CN112198179B - 一种电镜单电机驱动密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电镜单电机驱动密封结构，包括电机驱动模块和真空腔室密封模块；电机驱动模块整体安装在真空转移台底座上，驱动电机通过齿轮传动带动传动丝杠旋转，丝杠螺母套推动密封板推动杆实现直线运动，使真空腔室密封模块的密封板开启或密封；密封升降安装板的底部压在密封升降凸轮板的表面；密封板推动杆与密封板铜套座相连接，密封板铜套座与密封板连接，用以密封板的水平横移；通过密封升降凸轮板的水平直线往复运动转换为密封升降安装板的竖直直线往复运动。本发明在密封过程中，通过单电机的控制，可实现升降密封腔室的升降与密封板的平移的联动，控制系统简单，稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于扫描电镜及FIB制备透射电镜样品真空转移台单电机驱动的密封结构，为扫描电镜样品的真空转移台提供一种单电机驱动的密封结构，使真空转移台满足扫描电镜对其空气敏感的样品的拍摄研究(如锂钠样品)；以及可用于对空气敏感的样品实现FIB透射电镜样品制备。属于材料研究和电子显微镜领域
背景技术
随着全球经济不断发展，能源危机逐步加深、环保意识不断增强，作为新能源及环保低碳的动力电池产业得到迅猛发展，而锂离子电池凭借其优异的性能、成熟的技术成为众多动力电池的主流发展方向。另一方面，由于锂元素在地壳中丰度较低且分布很不均匀，随着全球锂离子电池的需求量逐年增加，有限的锂资源会导致锂离子电池成本增加，这会严重阻碍电动汽车及大规模储能产业的发展。而钠元素在地壳中储量丰富、价格低廉，且钠离子电池与锂离子电池在原理上具有相似的充放电机理，因此研究钠离子电池可以作为锂离子电池的有效补充；另外，由于钠离子不会与铝集流体发生合金化反应，因此在生产工艺上钠离子电池可以使用更加便宜和轻便的铝箔作为集流体，这使得钠离子电池在成本上相比锂离子电池具有优势。在这两种电池体系中，正负极材料均为二者中最关键的部分；以锂离子电池为例，在其诸多正极材料中，例如以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的高镍三元材料可以使整个电池体系达到300Wh/kg的能量密度，但是该材料循环稳定性较差，这就造成电池使用寿命短，阻碍其应用市场的扩大，同时，正在研究中的钠离子电池的电极材料也面临同样问题。因此探究电极材料的失效机理，找到材料容量衰减循环性能差的原因，才能更好的进行材料改性，研发高能量密度且兼顾长循环寿命的电池体系。在材料失效分析方面，运用当今先进的电子显微学设备对电极材料进行观测，可以做到从原子级别揭示其性能衰减的原因，这对于锂离子、钠离子电池的研究具有非常重要的作用。但是由于经过充放电过程的电极材料往往比较脆弱，特别是脱锂/钠态的材料，其对于空气较为敏感，往往暴露在空气中便使其结构发生变化，影响材料本身的属性特征，因此在电子显微学研究材料失效机理的技术层面上，面临的最大困难是需要将研究的材料从制样步骤到移入透射电子显微镜腔室中全程保持隔绝空气的状态。本发明公开了一种为扫描电镜样品的真空转移台提供一种单电机驱动的密封结构。可以有效的密封对空气敏感的样品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计一种适用于扫描电镜要求及FIB要求的真空转移台的一种单电机驱动的密封结构。通过对电机的控制实现对空气敏感样品的密封和开启。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种应用于扫描电镜样品真空转移台单电机驱动的密封结构，该密封结构包括电机驱动模块和真空腔室密封模块。
