玻璃到金属密封结构的优化密封工艺和实时监控

金属到玻璃密封是一种复杂的技术，结合了跨学科的知识（即力学、材料和电气工程），并广泛应用于航空航天1、核能2和生物医学应用^3.与有机材料密封结构相比，具有更高的温度和压力耐久性等独特优势。根据热膨胀系数（CTE）的差异，MTGS可分为两种类型：匹配密封和不匹配的密封4。至于匹配的密封，金属（α_金属）和密封玻璃（*玻璃）的CTE几乎相同，以减少密封材料的热应力。但是，为了在恶劣环境（即高温高压）下保持密封结构的良好密封性和机械坚固性，不匹配的密封件比匹配的密封件表现出更好的性能。由于_金属和α_玻璃之间的差异，在MTGS结构退火过程后，密封玻璃会产生残余应力。如果残余应力过大（甚至超过阈值），密封玻璃会显示小缺陷，如裂纹。如果残余应力过小，密封玻璃就会失去密封性。因此，残余应力值是一个重要的测量指标。

对MTGS结构残余应力的分析引起了世界各地许多群体的研究兴趣。轴向应力和径向应力的数值模型是建立在薄壳理论5的基础上的。应用有限元法求在退火过程后MTGS结构的全局应力分布，与实验结果6、7一致。但是，由于涉及小尺寸和电磁干扰的限制，许多高级传感器不适合这些情况。报告了压痕裂纹长度法，以测量MTG密封材料中的残余应力;然而，这种方法具有破坏性，不能实现玻璃应力变化的实时在线监测。

光纤布拉格光栅（FBG）传感器体积小（±100 μm），耐电磁干扰和恶劣环境8^。此外，纤维的成分与密封玻璃（SiO 2）的部件相似，因此FBG传感器对密封材料的密封性和绝缘性没有影响。FBG传感器已应用于复合结构9、10、11的残余应力测量，结果表明具有良好的测量精度和信号响应。同步的温度和应力测量可以通过光纤布拉格光栅阵列在一个光纤12，13。

本研究演示了一种基于FBG传感器的新型方案。通过调整最高热温，对特殊MTGS结构进行了适当的准备，以确保MTGS结构的良好密封性。FBG 传感器嵌入密封玻璃的制备路径中，在热处理后将 FBG 和玻璃熔合在一起。然后，通过FBG的布拉格波长偏移获得残余应力。带 FBG 传感器的 MTGS 结构置于高温和高压环境中，以实现在不断变化的负载下对残余应力进行在线监控。在本研究中，概述了使用 FBG 传感器生成 MTS 结构的详细步骤。结果表明了该新方案的可行性，为MTGS结构故障诊断奠定了基础。