專利名稱：二硼化鎂制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法及其閉環(huán)超導(dǎo)線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系一種用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法及其閉環(huán)超導(dǎo)線圈，該線圈可以被用于制作磁共振成像系統(tǒng)、核磁共振譜儀、物理實驗磁體、超導(dǎo)限流器及超導(dǎo)發(fā)電機等設(shè)備。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)材料在高科技領(lǐng)域有著廣泛的用途。超導(dǎo)材料有兩個重要的特性，一個是它的抗磁特性，即邁斯納效應(yīng)，另一個是它的零電阻特性。目前使用最廣泛的磁共振成像裝置利用的就是其零電阻特性。超導(dǎo)材料制作的閉路線圈，在超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度以下無電阻運行，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，在被測物中激勵出核磁共振信號。對于低溫超導(dǎo)材料，制做閉環(huán)超導(dǎo)線圈是成熟技術(shù)，已被應(yīng)用到超導(dǎo)磁體的制造中去，而二硼化鎂閉環(huán)超導(dǎo)線圈的研發(fā)才剛剛開始，關(guān)鍵步驟是制作連接二硼化鎂超導(dǎo)線的超導(dǎo)接頭，目前還沒有成功的先例。

發(fā)明內(nèi)容
一、要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，提供一種二硼化鎂超導(dǎo)線的超導(dǎo)接頭的制作方法，從而可以使用二硼化鎂超導(dǎo)線制成閉環(huán)超導(dǎo)線圈。二、技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明使用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法有以下步驟步驟一將未經(jīng)燒結(jié)過的二硼化鎂線圈超導(dǎo)線按照螺線管線圈的繞制方法繞制在線圈骨架上；步驟二 將線圈超導(dǎo)線的兩端與開關(guān)超導(dǎo)線的兩端對應(yīng)分別放置于超導(dǎo)接頭內(nèi)，在上述超導(dǎo)接頭內(nèi)填入未經(jīng)燒結(jié)的二硼化鎂粉并振實，將超導(dǎo)接頭封口，上述線圈超導(dǎo)線與開關(guān)超導(dǎo)線首尾相連形成封閉回路的閉環(huán)超導(dǎo)線圈；步驟三將上述閉環(huán)超導(dǎo)線圈置于真空爐或者充有保護氣體的爐內(nèi)燒結(jié)；步驟四緩慢冷卻后取出。作為優(yōu)化，上述線圈骨架由無磁性金屬或者陶瓷制成。作為優(yōu)化，上述線圈超導(dǎo)線及開關(guān)超導(dǎo)線外部設(shè)有金屬包套，上述步驟二之前還包括使用酸性溶液將線圈超導(dǎo)線與開關(guān)超導(dǎo)線的兩端的包套腐蝕掉的步驟。作為優(yōu)化，上述酸性溶液為硫酸、硝酸或者鹽酸溶液。作為優(yōu)化，上述燒結(jié)溫度為650 950°C。作為優(yōu)化，上述真空爐燒結(jié)的真空度高于li^Pa。作為優(yōu)化，上述燒結(jié)時間為O. 5 7. O小時。作為優(yōu)化,上述保護氣體為気氣或者氮氣。
一種根據(jù)上述方法制得的閉環(huán)超導(dǎo)線圈，其中，包括按照螺線管線圈的繞制方法繞制在線圈骨架上的線圈超導(dǎo)線，還包括開關(guān)超導(dǎo)線，上述線圈超導(dǎo)線與開關(guān)超導(dǎo)線的兩端對應(yīng)分別置于超導(dǎo)接頭內(nèi)，上述超導(dǎo)線與開關(guān)超導(dǎo)線兩端的芯部延伸出包套，上述超導(dǎo)接頭內(nèi)的填充物設(shè)有填充物。
