Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Optimeret tætnings proces og realtidsovervågning af glas-til-metal-tætnings strukturer

Published: September 2, 2019 doi: 10.3791/60064

Summary

De vigtigste procedurer for optimering af tætnings processen og opnåelse af realtidsovervågning af metal-til-glas forseglingen (MTGS) er beskrevet i detaljer. Den indlejrede fiber Bragg rist (FBG) sensor er designet til at opnå online overvågning af temperatur og høj-niveau resterende stress i mtgs med samtidig miljø tryk overvågning.

Abstract

Rest stress er en væsentlig faktor til at holde hermeticitet og robusthed af en glas-til-metal tætnings struktur. Formålet med denne rapport er at demonstrere en ny protokol til at karakterisere og måle resterende stress i en glas-til-metal tætnings struktur uden at ødelægge isolering og hermeticitet af Tætningsmaterialer. I denne forskning anvendes en femto-laser indskrevet fiber Bragg rist sensor. Glas-til-metal-tætnings strukturen, der måles, består af en metal skal, tætnings glas og Kovar-dirigent. For at gøre målingerne umagen værd, undersøges den specifikke varmebehandling af metal-til-glas tætning (MTGS) struktur for at opnå modellen med bedste hermeticitet. Derefter, FBG sensor er indlejret i stien til forsegling glas og bliver godt smeltet med glasset som temperaturen køler til RT. Bragg bølgelængden af FBG skifter med den resterende stress genereret i forsegling glasset. For at beregne den resterende stress, forholdet mellem Bragg bølgelængde Skift og stamme påføres, og finite element metode bruges også til at gøre resultaterne pålidelige. Online overvågning eksperimenter af resterende stress i tætnings glas udføres på forskellige belastninger, såsom høj temperatur og højt tryk, at udvide funktioner i denne protokol i barske miljøer.

Introduction

Metal-til-glas forsegling er en sofistikeret teknologi, der kombinerer tværfaglig viden (dvs. mekanik, materialer og elektroteknik) og er almindeligt anvendt i Aerospace1, nuklear energi2, og biomedicinske applikationer 3. det har unikke fordele såsom højere temperatur og tryk udholdenhed sammenlignet med organisk materiale forsegling strukturer. Ifølge forskellen i koefficient for termisk ekspansion (CTE), kan MTGS opdeles i to typer: matchede segl og uoverensstemmende segl4. Med hensyn til den matchede forsegling er CTE af metal (αmetal) og tætnings glas (αglas) næsten det samme for at reducere den termiske belastning i Tætningsmaterialer. Men for at holde god hermeticitet og mekanisk robusthed af forseglings strukturen i barske miljøer (dvs. høj temperatur og højt tryk), viser den uoverensstemmende forsegling bedre ydeevne end den matchede forsegling. På grund af forskellen mellem αmetal og αglas, den resterende stress genererer i forsegling glas efter udglødning processen med mtgs struktur. Hvis den resterende belastning er for stor (endda overskridelse af tærskelværdien), viser tætnings glasset små defekter, såsom revner. Hvis rest belastningen er for lille, mister tætnings glasset sin hermeticitet. Som et resultat, værdien af resterende stress er en vigtig måling.

Analyse af resterende stress i MTGS-strukturer har vakt forskningsinteresser i mange grupper rundt om i verden. Den numeriske model af aksial og radial stress blev bygget baseret på den tynde shell teori5. Metoden finite element blev anvendt for at opnå den globale stress fordeling af en mtgs struktur efter udglødning processen, som var i overensstemmelse med eksperimentelle resultater6,7. Men på grund af begrænsninger, der involverer lille størrelse og elektromagnetisk interferens, er mange avancerede sensorer ikke egnede til disse omstændigheder. Den indrykkede revne længde metode blev rapporteret til at måle den resterende stress i forseglings materialet af MTG; men denne metode var destruktiv og kunne ikke opnå real-time online overvågning af stress ændringer i glas.

