气密玻璃至金属密封组件及其制造方法
【专利说明】气密玻璃至金属密封组件及其制造方法
[0001]本申请为于2011年11月16日提交、申请号为201080021530.4、发明名称为“气密玻璃至金属密封组件及其制造方法”的中国专利申请的分案申请。所述母案申请的国际申请日为2009年4月16日，国际申请号为PCT/US2010/031385。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2009年4月16日申请的美国临时申请第61/169，883号的权益，该申请的整体公开通过引用结合于此。
技术领域
[0004]本公开涉及气密(hermetic)玻璃至金属密封组件。更加具体地，本公开涉及具有如下结构的气密玻璃至金属密封组件，所述结构允许对材料的广泛选择，减少制造成本，并且适合于在气密密封的观察玻璃装置和气密终端组件中使用。
【背景技术】
[0005]在此提供的背景描述目的是为了一般地呈现本公开的背景。当前指定的发明人的工作，在这个背景部分中描述的程度上，以及描述中的可能没有另外限定为提交时的现有技术的那些方面，既没有明显也没有隐含地被承认为针对本公开的现有技术。
[0006]传统的观察玻璃组件例如可以安装到工艺管或容器，以允许人观察工艺管里面的内容(例如流体)。观察玻璃组件一般地包括玻璃和在玻璃周围的金属环。可以将玻璃熔合或密封到金属环。金属环保护在其中的玻璃。通过将金属环焊接或硬焊到工艺管，将观察玻璃组件安装到工艺管。
[0007]由于接合玻璃、金属环、导体和工艺管方面的困难，用于传统的观察玻璃和/或气密终端组件的材料受到限制。在高压应用中，玻璃一般熔合到金属环，以便以升高的温度在其间形成气密密封。金属环一般需要具有高熔点，以避免在升高的温度下快速氧化。此外，金属环一般由可焊接的金属制成，以允许金属环接合到工艺管。
[0008]激光焊接也可以用来将金属环接合到工艺管。激光焊接需要特殊的技能和维护，以避免对气密终端组件生成热冲击。因此，将传统的观察玻璃和/或气密终端组件安装到工艺管是耗时的，并且比较昂贵。
【发明内容】
[0009]公开了一种适合于气密密封的观察玻璃或气密终端组件的气密玻璃至金属密封组件及其制造方法。
[0010]根据本公开的观察玻璃组件包括透明部件(例如透镜)、中间部件和外环。中间部件位于透明部件的外围周围。透明部件接合到中间部件。外环压缩中间部件，使其变形，并且在外环、中间部件和透明部件之间形成压缩密封。外环具有比透明部件的热膨胀系数大的热膨胀系数。
[0011]观察玻璃组件包括壳体主体、透明部件(例如透镜)、中间部件和外环。中间部件位于透明部件的外围边界周围。透明部件接合到中间部件。外环压缩中间部件，使其变形，并且在外环、中间部件和透明部件之间加强密封。中间部件通过软焊接头和硬焊接头中的至少一个直接接合到壳体主体。
[0012]根据本公开的气密终端组件包括中心密封玻璃部件、穿过中心密封玻璃部件的至少一个导电构件、中间部件和外环。中间部件设置在中心密封玻璃部件周围并且接合到中心密封玻璃部件。外环在中间部件周围压缩并且使中间部件变形。外环具有比中心密封玻璃部件的热膨胀系数大的热膨胀系数。
[0013]本公开进一步提供了一种密封组件，该密封组件包括壳体主体、中心密封玻璃部件、穿过中心密封玻璃部件的至少一个导电构件、中间部件和外环。中间部件设置在中心密封玻璃部件周围。外环在中间部件周围压缩并且使中间部件变形。
[0014]一种制造观察玻璃组件的方法包括:装配所述观察玻璃组件，所述观察玻璃组件包括透明部件、在所述透明部件周围的中间部件和在所述中间部件周围的外环；将装配的所述观察玻璃组件加热到等于或大于透明部件的玻璃化转变温度的温度，以便所述透明部件的熔化材料填充所述透明部件和所述中间部件之间的间隙；冷却装配的所述观察玻璃组件以允许所述透明部件凝固，以便所述透明部件直接熔合到所述中间部件；以及在所述透明部件直接熔合到所述中间部件之后，使装配的所述观察玻璃组件冷缩，以便所述外环在所述中间部件的外围周围施加压缩力。
[0015]本教导还提供了一种制造气密终端组件的方法。该方法包括:装配气密密封组件，所述气密终端组件包括中心密封玻璃部件、穿过所述中心密封玻璃部件的至少一个导电构件、在所述中心密封玻璃部件周围的中间部件和在所述中间部件周围的外环；将所述组件加热到等于或大于所述中心密封玻璃部件的转变温度的温度，以便所述中心密封玻璃部件的熔化材料填充所述中心密封玻璃部件和所述中间部件之间的间隙；冷却所述组件以允许所述中心密封玻璃部件凝固并直接熔合到所述中间部件和所述导电构件，以在其间提供气密密封；以及在所述中心密封玻璃部件直接熔合到所述中间部件之后，使所述组件冷缩，以便所述外环在所述中间部件的外围周围施加压缩力。
