CN110886900A - 一种高真空用微型插板阀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高真空用微型插板阀装置。所述微型插板阀装置包括用于装载待测样品的样品台；用于封闭样品的密封腔室；密封腔室供样品与大气环境隔绝且进入高真空环境、供样品离开高真空环境进行样品回收及转移；与密封腔室相连接的传送机构；密封腔室为由第一密封滑块和第二密封滑块形成的封闭空间，第一和第二密封滑块通过楔形结构相配合，从而使第一密封滑块能够水平正向推动以及水平反向拉动第二密封滑块运动。通过将样品装载于微型插板阀装置内，从而实现待测样品在制样、转移、观察及回收过程中与大气环境的隔绝，保证待测样品从制样到观察至回收的整个过程都在惰性气体或真空环境下完成，可大大提高检测结果的可靠性和准确度。

Description

一种高真空用微型插板阀装置
技术领域
本发明涉及一种高真空用密封装置，具体涉及一种高真空用微型插板阀装置。
背景技术
随着现代微观分析技术的飞速发展，扫描电子显微镜(SEM)、聚焦离子束-电子束电镜双束电镜(FIB)、X-射线光电子能谱仪等已成为表征物质微观形貌及组成不可或缺的仪器。这些仪器是以电子束、X-射线等作为光源，经过与试样相互作用，从而得到试样微观结构及成分的信息。在进行此类检测时，待测试样首先由空气中进入仪器交换室，之后再由仪器交换室进入仪器样品室进行分析。
SEM、X-射线能谱仪、FIB等仪器等需要在高真空环境工作(通常样品室的真空度高于10-4Pa)，相应地，这要求所观察的样品干燥，并且要求测试样品不易挥发、不含挥发性溶剂、不易潮解、不含结晶水等。因此，一般情况下，在从手套箱或大气中转移到高真空仪器样品室及从高真空仪器中回收样品的过程中，一些具有易氧化、易潮解特性的材料如锂电池材料、钙钛矿材料等采用常规的样品装载装置极易发生潮解或氧化，导致不能获得样品真实的形貌及成分信息。针对此类问题，目前通常采用的方法是将样品置于特制的样品转移盒和高真空仪器交换室，避免样品在转移和进样过程中样品与空气环境接触。但是不同厂家不同型号的高真空仪器其进样交换室不同，因此普遍存在着通用性不强的缺点，已不能满足日益多样化的微观分析需求。
目前，对新材料的研究是材料科学领域研究的热点，具体涉及能量转换与存储材料、纳米科学及催化领域等。在这些热点领域的研究中，通常会涉及到易氧化、易潮解的空气敏感型固体物质，此类物质需要SEM、X-射线能谱仪、FIB等高真空仪器分析其微观结构、成分等重要信息，解决此类样品在制样、转移、进样、检测和回收过程中的氧化、潮解问题，可为新材料的研究提供重要依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种高真空用微型插板阀装置，其具有良好的密封性，且能大气环境隔绝。
具体地，本发明所提供的高真空用微型插板阀装置，包括：
用于封闭样品的密封腔室；所述密封腔室供样品与大气环境隔绝且进入高真空环境、供样品离开高真空环境进行样品回收及转移；
所述密封腔室为由第一密封滑块和第二密封滑块所形成的封闭空间；
传送机构；所述传送机构能带动所述第一密封滑块和所述第二密封滑块水平移动，进而实现对样品的密封。
上述的高真空用微型插板阀装置中，所述第一密封滑块和所述第二密封滑块通过两者的楔形结构相配合，从而使所述第一密封滑块能够水平正向推动以及水平反向拉动所述第二密封滑块运动；
所述第一密封滑块的下表面及所述第二密封滑块的上表面设置有所述楔形结构。
上述的高真空用微型插板阀装置中，所述第二密封滑块的底部设有第一密封圈槽，所述第一密封圈槽内嵌有第一密封圈，用于增加与样品台之间的密封性。
