CN105156888B - 一种用于分置式杜瓦排气的双温区烘烤装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于分置式杜瓦排气的双温区烘烤装置及实现方法。装置的结构主要由冷链座、冷帽、弹簧、外壁件、内壁件、导热硅脂、橡皮圈、螺钉、红外探测器杜瓦组件、杜瓦铜管、加热罩垫板、铂电阻、加热片、加热罩、保温层、进水管、恒温循环器及出水管组成。本发明结构简单、成本低廉，解决了红外探测器杜瓦组件超高真空的单一温度点烘烤的排气效果不充分的问题，具有提高杜瓦的真空寿命，同时可以适当缩短杜瓦超高真空排气时间的功能。

Description

一种用于分置式杜瓦排气的双温区烘烤装置及实现方法

技术领域

本发明涉及红外探测器杜瓦组件封装技术，具体是指一种用于分置式红外探测器杜瓦组件超高真空排气的双温区烘烤装置及实现方法。

背景技术

真空寿命是杜瓦组件重要的技术指标，由于材料固有的放气特性，随着时间的推移，杜瓦内真空度会不断下降。当真空度下降到一定程度时，残气对流换热导致杜瓦组件热负载急剧增加，当热负载增加到一定程度后，机械制冷机提供的冷量无法满足探测器深低温工作的要求时，红外探测器就无法工作在所必须的温度点，并且杜瓦内的残气会凝结在探测器表面，使得探测器的性能衰退甚至丧失，从而使得高空间分辨率红外遥感仪器瘫痪。

影响红外探测器杜瓦组件的真空寿命的主要因素有：1)红外探测器杜瓦组件的零部件材料及除气处理工艺；2)红外探测器杜瓦组件内安装吸附剂；3)红外探测器杜瓦组件排气的极限真空、烘烤温度及排气时间；提高烘烤温度和延长排气时间是提高杜瓦真空寿命最有效的办法之一。目前传统的办法是整体一个温区加热，具体的做法为在杜瓦外安装一个加热罩，在杜瓦的外壳表面设置一温控点，进行加热温控烘烤。其烘烤温度点为一个温度点，温度点取决于红外探测器(比如碲镉汞)能承受的温度,一般温度小于80℃；此温度下对水气和氢气等的超高真空排气烘烤效果不太理想。这对红外探测器杜瓦组件真空寿命长短是有影响的。

发明内容

本专利的目的是提供一种用于分置式红外探测器杜瓦组件超高真空排气的双温区烘烤装置，解决了红外探测器杜瓦组件超高真空的单一温度点烘烤的排气效果不充分的问题，提高杜瓦组件的真空寿命，同时适当缩短杜瓦超高真空排气的时间。

本专利的双温区烘烤装置结构如图1所示，它包括：冷链座1、冷帽2、弹簧3、圆柱型外壁件4、圆柱型内壁件5、导热硅脂6、橡皮圈7、螺钉8、红外探测器杜瓦组件9、杜瓦铜管10、加热罩垫板11、铂电阻12、加热片13、加热罩14、保温层15、恒温循环器进水管16、恒温循环器17及恒温循环器出水管18，其特征在于：冷链座1与圆柱型外壁件4通过高温钎焊焊接成一体，圆柱型内壁件5与圆柱型外壁件4通过激光焊焊接成一体，弹簧3放置在冷链座1的第一圆型盲孔101处，导热硅脂6涂抹在冷帽2的上端面201及第四圆型盲孔202的内壁，冷帽2安放在弹簧3上端面，通过橡皮圈7和螺钉8将红外探测器杜瓦组件9与烘烤装置固定，恒温循环器进水管16与恒温循环器出水管18分别与圆柱型内壁件5的第一圆孔501和第二圆孔502连接，杜瓦铜管10支撑杜瓦进行排气，铂电阻12与加热片13粘贴在加热罩14内壁上、加热罩垫板11嵌套在加热罩14下方，保温层15嵌套在加热罩14外部。

