CN108447645B - 超导磁体用电流引线正极管及正极管绝缘涂层的制备方法 - Google Patents

超导磁体用电流引线正极管及正极管绝缘涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电流引线正极管，具体涉及一种超导磁体用电流引线正极管及正极管绝缘涂层的制备方法。超导磁体用电流引线正极管，包括正极管管体和附着在所述正极管管体上的涂层，所述涂层包括陶瓷绝缘导热涂层；所述正极管绝缘性能检测：DC100V，电阻≥2MΩ。超导磁体用电流引线正极管，包括正极管管体和附着在所述正极管管体上的涂层，所述涂层包括陶瓷绝缘导热涂层；所述正极管绝缘性能检测：DC100V，电阻≥2MΩ。

Description

超导磁体用电流引线正极管及正极管绝缘涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电流引线正极管，具体涉及一种超导磁体用电流引线正极管及正极管绝缘涂层的制备方法。
背景技术
低温超导磁体在液氦（4.2K）中运行，为磁体励磁的电源处于室温，连接室温电源和低温磁体的导体称为电流引线。电流引线是超导磁体***的重要部件，电流引线担负着在电源和超导磁体之间输送能量的任务。一个实际的超导磁体***,电流引线的一端是室温，另一端是冷却液的温度。因此，电流引线会将热量自热端带向冷端；当超导磁体进行励磁或降磁时，引线有电流通过，引线本身还会产生焦耳热，其中一部分亦会导入冷端，这样就增大了冷却液的蒸发。一般气冷电流引线，常将蒸发的冷却气体引入管状引线通道，以降低焦耳热带来的集聚温升。对于传统的单一式电流引线，尽量扩大引线主体部分的表面积，并使上升的冷氦气形成紊流，以便引线与冷氦气进行充分的热交换。因此，电流引线的设计,必须考虑到热漏方面的损失，同时尽量降低焦耳热方面的影响。对一个金属电流引线来说,高热导率的材料往往其电阻率也大。所以传统的单一式电流引线材料,通常选择铜或铜合金。但是对于大型磁体，比如医用超导磁体（励磁电流>500A）来说，铜合金的热导率还是太高，从室温到液氦温区，损失的漏热会太大，从而影响零液氦蒸发这一关键指标。
发明内容
本发明要解决上述问题，从而提供一种超导磁体用电流引线正极管。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
超导磁体用电流引线正极管，包括正极管管体和附着在所述正极管管体上的涂层，所述涂层包括陶瓷绝缘导热涂层；所述正极管绝缘性能检测： DC100V，电阻≥2MΩ。
作为上述技术方案的优选，所述陶瓷绝缘导热涂层采用纳米结构的高纯氧化铝粉末作为陶瓷绝缘导热涂层的材料，采用等离子喷涂工艺在正极管管体表面喷涂而成；所述陶瓷绝缘导热涂层的热导率为29.3/w·m-1·℃-1，体积电阻1018/Ω·m。
作为上述技术方案的优选，所述正极管管体为不锈钢材质。
作为上述技术方案的优选，所述陶瓷绝缘导热涂层的厚度为0.1mm。
作为上述技术方案的优选，所述涂层还包括铜涂层，所述铜涂层的厚度为100μm。
本发明的另一个目的是提供上述陶瓷绝缘导热涂层的制备方法。
陶瓷绝缘导热涂层的制备方法，包括以下步骤：
1）、预处理除油：将正极管基体用丙酮进行超声波清洗30分钟；
2）、表面粗化：采用 60目白刚玉砂进行表面粗化处理 ，压缩空气压力为0.3MPa，处理后表面粗糙度趋于均匀；
3）、大气等离子喷涂：用Ni、Al的合金粉末作为粘结底层材料，粘结底层涂层厚度为80μm；面层材料为Al2O3粉末，面层涂层厚度为200μm；采用80KW等离子喷涂设备制备涂层，底层喷涂功率控制为30kW，面层喷涂功率控制为45kW；铜涂层厚度为100μm。
目前利用低温制冷机冷却磁体的技术，已经相当成熟。一般会利用低温制冷机的一级（50k,50W），对电流引线做一个热流截断，以降低从室温到液氦温区带来的热漏。那么在电流引线热截断区域，需要进行一定的工艺处理，保证其绝缘并且热接触到低温制冷机的一级上。我们采用的工艺为双层热喷涂的工艺。在母材为不锈钢管的电流引线正极管表面，首先热喷涂一层绝缘陶瓷涂层，其次再热喷涂一层铜涂层到陶瓷层表面，后续通过钎焊的方式，与制冷机一级很好地连接在一起，结合可靠。确保更高效率的利用制冷机一级制冷效率。
本发明采用纳米结构的高纯氧化铝粉末作为陶瓷绝缘导热涂层的材料，采用等离子喷涂工艺在不锈钢材质的引线管表面喷涂大约0.1mm的涂层。这种涂层具有非常优秀的绝缘性能及较高的热导率（体积电阻1018/Ω·m；热导率29.3/w·m-1·℃-1），同时纳米结构能舒缓由于高低温差产生的热应力，具有很好的抗热震性能。
制成的陶瓷涂层电流引线正极管，后续进行了绝缘性能检测： DC100V，电阻≥2MΩ。低温浸泡测试：在液氦(4.2K)中浸泡，没有任何低温脆性断裂裂纹。结论：耐热冲击强度足够，绝缘性能良好。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明采用纳米结构的高纯氧化铝粉末作为陶瓷绝缘导热涂层的材料，采用等离子喷涂工艺在不锈钢材质的引线管表面喷涂大约0.1mm的涂层。这种涂层具有非常优秀的绝缘性能及较高的热导率，同时纳米结构能舒缓由于高低温差产生的热应力，具有很好的抗热震性能。
具体实施方式
本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读了本发明的说明书之后所做的任何改变，只要在权利要求书的范围内，都将受到专利法的保护。
实施例一
超导磁体用电流引线正极管，包括不锈钢材质的正极管管体和附着在所述正极管管体上的涂层，所述涂层包括0.1mm的陶瓷绝缘导热涂层和100μm的铜涂层。所述正极管绝缘性能检测： DC100V，电阻≥2MΩ。所述陶瓷绝缘导热涂层采用纳米结构的高纯氧化铝粉末作为陶瓷绝缘导热涂层的材料，采用等离子喷涂工艺在正极管管体表面喷涂而成；所述陶瓷绝缘导热涂层的热导率为29.3/w·m-1·℃-1，体积电阻1018/Ω·m。
上述陶瓷绝缘导热涂层的制备方法，包括以下步骤：
1）、预处理除油：将正极管基体用丙酮进行超声波清洗30分钟；
2）、表面粗化：采用 60目白刚玉砂进行表面粗化处理 ，压缩空气压力为0.3MPa，处理后表面粗糙度趋于均匀；
3）、大气等离子喷涂：用Ni、Al的合金粉末作为粘结底层材料，粘结底层涂层厚度为80μm；面层材料为Al2O3粉末，面层涂层厚度为200μm；采用80KW等离子喷涂设备制备涂层，底层喷涂功率控制为30kW，面层喷涂功率控制为45kW；铜涂层厚度为100μm。
制成的陶瓷涂层电流引线正极管，后续进行了绝缘性能检测： DC100V，电阻≥2MΩ。低温浸泡测试：在液氦（4.2K）中浸泡，没有任何低温脆性断裂裂纹。结论：耐热冲击强度足够，绝缘性能良好。