Fiber Bragg rist (FBG) sensorer er små i størrelse (~ 100 μm) og modstandsdygtig over for elektromagnetisk interferens og barske miljøer8. Desuden er komponenterne i fibrene magen til dem af tætnings glas (SiO2), så FBG sensorer har ingen effekt på hermeticitet og isolering af tætnings materialet. FBG sensorer er blevet anvendt til den resterende stress måling i komposit strukturer9,10,11, og resultaterne viste, at det viste god måle præcision og signal respons. Samtidig temperatur og stress målinger kan opnås ved fiber Bragg rist arrays på en optisk fiber12,13.

Der er påvist en ny protokol baseret på en FBG-sensor i dette studie. Den passende forberedelse til den særlige MTGS struktur er blevet udforsket ved at justere den maksimale varme temperatur for at sikre den gode hermeticitet af MTGS struktur. FBG-sensoren er indlejret i den forberedte sti til tætnings glas for at smelte FBG og glas sammen efter varmebehandlingen. Derefter kan den resterende stress opnås ved Bragg bølgelængde skift af FBG. MTGS-strukturen med FBG-sensoren er placeret under højtemperatur-og højtryks miljøer for at opnå online overvågning af rest belastningen under skiftende belastninger. I dette studie skitseres de detaljerede trin til fremstilling af en MTS-struktur med en FBG-sensor. Resultaterne viser gennemførligheden af denne nye protokol og etablerer grundlaget for den manglende diagnose af en MTGS-struktur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. produktion af MTGS struktur med god hermeticitet

Bemærk: procedurerne for MTGS-strukturen omfatter forberedelserne til komponenterne i den kombinerede struktur, varmebehandlings processen og undersøgelser for MTGS-prøvernes ydeevne. Den komplette MTGS struktur består af en stål skal, Kovar dirigent, og forsegling glas. Se diagrammet og dimensionerne vist i henholdsvis figur 1 og tabel 1 .

  1. Hæld granuleret glaspulver (~ 1,1 g) i formen, og Placer derefter formen på presse maskinen for at forarbejde det granulerede glas som vist i figur 2a, b.
  2. Tænd for presse maskinen (tryk på den røde knap) for at komprimere det granulerede glas i glas cylinderen som vist i figur 2c, d.
    Bemærk: tætheden kontrol af glascylinder er vigtig for udførelsen af MTGS struktur, fordi alt for mange porer i glas cylinderen vil føre til fiasko af hermeticitet af MTGS struktur.
  3. Anbring glas cylinderen i varmeovnen for at blive sintret (Se figur 3).
  4. Den sintrede glascylinder, stål Shell og Kovar-dirigent er fremstillet med en særlig grafit pakning, som vist i figur 4. Placer denne model på kvarts septum i varmeovnen ved hjælp af en klo til varmebehandling (Se figur 4). Hold afkølingshastigheden som 0,5 °C/min for at undgå at bryde den optiske fiber.
  5. Brug visuel inspektion til at identificere overfladetopografi af tætnings glas efter hentning af modellen fra varmeovnen.
  6. Brug højtryks rørledningen til at undersøge hermeticiteten af MTGS-modellen. Installer modellen på rørledningen med kortærmet type leddet. Skift langsomt trykket fra 1 MPa til 8 MPa, idet hvert tryk holdes i 24 timer.
  7. Brug scannings elektronmikroskop (SEM) til at identificere den mikroskopiske grænseflade mellem tætnings glas og metaldele som vist i figur 5. Brug 15 kV og 500x forstørrelse til at observere grænsefladen klart.
    Bemærk: fra makro grafi undersøgelse og SEM resultater, standard maksimale varme temperatur er indstillet til 450 °C for at opnå MTGS model med god hermeticitet. Standard opvarmningen er defineret som følger: Forøg temperaturen fra (rumtemperatur) RT til 450 °C i intervaller på 5 °C/min, og slip derefter temperaturen til RT som 0,5 °C/min.

2. resterende stress måling i tætnings glas

Bemærk: FBG-sensoren er designet som en hensigtsmæssig metode til måling af stress i MTG'ERNE. FBG-sensorens riste længde er 5 mm, så den passer til højden af glasset (5 mm).

