討論了玻璃鋼復合材料無磁杜瓦的真空性能。提出了采用三層模式殼體結構、加熱、充CO2 置換氣體、放置活性炭等提高和保持杜瓦夾層真空度、減少抽空時間的方法。同時簡述了影響夾層真空度測量的相關因素。研究結果表明:玻璃鋼復合材料放氣率是影響夾層真空度的主要因素;在液氮溫度下杜瓦夾層動態真空度可達5 ×10^-4Pa ,并可長期使用而真空度不變。

       隨著超導量子干涉儀( SQUID , Superconducting Quantum Interference Devices) 廣泛應用于地磁探測、生物磁測量、無損檢測、掃描電鏡、潛艇和衛星等領域,SQUID 能夠測量大地的感生磁化強度,尋找礦藏和地下資源,進行地磁場的精度測量、古地磁場測量以及用來研究大地的形成與變遷,是探測海底潛艇的方位及生物磁場變化的有力工具。為了能使SQUID 器件正常工作,必須將SQUID 器件置于無磁、無振動及極低溫度的環境下。從70 年代開始,人們一直在開拓SQUID 的應用技術,用于SQUID 弱磁測量的玻璃鋼復合材料杜瓦就成為低溫工作者們廣為關心的課題。

制作無磁杜瓦一般選用具有較高比強度、比剛度和低磁化率的玻璃鋼材料,玻璃鋼具有質量輕,強度高,抗疲勞性能、電絕緣性能及熱性能優良,減振性和耐化學藥品性好,施工工藝性和可設計性良好以及容易著色、成型方便、工藝簡單、能通過電磁波等優點,但玻璃鋼材料的放氣率大于金屬材料的放氣率,所以設計玻璃鋼作杜瓦結構材料時一定要研究放氣率對杜瓦夾層真空性能的影響。

       對于用于低溫的真空絕熱杜瓦容器,除了設計中保證容器的剛度和強度外,影響質量的主要指標是絕熱空間的真空度,無磁玻璃鋼杜瓦的絕熱要求其夾層保持0.01Pa 以上高真空度,而玻璃鋼材料的放氣在大程度上影響無磁杜瓦夾層的真空度,因為玻璃鋼材料的放氣會造成真空夾層氣體壓力的逐漸增大,容器的絕熱效果下降,冷損增加,容器的使用壽命降低。本文在前人對玻璃鋼材料放氣特性研究的基礎上,就涉及到影響無磁玻璃鋼杜瓦容器真空性能的因素進行了分析研究,總結出了一整套提高真空度的方法和工藝,并通過設計的10L 杜瓦容器的夾層空間真空性能實驗進行分析驗證。

本文實驗中真空度的測量點不是在杜瓦夾層中,而是在分子泵口,因此這種測量是一種間接測量,根據裝置分析,影響夾層真空度間接測試結果有以下因素^[6] :

(1) 真空機組本底真空度越高,對夾層動態真空度的影響越小,因此測量系統中配置的真空泵應采用機械泵和高真空分子泵相結合真空機組,其極限壓力應低于2 ×10 ^{- 5} Pa 。

(2) 管路、接頭和真空閥門的放氣是造成夾層真空度測量誤差的主要因素。為了減少放氣,測量管路應采用不銹鋼材質;抽真空連接前,杜瓦真空密封接頭與抽氣閥應清洗、烘干再連接;測量時可以加熱管路除氣,縮短抽氣時間。

　  (4) 低溫液體充滿率的影響。容器內盛裝低溫液體過少時,在內筒軸向上溫度分布不均勻,導致容器夾層中的吸氣劑的吸氣量下降,破壞真空度,因此杜瓦容器在使用時應裝有不少于有效容積50 %的低溫液體,且達到熱平衡后方可進行。

4、結論

本文對玻璃鋼杜瓦設計中影響夾層真空性能的諸多因素進行了分析和研究,采用適當的工藝技術方法提高和保持了夾層真空度,并通過試驗分析了影響杜瓦夾層真空度間接測量的因素。具體結論如下:

(1) 玻璃鋼結構材料放氣率是影響杜瓦真空性能主要因素,可以通過控制溫度和時間來提高材料的真空性能。

(2) 采用三層模式結構設計玻璃鋼殼體材料、加熱、充入CO2 置換氣體、放置活性炭等工藝技術方法可以增加材料表面吸附氣體脫附速率、提高和維持夾層真空度、降低抽空時間。

(3) 杜瓦夾層動態真空度測量受諸多因素影響,其中抽空閥門真空密封性能是主要的影響因素,采用二級密封方式可以很好的解決這個問題。