一种自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆及其制作方法

技术领域

本发明涉及高能物理超导磁体线圈绕组线技术领域，尤其涉及一种自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆及其制作方法。

背景技术

随着物理学的发展，人类向物质结构进行了更深层次的探索，需要使用更高精度和更高能量的新一代粒子加速器；科学家利用粒子加速器可以在粒子物理、基础物理、天体物理、材料科学、医学等领域进行研究；对于人类的科学研究和技术发展具有重要意义；而新一代粒子加速器的研发，需要在保证其高性能的同时，又要保证其使用寿命和运行的稳定性；目前，粒子加速器对撞区域通常使用单根缆绕制超导四极磁体，而常规的单根超导缆载流能力低，绝缘性能差和击穿电压小，使用其绕制的超导四极磁铁已经远远满足不了新一代加速器超导磁体的高磁体强度、使用寿命长等设计要求。

发明内容

本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆及其制作方法，该绞缆具有载流能力高，在低温环境下运行时载流能力为单根缆的5-7倍；使用其绕制的超导磁体，能提高磁体磁场强度，防护绝缘性能好，击穿电压提高30-50%，能够提高使用寿命等优点，该绞缆经多种绕制方式，可以得到多功能磁体，适用于加速器内部空间要求严格区域，如对撞区域等。

本发明采用的技术方案是：

一种自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，其中：包括六绕一漆包超导同心绞缆，所述六绕一漆包超导同心绞缆外绕包绝缘薄膜层，所述绝缘薄膜层外设置自粘胶层；所述六绕一漆包超导同心绞缆包括6根漆包超导圆线和一根中心圆线，所述6根漆包超导圆线之间空隙处设置中心圆线，每根所述漆包超导圆线均包括超导圆线和绝缘漆层，所述超导圆线外设置绝缘漆层。

优选的是，所述的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，其中：六根漆包超导圆线按同方向绞合。

优选的是，所述的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，其中：绝缘薄膜层的材质为聚酰亚胺薄膜，绝缘薄膜层包括1-3层聚酰亚胺薄膜。

优选的是，所述的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，其中：中心圆线的材质为漆包NbTi超导圆线或漆包铜圆线。

优选的是，所述的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，其中：所述自粘胶层厚度为0.05-0.15mm。

优选的是，所述的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，其中：单根超导圆线的直径为0.20-5mm。

优选的是，所述的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，其中：绝缘漆层的偏心度≤1.2，绝缘漆层的材料为缩醛漆。

一种自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆的制作方法，其中：包括以下步骤：

S1、将超导圆线坯通过拉拔设备进行多道次拉拔至直径为0.02-5.00mm的单根超导圆线；

S2、将超导圆线以10-20米/分钟的走线速度进入退火管退火，控制退火管上层的温度为250-300℃，控制退火管下层的温度为200-250℃；

S3、将步骤S2经过退火后的超导圆线通过涂漆装置涂漆，控制每道次的涂漆量为0.01-0.02mm，表面涂覆有漆液的超导圆线以10-20米/分钟的速度依次进入烘炉烘干，使得漆液形成绝缘漆层，得到漆包超导圆线，随后通过收线机收卷，得到若干装有漆包超导圆线的线盘；

S4、将6盘漆包超导圆线放置在绞线机上，并将中心圆线从绞缆装置中心穿出，与其余6根漆包超导圆线一起进入绞缆模具，有序排列绞合成六绕一漆包超导同心绞缆；

S5、将1-3层聚酰亚胺薄膜连续绕包在六绕一漆包超导同心绞缆表面，形成绝缘薄膜层，随后进入烘箱加热烧结，烘箱采用分段式温度控制，入口段230-260℃，加热段260-290℃，保温段290-310℃；

S6、将自粘胶通过涂漆设备均匀涂覆在绝缘薄膜层表面，形成自粘胶层，每次涂胶厚度为0.01-0.015mm，涂8-10次，经烘炉固化、干燥后形成自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆。

