Name: optimized sealing process and real-time monitoring of glass-to-metal seal structures
Uploaded: 2019-09-02T14:00:00
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1. Produktion der MTGS-Struktur mit guter Hermetizität
HINWEIS: Die Verfahren für die MTGS-Struktur umfassen die Vorbereitungen für Komponenten der kombinierten Struktur, den Wärmebehandlungsprozess und Untersuchungen für die Durchführung von MTGS-Proben. Die komplette MTGS-Struktur besteht aus einer Stahlschale, Kovar-Leiter und Dichtungsglas. Siehe Diagramm und Abmessungen in Abbildung 1 bzw. Tabelle 1.
<ol><li>Gießen Sie das granuliert...

<ol>
	<li>Alves, F. J., Baptista, A. M., Marques, A. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+Bragg+Grating+Sensors+for+Harsh+Environments.">Fiber Bragg Grating Sensors for Harsh Environments.</a> Sensors. 12 (12), 1898-1918 (2012).</li><li>Morey, W. W., Meltz, G., Weiss, J. 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Zu den kritischen Schritten für die Spannungsmessung des Dichtmaterials der MTGS-Struktur bei hoher Temperatur und hohem Druck gehören 1) die Herstellung der MTGS-Modelle mit dem FBG-Sensor, von dem sich der Gitterbereich in der Mitte des Dichtungsglases befindet; 2) Erhitzung des gesamten Modells mit einem Standard-Wärmebehandlungsprozess, und nachdem das Modell auf RT abgekühlt ist, wird der FBG-Sensor gut mit dem MTGS-Modell verflochten, und die Restspannung kann durch Bragg Wellenlängenverschiebung gemessen werd...

Metall-Glas-Dichtung ist eine ausgeklügelte Technologie, die interdisziplinäres Wissen (d. h. Mechanik, Werkstoffeund Elektrotechnik) kombiniert und in der Luft- und Raumfahrt 1, Kernenergie2und biomedizinische Anwendungen weit verbreitet ist. 3. Es hat einzigartige Vorteile wie höhere Temperatur und Druckbeständigkeit im Vergleich zu organischen Materialdichtungsstrukturen. Je nach Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) kann MTGS in zwei Typen unterteilt werden: abgestimmte Dichtung und nicht übereinstimmende Dichtung4. Was die abgestimmte Dichtung betrifft, so sind die CTE aus Metall(Metall)und Dichtungsglas(Glas)fast identisch, um die thermische Belastung in Dichtungsmaterialien zu reduzieren. Um jedoch eine gute Hermetizität und mechanische Robustheit der Dichtungsstruktur in rauen Umgebungen (d. h. hohe Temperatur und hoher Druck) zu gewährleisten, zeigt die nicht übereinstimmende Dichtung eine bessere Leistung als die abgestimmte Dichtung. Aufgrund der Differenz zwischenMetall undGlaserzeugt die Restspannung im Dichtungsglas nach dem Glühprozess der MTGS-Struktur. Wenn die Restspannung zu groß ist (auch über den Schwellenwert hinaus), weist das Dichtungsglas kleine Defekte wie Risse auf. Ist die Restspannung zu gering, verliert das Dichtglas seine Hermetizität. Daher ist der Wert der Restspannung eine wichtige Messung.
Die Analyse von Reststress in MTGS-Strukturen hat Forschungsinteressen vieler Gruppen auf der ganzen Welt geweckt. Das numerische Modell der axialen und radialen Spannung wurde auf der Grundlage der Dünnschalentheorie5erstellt. Die Finite-Elemente-Methode wurde angewendet, um die globale Spannungsverteilung einer MTGS-Struktur nach dem Glühprozess zu erhalten, die mit den experimentellen Ergebnissen6,7übereinstimmte. Aufgrund von Einschränkungen mit geringer Größe und elektromagnetischen Störungen sind viele fortschrittliche Sensoren jedoch für diese Umstände nicht geeignet. Das Einrückungsrisslängenverfahren wurde zur Messung der Restspannung im Dichtungsmaterial von MTG gemeldet; Diese Methode war jedoch destruktiv und konnte keine Echtzeit-Online-Überwachung von Spannungsänderungen im Glas erreichen.
Fiber Bragg Gitter (FBG) Sensoren sind klein (ca. 100 m) und beständig gegen elektromagnetische Störungen und raue Umgebungen8. Darüber hinaus ähneln die Komponenten der Faser denen von Dichtungsglas (SiO2), so dass FBG-Sensoren keine Auswirkungen auf die Hermetizität und Isolierung des Dichtungsmaterials haben. FBG-Sensoren wurden bei der Restspannungsmessung in Verbundstrukturen9,10,11eingesetzt, und die Ergebnisse zeigten, dass sie eine gute Messgenauigkeit und Signalreaktion zeigten. Gleichzeitige Temperatur- und Spannungsmessungen können durch Faser-Bragg-Gitter-Arrays auf einer Glasfaser erreicht werden12,13.
In dieser Studie wird ein neuartiges Protokoll auf Basis eines FBG-Sensors demonstriert. Die geeignete Vorbereitung für die spezielle MTGS-Struktur wurde durch die Einstellung der maximalen Wärmetemperatur untersucht, um die gute Hermetizität der MTGS-Struktur zu gewährleisten. Der FBG-Sensor ist in den vorbereiteten Weg des Dichtungsglases eingebettet, um FBG und Glas nach der Wärmebehandlung miteinander zu verschmelzen. Dann kann die Restspannung durch die Bragg-Wellenlängenverschiebung der FBG erhalten werden. Die MTGS-Struktur mit dem FBG-Sensor wird unter Hochtemperatur- und Hochdruckumgebungen platziert, um eine Online-Überwachung der Restspannung unter wechselnden Lasten zu erreichen. In dieser Studie werden die detaillierten Schritte zur Erstellung einer MTS-Struktur mit einem FBG-Sensor beschrieben. Die Ergebnisse zeigen die Machbarkeit dieses neuartigen Protokolls und legen die Grundlage für die Fehlerdiagnose einer MTGS-Struktur.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>ABAQUS</td>
			<td>Dassault SIMULA</td>
			<td>ABAQUS6.14-5</td>
			<td>The software to carry out numerical simulation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiber Bragg grating sensors</td>
			<td>Femto Fiber Tec</td>
			<td>FFT.FBG.S.00.02 Single</td>
			<td>apodized FBG</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fusion splicer</td>
			<td>Furukawa Information Technologies and Telecommunications</td>
			<td>S123M12</td>
			<td>FITEL&#39;s line of fusion splicers provides an excellent solution for both field and factory splicing applications&#12290;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass powder</td>
			<td>Shenzhen Sialom Advanced Materials Co.,Ltd</td>
			<td>LC-1</td>
			<td>A kind of low melting-point glass powder (380&#8451;).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphite mold</td>
			<td>Machining workshop of Tsinghua University</td>
			<td>Graphite</td>
			<td>The mold to locate each part of the metal-to-glass structure.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating furnace</td>
			<td>Tianjin Zhonghuan Electric Furnace Technology Co., Ltd</td>
			<td>SK-G08123-L</td>
			<td>vertical tubular furnace</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kovar conductor</td>
			<td>Shenzhen Thaistone Technology Co., Ltd</td>
			<td>4J29</td>
			<td>A common material used for the electrical penetration in the metal-to-glass seal structure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical interrogator</td>
			<td>Wuhan Gaussian Optics CO.,LTD</td>
			<td>OPM-T400</td>
			<td>FBG spectrum analysis modules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pro/Engineer</td>
			<td>Parametric Technology Corporation</td>
			<td>PROE5.0</td>
			<td>The software to establish the 3D geometry.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel shell</td>
			<td>Beijing Xiongchuan Technology Co., Ltd</td>
			<td>316 stainless steel</td>
			<td>A kind of austenitic stainless steel</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimized sealing process and real-time monitoring of glass-to-metal seal structures

