[發(fā)明專利]一種NbTi超導體多芯線接頭的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310280613.0
• 申請日: 2011-11-06
• 公開（公告）號: CN103367937A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 程軍勝;宋守森;劉建華;王秋良
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01R4/68
• 分類號: H01R4/68;H01R43/00
• 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

本申請是發(fā)明名稱為“一種NbTi超導體多芯線接頭及其制備方法”（申請?zhí)枺?01110347318.3，申請日：2011年11月6日）發(fā)明專利申請的分案申請。

技術領域

本發(fā)明涉及一種低溫超導線接頭及其制備方法，特別涉及一種可用于核磁共振譜儀超導磁體系統(tǒng)的NbTi超導體多芯線接頭及其制備方法。

背景技術

核磁共振譜儀是現(xiàn)代生物醫(yī)學研究領域重要的科學儀器裝備，其中核心部件就是能夠產生高達幾個甚至十幾個特斯拉磁場強度的高均勻度恒穩(wěn)磁場的超導磁體系統(tǒng)。為了滿足核磁共振系統(tǒng)對特殊磁場空間形位和高磁場均勻度的要求，核磁共振系統(tǒng)中的超導線圈往往需要由多個規(guī)格的超導線繞組按照設計要求排布在特定的空間位置。這些不同規(guī)格的繞組一般需要進行首尾連接制作超導線接頭，由一臺直流電源供電以保證其運行穩(wěn)定性。同時，核磁共振超導磁體一般都采用閉環(huán)方式運行，一方面可以消除磁體引線的漏熱、節(jié)約液氦、降低運行費用，另一方面可以保證磁場穩(wěn)定度。同樣，閉環(huán)運行超導磁體也需要將超導開關與超導線圈進行連接，制作超導線接頭。

超導線接頭的質量對于核磁共振磁體系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要影響作用。由于接頭不可避免存在電阻，必然導致額外的能量消耗，從而引起磁場的衰減。實際中閉環(huán)運行的超導磁體中接頭處的熱損耗會占整個磁體系統(tǒng)熱損耗的一半以上。比如在400MHz核磁共振譜儀系統(tǒng)中，10^－6/Hr的磁場衰減變換便意味著400Hz/Hr的頻率漂移，這將嚴重影響系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。其次，由于接頭電阻的存在，在磁體中形成了一個連續(xù)的點擾動，引起超導線接頭附近的臨界特性的衰退。在閉環(huán)運行磁體中，接頭的臨界性能時設計磁體的重要參數(shù)，磁體工作電流的選擇必須不超過接頭的臨界電流，可以認為接頭性能的好壞直接影響到閉環(huán)運行磁體的設計方案。

核磁共振譜儀超導磁體系統(tǒng)對于超導線接頭性能的要求包括兩點：一是接頭必須具備一定的機械強度，以應對磁體的預應力、彎曲應力、電磁應力、收縮應力等；二是接頭必須具有較低的電阻，尤其是閉環(huán)運行的超導磁體，接頭電阻將會導致磁場的衰減。在核磁共振譜儀超導磁體中，當接頭電阻小于10^－11Ω時，才能使得系統(tǒng)損耗率小于0.02ppm/hour，保證系統(tǒng)正常運行。

NbTi超導體多芯線具備穩(wěn)定的超導性能和較好的性價比，已成為核磁共振譜儀超導磁體系統(tǒng)中超導線圈的一種常用的低溫超導材料。目前NbTi超導線接頭的制備工藝方法主要有：冷壓焊法、爆炸焊法、超聲波焊法、釬焊法、錫焊法等。美國強磁場國家實驗室的Charles?A.Swenson，提出了一種采用焊接法制備核磁共振譜儀（NMR）磁體接頭的方法，接頭電阻小于1×10^-11Ω。日本在開發(fā)頻率為1GHz的NMR中，磁體中Nb3Al和NbTi兩種超導線的接頭也采用了錫焊的方法。這種方法在制備中為了防止焊錫氧化，都要求接頭需要在真空或者保護氣體環(huán)境下進行，這對于工程現(xiàn)場、較大體積磁體的操作要求苛刻。并且焊接加熱過程也對超導磁體構成損傷威脅。冷壓焊技術制備超導接頭相對錫焊而言具備技術穩(wěn)定，可以在常溫大氣條件下完成，適合工程實際條件。美國勞倫斯實驗室和北京有色金屬研究總院都曾經采用頂鍛壓力擠壓工藝，直接將被焊導線截面接觸發(fā)生冷焊。通過反復擠壓使導體之間產生牢固的金屬間結合制備NbTi超導接頭。其電阻只能達到8×10^－9Ω，可以滿足一般磁體運行要求，不能滿足核磁共振譜儀超導磁體對接頭更低電阻的要求。其他方法如爆炸焊法制備的超導接頭雖然具備了較高的接頭質量，但是復雜苛刻的制備條件限制了實際工程應用。

針對現(xiàn)有問題，需要開發(fā)一種低電阻、高載流能力、操作簡便、質量穩(wěn)定的NbTi超導體多芯線接頭制備技術，滿足核磁共振譜儀超導磁體系統(tǒng)制造過程中的工程需求。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決核磁共振譜儀超導磁體系統(tǒng)制造過程中NbTi超導體多芯線超導接頭的現(xiàn)有制備技術中質量不穩(wěn)定、工藝條件復雜苛刻等問題，提出一種具備多層復合的鍥形結構特點的NbTi超導體多芯線接頭及其制備方法。本發(fā)明的技術方案在于：