CN1225049A - 真空绝缘容器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用预制钎料(28)来密封绝缘容器(10)并在该容器中保持真空状态。预制钎料(28)包括至少部分地烧结在一起且至少基本上不含粘结剂的钎料颗粒。还提供了一种用于制造真空绝缘容器(10)的方法的装置。所述装置包括一个限定出一个待抽真空的内腔(20)并具有至少一个空透其壁部形成的抽气口(24)的金属外套(12)。抽气口(24)为内腔(20)提供了一个开口。烧结的预制钎料(28)位于抽气口(24)附近以便在熔化钎料时密封住抽气口(24)。在将外套(12)的内腔(20)抽成真空后,可以熔化预制钎料(28)并使其凝固和密封抽气口(24)。这样,就可以在内腔(20)中保持真空状态。

Description

真空绝缘容器及其制造方法

本发明涉及真空绝缘容器。确切地说，本发明涉及一种利用钎料进行气密密封的真空绝缘容器。更具体地说，本发明涉及一种利用由烧结的金属焊料颗粒或钎焊合金颗粒预制的钎料进行气密密封的金属外套式真空绝缘容器。

真空绝缘容器如杜瓦瓶式或平板式真空绝缘容器典型地包括一个限定出一个被抽真空的内腔的金属外套。在这种容器的制造过程中，当正在将内腔抽成真空时，通常加热金属外套。根据特殊用途的绝缘要求，绝缘介质(如压实的玻璃纤维棉)可被放入容器内腔中。没有装绝缘介质的容器一般在抽真空过程中被加热到较高温度。装有绝缘介质的容器通常不可能在如此高的温度下不损坏绝缘介质地被抽成真空。

美国专利No.5,153,977披露了一种真空绝缘容器的制造方法。这篇文献记载了具有某种成型于其外套外壁中的凹座和至少一个在凹座底部穿透外套壁形成的抽气口的杜瓦瓶式容器。通过经抽气口将外套的内腔抽成真空而在容器内形成真空。一旦容器被充分地抽成真空，则使由钎料粉末构成的焊膏熔化以便填充和气密地密封住抽气口并由此封住容器。在将容器抽成真空之前，焊膏通常被放置于抽气口附近的凹座中。为了使粉状硬钎料在密封步骤之前一直粘在一起，焊膏一般含有某种有机粘结剂。

尽管这种焊膏可被用于有效密封真空绝缘容器并在容器中保持真空状态，但是使用焊膏的现有技术遇到了若干严重问题，其中最严重的问题就是可能因质量差而经历了不可接受的损失或因使用焊膏而造成了不可接受的密封效果。已经知道，当用焊膏来制造容器时，整个损失高达50％。

因此，人们需要更可靠的方法来钎焊密封真空绝缘容器。

在本发明的一个方面中，根据本发明的原理，通过提供一种用于使绝缘容器保持真空状态的预制钎料满足了上述需求。本发明的预制钎料是可以熔化的且它含有烧结的或至少部分烧结的钎料粉末或其它颗粒。本发明的烧结的预制钎料基本上不含粘结剂(如果不是完全没有粘结剂的话)。可以利用传统的烧结技术形成本发明的烧结的预制钎料。理想的情况是，通过烧结合适的无粘结剂型钎料如含镍、铜或银的钎焊合金粉末或其它颗粒形成预制的钎料。利用超固相线的液相烧结法形成预制钎料可能是理想的。采用重力模塑技术制造预制的钎料也可能是理想的。

为了在密封工序之前提供一条足以用于绝缘容器的抽真空的通道，可以要求预制的钎料包括至少一个与其成一体的或通过其它方式成型于预制钎料上的托脚凸起。

为了便于进行密封工序，可以将本发明的预制钎料做成各种形状和大小。例如，预制的钎料可以是具有均匀厚度或不均匀厚度(如截球形)的圆盘形或板形的。本发明的预制钎料还可以具有一个带有至少一个非圆形部分或其它非弧形部分的外周边。由于其烧结结构，本发明的预制钎料比较坚硬。其强度和坚固性使得本发明的预制钎料更能承受通常与包括密封在内的真空绝缘容器的制造过程有关的传送。它的强度和坚固性还允许使用更薄更轻的预制钎料。本发明的烧结的预制钎料据信可以仅厚0.030英寸(0.076cm)左右并且仅重0.5g。即使这样，它仍然令人满意地发挥作用。

当使用焊膏时，经常以不同用量将焊膏涂覆到真空绝缘容器的不同部位上，即使是在容器完全一样的情况下也是如此。已经发现，这种变化性可能造成发生不完全或不充分的钎焊密封的情况增加。即使焊膏被预先制成所需的形状如被预制成环形，但是简单的传送就可能改变预制焊膏的外形并且在密封过程中产生不一致的密封效果。如上所述的那样，使用烧结的预制钎料可以基本上消除这种不一致性并产生更可靠的制造过程和始终较高的产量。

还已发现，在密封过程中或者只要被加热，典型的焊膏就释放出或蒸发出可能污染真空系统的和/或不利地影响最终钎焊密封的完整性的挥发性物质。由于本发明的预制钎料经过烧结，所以它们可以基本上解决了这个问题。