上述的高真空用微型插板阀装置中，所述第二密封滑块的底部的四个边角处分别设有第一支撑弹簧、第二支撑弹簧、第三支撑弹簧和第四支撑弹簧，分别嵌入至第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽内；由于所述第二密封滑块水平移动时会与固定机构表面产生摩擦力而阻碍其移动，而此时所述第一支撑弹簧、所述第二支撑弹簧、所述第三支撑弹簧和所述第四支撑弹簧处于压缩状态，其对所述第二密封滑块向上的支撑力可大大减小其(或密封圈)与固定机构表面之间的阻力，使所述第二密封滑块保持水平方向运动。
上述的高真空用微型插板阀装置中，所述第二密封滑块的壁上设有分离弹簧，所述分离弹簧的另一端连接所述第一密封滑块(右侧壁上)，可协助所述第二密封滑块的水平移动。
上述的高真空用微型插板阀装置中，所述传送机构包括连通穿过所述第一密封滑块的传动轴、固定所述传动轴的锁定环、限制所述传动轴轴向位移的限位环、提供所述传动轴动力且与传动轴连接的空心杯马达及行星减速器。
上述的高真空用微型插板阀装置中，所述锁定环与所述限位环之间形成有第一间隙，为所述锁定环的轴向转动提供空间；
所述限位环与所述第一密封滑块形成有第二间隙，以保证所述第一密封滑块水平运动不受阻碍所述限位环的摩擦。
上述的高真空用微型插板阀装置中，所述高真空用微型插板阀装置还包括用于控制所述传送机构运动及停止的控制机构；
所述控制机构包括控制所述传动轴转动方向的遥控模块、为所述微型插板阀供电的微型锂电池以及控制所述微型插板阀工作的无线遥控器。
上述的高真空用微型插板阀装置中，所述高真空用微型插板阀装置还包括将所述密封腔室、所述传送机构连接且固定的固定机构；
所述固定机构包括容纳所述密封腔室的插板阀壳体、固定所述插板阀壳体的第一固定板及固定所述传动机构及插板阀壳体的第二固定板、将所述密封腔室固定于所述样品台的插板阀固定孔及允许电子束穿过的第一通孔及第二通孔；
所述的插板阀壳体为3D打印一次成型。
通过将样品装载于所述密封微型插板阀装置内，从而实现待测样品在制样、转移、观察及回收过程中与大气环境的隔绝，保证待测样品从制样到观察至回收的整个过程都在惰性气体或真空环境下完成，可大大提高检测结果的可靠性和准确度。此外，所述装置具有通用性强、体积小、操控简便和性价比高的优点，可适用于不同类型的高真空仪器，且不影响原有仪器的性能指标，对满足日益多样化的科研需求和拓展高真空仪器的应用领域有重要意义。
附图说明
图1是本发明高真空微型插板阀的整体结构示意图；
图2、图3是本发明高真空微型插板阀的剖面结构示意图；
图4是本发明高真空微型插板阀密封结构密封机构、传送机构及控制机构示意图；
图5是实施例中扫描电镜样品台的结构示意图；
图6是图1所示的高真空微型插板阀与实施例中扫描电镜样品台相互配合作业的结构示意图。
附图标记说明：
10 密封腔室 20 传送机构
30 控制机构 40 样品台
50 固定机构 60 样品
101 第一密封滑块 102 第二密封滑块
103 插板阀壳体
201 传动轴 202 限位环
203 锁定环 204 行星减速器
205 空心杯马达 301 遥控模块
302 微型锂电池 303 遥控器
401 第二密封圈 402 第二密封圈槽
1011 第一分离弹簧 1012 第二分离弹簧
1013 第一分离弹簧凹槽 1014 第二分离弹簧凹槽
1015 第一楔型结构
1021 第一支撑弹簧 1022 第二支撑弹簧
1023 第三支撑弹簧 1024 第四支撑弹簧
1025 第一密封圈槽 1026 第一密封圈
1027 第一凹槽 1028 第二凹槽
1029 第三凹槽 1020 第四凹槽
1020A 第二楔形结构
2031 第一间隙 2021 第二间隙
1031 第一固定孔 1032 第二固定孔
1033 第一限位螺母 1034 第二限位螺母
1035 第一螺母孔 1036 第二螺母孔
1037 第一固定板 1038 第二固定板
