[發(fā)明專利]第二代高溫超導(dǎo)線材的熔融擴散接合方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980106223.3
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN101971273A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李海根;吳榮根
• 申請（專利權(quán)）人: K·約恩
• 主分類號: H01B12/00
• 分類號: H01B12/00;H01B13/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種包括基板部、緩沖層、超導(dǎo)體層及穩(wěn)定化材料層的第二代高溫超導(dǎo)線材的接合方法，具體涉及一種直接對接接合第二代高溫超導(dǎo)線材的超導(dǎo)體層，使其在氧分壓的調(diào)節(jié)下進(jìn)行熔融擴散而連接成一條的、第二代高溫超導(dǎo)線材的熔融擴散接合方法。

本發(fā)明公開的第二代高溫超導(dǎo)線材的熔融擴散接合方法將氧分壓控制到接近于真空的狀態(tài)而降低共熔點(eutectic?melting?point)，調(diào)節(jié)對接第二代高溫超導(dǎo)線材而進(jìn)行熔融擴散(melting?diffusion)的氧分壓。

而且，本發(fā)明公開的第二代高溫超導(dǎo)線材的熔融擴散接合方法對接由于蝕刻超導(dǎo)線材穩(wěn)定化材料層而暴露的超導(dǎo)體層且用支架固定之后，熔融擴散被固定的部分，并在有氧環(huán)境下實施氧化(oxygenation?annealing)。

背景技術(shù)

通常情況下，在以下情況下需要接合超導(dǎo)線材。第一，盤繞線圈時，由于超導(dǎo)線材長度短而需要接合線材來制作長線材；第二，相互連接盤繞超導(dǎo)線材的線圈時，需要接合超導(dǎo)磁鐵線圈；第三，制作永久電流模式磁鐵系統(tǒng)時，制作超導(dǎo)閉合回路(closed?loop)需要連接兩個端子末端。

特別是，運行永久電流模式時必備的超導(dǎo)應(yīng)用機械中，為了連接超導(dǎo)線材使用，所連接的超導(dǎo)線材必須連接成像使用一條線材那樣，以此保證連接所有線圈之后能夠無損失地運行。例如，核磁共振(Nuclear?Magnetic?Resonance，NMR)、磁共振成像(Magnetic?Resonance?Imaging，MRI)及超導(dǎo)儲能裝置(Superconducting?Magnet?Energy?Storage，SMES)系統(tǒng)等超導(dǎo)磁鐵及超導(dǎo)應(yīng)用機械。

可是，通常情況下，由于超導(dǎo)線材之間接合部位的性能弱于沒有接合的線材，運行永久電流模式時，臨界電流很大程度上依賴于接合部。因此，提高超導(dǎo)線材之間接合部位的臨界電流特性對于永久電流模式型超導(dǎo)應(yīng)用機械的制造非常重要?？墒?，高溫超導(dǎo)帶狀線材與低溫超導(dǎo)線材不同，由于其超導(dǎo)體是陶瓷，很難實施維持超導(dǎo)狀態(tài)的接合。

以下參考圖1和圖2詳細(xì)說明現(xiàn)有第二代高溫超導(dǎo)線材的接合方法。

圖1為第二代高溫超導(dǎo)線材(YBCO-CC)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是圖示通常第二代高溫超導(dǎo)線材(YBCO-CC)常導(dǎo)接合的截面圖以及圖示電流流動的圖。

如圖1所示，第二代高溫超導(dǎo)線材10呈多層結(jié)構(gòu)，是一種呈帶狀的線材。超導(dǎo)線材10的多層結(jié)構(gòu)包括基板部11(substrate)、緩沖層12(Buffer?Layer)、超導(dǎo)體層13以及穩(wěn)定化材料層14。

基本部11由Ni或者Ni合金等金屬系物質(zhì)材質(zhì)組成，且通過軋制及熱處理形成立方織構(gòu)(Cube?texture)而成。

緩沖層12采用ZrO₂、CeO₂、YSZ、Y₂O₃或者HfO₂等材質(zhì)以單層或者多層方式按照外延法(Epitaxial)層疊在基板11上。

超導(dǎo)體層13由代表YBa₂Cu₃O_7-X系的氧化物超導(dǎo)物質(zhì)組成。即，Y∶Ba∶Cu的摩爾比例是1∶2∶3，對其產(chǎn)生的氧(O)的摩爾比例通常要達(dá)到6.4至7。改變組成超導(dǎo)體層13的氧化物超導(dǎo)體的氧數(shù)量時，超導(dǎo)體層13的特性也會發(fā)生很大的變化。因此，要保持均衡的上述氧的摩爾比例。

穩(wěn)定化材料層14層疊在超導(dǎo)體層13的上面，起到過載電流時保護(hù)超導(dǎo)體層13等穩(wěn)定超導(dǎo)體層13電氣性能的作用。為了過載電流時保護(hù)線材，由電阻相對低的金屬物質(zhì)組成穩(wěn)定化材料層14。例如，可以采用銀或者銅等電阻低的金屬物質(zhì)，也可以采用不銹鋼等。

圖2圖示了圖1中接合第二代高溫超導(dǎo)線材的現(xiàn)有技術(shù)。如圖2所示，采用蝕刻法等去除超導(dǎo)體層13中要連接的部位的穩(wěn)定化材料層14，且以包括焊料(solder)15，在內(nèi)的常導(dǎo)體層物質(zhì)為介質(zhì)接合其之間。此時，電流的流動16必然經(jīng)由常導(dǎo)體層而無法避免地發(fā)生接合阻抗。

電流流動時，接合阻抗會產(chǎn)生熱，這必然會使接合部位升溫。情況最糟糕時，由于升溫，可以使在低溫狀態(tài)下呈現(xiàn)超導(dǎo)特性的超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)槌?dǎo)體。即使不發(fā)生如此嚴(yán)重的后果，也會消耗很多降溫所需冷卻費用。

更重要的是，此時，由于接合采用焊接(Soldering)等阻抗接合，接合部位仍然會存在阻抗。因此，無法進(jìn)行嚴(yán)格意義上的永久電流模式運行。