用于金属的密封的方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种用于负压能量传递系统中的马氏体金属预压缩的气密密封组件及其制造方法。该组件包括设置在蓝宝石窗口之间并与之接触的马氏体金属。该组件具有内部通道以适应马氏体金属的膨胀和收缩。在不同的实施例中包括正压紧固件和波纹管元件的气密密封装置在组件的周边处使用，以使得能够在从环境温度到低温的温度范围内操作而不损失完整性或泄漏。

Methods and equipment for metal sealing

The invention discloses a martensite metal pre-compression gas-tight sealing assembly used in a negative pressure energy transfer system and a manufacturing method thereof. The assembly includes martensitic metals arranged between and in contact with sapphire windows. The assembly has internal channels to accommodate the expansion and contraction of martensitic metals. In different embodiments, air-tight sealing devices including positive pressure fasteners and bellows elements are used at the periphery of the components so that they can be operated from ambient temperature to low temperature without loss of integrity or leakage.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于金属的密封的方法和设备本申请根据35U.SC§119要求于2016年5月23日提交的美国序列号62/340054和2016年10月27日提交的美国序列号62/413501的临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及在包括但不限于利用负压能量传递的储能装置中气密密封马氏体金属，例如锂。在一个实践中，本专利技术涉及气密密封蓝宝石窗口，在所述蓝宝石窗口之间设置马氏体金属，该组件在前述储能装置中作为其低温应用的一部分进行预压缩。
技术介绍
在利用低温温度的负压能量传递系统中，例如，在美国专利No.5113661和7581403以及Deeks，D.H，“EntropyDrivenAbsoluteNegativePressureSystemsfortheFutureofElectricPower”，IEEEXPlore2015中描述的(其中的每一个的内容通过引用并入本文)，有必要使马氏体金属(例如锂)的预压缩在塑性点的范围内。施加这种压力对于低温应用的开始是时间关键的，因为必须避免马氏体金属的破裂。通过将金属密封件焊接或硬钎焊到蓝宝石上以进行这种加压的气密密封已被证明是有问题的。例如，诸如钼的金属或诸如KOVAR的合金(其是匹配蓝宝石窗口的热膨胀系数所必需的)可以硬钎焊到每个蓝宝石窗口。然而，将KOVAR直接硬钎焊到每个蓝宝石窗口，然后将这两个密封件焊接在一起会导致密封件中的潜在变形，从而导致完整性的损失。直接硬钎焊和焊接的钼密封件存在同样的问题并且也难以加工，因此在商业上不可行。此外，这些密封件的焊接和/或硬钎焊在一起需要对这样组装的部件进行退火，同时包含马氏体金属，例如锂，这会引起与马氏体金属和蓝宝石的化学反应。因此需要一种气密和商业实践的密封件并改善上述问题。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术涉及一种用于预压缩马氏体金属的气密密封组件，该组件组合地包括：第一蓝宝石窗口和第二蓝宝石窗口，第一和第二蓝宝石窗口相对于彼此设置以限定两者之间的空间；设置在该空间中并与第一和第二蓝宝石窗口接触的马氏体金属，第一和第二蓝宝石窗口构造成围绕马氏体金属的周边限定内部通道，内部通道从该空间向外延伸并且尺寸构造成在内部通道内容纳马氏体金属的膨胀和收缩；和用于联接第一和第二蓝宝石窗口并气密密封该空间和内部通道的装置。在一个实施例中，用于联接和气密密封的装置包括：置于第一和第二蓝宝石窗口之间的垫圈，垫圈围绕第一和第二蓝宝石窗口的周边延伸；以及多个紧固件，其可以包括正压部件，以固定垫圈和第一和第二蓝宝石窗口。