RU2774946C1

RU2774946C1 - Ultra high vacuum heat-resistant window

Info

Publication number: RU2774946C1
Application number: RU2021130331A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Ушаков; Вячеслав Валентинович Смирнов
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-06-24

Abstract

FIELD: vacuum technology.

SUBSTANCE: invention relates to vacuum technology, in particular to structural elements of vacuum chambers, namely to a heat-resistant window, and is used in vacuum systems, the operation of which is associated with cyclic exposure to high temperatures and ultrahigh vacuum. In the window for hermetic connection with a transparent optical element, a seal with a soft galvanic coating is used, located between the specially prepared sealing surfaces of the transparent optical element and the metal frame element. In this case, the principle of joint sealing is based on plastic deformation of the surface galvanic layer of the seal and its filling of defects in the surfaces to be sealed. Differences in the coefficients of thermal linear expansion of a transparent optical element and a metal frame are compensated by the compensating elements used in the design. The use of a seal with a soft galvanic coating makes it possible to obtain a hermetic connection of a transparent optical element with metal frame elements by manual assembly without exposure to high temperatures (soldering method) and the use of special equipment.

EFFECT: increase in overall dimensions of ultra-high-vacuum heat-resistant window with preservation of vacuum characteristics, simplification of the manufacturing process.

1 cl, 3 dwg

Description

Область примененияApplication area

Изобретение относится к вакуумной технике, в частности к элементам конструкции вакуумных камер, используемых в условиях высоких температур и сверхвысокого вакуума.The invention relates to vacuum technology, in particular to structural elements of vacuum chambers used at high temperatures and ultrahigh vacuum.

Уровень техники (аналоги)State of the art (analogues)

В сверхвысоковакуумных системах находят широкое применение вакуумные камеры, в конструкции которых входят смотровые и выходные окна различных диаметров. При этом имеется потребность в окнах, имеющих значительные размеры - 450 мм более. Во множестве вакуумных систем, работающих в сверхвысоковакуумном диапазоне, возникает необходимость проведения циклического термического воздействия (до 300°C). В таких случаях, окна должны быть изготовлены из материалов, которые имеют минимальное газовыделение при воздействии высоких температур, а конструкция окна должна обеспечивать герметичное соединение прозрачного оптического элемента с оправой.In ultrahigh vacuum systems, vacuum chambers are widely used, the design of which includes viewing and exit windows of various diameters. At the same time, there is a need for windows with significant dimensions - 450 mm more. In many vacuum systems operating in the UHV range, there is a need for thermal cycling (up to 300°C). In such cases, windows should be made of materials that have minimal outgassing when exposed to high temperatures, and the design of the window should provide a hermetic connection between the transparent optical element and the frame.

Как правило, основными элементами вакуумного окна являются: диск из оптически прозрачного материала (стекло, кварц и тому подобное) и металлическая оправа в виде одного или более фланцев, соединенных герметично. Известны различные способы такого соединения.As a rule, the main elements of a vacuum window are: a disk made of an optically transparent material (glass, quartz, etc.) and a metal frame in the form of one or more flanges connected hermetically. Various methods for such a connection are known.

Известно смотровое окно для сверхвысоковакуумных систем, которое включает в себя оптически прозрачный диск, герметично соединенный с металлической оправой, которая герметично соединена с металлическим уплотнительным фланцем [Пипко А.И., Плисовский В.Я., Пенченко Е.А. Конструирование и расчет вакуумных систем. - М: Энергия, 1979. - стр. 174-176]. Герметичное соединение стеклянного диска осуществляется методом стеклоспая. При этом материалы оправы и диска подбираются так, чтобы коэффициенту теплового линейного расширения (КТЛР) имели близкие значения.Known viewing window for ultrahigh vacuum systems, which includes an optically transparent disk, hermetically connected to a metal frame, which is hermetically connected to a metal sealing flange [Pipko A.I., Plisovsky V.Ya., Penchenko E.A. Design and calculation of vacuum systems. - M: Energy, 1979. - pp. 174-176]. The tight connection of the glass disk is carried out by the method of glass soldering. In this case, the materials of the frame and disk are selected so that the coefficient of thermal linear expansion (TLEC) has close values.