电机驱动模块整体安装在真空转移台底座7上，驱动电机1通过齿轮传动带动传动丝杠6旋转，传动丝杠6与丝杠螺母套11相配合，丝杠螺母套11推动密封板推动杆16实现直线运动，使真空腔室密封模块的密封板26开启或密封，真空腔室密封模块的密封升降安装板18底部与密封升降凸轮板15相接触；密封升降安装板18的底部压在密封升降凸轮板15的表面；密封板推动杆16与密封板铜套座9相连接，密封板铜套座9与密封板26连接，用以密封板26的水平横移；微动传感器14安装在丝杠螺母套11上。密封升降安装板驱动轴承31安装在密封升降安装板18底部，密封升降凸轮板15的底部设有升降密封腔室驱动轴承33，通过密封升降安装板驱动轴承31和升降密封腔室驱动轴承33保证密封升降凸轮板15滑动紧固；通过密封升降凸轮板15的水平直线往复运动转换为密封升降安装板18的竖直直线往复运动。
微动传感器14与电机驱动模块的驱动电机1相连，用以控制驱动电机1开启或者关闭。
如图1所示，电机驱动模块由驱动电机1、电机安装板2、传动主齿轮3、传动从齿轮4、轴承安装座5、传动丝杠6、直线导轨8、开启限位板10、丝杠螺母套11、导轨滑块12、密封限位板13、密封升降凸轮板15和密封板推动杆16组成；驱动电机1的端部通过电机安装板2固定在真空转移台底座7上，驱动电机1的输出轴与传动主齿轮3连接，传动主齿轮3与传动从齿轮4相啮合；传动从齿轮4与传动丝杠6连接，传动丝杠6安装在轴承安装座5上；真空转移台底座7上设有直线导轨8，传动丝杠6与导轨滑块12通过螺纹配合安装在一起，导轨滑块12与直线导轨8之间为滑动配合；丝杠螺母套11安装在导轨滑块12上；开启限位板10安装在丝杠螺母套11的顶部一侧，开启限位板10能够在丝杠螺母套11上滑动，密封限位板13安装在丝杠螺母套11的顶部另一侧且与开启限位板10相对应，微动传感器14安装在密封限位板13上。密封板推动杆16竖直固定在丝杠螺母套11侧部，密封升降凸轮板15水平固定在真空转移台底座7上。
如图2、3所示，真空腔室密封模块由密封板铜套座9、固定板17、密封升降安装板18、密封板升降拉簧19、密封腔室升降弹簧20、样品台固定柱21、升降导柱22、平移导柱安装座23、平移导柱24、升降密封腔室25、密封板26、平移密封圈29、升降密封圈30、密封升降安装板驱动轴承31和升降密封腔室驱动轴承33组成；固定板17安装在密封升降安装板18的两侧，密封升降安装板18的底部设有密封板升降拉簧19，透射电镜铜网27放置在样品台组件28上，样品台组件28安装固定在样品台固定柱21上，样品台固定柱21的底部两侧的升降导柱22上设有密封腔室升降弹簧20；密封板铜套座9与平移导柱24之间为滑动配合，平移导柱24的端部安装在平移导柱安装座23上；升降密封腔室25的顶部通过平移密封圈29与密封板26连接密封；升降密封腔室25与样品台固定柱21之间设有升降密封圈30进行密封；密封升降安装板18的底部设有密封升降安装板驱动轴承31，密封升降安装板驱动轴承31与密封升降凸轮板15的上表面之间为滚动摩擦。升降密封腔室驱动轴承33安装在升降密封腔室25的底部，升降密封腔室驱动轴承33与密封升降凸轮板15的下表面之间为滚动摩擦；升降密封腔室驱动轴承33的底部由密封力调节顶板32进行调节。
整个透射电镜铜网27密封在由升降导柱22、升降密封腔室25和密封板26构成的密封腔室里，并由平移密封圈29和升降密封圈30密封，保证整个密封腔室的密闭性。在密封腔室的密封或开启过程中，样品台固定柱21是不动的，升降密封腔室25做升降运动，密封板26做升降及平移运动。
扫描电镜能够用FIB设备替换。
本发明的创新点在于：扫描电镜的测试样品或FIB制取透射电镜样品是固定在样品台组件28上，而样品台组件28通过螺钉固定在样品台固定柱21上，样品台固定柱21则通过螺钉固定在真空转移台底座7。真空转移台底座7通过螺钉最终固定在扫描电镜或FIB设备的样品台上。因此，测试样品始终固定在扫描电镜或FIB设备中的固定点上，不做任何移动或转动。从而可以保证在测试过程中的样品的稳定性高，定位精准，可使样品在放大超高的倍数下避免抖动、震动，保证了测试的稳定性。即，在密封过程中，测试样品是不动的，是升降密封腔室21与密封板26在动。
