CN101315814A - 离子回旋共振加热天线真空馈口陶瓷封结结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子回旋共振加热天线真空馈口陶瓷封结结构，包括有陶瓷管，陶瓷管左、右端面为金属化端面，其特征在于：所述的陶瓷管左、右端内壁套装有第一、第二无氧铜法兰，所述的第一、第二无氧铜法兰有环形外、内翻边沿经过真空焊接于陶瓷管左端金属化端面上，第一、第二不锈钢封结法兰焊接于第一、第二无氧铜法兰的环形外、内翻边沿上；第一、第二不锈钢封结法兰分别有环形外、内翻边，所述的环形外、内翻边外端逐步由厚变薄为锥形结构。法兰外端为锥形结构目的是通过延长传热路径和减少传热面积，从而达到减少陶瓷封接部件和内外导体焊接时对陶瓷的导热量，最终减少焊接时不锈钢法兰和陶瓷之间的热应力，保证陶瓷封接部件和内外导体成功焊接。

Description

离子回旋共振加热天线真空馈口陶瓷封结结构
技术领域
本发明属于离子回旋共振(ICRF)加热领域，具体是离子回旋共振加热天线真空馈口陶瓷封结结构。
背景技术
在目前已有的托卡马克核聚变装置中，离子回旋共振加热(ICRF)是托卡马克装置上非常重要的辅助加热手段之一。而真空馈口是离子回旋加热天线非常关键部件之一，起着隔断外部大气进入内部真空的巨大作用，真空密封要求相当高。若此部件发生泄露，将会导致整个托卡马克装置无法运行。真空馈口由内、外导体和陶瓷封结部件通过焊接而成，在真空馈口中，陶瓷封结部件结构设计难度最大，因为陶瓷封结部件通过耐高压的绝缘陶瓷和封结金属法兰焊接而成，由于封结金属法兰和绝缘陶瓷的热膨胀系数相差很大，若结构设计不好，不仅将会导致焊接工艺难度增大，而且会在焊接过程中由于过大的热应力把绝缘陶瓷拉裂而导致整个焊接失败。目前世界上主要的几个托卡马克核聚变装置中，离子回旋共振加热天线真空馈口的陶瓷封结结构各不相同。在欧盟的JET托卡马克核聚变装置中，真空馈口陶瓷封结部件是两个对称的“漏斗”形状结构，封结金属法兰材料为钛；在法国的Tore Supra托卡马克装置中，真空馈口陶瓷封结部件是金属化侧面带有一定的斜度的结构，封结金属法兰结构复杂，材料为Kovar可伐合金；在日本的LHD托卡马克装置中，真空馈口陶瓷封结部件是带有一定锥度的结构，封结法兰材料为Kovar可伐合金。以上的陶瓷封结部件结构复杂，封结金属法兰材料昂贵，焊接工艺复杂，焊接时有些封结结构还需要特种夹具，焊接成本高。
发明内容
本发明目的是提出了离子回旋共振加热天线真空馈口陶瓷封结结构，能够解决焊接过程中过大的热应力把绝缘陶瓷拉裂的问题，焊接工艺成熟，焊接时无需特种夹具，焊接成功率高，焊接成本低；此外还能够方便和成功地与内、外导体进行焊接连接。
本发明技术方案如下：
离子回旋共振加热天线真空馈口陶瓷封结结构，包括有陶瓷管，陶瓷管左、右端面为金属化端面，其特征在于：所述的陶瓷管左端内壁套装有第一无氧铜法兰，所述的第一无氧铜法兰有环形外翻边沿经过真空焊接于陶瓷管左端金属化端面上，第一不锈钢封结法兰经过真空焊接于第一无氧铜法兰外翻边沿上；陶瓷管右端外壁上套装有第二无氧铜法兰，所述的第二无氧铜法兰有环形内翻边沿经过真空焊接于陶瓷管右端金属化端面上，第二不锈钢封结法兰经过真空焊接于第一无氧铜法兰内翻边沿上；所述的第一、第二不锈钢封结法兰分别有环形外、内翻边，所述的外、内翻边外端逐步由厚变薄为锥形结构。