К недостаткам данного способа относятся, низкая устойчивость вакуумно-плотного металлостеклянного соединения окна к циклическому термическому воздействию при нагреве до 300°C. Следствием такого воздействия может быть образование поверхностных и объемных дефектов прозрачного диска в процессе изготовления, которые впоследствии могут привести к разрушению окна.The disadvantages of this method include the low resistance of the vacuum-tight glass-to-metal joint of the window to cyclic thermal exposure when heated to 300°C. The consequence of such an impact may be the formation of surface and volumetric defects of the transparent disk during the manufacturing process, which can subsequently lead to the destruction of the window.

Известно также смотровое окно [Пипко А.И., Плисовский В.Я., Пенченко Е.А. Конструирование и расчет вакуумных систем. - М.: Энергия, 1979. - стр. 174] с резиновым уплотнением, в котором прозрачный диск с помощью прижимного кольца прижимается к резиновому уплотнителю.A viewing window is also known [Pipko A.I., Plisovsky V.Ya., Penchenko E.A. Design and calculation of vacuum systems. - M.: Energy, 1979. - p. 174] with a rubber seal, in which a transparent disc is pressed against the rubber seal with a clamping ring.

Недостатком данного решения является невозможность использования окна при температурах выше 250°C из-за высокой газовой проницаемости резинового уплотнения или же из-за его физического разрушения при воздействии высоких температур.The disadvantage of this solution is the impossibility of using the window at temperatures above 250°C due to the high gas permeability of the rubber seal or because of its physical destruction when exposed to high temperatures.

Известно термостойкое сверхвысоковакуумное смотровое окно [патент Россия № RU 2742506, МПК H01J 40/02, H01J 40/06 08.02.2021 «Сверхвысоковакуумное термостойкое смотровое окно»], которое включает в себя последовательно и герметично соединенные друг с другом уплотни тельный металлический фланец, металлическую оправу, и прозрачный для излучения диск, представляющие собой фигуры вращения, расположенные соосно, при этом уплотнительный металлический фланец и металлическая оправа имеют отверстия для прохождения излучения, оси которых совпадают с осями фигур вращения, для герметичного соединения оправы с прозрачным для излучения диском используется слой припоечного материала па основе стекла, расположенный между одной или более сопрягаемыми поверхностями диска и оправы. При этом образование герметичного соединения при помощи припоечного материала происходит под действием высоких температур. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.A heat-resistant ultra-high vacuum viewing window is known [patent Russia No. RU 2742506, IPC H01J 40/02, H01J 40/06 08.02.2021 "Ultra-high vacuum heat-resistant viewing window"], which includes a sealing metal flange, a metal frame, and a disk transparent for radiation, which are figures of rotation located coaxially, while the sealing metal flange and the metal frame have holes for the passage of radiation, the axes of which coincide with the axes of the figures of rotation; glass-based material located between one or more mating surfaces of the disc and the frame. In this case, the formation of a hermetic connection with the help of soldering material occurs under the influence of high temperatures. This technical solution is taken as a prototype.

Также очевидно, что в выше описанном способе соединение оправы и металлического фланца происходит методом сварки (пайки), что в свою очередь может привести к появлению дополнительных концентраторов напряжения в месте герметизации, и при последующем циклическом термическом воздействии может произойти нарушение герметичности. Кроме того, изготовление окон большого светового диаметра данным способом требует значительных финансовых затрат на отработку технологии, закупку термического оборудования и изготовления оснастки. Подтверждением этому является тот факт, что у производителей вакуумной техники отсутствуют в производстве окна световым диаметром более 200 мм. Помимо этого, существует ряд задач, при которых элементы конструкции окна значительно отличаются по коэффициенту теплового линейного расширения.It is also obvious that in the above described method, the connection of the frame and the metal flange occurs by welding (soldering), which in turn can lead to the appearance of additional stress concentrators at the sealing point, and with subsequent cyclic thermal exposure, leakage may occur. In addition, the manufacture of windows with a large light diameter by this method requires significant financial costs for the development of technology, the purchase of thermal equipment and the manufacture of tooling. This is confirmed by the fact that manufacturers of vacuum equipment do not have windows with a light diameter of more than 200 mm in their production. In addition, there are a number of tasks in which window structural elements differ significantly in terms of thermal linear expansion coefficient.

