一种利用蒸发冷氦气冷却冷屏的复合材料液氦杜瓦的制作方法

本发明涉及弱磁探测领域，例如为了探矿而进行的地磁探测，以及为了诊断人体大脑、心脏健康情况的超导医疗设备领域，以及高灵敏度、高分辨率无损检测领域，特别是涉及一种无磁、耐低温、抗疲劳、低液氦挥发率的复合材料液氦杜瓦。

背景技术：

复合材料液氦杜瓦是超导地磁探测设备、超导脑磁仪、超导心磁仪、超导无损检测设备和超导无损探测设备中的关键部件，例如在超导地磁仪中，用于盛装超导传感器的复合材料液氦杜瓦应具有无磁、耐低温、抗疲劳以及低液氦挥发率的特性，能够保证超导传感器的探测精度，从而实现微弱地磁场的精确探测并确定矿藏分布情况。基于杜瓦内筒的圆柱壳体、颈管和圆盘形下底板以及外筒的圆柱壳体和圆盘形下底板采用纤维编织并通过真空压力浸渍环氧树脂固化成型，能实现纤维增强环氧树脂复合材料具有较低的气隙率并获得优良的常温、低温抗疲劳力学性能和化学稳定性，本发明的复合材料液氦杜瓦除了在地磁探测中使用，还可用于脑磁仪、心磁仪、无损检测设备以及其他弱磁探测设备中。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用蒸发冷氦气冷却冷屏的复合材料超薄液氦杜瓦，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用蒸发冷氦气冷却冷屏的复合材料液氦杜瓦，其特征在于：包括用于盛装液氦的内筒；并在所述内筒的外侧设有外筒；并在所述内筒上设有用于降低所述内筒内液氦挥发率的低漏热塞子；并使用金属丝制作成多级笼状的金属罩将所述内筒罩在所述外筒内，其中所述内筒与所述外筒均采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制成，且所述内筒与所述外筒之间形成的空间用于保持真空。

作为本发明的优选技术方案：所述内筒包括采用玻璃纤维整体编织并通过真空压力浸渍环氧树脂固化成型的圆柱壳体、颈管和圆盘形下底板，其中所述颈管用于将所述金属罩固定在所述内筒上。

作为本发明的优选技术方案：所述外筒，包括采用玻璃纤维整体编织并通过真空压力浸渍环氧树脂固化成型的外筒圆柱壳体和外筒圆盘形下底板，其中所述外筒圆柱壳体与所述内筒圆柱壳体之间形成一个用于保持真空的空间，并通过设有的外筒上底板密封在所述外筒的上端，实现该空间的真空保持。

作为本发明的优选技术方案：所述低漏热塞子包括金属防辐射屏、复合材料制成的圆柱筒状的真空容器、复合材料制成，且下端具有外螺纹，并为空心的薄壁的输液管和复合材料制成的螺母；所述输液管的一端与容器盖板连接，且所述输液管的另一端穿过所述螺母向所述真空容器的底部延伸，并贯穿所述真空容器的底部；所述防辐射屏位于所述真空容器的内部，并套装在所述输液管上。

作为本发明的优选技术方案：所述真空容器，包括圆柱壳体和外凸封底，且二者的壁厚均为15毫米；所述容器盖板与所述圆柱壳体通过螺纹结构密封连接；所述输液管与所述外凸封底通过螺纹结构密封连接；所述螺母位于所述真空容器内部，并压紧所述外凸封底的内表面中心，以增强所述外凸封底中心的强度。

作为本发明的优选技术方案：所述金属罩包裹在能够透过电磁波的金属镀膜防辐射屏和玻璃丝网交错构成的防热辐射冷屏中。

采用上述技术方案，本发明的有益效果是：1.内筒的圆柱壳体、下底板、颈管和外筒的的圆柱壳体与下底板采用纤维编织并通过真空压力浸渍环氧树脂固化成型，降低了纤维增强环氧树脂复合材料的气隙率，从而提高了复合材料的致密性，能够以较小的壁厚实现筒体具有较高的力学强度并降低传导热；

2.外筒和内筒分别用于真空保持和液氦储存，内筒外表面包裹网格化金属镀膜防辐射屏和纤维网交错结构组成的冷屏，在复合结构冷屏中每隔一定层数包裹笼状金属丝，其上端固定在内筒上颈管外表面，冷氦气从下往上运动的过程中与颈管内壁进行热交换，从而冷却固定在颈管外表面的高导热系数金属丝组成的笼状金属罩；

