ГЕРМЕТИЧНЫЙ КОРПУС

Полезная модель может быть использована при создании герметичной проходки оптического излучения в замкнутые объемы контролируемых и/или управляемых приборов и устройств.
Известен малогабаритный подводный светильник, содержащий герметичный корпус, галогенную лампу и термостойкое окно, которое выполнено из пластины кристалла лейкосапфира, ось которого перпендикулярна главной оптической оси рефлектора. Термостойкое окно герметично перекрывает лицевую поверхность корпуса Патент Российской Федерации на изобретение №2115860, МПК: F21V 31/00, 1998 г. Недостатком аналога является недолговременная герметичность соединения термостойкого окна и корпуса, обусловленная применением уплотнительных колец. В качестве материала уплотнения применена радиационно-стойкая резина марки ИРП. Известно, что использование уплотнительных колец как отдельных элементов, установленных между составными частями устройства, а также, органических материалов, к которым относятся резины, налагает ограничения на температурные условия эксплуатации такого соединения и не позволяет решить задачу долговременной герметичности всего узла.
Известен герметичный корпус с входным окном из лейкосапфира, выполненный из алюмокерамики, в котором стенка герметичного корпуса через алюминиевую прокладку с двухсторонней отбортовкой соединена по всему периметру с входным окном. Патент Российской Федерации на полезную модель №128780, МПК: H01J 17/00, 2013 г. Прототип. Недостатком прототипа является ограниченная область применения соединения герметичного корпуса с входным окном, обусловленная использованием алюмокерамики. Использование алюмокерамических корпусных деталей в создании ответственных элементов приборов и устройств затруднено ввиду сложности их дальнейшего герметичного соединения с металлическими конструкциями. Кроме того, значительная разность в коэффициентах термического расширения алюмокерамического материала и металлов ограничивает температурный диапазон применения таких конструкций. Корпусные детали из алюмокерамики, ввиду их хрупкости, снижают надежность всего прибора или устройства, работающего в условиях воздействия жестких внешних факторов.
Данная полезная модель устраняет недостатки прототипа.
Техническим результатом полезной модели является расширение области применения, повышение надежности устройства.
Технический результат достигается тем, что герметичный корпус, содержащий входное окно, выполнен из нержавеющей стали, между входным окном и стенкой корпуса установлена металлическая демпфирующая оправа, зазор между входным окном и металлической демпфирующей оправой заполнен связующим материалом металлическим припоем или стеклоцементом, а металлическая демпфирующая оправа, соединена сваркой по всему периметру со стенкой герметичного корпуса.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично представлен поперечный разрез герметичного корпуса, где: 1 - стенка корпуса, 2 - металлическая демпфирующая оправа, 3 - входное окно, 4 - связующий материал металлический припой или стеклоцемент, 5 - сварной шов. Входное окно 3 изготовлено из кварцевой либо лейкосапфировой пластины. Металлическая демпфирующая оправа 2 изготовлена из титана. Стенка корпуса 1 может быть изготовлена из стали 12Х18Н10Т. В качестве связующего материала 4 использован металлический (медно-серебряный) припой ПСр-72 или стеклоцемент СЦНК 77-2. Сварной шов 5 сформирован сваркой.
Сборку производят следующим образом.
-3
Вариант с металлическим припоем. На металлической демпфирующей оправе 2 расположено входное окно 3 с возможно малым зазором. Сверху, на зазор накладывают связующий материал 4, а именно металлический припой в виде проволоки или штампованного кольца. Собранный узел помещают в печь и осуществляют пайку в вакууме (1,3×10 Па) при температуре, превышающей температуру плавления металлического припоя, обычно 800 -840°C. После пайки входного окна 3 и демпфирующей оправы 2 производят их отжиг для снижения внутренних напряжений.
Затем, демпфирующую оправу 2 соединяют с краем стенки корпуса 1 (по-возможности, в стенке корпуса для последующей сварки предусматривают тонкостенную часть - закраину для компенсации различия коэффициентов термического расширения материалов) посредством сварки по замкнутому контуру (используют, например, лазерную сварку).
2
Вариант со стеклоцементом. Связующий материал 4 стеклоцемент предварительно просушивают при температуре 190°C в течении 20 минут и засыпают на металлическую демпфирующую оправу 2. Обеспечивают спрессовку стеклоцемента (например, технологической втулкой) с удельным давлением около 15 г/см, получая при этом прочный промежуточный элемент кольцеобразной формы. Металлическую демпфирующую оправу 2 вместе со слоем спрессованного стеклоцемента нагревают до 370-400°C и выдерживают при этой температуре 1 минуту. После этого, остеклованное кольцо стеклоцемента, спаянное с поверхностью металлической демпфирующей оправы 2, соединяют с входным окном 3. Позиционируют входное окно 3 в металлической демпфирующей оправе 2, нагревают в печи до 370°C, выдерживают при этой температуре 1 час и, далее, со скоростью 5°C/мин. доводят температуру до 440°C. Выдерживают при этой температуре 30-60 минут, обеспечивая полную кристаллизацию стеклоцемента. Затем, полученную сборку остужают со скоростью, не более 3-5°C/мин. Скорость охлаждения выбирают в зависимости от геометрических размеров и материалов паяемых элементов, обеспечивая тем самым уменьшение возникающих внутренних напряжений. Далее производят отжиг сборки и, таким образом, устраняют возможные внутренние напряжения спая.
Получают вакуум-плотный закристаллизованный слой стеклоцемента с плавным швом пайки 5. Высоких вакуумных свойств данного соединения достигают благодаря отсутствию органических связующих веществ в пресс-порошке стеклоцемента.
Затем, демпфирующую оправу 2 соединяют с краем стенки корпуса 1 (по-возможности, в стенке корпуса для последующей сварки предусматривают тонкостенную часть - закраину для компенсации различия коэффициентов термического расширения материалов) посредством сварки по замкнутому контуру (используют, например, лазерную сварку). Режимы сварки и параметры сварного шва 5 выбирают исходя из толщин применяемых деталей.
Изготовление полезной модели не требует разработки новых технологий и оборудования. Процесс изготовления, при необходимости, может быть полностью автоматизирован.
Неразъемное соединение входного окна 3, металлической демпфирующей оправы 2 и стенки герметичного корпуса 1, исключающее необходимость применения полимерных уплотняющих или адгезионных органических материалов, имеющих ограниченный срок службы ввиду их разрушения под действием высоких эксплуатационных температур и прочих жестких внешних факторов, обеспечивает долговременную герметичность, повышая надежность конструкции и расширяя область применения устройства.
Введение металлической демпфирующей оправы 2 исключает влияние температурных напряжений в конструкции, обусловленное различием коэффициентов термического расширения материала входного окна 3 и стенки корпуса 1.