已经进一步发现，由焊膏形成的钎焊密封的失效一般分为以下的一个或多个类型：预制钎料破裂、浸润不良、透气性和/或过度排放。预制钎料破裂是指预制钎料无法承受由于逸出的残存空气和/或挥发的有机物质而引起的损坏。浸润不良是指未完全地充满抽气口。透气性是指造成容器损失其真空状态的钎焊密封结构的多孔性。过度排放是指过量的熔融钎料通过抽气口排走而留下某些抽气口未被覆盖。根据本发明的原理，采用烧结的预制钎料可以消除或明显减轻这些问题的影响。

在本发明的另一方面上，提出了一种用于根据本发明的原理制造真空绝缘容器的装置。此装置包括一个限定出一个待抽真空的内腔的金属外套并且它具有至少一个穿透外套壁形成的抽气口。所述抽气口为内腔提供了一个开口。上述烧结的预制钎料位于所述抽气口附近，以便在熔化钎料时密封抽气口。在将外套的内腔抽成真空后，可以使预制的钎料熔化并使预制钎料凝固且密封住抽气口。这样，可以在内腔中保持真空状态。

金属外套可以在其内腔中装有绝缘介质(如玻璃棉，压实的玻璃纤维或其它纤维绝缘组织)。在某些应用中，希望绝缘介质具有一个足以承受在将内腔抽成真空后外套所受的大气压力的密度。金属外套的局部可以是一个凹座(如一个凹坑)，并且抽气口位于此凹座内，而预制的钎料被放入此凹座中。

在本发明的又一方面上，通过提供一种制造一种用至少一种本发明的烧结预制钎料密封的真空绝缘容器(如真空绝缘面板、杜瓦瓶式真空绝缘容器、真空瓶等)的方法而满足了上述需求。本发明的方法包括形成一个限定出一个待抽真空的内腔的金属外套的步骤，所述外套可以具有至少一个穿透其壁形成的且为内腔提供了一个开口的抽气口。至少一个烧结的预制钎料可被定位于所述的至少一个抽气口的附近。在外套的内腔被抽成真空后，至少部分地熔化每个预制钎料并接着使其凝固以便密封住每个抽气口，从而在内腔中保持真空状态。

如果使用超固相线的液相烧结法和重力模塑来制造预制钎料，则希望钎料颗粒是无粘结剂型钎焊合金。另外，还希望烧结过程是在真空炉中或充满惰性气体的炉中进行的。

在形成金属外套的过程中，使凹座成型于外套的一部分中以便在凹座中形成抽气口，这可能是理想的。接着可将预制钎料放入凹座中。可以有效地调配凹座和预制钎料中的至少一个以便允许基本上无阻碍地通过抽气口将内腔抽成真空。这种情况也是理想的，即有效地调配预制钎料和凹座中的至少一个，从而使预制钎料在其熔化之前和在其熔化过程中都留在凹座中。

根据预制钎料的结构，可以理想地使预制钎料在至少一个抽气口上方保持一段足以产生一条适用于将内腔抽成真空的通道的距离。可以通过为预制钎料配设至少一个使预制钎料主体在抽气口上方保持那段距离的托脚凸起(如至少两个支脚，凹座，节点等)而获得所述间距。在一个替换方案中或除此以外，凹座可以设有至少一个以那段距离将预制钎料主体支承在抽气口上方的凸起。

还可以有效地调配凹座和预制钎料，从而允许通过使凹座设有一个具有第一形状的开口和为预制钎料配设一个具有第二形状的外周边而基本上无阻碍地进行内腔的抽真空过程。第一形状和第二形状可以明显不同以提供至少一个位于其间的缝隙，所述缝隙产生了一条用于当将预制钎料放入凹座时通过抽气口将内腔抽成真空的通道。

由于预制的钎料是烧结而成的，所以可以在密封真空绝缘容器时通过对预制钎料进行计时循环的加热来熔化预制钎料。

当参考具体描述和附图时，本发明的其它目的、优点和特征将变得一清二楚。

附图的简要说明

图1是根据本发明一个实施例的真空绝缘容器制造装置的俯视图；

图2是沿2-2线的图1所示装置的剖视图；

图3是沿3-3线的图1所示装置的凹座区域的放大剖视图；

图4是根据本发明的板形预制钎料的俯视图；

图5A是根据本发明的圆盘形预制钎料的仰视图，其中圆盘形预制钎料上形成许多托脚凸起；

图5B是图5A所示预制钎料的侧视图；

图6A是根据本发明的截球形预制钎料的仰视图，图中预制钎料上形成许多托脚凸起；

图6B是图6A所示预制钎料的侧视图；

图7是根据本发明的板状或盘形预制钎料的侧面剖视图，图中焊料位于一个其内具有许多凸起的凹座内；

图8是根据本发明的截球形预制钎料的侧面剖视图，图中焊料位于一个其内具有许多凸起的凹座内；

图9是沿本发明的对分环形预制钎料的中心线的侧面剖视图；

图10是沿用于模塑图9所示预制钎料的重力模模腔的中心线的侧剖视图；以及

图11是沿本发明的挠曲对分环形预制钎料的中心线的侧面剖视图。

尽管在此是以具体实施例的方式描述了本发明，但是对本领域中的普通技术人员来说，显然可以在不脱离本发明精神的情况下设想出各种改进方案、重新布置方案和替换方案。因此，本发明的范围是由后续权利要求书限定的。

