一、概述
在现代高端科技与工业领域中，真空环境是保障高能物理实验、半导体制造、材料科学研究和精密镀膜工艺等核心技术可靠运行的基础条件。真空腔体作为维持特定压力范围（从粗真空至超高真空）的核心装置，其性能稳定性直接依赖于各类功能性组件的协同工作。其中，真空贯穿件（Feedthrough）作为实现真空内外物质与能量交互的关键密封装置，被誉为真空系统的"神经与血管"，承担着电信号传输、流体介质导通、运动传递及光学通路构建等核心功能。
真空贯穿件的核心技术挑战在于：在维持真空腔体高气密性的前提下，实现电信号、电流、流体或光束等要素的高效穿越。其设计需综合考虑材料兼容性、密封可靠性、环境适应性及长期服役稳定性，尤其在核电、航空航天等极端工况下，对贯穿件的综合性能提出了更为严苛的要求。
二、典型核电应用场景与技术需求
2.1 控制棒驱动机构压力壳顶盖贯穿件
应用场景：核反应堆控制棒驱动机构需通过压力壳顶盖实现机械运动与电信号的双向传递。
技术挑战：
工作环境：高温（>300℃）、高压（>15 MPa）及强中子辐照场；
核心需求：在辐射硬化环境下保持结构完整性，同时承受压力波动与热循环应力。
2.2 堆内测量系统探测器引线密封馈通
应用场景：堆内中子通量探测器需通过贯穿件将测量信号引出反应堆压力容器。
技术挑战：
工作环境：微振动（<0.1g）、长期真空保持（1e-5 mbar）；
核心需求：超低泄漏率密封，抵御辐射老化与热应力导致的材料退化。
2.3 蒸汽发生器人孔盖真空隔离密封
应用场景：蒸汽发生器检修时需通过人孔盖建立临时真空环境以隔离放射性介质。
技术挑战：
事故工况：LOCA（失水事故）瞬态下需耐受170℃饱和蒸汽冲击；
核心需求：快速响应真空建立，并在热冲击下维持密封可靠性。
三、PEEK密封圈核心技术优势
聚醚醚酮（PEEK）作为一种高性能特种工程塑料，在核电级真空贯穿件密封领域展现出不可替代的优势，其关键性能参数如下：
3.1 耐辐射性
辐照剂量耐受：可承受γ射线累积剂量达1×10⁶ Gy（远超常规弹性体1×10⁴ Gy阈值），无脆化或分解现象；
服役寿命：在反应堆周边高辐射环境中设计寿命＞30年，显著优于传统橡胶密封件（通常＜10年）。
3.2 高温稳定性
工作温度范围：-196℃（液氮温区）至+250℃连续工作，瞬时耐温达300℃（玻璃化转变温度143℃）；
热冲击抵抗：可抵御LOCA事故中170℃饱和蒸汽快速相变引发的热应力，密封界面无失效。
3.3 真空密封性能
极限真空适配：适用真空度低至1×10⁻¹⁰ mbar（超高压电离子泵级真空）；
泄漏控制：200℃/24h测试条件下真空失重率＜0.1%，远优于ASTM E595标准（通常＜1%）；
放射性屏障：有效杜绝真空室内外放射性物质交叉渗透风险。
3.4 耐化学腐蚀性
介质兼容性：抗冷却剂（含硼酸水）、液压油及去污溶剂（如30%过氧化氢、浓硝酸）侵蚀；
长期稳定性：在化学活性环境中保持密封界面无溶胀、裂纹或应力开裂。
3.5 机械可靠性
力学性能：拉伸强度＞90 MPa（23℃测试值），200℃高温下经1000小时压缩永久变形＜10%；
动态适应性：可承受核电站主回路振动（频率5-200 Hz）及15 MPa以上压力波动，密封接触面无微动磨损。
四、关键制造工艺：高温注塑成型技术
为充分发挥PEEK材料的性能潜力，其密封圈制造需采用高温注塑成型工艺：
材料预处理：通过干燥排除PEEK树脂中残留水分，避免注塑过程中气泡生成；
模具设计：采用高精度钢模（表面粗糙度Ra＜0.2μm），配合多级温控系统（380-420℃熔体温度）；
成型控制：通过保压压力（80-120 MPa）与冷却速率（10-20℃/min）优化结晶度，确保密封唇口几何精度±0.02mm；
后处理：采用真空热处理（200℃/4h）释放内应力，提升密封件抗蠕变性能。
该工艺可实现PEEK密封圈的微观结构均匀化，消除孔隙与分层缺陷，确保其在极端工况下的长期密封可靠性。
五、结论
PEEK密封圈凭借其卓越的耐辐射、高温稳定性及真空适配性能，已成为核电领域真空贯穿件的核心密封解决方案。其在控制棒驱动机构、堆内测量系统及蒸汽发生器等关键设备中的应用，不仅提升了系统安全性与服役寿命，更为极端环境下的真空密封技术提供了创新范式。未来，随着材料改性技术与制造工艺的持续优化，PEEK密封件有望在更广泛的能源、航空及科研领域发挥核心支撑作用。