在另一实施例中，用于联接和气密密封的装置包括金属密封构件，该金属密封构件置于第一和第二蓝宝石窗口之间，并围绕第一和第二蓝宝石窗口的周边延伸。金属密封构件可以包括分别固定到第一和第二蓝宝石窗口的第一和第二金属密封件，以及置于第一和第二金属密封件之间的波纹管元件。波纹管元件可以是具有基本上一个或多个U形横截面的金属环。在另一个实施例中，公开了一种气密密封用于预压缩马氏体金属的组件的方法。在一种实践中，采用可选地具有正压部件的周边紧固件和垫圈。在另一个实施例中，波纹管元件，例如具有一个或多个U形横截面的金属波纹管环被硬钎焊或焊接到金属密封件上，金属密封件通过硬钎焊或软钎焊到位于蓝宝石窗口的内周边上的金属化区域而固定到第一和第二蓝宝石窗口。附图说明图1以横截面示出了在环境温度下采用垫圈的本专利技术的组件的实施例。图2以横截面示出了在低温温度下的图1的实施例。图3以横截面示出了用于本专利技术的组件的蓝宝石窗口的实施例。图3A示出了具有金属化区域的本专利技术的蓝宝石窗口的内面的平面图。图4以横截面示出了图3的具有固定的金属密封件蓝宝石窗口。图4A以横截面示出了本专利技术的波纹管元件的实施例。图4B是图4A的波纹管元件的透视图。图5以横截面示出了在环境温度下采用金属密封元件的本专利技术的另一个实施例。图6以横截面示出了在低温温度下的图5的实施例。具体实施方式详细参照图1，示出了根据本专利技术的采用垫圈的用于预压缩马氏体金属的气密密封组件的一个实施例的横截面图。图1的组件在环境温度下示出。该组件包括第一蓝宝石窗口2和第二蓝宝石窗口4，它们在空间上相对于彼此定位以在其间形成空间，在该空间内设置有马氏体金属9。蓝宝石窗口2和4可以是任何几何形状，例如圆形、矩形、正方形等。在一种实践中，蓝宝石窗口2和4是圆形的并且尺寸基本相同，具有基本相同的大小，优选地形状相同并且具有与本文所讨论的特征相同的尺寸。在负压能量传递系统的背景下，例如，在美国专利No.5113661和7581403以及Deeks，D.H，“EntropyDrivenAbsoluteNegativePressureSystemsfortheFutureofElectricPower”，IEEEXPlore2015中描述的，蓝宝石窗口2和4的厚度越薄，热传递越大；然而，蓝宝石窗口越薄，它变得越弱，导致需要将晶格或格栅图案附接到一个或两个蓝宝石窗口的外表面以加强它们。蓝宝石窗口的厚度也会影响激光束通过的低温冷却的熔融石英微透镜组件的焦点。该光束由标准激光器或熔融石英光纤耦合激光器产生。激光束用于通过作用于马氏体金属中的光学掺杂材料来驱动该过程。该光学掺杂可以采用碳化硼(掺杂剂)和/或其他硬质高熔点材料的形式，并且可以包括嵌入金属锂中的一个或多个靶物。一个或多个微透镜组件用于聚集激光束，以便将光学掺杂物加热到大于预压缩的马氏体金属的沸点的温度，但不将激光束集中到足以损坏光学掺杂(掺杂物)的强度。激光束在穿过蓝宝石窗口时必须充分聚焦，以免在掺杂材料上产生太小的光斑尺寸，并且避免使激光束的强度大大超过驱动应用所需的强度，否则低温冷却的熔融石英透镜组件会性能降低。考虑到这些参数，如图3中更详细所示，第一蓝宝石窗口2具有从外边缘2a偏移距离“d”并围绕蓝宝石窗口的内部面的周边延伸的凹槽15a，而第二蓝宝石窗口4具有从外边缘4a偏移距离“d”并围绕蓝宝石窗口的内部面的周边延伸的凹槽15b。蓝宝石窗口2和4在空间上定位以在内面16a和16b之间形成空间，马氏体金属9设置在该空间内。任何马氏体金属都可用于9，优选金属锂，包括马氏体金属的同位素，例如合金化和/或光学掺杂和/或电子或磁性掺杂的锂。如图1所示，马氏体金属9与第一和第二蓝宝石窗口的内面16a和16b接触。凹槽15a和15b构造成使得当它们叠置或对齐时，它们限定内部通道(或空隙)10，其向外延伸并且还优选地从设置马氏体金属9的空间垂直地延伸以在马氏体金属在环境温度(例如约25℃)和低温温度(例如约-250℃)之间循环时容纳马氏体金属的膨胀和收缩。如图所示，内部通道10的横截面基本上是矩形的，但是也可以采用其他横截面形状。马氏体金属9具有周边。固定到周边并围绕其延伸的是抑制装置8(containmentmeans)。抑制装置构造成当组件处于低温温度时在内部通道10与第一和第二蓝宝石窗口2和4之间形成密封。在一个实施例中，抑制装置包括垫片。用于抑制装置的结构材料包括但不限于不锈钢(例如316不锈钢)、镍、铁-镍-钴合金(例如市售的KOVAR)、镍-铁合金(例如市售的INVAR)、或其组合。