3.内筒和外筒下底板之间包裹能够透过电磁波的网格化金属镀膜防辐射屏和纤维网交错结构组成的冷屏，从而避免了外筒下底板对内筒下底板的辐射热并且避免了对超导传感器探测精度的影响。低漏热塞子采用金属制作的多级防辐射屏、复合材料制作的真空容器以及复合材料制作的输液管及复合材料制作的螺母组成，进一步降低了从杜瓦上端开口辐射至液氦的热量。

附图说明

图1为本发明的一种基本结构示意图；

图2为本发明实施例提供的内筒结构示意图；

图3为本发明实施例提供的外筒结构示意图；

图4为本发明实施例提供的金属罩结构示意图；

图5为本发明实施例提供的低漏热塞子示意图。

图中：1、内筒；11、内筒圆柱壳体；12、颈管；13、内筒圆盘形下底板；2、外筒；21、外筒圆柱壳体；22、外筒圆盘形下底板；3、低漏热塞子；31、金属镀膜防辐射屏；32、真空容器；321、圆柱壳体；322、外凸封底；33、输液管；34、螺母；35、容器盖板；4、多级笼状金属罩；5、外筒上底板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“正面”、“上表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-5，本发明提供的一种实施例：一种利用蒸发冷氦气冷却冷屏的复合材料液氦杜瓦，包括用于盛装液氦的内筒1；并在所述内筒1的外侧设有外筒2；并在所述内筒1上设有用于降低所述内筒1内液氦挥发率的低漏热塞子3；并使用金属丝制作成多级笼状的金属罩4将所述内筒1罩在所述外筒2内，其中所述内筒1与所述外筒2均采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制成，且所述内筒1与所述外筒2之间形成的空间用于保持真空；利用蒸发冷氦气冷却冷屏的复合材料液氦杜瓦能长期保持≤10^-3pa的高真空，在室温和液氮温度之间进行50次冷热循环后，氦气绝对内压0.1mpa条件下漏率小于1×10^-9pa·m³/s。

其中，所述内筒1包括采用玻璃纤维整体编织并通过真空压力浸渍环氧树脂固化成型的内筒圆柱壳体11、颈管12和内筒圆盘形下底板13，其中所述颈管12用于将所述金属罩4固定在所述内筒1上；所述内筒1和外筒2采用玻璃纤维编织，并通过真空压力浸渍环氧树脂固化成型，材料气隙率小于1％。

其中，所述外筒2，包括采用玻璃纤维整体编织并通过真空压力浸渍环氧树脂固化成型的外筒圆柱壳体21和外筒圆盘形下底板22，其中所述外筒圆柱壳体21与所述内筒圆柱壳体11之间形成一个用于保持真空的空间，并通过设有的外筒上底板5密封在所述外筒2的上端，实现该空间的真空保持；所述的外筒圆盘形下底板22外表面能够透过电磁波的网格化金属镀膜防辐射屏和纤维网组成的冷屏，大幅降低了外筒圆盘形下底板22对内筒圆盘形下底板13的辐射热，并且不会给超导传感器带来电磁噪声。

其中，所述低漏热塞子3包括金属防辐射屏31、复合材料制成的圆柱筒状的真空容器32、复合材料制成，且下端具有外螺纹，并为空心的薄壁的输液管33和复合材料制成的螺母34；所述输液管33的一端与容器盖板35连接，且所述输液管33的另一端穿过所述螺母34向所述真空容器32的底部延伸，并贯穿所述真空容器32的底部；所述防辐射屏31位于所述真空容器32的内部，并套装在所述输液管33上；低漏热塞子3由金属镀膜防辐射屏31、复合材料制成的真空容器32、复合材料制成的输液管33以及复合材料制成的螺母34组成，复合材料输液管33同时起到输液作用和出气作用

其中，所述真空容器32，包括圆柱壳体321和外凸封底322，且二者的壁厚均为15毫米；所述容器盖板35与所述圆柱壳体321通过螺纹结构密封连接；所述输液管33与所述外凸封底322通过螺纹结构密封连接；所述螺母34位于所述真空容器32内部，并压紧所述外凸封底322的内表面中心，以增强所述外凸封底322中心的强度。

其中，所述金属罩4包裹在能够透过电磁波的金属镀膜防辐射屏和玻璃丝网交错构成的防热辐射冷屏中。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。