CN111370498B - 一种探测器小型永久高真空腔体及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种探测器小型永久高真空腔体及制备方法，涉及一种光电成像探测器真空制冷封装领域，解决现有真空系统体积庞大，结构复杂，操作繁琐，不适用于移动设备使用，且由于采用真空泵和阀门管道保证腔体的真空度存在干扰腔体的真空度等问题，包括真空腔体外壳、真空腔体背板、玻璃窗口和探测器；所述探测器置于真空腔体内，玻璃窗口与真空腔体外壳通过有机硅树脂粘接密封，真空腔体外壳和真空腔体背板通过金属密封和有机硅树脂粘接密封组合的方式密封。本发明的真空腔体结构简单，使用可靠的密封方式和真空获取手段，省去真空管路和真空泵的使用，在大型真空罐中借助预紧机构一次性完成高真空的获取和密封，且能够实现探测器小型高真空腔体的永久密封。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电成像探测器真空制冷封装领域，具体涉及一种探测器小型永久高真空腔体及制备方法。
背景技术
真空技术在众多工业领域广泛应用，真空环境的获得、保持和测量一直工业届研究的热点。根据真空度的不同，真空分为低真空(105～102Pa)、中真空(102～10-1)、高真空(10-1～10-6Pa)和超高真空(＜10-6)，本发明的针对高真空应用。真空环境的获得一般是通过真空泵排出腔体中的气体实现，根据真空度的不同选择使用一级或者多级真空泵；真空环境的保持跟腔体的密封好坏直接相关，腔体内部的排气也会直接影响真空度的高低。所以一般情况下，真空腔体都是预留抽真空接口和真空泵，以保证腔体的真空度。
真空环境在光学系统成像领域应用广泛，主要在探测器的成像方面。探测器是将光子转换为电子的器件的，为了减少热游离电子形成的暗电流的干扰，需要将探测器制冷到合适温度。真空环境能够为探测器提供良好的工作环境，防止探测器的结霜结露，提高制冷效率，保证光电转换过程的顺利进行。但是探测器的真空腔体较小，无法配备真空泵实时的保证腔体的真空度，而且阀门等连接环节也会带来不确定因素，干扰腔体的真空度。
传统真空系统的在使用过程中，为了避免密封不严和内部排气的影响，往往会配备真空泵实时工作保证腔体的真空度，这种真空系统体积庞大，结构复杂，操作繁琐，不适用于移动设备使用。光电成像领域中探测器成像系统也需要真空环境，但是成像终端需具有较好的移动性和可操作性，传统的真空系统方式难以满足要求。
发明内容
本发明为解决现有真空系统体积庞大，结构复杂，操作繁琐，不适用于移动设备使用，且由于采用真空泵和阀门管道保证腔体的真空度存在干扰腔体的真空度等问题，提供一种探测器小型永久高真空腔体及制备方法。
一种探测器小型永久高真空腔体，包括真空腔体外壳、真空腔体背板、玻璃窗口和探测器；所述探测器置于真空腔体内，玻璃窗口与真空腔体外壳通过有机硅树脂粘接密封，真空腔体外壳和真空腔体背板通过金属密封和有机硅树脂粘接密封组合的方式密封。
一种探测器小型永久高真空腔体的制备方法，包括制备装置，所述制备装置包括预紧电机、丝杠螺母压块、基座、压块导向杆、预紧弹簧、电机安装板和真空罐；
所述预紧电机通过螺栓固定在电机安装板上，所述压块导向杆的两端均通过螺栓连接在基座和电机安装板上，形成框架结构；
所述丝杠螺母压块与预紧电机之间采用丝杠螺母连接，丝杠螺母压块和真空腔体背板以及压块导向杆之间为间隙轴孔配合，形成滑动连接；
丝杠螺母压块和真空腔体背板通过预紧弹簧连接；预紧弹簧和压块导向杆之间为间隙轴孔配合，形成滑动连接；
真空腔体外壳与基座之间为锥孔定位面接触，初始状态时，所述真空腔体外壳和真空腔体背板处于分离状态，待真空罐的真空度达到要求并保持一定时间后再闭合；
具体制备方法由以下步骤实现：
步骤一、将玻璃窗口与真空腔体外壳在实验室内采用有机硅树脂进行粘接密封；
步骤二、采用小型永久真空腔体制备装置将小型真空腔体保持敞开的状态放置到真空罐中，将所述真空腔体外壳和真空腔体背板接触面之间预先均匀涂抹有机硅树脂溶液；
步骤三、对所述真空罐进行抽真空，真空度达到要求以及时间后，使用预紧电机推动丝杠螺母压块，丝杠螺母压块沿着压块导向杆向下滑动，并带动真空腔体背板向下移动，待真空腔体外壳和真空腔体背板接触后，实现采用有机硅树脂溶液对小型真空腔体的初步密封；
