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密封技术基础知识真空密封 真空联机密封性能取决于联接处的泄露和真空材料的放气。对任何真空系统总希 望漏、放气量与密封形式、密封材料、加工精度及装配质量等诸多因素有关，故 在联接处总会存在一定的漏、放气量，因此可根据真空系统工作的性质，真空室 工作工作应力的高低及其出口处抽气速度的大小提出要求。 真空系统中的压力在高于10-5Pa真空范围内广泛使用合成橡胶、环氧树脂和塑 料。当真空度提到压力10-7Pa的真空范围时，这些密封材料就不能用了，需要 应用超高真空的密封材料如金或铜作垫圈，而真空壳体不能用软刚需要改用不锈 钢。 超真空气体内的气体状态是动态平衡状态。系统内的压力极限，一方面与泵的有 效抽速有关，另一方面与来自真空壳体及其内部的零部件的气流量有关。因虽有 系统的有效抽速由于泵有结构尺寸和费用的原因，总存在实际限制。所以，减少 气流量就成为达到超高真空状态的基本设计目标，成为选择超高真空材料的主要 准则。 作为真空系统内部用的材料，要求饱和蒸汽压低，为了减少慢性解吸和体出气， 要求能耐450℃高温烘烤，而不降低机械强度和不发生化学和物理损伤。作为真 空系统壳体材料，要求能忽略气体渗透，承受得住大气压的压力，烘烤期间耐空 气侵蚀和不发生漏气。此外，要求选用材料，加工制作容易，价廉易得。 对于真空度低于10-7Pa的超高真空，虽然天然和合成橡胶是理想的密封圈材料， 弹性好，装配成真空密封后法兰螺栓受力很小，而且可以多次重复使用。但由于 超高真空系统要求密封圈材料耐250℃烘烤，实际上可可供选用的几种橡胶材料 都不能满足要求。真空度更高 （即压力更低）的超高真空，则必须采用金属密封。 9.1 真空用橡胶密封圈 接触式真空动密封的结构，最常用的有下面几种类型： 1）J型真空用橡胶密封。 J型真空用橡胶密封圈工作表面应平整光滑，不允许有气泡杂质、凹凸不平等缺 陷。 2）O型真空用橡胶密封圈。 3）骨架型真空用橡胶密封圈 4）真空用O形橡胶密封圈 9.2真空用金属密封圈 金属密封圈密封的可拆联接是超高真空系统中常用的联接形式。它是为满足超高 真空要求而必须经200～400℃的高温烘烤除气而采用的密封方式。 常用的金属密封圈的材料有金丝和无氧铜两种，它们有下列一些性能： 金（Au）具有高的化学稳定性，高温时不氧化，塑性好，屈服极限比铜或铝低一 倍，在较小的夹紧力下即可产生塑性变形，膨胀系数为αg=14×10-6cm/cm·℃， 比不锈钢的膨胀系数αs=18×10-6cm/cm·℃稍低。金制密封圈虽有良好的密封性 能，但在夹紧力的作用下会发生显著的变形硬化，强度增加。为了保证密封圈密 封，必须增大加紧力，而过大的加紧力又会在法兰表面上引起压力痕，影响密封 性能。因此，用在要求较高而不经过装拆的联接，拆开后重新装配时需要更换密 封圈。由于金的价格比较贵，它的应用受到较大的限制。 铜（Cu）的热膨胀系数为αs=16.4×10-6 cm/cm·℃。铜的硬度比较大，铜制密封 圈在使用前必须在真空或氢气中进行退火处理，消除内应力。无氧铜是目前超高 真空密封联接中常用的密封圈材料。其不足之处是高温烘烤中与大气接触部分会 氧化，因此，在要求高的情况下，将无氧铜的密封圈的表面镀一层金，使其具有 更好的密封性能。 作为联接用的法兰盘材料也必须能承受高温烘烤、抗氧化以及在高温时仍有良好 的力学性能。最常用的材料是不锈钢。法兰密封表面的粗糙度和尺寸就精度均应 满足超高真空密封的要求。 9.3 采用软件变形的动联接密封 9.3.1 非金属软件变形的动联接密封 9.3.2 金属软件变形的动联接密封 9.4 真空用的其他密封 9.4.1 真空用磁流体密封 真空转轴密封具有代表的典型结构是接触式的威尔逊密封。为了防止轴在高速旋 转、下气体的泄露，只能增加密封接触界面上的压力。但是由此而产生的摩擦发 热问题却难以解决。因此，研制摩擦损失小，使用寿命长的新型密封结构已成为 真空装置中应当解决的重大问题之一。为了解决这一问题，近年来应用磁流体进 行真空转轴动密封的技术已经在国内外取得了成功。 真空中应用磁流体密封的优点： 1）磁流体密封真空转轴可消除密封件间的接触所产生的摩擦损失，提高轴的转 速（可达120000r/min），大大减少泄露。如果采用低蒸汽压的磁流体可将真空 室内的真空度维持在1.3×10-7Pa以上。 2）磁流体的密封结构简单，维护方便，轴与极靴间的间隙较大，因此可不必要 求过高的制造精度。 3）磁流体在密封空隙中由磁铁所产生的磁场所固定，因此轴的起动和停止较方 便。其缺点是磁流体在高温下难以稳定，工作温度一般在-30～120