[發明專利]電磁壓力制作超導接頭的方法

有效

• 申請號: 201210278270.X
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN102789867A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 王秋良;胡新寧;程軍勝;嚴陸光;王厚生;崔春艷
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01F6/06
• 分類號: H01F6/06;H01B12/00;H01L39/24
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種超導磁體的超導接頭的制作方法。

背景技術

高均勻和高穩定度的超導磁體系統主要應用于科學儀器，醫學診斷，特殊電工裝備等場合。由于成像和信號的獲取的需要，磁體的磁場的穩定度通常小于10^-8/h。因此使用超導開關和接頭是實現高穩定磁場的重要手段。為此需要發展特殊接頭制備工藝以實現磁場的穩定特性，從而實現對物質結構的檢測和實現特種功能。目前廣泛采用NbTi/Cu（鈮鈦/銅）超導線來繞制超導磁體，一般如果超導磁體提供的磁場～10T以下，使用NbTi/Cu（鈮鈦/銅）超導線材來研制超導磁體可以達到其要求。為了實現磁體的閉環運行，必需使用超導開關，使用非常低的電阻的超導接頭來形成極低衰減率的磁場。

由于核磁共振醫學及科學儀器使用的譜儀磁體等的要求。因此超導接頭的電阻應該小于10^-13-10^-15Ω以下的量級。超導接頭的應用要求取決于超導磁體的設計和電感的大小。目前高磁場超導磁體接頭工藝主要有，冷壓焊接、超聲焊接、激光焊接、電阻釬焊。由于超導接頭的電阻取決于不同的工藝和處理條件。接頭的工藝應該盡可能簡單可靠，以保證大型和小型磁體可方便的制作多個接頭。

1974年德國Ruhr大學的G.Lauderer等人發展了使用脈沖儲能電容器的方法將NbTi多絲線的超導絲直接電焊在NbTi薄膜上，得到電阻小于10^-13Ω的接頭。1975年美國加州大學的D.Cornish等利用爆炸焊接的方法制備NbTi接頭，得到電阻在自磁場下小于10^-10Ω的接頭。之后他們發展了冷壓焊接工藝，得到電阻小于10^-9Ω的接頭。1976年美國麻省理工學院的M.J.Leupold等利用尼科爾鉗去掉銅基體后對其進行壓接成形，得到接頭電阻小于10^-14Ω的接頭。同時橡樹嶺國家實驗室使用釬焊接工藝，得到接頭電阻小于10^-8Ω的接頭。采用擴散焊接工藝超導接頭：北方交通大學的徐德基制備的接頭小于10^-12Ω。中科院電工所王秋良等人在專利201010123276.0中提出在Nb/NbTi/Cu（鈮/鈮鈦/銅）的多層復合棒中采用冷壓焊接工藝，得到接頭電阻小于10^-14Ω的接頭。

發明內容

為了克服現有冷壓焊接超導接頭存在的冶金結合的問題，本發明提出一種采用脈沖電磁場成形工藝制作NbTi超導線接頭的方法。由于電磁成形工藝主要是依靠脈沖磁場和感應的渦流相互作用產生的電磁力，其力的分布是均勻分布在其金屬體內的，因此和其他直接采用加壓壓力相比較，具有成形均勻和達到較好的冶金結合的特點，可極大提高超導接頭在高磁場條件下電流傳輸特性，實現低電阻運行。

本發明超導接頭的制作方法適用于磁場具有長時間穩定的高磁場超導磁體系統，并可以現場連接。

本發明制作方法的工藝步驟是：

1、首先使用體積比為1:3的硫酸和硝酸的混合酸液將NbTi/Cu超導線的一端進行腐蝕。當NbTi/Cu超導線內的銅基體被所述酸液完全腐蝕之后，再經過超聲波清洗，除去殘雜物，使NbTi/Cu超導線的一端形成清潔的沒有被空氣氧化的多根NbTi超導絲。

2、把無氧銅管和NbTi管同軸裝配，把NbTi管嵌入無氧銅管內，形成外表包有無氧銅管的NbTi管。采用冷壓焊接方法將NbTi管和無氧銅管兩者緊密連接成一個整體，然后采用超聲波清洗，除去殘雜物。所述的NbTi管用于磁場屏蔽，無氧銅管是實現超導結構穩定的基材。

3、采用冷壓焊接方法將鈮管套在無氧銅棒上形成整體，經超聲波清洗，除去殘雜物。

4、將步驟3制得的套有鈮管的無氧銅棒插入步驟2制得的外表包有無氧銅管3的NbTi管內，制成NbTi/Cu復合管。將兩根經步驟1腐蝕處理的NbTi/Cu超導線一端的NbTi超導絲插入NbTi管和鈮管之間的間隙內。將插有NbTi超導絲的NbTi/Cu復合管放置在一個螺管線圈內，采用脈沖電源對螺管線圈供電，使螺管線圈產生較強的均勻的電磁力，通過所述的電磁力將所述的兩根NbTi/Cu超導線及其NbTi超導絲、無氧銅管、NbTi管、無氧銅棒，以及鈮管緊密壓接在一起，從而實現超導接頭的成形。