尽管本发明不局限于制造特殊类型的真空绝缘容器10，但为了描述本发明，容器10是一块具有蒙皮或外套12的真空绝缘面板。由于在此所述的容器10具有许多基本相同的或至少相似的部件，所以用相同的标记来表示这些部件并在这里不再重复说明。外套12包括通过传统技术沿圆周接缝18相连的一个上壁14和一个下壁16。外套12是由合适的金属材料如0.003英寸厚(0.008cm)的304L不锈钢箔制成的。镍基合金箔(如因科镍合金)和其它合适的金属箔也可被用于制作外套12。外套12限定出一个内腔20。绝缘介质22被装在内腔20中。

绝缘介质22可以例如是高密的或压实的玻璃纤维棉，如由俄亥俄州托尔多市的欧文斯康宁公司生产的具有9.0磅/立方英尺～20.0磅/立方英尺(144.2kg/m³～320.4kg/m³)的密度的玻璃纤维棉。绝缘介质也可以是任何其它的纤维结构或特殊绝缘结构，只要这些结构适合于所制造的特殊类型的真空绝缘容器就行。绝缘介质最好具有足以抵抗在将面板10抽成真空后会压扁外套12的大气压力的密度或结构。在某些类型的真空绝缘容器10(如某些真空瓶或杜瓦瓶式容器)的内腔20中不是总装有绝缘介质22的。在美国专利No.5,153,977中披露了一个杜瓦瓶或真空瓶式容器10的例子，在本文中将这篇文献的全文引为参考。本发明意图用于装有绝缘介质或没有绝缘介质的真空绝缘容器。

一个吸气系统(未示出)一般被装在外套12的内腔20中。这样的吸气系统的一个例子是由科罗拉多州Colorado Springs的SAES-GETTERS生产的ST301型吸气系统，另一种合适的吸气系统是由SAES GETTERS生产的5A型抽气系统，它采用了结合钯氧化物的分子筛。一旦投入使用，则此吸气机系统马上吸走大部分残余气体(即H₂、O₂、N₂)和水汽，从而在整个使用期内在面板10中保持真空状态。5A型吸气系统非常适用于包括在大气压下的预焙步骤的制造循环。在于预焙过程中获得的温度下，分子筛排出了所有可能在装配过程中吸收的水分。

为了在面板10中产生真空，穿过外套12的上壁14地开设了一个或多个抽气孔或抽气口24。这些抽气口24提供了内腔20与在面板10周围的大气之间的唯一流通口。抽气口24成型于一个在上壁14中形成的凹座或容座26的底部。抽气口24可以是一个或多个圆孔、槽缝或其它非圆形孔。可以采用传统的打孔技术，例如冲孔模或激光切割或钻孔技术形成抽气口24。可以利用传统的金属片或金属箔成型技术同时或先后形成抽气口24和凹座26。抽气口24可以组成各种图案。如以下将具体描述的那样，通过抽气口24将外套12的内腔20抽成真空。

一旦内腔20被充分地抽成真空，就用由烧结的钎料的颗粒构成的预制钎料28气密地密封住外套12。预制钎料28是如此定位的，即当熔化钎料并允许钎料凝固时，它密封住了抽气口24。密封的程度将决定在容器10的内腔20中是否保持有真空状态。由抽气口24提供的有效开口(即开口面积)大得足以允许及时将内腔20抽成真空。与此同时，各抽气口24又小得足以由熔融的预制钎料28密封且不会造成熔融的钎料通过抽气口24过多地排走。对于大型的真空绝缘容器10来说，可能需要许多个抽气口24以提供使抽空停延时间不变所需的开口面积。对于其排量低于1500立方英寸(24581cm³)且其中装有压实的玻璃纤维棉型绝缘介质22的内腔20的真空绝缘容器10来说，在抽气口24的总开口面积约等于0.049平方英寸(0.317cm²)的情况下获得了令人满意的结果。根据本发明，以下将具体描述将真空绝缘容器10抽成真空并进行密封的示范过程。

在容器10内，直接在抽气口24的下方将线网或滤网(未示出)设置在绝缘介质22和上壁14之间，这是理想的。如果需要，线网可以点焊到或通过其它方式固定到上壁14的底面上。线网也可以被简单地压在绝缘介质22和上壁14之间。这样的线网有助于防止或至少限制了熔融的钎料通过抽气口24过分地排走。另外，线网起一个辐射屏蔽的作用并且有助于防止绝缘介质在钎料的熔化过程中过热。当采用由直径为0.0132英寸(0.0355cm)的304不锈钢丝制成的标准编织的3英寸(7.62cm)金属丝网方块时，获得了令人满意的结果。这个示范的丝网块具有40×40的网目。即，它的线密度在每个方向上都约为40根/英寸(15.75根/厘米)。

有效地调配凹座26和/或预制钎料28，从而允许基本上不受阻碍地通过抽气口24进行内腔20的抽真空过程。人们也希望有效地调配凹座26和预制钎料28，从而使预制钎料28不可能在容器10的后续加工过程中偏离其在凹座26中的原始位置。与此同时，预制钎料28最好能易于手动地或自动地放入凹座26中。

