一种真空室门密封结构及真空腔室的制作方法

本发明属于真空技术领域，具体涉及一种真空室门密封结构。

背景技术：

真空腔室广泛应用于真空领域中，而真空室门则是影响真空室内真空度和漏率的重点部位。

在真空设备系统中，真空室门部分由于需要经常开闭，从提高效率、方便操作和节约成本考虑，其密封形式通常采用能够重复使用的橡胶密封，而橡胶材料则选用在真空领域广泛使用的氟橡胶材料。氟橡胶具有耐180℃高温和渗透率低的特点。

然而相对于金属密封，橡胶密封由于橡胶材料不如金属材料致密、耐热，导致其放气率和渗透率较高。真空室门作为影响真空系统真空度和本底漏率的重点部位，合理有效的密封结构将对真空应用设备达到技术指标起到重要的作用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种空室门密封结构及真空腔室，其能够满足高温条件下(250℃)真空腔室内高极限真空度和低本底漏率的使用要求。

本发明的技术方案如下：

一种真空室门密封结构，包括真空室体和密封设于真空室体出入口位置的真空室门，所述的真空室门的安装位置设有内层密封槽和外层密封槽，槽内分别放置内层密封圈和外层密封圈，所述的真空室门上、内层密封槽和外层密封槽之间设有夹层真空腔。

所述的真空室体出入口位置设有密封法兰，所述的真空室门的安装位置与密封法兰接触。

所述的密封法兰上加工水冷回路。

所述的水冷回路在真空室体的径向方向上的位置在内层密封圈和外层密封圈之间。

所述的夹层真空腔的真空度为10^-1-10^-3pa。

所述的夹层真空腔与真空泵连通。

一种带有真空室门密封结构的真空腔室，包括腔室本体、位于腔室本体两端的外封头和内封头，所述的外封头或内封头均通过法兰与腔室本体密封安装，所述的外封头/内封头与法兰接触的面上加工双层密封槽，槽内安装密封圈，所述的法兰内部加工冷却水通道。

所述的腔室本体上设有抽气口。

所述的腔室本体上抽气口的位置设有抽气座，所述的抽气座与腔室本体的连接面上加工双层密封槽，槽内安装密封圈。

所述的抽气座底部设有冷却水通道。

本发明的显著效果如下：

设计双层水冷抽真空密封结构，针对高温环境下大型真空腔室，实现真空室腔体在高温环境下高极限真空和低本底漏率的技术要求。

在真空室门及腔体密封法兰处设计两个密封圈，且在两个密封圈之间设计一个夹层真空腔，并用真空泵对该腔体排气至10^-1pa量级；在密封圈安装处设计冷却水回路，降低法兰温度。

使用双层橡胶密封结构，一方面在夹层中通入循环水对橡胶进行冷却，另一方面在夹层结构的中间使用真空泵抽真空，通过中间的真空层隔绝空气的渗透。从而从降温减小橡胶的渗透率、放气率和真空隔绝减小橡胶对真空室的影响这两个途径提高真空室的极限真空度、降低本底漏率。

相对于常规单层密封圈结构，采用该特殊结构后，提高了真空腔室内的极限真空度——从3.5×10^-5pa提高到7.6×10^-6pa，降低了真空腔室内的本底漏率——从2.0×10^-9pa·m³·s^-1到3.5×10^-10pa·m³·s^-1。

相对于常规金属密封结构，该特殊密封结构使用便利、高效，维护方便，成本低。

附图说明

图1为真空室门密封结构示意图；

图中：1.真空室门；2.内层密封圈；3.真空泵；4.夹层真空腔；5.外层密封圈；6.水冷回路；7.真空环境；8.真空室体。

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。

真空腔体及室门密封效果通常主要取决于橡胶密封圈的渗透率。

单原子气体分子的渗透速率公式如下：

q＝kaδp/d(1)

△p——材料两侧的气压差；

d——材料的厚度；

a——材料的面积；

k——渗透系数。

其中，渗透系数k与温度的关系式如下：

k＝k0exp(-ek/jrt)(2)

k0——与气体-固体配偶有关的常数；

r——摩尔气体常数，8.31441j/mol·k；

t——绝对温度，k；

ek——渗透活化能，j/mol；

j——离解度。

从公式2可以看出，密封圈的温度t越高，其渗透系数k越大，同时渗透率q越大，因此在密封处增加冷却水回路可有效降低密封圈渗透率；另一方面，密封圈渗透率q与两侧压差成正比，假设真空室内真空度为10^-5pa，将夹层真空腔体真空度抽到1pa，理论计算表明，双层密封结构渗透率将比单层密封结构降低10⁵倍，因此可以提高真空腔室内的极限真空度和降低本底漏率。

如图1所示，真空室体8的出入口需要安装真空室门1，正常情况，真空室门1直接密封安装在真空室体8的出入口即可。

本装置的第一个设计特点是：在真空室门1的内侧、真空室体8出入口位置安装水冷回路6，所谓的水冷回路6就是在真空室体8出入口位置安装密封法兰，密封法兰上加工环形腔室形成水冷回路6，内部通冷却水。

密封法兰可以说是第一层密封结构，通冷却水保证了密封法兰温度。

第二个设计特点是：在真空室门1的内侧板面上、与密封法兰接触的位置加工内层密封槽，槽内安装内层密封圈2。同时在内层密封槽相对的外侧位置，加工外层密封槽，槽内安装外层密封圈5。这样形成双层密封结构。

第三个设计特点是：在上述的内外两层密封槽之间，加工环形的夹层真空腔4，并且通过真空泵3对该腔体排气至10^-1-10^-3pa量级。

这样就完全能够保证真空室体8内部的真空环境7能够满足要求。

另外通过水冷回路6也保证了与之接触的内层密封圈2、外层密封圈3的温度，有效降低密封圈渗透率，使其渗透系数k满足在合理范围内。

通过上述的原理分析可知，密封圈本身的材料的厚度和面积也会影响渗透速率，从而影响密封效果，本技术中选择密封圈的厚度20mm，面积为400mm²。

本装置的加工过程为：

1.在真空室门上加工内外双层密封槽及夹层真空腔；

2.在腔体法兰上设计水冷回路；

3.安装真空室及真空室门，并连接夹层真空腔真空泵；

4.对真空室排气，同时对夹层真空腔排气；

5.对真空室加热，水冷回路通冷却水，检漏。

技术特征：

技术总结
本发明属于真空技术领域，具体为一种真空室门密封结构及真空腔室，包括真空室体和密封设于真空室体出入口位置的真空室门，所述的真空室门的安装位置设有内层密封槽和外层密封槽，槽内分别放置内层密封圈和外层密封圈，所述的真空室门上、内层密封槽和外层密封槽之间设有夹层真空腔。针对高温环境下大型真空腔室，实现真空室腔体在高温环境下高极限真空和低本底漏率的技术要求。双层橡胶密封结构，一方面在夹层中通入循环水对橡胶进行冷却，另一方面在夹层结构的中间使用真空泵抽真空，通过中间的真空层隔绝空气的渗透。从而从降温减小橡胶的渗透率、放气率和真空隔绝减小橡胶对真空室的影响这两个途径提高真空室的极限真空度、降低本底漏率。

技术研发人员：冷桢;李佳霖;李泞;谌继明;王平怀;刘世宇;李建;王焜;陈新;任元国
受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院
技术研发日：2017.12.14
技术公布日：2019.07.02