CN105130496B - 一种用于高温超导磁体强固化的真空浸渍方法 - Google Patents

Abstract

一种用于高温超导磁体强固化的真空浸渍方法，本发明最大的特点是取消了两层结构的浸渍罐，而直接将高温超导磁体串接在真空系统中，从而大大简化了真空浸渍装置的结构，容易匹配研发过程中不同尺寸高温超导磁体的真空浸渍过程，只需在高温超导磁体的两端部留出相应联接管路即可，显著减少了高温超导线圈磁体在真空浸渍时的抽真空时间和浸渍胶液用量。此外高温超导磁体浸渍时放置在可变倾角且可加热的工作台面上，通过改变工作台的倾角实现浸渍方法的灵活变化，根据浸渍胶液的性能，可按需加热实现恒温固化等，极大地提高了研发过程中的工艺灵活性和稳定性。

Description

一种用于高温超导磁体强固化的真空浸渍方法

技术领域

本发明属于高温超导磁体技术领域，尤其是一种用于高温超导磁体强固化的真空浸渍方法。

背景技术

高温超导材料在超导临界温度以下具备零电阻特性，超导态下能够承载远大于常导材料的电流，由此超导材料绕制的线圈磁体可产生普通电磁体和永磁体均无法获得的强磁场。高温超导磁体具备磁场强度高、体积小、节能等优点，在聚变科学、新材料制备、影像医学、国防技术等领域，特别是船用推进电机领域，得到越来越广泛的关注和应用。

高温超导磁体一般采用钇钡铜氧YBCO体系和铋锶钙铜氧BSCCO体系等，由具备较高临界温度T_c的超导材料制造，但这类超导材料目前都是陶瓷材料，机械性能差，脆性较大，无法直接制成带材，因此实际工程应用中需要先将其制成具有较好塑性和强度的复合型超导带材，再缠绕在设计好的线圈骨架上，最后与保护高温超导线的线圈盒构成一个整体。绕制后的层叠状超导线在磁体制冷过程中或励磁电流作用下可能发生位移，从而导致超导态失稳，超导磁体失超。因此，在超导磁体制造过程中必须对绕制后的超导磁体线圈进行液态环氧树脂的真空浸渍强固化处理，使环氧树脂完全把磁体线圈内的微小间隙以及磁体线圈与线圈盒的间隙灌满，待环氧树脂完全固化后使线圈内外成为一个整体，从而显著增强超导线圈磁体的机械强度和绝缘强度。

此外磁体线圈的真空浸渍强固化还有利于超导磁体的快速冷却，因为磁体线圈中间隙的存在使磁体的冷却需要通过辐射或者对流方式进行，而磁体线圈完全浸渍固化后，可通过更加有效的传导方式完成冷量的传输，这不仅能够提高磁体线圈的冷却效率，还可以在磁体线圈局部异常发热时，及时将热量输送出去，降低磁体线圈发生失超传播的威胁。因此超导线圈的真空浸渍强固化处理是在超导线圈制造过程中关键的步骤，通过真空浸渍强固化处理可以提高超导线圈的整体稳定性，增强超导线圈的电磁性能。

目前超导线圈磁体的真空浸渍过程借鉴了普通电机绕组的浸渍工艺和设备，浸渍工艺大致如下：

1、将超导线圈放入密闭的浸渍罐内抽真空并保持一段时间以有效除去绝缘层内的挥发物，并降低绝缘层内气隙压强；

2、关闭真空阀门，利用气压差将储存罐内的环氧树脂输送到浸渍罐内浸没绕组；

3、向浸渍罐内加压将环氧树脂渗透到绝缘层内；

4、压力浸渍完毕后，解除压力，取出绕组烘干固化。

在上述浸渍工艺中，超导线圈磁体的真空浸渍是在浸渍罐内完成的，这种真空浸渍工艺使用的设备一般分为内外两层，外部罐体用于维持真空和一定气压环境，罐体内部的内胆是放置线圈和灌充环氧树脂的容器，缺点在于浸渍罐的两层结构比较复杂，内胆需要根据每个线圈的具体尺寸来单独制作，且在绕组线圈固化完成后，包括整个内胆在内的多余部分都需要切除，造成内胆材料和环氧树脂的浪费，并且在环氧树脂需要保持一定温度时，仅能通过对内胆的加热完成对真空浸渍过程中的环氧树脂进行加热，绕组线圈内部受热不均匀，易留下气泡。

