Герметичный корпус

Полезная модель может быть использована при изготовлении герметичного ввода лазерного излучения в рабочий объем технологических установок, осуществляющих обработку материалов в вакууме или в среде инертных газов, а также в экспериментальных установках для исследования плоских ударных волн в твердых телах, возникающих при абляции материала с их поверхности.
Известно устройство термостатирования передающей телевизионной трубки, размещенной в герметичном корпусе. Входное окно передающей телевизионной трубки выполнено из пластины кристалла лейкосапфира. Патент Российской Федерации на изобретение RU 2069392, МПК G21C 17/08, H01J 31/38, 20.11.1996.
Известен также облучатель, в котором окно выполнено из лейкосапфира. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 5346, МПК A61N 5/06, 16.11.1997.
Известен двухэлектродный разрядник, содержащий корпус, в котором расположены катод, имеющий острие и выполненный из сплава ВНБ-3 анод, выполненный с отверстием в центре, и прозрачное окно для ввода луча лазера. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 119935, МПК H01J 17/64, 25.05.2012.
Известен герметичный корпус с входным окном из лейкосапфира, у которого герметичный корпус выполнен из алюмокерамики, а стенка герметичного корпуса через алюминиевую прокладку с двухсторонней отбортовкой соединена по всему периметру с входным окном из лейкосапфира диффузной сваркой. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 128780, МПК H01J 17/00, 27.05.2013.
Известен герметичный корпус из алюмокерамики, в котором стенка корпуса через прокладку с двухсторонней отбортовкой соединена по всему периметру с входным окном из лейкосапфира, причем прокладка с двухсторонней отбортовкой выполнена из титана, а с обеих сторон прокладки расположена алюминиевая фольга. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 138893, МПК H01J 17/00, 27.03.2014.
Недостатком перечисленных аналогов является низкая функциональная возможность входного окна, представляющего собой плоскопараллельную пластину. Во многих электрофизических установках и приборах требуется не только пропускать управляющее (воздействующее) лазерное излучение, но и фокусировать его. С этой целью дополнительно используют фокусирующие линзы, что усложняет конструкцию установок или приборов и увеличивает потери на отражение излучения.
Известен также герметичный корпус, включающий стенку корпуса, которая через прокладку, выполненную из титана, с двухсторонней отбортовкой, снабженную с обеих сторон алюминиевой фольгой, соединена по всему периметру с входным окном из лейкосапфира, выполненным в виде плоско-выпуклой фокусирующей линзы, плоская поверхность которой обращена к прокладке. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 156784, МПК H01J 17/00, 20.11.2015. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа, как и аналогов, является низкая функциональная возможность входного окна, обусловленная тем, что лазерное излучение фокусируется в одну точку. В некоторых технологических установках лазерной обработки материалов при фокусировке лазерного излучения в несколько точек возможна одновременная обработка нескольких деталей. Кроме того, фокусировка лазерного излучения в несколько точек может быть необходима для возбуждения ударных волн в твердых телах для изучения их свойств, для создания плоского фронта детонационной волны во взрывчатых веществах. Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Экспериментальные профили ударных волн в конденсированных веществах. - М.: Физматлит, 2008. - 248 с.
Техническим результатом полезной модели является расширение ее функциональных возможностей за счет фокусировки лазерного излучения в несколько точек в фокальной плоскости.
Технический результат достигается тем, что в герметичном корпусе, в котором стенка корпуса, которая через прокладку с двухсторонней отбортовкой, выполненную из титана и снабженную с обеих сторон алюминиевой фольгой, соединена по всему периметру с входным окном, выполненным из прозрачного в заданном оптическом диапазоне материала, которое имеет пирамидально-цилиндро-сферическую форму, причем пирамидальная поверхность входного окна обращена навстречу лазерному пучку и имеет количество боковых граней, равное количеству необходимых точек фокусировки лазерного излучения, а сферическая поверхность обращена внутрь герметичного корпуса.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично представлено сечение и вид сверху герметичного корпуса, где: 1 - стенка корпуса, 2 - титановая прокладка, 3 - алюминиевая фольга, 4 - входное окно. Верхняя часть окна 4 представляет собой пирамиду с углом α при основании, средняя часть - цилиндр, нижняя - плоско-выпуклую сферическую линзу. Количество k боковых граней пирамиды равно количеству необходимых точек фокусировки; параллельный лазерный пучок делится на k пучков секторальной формы, и каждый пучок отклоняется от первоначального направления на угол
где α - угол при основании пирамиды;
n - показатель преломления материала входного окна.
На чертеже показано входное окно 4, верхняя часть которого представлено пирамидой, имеющей шесть боковых граней.
Далее лазерные пучки, пройдя цилиндрическую часть входного окна, плоско-выпуклой сферической линзой фокусируются в ее фокальной плоскости F в k точек на окружности, радиус которой определяется по уравнению
где ƒ - фокусное расстояние линзы, образованной сферической поверхностью входного окна 4.
На чертеже также показан ход лучей A, B и C лазерного пучка согласно законам геометрической оптики, показывающий возможность фокусировки k лазерных пучков в фокальной плоскости F.
Входное окно 4 может быть изготовлено следующим образом. Из цилиндрической заготовки диаметром, равным внешнему диаметру герметичного корпуса 1, вначале при помощи шлифовки и полировки на одном торце заготовки формируют пирамидальную поверхность, имеющую k боковых граней. Затем при помощи шлифовки и полировки на втором конце заготовки формируют сферическую поверхность. Затем последовательно часть пирамидальной и часть сферической поверхностей входного окна 4 посредством шлифования удаляют до размеров несколько меньше внутреннего диаметра герметичного корпуса 1 для формирования посадочного кольца 5 входного окна 4.
-7
Изготовление герметичного корпуса осуществляют следующим образом. Собранное изделие, в котором на стенке корпуса 1 установлена титановая прокладка 2 с двухсторонней отбортовкой, алюминиевая фольга 3 с обеих сторон прокладки 2 и входное окно 4, помещают в рабочую камеру установки диффузной сварки. Проводят откачку в рабочей камере до давления ≈10 Торр. Затем проводят активацию алюминия через окисную пленку на поверхности алюминиевой фольги 3 путем выдержки изделия при температуре (520-660)°C в течение (60-90) минут без силового воздействия. Затем при осевом силовом воздействии более 350 Н изделие выдерживают при температуре (400-580)°C в течение (30-60) минут. При физическом контакте происходят диффузные процессы стенки корпуса 1 и окна 4 с алюминиевой фольгой 3 как по поверхности алюминиевой фольги 3, так и по поверхности титановой прокладки 2. Затем соединяют свариваемые поверхности при силовом воздействии (40-200) Н при температуре (500-600)°C в течение (40-70) минут.
Таким образом, предлагаемое техническое решение отличается от прототипа наличием новых признаков, взаимным расположением и формой выполнения, которые придают объекту новые свойства, проявляющиеся в техническом результате.