1039 第一通孔 1030 第二通孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1、图2和图5所示，本发明高真空微型插板阀包括用于封闭样品的密封腔室10、与密封腔室10相连接的传送机构20、传送机构20能带动密封腔室10移动、用于控制传送机构20运动及停止的控制机构30以及将密封腔室10、传送机构20及控制机构30连接且固定的固定机构50；密封腔室10供样品与大气环境隔绝且进入高真空环境、供样品离开高真空环境进行样品回收及转移。
本发明高真空用微型插板阀装置中，密封腔室10为由第一密封滑块101和第二密封滑块102形成的封闭腔室，两者通过第一密封滑块101底部的第一楔形结构1015及第二密封滑块102底部的楔形结构1020A贴合(如图3所示)，该结构用于第一密封滑块101水平正向推动及反向拉动第二密封滑块102的运动。如图2及图4所示，第二密封滑块102的底部分别设有垂直于其运动方向的第一支撑弹簧1021、第二支撑弹簧1022、第三支撑弹簧1023、第四支撑弹簧1024，分别嵌入第一凹槽1027、第二凹槽1028、第三凹槽1029和第四凹槽1020内。第二密封滑块102的底部中间位置设有第一密封圈槽1025，第一密封槽1025内嵌有第一密封圈1026。第一密封滑块101的右侧外部设置有平行于第二密封滑块102运动方向的第一分离弹簧1011和第二分离弹簧1012，另一端连接第二密封滑块102右外侧壁。
本发明高真空用微型插板阀装置中，传送机构20包括连通穿过第一密封滑块101的传动轴201、固定传动轴201的锁定环203、限制锁定环203纵向位移的限位环202、提供传动轴201动力且与传动轴201连接的行星减速器204及空心杯马达205，锁定环203与限位环202之间形成有第一间隙2031，限位环202与第一密封滑块101形成有第二间隙2021。
本发明高真空用微型插板阀装置中，控制机构30包括控制传动轴201转动方向的遥控模块301，其为微型插板阀供电的微型锂电池302以及控制微型插板阀工作的无线遥控器303。
本发明高真空用微型插板阀装置中，固定机构50包括容纳密封腔室10的插板阀壳体103(插板阀壳体为3D打印一次成型)、固定插板阀壳体103的第一固定板1037及固定传动机构20及插板阀壳体103的第二固定板1038、将密封腔室10固定于样品台40的插板阀第一固定孔1031、第二固定孔1032，及允许电子束穿过的第一通孔1039及第二通孔1030。
本发明高真空用微型插板阀装置使用时，如图6所示，将其与扫描电镜样品台(图5)进行配合，具体使用过程如下：
该微型插板阀的使用主要包括密封及打开过程。
密封样品过程：在仪器或手套箱外操控无线遥控器的正向开关(仪器内环境一般为真空环境，手套箱内环境一般为惰性气体环境)，微型插板阀的遥控模块301接收信号，空心杯马达205正转，与空心杯马达205及行星减速器201相连接的传动轴201带动第一密封滑块101做水平正向运动，此时第一密封滑块101和第二密封滑块102为楔形贴合，第二密封滑块102随第一密封滑块101水平运动，由于第二密封滑块102底部配有第一密封圈1026，第一密封圈1026与固定机构表面之间的摩擦力会阻碍第二密封滑块102的水平运动，而此时第一、二、三、四支撑弹簧处于压缩状态，其对第二密封滑块102向上的支撑力可大大减小第一密封圈1026与插板阀壳体103之间的阻力，使第二密封滑块102保持水平方向运动，此外，第一密封滑块101及第二密封滑块102之间设有分离弹簧1011和1012，分离弹簧压缩也可协助提供第二密封滑块102水平运动，支撑弹簧和分离弹簧对第二密封滑块102的支撑作用可有效防止第一密封滑块101和第二密封滑块102脱离造成的密封腔室损坏，当第二密封滑块102接触插板阀壳体103的限位螺母后，其水平运动停止，第一密封滑块101仍有水平正向运动，其对第二密封滑块102产生向下的压力，直至位于第二密封滑块102的第一密封圈1026与样品台40完全贴合，密封过程完成。此时第一密封滑块101仍有水平正向运动，运动至密封腔室10右内侧壁，接触到第一限位螺母1033(设于第一螺母孔1035内)及第二限位螺母1034(设于第二螺母孔1036内)，其运动停止。
