一种低温泵活性炭复合粘接方法与流程

本发明属于低温泵技术，具体涉及一种针对低温泵的吸附结构活性炭粘接方法。

背景技术：

中性束注入加热是磁约束核聚变实验中有效的辅助加热方式之一。离子源气体放电形成等离子体、以及气体中性化器为增加中性化效率都会引入气体，这些气体作为注入器的气体负载，会增加离子源电极的剥离损失，还会增大中性束的再电离损失，甚至流入主机真空室破坏托卡马克等离子体，因此需要大抽速的低温泵将这些气体负载抽除。根据中性束注入器总的气体负载和所需压力要求，在有限的真空室空间限制条件下设计了具有三级吸附结构的直板式低温泵，满足了注入器对抽速的需求。

但随着注入器运行参数不断提升，注入器的气体负载越来越大，特别是长脉冲运行，低温泵活性炭的吸附容量就显得十分有限，导致再生周期变短，影响注入器的正常运行。其次低温胶粘接固化的过程会堵塞部分活性炭吸附孔隙，粘接时机过早，孔隙堵塞大，而粘接时机过晚，粘接量降低。再者辐射屏蔽板的温度最低为液氮温度，不能冷凝吸附注入器中所有的可凝性气体，剩余的可凝性气体则会被低温冷凝板上的活性炭吸附，可凝性气体在液氦温度下形成的结晶会堵塞活性炭的微孔，影响对气体负载的吸附作用，进一步导致了低温泵吸附容量的下降。

在现有技术中的直板式低温泵吸附结构一般包括冷凝吸附板、辐射屏蔽板和u形屏蔽壳体，为更好地抽除中性束注入器主要的非可凝性气体负载，在冷凝吸附板上粘接微孔活性炭，而活性炭的粘接量决定了低温泵的吸附容量。一般为增大吸附面积，设置三级冷凝吸附板，并在每一级冷凝吸附板外设置辐射屏蔽板。改善活性炭粘接方式，增加活性炭粘接量，避免可凝性气体结晶堵塞活性炭吸附孔隙对提升注入器低温泵性能非常重要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种低温泵活性炭复合粘接方法，其针对低温泵冷凝吸附板进行活性炭粘接，能够提高单位面积活性炭粘接量，提高活性炭吸附容量。

本发明的技术方案如下：

一种低温泵活性炭复合粘接方法，包括如下步骤：

步骤1)冷凝吸附板均匀地涂抹低温胶后，经50～70℃烘烤30～50分钟或温室固化2～4小时后，粘接粒度为+10目大颗粒活性炭；

步骤2)将已粘接一次活性炭的冷凝吸附板50～70℃烘烤30分钟或室温固化2～4小时，然后在大颗粒活性炭间隙粘接粒度为-50～+100目小颗粒活性炭；

步骤3)在50～70℃烘烤2～5小时或室温固化8～10小时，待低温胶彻底固化后，将-200目粉末状活性炭和纯净水按1：5～10配成的悬浮液雾化，在已粘接的活性炭颗粒表面均匀地喷涂活性炭悬浮液涂层；

步骤4)辐射屏蔽板表面进行黑化处理或抛光镀亮镍处理；

步骤5)将第二级和第三级辐射屏蔽板的外侧以及u形屏蔽壳体的内侧清洗后喷涂活性炭悬浮液制成涂层，涂层厚度约为0.2～0.4mm，使其发射系数达到0.95～1.0。

所述步骤1)之前，将第一、第二级冷凝吸附板的一面分别进行抛光镀亮镍，镀层厚度为0.015～0.02mm，使其射率小于0.05，并且在第一、第二级冷凝吸附板的另一面粘接活性炭，在第三级冷凝吸附板两面均粘接活性炭。

所述的+10目大颗粒活性炭、-50～+100目小颗粒活性炭和-200目粉末状活性炭，使用前均用稀盐酸清洗烘干。

所述的步骤3)中，用超声波雾化器将已配好的悬浮液雾化并均匀喷涂在已粘接的活性炭颗粒上。

所述的步骤3)中，喷涂活性炭悬浮液涂层之后将冷凝吸附板静置24～50小时。

所述的步骤1)中粘接大颗粒活性炭前进行预固化，预固化时间为总固化时间的1/4～1/6。

所述的步骤2)中粘接小颗粒活性炭前进行预固化，预固化时间为总固化时间的1/4～1/6的时间。

所述的步骤3)中喷涂活性炭悬浮液前需待低温胶完全固化后进行。

所述的步骤4)中，在辐射屏蔽板表面能接收外界环境辐射且能发射热辐射到冷凝吸附板的情况下，辐射屏蔽板表面进行黑化处理。

所述的步骤4)中，在辐射屏蔽板表面受到外界环境热辐射但不能发射热辐射到冷凝吸附板或者不能接收到外界环境热辐射的情况下，辐射屏蔽板表面进行抛光镀亮镍。

本发明的显著效果如下：

提高单位面积活性炭粘接量，提高活性炭吸附容量，同时为辐射屏蔽板及u形屏蔽壳体提供一种具有吸附功能的黑化工艺，此工艺使二者既具有屏蔽热辐射的作用，又具有吸附功能。

步骤一中粘接活性炭之前的低温胶预固化过程减少了胶水对活性炭孔隙的堵塞，烘烤温度不超过80℃，防止胶层起泡、皲裂。

步骤二中粘接的是小颗粒活性炭，更易被低温胶堵塞吸附孔，因此低温胶需在粘接大颗粒活性炭的基础上进一步固化后再粘接，以减少胶水淹没活性炭孔隙。在已粘接大颗粒活性炭的冷凝吸附板上覆盖过量的小颗粒活性炭，以小颗粒活性炭填充所有大颗粒活性炭留下的空隙。

