辐照腐蚀协同作用装置中可更换金属薄膜的真空密封结构

摘要

辐照腐蚀协同作用装置中可更换金属薄膜的真空密封结构，克服了现有真空密封结构不能在辐照腐蚀协同作用装置中使用或者不适于在辐照腐蚀协同作用装置中使用的问题，特征是由第一刀口法兰、金属薄膜、承压挡环、柔性石墨圈和压紧法兰形成了一个封闭的石墨矩形槽密封结构，形成第一道真空密封；由第一刀口法兰、第二刀口法兰、真空管道和无氧铜垫圈形成第二道真空密封，有益效果是，密封效果好，采用两道真空密封结构以及所选用的材料可保证试验用候选金属薄膜承受正负压且耐高温、耐腐蚀、可更换候选结构材料金属薄膜以及密封结构中的易损件，且更换方便，可以根据试验要求，调整金属薄膜的厚度和直径大小，以满足不同候选结构材料的试验需要。

说明书

技术领域

 本发明属于真空技术领域，特别涉及可以承受正负压，以及高温，耐腐蚀且可更换候选金属薄膜的辐照腐蚀协同作用装置中可更换金属薄膜的真空密封结构。

背景技术

辐照腐蚀协同作用装置主要用于利用重离子加速器提供的高能重离子束辐照置于高温液态金属铅铋合金中的候选结构材料金属薄膜，模拟研究ADS（加速器驱动次临界洁净核能系统）候选结构材料在高能重离子束辐照与液态金属腐蚀协同作用下的结构和性能演化机理，以便对核废料进行无害化处理，为了对候选结构材料进行试验，通常是将候选结构材料做成金属薄膜，使高能重离子束能够穿过候选结构材料制作的金属薄膜辐照液态金属，在试验过程中，金属薄膜一侧连接离子束真空腔，其真空腔的极限真空度达到5×10^-5Pa; 金属薄膜另一侧连接高温液态金属铅铋合金管路，管路内充有4个大气压力的高压气体，且在高温液态金属铅铋合金管路中流动的液态金属铅铋合金温度高达700℃，并具有腐蚀性，在上述工作环境中，候选结构材料金属薄膜必须能够承受正负压，以及耐高温，耐腐蚀和可更换，并与离子束真空腔和高温液态金属管路实现真空密封隔离。现有技术中，金属薄膜真空密封可以采用焊接密封，即将金属薄膜与真空腔体焊接，由于金属薄膜很薄，只能采用真空钎焊，但焊料不耐腐蚀，且此种密封结构也不能更换金属薄膜，故不能在辐照腐蚀协同作用装置中使用；金属薄膜真空密封也可以采用锥面金属密封结构，即由带圆锥面的两个金属法兰将金属薄膜夹于中间，靠圆锥面密封，但是，这种结构使得金属薄膜变成碟形，改变了其原有的平面形状，而试验要求金属薄膜不能改变其原有形状和性能，所以这种密封结构也不能在辐照腐蚀协同作用装置中使用；而普通的石墨密封结构，需要有一个保证石墨不变形的金属骨架或凹槽，但是，这种结构的骨架容易损坏薄膜，影响密封性能，所以这种密封结构也不适于在辐照腐蚀协同作用装置中使用。因此，需要寻求一种适于在辐照腐蚀协同作用装置中使用，即可以承受正负压，以及耐高温，耐腐蚀，又可以实现可更换候选金属薄膜的新的真空密封结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足之处，提供一种可以承受正负压，以及耐高温，耐腐蚀且可更换候选金属薄膜的辐照腐蚀协同作用装置中可更换金属薄膜的真空密封结构。

本发明采用的技术方案包括第一刀口法兰和第二刀口法兰，在第一刀口法兰上通过氩弧焊焊接进液管和出液管构成V形高温液态金属管路，在第一刀口法兰的刀口一侧端面上加工有阶梯孔，在第一刀口法兰的阶梯孔底平面上安装试验用候选结构材料金属薄膜，在金属薄膜右侧平面上安装柔性石墨圈，在所述柔性石墨圈内孔中安装承压挡环，在柔性石墨圈右侧平面上安装压紧法兰，通过螺钉将压紧法兰与第二刀口法兰连接，并锁紧螺钉带动压紧法兰将柔性石墨圈压紧，在承压挡环右端面安装顶杆，顶杆与压紧法兰螺纹连接，由所述第一刀口法兰、金属薄膜、承压挡环、柔性石墨圈和压紧法兰形成了一个封闭的石墨矩形槽密封结构，形成第一道真空密封；在所述第二刀口法兰上通过氩弧焊焊接真空管道构成离子束真空腔，在第一刀口法兰和第二刀口法兰之间安装无氧铜垫圈，通过螺栓锁紧固定，形成第二道真空密封。

