專利名稱：絕緣密封金屬氣管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬連接領(lǐng)域，特別涉及絕緣密封金屬氣管。
背景技術(shù)：
陶瓷與金屬封接是ー種使用陶瓷介質(zhì)與金屬連接的技木，該技術(shù)使高溫下工作的金屬保持了絕緣性，主要應(yīng)用于真空電子器件、半導(dǎo)體、集成電路、電光源、激光原子能、化エ、冶金、電カ設(shè)備等行業(yè)。陶瓷與金屬之間的封接方法主要有三種:ー種是燒結(jié)金屬粉末法，即首先將在還原型氣氛中用高溫在陶瓷上燒結(jié)ー層金屬層，使陶瓷表面帶有金屬性質(zhì)，然后再將其與金屬進行焊接，從而完成陶瓷與金屬的封接。ー種是活性金屬法，即利用鈦、鋯、鉿等過渡金屬元素與銅、鎳、銀等金屬在低于各自熔點的溫度下形成合金，這些合金在液相態(tài)下與陶瓷表面發(fā)生反應(yīng)并浸潤各種金屬，從而完成陶瓷與金屬的封接。一種為氧化物焊料法，又稱玻璃焊料法，即利用焊料熔化形成玻璃向陶瓷滲透并浸潤金屬表面，從而完成陶瓷與金屬的封接。其中，氧化物焊料法中，金屬和氧化物焊料的結(jié)合力比較低，在升溫或降溫的過程中，由于金屬和陶瓷及氧化物焊料的熱膨脹系數(shù)不可能完全一致，會產(chǎn)生一定的應(yīng)力，應(yīng)カ容易使密封連接處的 金屬和氧化物焊料脫開，導(dǎo)致密封不良。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種絕緣密封金屬氣管，密封性良好。本發(fā)明公開了ー種絕緣密封金屬氣管，包括:第一金屬管、第二金屬管、固定裝置和將所述第一金屬管和第二金屬管相連通的陶瓷管；所述陶瓷管的一端與第一金屬管的一端對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層；所述陶瓷管的另一端與所述第二金屬管的一端對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層；所述固定裝置分別與所述第一金屬管不與陶瓷管對接的一端和所述第二金屬管不與陶瓷管對接的一端相連接，將第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管固定。優(yōu)選的，所述固定裝置包括第一壓板、第二壓板、緊固件和連接第一壓板與第二壓板的支撐板；所述緊固件穿過第一壓板與所述第一金屬管不與陶瓷管對接的一端相抵接；所述第二壓板與第二金屬管不與陶瓷管對接的一端固定相連。優(yōu)選的，還包括設(shè)置在緊固件和第一金屬管不與陶瓷管對接的一端之間的彈性部件。優(yōu)選的，所述彈性部件為多孔纖維、陶瓷彈簧或金屬彈簧。優(yōu)選的，所述陶瓷管的一端端面上設(shè)置有第一環(huán)形突起，所述第一金屬管與陶瓷管相對接的一端外表面上設(shè)置有第一環(huán)形槽，所述第一環(huán)形槽與所述第一環(huán)形突起相配合，氧化物密封層設(shè)置在所述第一環(huán)形突起的頂面與所述第一環(huán)形槽底面之間；所述陶瓷管的另一端端面上設(shè)置有第二環(huán)形突起，所述第二金屬管與陶瓷管相對接的一端的外表面上設(shè)置有第二環(huán)形槽，所述第二環(huán)形槽與所述第二環(huán)形突起相配合，氧化物密封層設(shè)置在所述第二環(huán)形突起的頂面與所述第二環(huán)形槽底面之間。優(yōu)選的，所述第一金屬管外壁上設(shè)置有第一凹槽，所述緊固件抵接在第一凹槽上。優(yōu)選的，所述第二金屬管的外壁上設(shè)置有第二凹槽，所述第二壓板與第二凹槽連接。優(yōu)選的，所述金屬密封層包括Si02、A1203、B2O3> ZnO、RO和A2O中的ー種或多種，所述 RO 為 MgO、CaO、SrO 或 BaO, A2O 為 K20、Na2O 或 Li2O0優(yōu)選的，所述緊固件為螺栓、螺絲或彈簧。