一种防炸裂的陶瓷窗结构及耦合器的制作方法

1.本实用新型一般涉及粒子加速器领域技术领域，具体涉及一种防炸裂的陶瓷窗结构及耦合器。


背景技术：

2.耦合器是加速器系统中非常重要的非常关键的部件，具有隔离真空、耦合器功率、实现内外导体绝缘以及匹配耦合器度等。陶瓷窗结构则是耦合器中核心结构，耦合器隔离真空以及内外导体实现绝缘均通过陶瓷窗结构来实现，因此陶瓷窗结构焊接是耦合器制造中最关键的环节，其焊接成功率直接决定耦合器成败。
3.陶瓷窗具有复杂的结构，且包括多种材料需要同时进炉进行钎焊，实现真空密封以及水密封等各种要求。现有技术中，陶瓷窗焊接一般采用中温钎焊方式，将装配焊料后的陶瓷窗放入炉中整体钎焊而成。但是陶瓷窗结构在钎焊时，工件温度要超过780℃(焊料液相线温度为779℃)，工件钎焊过程中，由于不同种材料热膨胀系数不一致，各个工件温度变化速率不一致将导致工件形变不一致，特别在焊料固化后，由于内外导体形变不一致，将产生很大的力作用于陶瓷上。也就是说，如果全部采用钎焊焊接方式，会导致焊接过程中出现陶瓷片炸裂现象，陶瓷窗结构钎焊失败，从而导致整体陶瓷窗结构报废。因此，如何防止陶瓷片在焊接加工过程中炸裂，是现在工业生产中急需解决的一个问题。


