一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层及其制备方法与流程

本发明涉及一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层，属于传感器制备。

背景技术：

1、钠冷快堆是第四代核能系统国际论坛(gif)公布的六种第四代先进核反应堆中研发进展最快、技术最成熟的堆型。钠冷快堆因其固有安全性以及可增殖核燃料、嬗变长寿命放射性废物等方面的优势，获得了越来越多的重视。由于空间系统对功率水平体积、质量和安全等因素的严格要求，使得金属钠冷快中子反应堆成为50-400kw空间电源的唯一动力源，各航天强国均积极开展了空间小型核反应堆动力系统的应用研究。钠冷快堆在海水淡化、区域供热、舰船动力和太空动力等众多领域的特殊用途，使其成为研究热点，将被用来装备深空探测、常规核潜艇、其它核动力装置和商用核电站等。

2、在液态金属反应堆及实验装置中是以钠为载热剂的，其中存在大量的液态钠表面，其液位是需要监测的。反应堆中一、二回路及其辅助系统中的每一个气/液交界面都需要准确可靠的液位测量，以便确保反应堆及传热系统正常工作，测定容器有无溢流，判断是否存在钠泄漏。因为钠和许多物质都会发生反应，所以通常被完全密封在不锈钢容器中，因此其液位测量方法必须使用密封在不锈钢套管内的传感器远程给出读数。由于金属冷却剂处于液态时温度通常控制为500℃，因此要求液位传感器工作温度必须能够承受高达500℃的温度，而测量的范围可从几十毫米到几米以上，变化很大。

3、高温液态金属液位传感器采用由不锈钢为包壳、氧化镁为绝缘层的双芯铠装电缆中的两根芯线分别作为激励绕组和输出绕组沿周向盘绕在铁芯上，传感器工作温度500℃，长期的高温环境直接导致缠绕线圈匝间绝缘电阻、线圈与铁芯间绝缘电阻急剧下降，影响传感器的分辨率甚至测量失效。

技术实现思路

1、本发明目的是为了解决现有高温液态金属液位传感器无法适应高温环境的问题，提供了一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层及其制备方法。

2、本发明所述一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层，它包括：低熔点玻璃粉、粘结剂、分散剂、成膜助剂和去离子水；

3、所述低熔点玻璃粉比例为50～85份，所述粘结剂比例为0.1份～3.0份，所述分散剂比例为0.1～2.0份，所述成膜助剂的比例为0～5份，所述去离子水的比例为15～50份；

4、所述低熔点玻璃粉熔融后在电磁纯铁基体表面形成压应力，获得高结合强度涂覆层；

5、所述电绝缘涂层高温烧结于铁芯外表面，使铁芯在高温条件下处于绝缘状态。

6、优选的，所述高温条件为500℃；长期耐温大于550℃；

7、常温时，介质耐高压500v@50hz，绝缘电阻＞500mω@500v，最高为1000mω@500v；

8、高温500℃连续1000h，绝缘电阻＞100mω@50v，最高为500mω@50v。

9、优选的，所述低熔点玻璃粉为：sio2-b2o3-al2o3系玻璃，添加r2o、ro和氟化物；

10、具体为：sio2的比例为30～70份，b2o3的比例为5～20份，al2o3的比例为5～15份，r2o的比例为0～10份，ro的比例为0～20份，氟化物的比例为0～10份；

11、所述电磁纯铁材料为dt4，膨胀系数为11.8×10-6/k，

12、低熔点玻璃粉构成的低熔点玻璃在600℃以内的膨胀系数为8.0×10-6～11.0×10-6/k；

13、所述低熔点玻璃粉体粒径d50为0.1～15μm；玻璃化温度tg高于550℃，始熔温度为620～720℃。

14、优选的，所述粘结剂采用有机粘结剂，具体为：聚乙烯醇、羧甲基纤维素、糊精以及氰基丙烯酸酯其中的一种或多种。

15、优选的，所述分散剂具体为：聚丙烯酸铵、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮以及十二烷基苯磺酸钠其中的一种或多种。

