一种无绝缘超导磁体制造技术

本发明专利技术属于超导技术领域，具体涉及一种无绝缘超导磁体。本发明专利技术的无绝缘超导磁体，包括线圈骨架和绕制在线圈骨架上的超导线,所述的超导线表面无绝缘层或包裹的绝缘层是不完整的，在超导线匝间填充有导电材料、导热材料、固化材料和润湿材料的混合物，匝间电阻在0.1欧姆-100千欧姆之间；其中各部分材料按体积百分比为：导电材料0.01-99.9%，导热材料0-99.99%，固化材料0-99%，0-5%润湿材料。本发明专利技术的无绝缘超导磁体在每一匝超导线圈之间填充有导电成分，使匝间维持较高的电阻，既发挥了匝间无绝缘特点，又有利于超导磁体的充电励磁和失超保护。

【技术实现步骤摘要】
一种无绝缘超导磁体
本专利技术属于超导
，具体涉及一种无绝缘超导磁体。
技术介绍
超导磁体是超导技术应用的最主要方面之一，依据工作形式的不同，可划分为低温超导磁体和高温超导磁体。低温超导磁体通常是指工作在液氦温度下（4.2K）的超导磁体，高温超导磁体则通常工作在液氦温度以上，一般工作温度为10-100K。超导磁体一般是采用NbTi、Nb3Sn、Bi系、MgB2、YBCO等超导线或带材绕制而成的，其中绝大部分超导磁体中所用的超导线、带外表都要包裹绝缘材料，通常是Kapton带和绝缘漆等材料，用包裹有绝缘层的超导线绕制完成的超导磁体，一般还要经过浸蜡或浸环氧树脂等填充技术将超导磁体内部的空隙填满，填充材料要具有耐低温、导热好等特性。绝缘和填充的主要目的是使超导磁体匝间良好绝缘。超导磁体的磁场一般为0.5T-20T，对磁体进行填充的另一目的是确保超导磁体内部的超导线被牢牢的固定好，避免在强大的磁场力作用下发生位移，降低超导体发生失超的风险。一般低温超导磁体工作时要浸没在液氦内。高温超导磁体工作时可以浸没在液氮内，也可以浸没在液氦内。由于浸没在液氦、液氮这些冷量较大的导冷液体内，超导磁体温度通常都会被冷却到低温液体的沸点温度。超导磁体内稍有温度升高，就会蒸发掉大量低温液体把热量带走以保持温度恒定。随着低温技术的发展，近年出现工作温度达到4.2K或20K的低温制冷机。用导冷材料将超导磁体与制冷机相连，将超导磁体降到工作温度，这种工作方式被称为传导冷却。无论是低温超导磁体还是高温超导磁体，由于导热能力有限，传导冷却方式难以克服的缺点是超导磁体上各处温度不均匀。因为导热不良，当超导磁体内部出现热、电、磁的扰动时，容易引起局部温度过高，发生失超传播的风险也比较严重。一般超导线的直径在1毫米左右，超导带材的厚度一般在0.5毫米左右，宽度5毫米左右，在超导线和带材内部通常有多股超导细丝，细丝数量几至几万不等，超导细丝（超导细丝外部偶尔会包裹阻隔层金属）被嵌在作为温度稳定体的铜或银等导热好的金属基体内。在稳定的工作条件下，超导磁体内部电流只在作为超导材料的超导细丝内流动，不在包裹超导材料的铜、银等温度稳定体中流动，在工作电流稳定不变条件下，超导线、带材外面包裹的绝缘材料是完全没有作用的，只有在磁体充磁、退磁时，绝缘材料才发挥作用。另外在超导磁体发生故障时，需要对超导磁体采取保护措施，绝缘材料会约束电流，对超导磁体产生不利影响。2011年，国外新发展出一种无绝缘超导磁体技术，即在绕制超导磁体时，在超导线、带材之间不使用绝缘材料，或直接使用不锈钢带或哈氏合金带（Hastelloy）等导电金属带作为超导线、带材之间的间隔材料，绕组内部的每匝超导线、带材之间是导电、短路接触的，匝间接触电阻通常小于0.01欧姆，这对于超导磁体的充电励磁造成比较严重的困难。对于无绝缘超导磁体在超导磁体工作过程中，一旦超导体发生局部失超，超导线、带某段上出现电阻，电流会被分流到相邻超导线上，对于超导磁体保护比较有利。失超的超导线、带材不会被大工作电流持续加热，可以避免损坏超导磁体，而现有包裹绝缘材料，匝间绝缘的磁体内一旦出现失超，则需要有保护电路立刻工作，在零点几秒或几秒时间内将超导磁体电流降到无害水平，因此无绝缘超导磁体技术可以大幅度降低损坏超导磁体的风险。目前这种最新的无绝缘技术中所谓的无绝缘，实质上是完全的导电接触。线圈匝间电阻极小，不利于磁体正常充电励磁。与传统的浸蜡或浸环氧树脂等填充技术相比，采用无绝缘技术的超导磁体的导热性能更好，有利于超导磁体内部温度均衡，避免磁体内部出现局部温度过高的区域而危害超导磁体工作。对于目前备受关注的制冷机传导冷却磁体具有更重要的意义。据目前最新文献报道，国外对无绝缘超导磁体技术的研究刚刚起步，还局限于从高度绝缘直接过渡到匝间电阻仅有几毫欧姆的简单无绝缘状态。目前国外研制的无绝缘超导磁体，在超导线或带材之间直接接触不做绝缘，或简单采用金属做间隔材料，其优点是导热性能很好，缺点是导电性能过强、匝间电阻几乎没有。这样完全摆脱掉原有绝缘层的阻隔作用，十分不利于超导磁体的充电励磁，对于磁体内部接近微欧的极低电阻，电感为亨利量级的大型无绝缘超导磁体，充电励磁时间需要十几天以上，在实际应用过程中是无法接受的。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种无绝缘超导磁体，目的是在增强超导磁体内部导热能力的同时，着重控制超导磁体内部的匝间电阻不致过小，得到导热率和温度稳定性高，且匝间电阻比较高的无绝缘超导磁体。本专利技术的无绝缘超导磁体，包括线圈骨架和绕制在线圈骨架上的超导线,所述的超导线表面无绝缘层或包裹的绝缘层是不完整的，在超导线匝间填充有导电材料、导热材料、固化材料和润湿材料，匝间电阻在0.1欧姆-100千欧姆之间；其中各部分材料按体积百分比为：导电材料0.01-100%，导热材料0-99.99%，固化材料0-99%，0-5%润湿材料。所述的导热材料是氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化铍、氧化锌、氧化硅、氧化镁、氯化铝、碳化硅或碳化铝；硅、锗、磷、硫、硒、砷、硼或碳，或上述半导体化合形成的化合物；锡、铅、锌、铝、铜、镓、铟、镉、锑、铋、镁、钙、钡、锂、钠、钾、汞、钛、锆、钒、铌、锰、铁、钴、镍或铜，及其合金、氧化物、硫化物、氮化物、氟化物、氯化物、碳化物。其中所述的导电材料是锡、铅、锌、铝、铜、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、镓、铟、镉、锑、铋、镁、钙、钡、锂、钠、钾或汞,或上述金属化合形成的合金；或碳、硅、锗、磷、硫、硒或砷，或上述半导体化合形成的化合物；或上述合金与上述半导体的化合物。所述的固化材料是虫胶、漆、蜡、环氧树脂、沥青、油、水、玻璃粉、玻璃纤维或石棉。所述的润湿材料是氧化铟、氧化锡、氯化锡、氯化钯、硼酸或硬脂酸钠。本专利技术的特点是：具有不同于任何传统磁体的结构，充分发挥超导材料导电、传输电流的特点，消除线圈匝间高度绝缘或完全导电的接触形式，以电阻接触取而代之。这充分发挥了超导技术的特点，是对传统磁体结构的大幅改进。本专利技术的无绝缘超导磁体是在超导磁体匝间加入导电材料，保持匝间均匀的低电阻无绝缘状态，通过调整导电材料所占的比重，使匝间电阻远高于导体之间的接触电阻，以利于减少磁体充电励磁难度；同时大量使用的高导热材料有助于磁体的温度均匀，提高温度稳定性，增加材料的使用量有助于增加总体热容量，提高磁体低温稳定性；增加固化、润湿材料有助于提高导电材料与导热材料的微观结合性能，增加磁体整体的导热能力和力学性能。本专利技术的无绝缘超导磁体与传统的超导磁体相比，在超导线外表不使用绝缘层或使用不完整的绝缘层，提高了超导磁体的整体电学性能。通过在每一匝超导线圈之间填充低温下导热性能优良的导热材料，提高了超导磁体的综合导热能力和热容，达到提高磁体低温温度稳定性的目的，本专利技术的无绝缘超导磁体在每一匝超导线圈之间填充有导电成分，使匝间维持较高的电阻，既发挥了匝间无绝缘特点，又有利于超导磁体的充电励磁和失超保护。本专利技术的无绝缘超导磁体的具体优点包括以下几个方面：（1）保持一定的匝间电阻，减小磁体失超时高温升、高温度梯度和热应力破坏的危险；（2）保持较高的匝间电阻，有利于电感较大的超导磁体快速充电励磁；（3）提高超导磁体内部导热能力，提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无绝缘超导磁体，包括线圈骨架和绕制在线圈骨架上的超导线,其特征在于所述的超导线表面包裹的绝缘层是不完整的或者无绝缘层包裹，在超导线匝间填充有导热材料、导电材料、固化材料和润湿材料，匝间电阻在0.1欧姆?100千欧姆之间；其中各部分材料按体积百分比为：导电材料0.01?99.9%，导热材料0?99.99%，固化材料0?99%，0?5%润湿材料,四者之和为百分之百。