发明内容

本发明的目的在于解决高温超导电机用闭合式线圈磁体强固化试验过程中涉及的磁体尺寸不一致、真空浸渍工艺不稳定、环氧树脂胶液浪费过多等问题，提出一种新的真空浸渍装置及其工艺。本发明可明显改善超导线圈磁体浸渍质量，同时还能简化浸渍过程、易于工艺固化、节约浸渍胶液。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于高温超导磁体强固化的真空浸渍方法，该真空浸渍方法使用到真空泵、可调倾角工作台、加热器、电源、除气瓶、除液瓶、吸胶阀、除气阀、注胶阀、配胶杯、预抽阀及联接管路，高温超导磁体的腔体真空浸渍环氧树脂胶，环氧树脂胶存储在配胶杯中，本发明的特征如下：

配胶杯通过所述管路、吸胶阀伸入到除气瓶内，真空泵依次通过预抽阀、所述管路、除气阀也伸入到除气瓶内，除气瓶的下端通过注胶阀与高温超导磁体的腔体倾斜下端联接，高温超导磁体被固定在工作台上，工作台内配置有角度调整装置，通过所述角度调整装置能使工作台在水平方向产生0~60°倾角，在工作台上配置有加热器，加热器由电源供电，加热器加热高温超导磁体，高温超导磁体的腔体倾斜上端通过所述联接管路联接到除液瓶内，除液瓶还通过所述联接管路联接在除气阀与预抽阀之间的所述联接管路上；

在上述装置的配合下其真空浸渍过程如下：

①检查各所述管路是否漏气，各阀门的是否处于关闭状态，根据高温超导磁体的浸渍要求调整工作台的倾角；

②在确保吸胶阀和注胶阀关闭状态下启动真空泵，此时打开预抽阀和除气阀开始对高温超导磁体的腔体和除气瓶进行抽真空，当高温超导磁体的腔体和除气瓶内的真空度同时小于10Pa时再打开吸胶阀，从配胶杯中吸出配好的环氧树脂胶到除气瓶中；

③当环氧树脂胶全部被吸到除气瓶后再关闭吸胶阀，通过真空泵的抽真空和机械振动对除气瓶中的环氧树脂胶液进行除气，除气10min或以除气瓶中的环氧树脂胶液无气泡为准；

④当除气瓶中的环氧树脂胶液无明显可见气泡时，先打开注胶阀并关闭除气阀，再打开吸胶阀并移开配胶杯，此时除气瓶中的环氧树脂胶被吸入高温超导磁体的腔体中并开始真空浸渍过程；

⑤当环氧树脂胶液从高温超导磁体的腔体上方出胶口溢出高度达到8cm左右时再关闭注胶阀并继续5min的抽真空，这样做可以所述出胶口在固化时产生缩口现象，5min后再关闭真空泵；

⑥在上述④-⑤的过程中，如果浸渍需要设定的固化温度，要先打开加热器并达到所述固化温度，直到环氧树脂胶完全固化后再关闭加热器，加热器的温度调节范围控制在0~100C°并要求加热器的温度均匀性大于98%。

所述角度调整装置含有联轴器、蜗轮蜗杆减速机、手轮盘、角度盘，工作台通过所述联轴器与所述蜗轮蜗杆减速机的输出端联接，所述蜗轮蜗杆减速机的输入端联接所述手轮盘，转动所述手轮盘即可实现工作台的角度调整，在工作台上配置角度盘，通过角度盘实现工作台在水平方向的0~60°倾角。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、本发明将高温超导磁体作为真空浸渍装置的一部分，可以适应不同尺寸高温超导线圈磁体的真空浸渍工艺，而不需要其它浸渍罐，浸渍工艺简单易行，浸渍过程可视可控，显著减少了真空浸渍时间和浸渍剂用量，提高了真空浸渍的效率。

2、采用该真空浸渍方法处理后的高温超导线圈磁体几乎无肉眼可见气孔，浸渍效果极好。

附图说明

图1是本发明真空浸渍方法的配置示意简图。

图1中：1-真空泵；2-可调倾角工作台；3-加热器；4-电源；5-除气瓶；6-除液瓶；7-吸胶阀；8-除气阀；9-注胶阀；10-配胶杯；11-预抽阀；12-高温超导磁体。

