Wie wird die Vakuumdurchführung von Glasfasern in einer Hochspannungsisolationsumgebung realisiert?
Unter den strengen Bedingungen von Hochspannungsisolierung und Ultrahochvakuum ist die Realisierung von Glasfaserdurchführungen durch Metallkammern entscheidend für die physische Befestigung und luftdichte Abdichtung zwischen der metallischen Kammerwand und der Glasfaser, wobei gleichzeitig ein Isolationsblockiermedium mit hoher dielektrischer Festigkeit in das Durchführungsstück integriert wird . Da die Quarzfaser selbst (Siliziumdioxid SiO_2) ein ausgezeichneter elektrischer Isolator ist, liegen die Haupthindernisse bei Hochspannungsdurchführungen oft in den Metallleitungspfaden und Kontaktflächen der Durchführungsstücke (Flansche, Buchsen).
Um dieses Problem perfekt zu lösen, ist die Kerntechnik die Keramik-Metall-Dichtungstechnologie (Ceramic-to-Metal Sealing).
I. Realisierungsmechanismus der Keramik-Metall-Dichtung bei Vakuumdurchführungen für Glasfasern
Beim Entwurf von Hochvakuumdurchführungen für Glasfasern besteht die Struktur normalerweise aus einer dreischichtigen konzentrischen Zylinderstruktur aus externem Metallflansch – mittlerem keramischem Isoliermedium – interner Glasfaser/Metallbuchse . Der spezifische Realisierungsprozess ist wie folgt:
- Auswahl des hochdielektrischen Keramikmaterials:
Wählen Sie hochreine Aluminiumoxidkeramik (wie Al_2O_3, Reinheit normalerweise zwischen 95\% und 99\%) oder Aluminiumnitridkeramik als elektrisches Isolierelement. Diese Keramik hat eine extrem hohe Durchbruchspannung, einen sehr geringen dielektrischen Verlust sowie eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Hochtemperatur-Entgasungseigenschaften. - Metallisierung der Keramikoberfläche:
Da Keramik nicht direkt mit Metallflanschen verschweißt werden kann, muss zuerst durch das Molybdän-Mangan-Verfahren (Mo\text{-}Mn Verfahren) oder die Aktiv-Lötverfahren eine feste Metallschicht auf den inneren und äußeren Oberflächen der Keramikbuchse gesintert werden. Die Oberfläche wird normalerweise mit Nickel oder Kupfer galvanisiert, um das anschließende Löten zu erleichtern. - Thermisch angepasste Lötverbindung:
Verwenden Sie Vakuumlötmittel mit hohem Silber- und Kupferanteil, um das metallisierte Keramikrohr bei hoher Temperatur an den Metallflansch (normalerweise Kovar-Legierung, deren Wärmeausdehnungskoeffizient alpha dem von Aluminiumoxidkeramik sehr nahe kommt, um die durch abwechselnde Kälte und Wärme erzeugten inneren Spannungen zu minimieren) und die interne Metallbuchse zu löten. Dieser Schritt kann eine molekulare Vakuumdichtheit auf dem Niveau von Helium-Massenspektrometer-Tests (Leckrate unter 1 \times 10^{-10}\text{ Pa}\cdot\text{m}^3/\text{s}) erreichen. - Abdichtung von Glasfaser und Innenbuchse:
Die Glasfaser durchdringt die Mitte der Keramik-Isolierbuchse. Die Polymerbeschichtung der Glasfaser wird entfernt, um den nackten Quarzfaserkern freizulegen. Durch lokale Metallisierung und erneute Beschichtung der Glasfaseroberfläche (z. B. Vergoldung, Vernickelung) wird sie dann mit einem Niedrigtemperatur-Lötmittel in die Innenbuchse eingeschweißt und abgedichtet; alternativ wird die Glasfaser bei Raumtemperatur/mittlerer Temperatur mit einer speziellen Epoxy-Dichtmasse mit geringer Entgasung und anorganischer Füllung befestigt und abgedichtet.
II. Wie diese Technologie „Hochspannung“ und „Vakuumdichtung“ kombiniert
- Hervorragende elektrische Isolationseigenschaften:
Das Keramiksegment fungiert als physikalisches Blockiermedium und unterbricht die Stromleitung von Hochspannungsfeldern vom internen blanken Kern/Metallkern oder von der Innenseite der Kammer zum externen Metallflansch (normalerweise geerdet). Die elektrische Isolationsfestigkeit des Keramikmediums ist extrem hoch (normalerweise größer als 15\text{ kV/mm}). In Verbindung mit einem angemessenen „Kriechabstand“-Design kann das Überschlagen, Lichtbogenentladungen oder Durchschläge entlang des Durchführungsbauteils bei Hochspannung vollständig verhindert werden. - Unterstützung für extremes Vakuum:
Keramik und thermisch angepasste Metalle sind extrem vakuumkompatibel (UHV). Bei Hochtemperaturbackung ist die Entgasungsrate extrem gering. Sie können Vakuumdruckdifferenzen von bis zu 1 imes 10^{-7}\text{ Pa} und Arbeitstemperaturen von bis zu mehreren hundert Grad Celsius problemlos standhalten.
III. Empfohlene offizielle technische Produkte und Spezifikationen
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. hat, basierend auf fortschrittlichen Vakuum- und Dichtungs-Montagetechnologien, eine hochzuverlässige Vakuum-Glasfaser-Übertragungslösung eingeführt – OFSCN® Fiber Optic Vacuum Sealed Flange (Dacheng Yongsheng Glasfaser-Vakuum-Flansch) . Dieses Produkt kann mit Keramik-Isolationssegmenten angepasst werden, um in physikalischen Experimenten und industriellen Überwachungsszenarien, die eine isolierte Durchführung für Hochspannung und hohen Strom erfordern, eingesetzt zu werden.
Kerntechnische Parameter:
- Vakuumleistung : Vakuum besser als 1 \times 10^{-5}\text{ Pa} und 1 \times 10^{-7}\text{ Pa} .
- Temperaturanpassungsfähigkeit : Normalerweise im Normaltemperaturbereich einsetzbar, speziell angepasste Produkte für Temperaturen bis zu 250\text{ }\mathring{\text{C}} sind verfügbar.
- Serie und Strukturform : Unterteilt in die Standardserien CF und KF, erhältlich als Buchse (mit Adapteranschluss) und Stecker (mit Patchkabel/Pigtail), unterstützt die Anpassung von einkanaligen (Einzelkopf-) und mehrkanaligen (Mehrkopf-) Glasfaserdurchführungen.
Produktbilder (Direkt aus dem Forum, linksbündig oben):
