真空腔体里要通电,电流小的时候用多芯馈通件就行。电流大到几百安培,情况就变了——单根导体截面积大,发热多,和玻璃的膨胀匹配也更难。单芯大电流馈通件是专门的品类。
为什么大电流要单独走单芯
第一个原因是热。几百安培通过接触件,即使接触电阻只有零点几毫欧,功率也是几十瓦。这些热量要散出去,多芯结构里热量互相叠加,散热条件差。单芯结构四周都是金属壳体,导热路径短。
第二个原因是膨胀匹配。大截面导体和玻璃的界面面积大,收缩差产生的位移量也大,界面应力更高。如果还要求多芯,每个界面都要承受这个应力,良率会很低。
第三个原因是接线。几百安培的电缆截面积可能到70平方毫米甚至更大,这么粗的线在多芯连接器里根本塞不下。单芯结构没有这个限制。
散热是设计重点
大电流馈通件的热量路径是:导体 → 绝缘/烧结界面 → 壳体 → 法兰 → 舱壁。这条路径上热阻最大的是烧结界面,因为玻璃的导热系数比金属低两个数量级。
所以降低温升的关键不是加粗导体,而是改善散热路径。常见做法有三种:一是把法兰做大,增加与舱壁的接触面积;二是在舱外侧加散热片;三是强制风冷或者水冷。
第三种在几百安培的场合很常见。半导体设备里的真空馈通,很多是带水冷的——导体内部通冷却水,直接把热量带走。这时候馈通件就不只是电连接件,还是热交换部件。
端接方式
大电流馈通件的两端都要接电缆。舱内侧通常用螺钉压接或者铜排连接,因为焊接大截面电缆在真空环境下的可靠性不好保证;舱外侧可以用压接或者螺栓。
螺栓连接要注意防松。几百安培的电流会产生电动力,电流波动时导体之间的作用力是交变的,长期作用下螺栓会松。解决办法是用弹垫加螺纹胶,或者用防松螺母,定期复紧。
接触面的处理也很重要。铜排连接面要镀锡或者镀银,接触面要清洁,螺栓力矩要足够。接触面氧化的话,接触电阻上升,发热更严重,形成恶性循环。
真空侧的材料选择
真空一侧不能用普通材料。塑料护套会放气,普通润滑脂会挥发。导体本身通常用无氧铜,镀层不用镍——镍在真空下有放气问题而且焊接性差,一般用银或者金。
绝缘材料如果用聚酰亚胺或者陶瓷,放气率很低,适合高真空。普通工程塑料在高真空下放气明显,只能用在粗真空场合。
选型参数
需要提供的参数:电流值、电压、真空度、是否需要烘烤、舱壁厚度、两侧的连接方式、有没有冷却条件。这几项定了,型号基本就能定下来。
我们的200A单芯真空气密封连接器用于真空腔体的大电流馈通;如果不需要真空密封,只是大电流快速连接,单芯200A卡口式电源连接器更经济。



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