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什么"磁流体密封"? 1 引 言 80年代中期到现在,我国很多生产单晶硅的企业,陆续引进国外的先进直拉法单晶炉。在这些设备上所使用的旋转密封,就是一种新型密封——磁流体密封。 用铁磁流体封堵泄漏通道的半流体动密封(见图 磁流体密封示意图 )。fe3o4‧cro2等铁磁性超细微粒悬浮在低挥发性的液体中﹐形成铁磁流体。将铁磁流体置於密封间隙中﹐在磁场力作用下铁磁流体能形成强韧的液体膜﹐藉以阻止泄漏。磁流体密封常用於密封气体﹐适用於密封高真空系统。它可用於高速﹐但不耐高温和高压。 磁流体密封所具有的优异密封性能,是靠它独特而又先进的密封原理所保证,这样就可以使从普通装置到高、精、尖设备仪器的密封长期稳定工作。磁流体密封与其它密封相比,虽然是较晚被人们发明并得到应用的一种密封形式,但随着社会发展,人类科学技术的进步,它却不同于有些密封形式,这些密封形式如机械密封、填料密封、浮环密封,迷宫密封等。其密封性能已无法满足当今社会密封的使用要求,逐步从各种设备中淘汰出去,而磁流体密封却得到更深入的研究和应用,它正不断向很多领域发展。 半导体材料单晶硅的生产设备单晶炉,它的内部需要很高的密封条件,来保证整支单晶在拉制生产中不被空气污染。而其中最为关键的就是单晶炉上部的籽晶杆旋转密封和下部的坩埚杆旋转密封,即所谓动密封。这两处要使用磁流体密封。下面介绍一下它的密封原理和主要性能。 2 磁流体密封原理 磁流体密封是依靠磁流体的强顺磁性,在外加强磁场作用下,磁流体沿着磁力线存在于密封的间隙中,保持易流动状态。图1为磁流图1体密封装置的结构简图。 磁流体密封装置的结构图由磁铁、磁极、外套、磁流体、旋转轴这5个主要部件组成。一般情况下,旋转轴为运动部件,其余设计为静止部件,在静止与运动部件之间保持一定的间隙,这样在这个间隙中,充满磁流体。由磁流体、磁极、磁铁和旋转轴组成一个有效的磁路,磁场总是存在这样一个连续的磁路中,基本上没有漏磁现象,磁路中将会长期稳定地保持一定的磁场强度,磁流体就会永久地保存在间隙中,来承担动密封作用。在这个间隙中,磁流体排斥一切外来的非磁性物质,即是我们需要密封的介质。这些非磁性物质包括气体、液体、固体。固体一般是指较微小的固体颗粒,它是可流动的。我们在应用中,无论是在正压还是在负压条件下,密封都是由多级组成,只有在无压状态下,如防尘等情况使用一级密封。图2为多级密封的工作情况,密封的总耐压差为p1-p6,而其中的后几级密封中,p4=p5=p6,并无压差,即耐压是由前三级共同承担,后两级是处于“待命”状态,起到备用作用。在这里可以看到,当压差较大时,所需要的密封级数将相应增多。单晶炉内的籽晶杆密封和坩埚杆密封,所设制的密封级数为4级,这是由设备的使用压力和密封寿命来决定的。单晶炉内压力范围是±0.1mpa,连续使用密封寿命可达10年以上,是其它密封形式寿命的几倍,甚至十几倍,使人们对密封装置是一易损件的概念得到了更正。国内做磁流体的厂商大概在7\8家,水平参差不齐,大多数是公司都是只有写字楼,加工全部外委.要不是小作坊式的小公司.做的最大最好的应当是株洲众欣科技公司,他们在株洲栗雨工业园有15亩的厂房和设备.近二年来.在海外市场磁流体应用相对集中的微电子行业\液晶再生行业发现了该公司的产品3 磁流体密封性能 3.1 适用压力范围 磁流体密封采用的是多级结构共同分担压力,但又不可能无限制的增加级数来达到密封压力的提高,而是多采用提高磁流体的性能,或是在结构上、磁路设计方面进一步合理来达到一定的承压能力。