CN102664086A - 一种MgB2线带材的绝缘处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MgB2线带材的绝缘处理方法，该方法为：一、在MgB2线带材表面编织玻璃纤维，得到表面包覆有编织物的MgB2线带材；二、将表面包覆有编织物的MgB2线带材通过装有绝缘漆的漆盒，得到浸渍有绝缘漆的MgB2线带材；三、将浸渍有绝缘漆的MgB2线带材干燥，得到包覆有绝缘层的MgB2线带材；四、将包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成饼材；或将包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成所需规格的磁体线圈；五、将饼材或磁体线圈置于热处理炉中进行热处理。本发明通过玻璃纤维织绕及绝缘漆浸渍处理后，可以提高线带材的机械强度和导热能力，避免了在热处理时线带材发生热膨胀使包套之间相互粘接而影响工程实际应用。
Description
技术领域
本发明属于线带材绝缘处理技术领域，具体涉及一种MgB2线带材的绝缘处理方法。
背景技术
随着各种超导材料的深入研究，越来越多的实用超导材料走到了应用的关键时期，MgB2材料便是其中之一。MgB2由于具有简单的化学组成和六方晶体结构，在原料和制备上相对其它超导材料更容易获得。通过近年来无机和有机碳化物等掺杂元素的加入替代，在不同程度上提高了MgB2的上临界磁场（Hc2），千米级线带材的成功制备使其在MRI医疗领域的应用得到了一席之地。目前MgB2线带材的制备在世界各国已有很大进展。美国Hyper Tech.公司、意大利Columbus Superconductor公司、日本日立公司以及国内的西北有色金属研究院等多家单位分别研发了MgB2线带材以及磁体制备技术，MgB2线带材性能已开始接近实用化的要求。
在各种影响因素下，其中MgB2线带材的绝缘质量和热处理技术是影响超导磁体安全使用的关键因素之一。MgB2可制备成6芯、12芯、36芯等多种结构的线带材，无论哪种结构，粉末入管后都须经历旋缎、拉拔、轧制的反复进行，多种不同规格的模具和不同设备在加工过程中对线带材的内外形变产生了积极的作用，使线材长度得到进一步增加。然而超导芯材料、阻隔层材料以及包套材料具有不同的机械强度和热膨胀系数，热处理过程容易出现膨胀变形的不均匀性，线带材热处理温度一般是在650℃～1000℃之间，在此温度下，热膨胀效应非常显著，常常能使多层线带材之间发生粘连，弯曲，甚至使热处理架板产生变形，而经过热处理后的MgB2机械强度较低，是不能随意弯折的，否则MgB2晶粒之间的连接性将被破坏，临界电流的传输通道也就无法得到保证，后续的绝缘也就不能很好地完成。科研人员通过了一些努力不同程度避免了线材的粘连，如松饶、采用绝缘涂层等技术手段。松绕只能解决短的线带材，千米以上会增加工作量，而且间距不能保证一致性；绝缘涂层工艺期望一步解决热处理和绝缘过程，但实践表明，虽然可以减轻线带材之间的不粘连程度，但经过热处理后的线带材表面由于绝缘漆挥发后而残留的碳化物并不具有绝缘性，仍然需要采取其他的绝缘措施。
线带材制备成磁体还需要预先对其进行绝缘保护，因为超导磁体失超或充放电时，在超导磁体的两端会产生一个瞬时的脉冲电压，线带材表面绝缘后可以对磁体系统起到一个安全保护作用。因此为了确保超导磁体运行的稳定性，需要对超导线带材表面加固绝缘物。MgB2线带材绝缘常常采用聚酰亚胺薄膜手工包覆的方式完成。这种方法不仅效率低下，而且很难保证聚酰亚胺薄膜均匀包覆在MgB2线带材上，导致包覆后线带材尺寸不均匀，易于产生大于1mm以上的尺寸偏差，严重影响制备磁体的磁场均匀度。此外采用聚酰亚胺包覆工艺后就不能再进行线带材的高温（大于600℃）成相反应，否则会破坏包覆的绝缘膜（小于400℃使用）。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种MgB2线带材的绝缘处理方法。该方法可以提高线带材的机械强度和导热能力，经该方法处理后的线带材能在MgB2成相温区（650℃～750℃）使用，防止了裸线带材之间的粘连，并且能够使线带材绝缘耐击穿电压性能整体提高，为进一步将千米长线饶制成MRI磁体线圈提供了安全保证。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种MgB2线带材的绝缘处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在干燥无污的MgB2线带材表面编织一层厚度为0.1mm～0.5mm的玻璃纤维，得到表面包覆有编织物的MgB2线带材；