  1. Det granulerede glaspulver komprimeres i glas cylinderen som beskrevet i trin 1.1 – 1.2.
    Bemærk: højden af glascylinder er vigtig, for hvis cylinderen er for høj (> 6 mm), vil det være vanskeligt at lave en gennem kurve for FBG-sensoren uden at ødelægge glas materialet.
  2. Bore glas cylinderen ved hjælp af borehastigheden på 5.000 rpm for at producere tre ligeligt fordelte gennem huller for at forberede stier til optiske fiber sensorer (diameter 0,45 mm). Sinter glas cylinderen med huller med samme varmebehandling som vist i figur 4.
  3. Fremstilling af MTGS-modellen som beskrevet i trin 1,4. Derefter sætte fiber gennem stien i forsegling glas og placere rist regionen af FBG nøjagtigt inden glasset.
    Bemærk: fordi strømmen i den lodrette ovn kan sprænge rist regionen, hvilket fører til misforholdet af FBG og glas, skal halen af optiske fiber hænges med en lille søm for at holde positionen af FBG nøjagtige.
  4. Fuse lederen af optisk fiber med en FC-stik af fusions splicers. Derefter matche FC Connector med OPM-T400, som er en interrogator til demodulere bølgelængde data og spektrum af FBG. OPM-T400 er sluttet til en computer, og den understøttende software på computeren kan hente eksperimentelle data.
  5. Behandl hele modellen i en ovn ved den standard varmebehandling, der er opnået tidligere. Løft temperaturen fra RT til 450 °C som 5 °C/min, og slip derefter temperaturen til RT i intervaller på 0,5 °C/min. Rist-regionen bliver smeltet sammen med tætnings glasset, da det opvarmes til at smelte. Når temperaturen køler ned til RT, vil glasset størkne, og FBG-sensoren bliver godt sammensmeltet med tætnings materialet.
  6. Optag real-time Bragg bølgelængde data ved hjælp af softwaren (vist i figur 6). Den eneste faktor inducerende ændringer af bølgelængde og spektrum er den resterende stress genereret i forsegling glas, fordi temperaturen før og efter dette trin er både RT.

Bemærk: den resterende stress kan beregnes gennem stammen-bølgelængde forholdet mellem FBG14 og hook ' s lov, som vist nedenfor.

Equation 1

Equation 2

Hvor: δλb er Bragg bølgelængde Skift induceret af den resterende stress, λb er den oprindelige bølgelængde af FBG , Pe er stammen-optisk koefficient, ε er den resterende stamme i glasset, E er den unges modulus af tætnings glas, og σ er den resterende stress i glasset.

3. forebyggelse af svigt af MTGS struktur under høj temperatur

Bemærk: når du arbejder ved en høj temperatur, vil hermeticiteten af MTGS-strukturen blive påvirket, fordi den termiske ekspansion af stål skal fører til nedgangen i rest belastningen i tætnings glas. Således er det muligt denne protokol kan forhindre svigt af hermeticitet på grund af online overvågning af resterende stress ændring i tætnings glas.

  1. Fremstilling af MTGS-modellen som udført i trin 1,4. Den type FBG til at overvåge temperatur og stress samtidig er fiber Bragg ristende array sensor, herunder to rist regioner på en fiber, med en 10 mm afstand mellem disse to sensorer.
    Bemærk: disse to rist er defineret som FBG-1 og FBG-2. De oprindelige Bragg-bølgelængder af FBG-1 og FBG-2 er henholdsvis 1545 nm og 1550 nm.
  2. Placer FBG-1 i den sintrede glascylinder for at overvåge stress og temperatur. Placer FBG-2 uden for glasset for kun at overvåge temperaturen, som vist i figur 7a, b. På denne måde påvirkes FBG-1 af både temperatur og resterende stress ændring, og FBG-2 påvirkes kun af temperatur af tætnings glas.
  3. Placer MTGS-modellen med optisk fiber i ovnen som beskrevet i trin 2.2-2.3. Brug standard varmebehandlingen til at behandle MTGS-modellen med en integreret FBG-sensor.
  4. Påsæt temperaturer på 100 °C, 200 °C, 300 °C og 400 °C på modellen og hold hver temperatur i 100 min.

