聚酰亚胺薄膜在低温磁体中的作用

作者: 东莞市美鑫绝缘材料有限公司 日期: 2021-01-15 人气: - 评论: 0

  中国科学院等离子体物理所正在设计建造的HT-7U托卡马克(TOKAMAK)装置是世界上先进的可控热核聚变实验研究的装备。低温超导磁体是该装置中的两大关键部分之一。磁体中层与层之间(又称层间绝缘)、匝与匝之间(匝间绝缘)及整个磁体的外围(对地绝缘)都是由绝缘胶和玻璃丝布复合构成的绝缘部分。由于磁体的绝缘结构受装置的空间尺寸和形状限制,绝缘浸渍工艺中可能会使绝缘体产生某些小的缺陷,材料在低温下的性能的稳定可靠性等因素都会威胁到装置安全可靠性,尤其是超导磁体线圈的内部结构非常复杂,成型后的线圈质量无法逐层进行无损检测,对某些部位甚至可以说无法检测。因此低温环氧复合材料绝缘层是有很大的风险的,必须大大提高绝缘层的可靠性。

  聚酰亚胺薄膜不仅具有优良的耐热性能、突出的力学性能以及电气性能,而且具有良好的低温性能、冷热收缩应力小、抗辐射性能强和良好耐磨自润滑性能而被广泛应用在大型高能物理实验装置的磁体线圈中。在高能物理类实验装置的低温超导线圈中,聚酰亚胺薄膜的作用是:

  (1)利用聚酰亚胺薄膜良好的绝缘性能,直接提高磁体线圈的绝缘性能,1mil厚的聚酰亚胺薄膜在液氮温度下的电气强度超过10kV,在液氦温度下的电气强度更高;

  (2)聚酰亚胺薄膜比其它薄膜材料具有更高的抗辐射性能,优良的辐射稳定性,利用它可以增强超导磁体线圈绝缘结构抗辐射性能(装置运行时快中子辐射可达1O∞~1021ncm)

  (3)在超导线圈的工作温度下,当线圈绝缘的环氧基体材料中存在微裂纹时,由于聚酰亚胺薄膜的存在,可以有效地防止裂纹的进一步扩展,有效地防止或削弱超导磁体线圈的“锻炼效应”和过早的失超;

  (4)聚酰亚胺薄膜表面摩擦系数小(<O01),还有良好的自润滑性能,与聚酰亚胺薄膜接触的不同的材料在其表面可以产生相对滑动,可以减小导体和绝缘体相对运动产生的摩擦热,同时可以减小内应力,减小内势能(尤其在线圈的降温和升温过程中的保护作用最为直观),有效地防止或削弱超导磁体线圈的“锻炼效应”和过早的失超。

  聚酰亚胺薄膜在大型低温超导磁体线圈中的应用提高了绝缘层的性能,从而可以提高HT-7U 托卡马克装置的安全可靠性。通过选择适合的表面处理方法进一步改善了聚酰亚胺薄膜与环氧树脂的粘接性能,提高了绝缘层的性能。


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