Таким образом, недостатками прототипа являются:Thus, the disadvantages of the prototype are:

Техническая сложность процесса изготовленияThe technical complexity of the manufacturing process

сверхвысоковакуумного термостойкого окон увеличенных габаритных размеров, возможность нарушения вакуумной герметичности в процессе изготовления, отсутствие ремонтопригодности.ultra-high-vacuum heat-resistant windows of increased overall dimensions, the possibility of violation of vacuum tightness in the manufacturing process, lack of maintainability.

Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:

Упрощение процесса изготовления при увеличении габаритных размеров сверхвысоковакуумного термостойкого окна с сохранением вакуумных характеристик при обеспечении ремонтопригодности.Simplification of the manufacturing process with an increase in the overall dimensions of an ultra-high-vacuum heat-resistant window with the preservation of vacuum characteristics while ensuring maintainability.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного сверхвысоковакуумного термостойкого окна, содержащего прозрачный оптический элемент, установленный в металлическую оправу и закрепленный в ней, причем прозрачный оптический элемент и металлическая оправа представляют собой фигуры вращения, расположенные соосно; при этом оправа имеет отверстие для прохождения излучения, в предложенном решении, металлической оправой является уплотнительный фланец-основание, сопряженный с прижимным фланцем при помощи крепежных элементов; при этом для герметичного соединения уплотнительного фланца-основания металлической оправы с прозрачным оптическим элементом использовано уплотнение с мягким гальваническим покрытием, расположенное между уплотняемыми поверхностями фланца-основания металлической оправы и прозрачного оптического элемента; причем отличие значений температурного коэффициента линейного расширения материалов металлической оправы и прозрачного оптического элемента компенсированы установленными в прижимном фланце металлической оправы компенсационными элементами; при этом в области установки прижимного фланца металлической оправы, сопряженной с прозрачным оптическим элементом использован демпфирующий элемент, препятствующий разрушению кромки прозрачного оптического элемента; при этом высокий уровень герметичности соединения элементов основан на пластической деформации поверхностного слоя уплотнения с мягким гальваническим покрытием, достигаемой при сборке.The technical result is achieved by the fact that, in contrast to the well-known ultra-high-vacuum heat-resistant window containing a transparent optical element installed in a metal frame and fixed in it, the transparent optical element and the metal frame are figures of rotation located coaxially; while the frame has a hole for the passage of radiation, in the proposed solution, the metal frame is a sealing flange-base, coupled with the clamping flange using fasteners; at the same time, for hermetic connection of the sealing flange-base of the metal frame with a transparent optical element, a seal with a soft galvanic coating is used, located between the sealing surfaces of the base flange of the metal frame and the transparent optical element; moreover, the difference in the values of the temperature coefficient of linear expansion of the materials of the metal frame and the transparent optical element is compensated by compensation elements installed in the clamping flange of the metal frame; at the same time, a damping element is used in the installation area of the clamping flange of the metal frame associated with the transparent optical element, which prevents the destruction of the edge of the transparent optical element; at the same time, a high level of tightness of the connection of elements is based on the plastic deformation of the surface layer of the seal with a soft galvanic coating, achieved during assembly.