步骤四、预紧电机推动丝杠螺母压块沿着压块导向杆继续向下滑动，丝杠螺母压块将压缩预紧弹簧，则真空腔体外壳的刀口切入真空腔体背板中，实现进一步的密封，获得小型高真空腔体；
步骤五、待真空罐内气压与外部大气压一致后，从真空罐取出小型真空腔体，采用力矩扳手拧紧锁紧螺栓，静置待有机硅树脂溶液固化后，完成探测器小型高真空腔体的永久密封。
本发明的有益效果：本发明所述的真空腔体，是一种适用于探测器封装的小型永久真空腔体，采用有机硅树脂溶液和金属密封实现小型高真空腔体永久密封。将小型腔体放置在大型真空罐中完成真空的获得和密封，本发明包括腔体的密封设计、真空环境的获得和保持，能够很好的满足现有探测器真空腔体存在的使用需求。
本发明的小型探测器永久真空腔体结构简单，使用可靠的密封方式和真空获取手段，省去了真空管路和真空泵的使用，在大型真空罐中借助预紧机构一次性完成高真空的获取和密封，并且能够实现探测器小型高真空腔体的永久密封。
附图说明
图1为本发明所述的一种探测器小型永久高真空腔体的结构示意图；
图2为本发明所述的一种探测器小型永久高真空腔体的制备装置图。
图中：1、真空玻璃窗口；2、真空腔体外壳；3、真空腔体背板；4、锁紧螺栓；5、金属和粘接密封；6、粘接密封；7、预紧电机；8、丝杠螺母压块；9、基座；10、探测器；11、压块导向杆；12、预紧弹簧；13、电机安装座；14、真空罐。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，一种探测器小型永久高真空腔体，包括真空腔体外壳2、真空腔体背板3、玻璃窗口1和探测器10；所述探测器10置于真空腔体内，玻璃窗口1与真空腔体外壳2通过有机硅树脂粘接密封6，真空腔体外壳2和真空腔体背板3通过金属密封和有机硅树脂粘接密封组合的方式密封(如图1中的5、金属和粘接密封)。
本实施方式中，首先是在真空环境中同时完成小型腔体高真空的获得和密封，这种工艺方法避免了真空阀门和管路的引入，大大的简化了真空腔体结构，提高了密封可靠性，可以实现永久真空的使用需求；
其次，真空腔体的光学玻璃窗口使用有机硅树脂粘接，这种粘接剂的可以实现绝对的粘接密封，并且相对柔软，可以缓冲光学玻璃与金属热膨胀系数的差异；
最后，真空腔体的密封同时使用了金属密封和有机硅树脂粘接两种方式，金属密封可以实现超高真空环境的密封，还可以承受一定震动冲击等，有机硅树脂溶液既可以作为金属密封的润滑剂，也可以填充金属之间的微细结构和热膨胀系数差异引起的位移变化。
本实施方式所述的小型真空腔体，真空腔体外壳2和真空腔体背板3使用金属密封和有机硅树脂粘接密封复合密封方式，真空腔体外壳2的材料为不锈钢，真空腔体背板3的材料为无氧紫铜，金属密封的方式为不锈钢真空腔体外壳在接触面加工锋利的刀口，有机硅树脂粘接密封完成后，使用螺栓压紧真空腔体外壳和真空腔体背板使不锈钢刀口切入紫铜背板实现金属密封，两种密封效果相互辅助，保证密封的真空腔体实现永久密封。
具体实施方式二、结合图2说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的一种探测器小型永久高真空腔体的制备方法，包括制备装置，所述制备装置包括预紧电机7、丝杠螺母压块8、基座9、压块导向杆11、预紧弹簧12、电机安装板13和真空罐14；
所述预紧电机7通过螺栓固定在电机安装板13上，所述压块导向杆11的两端均通过螺栓连接在基座9和电机安装板13上，形成框架结构；
所述丝杠螺母压块8与预紧电机7之间采用丝杠螺母连接，丝杠螺母压块8和真空腔体背板3以及压块导向杆11之间为间隙轴孔配合，形成滑动连接；
丝杠螺母压块8和真空腔体背板3通过预紧弹簧12连接；预紧弹簧12和压块导向杆11中心轴重合，为间隙轴孔配合，形成滑动连接；真空腔体外壳2与基座9之间为锥孔定位面接触，初始状态时，所述真空腔体外壳2和真空腔体背板3处于分离状态，待真空罐13的真空度达到要求(高真空，真空度<1×10-4Pa)并保持24小时后再闭合。
具体制备方法由以下步骤实现：
步骤一、将玻璃窗口1与真空腔体外壳2在实验室内采用有机硅树脂进行粘接密封；
步骤二、采用小型永久真空腔体制备装置将小型真空腔体保持敞开的状态放置到真空罐14中，将所述真空腔体外壳2和真空腔体背板3接触面之间预先均匀涂抹有机硅树脂溶液；
