CN220851141U - 金属密封圈及真空腔体组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种金属密封圈及真空腔体组件，涉及超高真空密封技术领域，为解决现有由铝合金制造的真空腔体无法达到更高量级的真空度的问题而设计。该金属密封圈具有沿其轴向相背的第一密封面和第二密封面，第一密封面设置有第一法兰刀口，第二密封面设置有环形凸台，环形凸台环绕金属密封圈的中心孔；金属密封圈还设置有多个连接螺孔，多个连接螺孔沿金属密封圈的周向分散设置，且多个连接螺孔包围第一法兰刀口及环形凸台。该真空腔体组件包括上述金属密封圈。本实用新型使得由铝合金制造的真空腔体的真空度能够达到小于1E‑7Pa的量级，解决了现有由铝合金制造的真空腔体无法达到更高量级的真空度的技术问题。

Description

金属密封圈及真空腔体组件

技术领域

本实用新型涉及超高真空密封技术领域，具体而言，涉及一种金属密封圈及真空腔体组件。

背景技术

真空腔体一般使用不锈钢、铝合金和钛合金等材料制造，其中，不锈钢和钛合金制造的真空腔体可以达到很高的真空度，比如：1E-8Pa的真空度，但是，铝合金制造的真空腔体的极限真空度只能达到1E-7Pa。

因为，铝合金法兰不管大小、形状，均只能加工成平面密封法兰，通过法兰面挤压O型密封圈使其变形，从而达到密封连接的目的。为了使O型密封圈具有一定的硬度且还能产生一定的变形量，O型密封圈往往采用聚合物材料制成，比如：氟橡胶和丁腈橡胶等，这类材料存在两个特性导致真空度不能达到很高的级别，一个特性是其放气率比金属材料高，另一个特性则是小分子气体的渗漏率较高，因此，采用这种密封连接方式获得的真空腔体的真空度最多只能达到1E-7Pa量级，从而使得由铝合金制造的真空腔体无法满足更高量级的真空度要求。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的在于提供一种金属密封圈，以解决现有由铝合金制造的真空腔体无法达到更高量级的真空度的技术问题。

本实用新型提供的金属密封圈，所述金属密封圈具有沿其轴向相背的第一密封面和第二密封面，其中，所述第一密封面设置有第一法兰刀口，所述第二密封面设置有环形凸台，所述环形凸台环绕所述金属密封圈的中心孔；所述金属密封圈还设置有多个连接螺孔，多个所述连接螺孔沿所述金属密封圈的周向分散设置，且多个所述连接螺孔包围所述第一法兰刀口及所述环形凸台。

进一步地，所述环形凸台的横截面形状为楔形、半圆形或者梯形。

进一步地，所述金属密封圈的材质为不锈钢或者钛合金。

进一步地，所述金属密封圈为一体结构。

进一步地，多个所述连接螺孔沿所述金属密封圈的周向均匀分布。

进一步地，所述环形凸台与所述金属密封圈的中心孔共轴线。

进一步地，所述第一密封面的外缘设置有第一倒角，所述第二密封面的外缘设置有第二倒角。

本实用新型金属密封圈带来的有益效果是：

通过在金属密封圈的第一密封面设置第一法兰刀口，在与第一密封面相背的第二密封面设置环绕金属密封圈的中心孔的环形凸台，并设置沿金属密封圈的周向分散排布且包围第一法兰刀口和环形凸台的多个连接螺孔，使得在需要对由铝合金制造的真空腔体进行密封时，可以将上述金属密封圈置于真空腔体的开口处，在螺栓紧固力的作用下，金属密封圈的环形凸台切入真空腔体开口处的腔体法兰，由于环形凸台为一整圈设置，因此，能够在腔体法兰沿其周向的各个位置处切入，对真空腔体沿其周向的各个位置处进行全方位地密封，以保证真空腔体的真空度，与此同时，第一法兰刀口切入连接法兰端面设置的环形密封圈中，以使得连接法兰、环形密封圈、金属密封圈和真空腔体依次密封连接。