在扫描电镜以及FIB设备下测试或制取透射电镜样品时，样品是高于密封板26平面的，样品是凸出来的，从而保证样品在旋转和倾转时，避免真空转移台与设备探头相撞，对设备的安全性较高。
在密封过程中，通过单电机的控制，可实现升降密封腔室21的升降与密封板26的平移的联动，控制系统简单，稳定性高。
可扩展不同的样品台组件28，满足多种样品的测试或不同环境下的测试，如电学环境下的锂电材料测试，可扩展性高。
本发明的创新点在于：测试的样品是固定的，通过升降密封腔室21的升降以及密封板21的平移升降从而将样品密封。保证样品的定位准确，在测试过程中的样品的稳定性高，可使样品在放大超高的倍数下避免抖动、震动，保证了测试的稳定性。
在扫描电镜以及FIB设备下测试或制取透射电镜样品时，样品是高于密封板26平面的，样品是凸出来的，从而保证样品在旋转和倾转时，避免真空转移台与设备探头相撞，对设备的安全性较高。
在密封过程中，通过单电机的控制，可实现升降密封腔室21的升降与密封板26的平移的联动，控制系统简单，稳定性高。
密封升降安装板驱动轴承31、密封力调节顶板32和升降密封腔室驱动轴承33组成的滑动锁紧机构，能够有效保障密封升降安装板的上下移动平稳以及密封升降凸轮板15传动稳固。
附图说明
图1是真空转移台整机(样品密封状态)。
图2真空转移台密封剖面图一。
图3是真空转移台密封剖面图二。
图4真空转移台起始密封结构剖面图。A、密封板与升降密封腔室紧密贴合保证密封；B、预留开启时的行程间隙；C、密封腔室升降弹簧提供向上的密封弹力；D、密封力调节顶板提供密封压紧力。
图5是真空转移台密封结构开启过程剖面图。A、密封板与升降密封腔室脱离；B、密封升降凸轮板下压，升降密封腔室驱动轴承；C、丝杠螺母套与密封板推动杆接触。
图6是真空转移台密封结构完成开启剖面图。A、样品台凸出；B、升降密封腔驱动轴承被密封升降凸轮板压到最低；C、密封板升降拉簧将密封升降安装板拉下。
图7是真空转移台密封结构密封过程剖面图。A、密封板随之上升，平移时避免与样品相碰；B、密封升降凸轮板上顶，密封升降板抬起；C、丝杠螺母套与密封板推动杆接触；D、密封升降凸轮板下压，升降密封腔室驱动轴承。
图8是真空转移台整机(样品开启状态)。
图中：1—驱动电机；2—电机安装板；3—传动主齿轮；4—传动从齿轮；5轴承安装座；6—传动丝杠；7—真空转移台底座；8—直线导轨；9—密封板铜套座；10—开启限位板；11—丝杠螺母套；12—导轨滑块；13—密封限位板；14—微动传感器；15—密封升降凸轮板；16—密封板推动杆；17—升降导柱固定板；18—密封升降安装板；19—密封板升降拉簧；20—密封腔室升降弹簧；21—样品台固定柱；22—升降导柱；23—平移导柱安装座；24—平移导柱；25—升降密封腔室；26—密封板；27—透射电镜铜网；28—样品台组件；29—平移密封圈；30—升降密封圈；31—密封升降安装板驱动轴承；32—密封力调节顶板；33—升降密封腔室驱动轴承
具体实施方式
下面结合说明书附图对该发明作进一步详细描述：
驱动电机1通过传动主齿轮3与传动从齿轮4传动带动传动杆丝杠6转动，从而使丝杠螺母套11在直线导轨8上可左右平移。从而带动密封升降凸轮板15实现左右平移。
在密封状态，如图4所示。此时，密封板26与升降密封腔室25紧密贴合，保证平移密封圈29密封良好，内部样品台固定柱21由动密封圈即升降密封圈30密封，如图2所示。此时密封力由密封腔室升降弹簧20和密封力调节顶板32确定。驱动电机1为自锁电机，因此可以锁紧密封力调节顶板32。
当开启密封板时，此时密封升降凸轮板15向左平移，直至丝杠螺母套11与密封板推动杆16接触时，此时密封升降凸轮板15下压升降密封腔室驱动轴承33，密封板26与升降密封腔室25脱离，如图5所示，保证密封板26平移顺畅无阻力。密封升降凸轮板15继续向左平移，直到开启限位板10触发微动传感器14，电机停止工作。此时如图6所示。升降密封腔室25下降至最低点，密封板26移动到最左端，由于密封板升降拉簧19的作用，此时密封升降安装板也被下拉到最低。完成开启，样品凸出来。