步骤三、对所述真空罐14进行抽真空，真空度达到要求(高真空，真空度<1×10- 4Pa)，保持24小时，使用预紧电机7推动丝杠螺母压块8，丝杠螺母压块8沿着压块导向杆11向下滑动，并带动真空腔体背板3向下移动，待真空腔体外壳2和真空腔体背板3接触后，实现采用有机硅树脂溶液对小型真空腔体的初步密封；
步骤四、预紧电机7推动丝杠螺母压块8沿着压块导向杆11继续向下滑动，丝杠螺母压块8将压缩预紧弹簧12，则真空腔体外壳2的刀口切入真空腔体背板3中，实现进一步的密封，获得小型高真空腔体；
步骤五、待真空罐14内气压与外部大气压一致后，从真空罐14取出小型真空腔体，采用力矩扳手以相同的力矩拧紧锁紧螺栓4，静置待有机硅树脂溶液固化后，完成探测器小型高真空腔体的永久密封。
本实施方式中，玻璃窗口1与真空腔体外壳2在实验室内使用有机硅树脂进行粘接密封，真空腔体外壳和真空腔体背板的密封在大型真空罐中完成。
Claims (4)
1.一种探测器小型永久高真空腔体，包括真空腔体外壳(2)、真空腔体背板(3)、玻璃窗口(1)和探测器(10)；所述探测器(10)置于真空腔体内，玻璃窗口(1)与真空腔体外壳(2)通过有机硅树脂粘接密封，真空腔体外壳(2)和真空腔体背板(3)通过金属密封和有机硅树脂粘接密封组合的方式密封；
所述金属密封的方式为不锈钢真空腔体外壳在接触面加工锋利的刀口，有机硅树脂粘接密封完成后，采用锁紧螺栓(4)压紧真空腔体外壳(2)和真空腔体背板(3)使不锈钢刀口切入真空腔体背板(3)内实现金属密封。
2.根据权利要求1所述的一种探测器小型永久高真空腔体，其特征在于：所述真空腔体外壳(2)的材料为不锈钢，真空腔体背板(3)的材料为无氧紫铜。
3.根据权利要求1所述的一种探测器小型永久高真空腔体的制备方法，其特征是，包括制备装置，所述制备装置包括预紧电机(7)、丝杠螺母压块(8)、基座(9)、压块导向杆(11)、预紧弹簧(12)、电机安装板(13)和真空罐(14)；
所述预紧电机(7)通过螺栓固定在电机安装板(13)上，所述压块导向杆(11)的两端均通过螺栓连接在基座(9)和电机安装板(13)上，形成框架结构；
所述丝杠螺母压块(8)与预紧电机(7)之间采用丝杠螺母连接，丝杠螺母压块(8)和真空腔体背板(3)以及压块导向杆(11)之间为间隙轴孔配合，形成滑动连接；
丝杠螺母压块(8)和真空腔体背板(3)通过预紧弹簧(12)连接；预紧弹簧(12)和压块导向杆(11)之间为间隙轴孔配合，形成滑动连接；
真空腔体外壳(2)与基座(9)之间为锥孔定位面接触，初始状态时，所述真空腔体外壳(2)和真空腔体背板(3)处于分离状态，待真空罐(14)的真空度达到要求并保持一定时间后再闭合；
具体制备方法由以下步骤实现：
步骤一、将玻璃窗口(1)与真空腔体外壳(2)在实验室内采用有机硅树脂进行粘接密封；
步骤二、采用小型永久真空腔体制备装置将小型真空腔体保持敞开的状态放置到真空罐(14)中，将所述真空腔体外壳(2)和真空腔体背板(3)接触面之间预先均匀涂抹有机硅树脂溶液；
步骤三、对所述真空罐(14)进行抽真空，真空度达到要求以及时间后，使用预紧电机(7)推动丝杠螺母压块(8)，丝杠螺母压块(8)沿着压块导向杆(11)向下滑动，并带动真空腔体背板(3)向下移动，待真空腔体外壳(2)和真空腔体背板(3)接触后，实现采用有机硅树脂溶液对小型真空腔体的初步密封；
步骤四、预紧电机(7)推动丝杠螺母压块(8)沿着压块导向杆(11)继续向下滑动，丝杠螺母压块(8)将压缩预紧弹簧(12)，则真空腔体外壳(2)的刀口切入真空腔体背板(3)中，实现进一步的密封，获得小型高真空腔体；
步骤五、待真空罐(14)内气压与外部大气压一致后，从真空罐(14)取出小型真空腔体，采用力矩扳手拧紧锁紧螺栓(4)，静置待有机硅树脂溶液固化后，完成探测器小型高真空腔体的永久密封。
4.根据权利要求3所述的一种探测器小型永久高真空腔体的制备方法，其特征在于：所述待真空罐(14)的真空度达到要求并保持一定时间后再闭合；具体指：真空度<1×10-4Pa，并保持24小时后再闭合。
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