Образование оправы парой фланцев - фланцем-основанием и прижимным фланцем, позволяет получить разборную конструкцию окна. Применение уплотнения с мягким гальваническим покрытием для герметичного соединения оправы с элементом из оптически прозрачного материала, расположенного между уплотняемыми поверхностями прозрачного оптического элемента и оправы, приводит к организации герметичного соединения, не требующего воздействия высоких температур с применением припоя, тем самым упрощая и удешевляя технологию изготовления окна. При этом высокий уровень герметичности соединения элементов основывается на пластической деформации поверхностного слоя уплотнения с мягким гальваническим покрытием и достигается без применения термического оборудования методом сборки. Используемый при этом демпфирующий элемент препятствует разрушению кромки прозрачного оптического элемента. Компенсация различия КТЛР применяемых материалов, происходит с помощью компенсационных элементов, введенных в конструкцию, что позволяет использовать материалы с различающимися КТЛР.The formation of the frame by a pair of flanges - the base flange and the clamping flange, allows you to get a collapsible window design. The use of a seal with a soft galvanic coating for hermetic connection of the frame with an element made of optically transparent material located between the sealing surfaces of the transparent optical element and the frame leads to the organization of a hermetic connection that does not require exposure to high temperatures with the use of solder, thereby simplifying and reducing the cost of window manufacturing technology . At the same time, a high level of tightness of the connection of elements is based on the plastic deformation of the surface layer of the seal with a soft galvanic coating and is achieved without the use of thermal equipment by the assembly method. The damping element used in this case prevents the destruction of the edge of the transparent optical element. Compensation for the difference in CTL of the materials used occurs with the help of compensating elements introduced into the design, which allows the use of materials with different CTL.

Таким образом, в целом, предложенное конструктивное решение, благодаря заявленному выбору элементов, составляющих окно, позволяет комплексно добиться заявляемого результата, исключив необходимость термического оборудования для образования герметичного соединения, избегая при этом применения припоя, и обеспечить герметичное соединение в результате (за счет) сборки.Thus, in general, the proposed design solution, due to the declared choice of elements that make up the window, allows you to comprehensively achieve the claimed result, eliminating the need for thermal equipment to form a hermetic joint, while avoiding the use of solder, and ensure a hermetic connection as a result (due to) assembly .

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами 1-3The essence of the invention is illustrated by figures 1-3

На фиг. 1 схематично изображена конструкция сверхвысоковакуумного термостойкого окна, где 1 - уплотнительный фланец-основание, 2 - уплотнение с мягким гальваническим покрытием, 3 - крепежный элемент (винт),: 4 - втулка компенсирующая (компенсационный элемент), 5 - фланец прижимной, 6 - кольцо компенсирующее (компенсационный элемент), 7 - демпфирующий элемент (кольцо), 8 - прозрачный оптический элемент.In FIG. 1 schematically shows the design of an ultra-high-vacuum heat-resistant window, where 1 is a sealing base flange, 2 is a seal with a soft galvanic coating, 3 is a fastener (screw), 4 is a compensating bushing (compensation element), 5 is a clamping flange, 6 is a ring compensating (compensating element), 7 - damping element (ring), 8 - transparent optical element.

На фиг. 2 изображена 3D модель конструкции сверхвысоковакуумного термостойкого окна в разрезе.In FIG. 2 shows a 3D model of the structure of an ultra-high vacuum heat-resistant window in section.

На фиг. 3 изображен режим термического цикла сверхвысоковакуумного термостойкого окна.In FIG. 3 shows the thermal cycle mode of the UHV heat-resistant window.

Описание изобретенияDescription of the invention

Сверхвысоковакуумное термостойкое окно (фиг. 1) содержит элементы перечисленные ниже.Ultra-high vacuum heat-resistant window (Fig. 1) contains the elements listed below.

Уплотнительный металлический фланец-основание 1 представляет собой фигуру вращения и имеет отверстие, предназначенное для прохождения излучения. Оси отверстия и фланца-основания 1 совпадают. Фланец-основание должен иметь конструкцию, которая обеспечивает его герметичное соединение с вакуумным объемом (камерой). А также должен иметь резьбовые отверстия, предназначенные для сборки крепежными винтами 3 (крепежные элементы) фланца прижимного 5. На фланце-основании 1 должна быть выполнена поверхность с шероховатостью без применения абразива методом точения с кругообразным направлением неровностей согласно ГОСТ 2789-73, необходимая для герметизации уплотнения с мягким гальваническим покрытием 2. Соединение с вакуумным объемом может производиться через металлическое уплотнение при помощи сварки либо другим доступным образом. Уплотнительный металлический фланец-основание 1 может иметь в своей конструкции дополнительные канавки, отверстия и выступы, необходимые для герметичного соединения с вакуумным объемом, а также позволяющие снизить вес, устанавливать его положение при сборке или снять напряжения, возникающие при сборке.Sealing metal flange-base 1 is a figure of rotation and has a hole designed for the passage of radiation. The axes of the hole and the base flange 1 are the same. The base flange must have a design that ensures its tight connection with the vacuum volume (chamber). It must also have threaded holes intended for assembly with fixing screws 3 (fasteners) of the clamping flange 5. On the base flange 1, a surface with a roughness must be made without the use of abrasive by turning with a circular direction of irregularities in accordance with GOST 2789-73, necessary for sealing seals with soft galvanized coating 2. The connection to the vacuum volume can be made through a metal seal by welding or in any other available way. The sealing metal base flange 1 may have additional grooves, holes and protrusions in its design, necessary for tight connection with the vacuum volume, as well as allowing to reduce weight, set its position during assembly or relieve stresses arising during assembly.