所述的冷链座1选用无氧铜材料，为圆柱型，由上圆柱和下圆柱组成；在冷链座1的上圆柱中心有一个安放弹簧3的第一圆型盲孔101，第一圆型盲孔101的直径比弹簧3外直径大0.5mm-1mm；在冷链座1的下圆柱中心有一个安放圆柱型外壁件4的第二圆型盲孔102，第二圆型盲孔102的直径比圆柱型外壁件4外直径大0.02mm-0.06mm；第三圆型盲孔103为钎焊焊料填料处，其直径比第二圆型盲孔102的直径大0.2mm-0.5mm。

所述的冷帽2选用无氧铜材料，为圆柱型；在冷帽2的中心有一个安放弹簧3的第四圆型盲孔202，其直径比冷链座1的上圆柱外圆直径大0.02mm-0.06mm；同时第四圆型盲孔202的深度比冷链座1的上圆柱高度短0.02mm-0.06mm。

所述的弹簧3采用碳素弹簧钢材料，为圆柱型，它的两个圆柱端面的平行度优于0.05mm。

所述的圆柱型外壁件4采用不锈钢材料，由薄壁件401与法兰盘403组成，法兰盘403中圆孔402为螺钉安装孔。

所述的圆柱型内壁件5选用不锈钢材料，其中第一圆孔501为恒温循环液出水孔，第二圆孔502为恒温循环液进水孔。

所述的导热硅脂6选用APIEZON-N低温导热高真空脂。

所述的橡皮圈7为低苯基硅橡胶材料。

所述的螺钉8为不锈钢材料，为内六角螺钉。

所述的红外探测器杜瓦组件9选用红外探测器杜瓦组件。

所述的杜瓦铜管10为无氧铜材料，是杜瓦的排气接口，同时具有支撑杜瓦排气的作用。

所述的加热罩垫板11为无氧铜材料，为长方形。

所述的铂电阻12为pt100。

所述的加热片13薄膜加热片。

所述的加热罩14为无氧铜材料。

所述的保温层15材料为石棉衣。

所述的恒温循环器进水管16为橡胶材料，其直径比圆柱型内壁件5的圆孔501大0.05mm-0.1mm。

所述的恒温循环器17，具有加热和冷却循环液的功能。

所述的恒温循环器出水管18为橡胶材料，其直径比圆柱型内壁件5的圆孔502大0.05mm-0.1mm。

本专利的双温区烘烤装置结构装配过程如下：

1)先将冷链座1、圆柱型外壁件4进行抛光处理，再用丙酮、酒精超声清洗干净，然后将圆柱型外壁件4塞入冷链座1的第二圆型盲孔102内，将钎焊焊料均匀涂抹在冷链座1的第三圆型盲孔103内，通过高温钎焊将冷链座1与圆柱型外壁件4焊接成一体；

2)将圆柱型内壁件5进行抛光处理，用丙酮、酒精超声清洗干净，将其安装在圆柱型外壁件4内，通过激光焊接设备将圆柱型内壁件5与圆柱型外壁件4焊接成一体；

3)用镊子将预先准备好的弹簧3平稳地放入冷链座1的第一圆型盲孔101内；

4)在冷帽2的上端面201及第四圆型盲孔202内壁均匀涂抹上导热硅脂6，然后将冷帽轻放于弹簧3的上端面；

5)在红外探测器杜瓦组件9的法兰面上安装橡皮圈7，然后将安装好的冷帽2及冷链座1平稳的塞入红外探测器杜瓦组件9的芯柱内，通过螺钉8将其固定；

6)将恒温循环器进水管16和恒温循环器出水管18塞入圆柱型内壁件5的第一圆孔501和第二圆孔502内；

7)将红外探测器杜瓦组件9上的杜瓦铜管10与排气设备连接，完成抽真空的工作；

8)将加热罩14用丙酮、酒精超声清洗干净，然后先将加热片13粘贴在加热罩14内壁上，再将铂电阻12通过硅橡胶粘在加热罩14内壁上，最后将保温层15嵌套在加热罩14外部；

9)将完成嵌套安装的加热罩14罩在预排气的红外探测器杜瓦组件9上，通过夹具调节高度，直至红外探测器杜瓦组件9完全罩在加热罩14内部，最后将加热罩垫板11嵌套在加热罩14的下方，保证红外探测器杜瓦组件9完全处于密闭加热环境中；