【技术特征摘要】
1.一种无绝缘超导磁体，包括线圈骨架和绕制在线圈骨架上的超导线，超导线由超导细丝和金属温度稳定体组成，其特征在于所述的超导线表面包裹的绝缘层是不完整的或者无绝缘层包裹，在超导线匝间填充有导热材料、导电材料、固化材料和润湿材料，每匝之间的电阻在0.1欧姆-100千欧姆之间；其中各部分材料按体积百分比为：导电材料0.01-99.9%，导热材料0.01-99.99%，固化材料0-99%，且固化材料体积分数不为0%，0-5%润湿材料，四者之和为百分之百；所述的导电材料是锡、铅、锌、铝、铜、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、镓、铟、镉、锑、铋、镁、钙、钡、锂、钠、钾或汞，或上述金属化合形成的合金；或碳、硅、锗、磷、硫、硒或砷，或碳、硅、锗、磷、硫、硒或砷之间化合反应形成的化合物；或上述合金与碳、硅、锗、磷、硫、硒或砷的化合物；其具体填充方式是在导热材料颗粒的外表面包裹薄层金属导电材料形成导电颗粒，当固化材料体积分数不为0%时，大量的导电颗粒混合到导...

【专利技术属性】
技术研发人员：白质明，
申请(专利权)人：白质明，
类型：发明
国别省市：