ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ускорительная техника из "Эпоксидные конструкционные материалы в машиностроении" Заслуживает внимания накопленный в СССР и за рубежом опыт применения эпоксидных смол в конструкциях ускорителей заряженных частиц, которые являются одними из наиболее мощных и эффективных инструментов исследований в современной ядерной физике. Важность получаемых с их помощью результатов является стимулом к широкому строительству ускорительных установок во многих странах. [c.150] Эпоксидные материалы обладают обширным комплексом ценнейших для ускорительной техники свойств, что служит основой для их широкого применения в конструкциях вакуумных камер, корректирующих полюсных обмоток и полюсных наконечников, приспособлений для крепления датчиков при исследованиях магнитного поля ускорителей и т. д. [c.150] Эпоксидные стеклопластики и покрытия были применены при изготовлении вакуумных камер в протонном синхротроне Нимрод , построенном в лаборатории высоких энергий Резер-фордского национального института в Харуэлле (Англия), а также электронных ускорителях в Лауренсийской радиационной лаборатории (США, штат Калифорния) и в Кембридже (Англия) ([1, 29, 32, 35, 40, 60]. [c.150] При проектировании камер были предложены различные варианты применения эпоксидных материалов. [c.150] Исследовав значительное число самых разнообразных материалов, специалисты Лауренсийской лаборатории пришли к выводу, что лучшим из них для изготовления кольцевой вакуумной камеры электронного синхротрона является материал типа сэндвич из стеклопластика на основе эпоксидной смолы и промежуточного слоя пенопласта. Это объясняется тем, что при. использовании металлов возникают значительные трудности вследствие влияния магнитного и электропроводного материала на магнитное поле конструкции синхротрона. Элементы камеры, выполненные из стекла, при создании вакуума разрушались под действием перепада давлений. Керамика также мало подходила для этих целей, поскольку она обладает значительной усадкой, создающей трудности при соблюдении требуемых допусков. Плавленый кварц, который применяли прн изготовлении ряда конструкций, как известно, обладает весьма высокой стоимостью, легко разрушается от удара, плохо поддается обработке, в связи с чем выполнение проемов и отверстий в изделиях из него является крайне сложной задачей. В связи с этим возникла необходимость выбора материала, который был бы надежен в работе, легко обрабатывался, обладал высокой прочностью, стабильностью размеров, хорошими диэлектрическими свойствами, герметичностью при высоком вакууме и минимальным газоотделением с внутренних поверхностей стенок камеры. [c.151] Первая попытка, заключавшаяся в точном воспроизведении сегмента из кварца заливкой эпоксидной литьевой смолы между двумя формами, не дала желаемых результатов. Форма для отливки сегмента получалась чрезвычайно сложной. В результате длительных поисков остановились на конструкции, в которой пространство между двумя стенками из эпоксидного стеклопластика заполняли полиуретаном, который вспенивался непосредственно в этой полости, образуя жесткий мелкоячеистый пенопласт. [c.151] Композиция для стеклопластика была приготовлена соединением эпоксидной смолы Эпон 828 (США), применяемой в качестве основы лаков, красок, клеев и слоистых пластиков, с 9% диэтилентриамина в качестве отвердителя и 4% (к массе полученной смеси) двуокиси кремния. В результате был получен состав, обладающий достаточной вязкостью, чтобы не растекаться и в то же время давать гладкую беспористую поверхность. В ряде случев этот состав применяли и для дополнительной поверхностной отделки. [c.151] Вакуумная камера этого электротюго синхротрона, также как и в протонном синхротроне Нимрод , состоит из восьми разъемных сегментов, размещается между двумя полюсами магнита и имеет диаметр 2000 мм. Длина каждого сегмента около 790 мм длина дуги около 45°. В поперечном сечении сегмент представляет собой эллипс, но несколько усложненной геометрической формы с максимальными размерами по взаимно перпендикулярным осям 152 и 89 мм. [c.152] Требования исследователей предусматривали наличие окон или проемов в одном из этих сегментов. Поскольку сведений о поведении эпоксидных смол в эксплуатационных условиях синхротрона было недостаточно, приняли решение заменить сначала только этот сложный сегмент, а остальные выполнить из кварца, чтобы в дальнейшем, по мере накопления экспериментальных данных, заменить все остальные. После более чем годовой эксплуатации этой сложной конструкции было установлено, что сегмент, выполненный с применением эпоксидных смол, более экономичен в изготовлении, его материал обладает большим сопротивлением ударному воздействию, чем плавленый кварц, стекло или керамика, а также, что он является превосходным диэлектриком, имеет прекрасные вакуумные свойства, низкое давление паров, весьма стоек к воздействию радиации. [c.152] В дальнейшем сегменты изготовляли следующИлМ образом. Из жесткого пенополистирола с помощью нагретой проволоки вырезали форму требуемых размеров. Поверхность