CN101692367B - 提高抗断裂性能的Nb3Sn超导磁体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的提高抗断裂性能的Nb3Sn超导磁体的制备方法，在真空的气氛下先将Nb3Sn超导线圈全部浸没在环氧树脂中，然后再通过氮气加压，将环氧树脂充分浸渍到Nb3Sn超导线圈之中，最后再经过固化得到Nb3Sn超导线圈。采用本发明方法制得的Nb3Sn超导线圈励磁时，由于Nb3Sn超导线圈之间完全绝缘，所以Nb3Sn超导线圈不会发生断裂。
Description
技术领域
本发明属于超导磁体技术领域，涉及一种提高抗断裂性能的Nb3Sn超导磁体的制备方法。
背景技术
在高场领域(8T～16T)使用的超导磁体基本都是Nb3Sn超导线绕制而成。通常的制备方法是先将Nb3Sn超导线绕制成线圈，再经过烧结，最后在超导线圈上涂抹环氧树脂。由于环氧树脂不能耐高温，所以不能先将环氧树脂涂抹在超导线圈上再进行烧结，只能烧结成型后再涂抹环氧树脂进行绝缘。然而烧结成型后的超导线圈很脆，容易断裂，所以不能拉伸开在超导线上进行涂抹环氧树脂，只能在线圈的外表面进行涂抹，这样就会使得环氧树脂没有充分渗透到里层超导线圈之间的缝隙当中，里层的超导线圈绝缘能力就很差。当磁体励磁时，最内层超导线圈经历最大的洛仑兹力，这部分超导体运动概率最高，然而其表面没有充分绝缘，所以容易发生断裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高抗断裂性能的Nb3Sn超导磁体的制备方法，采用该方法制得的Nb3Sn超导磁体励磁时，超导磁体的线圈不会发生断裂。
本发明所采用的技术方案是，一种提高抗断裂性能的Nb3Sn超导磁体的制备方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，
用丙酮清洗Nb3Sn超导线圈，然后将Nb3Sn超导线圈放在真空室里；
配置环氧树脂；
步骤2，
将环氧树脂采用加热搅拌的方式去气，加热温度为60℃～80℃，然后将环氧树脂通入到真空室中，真空室的压强为2000Pa～3000Pa，等环氧树脂充分浸没Nb3Sn超导线圈30分钟后，在真空室中通入氮气，使得真空室的压强为1.5～2个大气压，通过氮气将环氧树脂挤压进Nb3Sn超导线圈的线圈里层，时间为5～10小时；
步骤3，
将步骤2得到的充分浸渍的Nb3Sn超导线圈从真空室里取出，除去表面多余环氧树脂，再将Nb3Sn超导线圈安装在绕线机的轴心上，在60℃温度下旋转绕线机，均匀加热18～20小时，即制得。
本发明的特征还在于，
环氧树脂的配置具体按照以下步骤进行：按重量份记，分别取未改性低黏度树脂50份，聚乙二醇双环氧化合物树脂50份，芳香胺硬化剂28份；将所取的未改性低黏度树脂与聚乙二醇双环氧化合物树脂混合，得到混合树脂，然后在每千克该混合树脂中滴加黏度为100里泊～200里泊的硅反传统液体一滴，接着搅拌混合树脂使得混合树脂脱气，得到脱气树脂；然后将所取的芳香胺硬化剂经过小孔过滤网过滤，再灌注进脱气树脂里，同时搅拌清澈得到环氧树脂。
本发明的不易断裂的Nb3Sn超导磁体的制备方法，在真空的气氛下先将Nb3Sn超导线圈全部浸没在环氧树脂中，然后再通过氮气加压，将环氧树脂充分浸渍到Nb3Sn超导线圈之中，最后在60℃温度下均匀加热18～20小时，得到的Nb3Sn超导线圈励磁时，由于Nb3Sn超导线圈之间完全绝缘，所以Nb3Sn超导线圈不会发生断裂。