具体实施方式

本发明是一种用于高温超导磁体强固化的真空浸渍方法，本发明最大的特点是取消了两层结构的浸渍罐，而直接将高温超导磁体串接在真空系统中，从而大大简化了真空浸渍装置的结构，容易匹配研发过程中不同尺寸高温超导磁体的真空浸渍过程，只需在高温超导磁体的两端部留出相应联接管路即可，显著减少了高温超导线圈磁体在真空浸渍时的抽真空时间和浸渍胶液用量。此外高温超导磁体浸渍时放置在可变倾角且可加热的工作台面上，通过改变工作台的倾角实现浸渍方法的灵活变化，根据浸渍胶液的性能，可按需加热实现恒温固化等，极大地提高了研发过程中的工艺灵活性和稳定性。

结合图1，本发明的真空浸渍方法使用到真空泵1、可调倾角工作台2、加热器3、电源4、除气瓶5、除液瓶6、吸胶阀7、除气阀8、注胶阀9、配胶杯10、预抽阀11及联接管路，高温超导磁体的腔体真空浸渍环氧树脂胶，环氧树脂胶存储在配胶杯中。

配胶杯通过所述管路、吸胶阀伸入到除气瓶内，真空泵依次通过预抽阀、所述管路、除气阀也伸入到除气瓶内，除气瓶的下端通过注胶阀与高温超导磁体的腔体倾斜下端联接，高温超导磁体被固定在工作台上，工作台内配置有角度调整装置，通过所述角度调整装置能使工作台在水平方向产生0~60°倾角，在工作台上配置有加热器，加热器由电源供电，加热器加热高温超导磁体，高温超导磁体的腔体倾斜上端通过所述管路联接到除液瓶内，除液瓶还通过所述管路联接在除气阀与预抽阀之间的所述管路上。

真空泵通常安装在工作台的底板上，用于获得高温超导磁体浸渍的工作真空条件，还可提供环氧树脂胶除气时的机械振动。加热器及电源为环氧树脂胶固化时提供合适的固化温度，加热器安装在工作台的背面。除气瓶用于去除配胶时混入环氧树脂胶中气体产生的气泡，由高强度透明材料制造，其上部联接吸胶阀和除气阀，底部联接注胶阀。除液瓶用于防止溢出高温超导磁体的环氧树脂胶进入真空泵导致损毁，联接在超导磁体出胶口与真空泵之间。除气阀、吸胶阀、注胶阀用于各管路的通断，而当配胶杯移开时吸胶阀还可作为放气阀。配胶杯用于环氧树脂胶的配制。预抽阀及联接管路用于控制真空抽速及管路联接。所述角度调整装置含有联轴器、蜗轮蜗杆减速机、手轮盘、角度盘，工作台通过所述联轴器与所述蜗轮蜗杆减速机的输出端联接，所述蜗轮蜗杆减速机的输入端联接所述手轮盘，转动所述手轮盘即可实现工作台的角度调整，在工作台上配置角度盘，通过角度盘实现工作台在水平方向的0~60°倾角。

根据所述技术方案，列举三个实施例，实施例中未述部分以技术方案为准。

实施例1：

配制环氧树脂胶200g，充分搅拌均匀后，倒入配胶杯，将浸渍倾角调整为10度，启动真空泵进行抽真空，待真空度小于10Pa时，打开吸胶阀，将环氧树脂吸入除气瓶进行除气处理，除气完成后，打开注胶阀，关闭除气阀，进行真空浸渍过程，当环氧树脂从超导磁体的出胶口溢出时，关闭注胶阀，保持抽空5分钟，关闭真空泵，开始常温固化。固化约1小时后，拆除超导磁体上的注胶管路，保持超导磁体固定，24小时后完成超导磁体的常温强固化。采用该方案真空浸渍强固化处理后的超导磁体的浸渍气孔直径≤0.2mm，总体积≤0.34%，浸渍效果良好。

实施例2：

配制环氧树脂胶200g，充分搅拌均匀后，倒入配胶杯，将浸渍倾角调整为15度，启动真空泵进行抽真空，待真空度小于10Pa时，打开吸胶阀，将环氧树脂吸入除气瓶进行除气处理，除气完成后，打开注胶阀，关闭除气阀，进行真空浸渍过程，当环氧树脂从超导磁体的出胶口溢出时，关闭注胶阀，保持抽空5分钟，关闭真空泵，开始常温固化。固化约1小时后，拆除超导磁体上的注胶管路，保持超导磁体固定，24小时后完成超导磁体的常温强固化。采用该方案真空浸渍强固化处理后的超导磁体几乎无肉眼可见气孔，浸渍效果极好。采用该方案真空浸渍强固化处理后的超导磁体的浸渍气孔直径≤0.16mm，总体积≤0.18%，浸渍效果极好。

