[发明专利]低温液体输运用陶瓷绝缘子的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及绝缘子制备领域，具体为一种在低温/高电压环境条件下低温液体输运用陶瓷绝缘子的制备方法。

背景技术

随着大型超导核聚变装置、超导储能装置、超导强磁场装置及高能超导加速器技术参数的不断提高，大型超导磁体的应用也在加速发展中。低温高压氦气密绝缘子是大型磁体系统的关键部件之一，由于大部分超导磁体都采用低温液体来进行冷却，需要密封及绝缘性能良好的绝缘子。绝缘子担负着整个磁体系统低温液体的绝缘流道作用，并通过管路和对应的冷质部件构成冷却回路。由于直接连接制冷管路及磁体系统，需要电绝缘。目前使用的玻璃纤维/环氧基高分子复合材料绝缘子，在尺寸稳定性、耐辐照性能、工作温区等方面存在缺陷。

超导磁约束聚变装置液氦低温回路及磁体绝缘要求的绝缘子材料应具有优良的低温力学性能和耐辐照性能，目前的高分子基绝缘子只能满足以前无中子辐照的研究堆的需求，很难满足未来实用聚变堆的需要。

发明内容

由于存在上述的问题，本发明所要解决的问题是提供一种低温液体输运用陶瓷绝缘子的制备方法，实现满足高电压、辐照环境及密封条件下的低温液体输运用绝缘子。

本发明采用的技术方案是：

一种低温液体输运用陶瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）使用陶瓷材料为母材制作绝缘子中间的陶瓷管部分，并对陶瓷管表面进行金属化处理，以解决陶瓷材料本身由于共价键组成而很难被融化的金属润湿，从而导致界面结合强度低等难点；

（2）采用与陶瓷材料热膨胀系数相近的Kovar29或Invar36合金与陶瓷材料相匹配，作为陶瓷管两端部件材料，以实现在高温下焊接以及低温下的使用；

（3）采用真空钎焊的焊接工艺完成陶瓷材料与合金的焊接，具体步骤如下：

1）钎焊前准备：在相应的焊接表面镀镍，以实现陶瓷材料与合金材料的焊接；检查陶瓷材料与合金材料表面的清洁度，防止材料表面被水油污染；

2）装配与预压：将要焊接的陶瓷材料与合金材料进行组装，在连接表面填入合适的焊料，并在预装的绝缘子两端用螺母进行固定；固定时采用合适的方法对预装的绝缘子进行预压；

3）装炉与焊接：将组装完成的绝缘子放入真空炉中，采用合适的钎焊程序，在800℃左右的温度下进行真空钎焊；

4）结束钎焊，完成绝缘子的制备。本发明选用陶瓷材料替代高分子复合材料，并采用陶瓷/合金焊接方法制备低温用新型陶瓷绝缘子。

本发明实现金属与陶瓷的焊接；实现焊接后的陶瓷-金属器件能在4.2K-500K宽温区正常工作，其氦气密性及绝缘性能达到使用要求。

本发明的优点在于：

1、陶瓷材料具有的较高致密度（易于实现He的密封）、绝缘性能和耐辐照性能可以有效提高低温绝缘子的综合使用性能，该发明制备的绝缘子性能能够满足低温用绝缘子的使用要求；

2、合金材料的使用可以非常方便地实现绝缘子与其他不锈钢材料（如304或316L不锈钢材料）的对接焊接；

3、本发明方法制备的陶瓷绝缘子具有优良的高压He气密性及良好的电绝缘性。

附图说明：

图1为本发明方法制备的陶瓷绝缘子的结构示意图。

具体实施方式：

如图1所示，一种低温液体输运用陶瓷绝缘子的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）使用陶瓷材料1为母材制作绝缘子中间的陶瓷管部分，并对陶瓷管表面进行金属化处理，以解决陶瓷材料本身由于共价键组成而很难被融化的金属润湿，从而导致界面结合强度低等难点；

（2）采用与陶瓷材料1热膨胀系数相近的Kovar29或Invar36合金2与陶瓷材料1相匹配，作为陶瓷管两端部件材料，以实现在高温下焊接以及低温下的使用；

（3）采用真空钎焊的焊接工艺完成陶瓷材料1与合金材料2的焊接，具体步骤如下：

1）钎焊前准备：在相应的焊接表面镀镍，以实现陶瓷材料1与合金材料2的焊接；检查陶瓷材料1与合金材料2表面的清洁度，防止材料表面被水油污染；

2）装配与预压：将要焊接的陶瓷材料1与合金材料2进行组装，在连接表面填入合适的焊料，并在预装的绝缘子两端用螺母进行固定；固定时采用合适的方法对预装的绝缘子进行预压；

3）装炉与焊接：将组装完成的绝缘子放入真空炉中，采用合适的钎焊程序，在800℃左右的温度下进行真空钎焊；

4）结束钎焊，完成绝缘子的制备。本发明选用陶瓷材料替代高分子复合材料，并采用陶瓷/合金焊接方法制备低温用新型陶瓷绝缘子。