一种激光陀螺电极铟封增强装置
技术领域
本实用新型涉及激光陀螺电极技术领域，更具体地，涉及一种激光陀螺电极铟封增强装置。
背景技术
在激光陀螺制造中，考虑了阴极的自身寿命——发射电子能力与抗溅射能力，通常采用发射电子能力较强的高纯铝作为阴极材料，使用无氧铜或者钛作为阳极，激光陀螺腔体一般采用接近零膨胀的微晶玻璃。为了实现膨胀系数匹配性差的两种材料间的高真空密封，采用延展性良好的金属铟作为密封过渡材料。
铟封接作为一种非匹配封接工艺，具有封接面平整、结合强度大、真空性能优等特点。但是微晶谐振腔真空气密性要求较高，需降低封接泄漏的影响，引起泄漏的原因为封接残余应力，主要来自于：(1)电极材料与微晶腔体热膨胀系数匹配不一致，激光陀螺反复高低温环境中密封性能减弱甚至失效；(2)电极和谐振腔的封接接触面有限，一旦一处出现泄漏，将危及整个谐振腔。
目前大多数激光陀螺电极封接时，采用铟圈加热机械加压法，如图1所示，以阴极为例，在谐振腔和阴极底部压一层铟圈密封。其有效封接面积为电极与谐振腔接触面之间，面积有限。反复高低温测试后，由于膨胀系数匹配的问题，封接处容易出现泄漏，从而导致陀螺失效。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出一种激光陀螺电极铟封增强装置，所述装置呈倒置圆筒状，圆筒内径与电极底部外径一致，圆筒厚度能够配合封接面，圆筒封接面为弧形。
可选地，所述圆筒封接面为1/4圆弧状。
可选地，圆筒内径与电极的底部外径一致。
可选地，内部设置有加热头和温度传感器。
可选地，圆筒厚度与封接面一致。
本实用新型的优点是：使得电极密封性能增强，有效保障了谐振腔的气密性；增大激光陀螺阴极和谐振腔铟封接接触面，降低封接漏气概率，提高了激光陀螺的寿命和可靠性；装置结构简单，易加工装配，成本低。
附图说明
为了更容易理解本实用新型，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本实用新型。这些附图只描绘了本实用新型的典型实施方式，不应认为对本实用新型保护范围的限制。
图1为传统阴极封接剖面示意图。
图2为本实用新型的激光陀螺阴极密封性增强的铟封装置的剖面示意图。
图3为本实用新型的激光陀螺阴极密封性增强的铟封装置的结构示意图。
图4为本实用新型的增强装置改进的阴极封接剖面示意图。
图5为本实用新型的增强装置改进的阴极封接效果示意图。
图6为本实用新型的激光陀螺阴极密封性增强的铟封装置热压示意图。
图7为本实用新型的激光陀螺阴极铟封高压老化示意图。
图8为本实用新型的激光陀螺阴极铟封的检测结果表。
附图标记
1-电极；2-传统封接部位；3-增强封接部位；4-谐振腔；5-铟封加强装置；6-柔性贴合电极；7-高压交流电源。
具体实施方式
下面参照附图描述本实用新型的实施方式，其中相同的部件用相同的附图标记表示。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合。
本实用新型提供一种激光陀螺电极铟封增强装置5，如图2和图3所示。
铟封增强装置5为倒置圆筒状，圆筒具有一定厚度，圆筒厚度与电极1的封接面一致。圆筒内径与电极1(见图4)的底部外径一致。圆筒封接面为弧形。圆筒外径为圆筒内径与所述弧形半径之和。圆筒的厚度半径能够配合封接面，优选地与封接面一致。
圆筒封接面可以是其他形状或大小，只要把电极1的外部侧面也密封起来就可以。
优选地，圆筒封接面为1/4圆弧，此时，圆半径＝圆筒厚度＝阴极侧面封接高1/4圆弧度+底面封接铟膜厚度，圆筒外径为圆筒内径与圆弧半径之和。在一个实施方式中，圆筒封接面为1/4圆弧时，电极1的底部传统封接部位2的铟膜厚度约0.2mm，圆筒封接面为约2.2mm。圆筒内径为25mm，圆筒外径为27.2mm。
该增强装置内可以设置加热头和薄膜式铂电阻温度传感器，温度传感器测温范围为-70℃～+300℃，精度为1/3B级。