优选的是，所述的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆的制作方法，其中：步骤S4的绞缆模具的直径为单根漆包超导圆线直径的3-3.2倍，节距为单根漆包超导圆线直径的50-80倍；步骤S5的绝缘薄膜层薄膜宽度为3-10mm，绕包重叠率为45-65%，绕包速度为1-3米/分。

优选的是，所述的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆的制作方法，其中：步骤S6的涂胶速度为10-15米/分。

本发明的优点：

（1）本发明自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，相比于同规格单根超导缆，在低温环境下运行时临界电流为单根缆的5-7倍，用其绕制的超导磁体线圈，能够提高磁体的整体磁场强度。

（2）本发明自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，相比于同规格单根超导缆，绞缆采用绝缘漆膜加绝缘薄膜双重绝缘结构，击穿电压提高30-50%，同时提高绝缘效果，延长绞缆的使用寿命，保证运行的可靠性。

附图说明

图1是本发明的超导圆线横截面示意图。

图2是本发明的漆包超导圆线横截面示意图。

图3是本发明的中心圆线横截面示意图。

图4是本发明的六绕一漆包超导同心绞缆横截面示意图。

图5是本发明的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆示意图。

图中所示：1-超导圆线、2-绝缘漆层、3-漆包超导圆线、4-绝缘薄膜层、5-自粘胶层、6-中心圆线、7-六绕一漆包超导同心绞缆。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-5，一种自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，其中：包括六绕一漆包超导同心绞缆7，所述六绕一漆包超导同心绞缆7外绕包绝缘薄膜层4，所述绝缘薄膜层4外设置自粘胶层5；所述六绕一漆包超导同心绞缆7包括6根漆包超导圆线3和一根中心圆线6，所述6根漆包超导圆线3之间空隙处设置中心圆线6，6根漆包超导圆线3围绕中心圆线6做周期性旋转，并沿绞缆长度方向有序排布，每根所述漆包超导圆线3均包括超导圆线1和绝缘漆层2，所述超导圆线1外设置绝缘漆层2；六根漆包超导圆线3按同方向绞合，有序排列，无错位、凸起等现象，节距为单根线直径的60倍；绝缘薄膜层4的材质为聚酰亚胺薄膜，绝缘薄膜层4包括1层聚酰亚胺薄膜；中心圆线6的材质为漆包NbTi超导圆线；自粘胶层5厚度为0.08mm；单根超导圆线1的直径为0.33mm；绝缘漆层2的偏心度≤1.2，绝缘漆层2的材料为缩醛漆。

本实施例的制作方法，其中：包括以下步骤：

S1、将超导圆线坯通过拉拔设备进行多道次拉拔至直径为0.33mm的单根超导圆线1；

S2、将超导圆线1以18米/分钟的走线速度进入退火管退火，控制退火管上层的温度为250℃，控制退火管下层的温度为200℃；

S3、将步骤S2经过退火后的超导圆线1通过涂漆装置涂漆，控制每道次的缩醛漆液涂漆量为0.01mm，表面涂覆有漆液的超导圆线1以18米/分钟的速度依次进入烘炉，将漆液形成绝缘漆层2，得到漆包超导圆线3，随后通过收线机收卷，得到若干装有漆包超导圆线3的线盘；

S4、将6盘漆包超导圆线3放置在绞线机上，并将中心圆线6从绞缆装置中心穿出，与其余6根漆包超导圆线3一起进入绞缆模具，有序排列绞合成六绕一漆包超导同心绞缆7，绞缆模具的直径为单根漆包超导圆线3直径的3.2倍，节距为单根漆包超导圆线3直径的60倍；

S5、将1层聚酰亚胺薄膜连续绕包在六绕一漆包超导同心绞缆7表面，形成绝缘薄膜层4，绝缘薄膜层4薄膜宽度为6mm，绕包重叠率为50-55%，绕包速度为1.5米/分，随后进入烘箱加热烧结，烘箱采用分段式温度控制，入口段230℃，加热段260℃，保温段290℃；

