Name: optimized sealing process and real-time monitoring of glass-to-metal seal structures
Uploaded: 2019-09-02T14:00:00
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Este trabalho foi apoiado pelo projeto nacional S & T Major da China (ZX069).

1. produção de MTGS estrutura com boa hermeticidade
Nota: os procedimentos para a estrutura do MTGS incluem os preparativos para os componentes da estrutura combinada, o processo de tratamento térmico e os exames para o desempenho de amostras de MTGS. A estrutura completa de MTGS consiste em um escudo de aço, em um condutor de Kovar, e em um vidro da selagem. Consulte o diagrama e as dimensões mostradas na Figura 1 e na tabela 1, respectivament...

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As etapas críticas para a medição de tensão do material de vedação da estrutura MTGS em alta temperatura e alta pressão incluem 1) fabricação dos modelos MTGS com o sensor FBG, do qual a região da grelha está localizada no meio do vidro de vedação; 2) o aquecimento do modelo inteiro usando um processo padrão do tratamento térmico, e depois que o modelo esfria a RT, o sensor de FBG tornar-se-á bem-fundido com modelo de MTGS, e o esforço residual pode ser medido pelo deslocamento do comprimento de onda de ...

A vedação de metal para vidro é uma tecnologia sofisticada que combina conhecimento interdisciplinar (ou seja, mecânica, materiais e engenharia elétrica) e é amplamente aplicada no setor aeroespacial1, energia nuclear2e aplicações biomédicas 3. tem vantagens únicas, tais como maior temperatura e resistência à pressão em comparação com material orgânico de vedação de estruturas. De acordo com a diferença do coeficiente da expansão térmica (CTE), MTGS pode ser dividido em dois tipos: selo combinado e selo incompatível4. Quanto ao selo combinado, o CTE de metal (αmetal) e vidro de vedação (αGlass) são quase os mesmos para reduzir o estresse térmico em materiais de vedação. No entanto, para manter a boa hermeticidade e robustez mecânica da estrutura de vedação em ambientes agressivos (ou seja, alta temperatura e alta pressão), o selo incompatível exibe melhor desempenho do que o selo correspondente. Devido à diferença entre o αmetal e ovidroα, o estresse residual gera no vidro de vedação após o processo de recozimento da estrutura do mtgs. Se a tensão residual for muito grande (mesmo excedendo o valor limiar), o vidro de vedação exibirá pequenos defeitos, como rachaduras. Se o stress residual for demasiado pequeno, o vidro de vedação perde a sua hermeticidade. Como resultado, o valor do estresse residual é uma medida importante.
A análise do stress residual em estruturas de MTGS despertou interesses da pesquisa de muitos grupos em torno do mundo. O modelo numérico de estresse axial e radial foi construído com base na teoria da casca fina5. O método dos elementos finitos foi aplicado para obter a distribuição global de tensões de uma estrutura de mtgs após o processo de recozimento, o que foi consistente com os resultados experimentais6,7. Entretanto, por causa das limitações que envolvem o tamanho pequeno e a interferência eletromagnética, muitos sensores avançados não são apropriados para estas circunstâncias. O método de comprimento de fenda de recuo foi relatado para medir o estresse residual no material de vedação do MTG; Entretanto, este método era destrutivo e não poderia conseguir a monitoração em linha tempo real de mudanças do esforço no vidro.
Os sensores do grating da fibra Bragg (FBG) são pequenos no tamanho (~ 100 μm) e resistentes à interferência eletromagnética e aos ambientes ásperos8. Além, os componentes da fibra são similares àqueles do vidro da selagem (SiO2), assim que os sensores de FBG não têm nenhum efeito na hermeticidade e na isolação do material da selagem. Os sensores de FBG foram aplicados à medida residual do esforço em estruturas compostas9,10,11, e os resultados mostraram que indicou a boa precisão de medição e a resposta de sinal. As medidas simultâneas da temperatura e do esforço podem ser conseguidas pela fibra Bragg que ralam matrizes em uma fibra óptica12,13.
Um protocolo novo baseado em um sensor de FBG é demonstrado neste estudo. A preparação apropriada para a estrutura especial de MTGS foi explorada ajustando a temperatura de calor máxima para assegurar o bom hermeticidade da estrutura de MTGS. O sensor de FBG é encaixado no trajeto preparado do vidro de selagem para fundir o FBG e o vidro junto após o tratamento térmico. Então, a tensão residual pode ser obtida pelo deslocamento do comprimento de onda de Bragg do FBG. A estrutura de MTGS com o sensor de FBG é coloc ambientes de alta temperatura e de alta pressão para conseguir a monitoração em linha do esforço residual cargas em mudança. Neste estudo, as etapas detalhadas para produzir uma estrutura MTS com um sensor FBG são delineadas. Os resultados mostram a viabilidade deste novo protocolo e estabelecem a base para o diagnóstico de falha de uma estrutura de MTGS.

