一种氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备方法
【专利摘要】本发明属于一种电缆制备方法，具体涉及一种应用于托卡马克聚变实验装置的氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备方法。它通过设计其包套尺寸规格，采用真空组装、等静压技术、电子束焊接、挤压、拉拔等变形技术，控制其各层之间的相对变化率，获得不同尺寸规格的高性能电缆。本发明的优点是，经过本发明制备的由不锈钢-氧化镁-空芯铜构成的氧化镁绝缘空芯复合电缆，由于提高了氧化镁层的密度并解决了制备工艺中氧化镁的吸湿问题，因此复合电缆的绝缘性能得到了提升。
【专利说明】一种氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种电缆制备方法，具体涉及一种应用于托卡马克聚变实验装置的氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备方法。
【背景技术】
[0002]为了抑制等离子体的不稳定性、实现各种托卡马克聚变实验功能，作为托卡马克聚变实验装置的核心部件的真空室内需要设置多种内部线圈，包括面向等离子体的各种诊断线圈、强磁场中的屏蔽线圈、边缘局域模和垂直不稳定性线圈、偏滤器微调线圈、TBM主动补偿线圈等等。由于这些内部线圈都将面临聚变反应的强辐照环境(中子辐照和伽马射线辐照)，工作温度偏高(300度以上)，因此不能采用环氧树脂和玻璃纤维等普通绝缘材料来实现线圈内部的电绝缘。
[0003]目前国际热核聚变实验堆(ITER)主要采用一种矿物绝缘空芯电缆(MIC)作为真空室内部线圈件，这种矿物绝缘空芯电缆为三层结构:无氧铜或锆铬铜的空芯铜管、氧化镁绝缘层和不锈钢或镍合金的铠甲。国际上关于这种由不锈钢-氧化镁-空芯铜管构成的复合电缆的制备通常采用添加粘结剂法模压制作绝缘氧化镁胚体技术以及辊模、拉拔变形技术。添加粘结剂不能有效提高其氧化镁层的纯度，并强化了氧化镁的吸湿特性，从而降低了氧化镁层的绝缘性能；辊模挤压和拉拔过程中，变形量极少，道次多，耗能大，同时不能有效提高氧化镁层的致密度，降低其绝缘性能。
[0004]因此，我们提出了一种新的氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备工艺，主要是为了解决现有制备工艺中氧化镁容易吸湿以及氧化镁密度偏低的问题。该具有外部三层复合、内部空芯的复合电缆加工制备技术的实现，对此种绝缘电缆的特殊应用和推广将具有重大的意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备方法，它通过等静压技术和真空组装，将不锈钢层、氧化镁层和空心铜复合成为三层结构相对稳定、尺寸均匀的复合胚体；通过采用挤压、拉拔工艺实现复合胚体中的绝缘层致密化。
[0006]本发明是这样实现的，一种氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备方法，它包括如下步骤，
[0007](I)根据三层复合胚体厚度和变形加工率得到三层空心复合胚体尺寸；
[0008](2)将不锈钢包套包括不锈钢外套、不锈钢上下端盖和空芯铜管通过酸洗、水洗烘干;
[0009](3)采用等静压工艺，将高纯氧化镁粉直接复合至不锈钢外套和空心铜内套上，形成空芯复合电缆的初胚体；
[0010](4)采用真空组装工艺，抽真空组装，并采用电子束焊接，将其密封焊接，制作成为空芯复合电缆的胚体；
[0011](5)将复合胚体在800?1000°C经挤压比2?12行大尺寸变形，提高内部氧化镁层密度，实现中、内、外层均匀变形，获得空芯复合电缆的挤压二次胚体；
[0012](6)挤压二次胚体经过数次拉拔伸长、整形后获得需求尺寸的空芯复合电缆产品。
[0013]本发明的优点是，经过本发明制备的由不锈钢-氧化镁-空芯铜构成的氧化镁绝缘空芯复合电缆，由于提高了氧化镁层的密度并解决了制备工艺中氧化镁的吸湿问题，因此复合电缆的绝缘性能得到了提升，能够实现以下目标参数:空芯复合电缆的可实现尺寸参数如下:中心孔径> 1mm ;中心铜厚度> 5mm ;高纯氧化镁绝缘层厚度> 1.5mm ;不锈钢层厚度> 3mm ;空芯复合电缆的氧化镁层绝缘性能如下:直流2500V DC时，2.5mm厚的氧化镁层电阻>100GQ ;在3000￥ AC交流试验中，可保证Imin内不被击穿；空芯复合电缆的氧化镁层纯度99%以上，密度在2.7g/cm3以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为一种氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备方法流程图；
