RU171263U1

RU171263U1 - Sealed enclosure

Info

Publication number: RU171263U1
Application number: RU2016120888U
Authority: RU
Inventors: Александр Фёдорович Коваленко
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2017-05-26

Abstract

Полезная модель представляет собой герметичный корпус и может быть использована при изготовлении герметичного ввода лазерного излучения в рабочий объем технологических установок, осуществляющих обработку материалов в вакууме или в среде инертных газов. Стенка герметичного корпуса через прокладку с двухсторонней отбортовкой, выполненную из титана, с обеих сторон которой расположена алюминиевая фольга, соединена по всему периметру с входным окном. Окно выполнено из прозрачного в заданном оптическом диапазоне материала и имеет пирамидно-цилиндро-сферическую форму, причем пирамидальная поверхность входного окна обращена навстречу лазерному пучку и имеет количество боковых граней, равное количеству необходимых точек фокусировки лазерного излучения, а сферическая поверхность обращена внутрь герметичного корпуса. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей корпуса за счет фокусировки лазерного излучения в несколько точек в фокальной плоскости линзы. 1 ил.The utility model is a sealed enclosure and can be used in the manufacture of a sealed input of laser radiation into the working volume of technological installations that process materials in vacuum or inert gas. The wall of the sealed housing through a gasket with double-sided flanging, made of titanium, on both sides of which there is an aluminum foil, is connected around the perimeter with the entrance window. The window is made of a material that is transparent in a given optical range and has a pyramidal-cylindrical-spherical shape, the pyramidal surface of the entrance window facing the laser beam and having the number of side faces equal to the number of necessary focus points of the laser radiation, and the spherical surface facing the inside of the sealed enclosure. The technical result is to expand the functionality of the housing by focusing the laser radiation at several points in the focal plane of the lens. 1 ill.

Description

Полезная модель может быть использована при изготовлении герметичного ввода лазерного излучения в рабочий объем технологических установок, осуществляющих обработку материалов в вакууме или в среде инертных газов, а также в экспериментальных установках для исследования плоских ударных волн в твердых телах, возникающих при абляции материала с их поверхности.The utility model can be used in the manufacture of a sealed input of laser radiation into the working volume of technological installations that process materials in vacuum or inert gas, as well as in experimental installations for studying plane shock waves in solids arising from the ablation of a material from their surface.

Известно устройство термостатирования передающей телевизионной трубки, размещенной в герметичном корпусе. Входное окно передающей телевизионной трубки выполнено из пластины кристалла лейкосапфира. Патент Российской Федерации на изобретение RU 2069392, МПК G21C 17/08, H01J 31/38, 20.11.1996.A device for thermostating of a transmitting television tube located in a sealed enclosure. The input window of the transmitting television tube is made of a plate of a crystal of leucosapphire. Patent of the Russian Federation for the invention RU 2069392, IPC G21C 17/08, H01J 31/38, 11/20/1996.

Известен также облучатель, в котором окно выполнено из лейкосапфира. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 5346, МПК A61N 5/06, 16.11.1997.An irradiator is also known in which the window is made of leucosapphire. Patent of the Russian Federation for utility model RU 5346, IPC A61N 5/06, 11.16.1997.

Известен двухэлектродный разрядник, содержащий корпус, в котором расположены катод, имеющий острие и выполненный из сплава ВНБ-3 анод, выполненный с отверстием в центре, и прозрачное окно для ввода луча лазера. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 119935, МПК H01J 17/64, 25.05.2012.A two-electrode spark gap is known, comprising a housing in which a cathode is located, having a tip and an anode made of VNB-3 alloy made with a hole in the center and a transparent window for inputting a laser beam. Patent of the Russian Federation for utility model RU 119935, IPC H01J 17/64, 05.25.2012.