该组件具有用于联接第一和第二蓝宝石窗口并气密密封内部通道10和马本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于预压缩马氏体金属的气密密封组件，包括：第一和第二蓝宝石窗口，在第一和第二蓝宝石窗口之间具有空间；马氏体金属，其设置在所述空间中并与第一和第二蓝宝石窗口接触，第一和第二蓝宝石窗口构造成围绕马氏体金属的周边限定内部通道，所述内部通道从所述空间向外延伸并且尺寸构造成允许内部通道内的马氏体金属的膨胀和收缩；和用于联接第一和第二蓝宝石窗口并气密密封所述空间和内部通道的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.23 US 62/340,054;2016.10.27 US 62/413,5011.一种用于预压缩马氏体金属的气密密封组件，包括：第一和第二蓝宝石窗口，在第一和第二蓝宝石窗口之间具有空间；马氏体金属，其设置在所述空间中并与第一和第二蓝宝石窗口接触，第一和第二蓝宝石窗口构造成围绕马氏体金属的周边限定内部通道，所述内部通道从所述空间向外延伸并且尺寸构造成允许内部通道内的马氏体金属的膨胀和收缩；和用于联接第一和第二蓝宝石窗口并气密密封所述空间和内部通道的装置。2.如权利要求1所述的组件，还包括，抑制装置，其围绕马氏体金属的周边延伸并固定到马氏体金属的周边。3.如权利要求2所述的组件，其中，所述抑制装置构造成在低温温度下在内部通道与第一和第二蓝宝石窗口之间形成密封。4.如权利要求3所述的组件，其中，所述抑制装置是垫片。5.如权利要求4所述的组件，其中，所述垫片由不锈钢、镍、铁-镍-钴合金、镍-铁合金或其组合组成。6.如权利要求1所述的组件，其中，用于联接第一和第二蓝宝石窗口并气密密封所述空间的装置位于第一和第二蓝宝石窗口的周边。7.如权利要求6所述的组件，其中，用于联接第一和第二蓝宝石窗口并气密密封所述空间的装置包括置于第一和第二蓝宝石窗口之间并围绕第一和第二蓝宝石窗口的周边延伸的垫圈，以及用于固定垫圈和第一和第二蓝宝石窗口的多个紧固件。8.如权利要求7所述的组件，其中，所述紧固件包括正压部件。9.如权利要求8所述的组件，其中，所述正压部件选自由垫片、弹簧、碟形弹簧、波形弹簧、贝氏碟形弹簧、弹簧垫片及其组合组成的组。10.如权利要求7所述的组件，其中，所述垫圈具有与蓝宝石窗口基本相同的热膨胀系数。11.如权利要求10所述的组件，其中，所述垫圈由玻璃填充PTFE、PTFE、不锈钢、聚四氟乙烯、镍、铁-镍-钴合金、镍-铁合金或其组合组成。12.如权利要求6所述的组件，其中，用于联接第一和第二蓝宝石窗口并气密密封所述空间的装置包括金属密封构件，其置于第一和第二蓝宝石窗口之间，并围绕第一和第二蓝宝石窗口的周边延伸。13.如权利要求12所述的组件，其中，所述金属密封构件包括第一金属密封件，所述第一金属密封件固定到第一蓝宝石窗口；第二金属密封件，所述第二金属密封件固定到第二蓝宝石窗口；和置于第一和第二金属密封元件之间并附接到第一和第二金属密封元件的波纹管元件。14.如权利要求13所述的组件，其中，所述第一金属密封件通过硬钎焊或软钎焊到第一蓝宝石窗口上的金属化区域而固定到第一蓝宝石窗口，所述第二金属密封件通过硬钎焊或软钎焊到第二蓝宝石窗口上的金属化区域而固定到第二蓝宝石窗口。15.如权利要求13所述的组件，其中，所述波纹管元件是环并且具有基本上U形的横截面，并且通过硬钎焊或焊接或其组合附接到第一和第二密封元件。16.如权利要求13所述的组件，其中，所述第一金属密封件、第二金属密封件和波纹管元件具有基本相同的热膨胀系数。17.如权利要求16所述的组件，其中，所述第一金属密封件、第二金属密封件和波纹管元件各自独立地由不锈钢，镍，铁-镍-钴合金，镍-铁合金或其组合构成。18.如权利要求1所述的组件，还包括，用于压缩和减压第一和第二蓝宝石窗口同时保持与马氏体金属接触的装置。19.如权利要求18所述的组件，其中，用于压缩和减压的装置位于第一蓝宝石窗口、第二蓝宝石窗口或两者的外表面上。20.如权利要求19所述的组件，其中，用于压缩和减压的装置选自由垫片、弹簧、碟形弹簧、波形弹簧、贝氏碟形弹簧、弹簧垫片及其组合组成的组。21.如权利要求1所述的组件，还包括，位于第一蓝宝石窗口、第二蓝宝石窗口或两者的外表面上的微透镜。22.如权利要求1所述的组件，其中，马氏体金属是锂。23.如权利要求22所述的组件，其中，锂包含掺杂剂。24.一种密封用于预压缩马氏体金属的组件的方法，包括：(i)提供用于预压缩马氏体金属的组件，其包括第一和第二蓝宝石窗口，在第一和第二蓝宝石窗口之间具有空间，并且其具有设置在所述空间中并与第一和第二蓝宝石窗口接触的马氏体金属，第一和第二蓝宝石窗口构造成围绕马氏体金属的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔H迪克斯，
申请(专利权)人：丹尼尔H迪克斯，
类型：发明
国别省市：美国,US