[發(fā)明專利]一種用于磁控直拉單晶用MgB2超導(dǎo)磁體

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310034330.8
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103106994A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李超;閆果;梁書錦;熊小偉;葛正福;劉向宏;馮勇;張平祥
• 申請（專利權(quán)）人: 西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;H01F6/06;C30B15/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅笛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超導(dǎo)電工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于磁控直拉單晶用MgB₂超導(dǎo)磁體。

背景技術(shù)

目前，生產(chǎn)單晶硅的方法主要有直拉法、區(qū)熔法，直拉法生產(chǎn)的單晶硅占世界單晶硅總量的70%以上。

進(jìn)入超大規(guī)模集成電路時代以來，大直徑硅單晶一直是熱門的研發(fā)課題。但是，隨著晶體尺寸的增大，熔體的熱對流增強(qiáng)，氧和摻雜劑的分布均勻性大受影響。為了解決這些問題，逐步發(fā)展了磁場直拉單晶技術(shù)（MCZ）。通過在直拉法(CZ法)單晶生長的基礎(chǔ)上對坩堝內(nèi)的熔體施加強(qiáng)磁場，使熔體的熱對流受到抑制。由于熔體硅具有導(dǎo)電性，在磁場的作用下，熔體的流動必然引起感生電流，于是產(chǎn)生洛倫茲力，在洛倫茲力的作用下，熔體內(nèi)的熱對流得到抑制，晶體熔體界面處的氧、點缺陷及其它雜質(zhì)也可得到控制。因此，為了獲得大尺寸、高質(zhì)量的單晶硅，施加磁場是一個有效的方法。

傳統(tǒng)的MCZ方法中的磁場裝置主要采用永磁材料（發(fā)明名稱：一種半導(dǎo)體級單晶硅生產(chǎn)工藝，申請?zhí)?01110199182.6，申請日2011年7月15日）、銅排等制作的磁體（發(fā)明名稱：大直徑單晶爐勾型電磁場裝置，申請?zhí)?01120137901.7，申請日2011年5月4日；發(fā)明名稱：單晶爐勾形磁場裝置，申請?zhí)?01020107968.1，申請日2010年2月4日）；近年來，隨著超導(dǎo)磁體技術(shù)的發(fā)展，一些企業(yè)開始采用液氦冷卻的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)提供磁場。通常使用永磁體制作0.2T-0.5T的低場磁體，隨著永磁材料釹鐵硼中的稀土材料大幅漲價，低場永磁磁體的成本越來越高；使用常導(dǎo)銅制作的常導(dǎo)磁體磁場一般為0.2T，但其功率巨大，需要龐大的冷卻水系統(tǒng)；而投入使用的磁控單晶用超導(dǎo)磁體大部分屬于比較成熟的液氦浸泡的低溫超導(dǎo)磁體，采用低溫超導(dǎo)線材NbTi、Nb₃Sn等液氦浸泡的方式制冷。但低溫超導(dǎo)磁體成本高，而且由于必須工作在液氦溫區(qū)（4.2K），制冷和維護(hù)費用很高。隨著液氦資源的緊張，制冷技術(shù)的發(fā)展，傳導(dǎo)冷卻（conduction-cooled，也稱制冷機(jī)冷卻、無液氦、Cryogen-Free）超導(dǎo)磁體技術(shù)的研究正在逐步走向?qū)嵱茫@樣，采用傳導(dǎo)冷卻技術(shù)制造的磁拉單晶用MgB₂超導(dǎo)磁體的制造成為了可能。由于超導(dǎo)材料可以實現(xiàn)無阻載流，更容易獲得更高的磁場強(qiáng)度。

高溫超導(dǎo)磁體一般使用MgB₂(二硼化鎂)超導(dǎo)線、Bi（鉍）系(Bi2212、Bi2223)超導(dǎo)線或第二代Y(釔)系（YBCO涂層導(dǎo)體）超導(dǎo)線制造。其中，2001年發(fā)現(xiàn)的MgB₂新型超導(dǎo)材料，其超導(dǎo)起始轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到39K，該超導(dǎo)材料具有晶體結(jié)構(gòu)簡單、相干長度長、加工制作簡單等很多優(yōu)點，使得該材料在很多方面的應(yīng)用被看好。由于使用MgB₂制作的超導(dǎo)磁體采用制冷機(jī)制冷、不使用液氦等昂貴的冷媒，液氮溫區(qū)即可使用，在磁控單晶領(lǐng)域具有巨大的潛在價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于磁控直拉單晶用MgB₂超導(dǎo)磁體，解決了現(xiàn)有磁控直拉單晶用常導(dǎo)磁體系統(tǒng)復(fù)雜、功耗巨大、制冷成本高昂的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種用于磁控直拉單晶用MgB₂超導(dǎo)磁體，包括低溫容器，制冷機(jī)安裝到所述低溫容器上。

本發(fā)明的特征還在于，

制冷機(jī)由制冷機(jī)一級冷頭、制冷機(jī)二級冷頭組成；低溫容器由外到內(nèi)依次設(shè)置的外層低溫容器、防輻射冷屏、線圈容器組成，線圈容器內(nèi)設(shè)置有MgB₂超導(dǎo)繞組，其中，制冷機(jī)一級冷頭與防輻射冷屏相連，制冷機(jī)二級冷頭與MgB₂超導(dǎo)繞組相連，二元電流引線由無氧銅線與超導(dǎo)部分連接而成，與室溫接觸一側(cè)采用無氧銅線，無氧銅線另一端與超導(dǎo)部分一端連接后安裝在制冷機(jī)一級冷頭處，二元電流引線的超導(dǎo)部分的另一端與MgB₂超導(dǎo)繞組相連。

低溫容器分為上下兩層，兩組MgB₂超導(dǎo)繞組分別設(shè)置在低溫容器的兩層中，兩層之間通過繞組杜瓦支撐體支撐；線圈容器設(shè)置兩個，兩個線圈容器分別設(shè)置在低溫容器分為上下兩層相對安裝，線圈容器通過線圈容器支撐架固定支撐在防輻射冷屏內(nèi)。

線圈容器表面設(shè)置低溫預(yù)冷流體容器，低溫預(yù)冷流體容器采用液氮或液氖作為預(yù)冷卻介質(zhì)。

低溫容器中間設(shè)置有單晶爐安裝孔。

制冷機(jī)二級冷頭與MgB₂超導(dǎo)繞組通過導(dǎo)冷銅編織帶相連。

線圈容器與MgB₂超導(dǎo)繞組采用螺栓固定。