[發明專利]工作在超低溫下的大電流引線絕緣密封結構及制造方法

無效

• 申請號: 200610137833.8
• 申請日: 2006-11-03
• 公開（公告）號: CN101174500A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 宋守森;趙保志;王秋良;戴銀明
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01F6/06
• 分類號: H01F6/06;H01B12/00;H01B7/17
• 代理公司: 中國船舶專利中心
• 代理人: 張文慶

技術領域

本發明涉及低溫超導技術，特別是一種工作在超低溫下的大電流引線絕緣密封結構及制造方法。

背景技術

在已有的超導磁體裝置中，浸泡在77K液氮下的高溫超導磁體，在由二級G-M制冷機將高溫超導磁體連同液氮一起冷卻到接近4.2K的液氦溫度時，液氮變成了超低溫固氮，高溫超導磁體處于固氮包圍之下。這種超導磁體低溫裝置主要結構如圖1所示。該低溫裝置主要由外杜瓦1和與之相連的抽氣閥7為裝置外殼，在外杜瓦1的內部設置一個獨立的液氮容器3，來容納液氮和高溫超導磁體5。液氮容器3上設置有不銹鋼上端板。外杜瓦1工作在常溫下，液氮容器3及高溫超導磁體5工作在接近液氦溫度的超低溫下。在外杜瓦1和液氮容器3之間用抽氣閥7抽成高真空并保持，以減小液氮容器3的低溫漏熱，維持液氮容器3的正常工作狀態。超導磁體工作電流強大，一般幾十安培至幾百安培之間，需要由金屬銅或超導材料制成電流引線來為高溫超導磁體通電。這兩根電流引線的上端，位于外杜瓦1和液氮容器3之間的真空夾層6內；下端置于液氮容器3內并與高溫超導磁體相連；電流引線4的中部穿過液氮容器的上端板2并與上端板2絕緣和密封。該密封部位需要同時保證常溫、超低溫以及液氮容器從常溫冷卻到超低溫過程中的密封。否則，液氮容器中的蒸發氮氣會進入真空夾層6，通過氣體傳熱使液氮容器中的液氮迅速蒸發，使高溫超導磁體無法工作。因此，工作在超低溫下的大電流引線的絕緣密封問題是該低溫裝置安全運轉的重要一環。在常溫下，采用橡膠，環氧玻璃鋼，聚四氟乙烯及環氧類粘接材料等作電流引線的絕緣密封材料，其電流引線和容器金屬端板之間的絕緣密封性能都是可以保證的。但上述非金屬材料在從常溫冷卻到超低溫的過程中，其熱收縮率遠大于銅和不銹鋼等金屬材料，，從而使大電流引線在穿過液氮容器上端板需要絕緣和密封的部位不能有效密封，導致真空夾層不能保持真空，低溫裝置無法正常工作。

圖2所示是考慮到非金屬密封材料在超低溫下的熱收縮的一種采用環氧玻璃鋼做絕緣的低溫大電流引線絕緣密封結構。它采用常溫下在非金屬絕緣層與電流引線間加予緊力的方法，解決超低溫下密封問題的結構。在圖2中，9為帶突出園臺(為加予緊力而設計)的銅電流引線本體，10為環氧玻璃鋼絕緣塊；13為液氮容器上端板；11為環氧玻璃鋼與引線及液氮容器上端板兩個活動密封界面的軟金屬銦環，以使軟金屬銦在超低溫下仍能有彈性，來保持密封。通過多個金屬螺釘在活動密封界面加予緊力，以克服環氧玻璃鋼與銅及不銹鋼低溫下熱收縮率大的差異所產生的微小縫隙，進而保持活動界面的密封。通過使液氮容器及電流引線緩慢降溫，其密封結構在超低溫下有一定密封效果。但是，在裝置恢復常溫，重新降溫時，由于強大的予緊力在環氧玻璃鋼局部產生的永久變形的存在，使活動密封處恢復不到原常溫密封及加力的初始狀態，活動界面處仍出現漏氣，密封失效。

發明內容

本發明的目的是提供一種工作在超低溫下的大電流引線絕緣密封結構，該絕緣結構絕緣密封效果好，能保證超低溫裝置正常工作和多次重復使用。

本發明因此提出一種工作在超低溫下的大電流引線絕緣密封結構及制造方法。該絕緣密封結構由陶瓷管、電流引線本體、液氮容器上端板和過渡連接件組成。所述陶瓷管上、下兩端外表面分別設置有一層金屬鎳層；過渡連接件由上、下兩段構成，上段下端與所述陶瓷管上端的鎳層焊接，上段上端與電流引線本體焊接，下段上端與陶瓷管下端的鎳層焊接，下段下端與液氮容器上端板焊接。所述過渡連接件采用KOVAR合金制成。

本發明制造方法包括如下步驟：

第一步：根據電流引線本體直徑確定所選用的陶瓷管的直徑和長度等基本尺寸；

第二步：根據電流引線本體和陶瓷管的基本尺寸設計過渡連接件上、下兩段的尺寸；

第三步：在溫度700℃下，采用真空離子注入機對陶瓷管上、下兩端的外表面噴涂金屬鎳，使形成規定厚度的金屬鎳層，并保溫4小時；

第四步：采用銀銅焊將陶瓷管上端鎳層與過渡連接件上段下端焊接，電流引線與過渡連接件上段的上端焊接，陶瓷管下端鎳層與過渡連接件下段的上端焊接；

第五步：采用氦質譜檢漏儀對上述焊接部位抽真空檢漏；

第六步：采用亞弧焊將過渡連接件下段的下端焊接在液氮容器上端板上；

第七步：采用氦質譜檢漏儀對包括電流引線絕緣密封結構在內的液氮容器抽真空檢漏；