Page 96 - 机械工程材料2025年第三期

2025 年 3 月 第 49 卷 第 3 期 Vol. 49 No. 3 Mar. 2025

DOI：10. 11973/jxgccl240232

陶瓷封装浇注料在高温电磁线圈上的应用

谢 历
（上海电缆研究所有限公司，特种电缆技术国家重点实验室，上海 200093）

摘 要： 以纳米氧化铝和少量纳米二氧化硅为主要原料，通过纳米颗粒表面改性工艺制备陶瓷封
装浇注料，研究了陶瓷封装浇注料的结构、热稳定性能和封装性能；采用该陶瓷封装浇注料对电磁
线与陶瓷骨架进行封装，并在550 ℃下进行煅烧，研究了封装电磁线圈的绝缘性能和耐电压性能。
结果表明：800 ℃高温煅烧后陶瓷封装浇注料的溶剂挥发，有机分散剂和黏结剂分解，而主体成分纳
米氧化铝和二氧化硅无机材料结构基本未发生变化，陶瓷封装浇注料具有较高的耐温等级；550 ℃
煅烧后陶瓷封装浇注料与电磁线石英纤维和陶瓷骨架紧密结合，从而形成完整的封装结构；陶瓷
封装浇注料封装的电磁线圈的常温耐电压超过2 000 V，在550 ℃下老化100 h后的绝缘电阻率为
8
8.5×10 Ω ·m，封装电磁线圈表现出良好的耐电压性能和绝缘性能。
关键词： 陶瓷封装浇注料；电磁线圈；陶瓷骨架；热稳定性；绝缘性能
中图分类号：TM212 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2025）03-0088-06

0 引 言 线圈间结合形成整体结构，从而在一定程度上提升
电磁线圈的耐温等级与使用寿命。美国航空宇航局
控制棒驱动机构是核反应堆的动力控制系统，
采用某种无机材料对高温磁悬浮轴承定子线圈进行
其通过按照一定的次序为若干个电磁线圈通电，实
封装，使得高温线圈的工作寿命大大提高，同时也
现控制棒组件的插入和提拉操作，进而达到调节反
避免了线圈的高温氧化腐蚀 ［16］ 。纳米粒子具有表面
应堆功率以及停止反应堆运行的目的。控制棒驱
效应和小尺寸效应，可显著改善浇注料的封装性能。
动机构的正常运作对于反应堆的安全至关重要 ［1-4］ 。
然而目前，国内有关纳米无机陶瓷封装浇注料的应
耐高温控制棒驱动机构线圈组件（包括线圈骨架、绕
用鲜有研究。顾建国等 ［17］ 发明了一种核电站控制棒
组线、引接线和浸渍树脂等）的开发是目前面临的困
［5］
难之一 。国外典型的控制棒驱动机构电磁线圈主 驱动机构用电磁线圈陶瓷骨架，并采用了陶瓷骨架
线轴、陶瓷轴筒构成的整体陶瓷结构，此时陶瓷骨架
要有美国AP1000堆型220 ℃控制棒驱动机构电磁
能达到500 ℃以上耐温等级以及60 a以上的使用寿
线圈、法国第三代原子能反应堆（EPR）堆型350 ℃
［6］
控制棒驱动机构电磁线圈 。为了确保线圈的稳定 命。作者以纳米氧化铝和纳米二氧化硅为主要原料，
通过纳米颗粒表面改性工艺制备陶瓷封装浇注料，
［7］
工作，通常在反应堆顶布置庞大的风机冷却系统 。
研究了陶瓷封装浇注料的结构、热稳定性及封装性
然而即便配备了风机冷却系统，堆顶温度仍在150 ℃
能；采用陶瓷封装浇注料对电磁线与陶瓷骨架进行
左右，长期在较高温度下工作，控制棒驱动机构电磁
封装并进行550 ℃高温煅烧， 研究了封装电磁线圈的
线圈中的有机材料会以较快速率分解。
绝缘性能和耐电压性能，以期为高温线圈封装技术
为了提高电磁线圈的高温绝缘性和稳定性，可
以从提升线圈封装（浇注料）的耐温等级入手 ［8-10］ 。 研究提供一定的理论和试验基础。
目前，国内外常采用热固性塑料对300 ℃以下低温环 1 试样制备与试验方法
境使用的电磁线和骨架进行封装 ［11-15］ 。对于300 ℃
试验材料：纳米氧化铝，平均粒径30 nm，纯度
以上的高温环境，普通的有机材料已不适用，而需
99.9%，浙江曼粒纳米科技有限公司提供；纳米二氧
要采用高温绝缘性和热稳定性能更好的高温无机材
化硅，平均粒径50 nm，纯度99.5%，国药集团提供；
料。无机浇注料用作电磁线圈封装填充材料，可与
聚乙烯吡咯烷酮，GR级，国药集团提供；异丙醇，
AR级，纯度不低于99.7%，国药集团提供；丙烯酸，
收稿日期：2024-05-05；修订日期：2025-01-16
作者简介： 谢历（1994-） ，男，湖北孝感人，工程师，硕士 AR级，纯度不低于99.0%，国药集团提供；硅酸钾，
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