实施例3：

配制环氧树脂胶150g，充分搅拌均匀后，倒入配胶杯，将浸渍倾角调整为15度，启动真空泵进行抽真空，待真空度小于10Pa时，打开吸胶阀，将环氧树脂吸入除气瓶进行除气处理，除气完成后，打开注胶阀，关闭除气阀，进行真空浸渍过程，当环氧树脂从超导磁体的出胶口溢出时，关闭注胶阀，保持抽空5分钟，关闭真空泵，启动加热器，设置固化温度为60度，开始恒温固化。固约30分钟后，拆除超导磁体上的注胶管路，保持超导磁体固定，12小时后完成超导磁体的恒温强固化。采用该方案真空浸渍强固化处理后的超导磁体的浸渍气孔直径≤0.2mm，总体积≤0.28%，浸渍效果好。

Claims (1)

1.一种用于高温超导磁体强固化的真空浸渍方法，该真空浸渍方法使用到真空泵(1)、工作台(2)、加热器(3)、电源(4)、除气瓶(5)、除液瓶(6)、吸胶阀(7)、除气阀(8)、注胶阀(9)、配胶杯(10)、预抽阀(11)及联接管路，高温超导磁体(12)的腔体真空浸渍环氧树脂胶，环氧树脂胶存储在配胶杯(10)中，其特征是：

配胶杯(10)通过所述管路、吸胶阀(7)伸入到除气瓶(5)内，真空泵(1)依次通过预抽阀(11)、所述管路、除气阀(8)也伸入到除气瓶(5)内，除气瓶(5)的下端通过注胶阀(9)与高温超导磁体(12)的腔体倾斜下端联接，高温超导磁体(12)被固定在工作台(2)上，工作台(2)内配置有角度调整装置，所述角度调整装置含有联轴器、蜗轮蜗杆减速机、手轮盘、角度盘，工作台(2)通过所述联轴器与所述蜗轮蜗杆减速机的输出端联接，所述蜗轮蜗杆减速机的输入端联接所述手轮盘，转动所述手轮盘即可实现工作台(2)的角度调整，在工作台(2)上配置所述角度盘，通过所述角度盘实现工作台(2)在水平方向的0~60°倾角，在工作台(2)上配置有加热器(3)，加热器(3)由电源(4)供电，加热器(3)加热高温超导磁体(12)，高温超导磁体(12)的腔体倾斜上端通过所述联接管路联接到除液瓶(6)内，除液瓶(6)还通过所述联接管路联接在除气阀(8)与预抽阀(11)之间的所述联接管路上；

在上述装置的配合下其真空浸渍过程如下：

①检查各所述管路是否漏气，各阀门是否处于关闭状态，根据高温超导磁体(12)的浸渍要求调整工作台(2)的倾角；

②在确保吸胶阀(7)和注胶阀(9)关闭状态下启动真空泵(1)，此时打开预抽阀(11)和除气阀(8)开始对高温超导磁体(12)的腔体和除气瓶(5)进行抽真空，当高温超导磁体(12)的腔体和除气瓶(5)内的真空度同时小于10Pa时再打开吸胶阀(7)，从配胶杯(10)中吸出配好的环氧树脂胶到除气瓶(5)中；

③当环氧树脂胶全部被吸到除气瓶(5)后再关闭吸胶阀(7)，通过真空泵(1)的抽真空和机械振动对除气瓶(5)中的环氧树脂胶液进行除气，除气10min或以除气瓶(5)中的环氧树脂胶液无气泡为准；

④当除气瓶(5)中的环氧树脂胶液无明显可见气泡时，先打开注胶阀(9)并关闭除气阀(8)，再打开吸胶阀(7)并移开配胶杯(10)，此时除气瓶(5)中的环氧树脂胶被吸入高温超导磁体(12)的腔体中并开始真空浸渍过程；

⑤当环氧树脂胶液从高温超导磁体(12)的腔体上方出胶口溢出高度达到8cm时再关闭注胶阀(9)并继续5min的抽真空，此时所述出胶口在固化时产生缩口现象，5min后再关闭真空泵(1)；

⑥在上述④-⑤的过程中，如果浸渍需要设定固化温度，要先打开加热器(3)并达到所述固化温度，直到环氧树脂胶完全固化后再关闭加热器(3)，加热器(3)的温度调节范围控制在0~100C°并要求加热器(3)的温度均匀性大于98%。