过去，没有使用含有烧结的钎料颗粒的预制钎料，而是使用了焊膏。含有粉状硬钎料的焊膏通过有机粘结剂粘在一起。如上所述，存在着许多与使用这种焊膏有关的问题。尽管不是最理想的实施例，但已经发现一种由这样的焊膏制成的烧结的预制钎料28与简单地直接采用焊膏来密封抽气口24相比是一大进步。可以通过将焊膏放入具有所需形状的模腔中，然后在一个温度下烘焙焊膏一段长得足以烧除大部分有机粘结剂(如果不是全部的话)的时间并至少部分地烧结残余的钎料颗粒而将传统的焊膏制成烧结的预制钎料。如果不使用模具，则可以简单地使焊膏形成所需形状并接着烘焙有机粘结剂，这也是理想的。为了增加钎料颗粒间的烧结量(即扩散)，最好在烘焙步骤中对焊膏施加压力。

已经发现，通过烧结不合有粘结剂的钎料颗粒(如粉末等)来形成本发明的预制钎料28是更加理想的。可以采用传统的烧结技术及其设备来形成由无粘结剂的钎料颗粒构成的预制钎料28。根据本发明，以下将具体描述一个将不含有粘结剂的钎料颗粒烧结成预制钎料28的方法的示范过程。当盘形预制钎料28具有约0.060英寸(0.152cm)的均匀厚度和约0.875英寸(2.22cm)的直径时，可以获得令人满意的结果。

在图1-图3所示的真空绝缘容器10的面板实施例中，凹座26是一个椭圆形或长椭圆形的凹坑，其主轴和副轴通常平行于上壁14的上表面。图1的凹座26具有一个向内倾斜向凹座26的底壁32(图3)的侧壁30。抽气口24呈两条狭缝或槽孔形。图1的预制钎料28为圆盘形，其均匀的厚度和盘径可以使圆形预制钎料28在抽气口24的上方楔入凹座26中一段所需的距离。由于以约为0.060英寸～0.080英寸(0.152cm～0.203cm)的一段距离将预制钎料28定位于凹座底部32的上方，所以可以获得令人满意的结果。由于一个成长椭圆形而另一个成圆形，所以在凹座26的任一端处且在凹座26和预制钎料28之间形成了一个缝隙34。这样一来，由抽气口24、预制钎料28和凹座底部32之间的间隔和在凹座26任一端处的两个缝隙34限定了内腔20的抽真空通道。抽气口24可以不是两条狭缝或槽孔而是许多个在上壁14中形成的间隔开的圆形通孔或者其它的合适形状。无论抽气口24具有何种形状，直接将抽气口24设置在预制钎料28的下方是理想的。

参见图4，本发明的预制钎料28的一个替换实施例是一个呈具有均匀厚度的盘形的板形预制钎料36，它的对置两侧被除去以便形成对置的平行侧边38。在设置这种板形预制钎料36的情况下，凹座26可以具有一个其直径略大于预制钎料36长度的圆形开口，从而预制钎料36可以楔入圆形凹座26中并仍有一段理想距离地位于抽气口24的上方。由于设有对置的直侧边38，所以在板形预制钎料36的每一侧上且在侧边38和限定出圆形凹座26的开口的壁30(假想线所示)之间将形成两道缝隙40。当板形预制钎料36的长度约为0.875英寸(2.22cm)、平行侧边38之间的宽度约为0.625英寸～0.750英寸(1.59cm～1.91cm)且均匀厚度约为0.060英寸(0.152cm)时，可以获得令人满意的结果。

参见图5A和图5B，本发明的预制钎料28的一个替换实施例是一个具有至少三个托脚凸起或支脚45的圆盘形预制钎料41，所述支脚以均匀的间隔沿预制钎料41的周向分布并从预制钎料41的下表面47起向下伸出。支脚45最好与预制钎料41成一整体。预制钎料41特别适用于具有直立壁30(在图5B中以假想线示出)的圆形凹座26中。支脚45使预制钎料41的主体以一段理想的距离位于凹座26底部的上方。这样一来，通过抽气口24、经过预制钎料41下方并通过一个在预制钎料41的上周边和凹座26的上缘之间的环形间隙49地形成用于内腔20的抽真空通道。

参见图6A和图6B，本发明的预制钎料28的另一个实施例是一个截球形预制钎料42，它具有至少三个托脚凸起或支脚44，所述支脚以均匀的间隔沿钎料的周向分布并从钎料的凸形下表面46起向下伸出。截球形预制钎料42特别适用于一个具有简单的截球形状的凹坑形凹座26(在图6B中以假想线示出)。支脚44使预制钎料42的主体以一段理想的距离位于凹座26的底部上方。这样一来，通过抽气口、经过预制钎料42下方地并通过一个在预制钎料42的上周边和凹座26上缘之间的环形间隙49地形成用于内腔20的抽真空通道。当预制钎料42的支脚44长约0.31英寸(0.79cm)、高和厚度分别约为0.06英寸(0.15cm)且具有一个沿其下边缘(由箭头50表示)约为1.25英寸(3.175cm)的半径时，可以获得令人满意的结果。此示范的预制钎料42的主体的直径约为1.125英寸(2.857cm)，最大厚度约为0.141英寸(0.358cm)，并且其凸曲率半径(由箭头52表示)约为1.19英寸(3.02cm)。

参见图7，图1-图3所示容器10的一个替换实施例是一个具有均匀厚度的板形或盘形预制钎料51，它搁置在许多个成型于具有直立壁30的凹座26的底部的上伸凸起53上。参见图8，图7所示容器10的改进方案包括一个截球形预制钎料55，它放置在许多个在凹坑形凹座26的截球形底部32上形成的上伸凸起53上。在图7或图8所示的实施例中，凸起53使预制钎料51以一段理想的距离位于凹座26的底部32和抽气口24的上方，从而能从其间将内腔20抽成真空。可以在采用传统的金属片或金属箔成型技术形成凹座26的过程中形成凸起53。当预制钎料28是由较软(即低硬度)的钎焊合金(含铜、银的合金)制成时，在凹座26中设置凸起53而不是在预制钎料28上设置托脚凸起是特别理想的。