所述的离子回旋共振加热天线真空馈口陶瓷封结结构，其特征在于所述的陶瓷管为绝缘95陶瓷圆柱体；所述的第一、第二不锈钢封结法兰材料为316不锈钢材料；所述的真空焊接是指采用钎焊焊料在真空钎焊炉中进行焊接。
本发明在两端面已经金属化的95绝缘陶瓷与316不锈钢法兰之间套上一个均匀壁厚为0.8mm的无氧铜法兰目的是在真空钎焊过程中提供一个柔性过渡段，极大缓解了在焊接过程中316不锈钢与95陶瓷之间由于热膨胀系数的差异而产生过大的拉应力；另外，过渡无氧铜法兰结构方便安装定位。316不锈钢法兰形状为“己”形状，法兰外端为锥形结构，壁厚均为0.8mm(除外端)有两个原因，第一个原因：由于不锈钢的刚度很大，壁厚为0.8mm目的是减少在真空钎焊时由于不锈钢法兰刚度过大而对95绝缘陶瓷产生过大的拉应力；第二个原因：根据Q＝(λAΔT)/T可知，材料的导热量与材料的长度成反比，与材料的截面成正比。根据此理论，316不锈钢法兰形状为“己”形状，法兰外端为锥形结构目的是通过延长传热路径和减少传热面积，从而达到减少陶瓷封接部件和内外导体焊接时对陶瓷的导热量，最终减少焊接时不锈钢法兰和陶瓷之间的热应力，保证陶瓷封接部件和内外导体成功焊接。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中细节A放大图。
图3为图1中细节B放大图。
具体实施方式
离子回旋共振加热天线真空馈口陶瓷封结结构，包括有95绝缘圆柱体形陶瓷管1，陶瓷管1左、右端面为金属化端面，经过了金属化处理，陶瓷管左、右端分别套装第一无氧铜法兰2、第二无氧铜法兰3，第一无氧铜法兰2、第二无氧铜法兰3分别有环形外翻边沿、环形内翻边沿，和陶瓷管1左、右端金属化端面之间放置一层真空钎焊焊料，接着在第一无氧铜法兰2、第二无氧铜法兰3分别有环形外翻边沿、环形内翻边沿上分别套装“己”形状的第一、第二不锈钢封结法兰4、5，其接触面之间也放置一层真空钎焊焊料，最后以垂直方式放置在真空钎焊炉中进行焊接。所述的第一、第二不锈钢封结法兰4、5分别有环形外、内翻边，所述的外、内翻边外端逐步由厚变薄为锥形结构6。第一、第二不锈钢封结法兰4、5采用316不锈钢材料。

Claims (2)

1、离子回旋共振加热天线真空馈口陶瓷封结结构，包括有陶瓷管，陶瓷管左、右端面为金属化端面，其特征在于：所述的陶瓷管左端内壁套装有第一无氧铜法兰，所述的第一无氧铜法兰有环形外翻边沿经过真空焊接于陶瓷管左端金属化端面上，第一不锈钢封结法兰经过真空焊接于第一无氧铜法兰环形外翻边沿上；陶瓷管右端外壁上套装有第二无氧铜法兰，所述的第二无氧铜法兰有环形内翻边沿经过真空焊接于陶瓷管右端金属化端面上，第二不锈钢封结法兰经过真空焊接于第一无氧铜法兰环形内翻边沿上；所述的第一、第二不锈钢封结法兰分别有环形外、内翻边，所述的环形外、内翻边外端逐步由厚变薄为锥形结构。
2、根据权利要求1所述的离子回旋共振加热天线真空馈口陶瓷封结结构，其特征在于所述的陶瓷管为绝缘95陶瓷圆柱体；所述的第一、第二不锈钢封结法兰材料为316不锈钢材料；所述的真空焊接是指采用钎焊焊料在真空钎焊炉中进行焊接。
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