容易被忽视的连接 —超高真空系统的电气馈通
简述：
真空系统在各个行业的应用越来越普遍。如电子真空加工系统、电池真空生产系统、蒸发镀膜真空系统、废液真空回收系统、物料浓缩结晶真空系统、食品真空系统等等。超高真空密封电气馈通件的制造越复杂，是一项高度专业化的技术，世界各地的公司都拥有，但如何与这些电气设备连接却往往被大多数人忽视。科学家、工程师和技术人员通常需要自行解决产品的连接缺陷。事实上，大多数馈通件制造商认为他们的参与在真空腔体连接的地方结束。
真空系统，组装质量的高低直接决定了真空系统性能的优劣。连接处密封不漏气和具有足够的机械强度是真空组装技术的关键。而所选连接技术必须设计得当，适用于机械强度、温度和变交热负载以及所需气密性相关的要求。
真空馈通是什么？
图一：真空馈通
一种组件，其主要目的是将物质或能量从密封真空室的外部传递到内部。真空馈通件必须在高真空和超高真空下保持无泄漏。
在科学和真空工业系统中，真空馈通、电气馈通、陶瓷馈通、玻璃馈通和密封馈通这些术语通常可以互换使用而不管它们的细微差别。但是，您可能会问自己“这些术语之间的真正区别是什么？” 当用于描述用于真空室的馈通时，密封馈通和真空馈通这两个术语实际上是相同的。两者都必须是密封的。电气馈通可以使用陶瓷或玻璃制造，这是其他相关术语的来源。有许多类型/样式的真空馈通件，并使用各种技术制造。
真空馈通方案
一、真空系统的连接方式
真空系统，组装质量的高低直接决定了真空系统性能的优劣。连接处密封不漏气和具有足够的机械强度是真空组装技术的关键。
1、电气馈通– 真空馈通，其主要设计/功能是将电能输送到真空系统中。单针和多针设计是常规制造的。
图二：电气馈通
- 玻璃对金属（良好） ——玻璃的结晶非晶特性促进了低损耗信号传输。
- 匹配密封：从玻璃和金属氧化物之间的结合中获得强度。玻璃和金属具有大致相同的热膨胀系数。
- 压缩密封：当玻璃和金属具有不同的热膨胀系数时产生，并且金属在冷却时压缩在凝固的玻璃周围。压缩密封件可以承受非常高的压力，并用于各种工业应用。
- 陶瓷对金属（良好） ——密封件是玻璃的替代品。由于在需要坚固密封的高应力环境中具有出色的密封性能，陶瓷密封件超出了玻璃对金属密封件的设计限制。在玻璃还是陶瓷之间进行选择取决于应用、重量、散热解决方案和材料要求
- 微晶玻璃金属 (最佳) – 密封件是真空馈通件的最佳选择，因为它们结合了压缩密封、低信号损失和在高应力环境中的卓越性能的优点。
- 环氧树脂 （差） ——密封件非常经济，但有许多限制，包括除气问题，并且通常限于 100 摄氏度的工作温度。
- 胶水或橡胶（差） ——密封件也很经济，但与环氧树脂有相同的局限性，但更极端。
2、液体和气体馈通: 真空馈通，其主要设计/功能是将液体或气体带入和带出真空系统。此类真空馈通的密封件包括金属对金属型锻或可变形金属垫圈。
图三：液体和气体馈通
3、运动和操纵馈通: 一种真空馈通，其主要设计/功能是通过机械方式将运动（动能）传递到真空系统中。
图四：运动和操纵馈通
- 波纹管密封(最佳) – 通常在旋转和直线型馈通件中焊接波纹管组件。这些类型的馈通件采用 316 不锈钢制造，通常额定温度为 250 摄氏度，无除气，额定用于超高真空环境。
- O 形圈（良好） ——通常由 Viton、Buna-N 或 Kalrez 化合物制成。O 形圈的使用寿命比波纹管短。O 形环密封真空馈通件的额定温度通常为 80-150 摄氏度，仅用于高真空应用。
- 铁磁流体 （昂贵） ——一个独特的旋转接口充满了铁磁流体，通过永磁体的磁场悬浮在适当的位置，以产生气密的真空密封。
图五：磁流体馈通
4、光纤馈通：真空馈通，其主要设计/功能是将发射光通过光纤电缆组件传输到真空系统中。
- 玻璃到金属缓冲密封 (最佳) – 使用玻璃陶瓷压缩（如上所述）密封技术在纤维和金属之间进行密封。额定温度为 250 摄氏度，适用于超高真空应用。
- 环氧树脂 密封（差） – 密封很经济，但有许多限制，包括除气问题，并且通常限于 100 摄氏度的工作温度。
5、视窗馈通– 真空馈通的一种，其主要设计/功能是真空系统内外的视觉、光学或宽带能量传输。
图六：玻璃视窗
- 钎焊密封- 真空观察窗使用各种高温钎焊合金密封到金属上。钎焊在真空或可控气氛炉内进行。接合的蓝宝石或石英，此后钎焊过程简单地将两个金属表面-光盘将金属通过第一结晶/无定形衬底上制造金属化表面来完成的。蓝宝石视口使用含金合金密封，适用于高达 450C 的温度，但仅适用于小直径尺寸。另一方面，石英和熔融石英需要更软（可延展）的铅银合金，最高工作温度为 200C。
