專利名稱：工作在超低溫下的大電流引線絕緣密封結構及制造方法
技術領域：
本發(fā)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(nèi)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l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(tài)。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(nèi)；下端置于液氮容器3內(nèi)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(fā)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(fā)，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(huán)。在常溫下，采 用橡膠，環(huán)氧玻璃鋼，聚四氟乙烯及環(huán)氧類粘接材料等作電流引線的絕緣密封材料，其電流 弓I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(huán)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，IO為環(huán)氧玻璃鋼絕緣塊；13為液氮容器上端板；ll為環(huán)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(huán)，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(huán)氧玻璃鋼與銅及不銹鋼低溫下 熱收縮率大的差異所產(chǎn)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(huán)氧玻璃鋼局部產(chǎn)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(tài)，活動界面處仍出現(xiàn)漏氣，密封失效。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)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(fā)明制造方法包括如下步驟
第一步根據(jù)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(jù)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70(TC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(guī)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； 第六步釆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(nèi)的液氮容器抽真空檢漏； 本發(fā)明通過金屬間的焊接將電流引線本體，陶瓷管，過渡連接件及液氮容器上端板連接
起來，形成無活動密封界面的絕緣密封結構，與所配套的液氮不銹鋼容器形成一體，從
300K-4.6K降溫和低溫保持過程中能保持良好的絕緣性能和密封性能，保證超低溫裝置正常
工作和多次重復使用。
圖1是已有超導磁體低溫裝置示意圖2是己有采用環(huán)氧玻璃鋼做絕緣的低溫大電流引線絕緣密封結構簡圖； 圖3是本發(fā)明工作在超低溫下的大電流引線絕緣密封結構簡圖。
圖l中l(wèi)為外杜瓦，2為液氮容器上端板，3為液氮容器，4為大電流引線，5為超導
磁體，6為外杜瓦與液氮容器之間的真空夾層，7為抽氣閥，8為液氮容器內(nèi)的液氮區(qū)；
圖2中9為電流引線本體，IO為環(huán)氧玻璃鋼絕緣塊，ll為軟金屬密封銦環(huán)，12為壓緊
螺釘，13為液氮容器上端板；
圖3中14為電流引線本體，15為過渡連接f^， 16為陶瓷管，17為液氮容器上端板。
M實施方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述
圖3為本發(fā)明的絕緣密封結構簡圖，圖3中16為絕緣用陶瓷管，14為電流引線本體， 17為液氮容器上端板，15為過渡連接件。陶瓷管16上、下兩端分別設置有一層金屬鎳層， 過渡連接件15分為上、下兩段，上段下端與陶瓷管上端鎳層焊接，上段上端與電流引線本體 14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17上端板焊接。
所述陶瓷管16用作電流引線本體14與液氮容器17上端板之間的絕緣材料，可保證電流 引線本體14與液氮容器17上端板的良好絕緣性能。其上下兩端分別設置有一層金屬鎳層， 鎳層厚度取值范圍通常為lOOnm-O. OOlmm，可根據(jù)連接強度的要求選定。該鎳層可通過真空 離子注入技術，在溫度70(TC下噴涂形成，具有鎳顆粒小、致密性好、不含其它雜質、與陶 瓷的結合性能好等優(yōu)點。鎳層與陶瓷管16表面具有很強的結合力，在超低溫度下不會開裂; 過渡連接件15采用由Fe85%、 Co5%、附10%組成的KOVAR合金制成，熱收縮率與陶瓷管材料 十分接近，與鎳層有很好的焊接性能，作為陶瓷管16與電流引線本體14，及陶瓷管16與液 氮容器17上端板的連接過渡構件，可保證所述連接結構從300K的常溫降到4. 6K的超低溫過 程中，不會開列，連接牢固。過渡連接件15與電流引線14連接固定采用通用的銀銅焊，液 氮容器17上端板的連接固定采用通用的氬弧焊即能滿足密封要求。
采用上述結構和制造方法，制成工作在4. 6K超低溫下的大電流引線絕緣密封結構。該結 構的引線電流300A，銅引線截面直徑12毫米、陶瓷管外徑18毫米、過渡連接件最大外徑24 毫米。該結構在從常溫300K到超低溫4.6K的降溫過程和超低溫保持過程中，安裝有兩個電 流引線及其絕緣密封結構的液氮不銹鋼容器與外杜瓦之間的真空夾層保持10-3Pa的高真空。 目前己經(jīng)受了 4次從300K-4. 6K循環(huán)過程的考驗。
權利要求
1、一種工作在超低溫下的大電流引線絕緣密封結構，其特征在于該絕緣密封結構由陶瓷管，電流引線本體和過渡連接件組成，所述過渡連接件由上、下兩段構成，上段下端與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鎳層焊接，下段下端與液氮容器上端板焊接。
2、 根據(jù)權利要求l所述的絕緣密封結構，其特征在于所述過渡連接件采用KOVAR合金制成。
3、 一種權利要求1所述的密封結構的制造方法，其特征在于該方法包括如下步驟 第一步根據(jù)電流引線本體直徑確定所選用的陶瓷管的直徑和長度；第二步根據(jù)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'C下，采用真空離子注入機在陶瓷管上下兩端的外表面噴涂金屬鎳，使形成規(guī)定厚度的金屬鎳層，并保溫4小時；第四步釆用銀銅焊將陶瓷管上端鎳層與過渡連接件上段的下端焊接，電流引線本體與過渡連接件上段的上端焊接，陶瓷管下端的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(nèi)的液氮容器抽真空檢漏。
全文摘要
本發(fā)明公開了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、過渡連接件和液氮容器上蓋組成，其中，過渡連接件由上下兩段構成，上段分別與陶瓷管上端的鎳層及電流引線本體焊接，下段分別與陶瓷管下端的鎳層及液氮容器上端板焊接。本發(fā)明通過金屬間的焊接將電流引線，陶瓷管，過渡連接件及液氮容器上端板連成一體。本發(fā)明無活動密封界面，可與所配套的液氮不銹鋼容器形成一體結構，從300K-4.6K降溫和低溫保持過程中能夠保持良好的絕緣和密封性能。
文檔編號H01F6/06GK101174500SQ20061013783
公開日2008年5月7日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權日2006年11月3日
發(fā)明者宋守森, 戴銀明, 王秋良, 趙保志 申請人:中國科學院電工研究所