優(yōu)選的，所述第一壓板、第二壓板和支撐板為氧化鋁陶瓷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的絕緣密封金屬氣管，包括:第一金屬管、第二金屬管、將所述第一金屬管和第二金屬管 相連通的陶瓷管及固定裝置；所述陶瓷管的一端與第一金屬管的一端對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層；所述陶瓷管的另一端與所述第二金屬管的一端對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層；所述第一金屬管不與陶瓷管對接的一端和所述第二金屬管不與陶瓷管對接的一端設(shè)置有固定裝置，將第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管固定。所述第一金屬管和第二金屬管分別與陶瓷管的兩端通過氧化物密封層連接，并且固定裝置對第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管施加了一定的壓力，使金屬管與陶瓷管緊密連接。尤其是在升溫或降溫過程中，即使金屬和陶瓷及氧化物密封層的熱膨脹系數(shù)不完全一致，由于固定裝置的作用，對兩個金屬管施加壓力，依然能夠保證絕緣密封金屬氣管良好的密封性。


圖1為實施例1中制備的絕緣密封氣管的剖面圖；圖2為實施例2中制備的絕緣密封氣管的剖面圖。
具體實施例方式為了進一歩理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應(yīng)當理解，這些描述只是為進ー步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。本發(fā)明實施例公開了ー種絕緣密封金屬氣管，包括:第一金屬管、第二金屬管、固定裝置和將所述第一金屬管和第二金屬管相連通的陶瓷管；所述陶瓷管的一端與第一金屬管的一端對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層；所述陶瓷管的另一端與所述第二金屬管的一端對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層；所述固定裝置分別與所述第一金屬管不與陶瓷管對接的一端和所述第二金屬管不與陶瓷管對接的一端相連接，將第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管固定。
在本發(fā)明中，包括第一金屬管、第二金屬管、固定裝置和將所述第一金屬管和第二金屬管相連通的陶瓷管。所述第一金屬管與第二金屬管相對設(shè)置。第一金屬管與第二金屬管之間設(shè)置有陶瓷管，所述第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管的內(nèi)孔依次相通。陶瓷管的一端與第一金屬管的一端對接，陶瓷管與第一金屬管的內(nèi)孔相通，由于陶瓷管與第一金屬管均具有一定厚度的管壁，因此在對接處，兩者內(nèi)孔與外孔之間的管壁相連。對接處設(shè)置有氧化物密封層。為了使第一金屬管與陶瓷管的連接更緊密，優(yōu)選在陶瓷管的一端端面上設(shè)置有第一環(huán)形突起，所述第一金屬管與陶瓷管相對接的一端外表面上設(shè)置有第一環(huán)形槽，所述第一環(huán)形槽與所述第一環(huán)形突起相配合，氧化物密封層設(shè)置在所述第一環(huán)形突起的頂面與所述第一環(huán)形槽底面之間。優(yōu)選的，所述第一金屬管外壁上還設(shè)置有第一凹槽，所以便于緊固件固定壓板，更優(yōu)選為所述第一凹槽與第一環(huán)形槽對稱。