真空的獲得是與密封分不開的, 特別是旋轉軸動密封技術, 是制約真空設備性能的重要技術環節之一。過去由于無可靠的轉軸動密封技術, 至今采用橡膠密封圈者有之; 采用端面靜密封加電機密封罩者有之; 或者做成內藏式結構, 將驅動電機與被驅動裝置(如風扇、風機) 全部置于密封工作膠體內者亦有之。實際上后兩者本質是一樣的: 驅動電機與真空腔相通。其致命弱點是通電導體在一定真空度條件下易產生真空放電, 損壞設備, 而且電機系統在真空條件下釋放出來的物質容易污染真空環境, 影響設備性能。至于橡膠密封的缺點更是顯而易見, 因接觸磨損使用壽命極短, 可靠性差, 易產生磨損粉塵、污染環境、更換維修工作量大等, 都是真空設備致命的缺點。轉軸磁流體密封技術, 由于無接觸磨損、且磁液揮發量在10^-5g/cm²h以下, 因而其使用壽命長、可靠性高、轉軸摩擦轉矩小、功耗小、無磨損粉塵、環境清潔、維修工作量極小是真空設備轉軸實現零泄漏最佳的密封技術。

       磁流體密封的技術核心包括兩個方面: 一是適合密封使用條件的磁流體的制備; 二是密封裝置的結構與磁場的設計與制造。磁流體一般包含三個組分:

① 鐵磁性納米級顆粒;

② 包裹顆粒的穩定劑;

③ 一種適宜的液體作液態載體。

        密封件的結構與磁場設計要考慮磁液特性、軸的大小與轉速、溫度環境、工作介質特性、密封件與主機的連接方式等諸多因素。下面從設備類型、運行工況和與之配套的磁流體密封件特點作簡單介紹。

1、單晶爐傳動軸密封

        單晶爐傳動軸包括坩堝轉軸、晶轉軸、晶升軸。其特點是轉速一般都不高, 最高不超過50r/min。工作溫度不超過120℃。真空度要求一般也不是很高,有的3Pa 已滿足要求。泄漏率要求較高, 美國KAYEX公司規定為1×10^-9std. cc/sec He。我們從事單晶爐傳動軸磁流體密封件生產已經近三年。配套主機包括T62、T70、T80型單晶爐、860D型單晶爐, CG23000型單晶爐、6000 型單晶爐,又從事進口單晶爐的改造。軸的類型包括實心軸和空心軸。根據軸的材質不同, 密封件有帶導磁套者, 也有不帶導磁套者。連接方式則有法蘭式和螺紋式之分。當工作溫度超過80℃,密封件本身就必須帶水冷式結構。密封件所用磁液則需選擇恰當的磁化強度、粘度等性能指標。實際使用效果表明, 我們所配單晶爐傳動軸磁流體密封件完全能夠滿足主機對密封性能的要求, 且達到了三年免維修、仍繼續正常運行的良好狀態。

2、鍍膜機擋板軸、工作轉動軸和電極轉動軸密封

        鍍膜機的類型、規格較多, 工作條件與技術要求各異, 但都存在電極與軸類動密封問題。其主要特點是: 真空度普遍要求較高, 達到10^-4Pa,軸的轉速也較單晶爐高, 且在某些情況下有軸向往復運動的要求, 這是磁流體密封的難度所在。此外, 一些直徑超小的軸類, 其密封件的結構設計也不能采用常規辦法。我們在為成都南光實業有限公司配套鍍膜機磁流體密封件過程中已克服了上述障礙, 取得了良好效果。軸向3mm 往復運動的磁流體密封經過實踐檢驗, 證明是可行的。Á 6超小直徑軸類磁流體密封件結構也經受實踐考驗, 并且從理論上說更小一點的軸徑也應該可行。

3、真空加熱爐(包括真空擴散爐、真空釬焊爐、真空熱處理爐等) 傳動軸密封

        此類設備對真空度的要求也較高, 如釬焊爐要求10^-4～10^-5 Pa,且軸徑較大,電機轉速很高, 大多采用二級馬達, 轉速高達2940r/min, 工作溫度亦較高。因此, 在設計這些軸類磁流體密封件時, 必須采取如下措施: 首先, 磁流體密封件本身必須帶冷卻水結構。這是因為磁流體工作溫度一般不應超過80℃, 即使工作環境溫度不高, 但是軸徑較大, 轉速又很高, 在運轉過程中磁流體本身也會發熱, 密封件本身需要水冷。有資料介紹, 當軸的線速度達20m/s以上時需水冷, 20m/s以下時不需水冷, 而我們的試驗證明, 當軸的線速度達到12m/s 以上時, 磁流體發熱現象就已比較明顯, 就應該采取水冷措施。

         其次, 對于高速旋轉的軸來說, 離心力對磁流體的影響不可忽略, 在密封組件的結構設計上應采取相應措施。

         第三, 則是軸與極靴同心度問題。由于這類軸較大, 且轉速很高, 如何保證軸與極靴間的間隙既能滿足密封要求, 又不至于因太小甚至沒有間隙而互相蹭磨, 是為結構設計必須十分注意的問題。我們為二汽東風公司刃具廠工具研究所改造從美國進口的擴散爐, 用我們的磁流體密封件代替美國進口件取得了良好的效果。為蘭州真空設備廠配的釬焊爐密封件既有立式軸與有臥式軸, 都獲得了成功。當然也有教訓, 出現過因為軸與極靴的同心度沒有得到充保證而導致失敗。咎其原因, 主要是因為我們沒有充分注意到原設備的同心度要求不高, 又不想對其做太大的改變。這個問題我們在蘭州真空設備廠和首都機械廠都遇到過。一旦注意了這個問題, 并采取相應的設計措施, 問題都不難解決。

        真空加熱爐的另一個特點是, 有些真空爐, 如真空淬火爐, 除了加熱過程要求真空條件以外, 在淬火階段又有充0. 6M Pa 甚至更高壓力的N 2 氣的工藝要求。對于這種情況, 磁流體密封件也是可行的。實際上1M Pa 以下的壓力對于磁流體密封件來說, 結構上差別不大。因此, 磁流體密封技術是真空熱處理爐實現高壓淬火最有力的幫手。

       真空設備還很多, 如真空泵等, 都有軸類動密封問題。我們成熟的磁流體真空密封和氣體壓力密封技術一定能助一臂之力, 使我國的真空設備更加完美, 品質更加優良。