Известен герметичный корпус с входным окном из лейкосапфира, у которого герметичный корпус выполнен из алюмокерамики, а стенка герметичного корпуса через алюминиевую прокладку с двухсторонней отбортовкой соединена по всему периметру с входным окном из лейкосапфира диффузной сваркой. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 128780, МПК H01J 17/00, 27.05.2013.Known sealed enclosure with an inlet window of leucosapphire, in which the sealed enclosure is made of alumina ceramics, and the wall of the sealed enclosure through an aluminum gasket with two-sided flanging is connected around the entire perimeter with the inlet window of leucosapphire by diffuse welding. Patent of the Russian Federation for utility model RU 128780, IPC H01J 17/00, 05.27.2013.

Известен герметичный корпус из алюмокерамики, в котором стенка корпуса через прокладку с двухсторонней отбортовкой соединена по всему периметру с входным окном из лейкосапфира, причем прокладка с двухсторонней отбортовкой выполнена из титана, а с обеих сторон прокладки расположена алюминиевая фольга. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 138893, МПК H01J 17/00, 27.03.2014.A sealed case made of alumina-ceramics is known, in which the wall of the body through the gasket with two-sided flanging is connected around the perimeter with the inlet window of leucosapphire, and the gasket with two-sided flanging is made of titanium, and aluminum foil is located on both sides of the gasket. Patent of the Russian Federation for utility model RU 138893, IPC H01J 17/00, 03/27/2014.

Недостатком перечисленных аналогов является низкая функциональная возможность входного окна, представляющего собой плоскопараллельную пластину. Во многих электрофизических установках и приборах требуется не только пропускать управляющее (воздействующее) лазерное излучение, но и фокусировать его. С этой целью дополнительно используют фокусирующие линзы, что усложняет конструкцию установок или приборов и увеличивает потери на отражение излучения.The disadvantage of these analogues is the low functionality of the input window, which is a plane-parallel plate. In many electrophysical installations and devices, it is required not only to pass control (acting) laser radiation, but also to focus it. For this purpose, focusing lenses are additionally used, which complicates the design of installations or devices and increases the loss of reflection of radiation.

Известен также герметичный корпус, включающий стенку корпуса, которая через прокладку, выполненную из титана, с двухсторонней отбортовкой, снабженную с обеих сторон алюминиевой фольгой, соединена по всему периметру с входным окном из лейкосапфира, выполненным в виде плоско-выпуклой фокусирующей линзы, плоская поверхность которой обращена к прокладке. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 156784, МПК H01J 17/00, 20.11.2015. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.A sealed case is also known, including a wall of the case, which, through a gasket made of titanium, with double-sided flanging, equipped with aluminum foil on both sides, is connected around the perimeter with an inlet window made of leucosapphire made in the form of a plano-convex focusing lens, the flat surface of which facing the gasket. Patent of the Russian Federation for utility model RU 156784, IPC H01J 17/00, 11/20/2015. This technical solution was made as a prototype.

Недостатком прототипа, как и аналогов, является низкая функциональная возможность входного окна, обусловленная тем, что лазерное излучение фокусируется в одну точку. В некоторых технологических установках лазерной обработки материалов при фокусировке лазерного излучения в несколько точек возможна одновременная обработка нескольких деталей. Кроме того, фокусировка лазерного излучения в несколько точек может быть необходима для возбуждения ударных волн в твердых телах для изучения их свойств, для создания плоского фронта детонационной волны во взрывчатых веществах. Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Экспериментальные профили ударных волн в конденсированных веществах. - М.: Физматлит, 2008. - 248 с.The disadvantage of the prototype, as well as analogues, is the low functionality of the input window, due to the fact that the laser radiation focuses at one point. In some technological installations of laser processing of materials when focusing laser radiation at several points, simultaneous processing of several parts is possible. In addition, focusing laser radiation at several points may be necessary to excite shock waves in solids to study their properties, to create a plane front of the detonation wave in explosives. Kanel G.I., Razorenov S.V., Utkin A.V., Fortov V.E. Experimental shock wave profiles in condensed matter. - M .: Fizmatlit, 2008 .-- 248 p.