10)打开恒温循环器17的电源开关，设置水温温度，最后打开水流开关，这样就完成了此双温区烘烤装置的装配过程。

本专利的优点是：

1)本专利结构简单、操作方便、价格低廉；

2)本专利可以实现杜瓦外部高温烘烤，杜瓦内部处于极限烘烤双温区烘烤模式；

3)本专利具有提高杜瓦的真空寿命及适当缩短杜瓦超高真空排气的时间。

附图说明

图1为双温区烘烤装置的示意图；

图中：

1—冷链座；

101—第一圆型盲孔

102—第二圆型盲孔

103—第三圆型盲孔

2—冷帽；

201—冷帽上端面

202—第四圆型盲孔

3—弹簧；

4—圆柱型外壁件；

401—薄壁件

402—圆孔

403—法兰盘

5—圆柱型内壁件；

501—第一圆孔

502—第二圆孔

6—导热硅脂；

7—橡皮圈；

8—螺钉；

9—红外探测器杜瓦组件；

10—杜瓦铜管；

11—加热罩垫板；

12—铂电阻；

13—加热片；

14—加热罩；

15—保温层；

16—恒温循环器进水管；

17—恒温循环器；

18—恒温循环器出水管。

图2是冷链座尺寸示意图。

图3是冷帽尺寸示意图。

图4是圆柱型外壁件尺寸示意图。

图5是圆柱型内壁件尺寸示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利的具体实施方式作进一步的详细说明。如图1所示，它的主要实施方法如下：

1、本专利中各零部件的制备方法：

1)如图2所示，冷链座1用无氧铜材料，为圆柱型零件，内外表面进行抛光处理，抛光后依次用丙酮、酒精及去离子水在超声清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中残留在零件表面的油脂和碎屑；具体尺寸见图2，其中D1＝9mm、D2＝20mm，上公差为-0.06mm，下公差为-0.02mm、D3＝21mm、D4＝20.4mm、D5＝20mm，上公差为+0.06mm，下公差为+0.02mm；H1＝1mm、H2＝4mm、H3＝12.2mm、H4＝5.7mm、H5＝6.2mm；

2)如图3所示，冷帽2用无氧铜材料，为圆柱型零件，内外表面进行抛光处理，抛光后依次用丙酮、酒精及去离子水在超声清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中残留在零件表面的油脂和碎屑；并且运用三坐标测量仪测量201处平面度，平面度必须优于0.04mm；具体尺寸见图3，其中D6＝20mm，上公差为+0.06mm，下公差为+0.02mm、D7＝21mm、H6＝6mm、H7＝8mm；

3)圆柱弹簧3采用碳素弹簧钢材料，它的两圆柱端面的平行度优于0.05mm。圆柱弹簧3外直径为9mm，上下公差为0.1mm。

4)如图4所示，圆柱型外壁件4选用不锈钢材料，内外表面进行抛光处理，抛光后依次用丙酮、酒精及去离子水在超声清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中残留在零件表面的油脂和碎屑；具体尺寸见图4，其中D8＝19.4mm，上公差为+0.06mm，下公差为+0.02mm、D9＝20mm，上公差为-0.06mm，下公差为-0.02mm、D10＝4.5mm、D11＝49mm、D12＝58mm、H8＝3mm、H9＝5mm、H10＝53mm；

5)如图5所示，圆柱型内壁件5选用不锈钢材料，内外表面进行抛光处理，抛光后依次用丙酮、酒精及去离子水在超声清洗机内清洗5-10分钟，去除加工中残留在零件表面的油脂和碎屑；具体尺寸见图5，其中D13＝6mm、D14＝6.6mm、D15＝19.4mm，上公差为-0.06mm，下公差为-0.02mm、D16＝18.8mm、D17＝5mm、D18＝20mm、H11＝62mm、H12＝3mm、H13＝3.5mm；