参见图9，本发明预制钎料28的一个替换实施例是一个半环形(剖分环形)的预制钎料54，它可以紧贴地装在凹座26的底部上(假想线所示)。预制钎料54具有一个提供了通过至少一个布置在孔眼56周围的抽气口24将内腔20抽成真空的通道的中心环形孔眼56。尽管抽气口24不是直接设置在预制钎料28的下方，但仍然可以获得令人满意的结果。但是，一个半环形预制钎料看起来需要更多的熔化热量，这是因为它必须比较厚以便含有所需数量的钎料。当预制钎料54的厚度约为0.111英寸(0.282cm)、其外径约为1.094英寸(2.779cm)且孔56的内径约为0.25英寸(0.635cm)时，可以获得令人满意的结果。

参见图11，本发明预制钎料28的再一个替换实施例是一个具有挠曲外表的对分环形预制钎料58。即，预制钎料58具有一个比其内孔边缘62高的外圆形边缘60。当挠曲的预制钎料58的总厚度约为0.192英寸(0.487cm)、在外边缘60和内孔边缘62之间的偏距约为0.067英寸(0.170cm)、箭头64所示的挠曲的凹曲率半径约为2.5英寸(6.35cm)、箭头66所示的凸曲率半径为1.25英寸(3.175cm)、箭头68所示的曲率半径约为0.125英寸(0.317cm)、外边缘60的外径约为1.125英寸(2.857cm)且孔62的内径约为0.188英寸(0.477cm)时，可以获得令人满意的结果。

理想的是，通过由超固相线的液相烧结(SLPS)操作烧结足量的不含粘结剂的钎料颗粒来制造本发明的预制钎料28。与也可用于生产本发明的预制钎料28的传统加压烧结法不同地，SLPS操作中钎料颗粒的压实是在烧结周期内发生的。另外，预合金化的钎料粉末或颗粒是在其液相线温度和固相线温度之间烧结的。尽管生产本发明的烧结预制钎料28的替换方式也是可行的，但是当在真空炉内进行的重力模塑采用工业标准的SLPS颗粒时，获得了最佳结果。在重力模塑中，模腔是表面开口的且待烧结的颗粒被简单地浇入模腔中。利用重力使颗粒处于模腔中。

在一个用于生产本发明的预制钎料28的SLPS法的示范例中，在金属型模腔中充满了无粘结剂的含镍-铬的或主要是含镍的钎焊合金粉末。利用镍基钎焊合金粉末BNi-7(美国焊接协会AWSA5.8)获得了令人满意的效果。也可以使用钎焊合金粉末BNi-6。BNi-7钎焊合金粉末具有如下成分：Cr 14.50％；B 0.01％；Si 0.03％；Fe 0.04％；C 0.03％；P10.43％；S 0.004％；Co 0.08％；Al＜0.02％；Ti＜0.02％；Mn＜0.02％；Zr＜0.02％；Se＜0.005％；其它小于0.50％，余量为Ni。BNi-6钎焊合金粉末的成分与BNi-7相似，但它缺少铬(Cr)。金属型模最好由矾土(Al₂O₃)制成。金属型模具也可以由石墨、碳化硅、氮化硼或其它表现出高温强度、尺寸稳定性和与钎焊粉末的反应惰性的合适材料制成。模腔甚至可以涂覆有适当的材料以防止钎料与模具材料发生反应。一旦刮下了任何多余的钎焊粉末，则可以通过将模具放入一个用适当的还原性或惰性气体如氢气或氩气吹洗的连续带式炉中或放入一个真空炉中来烧结钎焊粉末。根据特殊的钎焊合金的成分和其在炉中的停留时间，烧结温度通常约为1000°F～1625°F(约538℃～885℃)。对于象BNi-6、BNi-7这样的镍基钎焊合金来说，烧结温度通常约为1550°F～1625°F(约843℃～885℃)。对于较软铜或银基钎焊合金来说，烧结温度可以低到约1000°F(538℃)。

一次制造多于一个模具是理想的。因此，每个模腔或凹窝最好在一个单独的金属型模砖(tile)中形成，许多模砖在这里可以叠置起来或以其它方式一个摞一个地且紧挨着地安装在烧结炉中。或者，可以在单个金属型模的上表面上或其上、下表面上例如机加工出许多个凹窝或孔。为了长期密封真空绝缘容器10的内腔20，预制钎料28和每个模腔的尺寸和形状最好非常均匀。即便如此，也可以使用具有各种形状、尺寸和厚度的预制钎料28获得令人满意的结果。