步骤二、将步骤一中所述表面包覆有编织物的MgB2线带材以100m/h～200m/h的速率通过装有绝缘漆的漆盒，得到浸渍有绝缘漆的MgB2线带材；所述绝缘漆由Al2O3粉末、虫胶和无水乙醇混合均匀制成，绝缘漆中Al2O3粉末的质量百分含量为10%～30%，虫胶的浓度为60g/L～80g/L；
步骤三、将步骤二中所述浸渍有绝缘漆的MgB2线带材在温度为200℃～300℃的条件下干燥15min～30min，得到包覆有绝缘层的MgB2线带材；
步骤四、将步骤三中所述包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成内径不小于30cm的饼材；或将步骤三中所述包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成所需规格的磁体线圈；
步骤五、将步骤四中所述饼材或磁体线圈置于热处理炉中，在真空条件下或惰性气氛保护下，温度为650℃～750℃的条件下热处理1h～3h。
上述的一种MgB2线带材的绝缘处理方法，步骤一中所述玻璃纤维为HS2高强玻璃纤维。
上述的一种MgB2线带材的绝缘处理方法，步骤二中所述Al2O3粉末的质量纯度为99.9%以上。
上述的一种MgB2线带材的绝缘处理方法，步骤五中所述真空条件的真空度不大于2Pa。
上述的一种MgB2线带材的绝缘处理方法，步骤五中所述惰性气氛为质量纯度为99.99%的高纯氩。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过玻璃纤维织绕及绝缘漆浸渍处理后，可以提高线带材的机械强度和导热能力，避免了在热处理时线带材发生热膨胀使包套之间相互粘接而影响工程实际应用。经本发明方法处理后的MgB2线带材能在MgB2成相温区（650℃～750℃）使用，防止了裸线带材之间的粘连，并且能够使线带材绝缘耐击穿电压性能整体提高，为进一步将千米长线饶制成MRI磁体线圈提供了安全保证。
2、采用本发明的方法处理后的MgB2线带材完全能够满足磁体绕制对线带材绝缘性能的要求，耐压值可达到500～1000伏以上。
3、采用本发明的绝缘处理方法可以阻隔空气对线带材表面铜的侵蚀和氧化，保证外包套铜层的分流、散热的稳定化作用得到最大的发挥。
4、本发明通过外包覆的玻璃纤维，绝缘漆浸渍后能够大大减轻千米级线带材在热处理时的粘连状况，使成相反应能够顺利进行，提高线带材的成品率，并且也有利于磁体的绕制。
5、本发明通过玻璃纤维织绕线带材，能够增加线带材机械强度，可有效避免磁体绕饼之间的挤压变形引起的磁场不均匀性。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
步骤一、采用金属清洁剂将MgB2线带材表面的油污完全除掉后，再采用无水酒精脱水，使线带材表面干燥无污，采用纤维编织机在干燥无污的MgB2线带材表面编织一层单边厚度为0.1mm的HS2高强玻璃纤维，得到表面包覆有编织物的MgB2线带材；
步骤二、将步骤一中所述表面包覆有编织物的MgB2线带材以100m/h的速率通过装有绝缘漆的漆盒，得到浸渍有绝缘漆的MgB2线带材；所述绝缘漆由质量纯度为99.9%以上的Al2O3粉末、虫胶和无水乙醇混合均匀制成，绝缘漆中Al2O3粉末的质量百分含量为30%，虫胶的浓度为60g/L；
步骤三、将步骤二中所述浸渍有绝缘漆的MgB2线带材在温度为200℃的条件下干燥30min，得到包覆有绝缘层的MgB2线带材；
步骤四、将步骤三中所述包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成内径不小于30cm的饼材；