作為優(yōu)化，上述填充物為二硼化鎂粉。三、本發(fā)明的有益效果閉環(huán)超導(dǎo)線圈的制作，除了線圈的繞制，關(guān)鍵的步驟是將纏繞線圈的導(dǎo)線兩端連接到一起，形成一個封閉回路。在閉環(huán)超導(dǎo)線圈實際運行時，電流在封閉回路內(nèi)流動沒有電阻，線圈在正常維護的情況下，幾十年也不會有明顯的衰減，既不消耗能量，又能提供服務(wù)。常用的超導(dǎo)材料有鈮鈦，鈮三錫等，即所謂的低溫超導(dǎo)材料，運行在液氦溫區(qū)，即絕對溫度4. 2K左右。二硼化鎂(MgB2)化合物作為超導(dǎo)材料是本世紀初由日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。二硼化鎂的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度為39K。雖然它仍屬于低溫超導(dǎo)材料的范疇，但是比起傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)材料，它的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度要高得多，創(chuàng)造了金屬間化合物超導(dǎo)材料超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度的新紀錄，它的發(fā)現(xiàn)大大震動了凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域。早在1986年，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了液氮溫區(qū)(絕對溫度77K左右)超導(dǎo)的氧化物高溫超導(dǎo)材料，后來經(jīng)過科學(xué)家們的持續(xù)努力，超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度被提高到了 140K以上。氧化物高溫超導(dǎo)材料雖然具有運行溫度高的優(yōu)勢，但由于其相干長度小，凝聚能和磁通釘扎能低，層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致很強的各向異性等等缺陷導(dǎo)致了其加工制造和實際應(yīng)用困難。二硼化鎂與氧化物高溫超導(dǎo)材料相比具有四大優(yōu)勢首先，氧化物高溫超導(dǎo)材料，特別是第二代高溫超導(dǎo)帶材，其實際應(yīng)用的時間表不確定，技術(shù)上還遠沒有成熟。其次，氧化物高溫超導(dǎo)材料是典型的陶瓷材料，容易發(fā)生脆斷，同時陶瓷材料的焊接也是一個很大的問題。超導(dǎo)線圈通常是閉環(huán)情況下使用的，要通過焊接做到閉環(huán)，二元合金二硼化鎂比氧化物高溫超導(dǎo)材料要容易得多。第三，二硼化鎂超導(dǎo)體的電流衰減率要比氧化物高溫超導(dǎo)材料慢得多，因此適合在閉路恒電流模式下使用。第四，二硼化鎂造價低廉，預(yù)計承載1000安培的超導(dǎo)導(dǎo)線價格僅為2 3美元/米，比通常的銅導(dǎo)線還要便宜，是釔鋇銅氧涂層導(dǎo)體所不可比擬的。二硼化鎂超導(dǎo)線圈可以在20K溫度左右運行，僅需使用小型廉價的制冷機制冷就可以維持運行溫度。這將使得系統(tǒng)可以省去使用價格昂貴的液氦，操作也大大的簡化。例如，很多只有少數(shù)醫(yī)院才能使用的核磁成像裝置可以裝上汽車，使固定裝置成為移動式設(shè)備，輕松地轉(zhuǎn)移到偏遠地區(qū)給病人診治，市場效應(yīng)和社會效應(yīng)都將是巨大的。


圖I是本發(fā)明閉環(huán)超導(dǎo)線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明超導(dǎo)接頭的剖面圖。圖中，I為線圈超導(dǎo)線，2為開關(guān)超導(dǎo)線，3為骨架，4為螺旋線圈，5為超導(dǎo)接頭，6為填充物。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法及其閉環(huán)超導(dǎo)線圈作進一步說明
實施方式一本發(fā)明系用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，該方法有以下步驟步驟一將未經(jīng)燒結(jié)的二硼化鎂線圈超導(dǎo)線I以螺線管線圈繞制法繞制于無磁金屬或者陶瓷制成的線圈骨架3上，本實施例線圈骨架3選用奧氏體不銹鋼制成，其直徑為Im ；上述線圈超導(dǎo)線I選用銅制包套材料的。使用酸性溶液將線圈超導(dǎo)線I及開關(guān)超導(dǎo)線2的各自兩端5mm處的銅制包套溶解掉，使包套內(nèi)的芯部裸露出來；上述酸性溶液為硝酸、硫酸或者鹽酸，本實施例溶劑選用濃度為lmol/L的硝酸。將芯部外的包套溶解后，用純水快速清洗三遍，以去除反應(yīng)產(chǎn)物和多余酸液，而后用無水酒精噴淋露在外的芯部，再用吹風(fēng)機吹干；
