專利名稱：制造超導(dǎo)元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造超導(dǎo)元件的方法，和通過所述方法制造的超導(dǎo)元
件，其中超導(dǎo)體會被用作磁共振成象(MRI)和核磁共振(NMR)應(yīng)用中的 槽嵌導(dǎo)線式(wire-in-chaimd )超導(dǎo)體。
背景技術(shù)：
已經(jīng)開發(fā)了槽嵌導(dǎo)線式(WIC)超導(dǎo)體用于MRI和NMR應(yīng)用，這是 因為這些應(yīng)用需要導(dǎo)體中的銅的長的單元長度、高的單元重量和相當(dāng)高 的體積分數(shù)。優(yōu)選的方案是單獨地加工昂貴的超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)線和銅構(gòu)件， 并在最后加工階段將它們結(jié)合在一起，以制得槽嵌導(dǎo)線式導(dǎo)體。為了在 銅構(gòu)件和超導(dǎo)導(dǎo)線之間的該結(jié)合，要在所述銅構(gòu)件中形成用于嵌入超導(dǎo) 導(dǎo)線的縱向槽。
在所述槽嵌導(dǎo)線式導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，已知使用含有60 wt。/。鉛和40 wt% 錫的釬料。生產(chǎn)這些導(dǎo)體的時候，將導(dǎo)線嵌入所述開槽的銅構(gòu)件中，使 得導(dǎo)線實質(zhì)上位于所述槽中。導(dǎo)線和開槽銅構(gòu)件的組合通過使其通過鉛 錫熔體并進一步通過拉模實現(xiàn)，拉模使超導(dǎo)體具有精確尺寸和適當(dāng)?shù)臋C 械性能。在該熔融狀態(tài)的拉拔步驟中，鉛充當(dāng)優(yōu)良的潤滑劑。
同時包括熱鍍錫和熔融狀態(tài)拉拔步驟的方法具有內(nèi)在的缺點，例如 焊劑與熔體的反應(yīng)，和銅溶解于熔體中致使必須頻繁的清洗和除銅，因 此降低生產(chǎn)力、降低單元長度并增加意外的廢品率。另外，利用無鉛釬 料潤滑模拉作用將面臨新的挑戰(zhàn)。
JP公開2000-294053涉及制造用于磁共振成象應(yīng)用的槽嵌導(dǎo)線式超 導(dǎo)體的方法。在該方法中，避免了鉛的缺點，在槽嵌導(dǎo)線式超導(dǎo)體的制 造中沒有使用任何釬料。通過加工所述開槽銅構(gòu)件在所述超導(dǎo)導(dǎo)線和開 槽銅構(gòu)件之間實現(xiàn)穩(wěn)定的機械接觸，從而使得導(dǎo)線基本上完全地由所述
開槽銅構(gòu)件包圍。然而，這種機械接觸不是足夠的，這是因為尤其是磁 共振成象應(yīng)用需要在導(dǎo)線和槽壁之間具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和優(yōu)良的導(dǎo)電 性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的一些缺點，并獲得制造用于磁共振
法，在該方法中，在超導(dǎo)導(dǎo)線和開槽銅構(gòu)件壁之間的機械接觸中使用無 鉛釬料。本發(fā)明也涉及通過該改善的方法制造的槽嵌導(dǎo)線式超導(dǎo)元件。 本發(fā)明的基本特征體現(xiàn)在所附的權(quán)利要求中。
根據(jù)本發(fā)明，待用于磁共振成象(MRI)和核磁共振(NMR)應(yīng)用中的 槽嵌導(dǎo)線式超導(dǎo)體含有超導(dǎo)導(dǎo)線和銅構(gòu)件，使得超導(dǎo)導(dǎo)線位于形成在銅 構(gòu)件中的縱向槽中，并且用無鉛釬料實現(xiàn)超導(dǎo)導(dǎo)線和銅構(gòu)件中的槽壁之 間的機械接觸。在實現(xiàn)機械接觸以制造槽嵌導(dǎo)線式超導(dǎo)元件以前，將所 述釬料涂敷在超導(dǎo)導(dǎo)線和/或銅構(gòu)件中的槽壁的至少一個表面上。
具體實施例方式
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，在置于銅構(gòu)件的槽中以前，用釬 料比如錫和錫基無鉛合金涂敷超導(dǎo)導(dǎo)線。純錫在低溫下具有相變并且變 得易碎。因此，優(yōu)選使用錫基無鉛合金，比如含有0.1 20wt。/。銀，優(yōu) 選0.1~5 wt。/。銀的錫-銀二元合金。其他優(yōu)選的錫基無鉛合金例如為二 元合金，比如錫-銅、錫-鋅、錫-銻、錫-鉍和錫-銦。優(yōu)選的錫基無鉛合 金此外為三元和四元合金以及含有甚至四種合金化組分的合金，所述合 金化組分選自銅、銀、鋅、銻、鉍和銦，使得每種合金化組分的含量為 0.1~20wt%，優(yōu)選0.1 5wt。/。，其余的為錫和可能的雜質(zhì)。
將合金中的鉍含量是20~60 wt%、其余是錫和可能的雜質(zhì)的錫-鉍 二元合金用作優(yōu)選的錫基無鉛合金也是有利的。鉍含量20~60 wt。/。的 錫-鉍二元合金可另外與選自銅、銀、鋅、銻和銦的一種或兩種組分合 金化，使得每種合金化組分的含量為0.1~20wt%，優(yōu)選0.1 5wt。/。， 其余的為錫和可能的雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，錫基無鉛合金是合金中的銦含量 是20 60wt。/。、其余是錫和可能的雜質(zhì)的錫-銦二元合金。銦含量20~ 60 wt。/。的錫-銦二元合金可另外與選自銅、銀、鋅、銻和鉍的一種或兩
