[發(fā)明專利]高溫超導(dǎo)雙餅線圈的高溫超導(dǎo)帶材接頭制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410219375.7
• 申請(qǐng)日: 2014-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN104036914A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程軍勝;王秋良;周峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): H01F6/06
• 分類號(hào): H01F6/06;H01F41/04;H01R43/00;H01R4/68
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)帶材的連接方法，特別涉及一種適用于高溫超導(dǎo)雙餅線圈的超導(dǎo)帶材圓弧形接頭的制備方法。

背景技術(shù)

超導(dǎo)磁體由于采用了低溫下幾乎零電阻的超導(dǎo)材料，其工作電流密度比傳統(tǒng)電磁體和永磁體可以提高數(shù)十倍甚至更高。因此超導(dǎo)磁體可以用更緊湊的體積、更低的能量消耗，獲得極高的磁場(chǎng)強(qiáng)度和更穩(wěn)定可控的磁場(chǎng)位形分布。目前超導(dǎo)磁體主要采用NbTi合金、Nb3Sn化合物等低溫超導(dǎo)材料和Bi-2223、ReBCO等高溫超導(dǎo)材料繞制而成。由于這些超導(dǎo)材料的臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度有高低之分，因此它們服役的磁場(chǎng)環(huán)境也不盡相同。磁場(chǎng)低于9～10T的磁體可以全采用NbTi超導(dǎo)線繞制完成，10～15T的磁體需要采用Nb3Sn超導(dǎo)線圈作為內(nèi)插入NbTi超導(dǎo)線圈內(nèi)部的形式達(dá)到，更高磁場(chǎng)的磁體需要在Nb3Sn超導(dǎo)線圈內(nèi)部再插入高溫超導(dǎo)線圈來達(dá)到設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)。

高溫超導(dǎo)材料本身具備機(jī)械脆性，而極易發(fā)生損壞，目前多采用粉末套管法(PIT)或者薄膜沉積技術(shù)制備成超導(dǎo)薄帶的形式。例如ReBCO高溫超導(dǎo)帶材主要是采用將超導(dǎo)層沉積附著在基帶上面生長(zhǎng)而成的，Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材主要是采用超導(dǎo)粉末套管法制備而成。由于受到工藝技術(shù)的限制，高溫超導(dǎo)帶的單根長(zhǎng)度目前也只能做到幾百米長(zhǎng)。因此，綜合考慮高溫超導(dǎo)帶的單根長(zhǎng)度限制、截面形狀、以及脆性，目前線圈繞制技術(shù)多采用的是先將單根超導(dǎo)帶繞制為雙餅式線圈，再將其相互疊加后進(jìn)行接頭制備連接的方式來達(dá)到設(shè)計(jì)要求的，如圖1所示。

高溫超導(dǎo)帶的接頭的質(zhì)量穩(wěn)定性與可靠性直接影響高溫超導(dǎo)線圈的性能。高溫超導(dǎo)帶接頭最基本的性能要求是接頭在滿足磁體運(yùn)行電流值的前提下，必須具有較低的電阻值。超導(dǎo)磁體的工作電流一般達(dá)到上百安培量級(jí)，電阻太大會(huì)引起嚴(yán)重的焦耳熱損耗，可能導(dǎo)致磁體失超。對(duì)于閉環(huán)運(yùn)行的超導(dǎo)磁體，接頭電阻導(dǎo)致了磁場(chǎng)的衰減。同樣超導(dǎo)接頭需要安裝放置在磁體邊緣部位，接頭會(huì)受到強(qiáng)電磁力影響。由于接頭可能承受磁體繞制過程中的彎曲應(yīng)力、工作狀態(tài)下的電磁應(yīng)力、和冷卻過程中受到的收縮應(yīng)力，因此超導(dǎo)接頭還必須具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和韌性。

