在追求極致真空的道路上，許多尖端科技領域如粒子物理研究、半導體光刻、精密材料鍍膜以及空間探測等，都離不開超高真空（Ultra-High Vacuum, UHV）?環(huán)境的支持。當真空度要求達到驚人的10?? Pa（0.0000001 Pa）級別，同時需要承受200°C的高溫烘烤以去除系統(tǒng)內殘余氣體和水汽，并在70°C以下的工況中長期穩(wěn)定工作時，傳統(tǒng)的彈性體密封圈（如O型圈）便力不從心。此時，?金屬密封圈（Metal Seals）?以其卓越的特性，成為滿足這些嚴苛要求的可靠選擇。
?超高真空（1 x 10?? Pa）??： 該真空度對氣體的滲透、放氣和微量泄漏的容忍度極低。材料自身必須極低的放氣率（出氣率），且結構上需要達到近原子級密合。
?烘烤溫度（200°C）??： 系統(tǒng)必須能加熱到200°C（有時甚至更高）以加速解吸附著在腔體、部件內部的氣體分子（主要是水蒸氣）。密封件必須在此高溫下保持密封完整性，且本身放氣率不劇增。多數(shù)橡膠在此溫度下會硬化、分解、劇烈放氣，完全失效。
?工作溫度（≤ 70°C）??： 密封件需要在常溫至70°C范圍內提供穩(wěn)定可靠的密封性能。
?兼容性與潔凈度?： 密封材料不能污染真空環(huán)境（如釋放有機物、顆粒物），需要兼容常見的工藝氣體或清潔劑。
金屬密封圈憑借其純金屬材質的先天優(yōu)勢，成為解決這一系列挑戰(zhàn)的理想方案。
?材料選擇：低放氣、高可靠性的基礎?
?無氧銅（Oxygen-Free Copper, OFC）：?? 高純度銅的卓越延展性、高導熱導電性是其最大的優(yōu)勢。它能輕松塑性變形填充密封面微小的不規(guī)則處，形成可靠的金屬-金屬密封界面。其高柔韌性使其對法蘭的平行度要求相對較低。但其硬度較低（容易劃傷）是應用中的主要挑戰(zhàn)。
?鋁（純鋁或特定合金）：?? 相比無氧銅更輕盈，成本低且導電導熱性優(yōu)良。但其強度硬度較低，塑性變形能力與防擦傷性能要求較高的密封設計可能較難滿足苛刻要求。
?特殊合金：?? 包括奧氏體不銹鋼、因科鎳、特殊高溫合金等。當應用需要更高的強度、耐腐蝕性、耐輻射性或在更高溫度下工作時作為替代材料，然而成本顯著增加且塑性變形能力通常不如銅和鋁。
選擇核心考量：在達到10?? Pa、200°C烘烤條件下，?無氧銅（OFC）是絕大多數(shù)應用的首選，其優(yōu)異的塑性變形能力和足夠高的溫度耐受性，能確保可靠密封的同時滿足嚴苛的潔凈度與真空度要求。
?結構設計：密封效能的核心?
?實體金屬密封圈（Solid Wire Seal）：?? 最簡潔的形式，由實心金屬線材彎曲成型（通常是圓形截面）。依靠材料的塑性壓扁實現(xiàn)密封。裝配較省力，但對法蘭密封表面的加工精度要求較高。
?開槽型金屬密封圈（Confined Metal Seal / Conflat Flange 典型密封）??：
??“刀口”法蘭（Knife-Edge Flanges）：?? 法蘭面上加工出尖銳的刃口（如銅墊圈配合不銹鋼刀口）。當法蘭夾緊時，刃口切入較軟的密封圈材料（如無氧銅）中形成高壓接觸區(qū)，實現(xiàn)緊密密封。這一設計尤其利于多次重復拆裝。
?密封件結構：?? 通常采用實心或空心矩形截面金屬環(huán)（銅或鋁）。空心設計能提供更大壓縮行程，緩解密封表面加工誤差影響。
?彈簧增能金屬密封圈（Spring-Energized Seals）??： 在金屬或塑料護套內嵌入高性能金屬彈簧（如因科鎳等）。彈簧提供持續(xù)的回彈力補償材料變形、磨損、熱循環(huán)等影響，確保長壽命的動態(tài)或靜態(tài)密封（如旋轉饋通）。在UHV領域主要用于動態(tài)密封場合。
設計選擇核心：在超高真空靜態(tài)應用中（如腔室法蘭連接），?配合刀口法蘭使用的無氧銅矩形截面密封圈（CF標準）是目前最主流、最可靠且經濟的選擇。其成熟的設計、優(yōu)異的密封性能和可重復使用性（在清潔和檢查無誤后）是其他結構難以企及的。
?表面處理與粗糙度：看不見的關鍵?