通过设置上述金属密封圈，利用金属密封圈作为由铝合金制造的真空腔体与连接法兰之间的密封连接件，实现了由铝合金制造的真空腔体的全金属密封，无需使用聚合物材质的O型密封圈，避免了聚合物密封圈放气率高和小分子气体渗漏率高的问题，从而有效地减少了真空腔体的释气量和渗漏量，使得由铝合金制造的真空腔体的真空度能够达到小于1E-7Pa的量级，解决了现有由铝合金制造的真空腔体无法达到更高量级的真空度的技术问题。

本实用新型的第二个目的在于提供一种真空腔体组件，以解决现有由铝合金制造的真空腔体无法达到更高量级的真空度的技术问题。

本实用新型提供的真空腔体组件，包括真空腔体、环形密封圈、连接法兰、第一螺栓、第二螺栓和上述金属密封圈，所述真空腔体的开口处设置有腔体法兰，沿所述金属密封圈的轴向，所述连接法兰、所述环形密封圈、所述金属密封圈和所述腔体法兰依次设置，其中，所述连接法兰朝向所述环形密封圈的一面设置有第二法兰刀口，所述第二法兰刀口与所述第一法兰刀口相对，所述第一法兰刀口和所述第二法兰刀口分别从所述环形密封圈相背的两面切入所述环形密封圈；所述连接法兰开设有与部分所述连接螺孔相对的第一通孔，所述第一螺栓穿过所述第一通孔并旋拧于对应的连接螺孔；所述环形凸台切入所述腔体法兰的端面，所述腔体法兰开设有与另一部分所述连接螺孔相对的第二通孔，所述第二螺栓穿过所述第二通孔并旋拧于对应的连接螺孔。

进一步地，所述环形密封圈为无氧铜密封圈。

进一步地，所述真空腔体的材质为铝合金。

本实用新型真空腔体组件带来的有益效果是：

该真空腔体组件在装配完成后，连接法兰、环形密封圈、金属密封圈和腔体法兰沿轴向依次排布，其中，第一螺栓穿过连接法兰开设的第一通孔并旋拧于金属密封圈相应的连接螺孔中，第二螺栓穿过腔体法兰开设的第二通孔并旋拧于金属密封圈相应的连接螺孔中，从而实现连接法兰与腔体法兰的连接，并提供紧固作用；在上述紧固作用下，金属密封圈的第一法兰刀口和连接法兰的第二法兰刀口分别从两侧切入环形密封圈，实现连接法兰与金属密封圈之间的密封设置，与此同时，环形凸台切入腔体法兰的端面，实现金属密封圈与腔体法兰之间的密封设置，进而达到对真空腔体密封的目的。

通过在真空腔体组件中设置上述金属密封圈，相应地，该真空腔体组件具有上述金属密封圈的所有优势，在此不再一一赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的金属密封圈的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的金属密封圈在另一视角下的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的金属密封圈的结构剖视图；