Claims (1)

1.超导磁体用电流引线正极管，包括不锈钢材质的正极管管体和附着在所述正极管管体上的涂层，所述涂层包括0.1mm的陶瓷绝缘导热涂层和100μm的铜涂层；所述正极管绝缘性能检测：DC100V，电阻≥2MΩ；所述陶瓷绝缘导热涂层采用纳米结构的高纯氧化铝粉末作为陶瓷绝缘导热涂层的材料，采用等离子喷涂工艺在正极管管体表面喷涂而成；所述陶瓷绝缘导热涂层的热导率为29.3/w·m-1·℃-1，体积电阻1018/Ω·m；
所述陶瓷绝缘导热涂层的制备方法，包括以下步骤：
1）、预处理除油：将正极管基体用丙酮进行超声波清洗30分钟；
2）、表面粗化：采用 60目白刚玉砂进行表面粗化处理 ，压缩空气压力为0.3MPa，处理后表面粗糙度趋于均匀；
3）、大气等离子喷涂：用Ni、Al的合金粉末作为粘结底层材料，粘结底层涂层厚度为80μm；面层材料为Al2O3粉末，面层涂层为绝缘陶瓷涂层，再热喷涂一层铜涂层到绝缘陶瓷涂层表面，面层涂层厚度为0.1mm；采用80KW等离子喷涂设备制备涂层，底层喷涂功率控制为30kW，面层喷涂功率控制为45kW；铜涂层厚度为100μm。
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