?密封表面粗糙度：?? 直接密封界面區(qū)域（法蘭刀口及相配合的密封圈表面）的粗糙度（Ra）需控制在0.8 μm 或更低?（通常要求≤ 0.4 μm）。過于光滑表面（如鏡面）可能降低潤滑性阻礙塑性變形；過粗糙表面（如Ra > 1.6 μm）會使密封面無法充分密合。
?清潔度與狀態(tài)：?? 安裝前，密封圈和法蘭表面需進行無殘留清洗（超聲波清洗、溶劑清洗等）并通過嚴格目視或儀器檢查，不得有油污、灰塵顆粒、氧化層（尤其是銅）、刮痕或凹坑。操作必須佩戴潔凈無塵手套。
?大型粒子加速器與探測裝置：?? 用于真空束流管道、各類閥門連接以及傳感器接口連接。
?尖端半導體制造設備：?? 如離子注入機、刻蝕設備、分子束外延（MBE）、物理氣相沉積（PVD）設備腔室連接。
?精密表面分析與材料研究：?? 各類質譜儀、表面分析設備的進樣系統(tǒng)和分析室連接。
?空間模擬與航天器部組件測試：?? 要求極高真空和潔凈度的空間環(huán)境模擬艙體連接。
?高功率真空電子設備：?? 如微波管、行波管、速調管等器件封裝。
?精確選型：?? 明確規(guī)格尺寸（如CF系列標準）和材料。首要確認設計應用于200°C烘烤+70°C工作+UHV(10?? Pa)?場景。
?規(guī)范安裝：??
均勻施加規(guī)定的安裝扭矩（使用經過校準的力矩扳手），確保法蘭平行閉合。
首次安裝的新密封圈需達到初始塑性變形點。
多次使用前嚴格檢查密封面和密封圈狀態(tài)。
?清潔與維護：??
拆卸后需徹底清潔密封面（避免劃傷）。
檢查密封圈有無變形超限、裂紋、嚴重劃痕等。
對于狀態(tài)尚可的銅墊圈可考慮多次重復使用（需評估風險），如出現(xiàn)明顯壓痕或表面損傷則務必更換。
按照設備制造商建議進行規(guī)范烘烤操作（控制升降溫速率）。
?泄漏檢測：?? 安裝烘烤后，采用氦質譜檢漏儀（最常用）進行檢漏，確認漏率符合10?? Pa或更高的密封要求（實際系統(tǒng)達到的真空度受多種因素影響）。
|
?關鍵技術參數(shù)對比? |
?無氧銅 (OFC)?? |
?鋁? |
?特殊合金? |
|---|---|---|---|
|
?核心優(yōu)勢? |
最佳塑性變形能力、低放氣、高導熱/導電、成本適中 |
輕質、成本低、良好導熱/導電 |
高強、耐腐蝕、耐輻射、特定高溫性能 |
|
?塑性變形能力? |
★★★★★ |
★★★☆☆ |
★★☆☆☆ |
|
?抗劃傷性? |
★★☆☆☆ |
★★☆☆☆ |
★★★★☆ |
|
?烘烤穩(wěn)定性 (≤200°C)?? |
★★★★☆ |
★★★★☆ |
★★★★★ |
|
?成本? |
★★★☆☆ |
★★★★☆ |
★☆☆☆☆ |
|
?UHV 主流選擇? |
首選 |
部分特定 |
特殊要求 |
?泄漏：??
原因：安裝不規(guī)范（力矩不均/不足）、表面污染、劃痕、密封圈損傷變形超限。
解決：檢漏定位，重新規(guī)范安裝（清潔檢查）、更換密封圈。
?密封圈永久變形/壓痕嚴重：??
原因：多次重復使用過度變形、安裝過載。
解決：更換新密封圈。
?表面劃痕：??
原因：搬運安裝不當、密封面有硬質顆粒污染、密封圈表面損傷。
解決：清潔檢查法蘭面和密封圈，輕微劃痕可嘗試精細研磨修復（需專業(yè)人員），否則更換。避免二次污染。
?烘烤后放氣超標：??
原因：密封圈或法蘭表面清潔度不夠（殘留污染物高溫下釋放）、密封圈材料質量不佳。
解決：嚴格清潔流程，選用高質量、低放氣率的原廠密封圈。
在追求真空度達10?? Pa、需耐受200°C高溫烘烤且在70°C環(huán)境下穩(wěn)定工作的苛刻條件下，金屬密封圈憑借其極低的材料放氣率、優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性和可靠的密封能力，成為了無可替代的密封解決方案。其中，?無氧銅材質的矩形截面密封圈配合精密加工的不銹鋼刀口法蘭（CF型）的組合，因其成熟的工業(yè)標準、出色的可靠性和相對合理的成本，成為了當前超高真空領域的“黃金標準”?。
【德龍密封溫馨提示】密封問題找德龍！密封件廠家，接受定制密封件，從設計到研發(fā)，從生產到測試，全系列服務。有更多想了解的信息可以直接聯(lián)系德龍密封，德龍產品專家竭誠為您服務！
電話/微信：13381546720
聯(lián)系人
： 何女士13381546720微信號
：13381546720地址
：廣東省東莞市東城區(qū)柏洲邊牛角坑路2號