图4为图3中A处的局部结构放大图；

图5为本实用新型实施例提供的真空腔体组件的外形示意图；

图6为图5中的B-B剖视图；

图7为图6中C处的局部结构放大图；

图8为本实用新型实施例提供的真空腔体组件的分解图。

附图标记说明：

100-金属密封圈；200-真空腔体；300-环形密封圈；400-连接法兰；410-第二法兰刀口；500-第一螺栓；600-第二螺栓；

110-第一密封面；111-第一法兰刀口；112-第一倒角；120-第二密封面；121-环形凸台；122-第二倒角；130-连接螺孔；140-中心孔；

210-腔体法兰。

具体实施方式

对于由不锈钢和钛合金制造的真空腔体以及由铝合金制造的真空腔体的真空度差异，其原因并非来自真空腔体本身，而是因为不锈钢和钛合金材料的硬度高，可以采用刀口法兰和无氧铜密封圈的全金属连接方式实现渗漏率极低的超高真空密封，而对于采用铝合金制造的真空腔体，由于铝合金材料的硬度较低，即使将其加工成刀口法兰，也不能切入无氧铜密封圈以达到密封效果，而只能采用O型密封圈进行密封的方式，这种方式使得由铝合金制造的真空腔体无法满足更高量级的真空度要求。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本实施例提供的金属密封圈100的结构示意图，图2为本实施例提供的金属密封圈100在另一视角下的结构示意图，图3为本实施例提供的金属密封圈100的结构剖视图，图4为图3中A处的局部结构放大图。如图1至图4所示，本实施例提供了一种金属密封圈100，该金属密封圈100具有沿其轴向相背的第一密封面110和第二密封面120，其中，第一密封面110设置有第一法兰刀口111，第二密封面120设置有环形凸台121，环形凸台121环绕金属密封圈100的中心孔140；金属密封圈100还设置有多个连接螺孔130，多个连接螺孔130沿金属密封圈100的周向分散设置，且多个连接螺孔130包围第一法兰刀口111及环形凸台121。

图5为本实施例提供的真空腔体组件的外形示意图，图6为图5中的B-B剖视图，图7为图6中C处的局部结构放大图。通过在金属密封圈100的第一密封面110设置第一法兰刀口111，在与第一密封面110相背的第二密封面120设置环绕金属密封圈100的中心孔140的环形凸台121，并设置沿金属密封圈100的周向分散排布且包围第一法兰刀口111和环形凸台121的多个连接螺孔130，使得在需要对由铝合金制造的真空腔体200进行密封时，如图5至图7所示，可以将上述金属密封圈100置于真空腔体200的开口处，在螺栓紧固力的作用下，金属密封圈100的环形凸台121切入真空腔体200开口处的腔体法兰210，由于环形凸台121为一整圈设置，因此，能够在腔体法兰210沿其周向的各个位置处切入，对真空腔体200沿其周向的各个位置处进行全方位地密封，以保证真空腔体200的真空度，与此同时，第一法兰刀口111切入连接法兰400端面设置的环形密封圈300中，以使得连接法兰400、环形密封圈300、金属密封圈100和真空腔体200依次密封连接。

通过设置上述金属密封圈100，利用金属密封圈100作为由铝合金制造的真空腔体200与连接法兰400之间的密封连接件，实现了由铝合金制造的真空腔体200的全金属密封，无需使用聚合物材质的O型密封圈，避免了聚合物密封圈放气率高和小分子气体渗漏率高的问题，从而有效地减少了真空腔体200的释气量和渗漏量，使得由铝合金制造的真空腔体200的真空度能够达到小于1E-7Pa的量级，解决了现有由铝合金制造的真空腔体200无法达到更高量级的真空度的技术问题。

本实施例中，第一法兰刀口111符合GB/T 6071-2003。

请继续参照图3、图4和图7，本实施例中，环形凸台121的横截面形状为楔形。

这种横截面形状的环形凸台121，不仅能够可靠地切入铝合金制造的真空腔体200，使上述的真空腔体200达到足够的真空度，而且，结构简单，便于加工制造。

在其他实施例中，也可以将环形凸台121的横截面形状设置为半圆形、梯形或者矩形，该设置同样能够实现环形凸台121切入真空腔体200的腔体法兰210，实现对真空腔体200的密封。其只要通过环形凸台121的这种设置形式，能够实现对真空腔体200的有效密封即可，本实施例仅仅以环形凸台121的横截面形状为楔形进行举例说明，而并非是对本实用新型的限制。

需要说明的是，本实施例中，环形凸台121的横截面指的是环形凸台121的轴向截面，即：沿环形凸台的轴向截取所获得的截面。

本实施例中，金属密封圈100的材质可以为不锈钢。

通过将金属密封圈100的材质设置为不锈钢，不仅能够有效地提高金属密封圈100的硬度，从而提高金属密封圈100的环形凸台121向真空腔体200的切入力，而且，还能够在一定程度降低金属密封圈100的材料成本。