Техническим результатом полезной модели является расширение ее функциональных возможностей за счет фокусировки лазерного излучения в несколько точек в фокальной плоскости.The technical result of the utility model is the expansion of its functionality by focusing laser radiation at several points in the focal plane.

Технический результат достигается тем, что в герметичном корпусе, в котором стенка корпуса, которая через прокладку с двухсторонней отбортовкой, выполненную из титана и снабженную с обеих сторон алюминиевой фольгой, соединена по всему периметру с входным окном, выполненным из прозрачного в заданном оптическом диапазоне материала, которое имеет пирамидально-цилиндро-сферическую форму, причем пирамидальная поверхность входного окна обращена навстречу лазерному пучку и имеет количество боковых граней, равное количеству необходимых точек фокусировки лазерного излучения, а сферическая поверхность обращена внутрь герметичного корпуса.The technical result is achieved by the fact that in a sealed enclosure, in which the wall of the housing, which, through a gasket with two-sided flanging, made of titanium and equipped with aluminum foil on both sides, is connected around the entire perimeter with an inlet window made of a material that is transparent in a given optical range, which has a pyramidal-cylindrical-spherical shape, and the pyramidal surface of the entrance window is facing the laser beam and has the number of side faces equal to the number of required points to focus the laser radiation, and a spherical surface facing the inside of the hermetic housing.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично представлено сечение и вид сверху герметичного корпуса, где: 1 - стенка корпуса, 2 - титановая прокладка, 3 - алюминиевая фольга, 4 - входное окно. Верхняя часть окна 4 представляет собой пирамиду с углом α при основании, средняя часть - цилиндр, нижняя - плоско-выпуклую сферическую линзу. Количество k боковых граней пирамиды равно количеству необходимых точек фокусировки; параллельный лазерный пучок делится на k пучков секторальной формы, и каждый пучок отклоняется от первоначального направления на уголThe essence of the utility model is illustrated by a drawing, which schematically shows a section and a top view of a sealed enclosure, where: 1 - a wall of the enclosure, 2 - a titanium gasket, 3 - aluminum foil, 4 - an input window. The upper part of the window 4 is a pyramid with an angle α at the base, the middle part is a cylinder, and the lower part is a flat-convex spherical lens. The number k of the side faces of the pyramid is equal to the number of necessary focus points; a parallel laser beam is divided into k sectoral beams, and each beam deviates from the original direction by an angle

где α - угол при основании пирамиды;where α is the angle at the base of the pyramid;

n - показатель преломления материала входного окна.n is the refractive index of the input window material.

На чертеже показано входное окно 4, верхняя часть которого представлено пирамидой, имеющей шесть боковых граней.The drawing shows the input window 4, the upper part of which is represented by a pyramid having six side faces.

Далее лазерные пучки, пройдя цилиндрическую часть входного окна, плоско-выпуклой сферической линзой фокусируются в ее фокальной плоскости F в k точек на окружности, радиус которой определяется по уравнениюNext, the laser beams, having passed the cylindrical part of the input window, are focused by a plane-convex spherical lens in its focal plane F into k points on a circle whose radius is determined by the equation

где ƒ - фокусное расстояние линзы, образованной сферической поверхностью входного окна 4.where ƒ is the focal length of the lens formed by the spherical surface of the input window 4.

На чертеже также показан ход лучей A, B и C лазерного пучка согласно законам геометрической оптики, показывающий возможность фокусировки k лазерных пучков в фокальной плоскости F.The drawing also shows the course of the beams A, B and C of the laser beam according to the laws of geometric optics, showing the possibility of focusing k laser beams in the focal plane F.