所述第一刀口法兰、进液管和出液管材料选为316L或316LN不锈钢。

所述V形高温液态金属管路的夹角α为100°-120°

所述柔性石墨圈的外径小于第一刀口法兰的阶梯孔直径0.1到0.2毫米。

所述承压挡环的外径小于柔性石墨圈内径0.1到0.2毫米，承压挡环的内径≤15mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明采用两道真空密封结构以及所选用的材料可保证试验用候选结构材料金属薄膜承受正负压且耐高温、耐腐蚀、可更换候选结构材料金属薄膜以及密封结构中的易损件，且更换方便，适用于对候选结构材料进行试验和核废料处理。

（2）由第一刀口法兰、金属薄膜、承压挡环、柔性石墨圈和压紧法兰形成了一个封闭的石墨矩形槽密封结构，可以实现在金属薄膜右侧平面与柔性石墨圈接触部位形成密封，同时在第一刀口法兰阶梯孔内表面与柔性石墨圈接触部位形成密封，保证了第一道真空密封的密封效果。

（3）本发明可以根据试验要求，调整金属薄膜的厚度和直径大小，以满足不同候选结构材料金属薄膜的试验需要。

附图说明

图１是本发明的主视图；

图2是图1的A－A剖视图。

图中：

1.第一刀口法兰， 2.进液管，

3.V形高温液态金属管路，4.出液管，

5.螺纹孔，6. 无氧铜垫圈，  

7.第二刀口法兰，  8.螺栓，

   9. 真空管道，  10.螺钉，

 11.离子束真空腔， 12.压紧法兰，

13.顶杆，  14.承压挡环，

15.金属薄膜，  16.柔性石墨圈。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括第一刀口法兰1和第二刀口法兰7，在第一刀口法兰1上通过氩弧焊焊接进液管2和出液管4构成V形高温液态金属管路3，V形高温液态金属管路3的夹角α为100°-120°，由于在V形高温液态金属管路3中流动的高温液态金属铅铋合金具有腐蚀性，所述第一刀口法兰1、进液管2和出液管4材料选为316L或316LN不锈钢，在第一刀口法兰1的刀口一侧端面上加工有阶梯孔，在第一刀口法兰1的刀口一侧端面上还加工有螺纹孔5，在第一刀口法兰1的阶梯孔底平面上安装试验用候选结构材料金属薄膜15，在金属薄膜15右侧平面上安装柔性石墨圈16，所述柔性石墨圈16的外径小于第一刀口法兰1的阶梯孔直径0.1到0.2毫米，在所述柔性石墨圈16内孔中安装承压挡环14，所述承压挡环14的外径小于柔性石墨圈16内径0.1到0.2毫米，承压挡环14的内径在不影响离子束通过的情况下越小越好，这样就增大了金属薄膜15的承压面积，从而能承受4个大气压力，试验获得，当试验用候选结构材料金属薄膜15为65mm时，该承压挡环14的内径≤15mm，在柔性石墨圈16右侧平面上安装压紧法兰12，通过16螺钉10将压紧法兰12与第二刀口法兰7连接，并锁紧螺钉10带动压紧法兰12 将柔性石墨圈16压紧，在承压挡环14右端面安装顶杆13，所述压紧法兰12上加工有内螺纹，顶杆13上加工有外螺纹，顶杆13通过外螺纹与压紧法兰12的内螺纹连接，通过转动顶杆13使承压挡环14紧贴金属薄膜15，由第一刀口法兰1、金属薄膜15、承压挡环14、柔性石墨圈16和压紧法兰12形成了一个封闭的石墨矩形槽密封结构，在金属薄膜15右侧平面与柔性石墨圈16接触部位形成密封，同时在第一刀口法兰1阶梯孔内表面与柔性石墨圈16接触部位形成密封，成为本发明的第一道真空密封；

在第二刀口法兰7上通过氩弧焊焊接真空管道9构成离子束真空腔11，在第一刀口法兰1和第二刀口法兰7之间安装无氧铜垫圈6，通过16个螺栓8锁紧固定，形成第二道真空密封。

使用时，先对第一道真空密封进行真空检漏，然后安装第二道真空密封，

通过进液管2和出液管4与辐照腐蚀协同作用装置中的高温液态金属管路通过金属卡套连接，通过真空管道9与辐照腐蚀协同作用装置中的离子束引出系统连接，即可对候选结构材料金属薄膜15进行试验，当需要更换金属薄膜15时，拆掉第二道真空密封，更换第一道真空密封中的柔性石墨圈16和金属薄膜15，然后对第一道真空密封进行真空检漏，再安装第二道真空密封，即可对更换后的候选结构材料金属薄膜15进行新的试验。