碱金属蒸汽池的玻璃窗口片与池壁金属密封结构制造技术

本发明专利技术公开了一种碱金属蒸汽池的金属与玻璃密封结构，包括一个螺纹压圈(1)，一个金属镜框(2)，一个玻璃窗口片(3)，一个内部带有楔形斜面的金属管(4)。在常温常压下，通过螺纹压圈(1)挤压金属镜框(2)，使金属镜框(2)一端楔形挡圈与金属管(4)楔形斜面接触部位向内产生形变，增加了金属镜框(2)、玻璃窗口片(3)、以及金属管(4)三者之间的接触面积和挤压力，具有极好的密封性。在高温高压下，由于以上三部分紧密接触，当蒸汽池温度在室温到200℃范围以内反复升降时，该密封结构可实现极佳的密封特性，可以承受至少5个大气压。本发明专利技术无需采用密封垫圈，避免了碱金属蒸汽与有机物产生化学反应，结构简单，易于加工实现。

Glass window sheet and pool wall metal sealing structure of alkali metal steam pool

The invention discloses a metal vapor pool of alkali metal and glass sealing structure, including a threaded ring (1), a metal frame (2), a glass window piece (3), with a wedge slope inside the metal tube (4). Under normal temperature and pressure, through the threaded ring (1) extrusion metal frame (2), the metal frame (2) end wedge retainer ring and the metal tube (4) wedge inclined contact parts deformed inward, increasing the metal frame (2), the glass window piece (3), and the metal tube (4) contact the area between the three and the extrusion pressure, with excellent sealing performance. Under high temperature and high pressure, due to the above three parts in close contact, when the steam tank at room temperature within 200 DEG C repeatedly rises, the sealing structure can achieve excellent sealing properties, can withstand at least 5 atmospheres. The invention does not need to adopt a sealing washer to avoid the chemical reaction between the alkali metal vapor and the organic matter, and has the advantages of simple structure and easy processing.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碱金属蒸汽激光
，特别涉及一种在反复升降温情况下，实现耐高压碱金属(钠、钾、铷、铯等)蒸汽样品池的玻璃窗口片与池壁金属密封结构。
技术介绍
近年来，半导体泵浦碱金属激光器(Diodepumpedalkalilaser，DPAL)由于其自身的高增益系数而被认为是新一代高能激光的热门体系。DPAL具有气体激光器的光束质量好、定标放大性好等优点。此外DPAL的量子效率非常高，波长具有非常好的大气传输特性，因此在高能激光领域有着广阔的发展空间。但是碱金属常温下为固态，其蒸汽压非常低，需要加热到100-200℃，来提高碱金属的蒸汽压从而提高DPAL的能量输出。此外，碱金属蒸汽的吸收为原子吸收，其线宽非常窄(100MHz量级)，而泵浦二极管的线宽非常宽，即使采用体布拉格光栅压窄技术，其线宽也通常远大于30GHz，存在着非常严重的泵浦线宽与碱金属蒸汽吸收线宽的不匹配，严重影响DPAL的泵浦效率，因此需要采用添加高压缓冲气体的方式来增加碱金属蒸汽的吸收线宽，提高DPAL的泵浦效率。因此碱金属蒸汽样品池通常要求耐高温、高压。对于碱金属蒸汽池的玻璃窗口片与池壁金属密封，无法采用加诸如聚四氟垫圈和金属垫圈等传统的密封手段。碱金属都具有极强的活泼性，在高温高压条件下，极易与聚四氟垫圈等有机材料发生化学反应。而金属垫圈由于其热膨胀不均匀，仅依赖金属垫圈也难以在高温下满足玻璃与金属密封。目前，对碱金属蒸汽池的玻璃窗口片与池壁金属密封，多采用特殊设计的密封结构来实现，虽然多数密封结构在碱金属蒸汽池持续加热的情况下可以满足密封，但多次升降温后，由于金属与玻璃之间的热膨胀系数不一致，会造成金属与玻璃密封部位的过度形变，无法保证其密封性。然而，对碱金属蒸汽池进行多次重复性和优化实验研究时，又需要对其进行反复升降温，这就对碱金属蒸汽池玻璃窗口片与池壁金属之间的密封性提出了挑战。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供了一种实现钠、钾、铷、铯等碱金属蒸汽样品池玻璃窗口片与池壁金属密封的结构，在高温高压情况下可保证蒸汽池的密封性，并且能够明显有效地解决大幅温度反复升降条件下，碱金属蒸汽池玻璃窗口片与池壁金属密封性差的问题。