如此設(shè)置的第一金屬管套入陶瓷管之內(nèi)，由于第一金屬管的熱膨脹系數(shù)大于陶瓷管的熱膨脹系數(shù)，因此無論在高溫下使用，還是在升溫及降溫過程中，第一金屬管與陶瓷管之間的徑向接觸處受到壓應(yīng)力，有利于密封。第二金屬管與陶瓷管的連接方式與第一金屬管與陶瓷管的連接方式相同。陶瓷管的另一端與第二金屬管的一端對接，陶瓷管與第二金屬管的內(nèi)孔相通，由于陶瓷管與第二金屬管均具有一定厚度的管壁，因此在對接處，兩者內(nèi)孔與外孔之間的管壁相連。對接處設(shè)置有氧化物密封層。為了使第二金屬管與陶瓷管的連接更緊密，優(yōu)選在陶瓷管的另一端端面上設(shè)置有第二環(huán)形突起，所述第二金屬管與陶瓷管相對接的一端的外表面上設(shè)置有第二環(huán)形槽，所述第二環(huán)形槽與所述第二環(huán)形突起相配合，氧化物密封層設(shè)置在所述第二環(huán)形突起的頂面與所述第二環(huán)形槽底面之間。優(yōu)選的，所述第二金屬管外壁上還設(shè)置有第二凹槽，所以便于壓套的連接，更優(yōu)選為所述第二凹槽與第二環(huán)形槽對稱。如此設(shè)置的第二金屬管套入陶瓷管之內(nèi)，由于第二金屬管的熱膨脹系數(shù)大于陶瓷管的熱膨脹系數(shù)，因此無論在高溫下使用，還是在升溫及降溫過程中，第一金屬管與陶瓷管之間的徑向接觸處受到壓應(yīng)力，有利于密封。所述氧化物密封層優(yōu)選包`括`Si02、Al203、B203、Zn0、R0和A2O中的ー種或多種，所述RO 為 MgO、CaO、SrO 或 BaO, A2O 為 K20、Na2O 或 Li2O,更優(yōu)選包括 SiO2^Al2O3 和 B2O30在本發(fā)明中，所述絕緣密封金屬氣管還包括固定裝置，所述固定裝置分別與所述第一金屬管不與陶瓷管對接的一端和所述第二金屬管不與陶瓷管對接的一端相連接，將第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管固定。本發(fā)明對固定裝置沒有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況自行選擇，可以為壓套。所述固定裝置優(yōu)選包括第一壓板、第二壓板、緊固件和連接第一壓板和第二壓板的支撐板。所述第一壓板、第二壓板和支撐板優(yōu)選為絕緣材料制成，更優(yōu)選為氧化鋁陶瓷。所述支撐板可以與第一壓板和第二壓板為統(tǒng)ー的整體，即壓套，套設(shè)在所述陶瓷管的外側(cè)。所述第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管卡設(shè)在所述第一壓板和第二壓板之間。所述緊固件穿過第一壓板與所述第一金屬管不與陶瓷管對接的一端相抵接，第一壓板與第一金屬管通過緊固件連接，所述緊固件穿過第一壓板，并抵接在第一金屬管外壁上，所述緊固件優(yōu)選抵接在第一金屬管外壁的第一凹槽上。所述緊固件優(yōu)選為螺栓、螺絲或彈簧。
第二壓板與第二金屬管不與陶瓷管連接的一端固定相連。本發(fā)明對所述固定相連的方式?jīng)]有特殊限制。在本發(fā)明中，所述密封絕緣金屬氣管還包括設(shè)置在緊固件和第一金屬管不與陶瓷管連接的一端之間的彈性部件，所述緊固件抵接在所述彈性部件。所述彈性部件優(yōu)選為多孔纖維、陶瓷彈簧或金屬彈簧。本發(fā)明的絕緣密封金屬氣管的具體結(jié)構(gòu)參見圖1或圖2。圖1和圖2均為本發(fā)明的絕緣密封氣管的剖面圖，圖2為優(yōu)選結(jié)構(gòu)。圖1為實施例1制備的絕緣密封氣管的剖面圖，圖1中包括第一金屬管1，陶瓷管2，第二金屬管3，氧化物密封層4，壓套5，弾性部件6和緊固件7。陶瓷管2的一端與第一金屬管I對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層4。陶瓷管2的另一端與第二金屬管3對接，對接觸設(shè)置有氧化物密封層4。