步骤五、将步骤四中所述饼材置于热处理炉中，在真空度为2Pa的真空条件下，温度为650℃的条件下热处理1h。
本实施例绝缘处理后的MgB2线带材的耐击穿电压为500伏以上。
实施例2
步骤一、采用金属清洁剂将MgB2线带材表面的油污完全除掉后，再采用无水酒精脱水，使线带材表面干燥无污，采用纤维编织机在干燥无污的MgB2线带材表面编织一层单边厚度为0.3mm的HS2高强玻璃纤维，得到表面包覆有编织物的MgB2线带材；
步骤二、将步骤一中所述表面包覆有编织物的MgB2线带材以150m/h的速率通过装有绝缘漆的漆盒，得到浸渍有绝缘漆的MgB2线带材；所述绝缘漆由质量纯度为99.9%以上的Al2O3粉末、虫胶和无水乙醇混合均匀制成，绝缘漆中Al2O3粉末的质量百分含量为20%，虫胶的浓度为80g/L；
步骤三、将步骤二中所述浸渍有绝缘漆的MgB2线带材在温度为300℃的条件下干燥15min，得到包覆有绝缘层的MgB2线带材；
步骤四、将步骤三中所述包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成内径不小于30cm的饼材；
步骤五、将步骤四中所述饼材置于热处理炉中，在质量纯度为99.99%的高纯氩气氛保护下，温度为700℃的条件下热处理2h。
本实施例绝缘处理后的MgB2线带材的耐击穿电压为800伏以上。
实施例3
步骤一、采用金属清洁剂将MgB2线带材表面的油污完全除掉后，再采用无水酒精脱水，使线带材表面干燥无污，采用纤维编织机在干燥无污的MgB2线带材表面编织一层单边厚度为0.5mm的HS2高强玻璃纤维，得到表面包覆有编织物的MgB2线带材；
步骤二、将步骤一中所述表面包覆有编织物的MgB2线带材以200m/h的速率通过装有绝缘漆的漆盒，得到浸渍有绝缘漆的MgB2线带材；所述绝缘漆由质量纯度为99.9%以上的Al2O3粉末、虫胶和无水乙醇混合均匀制成，绝缘漆中Al2O3粉末的质量百分含量为10%，虫胶的浓度为70g/L；
步骤三、将步骤二中所述浸渍有绝缘漆的MgB2线带材在温度为250℃的条件下干燥25min，得到包覆有绝缘层的MgB2线带材；
步骤四、将步骤三中所述包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成内径不小于30cm的饼材；
步骤五、将步骤四中所述饼材置于热处理炉中，在真空度为1Pa的真空条件下，温度为750℃的条件下热处理3h。
本实施例绝缘处理后的MgB2线带材的耐击穿电压为1000伏以上。
实施例4
步骤一、采用金属清洁剂将MgB2线带材表面的油污完全除掉后，再采用无水酒精脱水，使线带材表面干燥无污，采用纤维编织机在干燥无污的MgB2线带材表面编织一层单边厚度为0.3mm的HS2高强玻璃纤维，得到表面包覆有编织物的MgB2线带材；
步骤二、将步骤一中所述表面包覆有编织物的MgB2线带材以160m/h的速率通过装有绝缘漆的漆盒，得到浸渍有绝缘漆的MgB2线带材；所述绝缘漆由质量纯度为99.9%以上的Al2O3粉末、虫胶和无水乙醇混合均匀制成，绝缘漆中Al2O3粉末的质量百分含量为20%，虫胶的浓度为70g/L；
步骤三、将步骤二中所述浸渍有绝缘漆的MgB2线带材在温度为200℃的条件下干燥30min，得到包覆有绝缘层的MgB2线带材；
步骤四、将步骤三中所述包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成室温孔径30cm的磁体线圈；
步骤五、将步骤四中所述磁体线圈置于热处理炉中，在质量纯度为99.99%的高纯氩气氛保护下，温度为650℃的条件下热处理3h。
本实施例绝缘处理后的MgB2线带材绕成磁体线圈后，线带材的耐击穿电压为800伏以上。
实施例5
步骤一、采用金属清洁剂将MgB2线带材表面的油污完全除掉后，再采用无水酒精脱水，使线带材表面干燥无污，采用纤维编织机在干燥无污的MgB2线带材表面编织一层单边厚度为0.1mm的HS2高强玻璃纤维，得到表面包覆有编织物的MgB2线带材；