Bemærk: FBG-1 overvåger stress og temperatur samtidigt udtrykt som Bragg bølgelængde forskydning δλb-1, og FBG-2 overvåger temperaturændringen ved δλb-2 som vist i figur 8a, b. Forholdet mellem Bragg bølgelængde Skift og målte parametre er vist som følger:

Equation 3

Equation 4

Hvor: er termo optisk koefficient, α er en termisk udvidelseskoefficient for optisk fiber, og Δt er temperaturændring før og efter forsøget. Δλb-3 induceret af rest stress kan adskilles ved at fratrække δλb-1 fra δλb-2 (se fig. 8c). Dette er demodulation metode til samtidig temperatur og stress overvågning af tætnings glas ved høje temperaturer.

4. overvågning af højt tryk

Bemærk: trykbelastningen på MTGS-strukturen vil have virkninger på rest belastningen i tætnings glas, så MTGS-modellen med den indlejrede FBG-sensor er en potentiel metode til at overvåge den høje trykændring.

  1. Forbered den samme MTGS-model med FBG-sensoren som beskrevet i trin 2.2-2.3. Efter FBG er godt smeltet med MTGS model, bruge klo til at tage modellen ud af ovnen.
  2. Fremstilling af MTGS-modellen med FBG-sensoren på en højtryks helium rørledning af bide type rørfittings som vist i figur 9. Juster trykket fra 1 MPa til 7 MPa ved tryk, som reducerer ventilen, så den medfører skiftende trykbelastninger på tætnings strukturen.
  3. Bragg-bølgelængde skiftet δλB optages som vist i figur 10. Samtidig kan den relaterede resterende stress ændring beregnes ved hjælp af ligning 1 og ligning 2.

5. teoretisk analyse af MTGS-strukturen

  1. Brug modellerings softwaren til at bygge 3D-modellen til MTGS-strukturen, og dimensionerne tages fra tabel 1 for at holde den eksperimentelle model og den teoretiske model konsistent.
  2. Importer 3D-modellen til analysesoftwaren finite element. Tildel mekaniske egenskaber til stål skal, tætnings glas og Kovar-dirigent, som vist i tabel 2.
  3. Gitter typen for hele modellen er hex-form (Se Figur 11). Maske metoden for tætnings glas og stål skal fejes, og Kovar-dirigenten er maskeret ved struktureret metode. Forfine masken af tætnings glas for at sikre nøjagtigheden af teoretiske resultater. Elementerne antal Kovar-leder, tætnings glas og stål skal er henholdsvis 143700, 20350 og 13400.
  4. Angiv den oprindelige forøgelse, minimum intervallet og maksimum intervallet for det statiske analyse trin som henholdsvis 0,01, 1,00 x 10-8 og 1,00 x 10-2.
  5. Sørg for, at grænsefladerne mellem tætnings glas og metaldele er afgrænset. Først skal du indføre den skiftende temperatur belastning (fra 370 °C til 20 °C) for at simulere MTGS-modellens solidificering. Stress fordelingen efter denne proces er vist i figur 12.
  6. Fastsætte forskellige temperaturer (fra 100 °C til 400 °C) på hele modellen for at simulere online overvågning eksperimenter under termiske belastninger. Under den anden omstændighed pålægges tætnings glasset skiftende trykbelastninger (fra 1 MPa til 7 MPa) for at simulere online overvågningen under højt tryk. Grænsebetingelserne er vist i Figur 13.
  7. De numeriske resultater af belastnings-og belastningsfordelingen for hele modellen opnås fra den destinationsfil, der er vist i Figur 14. Udpak analyse kurven i det tætnings glas, der er vist i Figur 13, hvor positionen er monitorerings vejen for FBG-sensorer i figur 6a for at sammenligne FBG med måle resultaterne.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Fra resultaterne af figur 5udforskes standard varmebehandlingen til fremstilling af mtgs-modellerne med højtryks udholdenhed, og modellerne kan tilfredsstille undersøgelserne (dvs. lette transmissioner, tryk udholdenhed, SEM osv.). Således, den producerede MTGS struktur kan anvendes til at holde hermeticitet i barske miljøer.