附图说明
图1是本发明制备方法中环氧树脂浸渍系统的结构示意图。
图中，1.氮气钢瓶，2.电炉，3.环氧树脂罐，4.环氧树脂传输线，5.通气管，6.超导线圈，7.第二容器，8.真空室，9.真空泵，10.第一阀门，11.第二阀门，12.第三阀门，13.第四阀门，14.第五阀门，15.第六阀门，16.导管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明Nb3Sn超导磁体的制备方法，具体按照以下三个步骤实施：
1、用丙酮清洗Nb3Sn超导线圈，然后将Nb3Sn超导线圈放入真空室；并配置好环氧树脂。
2、将环氧树脂采用加热搅拌的方式去气，加热温度为60℃～80℃，然后将环氧树脂通入到真空室中，真空室的压强为2000Pa～3000Pa，等环氧树脂充分浸没Nb3Sn超导线圈30分钟后，在真空室中通入氮气，使得真空室的压强为1.5～2个大气压，通过氮气将环氧树脂挤压进Nb3Sn超导线圈的线圈里层，时间为5～10小时。
3、将上步充分浸渍的Nb3Sn超导线圈从真空室里取出，除去表面多余环氧树脂，再将Nb3Sn超导线圈安装在绕线机的轴心上，在60℃温度下旋转绕线机，均匀加热18～20小时，即制得不易断裂的Nb3Sn超导线圈。
环氧树脂的配置，具体按照以下步骤实施：
按重量份记，分别取未改性低黏度树脂50份，聚乙二醇双环氧化合物树脂50份，芳香胺硬化剂(TONOX)28份。将所取的未改性低黏度树脂与聚乙二醇双环氧化合物树脂混合，得到混合树脂，然后在每千克该混合树脂中滴加黏度为100里泊～200里泊的硅反传统液体(Silicon Antiform fluid)一滴，接着搅拌混合树脂使得混合树脂脱气，得到脱气树脂。然后将所取的芳香胺硬化剂经过小孔过滤网过滤，再灌注进脱气树脂里，同时搅拌清澈得到环氧树脂。
采用上述方法配置的环氧树脂黏度低、流动性好，可以充分浸渍到超导线圈内，并且在低温情况下，超导线圈上的环氧树脂不会产生裂痕，绝缘性好。
本发明的方法在真空的气氛下先将Nb3Sn超导线圈全部浸没在环氧树脂中，然后再通过氮气加压，将环氧树脂充分浸渍到Nb3Sn超导线圈之中，最后再经过加热固化得到的Nb3Sn超导线圈励磁时，由于Nb3Sn超导线圈之间完全绝缘，没有洛仑兹力，所以Nb3Sn超导线圈不会发生断裂。
具体来说，本发明的制备方法可以利用环氧树脂浸渍系统来进行，环氧树脂浸渍系统的结构如图1所示。包括循环一周的通气管5，氮气钢瓶1、环氧树脂罐3、真空泵9、第二容器7依次分别与通气管5相连通，其中环氧树脂罐3是通过设置在环氧树脂罐3上端的进气口与通气管5相连通，第二容器7是通过设置在第二容器7上端的出气口与通气管5相连通。环氧树脂罐3的下部设置有电炉2，环氧树脂罐3上端还设置有出液口，环氧树脂传输线4的一端伸进环氧树脂罐3的出液口与环氧树脂罐3相连通，环氧树脂传输线4的另一端伸进真空室8上端的进液口与真空室8相连通，真空室8内放置有超导线圈6，导管16的一端与真空室8上端的出液口相连通，导管16的另一端与第二容器7上端的进液口相连通。在通气管5上，环氧树脂罐3的进气口与真空泵9之间设置有第一阀门10、真空泵9与第二容器7的出气口之间设置有第二阀门11、氮气钢瓶1与环氧树脂罐3的进气口之间设置有第五阀门14、第二容器7的出气口与氮气钢瓶1之间设置有第六阀门15。在环氧树脂传输线4上设置有第四阀门13，在导管16上设置有第三阀门12。