種組分合金化，使得每種合金化組分的含量為0.1 ~ 20 wt%，優(yōu)選0.1 ~ 5wt%，其余的為錫和可能的雜質(zhì)。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，銅構(gòu)件的槽涂敷有錫或一種錫基無 鉛合金。這種情況下，超導(dǎo)導(dǎo)線沒有任何涂層。
在本發(fā)明的仍另一個實施方案中，超導(dǎo)導(dǎo)線和銅構(gòu)件的槽都涂敷有 錫或一種錫基無鉛合金。
在超導(dǎo)導(dǎo)線和銅構(gòu)件之間的機械接觸表面的涂層有利地是通過電 鍍、熱鍍錫、化學(xué)氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)技術(shù)產(chǎn)生。
在熱鍍錫情況下，以連續(xù)的熱浸模式進行涂敷處理，包括使超導(dǎo)導(dǎo) 線或銅構(gòu)件的槽的表面與釬料熔體接觸并被其濕潤0.1 ~ 30秒、優(yōu)選 0.1 ~5秒的一段時間以確保從表面清洗去掉痕量的焊劑和金屬氧化物。 釬料熔體的溫度應(yīng)該高于液相線溫度，取決于線速度和釬料合金，優(yōu)選
高出30 100t:。
涂敷之后，加工或形成槽外形，使得在超導(dǎo)導(dǎo)線和銅構(gòu)件的槽壁之 間產(chǎn)生緊密接觸。通過通常已知的方法實現(xiàn)變形，比如使用四輥輥壓技 術(shù)或模具，由此通過拉拔超導(dǎo)導(dǎo)線和銅構(gòu)件的組合體，變形度為1~38 %，優(yōu)選為2~15 %。
為了完成超導(dǎo)導(dǎo)線和銅構(gòu)件中的槽壁之間的接觸，退火超導(dǎo)導(dǎo)線和 銅構(gòu)件的組合體以形成金屬結(jié)合，這實質(zhì)上提高了界面的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電 性，并增加了構(gòu)件的機械完整性。在高于焊接合金固相線溫度的溫度即 在加熱時釬料合金開始熔融的溫度，優(yōu)選大于釬料完全是液體的液相線 的溫度，進行退火處理，以在導(dǎo)線和槽壁之間獲得金屬的和/或金屬間 的界面，該處理確保并提供了各部件之間良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。取決 于釬料合金和退火技術(shù)，優(yōu)選地在150~400'C,優(yōu)選200 350。C進行 退火處理，退火時間為1秒~2 h。退火技術(shù)可以為已知的退火技術(shù)之 一，比如分批退火、強制流動對流退火、分股退火、紅外輻射、感應(yīng)退 火或電阻退火技術(shù)。
退火的時候，為了保持在先前的成形操作中得到的超導(dǎo)導(dǎo)線和開槽銅 構(gòu)件的有利的機械性能，希望在低于超導(dǎo)導(dǎo)線和開槽銅構(gòu)件的軟化溫度的
溫度范圍內(nèi)熔融和熔合所述釬料。
權(quán)利要求
1.一種制造待用作磁共振成象(MRI)和核磁共振(NMR)應(yīng)用中的槽嵌導(dǎo)線式超導(dǎo)體的超導(dǎo)元件的方法，該超導(dǎo)元件含有超導(dǎo)導(dǎo)線和具有縱向槽的銅構(gòu)件，并且所述超導(dǎo)導(dǎo)線位于所述槽中，其中為了通過所述超導(dǎo)導(dǎo)線和所述銅構(gòu)件中的槽壁之間的機械接觸制造所述槽嵌導(dǎo)線式超導(dǎo)元件，在進行所述機械接觸以前，用無鉛釬料涂敷至少一個接觸面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述超導(dǎo)導(dǎo)線涂敷有無鉛釬料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述銅構(gòu)件中的槽壁涂敷有無鉛釬 料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述超導(dǎo)導(dǎo)線和銅構(gòu)件中的槽壁涂 敷有無鉛釬料。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的方法，其中使用電鍍技術(shù)涂敷所述接 觸面。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求1 ~4任一項的方法，其中使用熱鍍錫技術(shù)涂敷 所述接觸面。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求1 ~ 4任一項的方法，其中使用化學(xué)氣相沉積技 術(shù)涂敷所述接觸面。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求1 ~ 4任一項的方法，其中使用物理氣相沉積技 術(shù)涂敷所述接觸面。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述方法還包括步驟a) 變形以在所述接觸面之間產(chǎn)生緊密接觸；b) 在高于所述釬料合金的固相線溫度的溫度退火所述超導(dǎo)導(dǎo)線和 所述銅構(gòu)件的組合體，以在所述導(dǎo)線和所述槽壁之間實現(xiàn)金屬的或 金屬間的界面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中通過分批退火進行退火。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中通過強制流動對流管退火進行退 火。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中通過分股退火進行退火。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中通過感應(yīng)退火進行退火。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中通過電阻退火進行退火。