壓套5的兩端分別設(shè)置有第一壓板和第二壓板，第一壓板和第二壓板之間為支撐板，所述第一金屬管1、陶瓷管2和第二金屬管3卡設(shè)在所述第一壓板和第二壓板之間。緊固件7穿過第一壓板，抵接在弾性部件6上，弾性部件6設(shè)置于第一金屬管I的外壁上。圖2為本發(fā)明實施例2制備的絕緣密封金屬氣管的剖面圖，包括第一金屬管1，陶瓷管2，第二金屬管3，氧化物密封層4，壓套5，弾性部件6和緊固件7。陶瓷管2頂面上設(shè)置有第一環(huán)形突起，第一金屬管I與陶瓷管2相對接的一端外表面上設(shè)置有第一環(huán)形槽，第一環(huán)形槽與第一環(huán)形突起相配合，氧化物密封層4設(shè)置在第ー環(huán)形突起的頂面與所述第一環(huán)形槽底面之間。第一金屬管I外壁上還設(shè)置有與第一環(huán)形槽對稱的第一凹槽。陶瓷管2的底面上也設(shè)置有第二環(huán)形突起，第二金屬管2與陶瓷管2相對接的一端外表面上設(shè)置有與所述第二環(huán)形突起相配合的第二環(huán)形槽，氧化物密封層4設(shè)置在所述第二環(huán)形突起的頂面與所述第二環(huán)形槽底面之間。第二金屬管2外壁上也設(shè)置有與第二環(huán)形槽對稱的第二凹槽。壓套5的兩端分別設(shè)置有第一壓板和第二壓板，第一壓板和第二壓板之間為支撐板，所述第一金屬管1、陶瓷管2和第二金屬管3卡設(shè)在所述第一壓板和第二壓板之間。緊固件7穿過第一壓板，抵接在弾性部件6上，弾性部件6設(shè)置于第一金屬管I的外壁上的第一凹槽底部。本發(fā)明所述絕緣密封氣管的制備方法，包括以下步驟:在陶瓷管的兩端涂覆氧化物密封漿料，烘干得到氧化物密封層；將陶瓷管的一端與第一金屬管的一端對接，陶瓷管的另一端與第二金屬管的一端對接，所述第一金屬管不與陶瓷管相連的一端和所述第二金屬管不與陶瓷管相連的一端設(shè)置有固定裝置，將第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管固定。本發(fā)明首先在陶瓷管的兩端涂覆氧化物密封漿料，經(jīng)烘干，形成氧化物密封層。所述氧化物密封層封接金屬管與陶瓷管之間的縫隙。所述氧化物密封漿料為氧化物粉末與溶劑的混合物，其制備方法優(yōu)選為: 將氧化物粉末球磨混合均 勻，熔融，冷卻后得到玻璃；將所述玻璃粉碎后與有機溶劑混合，研磨，得到氧化物密封漿料。
所述氧化物粉末優(yōu)選為Si02、A1203、B2O3> ZnO、RO和A2O中的ー種或多種，所述RO為 MgO、CaO、SrO 或 BaO, A2O 為 K20、Na2O 或 Li2O,更優(yōu)選為 SiO2^Al2O3 和 B2O30 所述有機溶劑優(yōu)選為以及纖維素和松油醇。本發(fā)明對金屬粉末與有機溶劑的混合比例沒有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)熟知的比例進行混合。本發(fā)明對研磨的方式也沒有特殊限制，可優(yōu)選用三輥研磨機進行研磨。所述烘干的溫度優(yōu)選為100 120°C。形成氧化物密封層后，將陶瓷管的一端與第一金屬管的一端對接，陶瓷管的另ー端與第二金屬管的一端對接，使兩個金屬管與陶瓷管密封連接。所述第一金屬管不與陶瓷管相連的一端和所述第二金屬管不與陶瓷管相連的一端設(shè)置有固定裝置，將第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管固定。尤其是在升溫或降溫過程中，即使金屬和陶瓷及氧化物密封層的熱膨脹系數(shù)不完全一致，由于固定裝置的作用，對兩個金屬管施加壓力，依然能夠保證絕緣密封金屬氣管良好的密封性。為了進一歩理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的絕緣密封金屬氣管進行說明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。