CN105387928A - 穿线式接插件的封接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种穿线式接插件的封接结构，涉及插针和插座。特别地，该插针为中部带轴肩的管状体，该插座于面向插针封接的内腔设为阶梯状的封接孔，且封接孔与插针之间于轴肩处设有烧结密封成Z字型的玻璃封接体。应用实施本发明技术方案的优点概述为：管状结构的插针方便接插件内外穿线和布线的操作性，且能释放径向封接应力；轴肩便于封接定位、提高轴向封接力；该成型的玻璃封接体增加了封接作用面和作用力，封接强度得以突破，并就材料革新形成了高可靠、高封接强度及高气密性的玻璃封接，高温环境下绝缘电阻达标。
Description
技术领域
本发明涉及一种穿线式接插件结构设计与匹配封接技术，该结构设计与匹配封接方法应用于航空机载振动测量用压电式振动传感器，用于交变电荷信号传递、绝缘及气密性保护。
背景技术
在某新型航空发动机配套压电式振动传感器研制中，机载振动测试环境对产品提出了使用温度高、高温绝缘电阻高、气密性高、结构强度高等技术要求。
机载压电式振动传感器用于测量发动机振动，当固定在安装座上时，传感器外壳感受与安装座相同的振动，这样内部质量块就会产生大小正比于振动加速度，方向与振动加速度方向相反的交变惯性力作用在压电元件上。由于压电元件的正压电效应，两个电极表面上就产生电荷量正比于加速度的交变电荷，当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器的输出电荷量与作用力成正比，即与安装座的加速度成正比，传感器即根据此原理测量振动。作为压电式振动传感器传递信号的重要结构件，起着电气连接，信号传递、机械接口连接、绝缘等作用。
以往的接插件设计是直接将玻璃与插针烧结在一起，玻璃封接体是圆饼或圆柱状，插针是实心结构。圆柱玻璃封接实体由于玻璃属于非金属材料，承压与承拉能力不对称，在高温使用环境中容易受热应力作用在插座内壁与玻璃封接处或插针与玻璃封接处产生辐射状或环状贯穿裂纹，降低了结构强度及气密性，并因为裂纹吸附污物或表面水汽降低绝缘电阻。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种穿线式接插件的封接结构，解决此类接插件在封接结构强度和气密性提高的问题。
本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现：穿线式接插件的封接结构，涉及插针和插座，其特征在于：所述插针为中部带轴肩的管状体，所述插座于面向插针封接的内腔设为阶梯状的封接孔，且封接孔与插针之间于轴肩处设有烧结密封成Z字型的玻璃封接体。
进一步地，所述插针的端部内侧设有倒角。
进一步地，所述玻璃封接体的烧结密封前的初始形态为带孔圆饼结构，且玻璃封接体所用玻璃球粉的造粒中位径为250μm。
本发明技术方案应用实施后的显著效果为：管状结构的插针方便接插件内外穿线和布线的操作性，且能释放径向封接应力；轴肩便于封接定位、提高轴向封接力；该成型的玻璃封接体增加了封接作用面和作用力，封接强度得以突破，并就材料革新形成了高可靠、高封接强度及高气密性的玻璃封接，高温环境下绝缘电阻达标。
附图说明
图1是本发明封接结构中插针的结构示意图。
图2是本发明封接结构中插座的结构示意图。
图3是本发明封接结构预烧结的温度曲线示意图。
图4是本发明封接结构烧结的温度曲线示意图。
图5是本发明封接结构封接后的结构示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
压电式振动传感器压电陶瓷元件易吸潮、使用环境振动强度高、温度高。采用本穿线式接插件结构设计与匹配封接技术封接成的壳体组合能够很好地防止产品内部压电元件组件吸潮，提高使用温度、高温绝缘电阻及结构机械强度。