Restspannung ist ein wesentlicher Faktor, um die Hermetie und Robustheit einer Glas-Metall-Dichtungsstruktur zu erhalten. Der Zweck dieses Berichts besteht darin, ein neuartiges Protokoll zur Charakterisierung und Messung der Restspannung in einer Glas-Metall-Dichtungsstruktur zu demonstrieren, ohne die Isolierung und Hermetizität von Dichtungsmaterialien zu zerstören. In dieser Forschung wird ein Femto-Laser-eingeschriebener Faser-Bragg-Gittersensor verwendet. Die gemessene Glas-Metall-Dichtungsstruktur besteht aus einer Metallschale, einem Dichtglas und einem Kovar-Leiter. Um die Messungen lohnenswert zu machen, wird die spezifische Wärmebehandlung der Metall-Glas-Dichtung (MTGS) untersucht, um das Modell mit bester Hermetizität zu erhalten. Dann wird der FBG-Sensor in den Weg des Dichtungsglases eingebettet und wird gut mit dem Glas verschmolzen, wenn die Temperatur auf RT abkühlt. Die Bragg-Wellenlänge der FBG verschiebt sich mit der Restspannung, die bei der Versiegelung des Glases entsteht. Um die Restspannung zu berechnen, wird die Beziehung zwischen Bragg Wellenlängenverschiebung und Dehnung angewendet, und die Finite-Elemente-Methode wird auch verwendet, um die Ergebnisse zuverlässig zu machen. Die Online-Überwachungsexperimente der Restspannung im Dichtungsglas werden bei unterschiedlichen Belastungen, wie hochtemperatur und hochdruckweise, durchgeführt, um die Funktionen dieses Protokolls in rauen Umgebungen zu erweitern.

Aus den Ergebnissen von Abbildung 5wird die Standard-Wärmebehandlung zur Herstellung der MTGS-Modelle mit hoher Druckdauer untersucht, und die Modelle können die Untersuchungen (z.B. Lichtdurchlässigkeit, Druckausdauer, SEM, etc.) erfüllen. So kann die produzierte MTGS-Struktur angewendet werden, um Die Hermemizität in rauen Umgebungen zu erhalten.
Die FBG kann gut mit DER MTGS-Struktur verschmolzen werden, und die Restbelastung im Dichtungsglas wird durch Br...