本发明的制备方法所用到的环氧树脂浸渍系统中环氧树脂传输线4的两端为铜管，环氧树脂传输线4的中间部分为透明胶管，目的是为了通过透明胶管观测环氧树脂的流速。
本发明的不易断裂的Nb3Sn超导磁体的制备方法，该方法利用上述环氧树脂浸渍系统具体按照以下步骤进行：
步骤1，
用丙酮清洗超导线圈6，然后将超导线圈6放在真空室8里。
按重量份记，分别取未改性低黏度树脂50份，聚乙二醇双环氧化合物树脂50份，芳香胺硬化剂(TONOX)28份。将所取的未改性低黏度树脂与聚乙二醇双环氧化合物树脂混合，得到混合树脂，然后在每千克该混合树脂中滴加黏度为100里泊～200里泊的硅反传统液体(Silicon Antiform fluid)一滴，接着搅拌混合树脂使得混合树脂脱气，得到脱气树脂。然后将所取的芳香胺硬化剂经过小孔过滤网过滤，再灌注进脱气树脂里，同时搅拌清澈得到环氧树脂，最后将环氧树脂放置到环氧树脂罐3内。
步骤2，
首先打开第一阀门10、第二阀门11、第三阀门12、第四阀门13和真空泵9，打开电炉2加热环氧树脂罐3，加热温度为100摄氏度，将环氧树脂罐3抽空使环氧树脂去气，同时抽空真空室8和第二容器7，并使得真空室8的压强为2000Pa～3000Pa。接着关闭第一阀门10和第六阀门15，打开第五阀门14，使环氧树脂罐3为环境压力，氮气挤压环氧树脂罐3中的环氧树脂，环氧树脂通过环氧树脂传输线4流进真空室8内。通过环氧树脂传输线4中部的透明胶管观测环氧树脂的流速，然后控制第五阀门14调节流动速率，使整个传输过程中真空室8的压强保持在2000Pa～3000Pa。当真空室8中的超导线圈6全部浸没30分钟后，关闭第二阀门11和第四阀门13，打开第六阀门15，使得真空室的压强为1.5～2个大气压，让氮气钢瓶1中氮气通过第二容器7引入真空室8把环氧树脂压进超导线圈6的线圈层里去，时间为5～10小时。
步骤3，
将超导线圈6从真空室8里取出，除去表面多余的环氧树脂。再将超导线圈6安装在绕线机的轴心上，同时在超导线圈6附件安装一个加热灯。在60℃温度下，旋转绕线机，超导线圈6均匀加热20小时，最终即得到完全固化的不易断裂的Nb3Sn超导线圈。
实施例1
用丙酮清洗Nb3Sn超导线圈，然后将Nb3Sn超导线圈放入真空室；按重量份记，分别取未改性低黏度树脂50份，聚乙二醇双环氧化合物树脂50份，芳香胺硬化剂28份。将所取的未改性低黏度树脂与聚乙二醇双环氧化合物树脂混合，得到混合树脂，然后在每千克该混合树脂中滴加黏度为100里泊的硅反传统液体(Silicon Antiform fluid)一滴，接着搅拌混合树脂使得混合树脂脱气，得到脱气树脂。然后将所取的芳香胺硬化剂经过小孔过滤网过滤，再灌注进脱气树脂里，同时搅拌清澈得到环氧树脂。将环氧树脂采用加热搅拌的方式去气，加热温度为60℃，然后将环氧树脂通入到真空室中，真空室的压强为2000Pa，等环氧树脂充分浸没Nb3Sn超导线圈30分钟后，在真空室中通入氮气，使得真空室的压强为1.5个大气压，通过氮气将环氧树脂挤压进Nb3Sn超导线圈的线圈里层，时间为5小时。将充分浸渍的Nb3Sn超导线圈从真空室里取出，除去表面多余环氧树脂，再将Nb3Sn超导线圈安装在绕线机的轴心上，在60℃温度下旋转绕线机，均匀加热18小时，即制得。
实施例2
