專利名稱：一種月球樣品采樣密封熔焊機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及太空采樣密封裝置，主要涉及一種月球樣品采樣密封熔焊機構。
背景技術：
發射人造地球衛 星、載人航天和深空探測是人類航天活動的三大領域。重返月球，開發月球資源，建立月球基地已成為世界航天活動的必然趨勢和競爭熱點。自從20世紀中葉以來，人類就不斷地對月球進行探索。自1958年至1976年，美國和蘇聯共發射108個月球探測器，成功或者部分成功52個。月球探測取得劃時代的成就。美國Apollo計劃和蘇聯的Luna計劃分別進行了載人和不載人的登月取樣，共獲得382. 0211kg的月球樣本。其中美國Apollo計劃采集月球樣本約381. 7kg,蘇聯Luna計劃采集月球樣本約O. 3211kg。“嫦娥一號”衛星由中國空間技術研究院承擔研制，主要用于獲取月球表面三維影像、分析月球表面有關物質元素的分布特點、探測月壤厚度、探測地月空間環境等。根據我國探月工程三期的總體規劃，要求實施月球樣品的自動采集返回，并在地面實驗室對月球樣品進行系統的礦物學分析與研究，以期深化對月球和地·月系統演化的研究。月球樣品封裝容器在地·月軌道飛行中要經歷復雜空間環境條件，考慮到月球樣品封裝的可靠性要求，在月壤樣品自動封裝技術的研究中必須重視空間環境因素。探月三期工程的任務是月球樣品的自動取樣返回。目前對月球采樣封裝技術的研究主要是美國的阿波羅計劃和前蘇聯的Iuna計劃。已經采用過的采樣密封方式主要有O型圈密封、金屬擠壓銦銀合金密封兩種。在“阿波羅”計劃中，曾經采用了 O型圈密封作為收集裝置的一次密封，在二次密封的過程中，使用了金屬擠壓銦銀合金的方式，效果還是有一定的可靠性的。在前蘇聯發射的Luna系列的月球探測器中，其容器采用的是橡膠密封方式，其中Luna 24采用3層取樣管，柔性內管和巖心被纏繞在卷鼓螺旋槽中，使大于2m的巖心可容納在40cm高的返回艙中。在這種采樣機構的保證下，Luna系列月球探測器共完成了 3次無人月球樣品采集返回的任務。對于熔焊密封技術，美國NASA對于這一方面有一定的研究。NASA曾研究過通過熔化銦或其他低熔點釬料來實現密封作用，但是由于種種原因，這些機構都沒有應用到實際的采樣裝置上。
發明內容
本發明的目的在于提供一種月球樣品采集及返回裝置的密封機構，這種機構是一種密封性能可靠、結構簡單、可以有效的保護樣品再返回過程中不受污染的密封機構。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下一種月球樣品采樣密封熔焊機構，它包括桶身、桶蓋、鋼墊、銦銀合金圈、絕熱陶瓷墊圈、加熱絲和O型圈等；其中，在桶身凸緣處加工開有溝槽，在溝槽內安裝有已經加工成型的銦銀合金圈；在桶蓋上開有O型圈槽，O型圈安裝于O型圈槽內；在鋼墊上加工有用于安裝絕熱陶瓷墊圈的臺階，并將絕熱陶瓷墊圈安裝于該臺階上；加熱絲放置在絕熱陶瓷墊圈上；桶身、桶蓋和鋼墊由上到下依次同心連接；
進一步地，所述的銦銀合金圈加工成U型，尺寸由溝槽尺寸而定；
進一步地，所述的陶瓷墊圈加工成U形，用來放置加熱絲，并且提高加熱效率。本發明具有的有益效果是
1、在月球環境中，月表溫度較低，而常用的O型圈密封的工作溫度不能滿足環境溫度過低的情況，所以設計這種金屬密封的方式來實現在低溫環境下的密封過程；
2、通過加熱使得銦銀合金熔化后與密封板可以進行充分的表面接觸，待冷卻后可以得·到較好的密封效果；
3、與金屬擠壓密封相比，這樣的密封方式可以避免在密封過程中由于震動而造成的焊料與密封元件結合不緊密的現象；
4、由于在太空中，外接沒有大氣層的緣故，所以在熱傳遞的過程中不存在由大氣造成的熱損失，所以對電熱絲的發出的熱量可以得到充分的利用，從而達到一定的減小功耗的作用；
5、這種密封方式不需要由外接提供較大的壓緊力來保證密封的可靠性，只需要將桶蓋與桶身以同軸方式接合就可以通過加熱來實現整個焊接密封的過程。相比較較為常用的月球采樣密封技術，熔焊密封技術具有更高的可靠性，更好的密封效果以及自我調整的能力。
