RU186745U1 - Герметичный корпус - Google Patents

Abstract

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.Техническим результатом полезной модели является расширение её функциональных возможностей.Технический результат достигается тем, что в герметичном корпусе с входным окном для ввода лазерного излучения в установку для обработки материалов в вакууме или среде инертных газов, состоящем из стенки корпуса, прокладки с двухсторонней отбортовкой, выполненной из титана и снабженной с обеих сторон алюминиевой фольгой, причем входное окно выполнено из прозрачного в заданном оптическом диапазоне материала, при этом стенка через прокладку соединена по всему периметру с входным окном, которое выполнено с пирамидально-цилиндро-сферической формой, причем пирамидальная поверхность входного окна обращена навстречу лазерному пучку, а сферическая поверхность обращена внутрь герметичного корпуса, пирамидальная поверхность образована боковыми гранями усеченной правильной пирамиды и боковыми гранями правильной пирамиды, основание правильной пирамиды совмещено с меньшим основанием усеченной правильной пирамиды, а угол наклона боковых граней усеченной правильной пирамиды к ее большему основанию больше угла наклона боковых граней правильной пирамиды к ее основанию. 1 ил.

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.

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 № 2115860, МПК F21V 31/00, 20.07.1998.

Известен также облучатель, в котором окно выполнено из лейкосапфира. Патент Российской Федерации на полезную модель № 5346, МПК А61N 5/06, 16.11.1997.

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 № 128780, МПК H01J 17/00, 27.05.2013.

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.

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 № 138893, МПК H01J 17/00, 27.03.2014.

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 № 156784, МПК H01J 17/00, 20.11.2015.

Указанные полезные модели обладают теми же недостатками.

Известен также герметичный корпус с входным окном для ввода лазерного излучения в установку для обработки материалов в вакууме или среде инертных газов, состоящий из стенки корпуса, прокладки с двухсторонней отбортовкой, выполненной из титана и снабженной с обеих сторон алюминиевой фольгой, причем входное окно выполнено из прозрачного в заданном оптическом диапазоне материала, при этом стенка через прокладку соединена по всему периметру с входным окном, которое выполнено с пирамидально-цилиндро-сферической формой, причем пирамидальная поверхность входного окна обращена навстречу лазерному пучку и имеет количество боковых граней, равное требуемому количеству точек фокусировки, а сферическая поверхность обращена внутрь герметичного корпуса. Патент Российской Федерации на полезную модель № 171263, МПК В23К 26/067, H01J 17/00, 26.05.2017. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является относительно низкая функциональная возможность полезной модели, обусловленная тем, что лазерное излучение фокусируется в несколько точек, лежащих на одной окружности. 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. и др. Экспериментальные профили ударных волн в конденсированных веществах. – М.: Физматлит, 2008. – 248 с. – С. 32–33.

Техническим результатом полезной модели является расширение её функциональных возможностей за счет фокусировки лазерного излучения в количество точек в два раза большее, чем в прототипе и расположенных на двух окружностях в фокальной плоскости.

