一种同轴结构的氧化铝陶瓷与金属密封焊接件

1.本发明属于陶瓷与金属焊接领域，涉及一种同轴结构的氧化铝陶瓷与金属密封焊接件，应用于高真空与大气之间的过渡元器件中。


背景技术：

2.99％氧化铝陶瓷，是一种高性能的氧化铝陶瓷，由于其优良的致密性和耐高温等特性，广泛使用于有高洁、高温、高耐磨环境要求的工况，多用来制作陶瓷轴承、陶瓷密封件及陶瓷绝缘垫块等。
3.在99％氧化铝陶瓷的实际应用中，经常需要将氧化铝陶瓷与金属材料进行焊接。对于同轴结构的99％氧化铝陶瓷和无氧铜的焊接，常规方法都是在端面封接，即焊接位置在同轴结构件的端部；目前对于同轴结构的99％氧化铝陶瓷和无氧铜的焊接，因为陶瓷的热膨胀系数较低，而铜的热膨胀系数较高，氧化铝陶瓷与金属材料的热膨胀系数存在较大差别，很难将嵌套装配的二者沿径向牢靠焊接。在焊接过程中陶瓷与金属铜产生的热应力，可能使得陶瓷表面的金属化层脱离进而产生漏气，或者造成陶瓷开裂。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种同轴结构的氧化铝陶瓷和无氧铜金属密封的焊接件，本发明首次提出了在陶瓷外壁与无氧铜内壁相接触位置直接焊接的封接结构，同时在经过焊接中热应力的冲击后保证气体不渗漏。
5.本发明的技术方案为：
6.一种同轴结构的氧化铝陶瓷与金属密封焊接件，其特征在于，包括同轴装配的不锈钢法兰1、陶瓷2、无氧铜内导体3、无氧铜铜套4、钼环5、无氧铜焊接圈6和钼焊接圈7；所述陶瓷2、无氧铜焊接圈6和钼焊接圈7的中心均设有与所述无氧铜内导体3匹配的通孔；其中，所述无氧铜铜套4的上端设有向外壁方向凸起的外沿；所述不锈钢法兰1的内端顶部设有与所述无氧铜铜套4外沿匹配的环形凹槽；
7.所述不锈钢法兰1的内端顶部环形凹槽底面与所述无氧铜铜套4的外沿上表面焊接；
8.所述陶瓷2装配在所述无氧铜铜套4内部，并且陶瓷2的上端外壁与所述无氧铜铜套4的上端内壁焊接；
9.所述钼环5装配在所述无氧铜铜套4的外沿下侧，通过钼环5内径与无氧铜铜套4外径之间的尺寸配合和焊接中的热应力固定，用于限制所述无氧铜铜套4向外膨胀，使所述无氧铜铜套4和所述陶瓷2在焊接处紧密贴合；
10.所述无氧铜焊接圈6同轴装配在所述陶瓷2的下端，所述钼焊接圈7同轴装配在所述无氧铜焊接圈6的下端；所述无氧铜焊接圈6的上端面与所述陶瓷2的下端面焊接，所述无氧铜焊接圈6的下端面与所述钼焊接圈7的上端面焊接；
11.所述无氧铜内导体3的下端经所述不锈钢法兰1依次插入所述陶瓷2、无氧铜焊接
圈6和钼焊接圈7的通孔，并且与所述陶瓷2通孔的下部内表面、所述无氧铜焊接圈6和所述钼焊接圈7的通孔内表面焊接；
12.所述不锈钢法兰1、所述无氧铜铜套4和所述钼环5共同组成焊接件的外导体，所述无氧铜内导体3、所述无氧铜焊接圈6和所述钼焊接圈7共同组成焊接件的内导体。
13.进一步的，所述陶瓷2为平底的v型结构，所述v型结构的开口端为所述陶瓷2的上端；所述v型结构的底部中心设有与所述无氧铜内导体3的下端匹配的圆形通孔。
14.进一步的，所述陶瓷2的各焊接处均镀有金属化薄层。
15.进一步的，所述陶瓷2为99％氧化铝陶瓷。
16.进一步的，所述无氧铜内导体3与所述陶瓷2、无氧铜焊接圈6、钼焊接圈7之间的各焊接处均夹入焊接片料，所述无氧铜铜套4与所述不锈钢法兰1、陶瓷2之间的各焊接处均夹入焊接片料，在真空炉内一次焊接即可完成各焊接处的所有焊接。
17.本申请中陶瓷2为平底的v型结构，其底部中心设有与所述无氧铜内导体3匹配的通孔，此结构保证陶瓷强度同时增加电绝缘距离。
18.与现有技术相比，本发明的积极效果为：
19.本发明中各嵌套部件之间内部接触面的焊接通常称为“套封”，但是由于各种材料热膨胀系数相差很大，给“套封”技术带来很大挑战，本申请发明人通过多年实验，最后确定采用上述结构成功完成了“套封”焊接。经测试，本发明的焊接结构件能够承受真空焊接中热应力冲击确保无渗漏，工作时真空内的静态真空度优于4
×
10-8
pa，结构件的真空漏率优于3
×
10-12
pa
·
m3/s。陶瓷的特殊形状结构，使内、外导体之间在空气条件下可以承受8kv的直流高压，在真空条件下可以传输底宽小于20ns、脉冲沿小于1ns和峰值高压20kv的快脉冲。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图；
21.其中，1-不锈钢法兰，2-陶瓷；3-无氧铜内导体；4-无氧铜铜套；5-钼环；6-无氧铜焊接圈；7-钼焊接圈。
具体实施方式
22.本发明为一种同轴结构的高性能氧化铝陶瓷和金属密封的焊接件，包括不锈钢法兰1、陶瓷2、无氧铜内导体3、无氧铜铜套4、钼环5、无氧铜焊接圈6和钼焊接圈7。