在其他实施例中，金属密封圈100的材质还可以为钛合金。该设置同样能够提高金属密封圈100的结构强度，以保证环形凸台121向真空腔体200的切入可靠性。

请继续参照图3，本实施例中，该金属密封圈100为一体结构。

金属密封圈100的这种设置形式，不仅能够减少装配工序，提高装配效率，而且，还能够保证金属密封圈100的结构强度。

请继续参照图1和图2，本实施例中，多个连接螺孔130沿金属密封圈100的周向均匀分布。

金属密封圈100的多个连接螺孔130的上述布局方式，使得在将金属密封圈100连接至连接法兰400与真空腔体200之间后，螺栓提供的紧固力能够均匀地作用于金属密封圈100，从而能够保证金属密封圈100的受力均衡性。

请继续参照图3，本实施例中，环形凸台121与金属密封圈100的中心孔140共轴线。

环形凸台121的这种设置形式，不仅便于加工和制造，而且，也能够防止因环形凸台121偏心而导致的金属密封圈100受力不均的情形出现。

请继续参照图3和图4，本实施例中，第一密封面110的外缘设置有第一倒角112，第二密封面120的外缘设置有第二倒角122。

通过在第一密封面110的外缘设置第一倒角112，以及在第二密封面120的外缘设置第二倒角122，实现对第一密封面110和第二密封面120两者外缘的过渡处理，有效避免了因第一密封面110和第二密封面120两者外缘锋利而导致的划伤风险，对装配人员起到了一定的保护作用。

请继续参照图3，本实施例中，沿金属密封圈100的轴向投影，第一法兰刀口111包围环形凸台121。

图8为本实施例提供的真空腔体组件的分解图。请继续参照图5至图7，并结合图8，本实施例还提供了一种真空腔体组件，包括真空腔体200、环形密封圈300、连接法兰400、第一螺栓500、第二螺栓600和上述金属密封圈100，其中，真空腔体200的开口处设置有腔体法兰210，沿金属密封圈100的轴向，连接法兰400、环形密封圈300、金属密封圈100和腔体法兰210依次设置。

具体地，连接法兰400朝向环形密封圈300的一面设置有第二法兰刀口410，第二法兰刀口410与第一法兰刀口111相对，第一法兰刀口111和第二法兰刀口410分别从环形密封圈300相背的两面切入环形密封圈300；连接法兰400开设有与部分连接螺孔130相对的第一通孔，第一螺栓500穿过第一通孔并旋拧于对应的连接螺孔130；环形凸台121切入腔体法兰210的端面，腔体法兰210开设有与另一部分连接螺孔130相对的第二通孔，第二螺栓600穿过第二通孔并旋拧于对应的连接螺孔130。

该真空腔体组件在装配完成后，连接法兰400、环形密封圈300、金属密封圈100和腔体法兰210沿轴向依次排布，其中，第一螺栓500穿过连接法兰400开设的第一通孔并旋拧于金属密封圈100相应的连接螺孔130中，第二螺栓600穿过腔体法兰210开设的第二通孔并旋拧于金属密封圈100相应的连接螺孔130中，从而实现连接法兰400与腔体法兰210的连接，并提供紧固作用；在上述紧固作用下，金属密封圈100的第一法兰刀口111和连接法兰400的第二法兰刀口410分别从两侧切入环形密封圈300，实现连接法兰400与金属密封圈100之间的密封设置，与此同时，环形凸台121切入腔体法兰210的端面，实现金属密封圈100与腔体法兰210之间的密封设置，进而达到对真空腔体200密封的目的。