打开过程与密封过程相反，在仪器或手套箱外操控无线遥控器的反向开关，微型插板阀的遥控模块301接收信号，空心杯马达205反转，与空心杯马达205及行星减速器204相连接的传动轴201带动第一密封滑块101做水平反向运动，此时第二密封滑块102仍处于密封状态，第一密封滑块101运动至与第二密封滑块102楔形贴合后，第二密封滑块102带动第一密封滑块101做水平反向运动，当第二密封滑块102运动至第一、二分离弹簧完全压缩时，其停止运动。此时第一密封滑块101继续水平反向运动，直至到达限位环的位置，其运动停止。此时微型插板阀处于打开状态。

Claims (8)

1.一种高真空用微型插板阀装置，其特征在于：所述装置包括：
用于装载待测样品的样品台；
用于封闭样品的密封腔室；所述密封腔室供样品与大气环境隔绝且进入高真空环境、供样品离开高真空环境进行样品回收及转移；
与所述密封腔室相连接的传送机构；所述传送机构能带动所述密封腔室移动。
2.根据权利要求1所述的高真空用微型插板阀装置，其特征在于：所述密封腔室为由第一密封滑块和第二密封滑块形成的封闭空间；
所述第一密封滑块和所述第二密封滑块通过两者的楔形结构相配合，从而使所述第一密封滑块能够水平正向推动以及水平反向拉动所述第二密封滑块运动；
所述第一密封滑块的下表面及所述第二密封滑块的上表面设置有所述楔形结构。
3.根据权利要求2所述的高真空用微型插板阀装置，其特征在于：所述第二密封滑块的底部的四个边角处分别设有第一支撑弹簧、第二支撑弹簧、第三支撑弹簧和第四支撑弹簧，分别嵌入至第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽内。
4.根据权利要求2或3所述的高真空用微型插板阀装置，其特征在于：所述第二密封滑块的下部中间位置设有第一密封圈槽；所述第一密封槽内嵌有第一密封圈。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的高真空用微型插板阀装置，其特征在于：所述第二密封滑块的壁上设有分离弹簧，所述分离弹簧的另一端连接所述第一密封滑块；
所述分离弹簧嵌入于所述第一密封滑块内部的分离弹簧凹槽内。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的高真空用微型插板阀装置，其特征在于：所述传送机构包括连通穿过所述第一密封滑块的传动轴、固定所述传动轴的锁定环、限制所述锁定环纵向位移的限位环、提供所述传动轴动力且与传动轴连接的空心杯马达及行星减速器；
所述锁定环与所述限位环之间形成有第一间隙，所述限位环与所述第一密封滑块形成有第二间隙。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的高真空用微型插板阀装置，其特征在于：所述高真空用微型插板阀装置还包括用于控制所述传送机构运动及停止的遥控机构；
所述遥控机构包括控制所述传动轴转动方向的遥控模块、为所述微型插板阀供电的微型锂电池以及控制所述微型插板阀工作的无线遥控器。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的高真空用微型插板阀装置，其特征在于：所述高真空用微型插板阀装置还包括将所述密封腔室、所述传送机构连接且固定的固定机构；
所述固定机构包括容纳所述密封腔室的插板阀壳体、固定所述插板阀壳体的第一固定板及固定所述传动机构及插板阀壳体的第二固定板、将所述密封腔室固定于所述样品台的插板阀固定孔及允许电子束穿过的第一通孔及第二通孔。
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