技术实现要素：

4.本技术期望提供一种防炸裂的陶瓷窗结构及耦合器，用以解决陶瓷片在焊接加工过程中炸裂的问题。
5.第一方面，本实用新型提供一种防炸裂的陶瓷窗结构，包括：陶瓷窗框单元，所述陶瓷窗框单元包括管状的外窗框，所述外窗框内设置有陶瓷片，所述陶瓷片的外周面与所述外窗框的内周面钎焊固定，所述陶瓷片上设置有通孔，所述通孔内插装有管状的内窗框，所述内窗框与所述陶瓷片钎焊固定；还包括导体扼流单元，所述导体扼流单元分为管状的内导体扼流件和管状的外导体扼流件；所述内窗框的两端均插套连接有所述内导体扼流件，各所述内导体扼流件均与所述内窗框钎焊固定，所述外窗框的两端均插套连接有所述外导体扼流件，各所述外导体扼流件均与所述外窗框钎焊固定；两所述内导体扼流件的长度不同，用于缩短内导体扼流件与外导体扼流件的长度差；以及水冷固定筒，插装于所述内窗框中，且与所述内导体扼流件电子束焊接固定。
6.进一步的，在所述内导体扼流件内周面上，设置有向轴线方向凸起的第一凸台，在所述水冷固定筒一端设置有沿轴线向外的第一环台，所述第一环台的底面半径大于所述第一凸台中空部分的底面半径，使第一环台放置于第一凸台上并固定，所述第一环台和所述第一凸台形成接触面，所述接触面用来进行电子束焊接。
7.进一步的，所述水冷固定筒另一端设置有沿轴线向外的第二环台；与所述第二环台相对的位置，所述内导体扼流件内周面上设置有向轴线方向凸起的第二凸台，所述第二
环台的底面半径与所述第二凸台中空部分的底面半径相等，所述第二环台与所述第二凸台之间形成接触面，所述接触面用来进行电子束焊接。
8.进一步的，所述内导体扼流件分为第一内导体和第二内导体，所述第一内导体长度大于所述第二内导体，所述第一凸台设置在第一内导体上，所述第二凸台设置在所述第二内导体上，所述内窗框焊接固定在所述第一凸台与所述第二凸台之间。
9.进一步的，所述外导体扼流件包括第一外导体和第二外导体，所述内窗框焊接固定在所述第一外导体和所述第二外导体上。
10.进一步的，所述第一外导体上外周面上设置有远离轴线方向的第三凸台，所述第三凸台上设置有沿轴线方向的凹槽，所述第二外导体外周面上设置有远离轴线方向的第四凸台，所述第四凸台上也设置有沿轴线方向的凹槽，所述外窗框两端分别钎焊固定在所述凹槽内。
11.进一步的，与所述内窗框接触的地方，所述第一内导体和所述第二内导体分别设置有焊丝槽，用于与所述内窗框钎焊；与所述外窗框接触的地方，所述第一外导体和所述第二外导体上分别设置有焊丝槽，用于与所述外窗框钎焊。
12.进一步的，所述陶瓷窗结构还包括有第一法兰、第二法兰和第三法兰，所述第一法兰设置于所述外导体扼流件的一侧，所述第二法兰设置于外导体扼流件的另一侧，所述第一法兰和所述第二法兰通过螺栓固定连接；所述第三法兰设置于所述第二内导体一侧，并与所述第二法兰固定连接。
13.进一步的，所述水冷固定筒内周面分布有冷却槽，所述冷却槽贯穿所述水冷固定筒侧壁，用以缩短冷却液与所述内窗框的距离。
14.另一方面，本实用新型还提供了一种耦合器，由上述的防炸裂的陶瓷窗结构制成。
15.有益效果：
16.1、本技术通过减少内外导体扼流件之间的长度差，降低钎焊时热胀冷缩尺寸变化不一致导致陶瓷片受到较大的应力，从而减少陶瓷片在钎焊过程中炸裂的风险。
17.2、本技术通过选用复合焊接方式，将水冷固定筒采用电子束焊接，避免了陶瓷片受到水冷固定筒在钎焊过程产生的应力，进一步降低了陶瓷片炸裂的风险。
附图说明
18.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
19.图1为本实用新型实施例提供的一种防炸裂的陶瓷窗结构的立体示意图；
20.图2为图1延中轴线的的半剖示意图；
21.图3为本实用新型实施例提供的另一种防炸裂的陶瓷窗结构的立体示意图；
22.图4为图3延中轴线的剖面示意图；
23.其中1-内窗框；2-外窗框；3-陶瓷片；4-第一内导体；5-第二内导体；6-第一外导体；7-第二外导体；8-水冷固定筒；9-第一环台；10-第二环台；11-第一凸台；12-第二凸台；13-第三凸台；14-第四凸台；15-冷却槽；16-第一法兰；17-第二法兰；18-第三法兰；19-螺栓。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
26.如图1、图2所示，本实用新型的实施例提供了一种防炸裂的陶瓷窗结构，包括：陶瓷窗框单元，陶瓷窗框单元包括管状的外窗框2，外窗框2内有陶瓷片3，陶瓷片3也设置为管状的结构，陶瓷片3的外周面与外窗框2的内周面之间通过钎焊固定，陶瓷片上设置有通孔，通孔内插装有管状的内窗框1，内窗框1设置为管状的结构，陶瓷片3的内周面与内窗框1的外周面之间通过钎焊固定。还包括导体扼流单元，导体扼流单元分为管状的内导体扼流件和管状的外导体扼流件；内窗框1的两端均插套连接有所述内导体扼流件，内导体扼流件与内窗框1钎焊固定，外窗框2的两端均插套连接有外导体扼流件，外导体扼流件与外窗框2钎焊固定；将两个内导体扼流件设置成不同长度，用于缩短内导体扼流件与外导体扼流件之间的长度差；还包括有水冷固定筒8，插装于内窗框1中，并从陶瓷片3的通孔中穿过，与内导体扼流件电子束焊接固定。通过减少内外导体扼流件之间的长度差，降低钎焊时热胀冷缩尺寸变化不一致导致陶瓷片受到较大的应力，从而减少陶瓷片3在钎焊过程中炸裂的风险。并且通过选用复合焊接方式，将水冷固定筒采用电子束焊接，避免了陶瓷片3受到水冷固定筒在钎焊过程产生的应力，进一步降低了陶瓷片3炸裂的风险。
27.进一步的，在内导体扼流件的内周面上，设置有向轴线方向凸起的第一凸台11，在水冷固定筒8一端设置有沿轴线向外的第一环台9，第一环台9的底面半径大于第一凸台11中空部分的底面半径，使第一环台9可以放置在第一凸台11上，这样第一环台9靠近陶瓷片3的侧面和第一凸台11远离陶瓷片3的侧面形成接触面，这个接触面就是用来进行电子束焊接的焊接面。在水冷固定筒8另一端设置有沿轴线向外的第二环台10，与第二环台10相对的位置，内导体扼流件内周面上设置有向轴线方向凸起的第二凸台12，第二环台10的底面半径与第二凸台12中空部分的底面半径相等，这样第二环台10远离轴线的侧面与第二凸台12靠近轴线的侧面之间就会形成接触面，这个接触面就是用来进行电子束焊接的焊接面。通过设置环台和凸台，增加了内导体扼流件和水冷固定筒之间的接触面积，便于进行电子束焊接。
28.进一步的，内导体扼流件分为第一内导体4和第二内导体5，第一内导体4长度大于第二内导体5，第一凸台11设置在第一内导体4上，第二凸台12设置在第二内导体5上，内窗框1焊接固定在第一凸台11与第二凸台12之间。通过将第一内导体4和第二内导体5之间长度的调整，减少内外导体扼流件之间的长度差，降低钎焊时热胀冷缩尺寸变化不一致导致陶瓷片3受到较大的应力，从而减少陶瓷片3在钎焊过程中炸裂的风险。
29.进一步的，外导体扼流件包括第一外导体6和第二外导体7，可以将第一外导体6和所述第二外导体7可以设置为相同的工件，这样既方便加工，也方便装配；第一外导体6外周面上设置有远离轴线方向的第三凸台13，第三凸台13上设置有沿轴线方向的凹槽，第二外导体7外周面上设置有远离轴线方向的第四凸台14，第四凸台14上也设置有沿轴线方向的凹槽，所述外窗框2两端分别钎焊固定在所述凹槽内。通过这种设计，增加了外导体扼流件
与外窗框2之间的连接的气密性。
30.进一步的，第一内导体4和第二内导体5与内窗框1接触的部分分别设置有焊丝槽，第一外导体6和第二外导体7与外窗框2接触的部分分别设置有焊丝槽，导体扼流件之间通过钎焊与内外窗框之间连接。通过钎焊连接，可以满足陶瓷窗结构真空密封以及水密封等各种要求。
31.如图3、图4所示，进一步的，陶瓷窗结构还包括有第一法兰16、第二法兰17和第三法兰18，第一法兰16设置于所述外导体扼流件的一侧，第二法兰17设置于外导体扼流件的另一侧，第一法兰16和第二法兰17通过螺栓19固定连接；第三法兰18设置于第二内导体5一侧，并与第二法兰17固定连接。法兰的设置，用于固定陶瓷窗结构的各个工件的相对位置，以及为陶瓷窗结构提供保护。
32.进一步的，水冷固定筒8内周面分布有冷却槽15，冷却槽15贯穿水冷固定筒8侧壁，通过设置冷却槽15，用以缩短冷却液与内窗框1的距离，提高内窗框1的散热速度。
33.另一方面，本实用新型还提供了一种耦合器，由上述的防炸裂的陶瓷窗结构制成。使用本技术的防炸裂的陶瓷窗结构制成的耦合器，陶瓷片3上无裂痕，耦合器隔离真空的能力更加稳定。
34.需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。