Входное окно 4 может быть изготовлено следующим образом. Из цилиндрической заготовки диаметром, равным внешнему диаметру герметичного корпуса 1, вначале при помощи шлифовки и полировки на одном торце заготовки формируют пирамидальную поверхность, имеющую k боковых граней. Затем при помощи шлифовки и полировки на втором конце заготовки формируют сферическую поверхность. Затем последовательно часть пирамидальной и часть сферической поверхностей входного окна 4 посредством шлифования удаляют до размеров несколько меньше внутреннего диаметра герметичного корпуса 1 для формирования посадочного кольца 5 входного окна 4.The input window 4 can be made as follows. From a cylindrical billet with a diameter equal to the outer diameter of the sealed housing 1, first, by grinding and polishing, a pyramidal surface having k side faces is formed at one end of the billet. Then, by grinding and polishing, a spherical surface is formed at the second end of the workpiece. Then sequentially part of the pyramidal and part of the spherical surfaces of the inlet window 4 by grinding is removed to a size slightly smaller than the inner diameter of the sealed enclosure 1 to form a seat ring 5 of the inlet window 4.

Изготовление герметичного корпуса осуществляют следующим образом. Собранное изделие, в котором на стенке корпуса 1 установлена титановая прокладка 2 с двухсторонней отбортовкой, алюминиевая фольга 3 с обеих сторон прокладки 2 и входное окно 4, помещают в рабочую камеру установки диффузной сварки. Проводят откачку в рабочей камере до давления ≈10^-7 Торр. Затем проводят активацию алюминия через окисную пленку на поверхности алюминиевой фольги 3 путем выдержки изделия при температуре (520-660)°C в течение (60-90) минут без силового воздействия. Затем при осевом силовом воздействии более 350 Н изделие выдерживают при температуре (400-580)°C в течение (30-60) минут. При физическом контакте происходят диффузные процессы стенки корпуса 1 и окна 4 с алюминиевой фольгой 3 как по поверхности алюминиевой фольги 3, так и по поверхности титановой прокладки 2. Затем соединяют свариваемые поверхности при силовом воздействии (40-200) Н при температуре (500-600)°C в течение (40-70) минут.The manufacture of a sealed enclosure is as follows. The assembled product, in which a titanium gasket 2 with two-side flanging, an aluminum foil 3 on both sides of the gasket 2 and an inlet window 4 is installed on the wall of the housing 1, is placed in the working chamber of the diffusion welding installation. Spend pumping in the working chamber to a pressure of ≈10 ^-7 Torr. Then, aluminum is activated through an oxide film on the surface of aluminum foil 3 by holding the product at a temperature of (520-660) ° C for (60-90) minutes without force. Then, with an axial force of more than 350 N, the product is maintained at a temperature of (400-580) ° C for (30-60) minutes. During physical contact, diffuse processes of the wall of the housing 1 and the window 4 with aluminum foil 3 occur both on the surface of the aluminum foil 3 and on the surface of the titanium gasket 2. Then, the surfaces to be welded are connected under force (40-200) N at a temperature of (500-600 ) ° C for (40-70) minutes.

Таким образом, предлагаемое техническое решение отличается от прототипа наличием новых признаков, взаимным расположением и формой выполнения, которые придают объекту новые свойства, проявляющиеся в техническом результате.Thus, the proposed technical solution differs from the prototype in the presence of new features, mutual arrangement and form of execution, which give the object new properties that are manifested in the technical result.

Claims

A sealed enclosure with an entrance window for introducing laser radiation into the installation for processing materials in a vacuum or inert gas environment, consisting of a housing wall, gaskets with two-sided flanging made of titanium and equipped with aluminum foil on both sides, and the entrance window is made of transparent in a predetermined the optical range of the material, while the wall through the gasket is connected around the perimeter with the input window, characterized in that the input window is made with a pyramidal-cylindrical-spherical shape, and ramidalnaya surface of the input window facing towards the laser beam and which has a number of side faces, the required quantity equal focusing points and the spherical surface facing the inside of the hermetic housing.