Технический результат достигается тем, что в герметичном корпусе с входным окном для ввода лазерного излучения в установку для обработки материалов в вакууме или среде инертных газов, состоящем из стенки корпуса, прокладки с двухсторонней отбортовкой, выполненной из титана и снабженной с обеих сторон алюминиевой фольгой, причем входное окно выполнено из прозрачного в заданном оптическом диапазоне материала, при этом стенка через прокладку соединена по всему периметру с входным окном, которое выполнено с пирамидально-цилиндро-сферической формой, причем пирамидальная поверхность входного окна обращена навстречу лазерному пучку, а сферическая поверхность обращена внутрь герметичного корпуса, пирамидальная поверхность образована боковыми гранями усеченной правильной пирамиды и боковыми гранями правильной пирамиды, основание правильной пирамиды совмещено с меньшим основанием усеченной правильной пирамиды, а угол наклона боковых граней усеченной правильной пирамиды к ее большему основанию больше угла наклона боковых граней правильной пирамиды к ее основанию.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично представлено сечение герметичного корпуса и вид на него сверху, где: 1 – стенка корпуса, 2 – титановая прокладка с двухсторонней отбортовкой, 3 – алюминиевая фольга, 4 – входное окно. Верхняя часть окна 4 представляет собой комбинацию правильной усеченной пирамиды с углом α₁ между боковыми гранями и основанием и правильной пирамиды с углом наклона α₂ между боковыми гранями и основанием, причем α₂ < α₁. Количество боковых граней усеченной пирамиды равно количеству боковых граней пирамиды. Средняя часть входного окна 4 – цилиндр. Нижняя часть входного окна 4 – плоско-выпуклая сферическая линза. Правильной пирамидой и усеченной правильной пирамидой параллельный лазерный пучок делится на 2k пучков, где k – количество боковых граней каждой пирамиды. Каждый пучок усеченной пирамидой отклоняется от первоначального направления на угол

,

(1)

где α₁ – угол между основанием и боковой гранью усеченной пирамиды;

n – показатель преломления материала входного окна.

Каждый пучок правильной пирамидой отклоняется от первоначального направления на угол

,

(2)

где α₂ – угол между основанием и боковой гранью пирамиды.

На чертеже показано входное окно 4, верхняя часть которого представлена комбинацией усеченной правильной пирамиды и правильной пирамиды, имеющих по шесть боковых граней.

Далее лазерные пучки, пройдя цилиндрическую часть входного окна, плоско-выпуклой сферической линзой фокусируются в ее фокальной плоскости F в k точек, расположенных на двух окружностях, радиусы которых определяются по уравнениям

;	(3)
,	(4)

где f – фокусное расстояние линзы, образованной сферической поверхностью входного окна 4.

На чертеже также показан ход лучей А, В, С и D лазерного пучка, показывающий возможность фокусировки k лазерных пучков на окружности радиуса R₁ и k лазерных пучков на окружности радиуса R₂, расположенных в фокальной плоскости F (показаны две точки фокусировки). Например, при n=1,5, углах α₁ = 6 градусов, α₂ = 3 градуса, фокусном расстоянии f = 50 см, k = 6, получим 6 точек фокусировки, расположенные на окружности радиусом R₁ = 2,62 см и 6 точек фокусировки, расположенные на окружности радиусом R₁ = 1,31 см.

Таким образом, количество точек фокусировки лазерного излучения увеличено в два раза по сравнению с прототипом, что расширяет функциональные возможности заявленной полезной модели.

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, имеющих угол наклона относительно основания α₁. Затем при помощи шлифовки и полировки формируют пирамидальную поверхность, имеющую также k боковых граней, угол наклона которых относительно основания равен α₂. После этого 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.

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 °С в течение 60–90 минут без силового воздействия. Затем при осевом силовом воздействии более 350 Н изделие выдерживают при температуре 400–580 °С 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°С в течение 40–70 минут.

Claims (1)

1. Герметичный корпус установки для обработки материалов в вакууме или среде инертных газов, состоящий из корпуса с входным окном для ввода лазерного излучения, прокладки с двухсторонней отбортовкой, выполненной из титана, и расположенной с ее обеих сторон алюминиевой фольгой, при этом стенка корпуса через прокладку соединена по всему периметру с входным окном, причем входное окно выполнено из прозрачного в заданном оптическом диапазоне материала с пирамидально-цилиндро-сферической формой, при этом пирамидальная поверхность входного окна обращена навстречу лазерному пучку, а сферическая поверхность обращена внутрь герметичного корпуса, отличающийся тем, что пирамидальная поверхность образована боковыми гранями усеченной правильной пирамиды и боковыми гранями правильной пирамиды, основание правильной пирамиды совмещено с меньшим основанием усеченной правильной пирамиды, а угол наклона боковых граней усеченной правильной пирамиды к ее большему основанию больше угла наклона боковых граней правильной пирамиды к ее основанию.

Images