由于高溫超導(dǎo)帶本身的機(jī)械脆性，不可能像NbTi低溫超導(dǎo)材料接頭的制備一樣采用冷壓接等方式，只能采用比較溫和的辦法完成。目前的高溫超導(dǎo)帶接頭技術(shù)主要是采用錫焊方式進(jìn)行連接。接頭焊接方式有兩種，一種是橋接，另一種是搭接。橋接就是用待連接的兩根超導(dǎo)帶分別與另一段超導(dǎo)帶的兩端連接起來，如圖2所示；搭接是將待連接的兩根超導(dǎo)帶直接連接起來，如圖3所示。采用何種連接方式需要根據(jù)磁體的實(shí)際情況來決定。

現(xiàn)有錫焊連接的高溫超導(dǎo)帶接頭的缺點(diǎn)在于：由于高溫超導(dǎo)帶在焊接后接頭會(huì)變硬，可彎曲半徑明顯增大，接頭處再進(jìn)行彎曲很困難，極易發(fā)生損傷。有研究者采用將超導(dǎo)帶材冷壓成形后再高溫退火擴(kuò)散連接的方法或者高溫加壓直接擴(kuò)散連接法制備Bi-2223高溫超導(dǎo)接頭。該方法的問題在于其過程中需要經(jīng)受多次高溫(800℃以上)和高壓處理，顯然這些工藝對(duì)于已經(jīng)繞制完畢的雙餅線圈是不適用的。

根據(jù)對(duì)目前高溫超導(dǎo)帶接頭研究現(xiàn)狀調(diào)研結(jié)果分析可知，目前尚無一種理想的適用于高溫超導(dǎo)雙餅線圈的高溫超導(dǎo)帶材接頭制備方法。需要開發(fā)一種電阻率低、力學(xué)性能好、質(zhì)量穩(wěn)定、操作安全的高溫超導(dǎo)帶的連接技術(shù)方法，滿足強(qiáng)磁場(chǎng)超導(dǎo)磁體中對(duì)高溫超導(dǎo)雙餅內(nèi)插線圈制造過程的工藝技術(shù)需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決高場(chǎng)超導(dǎo)磁體中高溫超導(dǎo)內(nèi)插線圈的高溫超導(dǎo)帶接頭的制備技術(shù)難題，提出一種高溫超導(dǎo)雙餅線圈的高溫超導(dǎo)帶材圓弧形接頭制備方法。本發(fā)明方法簡(jiǎn)便，質(zhì)量穩(wěn)定，操作安全，可降低接頭電阻。

本發(fā)明的技術(shù)方案在于：

一種高溫超導(dǎo)雙餅線圈的高溫超導(dǎo)帶材接頭制備方法，其步驟如下：

1、首先將待連接的兩個(gè)高溫超導(dǎo)雙餅線圈的高溫超導(dǎo)帶的端部進(jìn)行表面預(yù)處理，露出待連接表面；

2、高溫超導(dǎo)帶預(yù)處理后的表面鍍一薄層焊料；

3、將待連接的兩根高溫超導(dǎo)帶放置在一起，固定于模具的圓弧狀槽中，使高溫超導(dǎo)帶的待連接部位彎曲為圓弧狀；

4、將壓塊加熱，并使壓塊溫度穩(wěn)定保持在焊料熔點(diǎn)以上；

5、用壓塊對(duì)模具圓弧狀槽內(nèi)的待連接的兩根高溫超導(dǎo)帶的局部施以正向均勻穩(wěn)定壓力，使高溫超導(dǎo)帶上的焊料在壓塊的熱傳導(dǎo)作用下熔化，在正向壓力作用下使高溫超導(dǎo)帶之間相互連接，并擠出高溫超導(dǎo)帶局部之間多余的焊料；

6、壓塊的施力點(diǎn)保持壓力大小穩(wěn)定，并將壓塊從槽內(nèi)高溫超導(dǎo)帶的一端緩慢移向另一端，然后去除壓力，并使壓塊降溫，使得焊料將兩根高溫超導(dǎo)帶的待連接區(qū)域連接起來，制成圓弧形接頭；