[0015]图2为复合电缆包套示意图。
[0016]图中，I包套钢挤压垫，2端板底盖，3不锈钢包套，4端板顶盖，5铜管，6矿物绝缘层，7包套与端板底盖的电子束焊接封接处，8端板底盖与钢挤压垫的电子束焊接封接处。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍:
[0018]如图1所示，一种氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备方法，包括如下步骤:
[0019](I)首先根据三层复合胚体厚度和变形加工率得到三层空心复合胚体尺寸；
[0020](2)将不锈钢包套包括不锈钢外套、不锈钢上下端盖和空芯铜管通过酸洗、水洗烘干;
[0021](3)采用等静压工艺，将高纯氧化镁粉直接复合至不锈钢外套和空心铜内套上(120?300MPa)，形成空芯复合电缆的初胚体；
[0022](4)采用真空组装工艺，抽真空组装，并采用电子束焊接(10?200mA焊接电流)将其密封焊接，制作成为空芯复合电缆的胚体；
[0023](5)将复合胚体在800?1000°C经挤压比2?12 (挤压前后的胚体面积比)进行大尺寸变形，提高内部氧化镁层密度，实现中、内、外层均匀变形，获得空芯复合电缆的挤压二次胚体；
[0024](6)挤压二次胚体经过数次拉拔伸长、整形后获得需求尺寸的空芯复合电缆产品。
[0025]实施例:
[0026]一种外尺寸45_的氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备工艺过程:
[0027]1、选择材料:本制备技术采用的为316L不锈钢，高纯氧化镁粉(>99% )、OFHC高纯无氧铜材作为原材料；
[0028]2、根据设计加工比例挤压比8(挤压前后样品截面面积之比)和各部分加工图纸，加工各部分部件，制作不锈钢外套、空心铜套、两端端盖，如说明书附图2所示；
[0029]3、采用等静压170MPa将氧化镁粉复合至不锈钢外套、空心铜套内，确保三层相对稳定，获得复合胚体；
[0030]4、将3获得复合胚体经真空电子束焊接10mA焊接电流封焊，获得结构稳定的三层复合胚体(外径为120_的空心复合胚体)；
[0031]5、在950°C，挤压速度150mm/s时，挤压比为8时，获得挤压后胚体(外径为46mm的空心复合体)
[0032]6、经过拉拔、矫直和表面处理，获得复合电缆直径为(外径45mm，内径为1mm的空心复合电缆)
[0033]7、经过测量:不锈钢外径45mm，厚度为3.5mm ;氧化镁层外径为38mm，厚度为
2.5mm ;铜层直径33mm,厚度为11.5mm,中心孔径为1mm ;氧化镁层密度为2.75g/cm3 ;经过测试:其能够在2500VDC时，高达1056Ω电阻；在交流耐压测试中，能够在3000VAC连续工作Imin不被击穿。
【权利要求】
1.一种氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备方法，其特征在于:它包括如下步骤， (1)根据三层复合胚体厚度和变形加工率得到三层空心复合胚体尺寸； (2)将不锈钢包套包括不锈钢外套、不锈钢上下端盖和空芯铜管通过酸洗、水洗烘干； (3)采用等静压工艺，将高纯氧化镁粉直接复合至不锈钢外套和空心铜内套上，形成空芯复合电缆的初胚体； (4)采用真空组装工艺，抽真空组装，并采用电子束焊接，将其密封焊接，制作成为空芯复合电缆的胚体； (5)将复合胚体在800?1000°C经挤压比2?12行大尺寸变形，提高内部氧化镁层密度，实现中、内、外层均匀变形，获得空芯复合电缆的挤压二次胚体； (6)挤压二次胚体经过多次拉拔伸长、整形后获得需求尺寸的空芯复合电缆产品。
2.如权利要求1所述的一种氧化镁绝缘空芯复合电缆的制备方法，其特征在于:所述的步骤(3)中的压力值为120?300MPa。
【文档编号】H01B13/14GK104376919SQ201410582553
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】罗天勇, 朱思华, 杨凯, 杜社军, 江嘉铭 申请人:核工业西南物理研究院, 西安聚能超导磁体科技有限公司