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耐低温绝缘材料,在深冷直到接近0K的环境中工作的电工设备或电工器材所采用的绝缘材料。低温绝缘材料的发展和超导体、航天飞行器及导弹的发展有密切联系。1911年开始发展的金属或合金类型的超导体,要在液氦的温度下才有超导性。1986年开始发展的陶瓷型超导体也需要液氮的温度下才出现超导性。超导体对电工技术发展具有特殊重要意义,可是它要求深冷条件,因此低温绝缘材料的研究也就随之兴起。航天飞行器的发展要求某些电工装置在深冷(飞行器的某些部位或飞行器的背光黑暗面)环境中工作,导弹要求某些电工装置在液氧或液氢推进剂中工作,这些同样促进了低温绝缘材料的发展。
从二十世纪初发现低温超导现象开始,人们就试图将其应用于工程领域。为了发展超导设 备,如超导发电机、超导变压器、超导故障限流器、 超导储能设备、超导电缆等,必须同时研究低温环 境下的电气绝缘性能。低温电介质的绝缘特性已 经成为影响超导设备性能和可靠性的一个重要因 素,它是低温电工设备实用化进程中的关键技术 之一。
由于超导设备工作在液氮或者液氦的低温环 境中,因此不光要考虑传统电力设备的绝缘问题, 更要考虑低温环境中更具复杂多样性的绝缘问题,包括低温环境、介质的影响等,研究更有难度和挑战性。复杂的液氮或液氦环境与常温环境不 同,包含气泡、杂质、低温环境和冷热冲击等影响,因此展开低温绝缘材料的研究十分必要。 绝缘材料应具有一定的耐压强度和抗沿面放电能 力;具有足够的机械强度和韧性,以承受超导磁体 的极大的电磁力,并经多次冷热循环后,仍具有所需的介电性能和力学性能; 热性能应具有良好的 导热性能,绝缘材料与超导材料的热特性应尽量 接近;工艺性应易于加工成型和装配;抗辐射能力 核装置中的超导磁体,其绝缘材料还需能耐受核辐射。
材料特点:
低温下使用的绝缘材料应具有低温韧性,以保证在低温时具有足够高的机械强度和加工工艺性能;在电绝缘性能方面,介质损耗角正切应尽可能低(tgδ<10-5),以减少介质损耗发热,节省致冷费用。用于超导和低温绕组线的绝缘,还应保证从室温到运行温度的过程中,不发生热应力引起的开裂;应能耐受从室温到运行温度的冷热循环;在涂敷绝缘漆时不会使超导线退火。
材料类型:
低温绝缘材料主要可划分为两类: 低温液体 绝缘材料和低温固体绝缘材料。目前常用的低温 液体绝缘材料主要有液氮和液氦两种。液氮可作 为高温超导的绝缘和冷却介质,液氦适用于低温 超导。另外液氦还有一个特殊性质,当温度降低 到2.2K 左右时,比热容发生突变,液氦由常态变 为超流态。
常用的低温绝缘材料中,固体材料有聚乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚对二甲苯和以环氧粘合的玻璃纤维带(用于固定绕组);液体材料可以直接采用低温不导电液体。
玻璃纤维提供绝缘层的刚度和强度,基本控制着绝缘层的力学性能。玻璃纤维在复合材料绝 缘层中起到增强作用,是主要承力组分。它不仅能使绝缘层显示出较高的抗张强度和刚度,而且能减少收缩,提高热变形温度和低温冲击强度等。 绝缘层的性能在很大程度上取决于纤维的性能、 含量及使用状态。