Уплотнение с мягким гальваническим покрытием 2 представляет собой кольцо определенной жесткости, с нанесенным на ее поверхность гальваническим методом слоем металла (алюминий, медь, серебро, олово, золото и т.д.). Конструкция уплотнения 2 может иметь различный профиль. Дополнительно в конструкции уплотнения 2 может быть установлена пружина для увеличения жесткости.Seal with soft galvanized coating 2 is a ring of a certain hardness, with a metal layer (aluminum, copper, silver, tin, gold, etc.) applied to its surface by a galvanic method. The design of the seal 2 may have a different profile. Additionally, a spring can be installed in the design of seal 2 to increase rigidity.

Крепежные винты 3, предназначенные для стяжки фланца прижимного 5 с фланцем - основанием 1, должны быть выполнены из материала с КТЛР, равным КТЛР фланца-основания 1 и прижимного фланца 5. Изготавливаются они по выбранному стандарту (ГОСТ, OCT, DIN и т.д.). Количество винтов выбирается из расчета диаметров фланца-основания 1 и фланца прижимного 5.Mounting screws 3, intended for tightening the clamping flange 5 with the base flange 1, must be made of a material with CTLR equal to the CTLR of the base flange 1 and clamping flange 5. They are made according to the selected standard (GOST, OCT, DIN, etc. .). The number of screws is selected based on the diameters of the base flange 1 and clamping flange 5.

Втулка компенсирующая 4 представляет собой фигуру вращения и имеет отверстие предназначенное для установки сквозь нее крепежных винтов 3. Конструкция втулки 4 может иметь дополнительный выступ, сопрягаемый с головками крепежных винтов 3. Материал втулки 4 не должен иметь КТЛР меньший, КТЛР фланца-основания 1 и фланца прижимного 5. Количество втулок компенсирующих должно соответствовать количеству крепежных винтов 3.The compensating sleeve 4 is a figure of rotation and has a hole designed to install fixing screws 3 through it. The design of the sleeve 4 may have an additional protrusion that mates with the heads of the fixing screws 3. The material of the sleeve 4 should not have a smaller CTLR, the CTLR of the base flange 1 and the flange clamping 5. The number of compensating bushings must correspond to the number of fixing screws 3.

Фланец прижимной 5 представляет собой фигуру вращений и имеет отверстие, предназначенное для прохождения излучения. Оси отверстия и фланца прижимного 5 совпадают. А так же должен иметь гладкие отверстия, предназначенные для сборки крепежными винтами 3 с фланцем-основанием 1 и возможностью установки компенсирующих втулок 4.The clamping flange 5 is a figure of rotations and has a hole designed for the passage of radiation. The axes of the hole and the clamping flange 5 coincide. And it must also have smooth holes intended for assembly with fixing screws 3 with a base flange 1 and the possibility of installing compensating bushings 4.

Кольцо компенсирующее 6 устанавливается между фланцем прижимным 5 и демпфирующим кольцом 7. Материал кольца компенсирующего 6 не должен иметь КТЛР меньший, КТЛР фланца-основания 1 и фланца прижимного 5.The compensating ring 6 is installed between the clamping flange 5 and the damping ring 7. The material of the compensating ring 6 must not have a smaller CTLR, CTLR of the base flange 1 and pressure flange 5.