FBG kan være godt smeltet med MTGS struktur, og den resterende stamme i tætnings glas vil blive afspejlet af Bragg bølgelængde Skift efter varmebehandling, som vist i figur 6. Værdien af rest stress kan beregnes nøjagtigt ved hjælp af ligning 1 og ligning 2. Det er næsten det samme som resultaterne fra den numeriske simulering i figur 12.

Realtids stress ændringer af tætnings glas fra 100 °C til 400 °C overvåges præcist af FBG-sensoren, der er vist i figur 8, og faldet i rest belastningen i tætnings glas kan afspejles øjeblikkeligt. Det er nødvendigt at holde den resterende stress på et højt niveau. Som et resultat, de forebyggende for at holde hermeticitet af MTGS struktur kan opnås ved hjælp af denne protokol.

Fra resultaterne af figur 10overvåges realtids stress ændringer af tætnings glas fra 1 MPA til 7 MPA følsomt, hvilket bevarer god konsistens med de numeriske resultater. Derfor er MTGS-modellen med integreret FBG-sensor en potentiel sensor til overvågning af højtryks Skift.

Figure 1
Figur 1: skematisk diagram over MTGS-strukturen.
Tre komponenter er mærket. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: fremstillingsproces for glascylinder.
a) det granulerede lavsmeltepunkts tætnings glas. b) formen til glaspulver. c) trykmaskinen for at forarbejde glas pulveret til cylinder. d) glas cylinderen, som er fremstillet til sintring. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: sintret glascylinder og relateret synter behandling.
Efter sinter processen, vil det rå glas materiale blive til sintret tilstand for yderligere proces. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: MTGS struktur og varmebehandling til at behandle MTGS struktur.
a) den fremstillede mtgs-struktur. b) den detaljerede varmebehandling, der er opdelt i tre trin efter ændringer af tætnings materialet. c) mtgs-prøven, der produceres ved varmebehandlingen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: SEM og visuel inspektion af MTGS-prøverne, der produceres med forskellige præstationer.
a) mikrostruktur af tætnings glas og stål skal med god hermeticitet. b) mikrostruktur af tætnings glas og Kovar-leder med god hermeticitet. (c) mikrostruktur af tætnings glas og stål skal med mislykket hermeticitet. (d) mikrostruktur af tætnings glas og Kovar-leder med mislykket hermeticitet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: rest stress målt af FBG.
a) opsætning af FBG-sensor i tætnings glasset. (b) Bragg bølgelængde kurve under forseglings processen med bølgelængde Skift stående for resterende stress i tætnings glas. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7: samtidige temperatur og stress overvågning af MTGS struktur af FBG arrays.
a) fotografi af varmeovnen. b) foto af mtgs-prøven, som er anbragt i ovnen. c) oprettelse af et online tilstands overvågnings eksperiment under termisk belastning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 8
Figur 8: resultater af online overvågning under termiske belastninger.
(a) det signal, der påvirkes af stress og temperaturændringer. b) temperatur overvågnings signalet. c) stress overvågnings signalet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 9
Figur 9: online overvågning under trykbelastninger.
a) foto af højtryks rørledningen. b) oprettelse af et online tilstands overvågnings eksperiment under tryk belastning.

Figure 10
Figur 10: online Tilstandsovervågning resultat af femto-laser indskrevet FBG under tryk belastning.
Bølgelængden af FBG sensor falder næsten lineært med trykket stigende. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 11
Figur 11: mesh af MTGS struktur med raffinement af tætnings glas.
Masken udefra til indersiden er henholdsvis stål skallen, tætnings glasset og Kovar-dirigenten.

Figure 12
Figur 12: numerisk simulering af MTGS-strukturen efter fremstillingsprocessen.
(a) aksial stress og (b) radial stress vektor graf af tætnings glasset. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 13
Figur 13: Grænsebetingelser for online overvågning under termiske og trykbelastninger og beregnings veje.
De termiske belastninger ændres fra 100 °C til 400 °C. Trykbelastningen skifter fra 1 MPa til 7 MPa. Den aksiale kurve er nøjagtigt målepositionen for FBG i tætnings glas. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 14
Figur 14: den version af software med destinationsfiler.
De særlige resultater (dvs. stress, stamme, osv.) kan udvindes fra denne grænseflade. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Dimensioner (mm) Stål shell Tætnings glas Kovar CONDUCTOR
Indvendig diameter 7 2,5 0
Udvendig diameter 10 7 2,5
Højde 20 5 30

Tabel 1: dimensioner for MTGS-strukturen.

