正宇真空設備
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超高真空閥門(或稱可烘烤真空閥門)與高真空閥門的區(qū)別是閥門暴露于真空 中的所有結構材料應有足夠低的蒸氣壓并能承受高溫烘烤。為此,閥桿的傳動密封 通常采用波紋管密封,金屬波紋管傳動方式可根據需求參考圖3-19進行設計,漏 率要求小于1×10-6Pa·L/s。波紋管每節(jié)的伸縮量很小,應盡可能選擇移動行程 短的閥門啟閉結構,減小波紋管體積和材料出氣速率,對于長行程的間門可采用焊 接波紋管,它不僅價格昂貴,而且占有龐大的容積,不利于超高真空的獲得,因而 超高真空閥多選用擋板閥門結構,并且將閥體部分擴大,在不影響流導的前提下 閥板的行程較短。 承受高溫烘烤帶來的另一個問題是閥板的密封,原則上要采用金屬密封,大口 徑閥門及特殊情況下,密封墊可采用出氣速率(相對于其他橡膠)較低,可耐300℃ 以下溫度烘烤的氟橡膠,并且需要將橡膠密封槽設計在法蘭上,烘烤冷卻到室溫 后,法蘭冷卻管道中通入氟利昂制冷到零下20~30℃,用以降低氟橡膠出氣速率。 圖3-46所示為小口徑閥門常用的金屬密封結構形式。圖中(a)用于調節(jié)氣流 量的針閥,閥針材料是淬火鋼,閥座是無氧高導銅、鋁等軟金屬材料。閥針錐度為 1:50°或60°錐角。閥針表面要經過精細研磨確保錐面緊密配合。圖中(b)~(e) 的閥門密封結構與針閥不同,閥座是不銹鋼或淬火鋼,閥頭是無氧高導銅或其他軟 金屬材料,密封時閥座刀口切入閥頭軟金屬內,靠軟金屬塑性變形使密封面緊密貼 合達到密封。閥門多次重復使用的氣密性取決于高精度的導向定位以及刀口倒角,
設計要求每次關閉時都能使刀痕重合。否則,前次的刀痕將形成漏孔影響密封,刀 尖圓角半徑一般為0.1~0.2mm。常見的刀口形狀有尖棱形和直角形兩種,直角形 所需力矩大于尖棱形。圖中(f)是銀墊圈擠壓在硬金屬莫內爾合金之間形成密封 圖中(g)是在不銹鋼閥頭密封端包裹錐形鋁環(huán)墊片,壓人不銹鋼錐形刀口中。圖 中(D為不同的密封次數將直角刀口銅墊切削出的卷邊示意狀況,直到切削卷邊 到極限值(閥頭壽命終止)重新更換新的無氧銅閥頭。 較大口徑的超高真空金屬閥門的密封結構如圖347所示的四種。圖中(a) 不銹鋼刀口與銅墊密封。缺點是刀痕多次重復困難,銅墊受壓后容易向兩側滑移。 圖中(b)是不銹鋼面與鋁墊的平面密封結構。優(yōu)點是鋁墊壓在不銹鋼座的光滑平 面上,受壓后靠鋁墊凸起本身的變形來鎖閉,不銹鋼密封面不會產生壓痕,因而重 復壓緊時的錯位對密封影響不大。缺點是不能在閥門關閉的情況下加熱烘烤,高溫 下受壓墊圈本身產生滑移。圖中(c)是不銹鋼平面與刀口尖角1.5°~2.5°的銅或 鋁墊密封。優(yōu)點是對壓緊位置的重合性要求不高,缺點是不能壓得過緊,否則密封 面積隨密封力急劇增加,影響下次密封。開啟時的烘烤溫度可達400℃。圖中(d) 為不銹鋼座與不銹鋼墊凸緣密封。凸緣表面鍍金或銀,相當于在密封表面之間加入 個軟金屬墊,鍍層的厚度應能阻止軟金屬從界面中擠出,因而能產生大大超過鍍 層屈服極限的界面壓力。凸緣頂部的圓角很小,使密封寬度限制在0.254~ 0.304mm之間,可減少密封力和維持密封力恒定。閥門啟閉狀態(tài)下都可進行烘烤 但這種密封配合面的精度要求較高,如果表面有了淺的凹痕,對位值的重合性要求 更高,否則產生微漏。
超高真空金屬閥門多為小口徑閥門,至今口徑大于40mm以上的金屬閥門使 用壽命尚未完全解決,特別是在周期性反復烘烤時漏氣的可能性很大。因此,操作 時要特別細心。結構設計上要求軟金屬墊圈容易更換,操作時盡可能減少重復烘烤 的次數來延長閥門的使用壽命。用前面介紹的氟橡膠或銦及其他金屬合金作閥座材 料,以及使用液態(tài)金屬密封,可較好地解決使用壽命這一難題。 常用手動超高真空直角閥的結構簡圖如圖3-48和圖3-49所示,更換閥頭的法 蘭密封采用金絲或銦絲密封,圖3-48(a)所示為尖刀口密封結構,設計有定位導向 筒用以保證每次啟閉的定位精度。圖3-48(b)所示為直角形刀口密封結構,定位 導向滑塊設計在連接閥頭的法蘭上,結構較為緊湊。圖3-48(c)所示為球形金屬密 封結構,不需精確的導向結構,但需要較大的密封力。圖3-49所示為超高真空三 通閥,密封方式同圖348(b),為球形閥頭金屬密封。圖3-50所示為小口徑金屬密 封管道閥,由于閥頭位移較小,所以用膜片代替金屬波紋管。圖3-50(a)設計有開 啟復位彈簧,以補償膜片彈力的不足。
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