<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

O stress residual é um factor essencial para manter a hermeticidade e robustez de uma estrutura de vedação de vidro-metal. A finalidade deste relatório é demonstrar um protocolo novo para caracterizar e medir o esforço residual em uma estrutura do selo do vidro-à-metal sem destruir a isolação e o hermeticidade de materiais de selagem. Nesta pesquisa, um FEMTO-laser inscrito fibra Bragg grating sensor é usado. A estrutura do selo do vidro-à-metal que é medida consiste em um escudo do metal, em um vidro de selagem, e em um condutor de Kovar. Para fazer as medidas que valem a pena, o tratamento térmico específico da estrutura do selo do metal-à-vidro (MTGS) é explorado para obter o modelo com a melhor hermeticidade. Então, o sensor de FBG é encaixado no trajeto do vidro de selagem e torna-se bem-fundido com o vidro enquanto a temperatura esfria ao RT. O comprimento de onda de Bragg de FBG desloca-se com o stress residual gerado em selar o vidro. Para calcular a tensão residual, a relação entre o deslocamento de comprimento de onda e a deformação de Bragg é aplicada, e o método dos elementos finitos também é usado para tornar os resultados confiáveis. As experiências de monitoramento on-line de estresse residual em vidro de vedação são realizadas em diferentes cargas, tais como alta temperatura e alta pressão, para ampliar as funções deste protocolo em ambientes agressivos.

A partir dos resultados da Figura 5, o tratamento térmico padrão para produzir os modelos mtgs com resistência de alta pressão é explorado, e os modelos podem satisfazer os exames (i.e., transmissões leves, resistência à pressão, sem, etc.). Assim, a estrutura produzida de MTGS pode ser aplicada para manter o hermeticidade em ambientes ásperos.
O FBG pode ser bem fundido com a estrutura do MTGS, e a tensão residual no vidro de selagem será refletida pe...

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

Os procedimentos chaves para aperfeiçoar o processo da selagem e para conseguir a monitoração tempo real da estrutura do selo do metal-à-vidro (MTGS) são descritos em detalhe. O sensor grating incorporado da fibra Bragg (FBG) é projetado conseguir a monitoração em linha da temperatura e do esforço residual de alto nível no MTGS com monitoração simultânea da pressão ambiental.

Processo de vedação otimizado e monitoramento em tempo real de estruturas de vedação de vidro a metal

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 ...

Este protocolo pode ser usado para realizar o monitoramento simultâneo de temperatura e estresse em tempo real das estruturas metal-to-vidro pela primeira vez. A principal vantagem desta técnica é que o sensor de grade bragg de fibra pode ser bem fundido com a estrutura metal-to-vidro sem destruir o isolamento ou hermética da estrutura metal-para-vidro. Demonstrando o procedimento com Zhichun Fan será Kangjia Hu, uma estudante de mestrado do INET.Para processar pó de vidro granulado, despeje aproximadamente 1,1 gramas do pó em um molde de cilindro de vidro e coloque o molde na máquina de prensa. Para compactar o vidro em um cilindro de vidro, ligue a máquina de prensa e coloque o cilindro resultante em um forno de aquecimento a ser centrado. Remova o cilindro de vidro centralado do forno de aquecimento e use uma junta de grafite para fabricar o cilindro de vidro, a casca de aço e o condutor Kovar.Para a medição do estresse residual, primeiro mescla a cabeça de uma fibra óptica com um conector FC pelos emendadores de fusão e combine o conector FC com um interrogador para desmodular o comprimento de onda e o espectro FBG. Insira o FBG através de um caminho no vidro de vedação do modelo MTGS fabricado com a grade do FBG posicionada precisamente dentro do vidro. Em seguida, fixe outro FBG perto do vidro de vedação para monitorar apenas a temperatura.Conecte o interrogador a um computador e use uma garra de tratamento térmico para colocar o cilindro de vidro centralado, a concha de aço, fbGs e a junta de grafite do condutor Kovar no septo de quartzo no forno de aquecimento. Eleve a temperatura para 450 graus Celsius em incrementos de cinco graus Celsius por minuto antes de baixar a temperatura de volta à temperatura ambiente em incrementos de 0,5 graus Celsius por minuto. Em seguida, registo os dados de comprimento de onda bragg em tempo real no software do computador.Para monitorar o estresse e a temperatura, coloque um FBG em um cilindro de vidro centrado e coloque um segundo FBG fora do vidro para monitorar apenas a temperatura. Coloque o modelo MTGS com a fibra óptica no forno como demonstrado e use o tratamento de calor padrão para processar o modelo MTGS com um sensor FBG incorporado, depois imponha temperaturas de 100, 200, 300 e 400 graus Celsius ao modelo que mantém cada temperatura por 100 minutos. Neste experimento representativo, foi explorado o tratamento térmico padrão para produzir os modelos MTGS com alta resistência à pressão, demonstrando que os modelos podem satisfazer análises em condições ambientais severas.O FBG pode ser bem fundido com a estrutura MTGS e a tensão residual no vidro de vedação será refletida por uma mudança de comprimento de onda Bragg após o tratamento térmico. As mudanças de estresse em tempo real no vidro de vedação de 100 a 400 graus Celsius são monitoradas precisamente pelo sensor FBG, e a diminuição do estresse residual no vidro de vedação pode ser refletida instantaneamente. Trate o sensor despojado com cuidado e certifique-se de que a posição do FBG esteja correta dentro do vidro ou que o estresse não seja medido com precisão.Esta técnica pode ser usada para medir o estresse residual na energia solar recebida de forma direta e precisa, uma realização que não foi alcançada nos estudos anteriores. O método pode ser aplicado para alcançar a cepa distribuída on-line e a temperatura no monitoramento da estrutura de vedação e para detectar a falha na primeira vez.

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