本实用新型在原有的底部封接面旁边，增加一层封接面，且将面扩展至电极侧面，以阴极为例，如图4-图6所示。这将降低激光陀螺漏气的可能性，起到双重保护的作用。
本实用新型还提出一种激光陀螺电极铟封增强方法，包括：1)在电极1与谐振腔4的封接面周围增加铟圈封接材料；2)使用增强装置向下施压，加热软化所述铟圈，所述装置的结构呈如前所述；3)当增强装置到达封接最低端面时，保持封接压力和温度，稳定设定时间。4)热压冷却后，对电极进行高压老化。
下面详细描述本实用新型的方法和使用铟封增强装置5的封接步骤。
S1，抛光电极封接面：选择粒度为纳米级的SiO2溶胶为抛光液，在转速30转/分钟的抛光盘中抛光5小时，使微晶玻璃表面粗糙度Ra达到0.3nm。电极封接面经过抛光后，能使表面更加平整，有利于铟封密封性。
S2，清洗电极：采用RCA湿法化学清洗工艺。
(1)将微晶玻璃浸没于丙酮中加热至50℃超声清洗30分钟；
(2)用酒精将微晶玻璃上残留丙酮冲洗干净，随后在酒精中超声10分钟；
(3)取出玻璃衬底，采用去离子水将衬底冲洗干净，然后在混合溶液(浓H2SO4/H2O2＝7/3)中浸泡4小时以上；
(4)取出玻璃衬底，采用去离子水将衬底冲洗干净，高纯氮气吹干备用。
S3，铟封：使用时根据铟圈材料性质，温度设置为140℃，增强装置温感灵敏度±1℃。封接过程中，封接压力通过直线推杆的下压产生，通过控制直线推杆的位移，间接控制封接压力。当热压头(增强装置的圆筒下端)接触零件上表面后，铟圈受热软化，封接压力将随着热压头的下降而增加。当铟封加强装置5到达封接最低端面时(如图6)，保持封接压力、温度稳定30分钟。封接完成后缓慢释放压力，防止压力快速释放可能对压封质量或者工件造成不必要的损伤。
S4，高压老化：热压冷却后，在电极和陀螺腔体之间通过加载高压交流电源7(1000V、1KHz，电流很小，因为腔体是微晶玻璃的并非电的良导体，但是有部分离子可以导电，这个过程中电流实际上是通过铟环流过去的)。如图7所示，谐振腔4内贴一柔性贴合电极6，交流高压电源7连接激光陀螺的(阴极)电极1和激光陀螺谐振腔4内的柔性贴合电极6，在高频高压电场作用下，铟原子会向阴极(铝)和腔体(微晶玻璃)表层内部扩散，加电过程需要2-4小时。高压老化过程可以使得铟向电极、腔体的接触面中扩散，增强铟与两个接触面的封接牢度。
通过测试，本实用新型的装置具有更好的技术效果，如图8所示。用本实用新型的增强装置对激光陀螺阴、阳极封接后，在高低温箱进行反复高低温冲击试验，再用氦质谱检漏仪测定激光陀螺的氦泄漏率。试验温度为-60℃～+80℃，升降温速率为5℃/min，具体试验过程为：
(1)选择10个密封良好的传统封接的激光陀螺，编号1-(1～10)，和10个改进封接工艺的激光陀螺，编号2-(1～10)。采用氦质谱检漏仪测定激光陀螺漏率，记入表格，见图8(单位：Pa·m3/s，当激光陀螺氦泄漏率低于10×10-10时，认为检漏不合格)；
(2)将激光陀螺放入高低温箱，设置试验温度为-60℃～+80℃，升降温速率为5℃/min，每次到达温度高点和低点均保持60分钟，重复50个周期，然后采用氦质谱检漏，测定激光陀螺漏率，记入表格；
(3)重复步骤(2)，重复20个周期，测定激光陀螺漏率，记入表格；
(4)继续重复步骤(2)，重复30个周期，测定激光陀螺漏率，记入表格。
结果表明，在相同的高低温试验条件下，传统封接工艺循环50圈开始出现漏气，数量1个，循环70圈和100圈相继出现更多漏气陀螺。而申请的改进封接工艺，循环70圈漏气1个，循环100圈漏气2个，密封性能明显提升。表明本实用新型的装置结构设计简单，易加工装配，成本低，密封可靠性高，密封性能好。
以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。
