应用于真空系统的橡胶主要有两大类：硫化橡胶和合成橡胶（包括丁基、氯基、丁晴橡胶），此外还有硅酮橡胶和氟橡胶。除了正确的密封结构设计，合理选择密封材料也是实现真空橡胶密封的关键。几个主要因素会影响真空密封，包括橡胶的耐热性、耐压缩变形性、漏气率、气透性、出气率以及升华（失重）。 耐热性：在真空系统中，橡胶密封件必须具备一定耐热性，以确保烘烤去气的顺利进行。烘烤温度在120℃以下和10^-5Pa的真空度下，可采用丁基或丁晴橡胶；若要求烘烤温度更高且在超高真空环境中工作，则需采用氟橡胶。 耐压缩变形性：在真空系统中，大多数真空密封件都在压缩状态下工作。为了确保密封件的可靠性和寿命，橡胶密封件应具有较小的压缩变形值（最好小于35%），并具有缓慢的压缩应力松弛程度（即压缩应力松弛系数较大）。 漏气率：根据经验和计算，在真空系统中，当真空泵的抽气速率为8000L/s时，要维持5×10^-7Pa的真空度，橡胶的漏气率不得大于5.25×E-3Pa·L/s。下表1是各种橡胶的漏气率。  气透性：不同橡胶和温度组合下，对空气的气透性各不相同，这主要取决于它们的内部结构。 丁晴橡胶含有甲基基团，因此气透性较低。另外，由于丁晴橡胶含有晴基的极性基团，它对非极性气体的渗透性也较低。所以，丁晴橡胶中丙烯晴含量越高，气透性就越低。 值得注意的是，温度对橡胶的气透性影响很大，温度越高，气透性就越大。 此外，不同气体在不同橡胶中的气透性也存在差异。在同一气体中，气透性的大小顺序依次为：天然橡胶＞丁苯胶＞丁晴胶＞氯丁胶＞丁基胶。下表2展示了各种橡胶对不同气体的气透性。  出气率：橡胶出气率的定义是在一定温度下，单位时间内橡胶单位面积上释放的气体量。在真空密封中，一般要求出气率在10^-4~10^-5Pa·L/s范围内。 根据实验数据，按照出气率的大小，各种橡胶的排列顺序如下：氯醇橡胶＞乙烯基硅橡胶＞天然橡胶＞丁晴橡胶＞氯丁橡胶＞氟橡胶。 升华（失重）：橡胶在一定真空度和温度下的重量损失称为升华。在真空密封中，要求密封材料的升华值要小。为了使橡胶密封件在相应的真空系统中能有一个相对稳定的关系，以保证维持既定的真空度，一般要求升华值小于10%。 按照真空升华值的大小，各种橡胶的排列顺序如下：天然橡胶＞丁晴橡胶＞氯丁橡胶＞氯醇橡胶＞乙烯硅橡胶＞氟橡胶。 表3展示了各种橡胶在真空中的失重情况。  在高真空系统中，橡胶密封元件对真空系统极限压力的主要影响因素是材料的漏气率和出气率。 磁流体密封 从基本原理出发，磁性液体，也称为磁性流体或铁磁性液体，是由经过特殊处理的磁性纳米颗粒与液体均匀混合而成的固液混合胶状物质。 它兼具液体的流动性和磁性。磁性液体密封技术正是利用磁性液体对磁场的响应特性来实现的。当我们将精心制备的磁性液体注入由高性能永久磁铁、导磁良好的极靴和轴构成的磁回路间隙中，磁场的作用会使得磁性液体在间隙中形成数个液体O形圈，其数量与设计的凸牙个数相等。 当磁性液体受到压差作用时，它会在非均匀磁场中略微移动，产生对抗压差的磁力，以实现新的平衡并起到密封作用。
由于磁流体密封件内部仅有导磁体与液体的接触，这种密封方式具有以下显著优点： 1.密封性强：酯基磁性液体能够实现介质（如大气或惰性气体）的严密、稳定的动密封和静密封。 2.难以察觉的泄漏率：基本上很难检测到泄漏，因此磁流体密封被人们称为“零泄漏”。 3.高可靠性：在正压情况下，磁流体密封件即使在瞬时过压击穿的情况下，一旦压力降低到密封可以承受的程度，密封效果仍能得以保持，使得其使用可靠性相当高。 4.基本无污染：由于密封件本身不存在机械磨损，且磁性液体饱和蒸气压极低，因此即使在高真空状态下使用，也不会产生污染。 5.良好的高速性能：磁性液体在旋转状态下内摩擦力极小，功率损耗小，因此具有高速运动的潜力。 6.低摩擦、低磨损、低发热：在装有轴承的密封件中，由于轴承旋转过程中的机械磨损小，且内部磁芯组件和转轴不直接接触，使得摩擦低、磨损小、发热小，运转所需动力小。 7.良好的修复性：若在使用过程中磁流体密封失效，只要内部元件功能正常，一般在现场短时间内即可修复磁流体密封件。 8.无方向性密封：如果需要改变承压方向，对于磁流体密封件来说无需增加任何元件即可完成。 由于磁流体密封具有上述诸多优点，其应用领域已经涉及到众多真空设备，包括国产和进口的晶体生长设备、扩散炉、真空钎焊炉、真空热处理炉及镀膜机等。 粘胶剂密封 这种密封剂是透明的无色低粘度液体，可以有效地润湿和渗透金属、陶瓷、玻璃和塑料。 它对于高真空器件和系统中出现的微小漏洞具有出色的密封效果，使用温度范围从负196度到350度。 以安捷伦真空的Torr Seal密封胶为例，许多人可能已经听说过甚至使用过这种真空密封胶。