一般磁流体密封使用压力范围在0.5mpa以下,负压可达1.3×10-4pa汞柱,特殊还可提高。我们在实验室研究它的密封压力时,其稳定状态下达到0.87mpa,这是在轴向尺寸和密封级数受到限制情况下获得的。这就是说磁流体密封适合在低压至高真空情况下使用,密封的两侧都可以承受正压或者负压,没有方向性要求。 3.2 适用温度 磁流体密封装置一般都设有水泠却,用于保障磁流体总是处在常温状态下工作,单晶炉内晶体温度在1400℃左右,密封装置在正常冷却的情况下,工作良好,未受到影响。在设有温度调节装置时,磁流体密封一般可在-20℃至75℃范围内使用,超过此范围将降低密封的使用寿命 3.3 线速度 磁流体密封线速度为0~100m/s,即不仅在低速下能正常工作,高速下同样能达到满意的密封效果。我们在1984年研制的磁流体密封装置就在化工行业上的设备得到应用,其中转速达到8000转/分,在真空条件下使用。而其它形式密封是很难做到的。这是因为磁流体密封属于非接触式密封,超高速度下,摩擦发热不大,并且没有磨损,功率损耗就很小,相对振动和噪声也较小。 3.4 泄漏率 磁流体密封装置是多级密封。前面接触介质压力的几级密封,负责分担全部压力,后面几级密封处于“待命”状态,未参加密封,已无压差,所以介质的泄漏率近似是零,在用氦质谱检漏仪进行检查时,无任何泄漏反应,这方面其它形式密封是无法做到的。单晶炉在生产过程中,就是在真空或氩气保护下进行的,用磁流体密封两个旋转部件,大大降低了整台设备的漏气率,确保了产品质量。 3.5 维护方面 磁流体密封比接触式密封如机械密封、填料密封、油封等维护量小得多,因为磁流体密封寿命长。北京某单位从1985年陆续购买美国某公司单晶炉5台,一直使用生产单晶硅,一般情况下,没有任何维护工作。只有其中1台1987年使用的单晶炉中籽晶杆密封在1991年发生泄漏而影响到整台设备无法继续工作。我62半导体技术 1997年4月第2期们检查此密封装置,因为外表面没有磁流体补充孔,只好将密封装置全部拆开,磁流体已经很少,无法承受压差,其它零部件完好,通过加进一部分我们制造的真空用磁流体后,密封安装又继续投入使用,至今情况很好。这些年还给其他单位的单晶炉用的磁流体密封进行检修,也主要是为密封补充磁流体。因此,磁流体密封在正常使用中,无需保养维修或更换零部件,根据使用情况可补充磁流体。 3.6 密封尺寸 磁流体密封从结构图中可以看到,主要零件是磁极和磁铁。这两个零件结构的不同设计,整个密封装置的尺寸,轴向或是径向可以限制在很小的范围,来适应机器设备密封处尺寸的需要。再有当密封处的外型尺寸很大,如大型设备的旋转轴或是仪器上微细轴上的密封,用磁流体密封都是能够胜任的。 磁流体密封还有一些优点,表1就磁流体密封和其它形式密封的特性做一比较。综上所述,当在某一设备所使用的密封不仅仅能封住介质压力,还要在密封的泄漏量,稳定性、使用寿命、维修量、功耗等方面加以认真考虑,再确定应用何种形式密封。单晶炉上选用磁流体密封,就是依据这些特性,达到了很好的密封效果。 [ ]查看更多
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简介
职业:通标标准技术服务有限公司 - 设备工程师
学校:四川烹饪高等专科学校 - 文化与艺术系
地区:四川省
个人简介:书籍是全世界的营养品。生活里没有书籍,就好像没有阳光;智慧里没有书籍,就好像鸟儿没有翅膀。查看更多
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