超导磁体浸渍用AlN/环氧树脂复合材料制备及低温性能研究

摘要

为了防止超导磁体中超导带因洛伦兹力震荡而偏离原始位置，环氧树脂常用来对超导磁体进行浸渍，且其性能优劣直接关系到超导磁体的运行稳定性。基于提高超导磁体浸渍用环氧树脂的性能的目的，本论文采用热导率高、绝缘性能好的氮化铝(AlN)粉体作为增强体填料，对环氧树脂进行改性研究。
　　本文利用硅烷偶联剂对AlN表面进行改性处理，将AlN亲水性表面转变为亲有机表面，避免了树脂体系中粒子的团聚及聚合物的急剧稠化，同时提高了环氧树脂对增强体填料的润湿性。
　　为了探索AlN/环氧树脂复合材料的固化工艺对超导磁体载流能力的影响，本文研究了恒温温度(℃)及恒温时间（小时）对超导带临界电流的影响。研究发现，当恒温时间为2h，恒温温度超过140℃时，超导带的临界电流开始出现明显下降，在220℃的环境温度下处理2h之后，超导带的临界电流下降了20％。同时，超导带在一定温度下的时间过长也会造成临界电流的下降，在160℃处理6小时后，其临界电流下降了7％。可见，温度过高或长时间处于一定温度均会造成超导带载流能力的退化。
　　通过稳态法对AlN/环氧树脂复合材料在低温下的导热性能进行了测试。研究发现，在低温(77K)下，环氧树脂的热导率随着AlN含量的增加而增加，当AlN含量为7wt％时，热导率增加了30％，且随着AlN含量的增加，热导率的提升速率在逐渐加快。
　　研究AlN/环氧树脂复合材料的力学拉伸性能后发现，低温环境下，复合材料在拉伸测试中均呈现出了脆断行为;且在室温下，拉伸强度随AlN含量的增加而先增加后减小，而在低温环境下，拉伸强度随AlN含量的增加而呈现出不断提高的趋势。总体而言，低温下的拉伸强度比在室温下高。
　　对AlN/环氧树脂复合材料在低温环境中的电绝缘性能研究发现，AlN含量的变化对电绝缘性能影响不大。AlN粉体的添加只会造成击穿强度的轻微下降，最为严重时下降了9.4％。并通过实验研究发现，环氧树脂及其复合材料浸渍对超导带短试样载流能力的影响可以忽略不计。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题背景与意义

1．2 环氧树脂发展历程及在低温工程领域中的应用

1．2．1 环氧树脂及其发展历程

1．2．2 环氧树脂在低温工程领域中的应用

1．2．3 环氧树脂在低温环境中的特点

1．3 环氧树脂改性研究现状

1．3．1 环氧树脂力学性能改性

1．3．2 环氧树脂导热性能改性

1．3．3 环氧树脂电学性能改性

1．4 本文主要工作

2 浸渍固化条件对超导带载流能力的影响

2．1 超导带的高温处理

2．1．1 超导带的高温处理方法

2．1．2 超导带的高温处理结果

2．2 超导带临界电流测试

2．2．1 临界电流的测试方法

2．2．2 临界电流测试平台

2．2．3 实验操作流程及注意事项

2．3 测试结果及分析

2．4 本章小结

3 AlN／环氧树脂复合材料的制备及试验方法

3．1 实验材料与设备

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验设备

3．2 基体树脂与固化剂的配比设计

3．3 AlN／环氧树脂复合材料固化工艺的确定

3．4 AlN／环氧树脂复合材料的制备

3．4．1 复合材料的制备流程

3．4．2 AlN填料的表面预处理

3．4．3 复合材料制备过程中的注意事项

3．5 试验方法

3．6 本章小结

4 AlN／环氧树脂复合材料的低温热学性能

4．1 高分子材料热学性能改性研究

4．1．1 高分子材料的导热机理

4．1．2 影响高分子材料导热性能的因素

4．1．3 高分子材料导热性能的提高途径

4．2 AlN／环氧树脂复合材料的低温导热性能研究

4．2．1 热导率测试平台介绍

4．2．2 测试结果及分析

4．3 本章小结

5 AlN／环氧树脂复合材料的低温力学和电学性能

5．1 AlN／环氧树脂复合材料的低温力学性能

5．1．1 拉伸试样的制备

5．1．2 拉伸性能的测试

5．1．3 测试结果及分析

5．2 AlN／环氧树脂复合材料的低温电学性能

5．2．1 电击穿试样的制备

5．2．2 低温击穿强度的测试

5．2．3 测试结果及分析

5．3 浸渍对超导带载流能力的影响

5．4 本章小结

6．1 研究工作总结

6．2 研究展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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