16、优选的，所述成膜助剂具体为：水玻璃或硅溶胶，或二者混合物。

17、本发明所述一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层的制备方法，该制备方法具体包括：

18、s1、将sio2、b2o3、al2o3、r2o、ro和氟化物，按照比例配方称重，并置入陶瓷球磨罐内，经行星球磨处理，获得低熔点玻璃原料粉；

19、s2、将s1获取的低熔点玻璃原料粉，与粘结剂、分散剂、成膜助剂和去离子水分别按照比例配方称重，并置入球磨罐内，经卧式球磨处理，获得涂层浆料；

20、s3、采用手工涂覆、喷涂或印刷工艺，将涂层浆料涂覆在铁芯外表面；

21、s4、s3获得的铁芯放入烧结炉内，经排水、排胶和熔覆三段烧结，在铁芯表面形成耐高温的绝缘层。

22、优选的，s1所述行星球磨的转速为200～500rpm，优选为300rpm；

23、行星球磨的工作时长为0.5～4h，优选为2h；

24、获得的低熔点玻璃原料粉料粒径d50为0.1～15μm，优选5μm；

25、s2所述卧式球磨的转速为100～200rpm，优选为175rpm；

26、卧式球磨的工作时长为8～40h，优选为16h；

27、获得的涂层浆料粘度为0.3～15pa·s，优选1pa·s。

28、优选的，s3所述的手工涂覆采用毛笔或毛刷；

29、所述喷涂采用口径为0.8～1.5mm的喷枪，优选1.0mm的喷枪，喷枪的压力为0.1～4.0mpa，优选0.2mpa；

30、喷涂距离为1～25cm，优选20cm。

31、优选的，s4所述排水段的温度为100～200℃，优选150℃；保温时长为10～30分钟，优选20分钟；

32、所述排胶段的温度为300～450℃，优选400℃；保温时长为10～60分钟，优选30分钟；

33、所述熔覆段的温度为650～850℃，优选750℃；

34、保温时长为5～30分钟，优选15分钟。

35、本发明的优点：本发明提出的一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层其长期耐温可达550℃以上；常温，涂层绝缘电阻＞500mω@500v，最高可到1000mω@500v；高温500℃连续作用1000h之后，绝缘电阻＞100mω@50v，最高可到500mω@50v，表现出极佳的高温绝缘性能。

36、传感器的使用寿命由涂覆前的4h时，提升到1000h以上，从而有效保障了传感器的高分辨率、长寿命测量。

技术特征：

1.一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层，其特征在于，它包括：低熔点玻璃粉、粘结剂、分散剂、成膜助剂和去离子水；

2.根据权利要求1所述的一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层，其特征在于，所述高温条件为500℃；长期耐温大于550℃；

3.根据权利要求1所述的一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层，其特征在于，所述低熔点玻璃粉为：sio2-b2o3-al2o3系玻璃，添加r2o、ro和氟化物；

4.根据权利要求1所述的一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层，其特征在于，所述粘结剂采用有机粘结剂，具体为：聚乙烯醇、羧甲基纤维素、糊精以及氰基丙烯酸酯其中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层，其特征在于，所述分散剂具体为：聚丙烯酸铵、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮以及十二烷基苯磺酸钠其中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层，其特征在于，所述成膜助剂具体为：水玻璃或硅溶胶，或二者混合物。

7.一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层的制备方法，其特征在于，该制备方法具体包括：

8.根据权利要求7所述的一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层的制备方法，其特征在于，s1所述行星球磨的转速为200～500rpm，优选为300rpm；行星球磨的工作时长为0.5～4h，优选为2h；获得的低熔点玻璃原料粉料粒径d50为0.1～15μm，优选5μm；

9.根据权利要求7所述的一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层的制备方法，其特征在于，s3所述的手工涂覆采用毛笔或毛刷；

10.根据权利要求7所述的一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层的制备方法，其特征在于，s4所述排水段的温度为100～200℃，优选150℃；保温时长为10～30分钟，优选20分钟；

技术总结一种耐高温的电磁纯铁表面电绝缘涂层及其制备方法，属于传感器制备技术领域，为了解决现有高温液态金属液位传感器无法适应高温环境的问题。它包括：低熔点玻璃粉、粘结剂、分散剂、成膜助剂和去离子水；所述低熔点玻璃粉比例为50～85份，所述粘结剂比例为0.1份～3.0份，所述分散剂比例为0.1～2.0份，所述成膜助剂的比例为0～5份，所述去离子水的比例为15～50份；所述低熔点玻璃粉熔融后在电磁纯铁基体表面形成压应力，获得高结合强度涂覆层；所述电绝缘涂层高温烧结于铁芯外表面，使铁芯在高温条件下处于绝缘状态。本发明用于高温液态金属液位传感器中。技术研发人员：李涛,张宁,徐冬,李程达,朱钧橪,王晓光,宋成君,王洋洋,咸婉婷,李宝生受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十九研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18