實施例1將20克Si02、55克民03、25克Al2O3球磨混合均勻，在1400°C下熔融，倒入冷水中形成玻璃。將玻璃破碎并過40目篩，得到玻璃密封填充劑粉末。將80克玻璃密封填充劑粉末、I克こ基纖維素、19克松油醇混合均勻并通過三輥研磨機研磨，制成氧化物材料密封漿料。將金屬管和陶瓷管表面清潔干凈。將氧化物材料密封漿料均勻涂敷在陶瓷管兩端，并在110°C下烘干。將兩個的金屬管分別與陶瓷管對接，并在金屬管兩端裝上如圖2中的氧化鋁陶瓷件、氧化鋁纖維氈、高溫不銹鋼螺 絲組成固定裝置，其中氧化鋁纖維氈作為彈性部件，高溫不銹鋼螺絲作為緊固件。將高溫不銹鋼螺絲上緊，得到絕緣密封金屬氣管。圖1為實施例1制備的絕緣密封氣管的剖面圖，圖1中包括第一金屬管1，陶瓷管2，第二金屬管3，氧化物密封層4，壓套5，弾性部件6和緊固件7。陶瓷管2的一端與第一金屬管I對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層4。陶瓷管2的另一端與第二金屬管3對接，對接觸設(shè)置有氧化物密封層4。壓套5的兩端分別設(shè)置有第一壓板和第二壓板，第一壓板和第二壓板之間為支撐板，所述第一金屬管1、陶瓷管2和第二金屬管3卡設(shè)在所述第一壓板和第二壓板之間。緊固件7穿過第一壓板，抵接在弾性部件6上，弾性部件6設(shè)置于第一金屬管I的外壁上。將上述絕緣密封金屬氣管升溫到870°C保溫5小吋。在830°C溫度下，分別通入空氣、氮氣、氫氣，進口和出口用水循環(huán)冷卻，用絕緣測試儀測量金屬管兩端絕緣電阻，測量時間為30秒，用氣體流量計測量進氣和出氣氣流流量。結(jié)果表明，本發(fā)明得到的絕緣密封金屬氣管的絕緣情況良好，密封情況良好。實施例2將20克Si02、55克B203、25克Al2O3球磨混合均勻，在1400°C下熔融，倒入冷水中形成玻璃。將玻璃破碎并過40目篩，得到玻璃密封填充劑粉末。將80克玻璃密封填充劑粉末、I克こ基纖維素、19克松油醇混合均勻并通過三輥研磨機研磨，制成氧化物材料密封漿料。將金屬管和陶瓷管表面清潔干凈。將氧化物材料密封漿料均勻涂敷在陶瓷管兩端，并在110°C下烘干。將兩頭的金屬管套入陶瓷管，并在金屬管兩端裝上如圖2中的半エ型氧化鋁陶瓷件、氧化鋁纖維氈、高溫不銹鋼螺絲組成固定裝置，其中氧化鋁纖維氈作為彈性部件，高溫不銹鋼螺絲作為緊固件。將高溫不銹鋼螺絲上緊，得到絕緣密封金屬氣管。將上述絕緣密封金屬氣管升溫到870°C保溫5小吋。在830°C溫度下，分別通入空氣、氮氣、氫氣，進口和出口用水循環(huán)冷卻，用絕緣測試儀測量金屬管兩端絕緣電阻，測量時間為30秒，用氣體流量計測量進氣和出氣氣流流量。實驗結(jié)果參見表1，表I為在各種氣氛中絕緣密封金屬氣管的密封絕緣性能。表I各種氣氛中絕緣密封金屬氣管的密封絕緣性能
權(quán)利要求
1.一種絕緣密封金屬氣管，包括:第一金屬管、第二金屬管、固定裝置和將所述第一金屬管和第二金屬管相連通的陶瓷管； 所述陶瓷管的一端與第一金屬管的一端對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層； 所述陶瓷管的另一端與所述第二金屬管的一端對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層； 所述固定裝置分別與所述第一金屬管不與陶瓷管對接的一端和所述第二金屬管不與陶瓷管對接的一端相連接，將第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣密封金屬氣管，其特征在于，所述固定裝置包括第一壓板、第二壓板、緊固件和連接第一壓板與第二壓板的支撐板；所述緊固件穿過第一壓板與所述第一金屬管不與陶瓷管對接的一端相抵接； 