用丙酮清洗Nb3Sn超导线圈，然后将Nb3Sn超导线圈放入真空室；按重量份记，分别取未改性低黏度树脂50份，聚乙二醇双环氧化合物树脂50份，芳香胺硬化剂28份。将所取的未改性低黏度树脂与聚乙二醇双环氧化合物树脂混合，得到混合树脂，然后在每千克该混合树脂中滴加黏度为200里泊的硅反传统液体(Silicon Antiform fluid)一滴，接着搅拌混合树脂使得混合树脂脱气，得到脱气树脂。然后将所取的芳香胺硬化剂经过小孔过滤网过滤，再灌注进脱气树脂里，同时搅拌清澈得到环氧树脂。将环氧树脂采用加热搅拌的方式去气，加热温度为80℃，然后将环氧树脂通入到真空室中，真空室的压强为3000Pa，等环氧树脂充分浸没Nb3Sn超导线圈30分钟后，在真空室中通入氮气，使得真空室的压强为2个大气压，通过氮气将环氧树脂挤压进Nb3Sn超导线圈的线圈里层，时间为10小时。将充分浸渍的Nb3Sn超导线圈从真空室里取出，除去表面多余环氧树脂，再将Nb3Sn超导线圈安装在绕线机的轴心上，在60℃温度下旋转绕线机，均匀加热20小时，即制得。
实施例3
用丙酮清洗Nb3Sn超导线圈，然后将Nb3Sn超导线圈放入真空室；按重量份记，分别取未改性低黏度树脂50份，聚乙二醇双环氧化合物树脂50份，芳香胺硬化剂28份。将所取的未改性低黏度树脂与聚乙二醇双环氧化合物树脂混合，得到混合树脂，然后在每千克该混合树脂中滴加黏度为150里泊的硅反传统液体(Silicon Antiform fluid)一滴，接着搅拌混合树脂使得混合树脂脱气，得到脱气树脂。然后将所取的芳香胺硬化剂经过小孔过滤网过滤，再灌注进脱气树脂里，同时搅拌清澈得到环氧树脂。将环氧树脂采用加热搅拌的方式去气，加热温度为70℃，然后将环氧树脂通入到真空室中，真空室的压强为2500Pa，等环氧树脂充分浸没Nb3Sn超导线圈30分钟后，在真空室中通入氮气，使得真空室的压强为1.7个大气压，通过氮气将环氧树脂挤压进Nb3Sn超导线圈的线圈里层，时间为8小时。将充分浸渍的Nb3Sn超导线圈从真空室里取出，除去表面多余环氧树脂，再将Nb3Sn超导线圈安装在绕线机的轴心上，在60℃温度下旋转绕线机，均匀加热19小时，即制得。
Claims (2)
1.一种提高抗断裂性能的Nb3Sn超导磁体的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤1，
用丙酮清洗Nb3Sn超导线圈，然后将Nb3Sn超导线圈放在真空室里；
配制环氧树脂；
步骤2，
将环氧树脂采用加热搅拌的方式去气，加热温度为60℃-80℃，然后将环氧树脂通入到真空室中，真空室的压强为2000Pa-3000Pa，30分钟后，在真空室中通入氮气，使得真空室的压强为1.5-2个大气压，通过氮气将环氧树脂挤压进Nb3Sn超导线圈的线圈里层，时间为5-10小时；
步骤3，
将步骤2得到的充分浸渍的Nb3Sn超导线圈从真空室里取出，除去表面多余环氧树脂，再将Nb3Sn超导线圈安装在绕线机的轴心上，在60℃温度下旋转绕线机均匀加热18-20小时，即制得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，环氧树脂的配制具体按照以下步骤进行：
按重量份记，分别取未改性低黏度树脂50份，聚乙二醇双环氧化合物树脂50份，芳香胺硬化剂28份；将所取的未改性低黏度树脂与聚乙二醇双环氧化合物树脂混合，得到混合树脂，然后在每千克该混合树脂中滴加黏度为100里泊-200里泊的硅反传统液体一滴，接着搅拌混合树脂使得混合树脂脱气，得到脱气树脂；然后将所取的芳香胺硬化剂经过小孔过滤网过滤，再灌注进脱气树脂里，同时搅拌清澈得到环氧树脂。
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