CN104712761B - 一种用于碱金属样品池的金属与玻璃密封结构 - Google Patents

一种用于碱金属样品池的金属与玻璃密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于碱金属样品池的金属与玻璃密封结构，包括一个带有楔形挡圈的金属管，一个玻璃窗口片，一个螺纹压圈。在常温常压下，通过螺纹压圈挤压玻璃窗口片，使其与金属管中楔形挡圈内边缘较薄部位紧密接触。在高温高压下，碱金属蒸汽与烷烃类缓冲气体膨胀，会向外挤压楔形挡圈，使其内边缘较薄部位产生形变，进一步增加与玻璃窗口片的接触面积和挤压力，从而表现出在高温高压下的良好密封特性，该密封结构允许样品池温度变化幅度在50摄氏度范围内。本发明无需采用密封垫圈，避免了碱金属蒸汽与有机物产生化学反应，以及金属膨胀不均匀所带来的密封性差等问题，并且结构简单，易于加工实现。

Description

一种用于碱金属样品池的金属与玻璃密封结构
技术领域
本发明涉及碱金属蒸汽激光技术领域，特别涉及一种实现碱金属蒸汽样品池金属与玻璃密封结构。
背景技术
半导体泵浦碱金属蒸气激光器（DPAL-Diode Pumped Alkali Laser），采用半导体激光器来泵浦钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）等碱金属蒸气，从而产生激光。由于该激光器具有量子效率高、增益高、光束质量好、体积小、热管理问题小、以及可产生激光波长处于大气传输窗口等特点，因此在强激光领域有着广阔的应用前景。
传统的密封结构大多采用加密封垫圈（诸如聚四氟垫圈、金属垫圈）的方法，这类方法在常温常压下的密封效果较好，但是在高温高压下，金属垫圈由于受热膨胀不均匀，一般情况下不会被采用；而利用加聚四氟垫圈的方法，虽然对一些装有高温高压气体样品池的密封效果较好，但是并不适于碱金属蒸汽样品池。由于碱金属非常活泼，极易与各种有机材料发生化学反应，影响激光上能级粒子数翻转，使产生激光的难度大大增加，而金属垫圈在高温下膨胀不均匀。目前，对碱金属蒸汽池的密封不采用任何密封垫圈，而是设计出金属与玻璃之间的直接密封结构，多数结构在常温常压下的密封性较好，但是在高温高压下，由于金属膨胀不均匀，金属与玻璃之间的密封性受到挑战。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供了一种实现钾、铷、铯碱金属蒸汽样品池金属与玻璃密封的结构，能够明显有效地解决高温高压条件下，样品池金属与玻璃密封性差的问题，但本发明不适用于样品池大幅度温度反复变化下的金属与玻璃密封。
本发明的技术方案如下：
一种用于钾、铷、铯碱金属激光器样品池的金属与玻璃密封结构，包括一个管口附近带有楔形挡圈的金属管，在楔形挡圈靠近管口一侧放置有一个玻璃窗口片，金属管的管口有内螺纹结构，一个螺纹压圈通过螺纹结构挤压玻璃窗口片使玻璃窗口片与金属管的楔形挡圈密封。楔形挡圈的内径取值一般为玻璃窗口片倒角面口径的90%-95%，楔形挡圈与玻璃结构接触面之间存在一个小角度，一般在0.5°-10°之间,角度范围由窗口片的硬度决定。
在高温高压下，金属管内壁楔形挡圈前端较薄部位会产生形变，进一步增加与玻璃窗口片的接触面积和挤压力，从而表现出良好的密封特性。
玻璃窗口片与金属管的接触位置靠近金属管内壁楔形挡圈内边缘较薄部位，该密封结构允许碱金属样品池温度变化幅度在50℃范围内。
金属管内壁楔形挡圈内径与玻璃窗口片倒角面口径比值范围为95%-90%，金属管内壁楔形挡圈与玻璃窗口片接触面存在一个夹角α，取值范围为0.5°-10°,角度范围由窗口片的硬度决定。
所述样品池包括钾、铷、铯样品池。
在高温高压下，金属管内壁楔形挡圈前端较薄部位会产生形变，进一步增加与玻璃窗口片的接触面积和挤压力，从而表现出良好的密封特性。玻璃窗口片与靠近金属管楔形挡圈内边缘较薄部位相接触，该密封结构允许样品池温度变化幅度在50摄氏度范围内。
与传统的密封结构相比，本发明所述的用于钾、铷、铯碱金属蒸汽样品池金属与玻璃密封结构有如下几个优点：
1）、密封结构未采用密封垫圈，因此不存在碱金属蒸汽与有机材料发生化学反应的问题；
2）、本密封结构在高温高压下，金属管内壁楔形挡圈前端较薄部位金属会发生形变，增加金属与玻璃的接触面积，以及金属与玻璃的挤压力，密封效果更加明显。
3）、本密封结构设计简单，易于加工实现。
附图说明
图1为本发明实现钾、铷、铯碱金属蒸汽样品池金属与玻璃密封结构示意图。
其中，1-带有楔形挡圈的金属管；2-玻璃窗口片；3-螺纹压圈。
具体实施方式
结合附图1，说明本发明的具体实施方式。
实施例1
本发明主要结构包括：一个带有楔形挡圈的金属管1，一个玻璃窗口片2，一个螺纹压圈3。
具体实施方式为，在金属管1的内壁加工出楔形挡圈，玻璃窗口片2与金属管1内壁楔形挡圈前端较薄部位相接触，玻璃窗口片2与金属管1内壁楔形挡圈的加工，楔形挡圈的内径为玻璃窗口片倒角面口径的93%，玻璃窗口片与楔形挡圈外侧壁的夹角α为2°，金属管1内壁楔形挡圈的表面加工粗糙度优于3.2μm。在常温常压下，通过螺纹压圈3挤压玻璃窗口片2，使其与金属管1内楔形挡圈前端较薄部位紧密接触，在高温高压下，碱金属蒸汽与烷烃类缓冲气体膨胀，会向外挤压金属管1内壁楔形挡圈，使壁楔形挡圈内边缘较薄部位产生形变，进一步增加与玻璃窗口片2的接触面积和挤压力，从而表现出在高温高压下的良好密封特性，该密封结构允许样品池温度变化幅度在50摄氏度范围内。

Claims (3)

1.一种用于碱金属样品池的金属与玻璃密封结构，包括一个管口附近带有楔形挡圈的金属管(1)，在楔形挡圈靠近管口一侧放置有一个玻璃窗口片(2)，金属管的管口有内螺纹结构，一个螺纹压圈(3)通过螺纹结构挤压玻璃窗口片(2)使玻璃窗口片(2)与金属管(1)的楔形挡圈密封，其特征在于：在高温高压下，金属管(1)内壁楔形挡圈前端较薄部位会产生形变，进一步增加与玻璃窗口片(2)的接触面积和挤压力，从而表现出良好的密封特性；
玻璃窗口片(2)与金属管(1)的接触位置靠近金属管(1)内壁楔形挡圈内边缘较薄部位，该密封结构允许碱金属样品池温度变化幅度在50℃范围内。
2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：金属管(1)内壁楔形挡圈内径与玻璃窗口片(2)倒角面口径比值范围为95％-90％，金属管(1)内壁楔形挡圈与玻璃窗口片(2)接触面存在一个夹角α，取值范围为0.5°-10°,角度范围由窗口片(2)的硬度决定。
3.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：所述样品池包括钾、铷、铯样品池。
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