6)导热硅脂6由M&I MATERIALS LTD生产，选用APIEZON-N低温导热高真空脂，导热系数为0.194W/m·℃。

7)橡皮圈7为低苯基硅橡胶材料。

8)螺钉8为不锈钢材料，为M4×10mm内六角螺钉。

9)红外探测器杜瓦组件9选用某型号2000元杜瓦。

10)杜瓦铜管10为无氧铜材料，是杜瓦的排气接口，同时具有支撑杜瓦排气的作用。

11)加热罩垫板11为无氧铜材料，为长方形。

12)铂电阻12为pt100。

13)加热片13为薄膜加热片。

14)加热罩14为无氧铜材料。

15)保温层15材料为石棉衣。

16)恒温循环器进水管16为橡胶材料，其直径为5.1mm。

17)恒温循环器17为北京博医康实验仪器有限公司生产，型号为HX-1050，具有加热和冷却循环液的功能。

18)恒温循环器出水管18为橡胶材料，其直径6.1mm。

2、双温区烘烤装置结构装配步骤如下：

1)先将冷链座1、圆柱型外壁件4进行抛光处理，再用丙酮、酒精超声清洗干净，然后将圆柱型外壁件4塞入冷链座1的第二圆型盲孔102内，将钎焊焊料均匀涂抹在冷链座1的第三圆型盲孔103内，通过高温钎焊将冷链座1与圆柱型外壁件4焊接成一体；

2)将圆柱型内壁件5进行抛光处理、用丙酮、酒精超声清洗干净，将其安装在圆柱型外壁件4内，通过激光焊接设备将圆柱型内壁件5与圆柱型外壁件4焊接成一体；

3)用镊子将预先准备好的弹簧3平稳地放入冷链座1的第一圆型盲孔101内；

4)在冷帽2的上端面201及第四圆型盲孔202内壁均匀涂抹上导热硅脂6，然后将冷帽轻放于弹簧3的上端面；

5)在红外探测器杜瓦组件9的法兰面上安装橡皮圈7，然后将安装好的冷帽2及冷链座1平稳的塞入红外探测器杜瓦组件9的芯柱内，通过螺钉8将其固定；

6)将恒温循环器进水管16和恒温循环器出水管18塞入圆柱型内壁件5的第一圆孔501和第二圆孔502内；

7)将红外探测器杜瓦组件9上的杜瓦铜管10与排气设备连接，完成抽真空的工作；

8)将加热罩14用丙酮、酒精超声清洗干净，然后先将加热片13粘贴在加热罩14内壁上，再将铂电阻12通过硅橡胶粘在加热罩14内壁上，最后将保温层15嵌套在加热罩14外部；

9)将完成嵌套安装的加热罩14罩在预排气的红外探测器杜瓦组件9上，通过夹具调节高度，直至红外探测器杜瓦组件9完全罩在加热罩14内部，最后将加热罩垫板11嵌套在加热罩14的下方，保证红外探测器杜瓦组件9完全处于密闭加热环境中；

10)打开恒温循环器17的电源开关，设置水温温度，最后打开水流开关，这样就完成了此双温区烘烤装置的装配过程。解决了红外探测器杜瓦组件超高真空的单一温度点烘烤的排气效果不充分的问题。

Claims (6)

1.一种用于分置式杜瓦排气的双温区烘烤装置，包括：冷链座(1)、冷帽(2)、弹簧(3)、圆柱型外壁件(4)、圆柱型内壁件(5)、导热硅脂(6)、橡皮圈(7)、螺钉(8)、红外探测器杜瓦组件(9)、杜瓦铜管(10)、加热罩垫板(11)、铂电阻(12)、加热片(13)、加热罩(14)、保温层(15)、恒温循环器进水管(16)、恒温循环器(17)及恒温循环器出水管(18)，其特征在于：

所述的冷链座(1)与圆柱型外壁件(4)通过高温钎焊焊接成一体，圆柱型内壁件(5)与圆柱型外壁件(4)通过激光焊焊接成一体，弹簧(3)放置在冷链座(1)的第一圆型盲孔(101)处，导热硅脂(6)涂抹在冷帽(2)的上端面(201)及第四圆型盲孔(202)的内壁，冷帽(2)安放在弹簧(3)上端面，通过橡皮圈(7)和螺钉(8)将红外探测器杜瓦组件(9)与烘烤装置固定，恒温循环器进水管(16)与恒温循环器出水管(18)分别与圆柱型内壁件(5)的第一圆孔(501)和第二圆孔(502)连接，杜瓦铜管(10)支撑杜瓦进行排气，铂电阻(12)与加热片(13)粘贴在加热罩(14)内壁上、加热罩垫板(11)嵌套在加热罩(14)下方，保温层(15)嵌套在加热罩(14)外部。

