一种低熔点碱金属工质的充装方法
【技术领域】
[0001]本发明属于中温热管技术领域，尤其涉及一种低熔点碱金属工质的充装方法。
【背景技术】
[0002]随着经济和社会的发展，材料和热结构的使用温度越来越高。以热管为代表的高导热结构逐渐得到人们的重视。相对于使用温度高于600°C的锂、钾、钠工质的高温热管，中温热管的工作温度在200-600°C范围，可选择工质相对较少。一般用导热姆，作为一种有机物，导热姆在使用过程中容易发生热解、结焦等现象，从而降低热管的传热性能和使用寿命。相对于导热姆，低熔点碱金属在使用过程中性能稳定。但是它们的活性较高、室温下就会熔化、极容易与接触环境发生化学反应而失效。传统的热管工质充装工艺很难直接应用于低熔点碱金属工质的充装。
【发明内容】
[0003]针对上述技术问题，本发明提出了一种低熔点碱金属工质的充装方法，该方法具有工质氧化倾向小、充装精度尚、不易发生危险等特点。
[0004]本发明的技术方案为:
[0005]—种低恪点碱金属工质的充装方法，包括:
[0006](I) 一操作箱通过一带阀门的管路与一充装罐连接，所述充装罐的底部与一待充装工件相连通，所述充装罐还连接抽真空系统和充气系统，所述操作箱连接至所述充气系统；关闭所述阀门，通过所述抽真空系统对所述充装罐和所述待充装工件抽真空；
[0007](2)开启所述阀门，通过所述充气系统向所述充装罐和所述操作箱内充入惰性保护气体，通过所述操作箱向充装罐内放入一定质量的固态碱金属工质，关闭所述阀门；
[0008](3)通过所述抽真空系统对所述充装罐和所述待充装工件抽真空，加热充装罐，待固态碱金属工质全部熔化后，再停止抽真空，向所述充装罐充入惰性保护气体，使液态碱金属工质在惰性保护气体的压力下从所述充装罐内流入至所述待充装工件中；
[0009](4)待液态碱金属工质全部流入至待充装工件内，停止充气，再次对所述充装罐和所述待充装工件抽真空；
[0010](5)对所述待充装工件封口。
[0011]优选的是，所述的低熔点碱金属工质的充装方法中，所述步骤(I)中，对所述充装罐和所述待充装工件抽真空至小于5.0X 10 5Pa0
[0012]优选的是，所述的低熔点碱金属工质的充装方法中，所述步骤(3)中，对所述充装罐和所述待充装工件抽真空至小于5.0X 10 4Pa ;所述步骤⑷中，对所述充装罐和所述待充装工件抽真空至小于5.0X 10 5Pa0
[0013]优选的是，所述的低熔点碱金属工质的充装方法中，所述步骤(3)中，所述惰性保护气体的流速为5-10L/min。充气量为充装罐与充装工件容积之和的1_1.5倍。
[0014]优选的是，所述的低熔点碱金属工质的充装方法中，所述步骤(2)中，所述惰性保护气体的流速为25-30L/min。充气量为操作箱、充装罐与充装工件容积之和的10-12倍。
[0015]优选的是，所述的低熔点碱金属工质的充装方法中，所述惰性保护气体为氩气，纯度为 99.9999% ο
[0016]优选的是，所述的低熔点碱金属工质的充装方法中，所述待充装工件连接至一金属连接管的一端，所述金属连接管的另一端具有喇叭口，该喇叭口与所述充装罐焊接，该喇叭口的倾角为40° -50°。
[0017]优选的是，所述的低熔点碱金属工质的充装方法中，所述金属连接管为铜或不锈钢材质。
[0018]本发明的优点在于:
[0019]1、采用惰性保护气体作为保护气体介质，低熔点碱金属的氧化倾向小。
[0020]2、通过气体压力差实现充入过程，碱金属质量损失小，充装精度高。
[0021]3、充装过程中低熔点碱金属不与空气、水等介质发生直接接触，不易发生危险，安全性尚。
【附图说明】
[0022]图1为本发明一种低熔点碱金属工质的充装方法的流程图；
[0023]图2为碱金属铷和铯的饱和蒸汽压随温度变化曲线；
[0024]图3为本发明的低熔点碱金属工质充装设备的结构示意图；
[0025]图4为金属连接管的结构图。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0027]请参阅图1、图2和图3，本发明提供了一种低熔点碱金属工质的充装方法，包括:
[0028]步骤S1、一操作箱通过一带阀门的管路与一充装罐连接，所述充装罐的底部与一待充装工件相连通，所述充装罐还连接抽真空系统和充气系统，所述操作箱连接至所述充气系统；关闭所述阀门，通过所述抽真空系统对所述充装罐和所述待充装工件抽真空；
[0029]步骤S2、开启所述阀门，通过所述充气系统向所述充装罐和所述操作箱内充入惰性保护气体，通过所述操作箱向充装罐内放入一定质量的固态碱金属工质，关闭所述阀门；
[0030]步骤S3、通过所述抽真空系统对所述充装罐和所述待充装工件抽真空，加热充装罐，待固态碱金属工质全部熔化后，再停止抽真空，向所述充装罐充入惰性保护气体，使液态碱金属工质在惰性保护气体的压力下从所述充装罐内流入至所述待充装工件中；
[0031]步骤S4、待液态碱金属工质全部流入至待充装工件内，停止充气，再次对所述充装罐和所述待充装工件抽真空；
[0032]步骤S5、对所述待充装工件封口。
[0033]图2碱金属铯和铷的饱和蒸汽压随温度变化曲线。为了说明低熔点碱金属作为中温热管充装工质的可行性，通过碱金属饱和蒸汽压公式计算了碱金属铯和铷的饱和蒸汽压。热管启动要求碱金属的饱和蒸汽压达到500Pa，从图1中可以看出，铷和铯饱和蒸汽压为500Pa时，对应的温度范围为300-350 °C。在中温热管200-600 V的工作范围内。说明铷和铯可以用作中温热管的充装工质。
[0034]请参见图3，为了说明本发明充装方法的可行性，提供了低熔点碱金属工质充装设备。充装罐2通过带阀门的管路与分别于操作箱1、真空系统3、充气系统4相连接，操作箱内预先放置有用于存放固态碱金属工质的容器、切割工具和称量工具，当需要向充装罐内放置固态碱金属工质时，先将操作箱内充满惰性保护气体，再从容器内取出一部分固态碱金属工质，切割，称量出所需质量，之后将一定质量的固态碱金属工质置于充装罐内，关闭操作箱和充装罐内的阀门。通过操作箱向充装罐内放置固态碱金属工质是为了减小固态碱金属工质的氧化倾向。
[0035]在一个实施例中，低熔点碱金属的充装过程为:
[0036]a、关闭操作箱3和充装罐2之间的阀门，通过真空系统3将充装罐2和待充装工件5抽真空至4.5X10 5Pa后，关闭真空系统；