本专利技术的技术方案如下：一种用于钠、钾、铷、铯等碱金属激光器蒸汽池的玻璃窗口片与池壁金属密封结构，包括一个一端管口附近带有楔形斜面的金属管，所述管口处的圆管内径大于金属圆管其它位置处的内径，所述楔形斜面是指管口处的管腔与金属管管腔之间通过圆锥台形管腔过渡连接，圆锥台形管腔的下底面和上底面分别与管口处的管腔径向截面面积和金属管管腔径向截面面积相等；一玻璃窗口片，其左侧为圆柱形、右侧为圆锥台形，圆锥台的下底面与圆柱形右侧端面连接在一起、且面积相等；一金属镜框，其左侧为圆环形、右侧为圆锥台形，圆锥台的下底面与圆环右侧端面连接在一起、且外径相等，圆锥台形下底面侧开设有圆柱状凹槽，凹槽的远离圆环一端的底部开设有圆锥台的通孔，形成一楔形挡圈，通孔的下底面与凹槽直径相等，通孔的上底面直径为A，凹槽直径B小于圆环的内径C；玻璃窗口片放置于金属镜框内部，玻璃窗口片圆柱形一侧面向金属镜框的圆环一侧，玻璃窗口片圆柱形直径小于圆环的内径C、大于凹槽直径B、且小于等于通孔的上底面直径A；金属镜框通孔的上底面直径A介于金属管的圆锥台形管腔的上下底面直径之间；玻璃窗口片圆柱形直径大于金属管圆锥台形管腔的上底面直径；固定了玻璃窗口片的金属镜框从金属管的管口一侧放入金属管的圆锥台形管腔内，金属镜框的圆环一侧面向管口一侧；金属管的管口处设有内螺纹，一个带有外螺纹的圆环状螺纹压圈螺合于金属管的管口内；通过圆环状螺纹压圈的螺合挤压金属镜框使金属镜框与玻璃窗口片、以及金属管形成密封。金属管楔形斜面上底面的内径取值一般为玻璃窗口片外口径的90％～99％，楔形斜面与金属镜框接触面之间存在一个小角度，一般在0.5°～10°之间。金属镜框内侧楔形挡圈与玻璃窗口片接触面之间的夹角一般在0.5°～10°之间，角度范围由窗口片的硬度决定，玻璃窗口片的直径不能超过25mm，否则极易被压碎。金属材料的选择首先要保证不能与碱金属发生化学反应，因为部分合金材料所含成分在高温下会易与碱金属发生化学反应；其次是金属材料硬度的选择，金属镜框材料的硬度要低于金属管和玻璃窗口片，以保证在常温下的密封；第三，在满足以上两个条件后，还要考察金属材料和窗口片材料的热膨胀系数，以保证在高温高压下的密封，由于金属的热膨胀系数高于玻璃，因此金属镜框选择的金属材料热膨胀系数要偏小，尽可能与窗口片热膨胀系数相接近，例如无氧铜等；窗口片选择的材料热膨胀系数尽可能要大，例如K9玻璃等，而石英、蓝宝石等窗口材料的膨胀系数偏小并不合适，金属管可以选择较硬的材质，例如黄铜等。在常温常压下，通过螺纹压圈挤压金属镜框，使金属镜框一端楔形挡圈与金属管楔形斜面接触部位产生形变，增加了接触面积和挤压力。由于金属镜框楔形挡圈向内部产生形变，间接增加了与玻璃窗口片的接触面积和挤压力，因此使金属管楔形斜面、金属镜框、以及玻璃窗口片三者之间紧密接触，具有极好的密封性。在高温高压下，由于以上三部分紧密接触，会产生形变互补，始终保持较大的接触面积和挤压力，实现极佳的密封特性，该密封结构允许蒸汽池温度在室温到200℃范围内反复升降，并且可以至少承受5个大气压。与传统的密封结构相比，本专利技术所述的用于钠、钾、铷、铯等碱金属蒸汽样品池玻璃窗口片与池壁金属密封结构有如下几个优点：1)、密封结构未采用密封垫圈，因而不存在碱金属蒸汽与有机材料发生化学反应的问题；2)、本密封结构可使金属管楔形斜面、金属镜框、以及玻璃窗口片三者之间紧密接触，保持较大的接触面积和挤压力，产生形变互补，因此在高温高压，以及大幅度反复升降温情况下，具有极佳的密封效果。3)、本密封结构设计简单，易于加工实现。附图说明图1为本专利技术实现可反复升降温的钠、钾、铷、铯等碱金属蒸汽样品池玻璃与金属密封结构示意图。其中1-带有外螺纹的圆环状螺纹压圈，2-金属镜框，3-玻璃窗口片，4-内部带有楔形斜面的金属管。具体实施方式结合附图1，说明本专利技术的具体实施方式。实施例1本专利技术主要结构包括：一个圆环状螺纹压圈1，一个金属镜框2，一个玻璃窗口片3，一个内部带有楔形斜面的金属管4。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
碱金属蒸汽池的玻璃窗口片与池壁金属密封结构，其特征在于：包括一个一端管口附近带有楔形斜面的金属管(4)，所述管口处的圆管内径大于金属圆管其它位置处的内径，所述楔形斜面是指管口处的管腔与金属管管腔之间通过圆锥台形管腔过渡连接，圆锥台形管腔的下底面和上底面分别与管口处的管腔径向截面面积和金属管管腔径向截面面积相等；一玻璃窗口片(3)，其左侧为圆柱形、右侧为圆锥台形，圆锥台的下底面与圆柱形右侧端面连接在一起、且面积相等；一金属镜框(2)，其左侧为圆环形、右侧为圆锥台形，圆锥台的下底面与圆环右侧端面连接在一起、且外径相等，圆锥台形下底面侧开设有圆柱状凹槽，凹槽的远离圆环一端的底部开设有圆锥台的通孔，形成一楔形挡圈，通孔的下底面与凹槽直径相等，通孔的上底面直径为A，凹槽直径B小于圆环的内径C；玻璃窗口片(3)放置于金属镜框(2)内部，玻璃窗口片(3)圆柱形一侧面向金属镜框(2)的圆环一侧，玻璃窗口片(3)圆柱形直径小于圆环的内径C、大于凹槽直径B、且小于等于通孔的上底面直径A；金属镜框(2)通孔的上底面直径A介于金属管(4)的圆锥台形管腔的上下底面直径之间；玻璃窗口片(3)圆柱形直径大于金属管(4)圆锥台形管腔的上底面直径；固定了玻璃窗口片(3)的金属镜框(2)从金属管(4)的管口一侧放入金属管(4)的圆锥台形管腔内，金属镜框(2)的圆环一侧面向管口一侧；金属管(4)的管口处设有内螺纹，一个带有外螺纹的圆环状螺纹压圈(1)螺合于金属管(4)的管口内；通过圆环状螺纹压圈(1)的螺合挤压金属镜框(2)使金属镜框(2)与玻璃窗口片(3)、以及金属管(4)形成密封。...