活性炭涂层在液氮温度下对可凝性气体具有很好吸附作用。

采用-200目活性炭与纯净水配成的悬浮液喷涂黑化工艺，既达到了黑化效果，又使辐射屏蔽板具有吸附功能。

附图说明

图1为本方法流程图。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

为了更好增大吸附面积，将第一、第二级冷凝吸附板的一面分别进行抛光镀亮镍，镀层厚度为0.015～0.02mm，使其射率小于0.05，同时将第一、第二级冷凝吸附板的另一面粘接活性炭，第三级冷凝吸附板两面均粘接活性炭。

每次在冷凝板上粘接活性炭的步骤如下：

第一步，冷凝吸附板均匀地涂抹低温胶后，经50～70℃烘烤30～50分钟或温室固化2小时后，粘接粒度为+10目的大颗粒活性炭。

第二步，将已粘接一次活性炭的冷凝吸附板50～70℃烘烤30分钟或室温固化2小时，然后在大颗粒活性炭间隙粘接粒度为-50～+100目的小颗粒活性炭。

第三步，在50～70℃烘烤2～5小时或室温固化8～10小时，待低温胶彻底固化后，用超声波雾化器将-200目活性炭和纯净水按1：5～10配成的悬浮液雾化，在已粘接的活性炭颗粒表面均匀地喷涂活性炭悬浮液涂层。喷涂后的部件水平静置24～50小时。

根据使用低温胶型号的不同以及涂胶层厚度不同，烘烤温度和时间均有所不同，粘接大颗粒活性炭前的预固化时间为总固化时间的1/4～1/6，粘接小颗粒活性炭前的预固化时间为总固化时间的1/4～1/6的时间，喷涂活性炭悬浮液则需待低温胶完全固化后进行。

第四步，辐射屏蔽板表面预处理

辐射屏蔽板表面有三种情况：1)受到外界环境热辐射但不能发射热辐射到冷凝吸附板；2)能接收外界环境辐射且能发射热辐射到冷凝吸附板；3)不能接收到外界环境热辐射。

对于第2)种情况，辐射屏蔽板表面需要黑化处理，吸收外界环境的辐射热，第1)、3)种情况辐射屏蔽板表面则抛光镀亮镍，以减小表面发射率。

第五步，将第二级和第三级辐射屏蔽板的外侧以及u形屏蔽壳体的内侧清洗后喷涂活性炭悬浮液涂层，涂层厚度约为0.2～0.4mm，使其发射系数达到0.95～1.0。

活性炭涂层在液氮温度下对可凝性气体具有很好吸附作用。

按活性炭颗粒大小将活性炭分粒度为+10目大颗粒活性炭，-50～+100目小颗粒活性炭和-200目粉末状活性炭，并用稀盐酸清洗烘干。将粉末状活性炭与纯净水按质量比1：5～10配成悬浮液。

为减少系统热负荷，u形壳体的外侧，第一级辐射屏蔽外侧以及第一、第二级冷凝吸附板的内侧要反射辐射热，同时三级辐射屏蔽板内侧要减少对冷凝吸附板的辐射热，这些表面进行抛光再镀亮镍，使表面发射率小于0.05。

第一、第二级冷凝吸附板的外侧和第三级吸附板的两侧起冷凝吸附作用，此类表面粘接活性炭。因低温吸附板冷却剂为液氦，所以选择耐温能力低至-269℃的低温胶粘接活性炭。首先均匀地涂0.5～1mm厚的低温胶，涂胶后水平放置，经50～70℃烘烤30分钟(50℃烘烤35分钟，70℃烘烤25分钟)或室温固化2小时后，粘接粒度为+10目的活性炭。活性炭颗粒均匀地平铺在胶层上即可，以免低温胶淹没更多的孔隙。将粘接了大颗粒活性炭的冷凝吸附板经50～70℃烘烤30分钟或室温固化2小时后，在大颗粒活性炭的间隙粘接-50～+100目的小颗粒活性炭。在已粘接大颗粒活性炭的冷凝吸附板上覆盖过量的小颗粒活性炭，以小颗粒活性炭填充所有大颗粒活性炭留下的空隙。再次将吸附板50～70℃烘烤2小时或室温固化8小时，待低温胶彻底固化后，清理未粘接住的小颗粒活性炭，用超声波雾化器将已配好的活性炭悬浮液雾化并均匀喷涂在已粘接的活性炭颗粒上。喷涂次数根据悬浮液浓度而定，1:5浓度的悬浮液喷涂3～5次，1:10浓度的悬浮液喷涂8～10次。整个过程冷凝吸附板都处于水平放置，喷涂后部件水平静置于干燥通风处24小时。

第二、第三级辐射屏蔽板外侧和u形屏蔽壳体的内侧受到外界环境的热辐射且又对冷凝吸附板发射辐射热，应使其尽量自身吸收热负荷，因此此类表面黑化处理以增大辐射吸收率。采用-200目活性炭与纯净水配成的悬浮液喷涂黑化工艺，既达到了黑化效果，又使辐射屏蔽板具有吸附功能。辐射屏蔽板清洗后水平放置，用超声波雾化器将活性炭悬浮液雾化并均匀喷涂在辐射屏蔽板及u形壳体上，喷涂厚度约为0.2～0.4mm，即1:5浓度的悬浮液喷涂3～5次，1:10浓度的悬浮液喷涂8～10次，同样整个过程辐射屏蔽板都处于水平放置，喷涂后部件水平静置于干燥通风处24小时。