参见图10，一个用于上述示例性对分环形预制钎料54的超固相线液相烧结(SLPS)中的金属型模70包括一个对分环形模腔72，此模腔的结构最好能够在烧结工序后的冷却过程中确实使预制钎料54从模腔72中退出来，据信这可至少部分地归因于冷却中的预制钎料28在模具70的倾斜的中心支柱部分81周围收缩。一个模腔72的示范例约为0.111英寸(0.282cm)深并具有约1.09385英寸(2.77838cm)的外径和约0.25000英寸(0.63500cm)的内径。模腔72的底面74具有三个如箭头76-78所示的凹曲率半径。在此示范的模腔72中，曲率半径76约为0.1875英寸(0.4763cm)，曲率半径77约为1.25英寸(3.175cm)，曲率半径78约为0.125英寸(0.3175cm)。曲率半径76具有一个由在模腔72的表面上方0.076英寸(0.193cm)处的0.59238英寸(1.5046cm)的直径D₁确定的原点80。曲率半径78的原点82由一个在模腔72的顶部上方约0.060英寸(0.152cm)处的约0.87500英寸(2.2225cm)的直径D₂确定。

当使用较软的钎焊合金(如含铜和银的合金)的颗粒时，可以通过将较软的钎料颗粒喷入压片机中并在高达大约5000psi～10000psi(259米汞柱～517米汞柱)的压力下压实钎料颗料直到装入的钎料具有模腔形状为止的方式生产出本发明的预制钎料28。如果需要，可以进行加热以有助于颗粒间的连接(即扩散)。形成的预制钎料一般几乎没有显示出经过烧结且没有显示出通常所需的强度值。从此未烧结状态起，例如通过在带式炉中或真空炉中烧结生预制钎料而烧结出预制钎料，从而获得所需的强度和密度。如果使用带式炉，则使预制钎料处于保护性气氛中如氩气、氢气或其它适当的惰性气体或还原性气体中通常是很重要的。

最大厚度仅仅约为0.060英寸(0.152cm)且重量仅仅约为2g的预制钎料28通常是烧结而成的，这是因为通过烧结法赋予了预制钎料28增大的密度和强度。本发明预制钎料28的厚度最好约为0.060英寸～0.100英寸(0.152cm～0.254cm)。预制钎料28据信可以仅厚0.030英寸(0.076cm)或者更薄。另外，尽管本发明预制钎料28重约2.5g～3.0g是理想的，但预制钎料仅重0.5g据信也是可行的。更薄或更轻的预制钎料在熔融温度下需要较少的能量和较短的停留时间，从而还可以更便宜地制造出这样的预制钎料。

烧结温度和保温时间可能决定着形成的预制钎料的密度。另一个可能影响形成的预制钎料28的密度的因素是所用钎料颗粒的大小和形状。例如，当使用具有至少两种不同粒径的钎焊粉末时，可以获得更高的密度。或者，如果使用较小的颗粒，则可以获得比使用大颗粒时更高的密度。本发明的预制钎料28最好具有约为65％～100％的密度(理论密度)。本发明的烧结预制钎料28更好地是具有大约80％～95％的理论密度。与预制钎料具有接近100％理论密度的情况相比，具有大约90％理论密度的无粘结剂型预制钎料28具有更一致的导热性和熔融性。具有大约90％理论密度的无粘结剂型预制钎料28几乎不会显示出在加热中出现了变形或位移。一旦预制钎料达到熔点，就可靠且快速地发生预制钎料相对于抽气口的金属的有效熔化和浸润。

可以通过其密度实现预制钎料的许多性能。尽管较低密度的预制钎料会显示出力学性能减弱和较差的坚固性，但较高密度的预制钎料更易于在真空容器10的密封过程中表现出弯曲或翘曲，特别是当在密封过程中将钎料快速加热到熔点时。与此同时，可以随后在较低的温度下将较高密度的预制钎料28再加工成其它形状(更薄的圆盘，波纹盘等)。此外，在真空绝缘容器10的制造过程中采用的快速抽空和加热速率可以使预制钎料处于高应力下。这些应力可能是由预制钎料的差温加热和从烧结粉末的空隙中排出空气或其它气体造成的。因此，含有紧密熔合的粉末颗粒的高密度预制钎料不易于表现出由这些应力造成的爆裂现象。与例如由固态可锻钎料制成的预制钎料相比，采用烧结的预制钎料的另一个优点是，采用钎料的颗粒可以使钎焊合金的各成分更均匀地分布在整个预制钎料中。即无论预制钎料28的尺寸或形状如何，都可以使各成分的微粒混合成均匀的混合物。

当完成SLPS循环时，可以通过简单地翻转金属型模而取出至少所述的某些烧结的无粘结剂型预制钎料。本发明的烧结预制钎料在烧结过程中变得致密了且它们在冷却时会比模腔略微多收缩一些，由此有助于取出这些钎料。最好如此设计金属型模，即当预制钎料在冷却过程中收缩时，预制钎料不会与某些模腔部位机械地内连在一起。可以容易地从其金属型模中取出由无粘结剂型钎焊粉末构成的烧结预制钎料，而采用由粘结剂和钎焊粉末构成的焊膏模塑出的烧结预制钎料将更难以被取出且模具会需要周期性的清理。在重力模塑方法中采用无粘结剂型钎焊粉末一般是很经济的，这是因为模具通常不存在粘模且维修率低并可以在不得不替换它之前使用许多次。

为了熔化预制钎料28，使定域红外线加热源指向预制钎料28和抽气口。这样，用来熔化本发明预制钎料28的加热器的功率等级通常约为500瓦～1000瓦(28.4BTU/min～56.9BTU/min)。本发明的预制钎料因为钎料颗粒的密度较高而能更高效地将热量传过其主体。更高的导热性使得本发明的预制钎料28受热均匀且不会使面对加热件的表面过热并漏走钎焊合金粉末的重要成分。因而，可以在更短的周期内使用更高能级以便在真空容器10的密封过程中熔化本发明的烧结预制钎料28，同时可以使用简单计时的加热循环以替代复杂的温度反馈循环。