圖I是本發明的整體結構立體圖。圖2是本發明的整體結構剖面圖。圖3是本發明的整體結構爆炸視圖。圖中，桶身I、桶蓋2、鋼墊3、銦銀合金圈4、絕熱陶瓷墊圈5、加熱絲6、M6螺栓7、M6螺母8、O型圈9、O型圈槽10。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。如圖I、圖2、圖3所示，本發明由桶身I、桶蓋2、鋼墊3、銦銀合金圈4、絕熱陶瓷墊圈5、加熱絲6、0型圈9組成。在桶蓋2、桶身I、鋼墊3上靠近邊沿處加工若干個用于整體固定的螺栓通孔。在桶身I、鋼墊3上加工有若干個用于固定鋼墊3與桶身I的螺栓通孔，做沉頭處理。安裝時將銦銀合金圈4安裝在桶身的熔焊凹槽中，在凹槽底部使用電鍍的方法電鍍一層鎳，并通過焊接的方式將銦銀合金圈4和凹槽焊接到一起，這樣可以使得密封效果更佳可靠。在桶蓋2上開有O型圈槽10，將O型圈9放置在O型圈槽10中；通過螺栓將鋼墊3與桶身固定在一起，在鋼墊3的臺階處放置已加工成型的絕熱陶瓷墊圈5，將電熱絲6放置在絕熱陶瓷墊圈5的凹槽中。本發明的工作過程如下，在尚未開始進行熔焊密封時，桶蓋2上的密封板插入到銦銀合金圈4中間的縫隙中，此時電熱絲6尚未通電，故銦銀合金圈4保持現有的形狀不變。當電熱絲6通電后，當溫度升高至銦銀合金的熔點后，銦銀合金圈6開始熔化，熔化后的液態銦銀合金與桶蓋2上的密封板緊密接合，待冷卻后，就將桶蓋2與桶身I焊接成一體，從而達到密封的效果。所述的銦銀合金圈4需要加工成U型，這樣可以防止在最初將桶蓋2蓋在桶身I上時桶蓋2上的密封板與銦銀合金相互接觸，影響最終的密封效果。所述的絕熱陶瓷墊圈5需要加工成U型，中間的凹槽內壁需要具有一定的斜度，以便可以安裝電熱絲。在絕熱陶瓷墊圈5上需要加工出用于引線的引線孔，同時在鋼墊3上的相同位置也需要加工出相應的引線孔。本發明用于對外太空的采樣樣品進行密封，可以根據不同的外太空環境對用于密 封的合金材料做出相應的改變與處理；同時，根據實際所具有的實驗條件選擇合適的加熱裝置，從而達到更好的密封效果。
權利要求
1.一種月球樣品采樣密封熔焊機構，其特征在于，它包括桶身(I)、桶蓋(2)、鋼墊(3)、銦銀合金圈(4)、絕熱陶瓷墊圈(5)、加熱絲(6)和O型圈(9)等；其中，在桶身(I)凸緣處加工開有溝槽，在溝槽內安裝有已經加工成型的銦銀合金圈(4);在桶蓋(I)上開有O型圈槽(10)，O型圈(9)安裝于O型圈槽(10)內；在鋼墊(3)上加工有用于安裝絕熱陶瓷墊圈(5)的臺階，并將絕熱陶瓷墊圈(5)安裝于該臺階上；加熱絲(6)放置在絕熱陶瓷墊圈(5)上；桶身(I)、桶蓋(2)和鋼墊(3)由上到下依次同心連接。
2.根據權利要求I所述的月球樣品采樣密封熔焊機構，其特征在于所述的銦銀合金圈(4)加工成U型，尺寸由溝槽尺寸而定。
3.根據權利要求I所述的月球樣品采樣密封熔焊機構，其特征在于所述的陶瓷墊圈(5)加工成U形，用來放置加熱絲(6)，并且提高加熱效率。
全文摘要
本發明公開了一種應用于月球樣品采集回收裝置的金屬熔焊密封機構，它包括加熱絲固定裝置，銦圈密封裝置，這三部分通過螺栓連接在一起。本裝置中應用對銦銀合金的加熱來實現熔焊密封的過程。在樣品收集裝置的凸緣上加工一條用來安裝銦銀合金的溝槽，在溝槽中放入加工成形的銦銀合金，在銦銀合金底部與筒體相接處的位置，使用焊接工藝將銦銀合金與筒體相焊接，提高密封的可靠性。在桶蓋上加工出一條用來與銦銀合金實現熔焊密封板。密封裝置的加熱部分由電熱絲來實現，在放置銦銀合金的溝槽下部通過螺栓連接的方式，外接一個加熱裝置，用絕熱材料加工出一塊用來放置加熱絲的容器，通過熱輻射的方式，將銦銀合金進行加熱。
文檔編號G01N1/04GK102879220SQ20121036662
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者張斌, 洪昊岑, 俞敏, 歐光禮, 楊華勇 申請人:浙江大學