用退火無氧銅、鋁、銀等金屬材料。

如圖5所示為斜邊互壓密封結(jié)構(gòu)，通過兩個(gè)90°直角的直角邊10將金屬絲11擠壓變形，達(dá)到密封效果。由于直角邊相對直角尖端穩(wěn)定性更好，不容易變形，同時(shí)加工要求及加工難度相對較小，因此該結(jié)構(gòu)也適用于矩形密封結(jié)構(gòu)。金屬絲11可采用退火無氧銅、鋁、銀、錫、銦、金等金屬材料。

如圖6所示為平面壓緊密封結(jié)構(gòu)，通過平面將密封圈12在密封槽13內(nèi)擠壓變形，達(dá)到密封效果，圖中以矩形槽為例，并不用于限制本實(shí)用新型，其他形狀密封槽，例如梯形槽、半圓槽、三角槽等均可以應(yīng)用于該密封結(jié)構(gòu)中，密封圈12的截面形狀也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取，例如矩形、方形、工字型等。對于高真空密封，建議密封圈12選用金屬材料，例如退火無氧銅、鋁、銀、錫、銦、金、液態(tài)金屬等，金屬密封需要較大的預(yù)緊力，能提供優(yōu)于5×10^‐11Pam³/s的密封性能。若對密封裝置漏率要求較低，則可選擇各種非金屬密封圈，例如各種橡膠材料、聚合物材料等，非金屬材料密封需要較小的預(yù)緊力，并且可以重復(fù)使用，便于安裝及拆卸。

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