2.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦排气的双温区烘烤装置，其特征在于：所述的冷链座(1)选用无氧铜材料，为圆柱型，由上圆柱和下圆柱组成；在冷链座(1)的上圆柱中心有一个安放弹簧(3)的第一圆型盲孔(101)，第一圆型盲孔(101)的直径比弹簧(3)外直径大0.5mm-1mm；在冷链座(1)的下圆柱中心有一个安放圆柱型外壁件(4)的第二圆型盲孔(102)，第二圆型盲孔(102)的直径比圆柱型外壁件(4)外直径大0.02mm-0.06mm；第三圆型盲孔(103)为钎焊焊料填料处，其直径比第二圆型盲孔(102)的直径大0.2mm-0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦排气的双温区烘烤装置，其特征在于：所述的冷帽(2)选用无氧铜材料，为圆柱型；在冷帽(2)的中心有一个安放弹簧(3)的第四圆型盲孔(202)，其直径比冷链座(1)的上圆柱外圆直径大0.02mm-0.06mm；同时第四圆型盲孔(202)的深度比冷链座(1)的上圆柱高度短0.02mm-0.06mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦排气的双温区烘烤装置，其特征在于：所述的圆柱型外壁件(4)采用不锈钢材料，由薄壁件(401)与法兰盘(403)组成，法兰盘(403)中圆孔(402)为螺钉安装孔。

5.根据权利要求1所述的一种用于分置式杜瓦排气的双温区烘烤装置，其特征在于：所述的圆柱型内壁件(5)选用不锈钢材料，其中第一圆孔(501)为恒温循环液出水孔，第二圆孔(502)为恒温循环液进水孔。

6.一种装配如权利要求1所述一种用于分置式杜瓦排气的双温区烘烤装置的方法，其特征包括以下步骤：

1)先将冷链座(1)、圆柱型外壁件(4)进行抛光处理，再用丙酮、酒精超声清洗干净，然后将圆柱型外壁件(4)塞入冷链座(1)的第二圆型盲孔(102)内，将钎焊焊料均匀涂抹在冷链座(1)的第三圆型盲孔(103)内，通过高温钎焊将冷链座(1)与圆柱型外壁件(4)焊接成一体；

2)将圆柱型内壁件(5)进行抛光处理，用丙酮、酒精超声清洗干净，将其安装在圆柱型外壁件(4)内，通过激光焊接设备将圆柱型内壁件(5)与圆柱型外壁件(4)焊接成一体；

3)用镊子将预先准备好的弹簧(3)平稳地放入冷链座(1)的第一圆型盲孔(101)内；

4)在冷帽(2)的上端面(201)及第四圆型盲孔(202)内壁均匀涂抹上导热硅脂(6)，然后将冷帽轻放于弹簧(3)的上端面；

5)在红外探测器杜瓦组件(9)的法兰面上安装橡皮圈(7)，然后将安装好的冷帽(2)及冷链座(1)平稳的塞入红外探测器杜瓦组件(9)的芯柱内，通过螺钉(8)将其固定；

6)将恒温循环器进水管(16)和恒温循环器出水管(18)塞入圆柱型内壁件(5)的第一圆孔(501)和第二圆孔(502)内；

7)将红外探测器杜瓦组件(9)上的杜瓦铜管(10)与排气设备连接，完成抽真空的工作；

8)将加热罩(14)用丙酮、酒精超声清洗干净，然后先将加热片(13)粘贴在加热罩(14)内壁上，再将铂电阻(12)通过硅橡胶粘在加热罩(14)内壁上，最后将保温层(15)嵌套在加热罩(14)外部；

9)将完成嵌套安装的加热罩(14)罩在预排气的红外探测器杜瓦组件(9)上，通过夹具调节高度，直至红外探测器杜瓦组件(9)完全罩在加热罩(14)内部，最后将加热罩垫板(11)嵌套在加热罩(14)的下方，保证红外探测器杜瓦组件(9)完全处于密闭加热环境中；

10)打开恒温循环器(17)的电源开关，设置水温温度，最后打开水流开关，这样就完成了此双温区烘烤装置的装配过程。