этой формы шпаклевали обожженным гипсом и смазывали. После этого форму покрывали слоем эпоксидной смолы, а затем на нее наносили несколько слоев стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой. Для придания пропитывающему составу тиксо-тропных свойств в него вводили небольшое количество коллоидной окиси кремния. Общая толщина образующегося при горячем отверждении смолы стеклопластика составляла 12,7 мм. После завершения процесса отверждения форму из пенополистирола удаляли растворением в ацетоне. Испытания изготовленной таким образом конструкции вакуумной камеры при работе синхротрона показали, что она обладает высокой механической прочностью и хорошими вакуумными свойствами. Этот материал легко поддавался механической обработке, что позволяло вносить изменения в конструкцию при ее доводке и монтаже. [c.152] Если в вакуумных камерах двух рассмотренных ускорителей эпоксидный стеклопластик служит самостоятельным конструкционным материалом, то в конструкции кольцевой вакуумной камеры электронного ускорителя с жесткой фокусировкой магнитного поля в лаборатории Кембриджского университета он играет вспомогательную роль. [c.153] Вакуумная камера овального сечения размерами 140x38 мм была выполнена из немагнитной коррозионно-стойкой стали. Для уменьшения вихревых токов, нарушающих форму магнитного поля, на листах стали были сделаны разрезы через каждые 13 мм. Наружное покрытие камеры, состоящей из армированной стеклотканью эпоксидной смолы, уплотняет эти щели и создает вакуумную оболочку, обеспечивающую достижение необходимого разрежения в камере. Поскольку разрезы довольно узкие, то смола защищена от вредного воздействия интенсивного ионизирующего излучения. [c.153] Для протонного синхротрона Сатурн в Сакле (Франция) французские специалисты предложили иной вариант вакуумной камеры с использованием эпоксидного компаунда в качестве заливочной массы, а также применили материалы на основе эпоксидных смол в конструкциях ряда других элементов [29]. [c.153] Вакуумная камера этого ускорителя собрана из трапецеидальных секторов, каркасы которых выполнены из и-образных прутков коррозионно-стойкой стали. Концы прутков опираются на раму из того же материала, которая образует лицевую сторону вакуумной камеры. Соседние прутки соединены с рамой и изолированы один от другого. Внутренняя часть камеры покрыта двойным слоем тонколистовой коррозионно-стойкой стали. Это стальное покрытие образует полость, заливаемую композицией на основе эпоксидной смолы Аральдит-Д с кварцевым наполнителем. Модифицированную смолу Аральдит-Д в виде жидкотекучей массы выпускает фирма Циба и поставляет совместно с отвердителем. [c.153] Высокое качество формовки секторов позволило исключить их дальнейшую обработку. Камера была уложена в зазор между полюсами электромагнита. В каждом из четырех квадрантов камеры имеется по 19 трапецеидальных секторов. Подобная конструкция камеры обеспечивает практически полное отсутствие искажений характеристик магнитного поля. [c.153] Эпоксидная смола и стекловолокно обладают хорошими вакуумными свойствами и высокой механической прочностью поэтому эпоксидные стеклопластики широко используют для изготовления вакуумных каналов. Конструкции неправильной формы можно получить методом контактного формования многослойного стеклопластика на соответствующую форму или оправку аналогично процессу изготовления сегментов для вакуумной камеры синхротрона. [c.154] Ядерные лаборатории, выполняющие экспериментальные работы с ускоренными частицами высоких энергий, используют электромагнитные устройства различного назначения и конструкционного исполнения для направления, фокусирования и анализирования потока частиц и удержания их на заданных траекториях. При этом полимерные материалы применяют для нанесения изоляции на отдельные проводники, получения межслойной изоляции или изоляции плоских катушек, корпусной изоляции, изготовления систем подвода охлаждающей воды к катушкам, механического закрепления катушек, заполнения р промежутков в сердечниках, изоляции листов сердечников I и т. д. [c.154] В практике производства магнитных катушек все большее применение находят предварительно пропитанные неотвержден-ной эпоксидной смолой стекловолокнистые рулонные материалы. Их используют для высокопрочного соединения поверхностей. Так, при изготовлении катушки ее наматывают вместе с волокнистым пропитанным эпоксидной смолой материалом и подвергают термообработке. Расплавлением и отверждением смолы обеспечивают получение монолитной изоляции катушки. [c.155] В главных катушках магнита синхрофазотрона, установленного в Брукхейвене, витки плоских катушек изолировали клеящей эпоксидной пленкой. После сборки этих катушек в общую катушку ее заворачивали в стеклоленту и производили горячее прессование, вызывавшее плавление и отверждение клеевых прослоек между медными проводниками. [c.155] Для заполнения щелей и пустот в плоских катушках больших магнитов часто используют эпоксидные композиции холодного отверждения, наполненные до консистенции жидкой пасты мелким песком. [c.155] Вернуться к основной статье