Прозрачный оптический элемент 8 представляет собой прозрачный для излучения диск, герметично соединяемый с фланцем-основанием I через уплотнением с мягким гальваническим покрытием 2. Расположение фланца-основания 1, уплотнения с мягким гальваническим покрытием 2, фланца прижимного 5, кольца компенсирующего 6, демпфирующего кольца 7 и прозрачного оптического элемента 8 - соосное. Прозрачный оптический элемент может быть выполнен из кристаллических материалов, прозрачных для ультрафиалетового излучения (например стекло марки KB). На поверхности, сопрягаемой с уплотнением с мягким гальваническим покрытием 2, должен быть выполнен поясок с равномерной шероховатостью, необходимой для герметизации, при этом направление неровностей должно быть кругообразным по ГОСТ 2789-73.The transparent optical element 8 is a disk transparent for radiation, hermetically connected to the base flange I through a seal with a soft galvanic coating 2. The location of the base flange 1, the seal with a soft galvanic coating 2, the pressure flange 5, the compensating ring 6, the damping ring 7 and transparent optical element 8 - coaxial. The transparent optical element can be made of crystalline materials that are transparent to ultraviolet radiation (for example, KB brand glass). On the surface mating with the seal with a soft galvanized coating 2, a belt with a uniform roughness necessary for sealing should be made, while the direction of the roughness should be circular in accordance with GOST 2789-73.

Предлагаемое сверхвысоковакуумное термостойкое окно было реализовано следующим образом.The proposed ultra-high vacuum heat-resistant window was implemented as follows.

Прозрачный оптический элемент 8, выполненный из кварцевого спекла марки KB ГОСТ 15130-86, герметично соединяется с уплотнительным фланцем-основанием 1, через уплотнение с мягким гальваническим покрытием 2. Для осуществления герметизации на уплотняемой поверхности оптического элемента 8 был нанесен поясок шероховатости Ra 0,63 (значение шероховатости для стабильной герметизации, было определено в ходе многочисленных экспериментальных отработок) с кругообразным направлением неровностей по ГОСТ 2789-73.Transparent optical element 8, made of quartz speck grade KB GOST 15130-86, is hermetically connected to the sealing base flange 1, through a seal with a soft galvanic coating 2. For sealing, a roughness band Ra 0.63 was applied to the sealed surface of the optical element 8 (the value of roughness for stable sealing was determined in the course of numerous experimental developments) with a circular direction of irregularities according to GOST 2789-73.

Герметизация уплотнения наступает в процессе затяжки крепежных винтов 3 с резьбой М10, изготовленных из стали А2-70. Крепежные винты 3 предварительно покрываются медью для предотвращения заклинивания резьбы при проведении циклического термического воздействия (при нагреве).Sealing of the seal occurs in the process of tightening the fixing screws 3 with M10 thread, made of A2-70 steel. Mounting screws 3 are pre-coated with copper to prevent thread jamming during cyclic thermal exposure (when heated).

Уплотнительный фланец-основание 1 изготовленный из нержавеющей стали 12Х18Н10Т имеет ножевидный выступ, который выполнен согласно стандарту ConFiat (CF), поэтому фланец может уплотняться по меди с ответным CF соединением вакуумной камеры. Так же на уплотнительном фланце-основании 1 была выполнена поверхность с шероховатостью Ra 0,8 без применения абразива методом точения на токарном станке с ЧПУ. Данная шероховатость обусловлена условиями работоспособности выбранного уплотнения с мягким гальваническим покрытием 2 (для уплотнения по металлу).Sealing base flange 1 made of stainless steel 12X18H10T has a knife-shaped protrusion, which is made according to the ConFiat (CF) standard, so the flange can be sealed on copper with a mating CF connection of the vacuum chamber. Also, on the sealing flange-base 1, a surface with a roughness of Ra 0.8 was made without the use of abrasive by turning on a CNC lathe. This roughness is due to the operating conditions of the selected seal with a soft galvanized coating 2 (for metal sealing).

Фланец прижимной 5 изготовлен из нержавеющей стали 12X1SH10T с посадочными местами для установки втулок компенсирующих 4.Clamping flange 5 is made of stainless steel 12X1SH10T with seats for installing compensating bushings 4.