通过在真空腔体组件中设置上述金属密封圈100，相应地，该真空腔体组件具有上述金属密封圈100的所有优势，在此不再一一赘述。

本实施例中，沿真空腔体组件的轴向投影，连接法兰400开设的第一通孔可以与腔体法兰210开设的第二通孔呈交替排布。

本实施例中，连接法兰400为标准不锈钢刀口法兰，按照标准不锈钢刀口法兰的安装方法进行安装。

本实施例中，环形密封圈300为无氧铜密封圈。这种设置形式的环形密封圈300，具有更好的密封性能，能够有效保证真空腔体200的真空度。

本实施例中，真空腔体200的材质为铝合金。相应地，腔体法兰210的材质也为铝合金。也就是说，上述设置能够使得由铝合金制造的真空腔体200的真空度达到小于1E-7Pa的量级，即：使得铝合金制造的真空腔室达到1E-7Pa甚至更高的真空度，从而有效解决了现有由铝合金制造的真空腔体200无法达到更高量级的真空度的技术问题。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述实施例中，诸如“侧”等方位的描述，均基于附图所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种金属密封圈，其特征在于，所述金属密封圈具有沿其轴向相背的第一密封面(110)和第二密封面(120)，其中，所述第一密封面(110)设置有第一法兰刀口(111)，所述第二密封面(120)设置有环形凸台(121)，所述环形凸台(121)环绕所述金属密封圈的中心孔(140)；所述金属密封圈还设置有多个连接螺孔(130)，多个所述连接螺孔(130)沿所述金属密封圈的周向分散设置，且多个所述连接螺孔(130)包围所述第一法兰刀口(111)及所述环形凸台(121)。

2.根据权利要求1所述的金属密封圈，其特征在于，所述环形凸台(121)的横截面形状为楔形、半圆形或者梯形。

3.根据权利要求1所述的金属密封圈，其特征在于，所述金属密封圈的材质为不锈钢或者钛合金。

4.根据权利要求1所述的金属密封圈，其特征在于，所述金属密封圈为一体结构。

5.根据权利要求1所述的金属密封圈，其特征在于，多个所述连接螺孔(130)沿所述金属密封圈的周向均匀分布。

6.根据权利要求1所述的金属密封圈，其特征在于，所述环形凸台(121)与所述金属密封圈的中心孔(140)共轴线。

7.根据权利要求1所述的金属密封圈，其特征在于，所述第一密封面(110)的外缘设置有第一倒角(112)，所述第二密封面(120)的外缘设置有第二倒角(122)。

8.一种真空腔体组件，其特征在于，包括真空腔体(200)、环形密封圈(300)、连接法兰(400)、第一螺栓(500)、第二螺栓(600)和权利要求1-7任一项所述的金属密封圈，所述真空腔体(200)的开口处设置有腔体法兰(210)，沿所述金属密封圈的轴向，所述连接法兰(400)、所述环形密封圈(300)、所述金属密封圈和所述腔体法兰(210)依次设置，其中，所述连接法兰(400)朝向所述环形密封圈(300)的一面设置有第二法兰刀口(410)，所述第二法兰刀口(410)与所述第一法兰刀口(111)相对，所述第一法兰刀口(111)和所述第二法兰刀口(410)分别从所述环形密封圈(300)相背的两面切入所述环形密封圈(300)；所述连接法兰(400)开设有与部分所述连接螺孔(130)相对的第一通孔，所述第一螺栓(500)穿过所述第一通孔并旋拧于对应的连接螺孔(130)；所述环形凸台(121)切入所述腔体法兰(210)的端面，所述腔体法兰(210)开设有与另一部分所述连接螺孔(130)相对的第二通孔，所述第二螺栓(600)穿过所述第二通孔并旋拧于对应的连接螺孔(130)。

9.根据权利要求8所述的真空腔体组件，其特征在于，所述环形密封圈(300)为无氧铜密封圈。

10.根据权利要求8所述的真空腔体组件，其特征在于，所述真空腔体(200)的材质为铝合金。