23.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细描述。
24.实施例1，见图1。一种同轴结构的高性能氧化铝陶瓷和金属密封的焊接件，所需7个零件全部同轴装配，不锈钢法兰1、无氧铜铜套4和钼环5共同组成焊接件的外导体，无氧铜内导体3、无氧铜焊接圈6和钼焊接圈7共同组成焊接件的内导体，陶瓷2装配在焊接件的内、外导体之间，把内、外导体隔离，使内、外导体之间电绝缘。陶瓷2设计成平底的v型结构，底部中心设有与无氧铜内导体3、无氧铜焊接圈6和钼焊接圈7匹配的圆形通孔；陶瓷2在凸起的外壁外侧、内孔壁下部和底部均镀有金属化薄层。不锈钢法兰1与无氧铜铜套4在无氧铜铜套4上端面处焊接；陶瓷2外壁外圆面与无氧铜铜套4内孔面接触位置焊接。为了平衡焊接中热应力，鉴于金属钼的热膨胀系数介于陶瓷和铜之间，结构中引进钼环5，装配在无氧
铜铜套4外侧，钼环5依靠尺寸的公差配合和焊接中的热应力来固定，焊接中可以限制无氧铜铜套4向外膨胀，使无氧铜铜套4和陶瓷2在焊接处紧密贴合。无氧铜内导体3插入陶瓷2的内孔，无氧铜内导体3下端外圆面与陶瓷2内孔壁焊接，无氧铜内导体3与陶瓷2的通孔上端在尺寸上靠公差配合保证顺利安装。无氧铜焊接圈6和钼焊接圈7依次装配在陶瓷2的下端，无氧铜内导体3依次穿过无氧铜焊接圈6和钼焊接圈7，无氧铜焊接圈6上端面与陶瓷2下端面焊接，无氧铜焊接圈6内孔壁和无氧铜内导体3外壁焊接，钼焊接圈7上端面与无氧铜焊接圈6下端面焊接，钼焊接圈7内孔壁和无氧铜内导体3外壁焊接。
25.此焊接件中共有7处焊接位置，所有结构均提前装配完成，每处焊接面均夹入焊接片料，焊接件一体进入真空炉一次焊接完成。
26.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种同轴结构的氧化铝陶瓷与金属密封焊接件，其特征在于，包括同轴装配的不锈钢法兰(1)、陶瓷(2)、无氧铜内导体(3)、无氧铜铜套(4)、钼环(5)、无氧铜焊接圈(6)和钼焊接圈(7)；所述陶瓷(2)、无氧铜焊接圈(6)和钼焊接圈(7)的中心均设有与所述无氧铜内导体(3)匹配的通孔；其中，所述无氧铜铜套(4)的上端设有向外壁方向凸起的外沿；所述不锈钢法兰(1)的内端顶部设有与所述无氧铜铜套(4)外沿匹配的环形凹槽；所述不锈钢法兰(1)的内端顶部环形凹槽底面与所述无氧铜铜套(4)的外沿上表面焊接；所述陶瓷(2)装配在所述无氧铜铜套(4)内部，并且陶瓷(2)的上端外壁表面与所述无氧铜铜套(4)的上端内壁表面焊接；所述钼环(5)装配在所述无氧铜铜套(4)的外沿下侧，通过所述钼环(5)内径与所述无氧铜铜套(4)外径之间的尺寸配合和焊接中的热应力固定，用于限制所述无氧铜铜套(4)向外膨胀，使所述无氧铜铜套(4)和所述陶瓷(2)在焊接处紧密贴合；所述无氧铜焊接圈(6)同轴装配在所述陶瓷(2)的下端，所述钼焊接圈(7)同轴装配在所述无氧铜焊接圈(6)的下端；所述无氧铜焊接圈(6)的上端面与所述陶瓷(2)的下端面焊接，所述无氧铜焊接圈(6)的下端面与所述钼焊接圈(7)的上端面焊接；所述无氧铜内导体(3)的下端经所述不锈钢法兰(1)依次插入所述陶瓷(2)、无氧铜焊接圈(6)和钼焊接圈(7)的通孔，并且与所述陶瓷(2)通孔的下部内表面、所述无氧铜焊接圈(6)和所述钼焊接圈(7)的通孔内表面焊接；所述不锈钢法兰(1)、所述无氧铜铜套(4)和所述钼环(5)共同组成焊接件的外导体，所述无氧铜内导体(3)、所述无氧铜焊接圈(6)和所述钼焊接圈(7)共同组成焊接件的内导体。2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷与金属密封焊接件，其特征在于，所述陶瓷(2)为平底的v型结构，所述v型结构的开口端为所述陶瓷(2)的上端；所述v型结构的底部中心设有与所述无氧铜内导体(3)的下端匹配的圆形通孔。3.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷与金属密封焊接件，其特征在于，所述陶瓷(2)的各焊接处均镀有金属化薄层。4.根据权利要求1或2或3所述的氧化铝陶瓷与金属密封焊接件，其特征在于，所述陶瓷(2)为99％氧化铝陶瓷。5.根据权利要求1或2或3所述的氧化铝陶瓷与金属密封焊接件，其特征在于，所述无氧铜内导体(3)与所述陶瓷(2)、所述无氧铜焊接圈(6)、所述钼焊接圈(7)之间的各焊接处均夹入焊接片料，所述无氧铜铜套(4)与所述不锈钢法兰(1)、所述陶瓷(2)之间的各焊接处均夹入焊接片料，所有位置的焊接在真空炉内一次焊接完成。

