真空知识 | 关于法兰，你想知道的都在这里（一）

scientific vacuum

科学真空

法兰是flange的音译，最早由英国人爱尔恰尔特在1809年提出来的，并且还同时提出了法兰的铸造方法，但是在后来的相当一段时间都没有广泛的使用，直到二十世纪初，法兰才在各种机械设备以及管道连接上广泛的使用。

法兰主要是用在管道与阀门之间，管道与管道之间以及管道与设备之间等部位，相互连接起到密封作用的零部件。

真空法兰用于活动连接部位，或用于真空系统可拆卸部位。因法兰结合处的气密性在真空中至关重要，所以在机械加工时的法兰光洁度也需要着重考量，如果用显微镜去观察法兰，其表面上微小的高低起伏甚至凹痕或划痕，是导致法兰泄露的“罪魁祸首”，其漏率可达10^-8Pa·L/s。所以，真空法兰一般选用不锈钢或低碳钢，密封面要求光滑、无裂痕、避免发生漏气。

真空法兰相比于化工、通用机械法兰的区别在于其在真空下使用。除了以上几点，在挑选真空法兰时还需要注意：

1. 检漏便利

2. 拆卸和装配后仍需有较强气密性

3. 有一定耐腐蚀性

4. 有一定的耐热性，有烘烤需求

5. 尽可能小的漏率和出气率

6. 有一定的机械强度

为了使气体隔绝在真空侧和大气侧，则需使用较柔软的密封物质充满法兰之间的微小高低起伏，从而达到密封目的。

而为了使法兰之间的起伏更好的被填满，则要求其密封材料的接触应力需远小于法兰材料的弹性极限，满足以上条件的材料有真空橡胶、氟塑料、铅、铜、铝、银、金等。

所以，市面上应用于真空中的法兰主要分为两类：金属密封法兰和橡胶密封法兰。

[ 橡胶密封法兰 ]

橡胶密封法兰因受制于其自身材料的渗透率和放气率，常应用于高真空、中真空和低真空中，或可用于超高真空的进样腔中，此时为尽可能减小橡胶的出气量，常用材料为氟橡胶。为保证与钢制法兰结合有更好的气密性，法兰的密封面需加工到1~6μm的粗糙度，且法兰间的夹紧力约为10~20kgf/cm2。

橡胶密封的法兰优点有：可反复拆装、制造简单、维修便捷。

目前常用的真空胶圈密封法兰标准为NW法兰和ISO法兰，其所经常使用的密封材料为：天然橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶。

市面上常见的NW及ISO法兰

下表为常用胶圈密封法兰常用材料的耐化学性：

[ 金属密封法兰 ]

金属密封法兰不仅放气率小，且可耐高温烘烤（200~450℃），故常用于超高真空系统，其靠金属圈塑性形变后充满法兰密封面来密封。

金属密封法兰相比于橡胶密封法兰需要有更高的光洁度，使法兰的加工精度变高，且因为金属的塑性较差，经过加紧后留下压痕只能使用一次，并且金属法兰刀口需要注意保护，很小的伤痕都能破坏其密封性。

但金属密封法兰也有着优点：其放气率和渗透率小，可耐高温烘烤，这是橡胶密封法兰所不及的。

金属密封的常用结构有：平面密封、锥形密封、台阶密封和楔形密封，其密封物质多为金属丝或无氧铜。CF金属密封法兰是目前市面上最常用的金属法兰之一。

金属密封法兰和垫圈

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我们将陆续更新更多关于法兰选配的小知识，敬请期待。

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