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極低温シールは、極低温流体などの極低温に保持される材料を機械的に封じ込めるメカニズムです。シールの作成には、はんだ付けや溶接などさまざまな技術が利用できますが、真空密閉状態で極低温成分を密閉するには、特殊な材料とプロセスが必要です。最も一般的に使用されるのは、 -153 °C (120 K) 未満の非常に低い温度で沸騰する液体ヘリウムと液体窒素、および凝固点の低い炭化水素と冷媒混合物です。[1]純粋なインジウムワイヤまたははんだプリフォームワッシャーは、最も信頼性の高い低温シール材料として認められています。正しく形成されたインジウムは、4.0x10 -9 mbar-リットル/秒未満のリーク率を実現します。[2]代替の極低温シール材料には、シリコングリース円錐シール、およびPb/Sn（鉛スズ）ワイヤシールがあります。 [3]
歴史
基本的な極低温処理は、原始的ではあったものの、1940 年代に始まりました。鋼鉄の切削工具は、耐用年数を延ばすために液体窒素に浸されました。
極低温を利用した機械的プロセスは 1950 年代に十分に文書化されており、1980 年代までには極低温流体が現代の装置での保管と使用に考慮されるようになりました。
今日、極低温シールは、デバイスの解像度と機能に不可欠な極低温流体を封入するために、ハイテクの商業、医療、軍事用途に不可欠なものとなっています。[4]
アプリケーション
極低温シールを利用するアプリケーションには以下のものがある: [5]
インジウムシール
利点
インジウム極低温シールの利点:
- インジウムシールアセンブリの確立された/実証された設計技術[6] [7]
- 分解と再組み立てのオプション[2]
- インジウムは使用後に有用なシールに再形成できる[7]
- インジウムは融点が低いため、室温で柔らかく柔軟性があり、欠陥を埋めることができます。これにより、接合面の間に不浸透性の結合が形成され、極低温でも柔軟性を維持する気密シールが作られます[ 8 ]
- 室温から極低温槽への浸漬までの熱衝撃後もシールの完全性は維持される[9]
- シール品質は、セラミック、ゲルマニウム、金属、ガラスなどの接合面の組成とは無関係です。[10]
- インジウムは80～100Åの厚さの自己不動態酸化層を形成します。この層は酸エッチングで簡単に除去でき、下にある露出したインジウム金属を圧縮してしっかりと密閉された結合を形成することができます。[11]
デメリット
インジウム極低温シールは、その利点にもかかわらず、いくつかの欠点があります。フランジ間でインジウムを圧縮するためにはかさばる機械構造が必要です。[9] また、脈動荷重によりインジウムシールがクリープし、ボルトの張力が緩んでシールの品質が低下します。[2]
インジウムシールのプロセス情報
清潔で酸化物のないインジウムは、それ自体に冷間圧接します。ワイヤシールの接合端部は、圧縮下で互いに溶接されます。[12]インジウムワイヤ で作られたシールのより信頼性の高い代替品は、インジウムワッシャーを使用したシールです。ワッシャーは、ワイヤの接続された突合せ端部間のインターフェースをなくすことで、シールの劣化と極低温漏れのリスクを最小限に抑えます。ワッシャーは、途切れのない連続リングとして製造されます。[9] 使用するインジウム材料は、氷点下での材料の硬化を防ぎ、蒸気圧の低い元素の不純物を制限するために、超純粋（最低純度99.9）でなければなりません。[13]インジウム極低温シールに真空鋳造材料を使用すると、ガス放出を 防ぐことができます。
信頼性テスト
- ヘリウムリークテスト[2]
- 極低温衝撃試験[9]
種類
- コンパクトインジウムシール
- 圧縮可能な密閉シール
- 圧縮シール
- 極低温真空シール
- 取り外し可能な極低温シール
- インジウム極低温真空シール
- インジウムOリングフランジシール
- インジウムシール
- インジウムワイヤーOリング
- インジウムワイヤーシール
- 薄型インジウムシール
- 低温シール
- 再利用可能な極低温真空シール
- 再利用可能なインジウムワイヤーシール
- 再利用可能な薄型極低温ワイヤーシール
- ソフトメタルシール
- 真空対応シール
- 極低温での真空対応シール
- コーナージョイントシール
- 面ジョイントシール
参考文献
- ^ 欧州原子核研究機構 - 極低温学入門
- ^ abcd 極低温での真空対応シールの設計、開発、テスト 2011-09-27 にWayback Machineでアーカイブ
- ^ Stewart, MD; Koutroulakis, G; Kalechofsky, N; Mitrović, VF (2010). 「再利用可能な薄型極低温ワイヤシール」Cryogenics (Guildf) . 50 (1): 50–51. doi :10.1016/j.cryogenics.2009.09.009. PMC 2805154 . PMID 20161550.
- ^ 極低温の歴史 2011-11-25ウェイバックマシンにアーカイブ
- ^ 貯蔵液化極低温ガスの用途 アーカイブ 2011-11-02 at the Wayback Machine
- ^ ジェミニ 200 NMR の真空サービス 2011-09-28 にアーカイブされました(Wayback Machineより)
- ^ ab インジウムと真空シール
- ^ インジウム線と極低温シール
- ^ abcd 極低温光学窓用コンパクトインジウムシール
- ^ 取り外し可能な極低温シールオプション
- ^ 「シーリング用インジウム」。2011年9月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年8月29日閲覧。
- ^ 「インジウム冷間溶接」。2011年9月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年8月29日閲覧。
- ^ Neuhauser, Robert G (1979). 「ガラスとセラミックス用の圧力製ソフトメタル真空シール」. Vacuum . 29 (6–7): 231–235. Bibcode :1979Vacuu..29..231N. doi :10.1016/S0042-207X(79)80644-2.
外部リンク
- 純粋インジウムの物理定数 2011-09-25 にWayback Machineでアーカイブ
- 再利用可能な薄型極低温ワイヤーシール
- インジウム系はんだの腐食
- インジウムを圧縮して密閉シールに
- HelioxTL システム オペレータ ハンドブック - 汎用システム マニュアル
- アメリカ低温学会
- 極低温システムでインジウムシールを作る方法を示すビデオ