为此，本发明创新提出了一种穿线式接插件的封接结构。其主要涉及插针和插座两部分。从各自的结构特征来看：该插针1如图1所示为中部带轴肩11的管状体且端部内侧设有倒角12，方便接插件内外穿线和布线的操作性、也减少了装配及之用中的应力集中点。轴肩结构起封接定位、提高轴向封接力，管状结构能释放径向封接应力。该插针选择弹性能良好的InconelX750材料加工制成。
该插座2如图2所示于面向插针封接的内腔设为阶梯状的封接孔21，且封接孔21与插针1之间于轴肩11处设有烧结密封成Z字型的玻璃封接体3，增加封接作用面和作用力，提高封接强度。其中该插座的结构材料选择Inconel600或NS312镍基高温合金材料，两者的材料热膨胀系数为12.5×10-6℃-1，而封接材料（即烧结成型后为玻璃封接体）以热膨胀系数11×10-6℃-1（500℃）小于插座封接孔金属材料热膨胀系数12.5×10-6℃-1（500℃）约12%的差值设计，选用由二氧化硅（SiO2）、氧化钡（BaO）、氧化钙（CaO）、氧化铝（Al2O3）组成的。以此形成压缩封接且由插针管释放部分应力，形成高可靠、高封接强度及高气密性的玻璃封接。封接工艺为通过烧氢去除氧化层再真空排除金属表面气体后，氧化层并控制厚度在1μm至10μm之间。经图3所示的预烧结和图4所示的烧结封接工艺排蜡烧结后形成高封接强度、绝缘与气密性的壳体组合，如图5所示。上述玻璃封接体材料482℃体积电阻率不小于1×108Ω·cm，使封接后482℃高温绝缘电阻达到不小于100MΩ（100VDC）。
需要说明的是：上述玻璃封接体的烧结密封前的初始形态为带孔圆饼结构，且玻璃封接体所用玻璃球粉的造粒中位径为250μm。
封接后的壳体组合，通过了部件级常温绝缘电阻（∞）、高温绝缘电阻（485℃，大于1GΩ）、高温贮存（71℃，48h）、高温工作（370℃工作30min，485℃工作5min）、低温贮存（-55℃，24h）、低温工作（-55℃工作30min）、温度冲击（高温485℃、低温-55℃，5个循环）、功能性冲击、冲击极限（1000g）、功能振动、耐久振动、高温寿命（370℃，96h）、湿热（10d）绝缘介电强度（电压500V维持1min，频率为50Hz，速度变化率不大于500V/s）试验，试验后泄漏率低于1×10-3Pa·cm3/s。并随成品通过首批出厂前试验、考核试验及部分摸底试验，满足技术与使用要求。
本申请该种穿线式接插件的封接结构，在某航空涡扇发动机配套的压电式振动传感器中得以试用，产品在高温绝缘、气密性、抗震强度等方面使用效果良好，通过了考核试验的各项要求。
综上所述可见，应用实施本发明技术方案后的显著效果为：管状结构的插针方便接插件内外穿线和布线的操作性，且能释放径向封接应力；轴肩便于封接定位、提高轴向封接力；该成型的玻璃封接体增加了封接作用面和作用力，封接强度得以突破，并就材料革新形成了高可靠、高封接强度及高气密性的玻璃封接，高温环境下绝缘电阻达标。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (3)
1.穿线式接插件的封接结构，涉及插针和插座，其特征在于：所述插针为中部带轴肩的管状体，所述插座于面向插针封接的内腔设为阶梯状的封接孔，且封接孔与插针之间于轴肩处设有烧结密封成Z字型的玻璃封接体。
2.根据权利要求1所述穿线式接插件的封接结构，其特征在于：所述插针的端部内侧设有倒角。
3.根据权利要求1所述压电元组件接线片的电阻点焊结构，其特征在于：所述玻璃封接体的烧结密封前的初始形态为带孔圆饼结构，且玻璃封接体所用玻璃球粉的造粒中位径为250μm。
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