所述第二壓板與第二金屬管不與陶瓷管對接的一端固定相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣密封金屬氣管，其特征在于，還包括設(shè)置在緊固件和第一金屬管不與陶瓷管對接的一端之間的彈性部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絕緣密封金屬氣管，其特征在于，所述彈性部件為多孔纖維、陶瓷彈簧或金屬彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣密封金屬氣管，其特征在于，所述陶瓷管的一端端面上設(shè)置有第一環(huán)形突起，所述第一金屬管與陶瓷管相對接的一端外表面上設(shè)置有第一環(huán)形槽，所述第一環(huán)形槽與所述第一環(huán)形突起相配合，氧化物密封層設(shè)置在所述第一環(huán)形突起的頂面與所述第一環(huán)形槽底面之間； 所述陶瓷管的另一端端面上設(shè)置有第二環(huán)形突起，所述第二金屬管與陶瓷管相對接的一端的外表面上 設(shè)置有第二環(huán)形槽，所述第二環(huán)形槽與所述第二環(huán)形突起相配合，氧化物密封層設(shè)置在所述第二環(huán)形突起的頂面與所述第二環(huán)形槽底面之間。據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣密封金屬氣管，其特征在干，所述第一金屬管外壁上設(shè)置有第一凹槽，所述緊固件抵接在第一凹槽上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絕緣密封金屬氣管，其特征在于，所述第二金屬管的外壁上設(shè)置有第二凹槽，所述第二壓板與第二凹槽連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣密封金屬氣管，其特征在于，所述金屬密封層包括Si02、A1203、B203、ZnO、RO 和 A2O 中的ー種或多種，所述 RO 為 MgO、CaO、SrO 或 BaO，A2O 為 K20、Na2O或 Li20。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣密封金屬氣管，其特征在于，所述緊固件為螺栓、螺絲或彈黃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣密封金屬氣管，其特征在于，所述第一壓板、第二壓板和支撐板為氧化鋁陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明提供一種絕緣密封金屬氣管，包括第一金屬管、第二金屬管、將所述第一金屬管和第二金屬管相連通的陶瓷管及固定裝置；所述陶瓷管的一端與第一金屬管的一端對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層；所述陶瓷管的另一端與所述第二金屬管的一端對接，對接處設(shè)置有氧化物密封層；所述第一金屬管不與陶瓷管對接的一端和所述第二金屬管不與陶瓷管對接的一端設(shè)置有固定裝置，將第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管固定。所述第一金屬管和第二金屬管分別與陶瓷管的兩端通過氧化物密封層連接，并且固定裝置對第一金屬管、陶瓷管和第二金屬管施加了一定的壓力，使金屬管與陶瓷管緊密連接。尤其是在升溫或降溫過程中，依然能夠保證絕緣密封金屬氣管良好的密封性。
文檔編號C04B37/02GK103113127SQ20131006405
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者楊成銳, 王蔚國, 葉爽, 苗鶴, 沈圣成 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所