Parametre Stål shell Tætnings glas Kovar CONDUCTOR
Yong-modulus (GPa) 183 56,5 157
Poissons forhold 0,3 0,25 0,3
Termisk udvidelseskoefficient (1/°C) 1,6 × 10-5 8,9 × 10-6 4,9 × 10-6

Tabel 2: mekaniske egenskaber af MTGS struktur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De kritiske trin for stress måling af tætningsmateriale af mtgs-struktur ved høj temperatur og højt tryk omfatter 1) fremstilling af mtgs-modellerne med FBG-sensoren, hvoraf rist-regionen er placeret midt i tætnings glas; 2) opvarmning af hele modellen ved hjælp af en standard varmebehandling proces, og efter modellen køler til RT, vil FBG sensor bliver godt smeltet med MTGS model, og den resterende stress kan måles ved Bragg bølgelængde Skift; 3) placering af den komplette model i ovnen for at opleve de skiftende termiske belastninger, og den online samtidige temperatur og stress overvågning kan derefter opnås ved bølgelængde Skift forskel på de to FBG arrays på en optisk fiber; og 4) fremstilling af den komplette model på en højtryks rørledning, og den stress ændring af tætnings glas med varierende tryk vil blive opnået ved en enkelt FBG i tætnings glas. Det vigtigste skridt er at holde den nøgne FBG placeret præcist i tætnings glasset.

Ved at sammenligne de eksperimentelle og numeriske resultater er den målte aksiale rest belastning (56 MPa) næsten den samme som den teoretiske værdi (53 MPa), og den resterende stress ændring under online overvågnings forsøgene under termiske og trykbelastninger er enig med simuleringsresultaterne med en afvigelse på mindre end 10%. Denne protokol er vist sig at være gennemførlig og præcis gennem FEM.

I fremtiden kan denne protokol bruges til at måle storstilet stamme i en MTGS struktur med højt smeltepunkt tætnings glas (880 °C). Det centrale spørgsmål i dette eksperiment er den temperatur udholdenhed af FBG sensor, så type II rist indskrives af femto-laserpunkt-til-punkt metode kan anvendes15.

Fra resultaterne af fem, stammen fordeling i forsegling glas er ikke-ensartet, hvilket betyder, at rigning af FBG vil blive efter og spektret udvidet, klart påvirket af stammen16. I de næste skridt, forholdet mellem båndbredden af FBG og stammen fordeling bør undersøgt, som kan tjene som en roman karakterisering at identificere typiske, ikke-ensartet stamme induceret af små revner og andre skader på området for strukturelle sundhedsovervågning17,18,19.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde er blevet støttet af det nationale S & T store projekt i Kina (ZX069).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ABAQUS Dassault SIMULA ABAQUS6.14-5 The software to carry out numerical simulation.
Fiber Bragg grating sensors Femto Fiber Tec FFT.FBG.S.00.02 Single apodized FBG
Fusion splicer Furukawa Information Technologies and Telecommunications S123M12 FITEL's line of fusion splicers provides an excellent solution for both field and factory splicing applications?
Glass powder Shenzhen Sialom Advanced Materials Co.,Ltd LC-1 A kind of low melting-point glass powder (380?).
Graphite mold Machining workshop of Tsinghua University Graphite The mold to locate each part of the metal-to-glass structure.
Heating furnace Tianjin Zhonghuan Electric Furnace Technology Co., Ltd SK-G08123-L vertical tubular furnace
Kovar conductor Shenzhen Thaistone Technology Co., Ltd 4J29 A common material used for the electrical penetration in the metal-to-glass seal structure
Optical interrogator Wuhan Gaussian Optics CO.,LTD OPM-T400 FBG spectrum analysis modules
Pro/Engineer Parametric Technology Corporation PROE5.0 The software to establish the 3D geometry.
Steel shell Beijing Xiongchuan Technology Co., Ltd 316 stainless steel A kind of austenitic stainless steel