15. —種待用作磁共振成象(MRI)和核磁共振(NMR)應(yīng)用中的槽嵌 導(dǎo)線式超導(dǎo)體的超導(dǎo)元件，該超導(dǎo)元件含有超導(dǎo)導(dǎo)線和具有縱向槽 的銅構(gòu)件，并且所述超導(dǎo)導(dǎo)線位于所述槽中，在所述超導(dǎo)導(dǎo)線與所 述銅構(gòu)件中的槽壁之間具有機械接觸，用于形成槽嵌導(dǎo)線式超導(dǎo)元 件，其中在所述超導(dǎo)導(dǎo)線和所述銅構(gòu)件中的槽壁之間的至少一個接 觸面的涂層中使用無鉛釬料。
16. 權(quán)利要求15的超導(dǎo)元件，其中所述無鉛釬料是錫。
17. 權(quán)利要求15的超導(dǎo)元件，其中所述無鉛釬料是錫基合金。
18. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金是含有0.1 ~ 20wt% 銀，優(yōu)選0.1 5wt。/。銀的錫-銀合金。
19. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金是含有0.1 ~ 20 wt% 銀，優(yōu)選0.1-5wt。/。銅的錫-銅合金。
20. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金是含有0.1 ~ 20 wt% 銀，優(yōu)選0.1~5 wt。/。鋅的錫-鋅合金。
21. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金是含有0.1 ~ 20 wt% 銀，優(yōu)選0.1~5 wt。/。銻的錫-銻合金。
22. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金是含有0.1 ~ 20 wt% 銀，優(yōu)選0.1 5wt"/。鉍的錫-鉍合金。
23. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金是含有0.1 ~ 20 wt% 銀，優(yōu)選0.1~5 wto/o銦的錫-銦合金。
24. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金為含有選自銅、銀、 鋅、銻、鉍和銦中的合金化組分的三元錫合金，使得每種合金化組 分的含量為0.1~20wt%,優(yōu)選0.1 5wt。/。，其余的為錫。
25. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金為含有選自銅、銀、 鋅、銻、鉍和銦中的合金化組分的四元錫合金，使得每種合金化組 分的含量為0.1~20 wt%，優(yōu)選0.1 5wt。/0,其余的為錫。
26. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金為含有甚至四種選 自銅、銀、鋅、銻、鉍和銦中的合金化組分的錫合金，使得每種合 金化組分的含量為0.1~20wt%，優(yōu)選0.1 5wt。/。，其余的為錫。
27. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金是鉍含量為20~60 wt%的錫-鉍二元合金。
28. 權(quán)利要求27的超導(dǎo)元件，其中鉍含量為20 ~ 60 wt。/o的所述錫-鉍二元合金與選自銅、銀、鋅、銻和銦組分的一種或兩種合金化， 使得每種合金化組分的含量為0.1~20wt%，優(yōu)選0.1 5wt。/。，其 余的為錫。
29. 權(quán)利要求17的超導(dǎo)元件，其中所述錫基合金是銦含量為20 ~ 60 wt%的錫-銦二元合金。
30.權(quán)利要求29的超導(dǎo)元件，其中銦含量為20 ~ 60 wt。/。的所述錫-銦二元合金與選自銅、銀、鋅、銻和鉍組分的一種或兩種合金化， 使得每種合金化組分的含量為0.1~20wt%，優(yōu)選0.1 5wt。/。，其 余的為錫。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造用作磁共振成象(MRI)和核磁共振(NMR)應(yīng)用中的槽嵌導(dǎo)線式超導(dǎo)體的超導(dǎo)元件的方法，該超導(dǎo)元件含有超導(dǎo)導(dǎo)線和具有縱向槽的銅構(gòu)件，所述超導(dǎo)導(dǎo)線位于所述槽中。為了通過超導(dǎo)導(dǎo)線和銅構(gòu)件中的槽壁之間的機械接觸生產(chǎn)槽嵌導(dǎo)線式超導(dǎo)元件，在具有所述機械接觸以前，至少一個接觸面涂敷有無鉛的釬料。為了提高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性并在所述構(gòu)件之間產(chǎn)生結(jié)合，在退火處理步驟中熔融所述焊接材料。
文檔編號H01L39/24GK101171695SQ200680015445
公開日2008年4月30日 申請日期2006年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者尤卡·索默科斯基 申請人:盧瓦塔奧公司