精密器件金属壳体热铟压封设备与工艺研究

摘要

金属壳体常被用于精密器件的封装，为器件提供支撑和保护作用。铟材料由于其熔点低、延展性和浸润性好、性能稳定等特点，广泛应用于非匹配或不耐高温材料间的真空气密封接。金属壳体铟封接处漏气是精密器件失效的直接原因之一，因此研究铟封技术对于提高腔体密封性及封接强度至关重要。为保证精密器件金属封接件的气密性和可靠性、实现封接件的无损返修，本文对精密器件壳体压封工艺进行了优化，研制了壳体自动压封设备及铟封件拆卸实验装置。 以原子扩散理论为基础，分析了铟封效果与封接温度、封接压力、保温时间的关系。采用ANSYS Workbench软件模拟得到腔体内部不同器件动态温度场变化趋势，并进行铟环变形模拟，得到工艺温度和工艺压力对封接质量的影响规律，从而通过优化封接工艺参数提高封接头的质量。仿真结果显示，适当提高上加热装置施加温度，降低下加热装置施加温度，增大封接压力可得到气密性和可靠性更好的壳体封接件。 研制了带有温度、压封力等控制系统的壳体自动压封设备。基于模块化设计思想，壳体压封设备可分为热压装置、定位装置、调平装置、控制系统等部分。其中，热压装置除包括实现压力、位移控制的闭式框架、导向结构外，还包括上、下两个加热（温控）装置，实现封接温度、压力的闭环控制；定位装置和调平装置用于保证壳体的装配精度。设备通过工控机自动控制压封的工艺过程，并采集压封过程中温度、压力和位移等数据来实现压封过程的精确控制。根据仿真结果和实际经验拟定了一组工艺曲线对壳体进行封接，结果表明壳体封接件密封性能和强度优良，能够满足封接要求。 研制了能够自动分离壳体的壳体拆卸实验装置。壳体拆卸装置采用感应加热法熔化封接铟材料，主要由直线导轨、气动手爪、Z向位移平台、拉伸弹簧等组成。壳体拆卸实验结果显示，采用该拆卸装置能够在不影响腔体内精密器件的前提下分离上壳体和底板，实现精密器件壳体的无损返修和维护。 目前，本文研制的金属壳体压封设备已投入实际生产中。采用优化后的工艺曲线对精密器件进行封装，金属封接件装配精度较高，气密性、强度和一致性良好，提高了精密器件铟封的生产效率和产品质量。壳体拆卸实验装置能够稳定、快速地分离壳体，为实现自动化壳体拆卸奠定了基础。

目录

声明

1 绪论

1.2 热铟压封技术概述

1.3 国内外研究现状

1.3.1 自动化热压设备

1.3.2 基于数值模拟办法的热压工艺研究

1.4 本文主要研究内容

2 精密器件壳体热铟压封工艺优化

2.1.2 原子扩散理论

2.1.3 热铟压封工艺分析

2.2 壳体热铟压封结构性能分析

2.3 壳体热铟压封温度优化

2.3.2 加热块温度均匀性分析

2.3.3 热铟压封温度场分析

2.4 壳体热铟压封压力优化

2.4.2 热铟压封变形分析

2.5 本章小结

3 精密器件壳体热铟压封设备

3.1.2 设备主要性能指标

3.1.3 设备总体结构

3.2 热压装置设计

3.2.1 机身框架

3.2.2 压力执行与检测机构

3.2.3 加热装置

3.3 定位装置设计

3.4 调平装置设计

3.5 壳体压封实验

3.5.2 壳体压封实验结果及分析

3.6 本章小结

4 精密器件壳体拆卸实验装置

4.2.1 电磁感应加热法概述

4.2.2 加热设备选型及感应线圈设计

4.3 壳体拆卸实验装置

4.3.2 实验装置结构设计

4.4 壳体拆卸实验

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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