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Alves, F. J., Baptista, A. M., Marques, A. T. Metal and ceramic matrix composites in aerospace engineering. Advanced Composite Materials for Aerospace Engineering. , 59-99 (2016).
  2. Dai, S., et al. Sealing Glass-Ceramics with Near Linear Thermal Strain, Part I: Process Development and Phase Identification. Journal of the American Ceramic Society. 99 (11), 3719-3725 (2016).
  3. Karmakar, B. Glasses and glass-ceramics for biomedical applications. Functional Glasses and Glass-Ceramics. , 253-280 (2017).
  4. Shekoofa, O., et al. Analysis of residual stress for mismatch metal–glass seals in solar evacuated tubes. Solar Energy Materials and Solar Cells. 128, 421-426 (2014).
  5. Lei, D., Wang, Z., Li, J. The calculation and analysis of glass-to-metal sealing stress in solar absorber tube. Renewable Energy. 35 (2), 405-411 (2010).
  6. Lei, D., Wang, Z., Li, J. The analysis of residual stress in glass-to-metal seals for solar receiver tube. Materials & Design. 31, 1813-1820 (2010).
  7. Dai, S., et al. Sealing glass-ceramics with near-linear thermal strain, part III: Stress modeling of strain and strain rate matched glass-ceramic to metal seals. Journal of the American Ceramic Society. 100 (8), 3652-3661 (2017).
  8. Hill, K. O., Meltz, G. Fiber Bragg grating technology fundamentals and overview. Journal of Lightwave Technology. 15 (8), 1263-1276 (1997).
  9. Prussak, P., et al. Evaluation of residual stress development in FRP-metal hybrids using fiber Bragg grating sensors. Production Engineering - Research and Development. 12, 259-267 (2018).
  10. Hu, H., et al. Investigation of non-uniform gelation effects on residual stresses of thick laminates based on tailed FBG sensor. Composite Structures. 202, 1361-1372 (2018).
  11. Colpo, F., Humbert, L., Botsis, J. Characterisation of residual stresses in a single fibre composite with FBG sensor. Composites Science & Technology. 67 (9), 1830-1841 (2007).
  12. Jin, L., et al. An embedded FBG sensor for simultaneous measurement of stress and temperature. IEEE Photonics Technology Letters. 18 (1), 154-156 (2005).
  13. Sampath, U., et al. Polymer-coated FBG sensor for simultaneous temperature and strain monitoring in composite materials under cryogenic conditions. Applied Optics. 57 (3), 492-497 (2018).
  14. Kersey, A., et al. Fiber grating sensors. Journal of Lightwave Technology. 15 (8), 1442-1463 (1997).
  15. Mihailov, S. J. Fiber Bragg Grating Sensors for Harsh Environments. Sensors. 12 (12), 1898-1918 (2012).
  16. Morey, W. W., Meltz, G., Weiss, J. M. Recent advances in fiber-grating sensors for utility industry applications. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. , 90-98 (1996).
  17. Jin, X., Yuan, S., Chen, J. On crack propagation monitoring by using reflection spectra of AFBG and UFBG sensors. Sensors and Actuators A: Physical. 285, 491-500 (2019).
  18. Kakei, A., et al. Evaluation of delamination crack tip in woven fibre glass reinforced polymer composite using FBG sensor spectra and thermo-elastic response. Measurement. 122, 178-185 (2018).
  19. Zhang, W., et al. The Analysis of FBG Central Wavelength Variation with Crack Propagation Based on a Self-Adaptive Multi-Peak Detection Algorithm. Sensors. 19 (5), 1056 (2019).

Tags

Teknik rest stress fiber Bragg rist metal-til-glas segl online overvågning termisk belastning tryk belastning MTGS
Optimeret tætnings proces og realtidsovervågning af glas-til-metal-tætnings strukturer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Fan, Z., Hu, K., Huang, Z., Zhang,More

Fan, Z., Hu, K., Huang, Z., Zhang, Y., Yan, H. Optimized Sealing Process and Real-Time Monitoring of Glass-to-Metal Seal Structures. J. Vis. Exp. (151), e60064, doi:10.3791/60064 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter