真空系统搭建：CF法兰篇

原创 insights Thorlabs索雷博

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在两个CF法兰之间压入一个金属垫圈可形成 chao 高 真空(<10⁻⁸ Torr)密封。为了快速搭建高性能真空系统，不仅要正确地拧紧很多个螺栓，还要养成使用真空组件和系统的一些好习惯。本期Insights实验演示拆开和重连两个CF法兰的技巧和注意事项。

认识CF法兰

为了保护真空组件可以铺一张铝箔作为工作表面，而且操作人员还要穿戴发网、实验服、鞋套和手套，以防污染真空组件。视频首先演示了同时戴两副手套和一副袖套的技巧。

常用压强单位 (1 mbar ≈ 1 hPa)

CF法兰采用无性别设计，两个CF法兰只要尺寸相同就能连在一起。标准化CF法兰尺寸可能用外径或DN数表示，其中DN为直径标称(Diameter Nominal)的缩写，和能够焊在法兰上的 zui 大 管子尺寸有关。

CF法兰特性                                         尺寸表示方法

CF法兰有一个尖锐的圆形刀口，这是空气和真空的分界线。刀口顶点略低于法兰上表面，因此能靠法兰槽的外壁固定金属垫圈。在拧紧法兰四周的螺栓时，硬金属刀口咬入软金属垫圈，后者由于 wan 美 变形而均匀填充两刀口之间的空间，由此形成真空密封。刀口出现缺口可能成为真空泄露源，而压缩垫圈的变形不 wan 全 匹配刀口外形时也可能发生泄露。

法兰中间压入垫圈                                   形成真空密封

为了确保垫圈的均匀压缩，建议按某种模式逐步拧紧每个螺栓。不管选择何种模式，每个螺栓每次只能拧紧一点点，大约1/12圈。所有螺栓拧完一轮后重复下一轮，直至两个法兰互相接触或无法继续拧紧。

不均匀压缩易泄露                                   均匀压缩

两种拧螺栓的顺序                                    假想旋转一点钟

拆下法兰

假设我们要从实际使用的真空系统上拆除法兰，shou 先 要做的是关闭真空泵并使腔内气压上升到大气压。不能在腔内直接引入水分很多的室内空气，而是要连通清洁干燥的氮气，在达到大气压后关闭氮气阀，防止压强过大，因为此时所有端口都是关闭的。

系统处于大气压时就能以任意顺序拆下螺栓。由于法兰松开，这时需要重新打开氮气阀，开到差不多能在端口处感受到一点气流，这也是为了防止室内空气进入腔内。腔只要开放就要让氮气流通。

取下法兰后如果垫圈卡在端口上，不能直接拿把螺丝刀撬开，因为螺丝刀一滑动就可能切到刀口而导致 yong 久 的泄露。an 全 的做法是用一把钳子夹住垫圈的内外边缘，一下把它拉出来。暂时不用的端口可以用铝箔松散地裹住，防止空气进入真空系统。

拆下法兰后                                        用钳子摘下垫圈

开放的端口用铝箔盖好

由于此处使用光纤馈通法兰进行演示，因此操作时 yi 定 要抓住法兰，而不能拿中间的套管，以防套管受力矩作用而损坏光纤和玻璃密封。另外，光纤馈通在使用和烘烤时都不能超过温度限制。

重装法兰

两边的法兰在安装前都需要检查和清洁，确保刀口 wan 美 无瑕。清洁法兰时，可用异丙醇沾湿的擦镜纸绕刀口擦拭一圈。

演示中使用无保护膜的1/4硬铜垫圈。每个垫圈具有独立包装，从包装袋取出时可以通过外边缘在平台上磨个小洞，然后将垫圈从洞内挤出并放到法兰上。这样操作方法不会接触垫圈。

擦拭一圈刀口                                       把垫圈放上法兰

两个法兰合在一起后，为了判断垫圈的位置是否合适，只要转动法兰。运动平稳说明垫圈放得很好。如果运动不平稳或者感觉有点奇怪，垫圈很可能没放好。这时可以稍微挪动法兰的位置，使垫圈移动到正确的位置。

CF法兰有两条通道，如果使用垫圈夹 bi 须 对准通道。此处未使用垫圈夹，所以对准就不那么重要，但对准通道就说明螺栓通孔也是对准的。

准备把光纤馈通法兰装回真空系统

首先插入两个螺栓，先手指拧紧但不拧紧，这时两边法兰松散地连着。注意在我们假想的应用场景中氮气是流通的，如果这是真空系统 zui 后 一个开放端口，现在就得关闭氮气阀，防止关闭这个端口后腔内气压过大。

在用手指逐个拧紧所有螺栓后用两把扳手继续拧，一把在后面防止螺母旋转，一把在前面施加扭矩。选择自己喜欢的正确顺序，每个螺栓在感到阻力后拧1/12圈，拧完一轮继续下一轮，zui 终 确保所有螺栓都已拧紧。

zui 后 是反复拧螺丝的过程

下面是演示中用到的一些真空组件。

光纤馈通法兰                      铜垫圈                            光纤

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