討論了玻璃鋼復合材料無磁杜瓦的真空性能。提出了采用三層模式殼體結(jié)構(gòu)、加熱、充CO2 置換氣體、放置活性炭等提高和保持杜瓦夾層真空度、減少抽空時間的方法。同時簡述了影響夾層真空度測量的相關(guān)因素。研究結(jié)果表明:玻璃鋼復合材料放氣率是影響夾層真空度的主要因素;在液氮溫度下杜瓦夾層動態(tài)真空度可達5 ×10^-4Pa ,并可長期使用而真空度不變。

       隨著超導量子干涉儀( SQUID , Superconducting Quantum Interference Devices) 廣泛應用于地磁探測、生物磁測量、無損檢測、掃描電鏡、潛艇和衛(wèi)星等領(lǐng)域,SQUID 能夠測量大地的感生磁化強度,尋找礦藏和地下資源,進行地磁場的精度測量、古地磁場測量以及用來研究大地的形成與變遷,是探測海底潛艇的方位及生物磁場變化的有力工具。為了能使SQUID 器件正常工作,必須將SQUID 器件置于無磁、無振動及極低溫度的環(huán)境下。從70 年代開始,人們一直在開拓SQUID 的應用技術(shù),用于SQUID 弱磁測量的玻璃鋼復合材料杜瓦就成為低溫工作者們廣為關(guān)心的課題。

制作無磁杜瓦一般選用具有較高比強度、比剛度和低磁化率的玻璃鋼材料,玻璃鋼具有質(zhì)量輕,強度高,抗疲勞性能、電絕緣性能及熱性能優(yōu)良,減振性和耐化學藥品性好,施工工藝性和可設(shè)計性良好以及容易著色、成型方便、工藝簡單、能通過電磁波等優(yōu)點,但玻璃鋼材料的放氣率大于金屬材料的放氣率,所以設(shè)計玻璃鋼作杜瓦結(jié)構(gòu)材料時一定要研究放氣率對杜瓦夾層真空性能的影響。

       對于用于低溫的真空絕熱杜瓦容器,除了設(shè)計中保證容器的剛度和強度外,影響質(zhì)量的主要指標是絕熱空間的真空度,無磁玻璃鋼杜瓦的絕熱要求其夾層保持0.01Pa 以上高真空度,而玻璃鋼材料的放氣在大程度上影響無磁杜瓦夾層的真空度,因為玻璃鋼材料的放氣會造成真空夾層氣體壓力的逐漸增大,容器的絕熱效果下降,冷損增加,容器的使用壽命降低。本文在前人對玻璃鋼材料放氣特性研究的基礎(chǔ)上,就涉及到影響無磁玻璃鋼杜瓦容器真空性能的因素進行了分析研究,總結(jié)出了一整套提高真空度的方法和工藝,并通過設(shè)計的10L 杜瓦容器的夾層空間真空性能實驗進行分析驗證。

本文實驗中真空度的測量點不是在杜瓦夾層中,而是在分子泵口,因此這種測量是一種間接測量,根據(jù)裝置分析,影響夾層真空度間接測試結(jié)果有以下因素^[6] :

(1) 真空機組本底真空度越高,對夾層動態(tài)真空度的影響越小,因此測量系統(tǒng)中配置的真空泵應采用機械泵和高真空分子泵相結(jié)合真空機組,其極限壓力應低于2 ×10 ^{- 5} Pa 。

(2) 管路、接頭和真空閥門的放氣是造成夾層真空度測量誤差的主要因素。為了減少放氣,測量管路應采用不銹鋼材質(zhì);抽真空連接前,杜瓦真空密封接頭與抽氣閥應清洗、烘干再連接;測量時可以加熱管路除氣,縮短抽氣時間。

　  (4) 低溫液體充滿率的影響。容器內(nèi)盛裝低溫液體過少時,在內(nèi)筒軸向上溫度分布不均勻,導致容器夾層中的吸氣劑的吸氣量下降,破壞真空度,因此杜瓦容器在使用時應裝有不少于有效容積50 %的低溫液體,且達到熱平衡后方可進行。

4、結(jié)論

本文對玻璃鋼杜瓦設(shè)計中影響夾層真空性能的諸多因素進行了分析和研究,采用適當?shù)墓に嚰夹g(shù)方法提高和保持了夾層真空度,并通過試驗分析了影響杜瓦夾層真空度間接測量的因素。具體結(jié)論如下:

(1) 玻璃鋼結(jié)構(gòu)材料放氣率是影響杜瓦真空性能主要因素,可以通過控制溫度和時間來提高材料的真空性能。

(2) 采用三層模式結(jié)構(gòu)設(shè)計玻璃鋼殼體材料、加熱、充入CO2 置換氣體、放置活性炭等工藝技術(shù)方法可以增加材料表面吸附氣體脫附速率、提高和維持夾層真空度、降低抽空時間。

(3) 杜瓦夾層動態(tài)真空度測量受諸多因素影響,其中抽空閥門真空密封性能是主要的影響因素,采用二級密封方式可以很好的解決這個問題。