这种密封胶能够粘合金属、陶瓷、玻璃等多种材料，具有良好的密封性能，并且在固化后几乎不释放气体。 因此，它可以在压力为1×10^-9mbar甚至更低的超高真空环境下使用，这也使Torr Seal被称为“超高真空密封胶”。  Torr Seal密封胶，其工作原理与常见的AB胶相似，属于环氧树脂胶。这种密封胶包含两个独立的膏状组分，当它们混合时，会慢慢开始固化，从而产生粘结或密封的效果。 在具体应用上，Torr Seal密封胶有以下几个主要用途： 在真空腔体内固定各种零件：这种密封胶可以用于将各种零件在真空腔体内粘结和固定。 真空密封和堵漏：这种真空胶在固化后具有一定的强度，可以用于螺纹处的真空密封，以及玻璃、陶瓷与金属之间的链接和真空密封。 它也可以用于馈通件/航空插头的电极与法兰之间的密封，以及X射线管、激光管等各种真空管的链接与真空密封。此外，它还能快速封堵各种真空系统或部件的漏孔。 对于一般的真空泄漏，直接涂上就能堵漏，胶变硬后就能直接进行检漏工作或开始正常使用。 真空胶使用固化剂固化，没有刺激性气味和甲醛等挥发物，因此它可以用于对气味要求比较高的非真空应用。 总的来说，对于一般的真空泄漏而言，使用Torr Seal密封胶进行密封和堵漏非常方便，甚至对于超高真空环境也能应对自如。而且它还能在有些部件之间起到连接的作用。 金属密封 金属密封的发展历史比较长，比橡胶密封出现得更早。相对而言，橡胶具有较大的出气率和渗透率，并且不能高温烘烤，又不耐辐射，应用受到一定限制。而金属密封则弥补了橡胶密封的以上缺点，因而广泛应用于超高真空环境。 从原理上来说，金属材料和橡胶一样，都具有一定的弹性和延展性。在金属密封圈受到外界压力而发生弹性变形时，在弹性恢复力的作用下，密封圈具有恢复原始形状的趋向，这种趋向填补了密封面的缝隙，从而起到密封作用。 下面介绍几种常用的金属密封方法，这些方法常应用于超高真空环境。 金属铟丝密封：是利用金属铟的柔软特性进行真空密封。铟的莫氏硬度较低，仅为1.2，远低于铜和铝。其熔点为156.6℃，具有良好的延展性，使其非常适合于真空密封连接。在密封时，将适合长度的铟丝放在法兰表面，两端搭接，无需事先加工成标准的密封圈。 此方法常应用于大型法兰且其他金属密封圈不易加工的情况。需要注意的是，由于铟丝的熔点较低，烘烤温度不能高于150℃，同时金属铟具有很好的低温性能，所以铟丝密封常应用于低温环境真空密封。 但铟丝被压后容易流动，因此法兰需要做成台阶或凹槽型以防止铟丝流入真空室。  全金属快卸密封：与常规螺栓紧固法兰相比，全金属快卸密封所需的多套螺栓减少了，取而代之的是只有两个螺钉的快速安装卡箍。  这种密封主要由快卸卡箍、平面法兰、密封圈组成密封系统。全金属快卸卡箍的轴向夹紧力较小，一般采用纯铝作为密封圈的材料，为降低卡箍的变形量，卡箍采用刚度较大的不锈钢材料。随着法兰口径增大，夹具数量随之增加。 在同样螺钉紧固力的情况下，卡箍作用于轴向的夹紧力变小。因此，对于标称口径小于φ160的法兰，全金属快卸密封的密封性能较好。 全金属快卸密封不需要轴向螺钉固定，因此节省了大量轴向空间，并且螺钉数量少、安装快的特点使其常应用于安装空间狭小、需要快速安装的场合，例如高能加速器。全金属快卸式密封在中国科学院高能物理研究所形成了所内的试用标准，并已广泛应用于多台加速器的真空密封连接。 全金属快卸与铟丝组合式密封：为了更好地安装铟丝，通常需要在法兰上做出一个肩环或凹槽。但由于铟丝较软，安装时需要较大的操作空间，全金属快卸密封常常由于轴向夹紧力不足而出现泄漏问题。  组合式密封结合了铟丝的柔软特性和全金属快卸密封可用于狭小空间安装的优点。 在全金属密封圈的密封面外侧加装铟丝，解决了全金属快卸密封夹紧力不足而导致漏气的问题。这种结构延长了气体泄漏的路径，大大降低了泄漏通道流导。并且，铟丝处于金属密封圈外侧，降低了因高温导致铟丝熔化流入真空室的风险，提高了系统可靠性。 弹簧蓄能Helicoflex密封：弹簧蓄能密封圈（Spring Energized Seal）即Helicoflex，是一个由金属铝、铜、银、不锈钢或其他聚合材料夹套及蓄能弹簧组合而成的压力辅助密封装置。  当弹簧蓄能密封圈安装在密封沟槽内时，弹簧受压促使夹套密封面紧贴密封沟槽形成密封。 弹簧给密封夹套提供弹力弥补材料磨损及配合零件的偏移或偏心问题。系统压力也会辅助密封夹套蓄能，通过弹簧弹力和系统压力形成一个恒定持久的预紧力，从而实现有效密封。 弹簧蓄能密封圈广泛应用于超高真空、核装置、航空航天、石油、低温、化工、冶金、动力机械、蒸汽容器等设备上。 参考文献 |
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