当关闭密封板时，此时密封升降凸轮板15向右平移，直至丝杠螺母套11与密封板推动杆16接触时，此时密封升降凸轮板15上顶密封升降板18，使其抬起，密封板26随之也抬起，在平移过程中避免与样品相碰，而升降密封腔室25被压在最低位置，如图7所示。密封升降凸轮板15继续向右平移，直到密封限位板13触发微动传感器14，电机停止工作，如图4所示。
完成样品的密封。
Claims (5)
1.一种电镜单电机驱动密封结构，其特征在于：包括电机驱动模块和真空腔室密封模块；电机驱动模块整体安装在真空转移台底座上，驱动电机通过齿轮传动带动传动丝杠旋转，传动丝杠与丝杠螺母套相配合，丝杠螺母套推动密封板推动杆实现直线运动，使真空腔室密封模块的密封板开启或密封，真空腔室密封模块的密封升降安装板底部与密封升降凸轮板相接触；密封升降安装板的底部压在密封升降凸轮板的表面；密封板推动杆与密封板铜套座相连接，密封板铜套座与密封板连接，用以密封板的水平横移；微动传感器安装在丝杠螺母套上；密封升降安装板驱动轴承安装在密封升降安装板底部，密封升降凸轮板的底部设有升降密封腔室驱动轴承，通过密封升降安装板驱动轴承和升降密封腔室驱动轴承保证密封升降凸轮板滑动紧固；通过密封升降凸轮板的水平直线往复运动转换为密封升降安装板的竖直直线往复运动。
2.根据权利要求1所述的一种电镜单电机驱动密封结构，其特征在于：微动传感器与电机驱动模块的驱动电机相连，用以控制驱动电机开启或者关闭。
3.根据权利要求1所述的一种电镜单电机驱动密封结构，其特征在于：电机驱动模块由驱动电机、电机安装板、传动主齿轮、传动从齿轮、轴承安装座、传动丝杠、直线导轨、开启限位板、丝杠螺母套、导轨滑块、密封限位板、密封升降凸轮板和密封板推动杆组成；驱动电机的端部通过电机安装板固定在真空转移台底座上，驱动电机的输出轴与传动主齿轮连接，传动主齿轮与传动从齿轮相啮合；传动从齿轮与传动丝杠连接，传动丝杠安装在轴承安装座上；真空转移台底座上设有直线导轨，传动丝杠与导轨滑块通过螺纹配合安装在一起，导轨滑块与直线导轨之间为滑动配合；丝杠螺母套安装在导轨滑块上；开启限位板安装在丝杠螺母套的顶部一侧，开启限位板能够在丝杠螺母套上滑动，密封限位板安装在丝杠螺母套的顶部另一侧且与开启限位板相对应，微动传感器安装在密封限位板上；密封板推动杆竖直固定在丝杠螺母套侧部，密封升降凸轮板水平固定在真空转移台底座上。
4.根据权利要求1所述的一种电镜单电机驱动密封结构，其特征在于：真空腔室密封模块由密封板铜套座、固定板、密封升降安装板、密封板升降拉簧、密封腔室升降弹簧、样品台固定柱、升降导柱、平移导柱安装座、平移导柱、升降密封腔室、密封板、平移密封圈、升降密封圈、密封升降安装板驱动轴承和升降密封腔室驱动轴承组成；固定板安装在密封升降安装板的两侧，密封升降安装板的底部设有密封板升降拉簧，透射电镜铜网放置在样品台组件上，样品台组件安装固定在样品台固定柱上，样品台固定柱的底部两侧的升降导柱上设有密封腔室升降弹簧；密封板铜套座与平移导柱之间为滑动配合，平移导柱的端部安装在平移导柱安装座上；升降密封腔室的顶部通过平移密封圈与密封板连接密封；升降密封腔室与样品台固定柱之间设有升降密封圈进行密封；密封升降安装板的底部设有密封升降安装板驱动轴承，密封升降安装板驱动轴承与密封升降凸轮板的上表面之间为滚动摩擦；升降密封腔室驱动轴承安装在升降密封腔室的底部，升降密封腔室驱动轴承与密封升降凸轮板的下表面之间为滚动摩擦；升降密封腔室驱动轴承的底部由密封力调节顶板进行调节。
5.根据权利要求4所述的一种电镜单电机驱动密封结构，其特征在于：整个透射电镜铜网密封在由升降导柱、升降密封腔室和密封板构成的密封腔室里，并由平移密封圈和升降密封圈密封，保证整个密封腔室的密闭性；在密封腔室的密封或开启过程中，样品台固定柱是不动的，升降密封腔室做升降运动，密封板做升降及平移运动。
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