在用于制造在其凹座26内设有无粘结剂型预制钎料28的真空绝缘容器10的方法的一个实施例中，根据本发明的原理，外套12(尤其是当它装有绝缘介质22时)在大气压下在一个炉子中被预先加热到600°F(315℃)。预加热未抽真空的容器10可降低容器内的空气密度(可减到一半)并有助于激活在内腔20中的空气和其它挥发物。在预烘焙炉中的气体成分可以是干燥空气或无氧的气体混合物(如果必要的话)，以便防止过度氧化预制钎料28或金属外套12和/或耗尽铬。例如，采用在600°F(315℃)下常压预热大约30分钟～40分钟并随后抽成真空室的方式，可以在约25分钟内获得10微米汞柱的真空。在没有预热步骤的情况下(即采用单步抽真空技术)，预计在约60分钟后获得约100微米汞柱的真空。因此，为了更有效地将内腔20抽成真空，这样的预热步骤可以预处理容器10。在预热步骤后，在容器10仍是热的情况下马上将容器10转放到一个真空室中。最好在预热步骤的最多约五分钟内进行上述转运。特殊容器结构所需的预热时间可以由简单的试配法确定。

在容器10的内腔20被充分地抽成真空后，例如通过采用设在真空室内的电阻型加热装置局部加热预制钎料28，直到预制钎料熔化为止。接着中断局部加热并使预制钎料凝固和冷却。在冷却过程中，容器的作用就象是一个帮助熔融的预制钎料28快速凝固和冷却的散热器。为了便于熔融的预制钎料28凝固和冷却，最好向真空室反充入惰性气体如氮气。也可以理想地在熔化预制钎料28之前向真空室反充入惰性气体如氮气。

根据本发明的原理，不采用现有技术所教导的焊膏而采用特殊的烧结预制钎料具有许多好处。可以将本发明的烧结预制钎料制成每一件预制钎料都具有更一致的几何形状和重量。已经发现，预制钎料中的这种一致性允许用于熔化预制钎料的加热器被设计成其结构和功能是基本相同的，由此提供了稳定地钎焊密封住真空绝缘容器。这种操作的强预见性还允许采用简化的加热循环。可以不采用更复杂的温度反馈方案，而采用简单计时的加热循环。

典型的焊膏是为将容器抽真空、加热并熔化钎料、使钎料凝固和冷却的长时间工艺过程而配制的。这样的长时间计划可以延续若干小时。如果焊膏被直接涂抹到容器的金属外套上并经历长时间的工艺过程，则它可以令人满意地工作。但是，这样的长时间工艺过程不够高效且成本高昂。当缩短周期时，焊膏受到可能造成焊膏材料在密封过程中破裂或爆裂的内应力。对于某些真空绝缘容器来说且特别是对于那些装有绝缘介质如玻璃纤维的真空绝缘容器来说，需要更短的周期。使绝缘容器经受长时间的工艺过程可能不利地影响成品容器的性能。尤其是在密封步骤中长时间加热可能造成在钎焊区内的绝缘介质严重熔化或出现其它的破坏现象。

由于本发明的烧结预制钎料可以基本上不含挥发物质(如果不是不含这些物质的话)，即在烧结过程中烧除大部分粘结剂或不含粘结剂，所以可以在真空绝缘容器的制造过程中取消或明显减轻从预制钎料中除去这种挥发化合物的工作。否则的话，这样的除气可能使预制钎料破裂。破裂的预制钎料不仅造成无用的真空绝缘容器，而且可能导致污染钎焊加热器。当与干净的加热器相比时，被污染的钎焊加热器改变了电阻和辐射散热性能。因此，破裂的预制钎料也给将来的密封过程带来了不利的影响。当取消或明显减轻这样的除气工作时，加热件以及整个真空系统可以长期处于干净状态。此外，由于使真空系统保持更干净，所以不太经常出现电弧放电现象。取消或明显减轻除气工作还有助于通过消除或明显减少钎料熔池中的污染来提高钎焊密封效果。附加的好处包括减少整个真空系统所需的维护费用(如真空泵、真空室、齿条和加热器硬件)。

本发明的烧结预制钎料在室温和高温下都比较坚固和耐用。本发明的某些预制钎料可以从几英尺的高度落下而仍没有损坏。这样的对损害的耐受性可以使本发明的预制钎料经受住艰苦的装运环境的考验并由此允许在独立的工段上(例如通过供料器)制造预制钎料并集装运输这些钎料。本发明的预制钎料可以显示出高温强度，这允许在接近600°F(315℃)的预制温度下有快速的抽真空速度，而不易于出现因滞留在内部的空气或其它气体被快速排出而使钎料破裂的现象。这是与由于有机物或焊膏的其它成分挥发而造成的破裂不同的机理。消除预制钎料中的破裂防止了对用于熔化预制钎料的加热器造成污染。因此，加热器热辐射能力、电阻性和有效的加热输出可以长时间地保持不变。这又可以降低维修费用、缩短停机时间并限制与密封大量真空绝缘容器10有关的不稳定性。