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Optimized Sealing Process and Real-Time Monitoring of Glass-to-Metal Seal Structures

Wichtige Verfahren zur Optimierung des Dichtungsprozesses und zur Echtzeitüberwachung der Metall-Glas-Dichtungsstruktur (MTGS) werden ausführlich beschrieben. Der Embedded Fiber Bragg Gittersensor (FBG) wurde entwickelt, um eine Online-Überwachung von Temperatur und hoher Restspannung im MTGS bei gleichzeitiger Umgebungsdrucküberwachung zu erreichen.

Optimierter Versiegelungsprozess und Echtzeitüberwachung von Glas-Metall-Dichtungsstrukturen

Residual stress is an essential factor to keeping the hermeticity and robustness of a glass-to-metal seal structure. The purpose of this report is to ...

Dieses Protokoll kann verwendet werden, um die gleichzeitige Temperatur- und Spannungsüberwachung der Metall-Glas-Strukturen in Echtzeit zum ersten Mal durchzuführen. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass der Faser-Bragg-Gittersensor gut mit der Metall-Glas-Struktur verfeinert werden kann, ohne die Isolierung oder Hermetizität der Metall-Glas-Struktur zu zerstören. Das Verfahren mit Zhichun Fan demonstriert Kangjia Hu, eine Meisterstudentin von INET.Um granuliertes Glaspulver zu verarbeiten, gießen Sie ca. 1,1 Gramm des Pulvers in eine Glaszylinderform und legen Sie die Form auf die Pressmaschine. Um das Glas in einen Glaszylinder zu verdichten, schalten Sie die Pressmaschine ein und legen Sie den resultierenden Zylinder in einen zu zentrierenden Heizofen. Entfernen Sie den zentrierten Glaszylinder aus dem Heizofen und verwenden Sie eine Graphitdichtung, um den Glaszylinder, die Stahlschale und den Kovar-Leiter herzustellen.Für die Restspannungsmessung zuerst den Kopf einer Glasfaser mit einem FC-Stecker durch die Fusionsspleißer verschmelzen und den FC-Stecker mit einem Verhörrichter ausgleichen, um die Wellenlänge und das FBG-Spektrum zu demodulieren. Setzen Sie die FBG durch einen Pfad in das Dichtungsglas des hergestellten MTGS-Modells, wobei das Gitter des FBG genau im Glas positioniert ist. Fixieren Sie dann eine weitere FBG in der Nähe des Dichtungsglases, um nur die Temperatur zu überwachen.Schließen Sie den Verhörer an einen Computer an und verwenden Sie eine Wärmebehandlungskralle, um den zentrierten Glaszylinder, die Stahlschale, die FBGs und die Kovar-Leiter-Graphitdichtung auf das Quarzseptum im Heizofen zu platzieren. Erhöhen Sie die Temperatur in Schritten von fünf Grad Celsius pro Minute auf 450 Grad Celsius, bevor Sie die Temperatur in Schritten von 0,5 Grad Celsius pro Minute wieder auf Raumtemperatur absetzen. Zeichnen Sie dann die Echtzeit-Bragg-Wellenlängendaten in der Computersoftware auf.Um die Spannung und Temperatur zu überwachen, legen Sie eine FBG in einen zentrierten Glaszylinder und legen Sie eine zweite FBG außerhalb des Glases, um nur die Temperatur zu überwachen. Legen Sie das MTGS-Modell mit der Glasfaser wie demonstriert in den Ofen und verwenden Sie die Standard-Wärmebehandlung, um das MTGS-Modell mit einem eingebetteten FBG-Sensor zu verarbeiten und dann 100, 200, 300 und 400 Grad Celsius Temperaturen auf das Modell zu legen, das jede Temperatur für 100 Minuten hält. In diesem repräsentativen Experiment wurde die Standard-Wärmebehandlung zur Herstellung der MTGS-Modelle mit Hoher Druckdauer untersucht, die zeigt, dass die Modelle Analysen unter rauen Umgebungsbedingungen erfüllen können.Die FBG lässt sich gut mit der MTGS-Struktur verzahnen und die Restbelastung im Dichtungsglas wird durch eine Bragg-Wellenlängenverschiebung nach der Wärmebehandlung reflektiert. Die Echtzeit-Spannungsänderungen im Dichtglas von 100 bis 400 Grad Celsius werden vom FBG-Sensor präzise überwacht und die Abnahme der Restspannung im Dichtglas kann sofort reflektiert werden. Behandeln Sie den verkleidungsgestreiften Sensor mit Sorgfalt und stellen Sie sicher, dass die Position des FBG im Glas korrekt ist oder die Spannung nicht genau gemessen wird.Diese Technik kann verwendet werden, um Restspannung in Sonnenenergie empfangen Rohr direkt und genau zu messen, eine Leistung, die in den vorherigen Studien nicht erreicht wurde. Das Verfahren kann angewendet werden, um eine online verteilte Dehnung und die Temperatur bei der Überwachung der Dichtungsstruktur zu erreichen und den Fehler beim ersten Mal zu erkennen.

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