【技术特征摘要】
1.碱金属蒸汽池的玻璃窗口片与池壁金属密封结构，其特征在
于：包括一个一端管口附近带有楔形斜面的金属管(4)，所述管口处
的圆管内径大于金属圆管其它位置处的内径，所述楔形斜面是指管口
处的管腔与金属管管腔之间通过圆锥台形管腔过渡连接，圆锥台形管
腔的下底面和上底面分别与管口处的管腔径向截面面积和金属管管
腔径向截面面积相等；
一玻璃窗口片(3)，其左侧为圆柱形、右侧为圆锥台形，圆锥台
的下底面与圆柱形右侧端面连接在一起、且面积相等；
一金属镜框(2)，其左侧为圆环形、右侧为圆锥台形，圆锥台的
下底面与圆环右侧端面连接在一起、且外径相等，圆锥台形下底面侧
开设有圆柱状凹槽，凹槽的远离圆环一端的底部开设有圆锥台的通
孔，形成一楔形挡圈，通孔的下底面与凹槽直径相等，通孔的上底面
直径为A，凹槽直径B小于圆环的内径C；
玻璃窗口片(3)放置于金属镜框(2)内部，玻璃窗口片(3)
圆柱形一侧面向金属镜框(2)的圆环一侧，玻璃窗口片(3)圆柱形
直径小于圆环的内径C、大于凹槽直径B、且小于等于通孔的上底面
直径A；金属镜框(2)通孔的上底面直径A介于金属管(4)的圆
锥台形管腔的上下底面直径之间；玻璃窗口片(3)圆柱形直径大于
金属管(4)圆锥台形管腔的上底面直径；
固定了玻璃窗口片(3)的金属镜框(2)从金属管(4)的管口
一侧放入金属管(4)的圆锥台形管腔内，金属镜框(2)的圆环一侧
面向管口一侧；金属管(4)的管口处设有内螺纹，一个带有外螺纹
的圆环状螺纹压圈(1)螺合于金属管(4)的管口内；通过圆环状螺

【专利技术属性】
技术研发人员：胡墅，郭敬为，刘金波，金玉奇，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21