本发明的烧结预制钎料可以使用积极的抽真空和加热循环。本发明的预制钎料尤其是不含粘结剂的预制钎料不易于破裂或者以其它方式干扰抽真空和热密封的过程。这些钎料会以很容易预测的方式固定到位和工作。

可以通过对钎料颗粒进行烧结而形成坚固的预制钎料。坚固的预制钎料可以使明显减轻重量和节约成本成为可能。本发明的预制钎料可被做得薄而轻，由此由于只需熔化少量物质而允许采用更短的密封周期。由于根据本发明的原理实现了烧结的预制坯料，所以可将真空绝缘面板的屈服点提高约50％～95％。

根据以上对本发明基本原理的披露和以上具体描述，本领域中的技术人员将很容易领悟到本发明可允许的各种改进方案。因此，本发明的范围应该只是由后续权利要求书和其等同替换方案来限定。

Claims (20)

1．一种制造真空绝缘容器(10)的方法，它包括以下步骤：

形成一个限定出一个待抽真空的内腔(20)且具有一个为内腔(20)提供一个开口的抽气口(24)的金属外套(12)；

提供一种由烧结的钎料构成的预制钎料(28)；

将所述的烧结预制钎料(28)定位于抽气口(24)附近；

将外套(12)的内腔(20)抽成真空；以及

熔化并接着使预制钎料(28)凝固以便密封住抽气口(24)并在内腔(20)中保持真空状态。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的形成外套(12)的步骤包括在内腔(20)中设置一种绝缘介质(22)的步骤。

3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的形成外套(12)的步骤包括在外套(12)的一部分内形成一个凹座(26)并在凹座(26)内形成抽气口(24)的步骤，所述的使预制钎料(28)定位的步骤包括将预制钎料(28)放到凹座(26)中。

4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的提供预制钎料(28)的步骤包括提供一种通过超固相线液相烧结法形成的预制钎料(28)。

5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的提供预制钎料(28)的步骤包括提供一种通过重力模塑法和在炉子中烧结钎焊合金的无粘结剂颗粒而形成的预制钎料(28)。

6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的形成外套(12)的步骤包括在外套(12)的一部分中形成一个凹座(26)而且使抽气口(24)成型于凹座(26)中；使预制钎料(28)定位的步骤包括将预制钎料(28)放入凹座(26)内；有效地调配凹座(26)和预制钎料(28)中的至少一个以便通过抽气口(24)基本不受阻碍地进行内腔(20)的抽真空过程。

7．如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的提供预制钎料(28)的步骤包括提供一种如下所述的预制钎料(28)，它具有至少一个托脚凸起(44)，用以使预制钎料(28)在抽气口(24)上方保持有一段足以提供一条内腔(20)的抽真空通道的距离。

8．如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的形成外套(12)的步骤包括形成一个具有至少一个凸起(53)的凹座(26)，所述凸起使预制钎料(28)在抽气口(24)上方维持一段足以提供一条内腔(20)的抽真空通道的距离。

9．如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的形成外套(12)的步骤包括形成带有一个具有第一形状的开口的凹座(26)，所述的提供预制钎料(28)的步骤包括提供一种带有一个具有第二形状的外周边的预制钎料(28)，第一形状和第二形状明显不同，以在它们之间产生至少一个缝隙，所述缝隙提供了一条当将预制钎料(28)放入凹座(26)时通过抽气口(24)将内腔(20)抽成真空的通道。

10．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的提供预制钎料(28)的步骤包括提供一种其厚度至少约为0.030英寸(0.076cm)的薄预制钎料(28)。

11．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的熔化预制钎料(28)的步骤包括采用计时加热循环以便熔化预制钎料(28)。

12．一种用于密封一个绝缘容器(10)并在此绝缘容器中保持真空状态的预制钎料(28)，此预制钎料(28)是可以熔化的且它含有烧结的钎料。

13．如权利要求12所述的预制钎料(28)，其特征在于，所述的预制钎料(28)是通过超固相线液相烧结无粘结剂的钎料颗粒而形成的。

14．如权利要求12所述的预制钎料(28)，其特征在于，所述的预制钎料(28)具有至少一个在其上形成、用以提供一条绝缘容器(10)的抽真空通道的托脚凸起(44)。

15．如权利要求12所述的预制钎料(28)，其特征在于，所述的预制钎料(28)具有一个凸曲率半径。

16．如权利要求12所述的预制钎料(28)，其特征在于，所述的预制钎料(28)具有一个带有至少一个非弧形部分的外周边。

17．如权利要求12所述的预制钎料(28)，其特征在于，所述的预制钎料(28)的厚度至少约为0.030英寸(0.076cm)。

18．一种用于制造真空绝缘容器(10)的装置，该装置包括：

一个限定出一个待抽真空的内腔(20)并具有至少一个穿透其壁部形成的抽气口(24)的金属外套(12)，所述抽气口(24)为内腔(20)提供了一个开口；以及一种含有在抽气口(24)附近的烧结钎料颗粒以便在其熔化时密封住抽气口(24)的预制钎料(28)，其特征在于，在将外套(12)的内腔(20)抽成真空后，熔化该预制钎料(28)并使该预制钎料凝固以便密封住抽气口(24)并在内腔(20)中保持真空状态。

19．如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述外套(12)在内腔(20)中装有一种绝缘介质(22)。

20．如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述外套(12)包括一个具有一个孔眼的凹座(26)，所述抽气口(24)位于此凹座(26)中，并且预制钎料(28)被放入该凹座(26)中。

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