Втулки компенсирующие 4 и кольцо компенсирующее 6 изготовлены из сплава Д16, их размеры рассчитаны таким образом, чтобы полностью компенсировать КТЛР при нагреве.Compensating bushings 4 and compensating ring 6 are made of alloy D16, their dimensions are calculated in such a way as to fully compensate for CTLR during heating.

В качестве уплотнения с мягким гальваническим покрытием 2, исходя из выбранных материалов прозрачного оптического элемента 8 и фланцев 1 и 5, был произведен подбор уплотнения 2 из серийно выпускаемой продукции фирмы «HMTS». Исходя из всех указанных условий, наиболее подходящим оказалось уплотнение типа CS-Type уплотнение С-образного профиля с серебряным покрытием (Silver plating), с дополнительно установленной пружиной для увеличения жесткости. Принцип герметизации таких уплотнений основан на пластической деформации поверхностного слоя и заполнения им неровностей уплотняемых поверхностей, при достижении определенного усилия сжатия.As a seal with a soft galvanized coating 2, based on the selected materials of the transparent optical element 8 and flanges 1 and 5, seal 2 was selected from the HMTS commercially available products. Based on all these conditions, the CS-Type C-profile seal with Silver plating, with an additional spring installed to increase rigidity, turned out to be the most suitable seal. The principle of sealing such seals is based on the plastic deformation of the surface layer and filling it with irregularities of the sealed surfaces, when a certain compression force is reached.

Таким образом, проводилась ручная сборка, с применением специальной оснастки для соосного выставления и контроля величины сжатия уплотненияThus, manual assembly was carried out, using special equipment for coaxial alignment and control of the amount of seal compression.

Согласно описанной конструкции было изготовлено два окна с оптическим диаметром 450 мм и 550 мм. Контроль герметичности окон в составе вакуумных камер показал, отсутствие реакции масс-спектрометрического течеикателя на Не₂ (максимальная чувствительность течеискателя составляет 5⋅10^-12 мбар⋅л/с.) Это свидетельствует о герметичности окон. Проведенные испытания на циклическое термическое воздействие также показали сохранение герметичности. Режим термоциклирования приведен на фиг. 3 (было проведено более 10 циклов). Что подтверждает, что окно устойчивое к многократному нагреву.According to the described design, two windows with an optical diameter of 450 mm and 550 mm were made. Checking the tightness of the windows in the composition of the vacuum chambers showed that the mass spectrometric leak did not react to He ₂ (the maximum sensitivity of the leak detector is 5⋅10 ^-12 mbar⋅l/s.) This indicates the tightness of the windows. The thermal cycling tests carried out also showed that the tightness was maintained. The thermal cycling mode is shown in Fig. 3 (more than 10 cycles were carried out). This confirms that the window is resistant to repeated heating.

Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно: увеличение габаритных размеров сверхвысоковакуумного термостойкого окна с сохранением вакуумных характеристик при обеспечении ремонтопригодности и упрощении процесса изготовления.Thus, the claimed technical result is achieved, namely: an increase in the overall dimensions of the ultra-high-vacuum heat-resistant window while maintaining vacuum characteristics while ensuring maintainability and simplifying the manufacturing process.

Claims

Ultrahigh-vacuum heat-resistant window containing a transparent optical element installed in a metal frame and fixed in it, and the transparent optical element and the metal frame are figures of rotation arranged coaxially; while the frame has a hole for the passage of radiation, characterized in that the metal frame is a sealing flange-base, coupled with the clamping flange by means of fasteners; at the same time, for hermetic connection of the sealing flange-base of the metal frame with a transparent optical element, a seal with a soft galvanic coating is used, located between the sealing surfaces of the base flange of the metal frame and the transparent optical element; moreover, the difference in the values of the temperature coefficient of linear expansion of the materials of the metal frame and the transparent optical element is compensated by compensation elements installed in the clamping flange of the metal frame; at the same time, in the installation area of the clamping flange of the metal frame associated with the transparent optical element, a damping element is used to prevent the destruction of the edge of the transparent optical element; at the same time, a high level of tightness of the connection of elements is based on the plastic deformation of the surface layer of the seal with a soft galvanic coating, achieved during assembly.