[0016]另外，一种制造气密玻璃至金属压缩密封组件的方法包括:将中间部件放置在外部件中，使得所述外部件完全包围所述中间部件；加热所述中间部件和所述外部件，以便所述中间部件和所述外部件两者都热膨胀；将玻璃部件放置在所述中间部件之内，使得所述中间部件完全包围所述玻璃部件；以及冷却所述中间部件和所述外部件，以便所述中间部件和所述外部件两者由于冷缩而缩紧，使得所述外部件在所述中间部件和所述玻璃部件周围施加压缩力。
[0017]从在下文中提供的详细描述中，本发明的适用性的进一步的领域将会变得明显。应当理解的是，指示本发明的优选实施例的详细描述和特定例子目的只是为了示意，而并不打算限制本发明的范围。
【附图说明】
[0018]从详细的描述和附图中，将会更加充分地理解本发明，其中:
[0019]图1是根据本公开的教导的观察玻璃组件的顶视图；
[0020]图2是根据本公开的教导的观察玻璃组件的截面图；
[0021]图3是图示根据本公开的教导的观察玻璃组件的透明部件、外环和中间部件之间的界面的不意图；
[0022]图4是结合了根据本公开的教导的观察玻璃组件的容器的截面图；
[0023]图5是根据本公开的教导的气密终端组件的局部截面图；以及
[0024]图6是根据本公开的教导的另一个气密终端组件的局部截面图。
【具体实施方式】
[0025]现在参考附图来更加充分地描述示例实施例。在此使用的术语目的只是为了描述具体的示例实施例，而不打算成为限制。如在此使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“该”同样可以旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。术语“包括”、“包含”和“具有”是开放式的，因此指出了存在陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。在此描述的方法步骤、过程和操作并不被解释为必定要求它们按照讨论或示意的具体顺序来执行，除非具体地标识为执行的顺序。还要理解的是，可以使用额外或代替的步骤。
[0026]为了易于描述，可以在此使用空间相对的术语比如“内”、“外”、“之下”、“以下”、“下方”、“以上”和“上方”等，以描述如附图中图示的一个元件或特征相对于别的(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系。空间相对的术语可以旨在包含除了附图中描绘的取向之外的使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果附图中的装置翻转，则描述为在其它元件或特征“以下”或“之下”的元件于是会在其它元件或特征“以上”取向。这样一来，示例术语“以下”就可以包含以上和以下这两个取向。装置可以另外取向(旋转90度或以其它取向)，并且在此使用的空间相对的描述符做相应解释。
[0027]本公开描述了一种用于气密玻璃至金属压缩密封的组件和制造这种组件的方法。一般而言，该组件包括:玻璃部件，其例如可以包括观察玻璃材料或密封玻璃材料；中间部件；以及环部件。玻璃部件在其外围被中间部件紧密地包围，并且中间部件在其外围被环部件包围，所述环部件以压配合的方式附接，如在此描述的那样。
[0028]针对玻璃部件和环部件各自的热膨胀系数各异，使得环部件的热膨胀系数大于玻璃部件的热膨胀系数。玻璃至金属压缩密封组件通过以下来实现:当加热并使环部件热膨胀时，在放置在中间部件和玻璃部件周围之后，进行冷却和收缩，以在玻璃部件和中间部件的界面以及中间部件和环部件的界面处产生气密压缩密封。
[0029]中间部件包括比较有韧性的材料(与玻璃部件和环部件相比)，使得它可以在由冷却的环部件产生的压缩力之下变形，以便填充中间部分与玻璃部件和环部件之间各自界面处的任何微小空间。作为结果的中间部件的变形机械地接合或联锁了组件的各个部件，以实现希望的密封。玻璃部件可以另外熔合到也可以不另外熔合到中间部件。如在此使用的那样，“熔合”意味着通过或者似乎通过熔化而联合在一起。熔合的材料典型地通过化学、分子和/或粘结键来接合。在将玻璃部件熔合到中间部件的情况下，或者在不将玻璃部件熔合到中间部件的情况下，根据本公开可以实现玻璃至金属压缩密封。
[0030]参考图1，根据本公开的教导的观察玻璃组件10