步骤二、将步骤一中所述表面包覆有编织物的MgB2线带材以100m/h的速率通过装有绝缘漆的漆盒，得到浸渍有绝缘漆的MgB2线带材；所述绝缘漆由质量纯度为99.9%以上的Al2O3粉末、虫胶和无水乙醇混合均匀制成，绝缘漆中Al2O3粉末的质量百分含量为30%，虫胶的浓度为60g/L；
步骤三、将步骤二中所述浸渍有绝缘漆的MgB2线带材在温度为300℃的条件下干燥15min，得到包覆有绝缘层的MgB2线带材；
步骤四、将步骤三中所述包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成室温孔径50cm的磁体线圈；
步骤五、将步骤四中所述磁体线圈置于热处理炉中，在真空度为0.1Pa的真空条件下，温度为750℃的条件下热处理1h。
本实施例绝缘处理后的MgB2线带材绕成磁体线圈后，线带材的耐击穿电压为500伏以上。
实施例6
步骤一、采用金属清洁剂将MgB2线带材表面的油污完全除掉后，再采用无水酒精脱水，使线带材表面干燥无污，采用纤维编织机在干燥无污的MgB2线带材表面编织一层单边厚度为0.5mm的HS2高强玻璃纤维，得到表面包覆有编织物的MgB2线带材；
步骤二、将步骤一中所述表面包覆有编织物的MgB2线带材以200m/h的速率通过装有绝缘漆的漆盒，得到浸渍有绝缘漆的MgB2线带材；所述绝缘漆由质量纯度为99.9%以上的Al2O3粉末、虫胶和无水乙醇混合均匀制成，绝缘漆中Al2O3粉末的质量百分含量为10%，虫胶的浓度为80g/L；
步骤三、将步骤二中所述浸渍有绝缘漆的MgB2线带材在温度为250℃的条件下干燥20min，得到包覆有绝缘层的MgB2线带材；
步骤四、将步骤三中所述包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成室温孔径80cm的磁体线圈；
步骤五、将步骤四中所述磁体线圈置于热处理炉中，在质量纯度为99.99%的高纯氩气氛保护下，温度为700℃的条件下热处理2h。
本实施例绝缘处理后的MgB2线带材绕成磁体线圈后，线带材的耐击穿电压为1000伏以上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种MgB2线带材的绝缘处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在干燥无污的MgB2线带材表面编织一层厚度为0.1mm～0.5mm的玻璃纤维，得到表面包覆有编织物的MgB2线带材；
步骤二、将步骤一中所述表面包覆有编织物的MgB2线带材以100m/h～200m/h的速率通过装有绝缘漆的漆盒，得到浸渍有绝缘漆的MgB2线带材；所述绝缘漆由Al2O3粉末、虫胶和无水乙醇混合均匀制成，绝缘漆中Al2O3粉末的质量百分含量为10%～30%，虫胶的浓度为60g/L～80g/L；
步骤三、将步骤二中所述浸渍有绝缘漆的MgB2线带材在温度为200℃～300℃的条件下干燥15min～30min，得到包覆有绝缘层的MgB2线带材；
步骤四、将步骤三中所述包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成内径不小于30cm的饼材；或将步骤三中所述包覆有绝缘层的MgB2线带材绕成所需规格的磁体线圈；
步骤五、将步骤四中所述饼材或磁体线圈置于热处理炉中，在真空条件下或惰性气氛保护下，温度为650℃～750℃的条件下热处理1h～3h。
2.根据权利要求1所述的一种MgB2线带材的绝缘处理方法，其特征在于，步骤一中所述玻璃纤维为HS2高强玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的一种MgB2线带材的绝缘处理方法，其特征在于，步骤二中所述Al2O3粉末的质量纯度为99.9%以上。
4.根据权利要求1所述的一种MgB2线带材的绝缘处理方法，其特征在于，步骤五中所述真空条件的真空度不大于2Pa。
5.根据权利要求1所述的一种MgB2线带材的绝缘处理方法，其特征在于，步骤五中所述惰性气氛为质量纯度为99.99%的高纯氩。
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