技术总结
本发明公开了一种同轴结构的氧化铝陶瓷与金属密封焊接件，其特征在于，包括同轴装配的不锈钢法兰、陶瓷、无氧铜内导体、无氧铜铜套、钼环、无氧铜焊接圈和钼焊接圈；不锈钢法兰与无氧铜铜套端部焊接固定；陶瓷装配在无氧铜铜套内部，并且陶瓷凸台外圆面与无氧铜铜套内壁套封焊接；钼环装配在无氧铜铜套外下侧；陶瓷、无氧铜焊接圈和钼焊接圈的中心均设有与无氧铜内导体匹配的通孔，无氧铜内导体的下端依次插入陶瓷、无氧铜焊接圈和钼焊接圈的通孔并与陶瓷下端部孔内表面、无氧铜焊接圈和钼焊接圈的通孔内表面焊接；无氧铜焊接圈与陶瓷下端部、钼焊接圈上端部焊接。本发明的焊接件在满足高真空密封要求的同时能够承受高电压冲击。足高真空密封要求的同时能够承受高电压冲击。足高真空密封要求的同时能够承受高电压冲击。


技术研发人员：霍丽华 王磊 陈锦晖 施华 王冠文 吴官健
受保护的技术使用者：中国科学院高能物理研究所
技术研发日：2022.06.01
技术公布日：2022/8/12