S6、将自粘胶通过涂漆设备均匀涂覆在绝缘薄膜层4表面，形成自粘胶层5，每次涂胶厚度为0.01mm，涂8次，经烘炉固化、干燥后形成自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，涂胶速度为10米/分。

实施例1得到的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，经过检测，电缆临界电流为789A，击穿电压6400V，而同规格单根超导缆，电缆临界电流为114A，击穿电压4500V，实施例1得到的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆的临界电流为同规格单根超导缆的6.92倍；击穿电压提高了42.2%。

实施例2

如图1-5，一种自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，其中：包括六绕一漆包超导同心绞缆7，所述六绕一漆包超导同心绞缆7外绕包绝缘薄膜层4，所述绝缘薄膜层4外设置自粘胶层5；所述六绕一漆包超导同心绞缆7包括6根漆包超导圆线3和一根中心圆线6，所述6根漆包超导圆线3之间空隙处设置中心圆线6，6根漆包超导圆线3围绕中心圆线6做周期性旋转，并沿绞缆长度方向有序排布，每根所述漆包超导圆线3均包括超导圆线1和绝缘漆层2，所述超导圆线1外设置绝缘漆层2；六根漆包超导圆线3按同方向绞合，有序排列，无错位、凸起等现象，节距为单根线直径的60倍；绝缘薄膜层4的材质为聚酰亚胺薄膜，绝缘薄膜层4包括2层聚酰亚胺薄膜；中心圆线6的材质为漆包铜圆线；自粘胶层5厚度为0.09，单根超导圆线1的直径为0.90mm；绝缘漆层2的偏心度≤1.2，绝缘漆层2的材料为缩醛漆。

本实施例的制作方法，其中：包括以下步骤：

S1、将超导圆线坯通过拉拔设备进行多道次拉拔至直径为0.90mm的单根超导圆线1；

S2、将超导圆线1以12米/分钟的走线速度进入退火管退火，控制退火管上层的温度为260℃，控制退火管下层的温度为220℃；

S3、将步骤S2经过退火后的超导圆线1通过涂漆装置涂漆，控制每道次的缩醛漆液涂漆量为0.01mm，表面涂覆有漆液的超导圆线1以12米/分钟的速度依次进入烘炉，将漆液形成绝缘漆层2，得到漆包超导圆线3，随后通过收线机收卷，得到若干装有漆包超导圆线3的线盘；

S4、将6盘漆包超导圆线3放置在绞线机上，并将中心圆线6从绞缆装置中心穿出，与其余6根漆包超导圆线3一起进入绞缆模具，有序排列绞合成六绕一漆包超导同心绞缆7，绞缆模具的直径为单根漆包超导圆线3直径的3.1倍，节距为单根漆包超导圆线3直径的35倍；

S5、将2层聚酰亚胺薄膜连续绕包在六绕一漆包超导同心绞缆7表面，形成绝缘薄膜层4，绝缘薄膜层4薄膜宽度为8mm，绕包重叠率为45%，绕包速度为2.5米/分，随后进入烘箱加热烧结，烘箱采用分段式温度控制，入口段260℃，加热段290℃，保温段310℃；

S6、将自粘胶通过涂漆设备均匀涂覆在绝缘薄膜层4表面，形成自粘胶层5，每次涂胶厚度为0.01mm，涂9次，经烘炉固化、干燥后形成自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，涂胶速度为7米/分。

实施例2得到的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆，经过检测，电缆临界电流为845A，击穿电压7000V，而同规格单根超导缆，电缆临界电流为142A，击穿电压5200V，实施例2得到的自粘膜包六绕一漆包超导同心绞缆的临界电流为同规格单根超导缆的5.95倍；击穿电压提高了34.6%。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。