上述線圈超導(dǎo)線I及開關(guān)超導(dǎo)線2均做同樣的處理。步驟二 將按步驟一處理過的線圈超導(dǎo)線I的一端與開關(guān)超導(dǎo)線2的一端并列置于超導(dǎo)接頭5內(nèi)，然后在上述超導(dǎo)接頭5內(nèi)填入未經(jīng)燒結(jié)的二硼化鎂粉，用超聲波震動將接頭內(nèi)的粉末震實，用氬弧焊焊接將超導(dǎo)接頭5封死；線圈超導(dǎo)線I的另一端與開關(guān)超導(dǎo)線2的另一端也做同樣處理，從而兩根超導(dǎo)線首尾連接形成閉合回路，上述開關(guān)超導(dǎo)線2中部用雙線并繞法繞成一個螺旋線圈4，開關(guān)超導(dǎo)線2的兩端用上述方法接入回路。這一步驟在充有干燥氮氣的手套箱內(nèi)操作完成。步驟三將閉環(huán)超導(dǎo)線圈置于真空爐內(nèi)進行燒結(jié)；爐內(nèi)的燒結(jié)溫度為700°C，爐內(nèi)的真空度為I. 5X10_2Pa，燒結(jié)時間為5個小時；二硼化鎂化學(xué)反應(yīng)完成，在39K溫度下線圈的接頭電阻小于10_14歐姆。步驟四上述閉環(huán)超導(dǎo)線圈緩慢冷卻后取出。如圖I和2所示，根據(jù)上述方法所制得的閉環(huán)超導(dǎo)線圈，包括按照螺線管線圈的繞制方法繞制在線圈骨架3上的線圈超導(dǎo)線1，還包括開關(guān)超導(dǎo)線2，上述線圈超導(dǎo)線I與開關(guān)超導(dǎo)線2的兩端對應(yīng)分別置于超導(dǎo)接頭5內(nèi)，上述超導(dǎo)線與開關(guān)超導(dǎo)線2兩端的芯部延伸出包套，可將上述開關(guān)超導(dǎo)線2中部多余部分收線為螺旋線圈4，上述超導(dǎo)接頭5內(nèi)的填充物6為二硼化鎂粉，該二硼化鎂粉是未經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)的二硼化鎂超導(dǎo)前驅(qū)粉。實施方式二本發(fā)明二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，其中，該方法有以下步驟步驟一將未經(jīng)燒結(jié)的二硼化鎂超導(dǎo)線I以螺線管線圈繞制法繞制于無磁金屬或者陶瓷制成的骨架3上，本實施例骨架3選用陶瓷制成，其直徑為IM ；上述線圈超導(dǎo)線I選用銅制包套材料的。使用酸性溶液將線圈超導(dǎo)線I及開關(guān)超導(dǎo)線2的各自兩端5mm處的銅制包套溶解掉，使包套內(nèi)的芯部裸露出來；上述酸性溶液為硝酸、硫酸或者鹽酸，本實施例溶劑選用濃度為IMol/L的鹽酸。將芯部外的包套溶解后，用純水快速清洗三遍，以去除反應(yīng)產(chǎn)物和多余酸液，而后用無水酒精噴淋露在外的芯部，再用吹風(fēng)機吹干；上述線圈超導(dǎo)線I及開關(guān)超導(dǎo)線2均做同樣的處理。步驟二 將按步驟一處理過的線圈超導(dǎo)線I的一端與開關(guān)超導(dǎo)線2的一端并列置于超導(dǎo)接頭5內(nèi)，上述超導(dǎo)接頭5內(nèi)填入未經(jīng)燒結(jié)的二硼化鎂粉，用超聲波震動將接頭內(nèi)的粉末震實，用激光焊接將超導(dǎo)接頭5封死；線圈超導(dǎo)線I的另一端與開關(guān)超導(dǎo)線2的另一端也做同樣處理，從而兩根超導(dǎo)線首尾連接形成閉合回路，可將上述開關(guān)超導(dǎo)線2中部多余部分收線為螺旋線圈4。這一步驟在充有干燥氮氣的手套箱內(nèi)操作完成。步驟三將閉環(huán)超導(dǎo)線圈置于真空爐內(nèi)進行燒結(jié)；其爐內(nèi)的燒結(jié)溫度為750°C，其爐內(nèi)的真空度為2. 0X10_2Pa，其燒結(jié)時間為4小時；二硼化鎂化學(xué)反應(yīng)完成，在39K溫度下線圈的接頭電阻小于10_14歐姆。步驟四上述閉環(huán)超導(dǎo)線圈緩慢冷卻后取出。本實施例制得的閉環(huán)超導(dǎo)線圈的連接結(jié)構(gòu)與實施方式一基本相同。
實施方式三本發(fā)明二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，其中，該方法有以下步驟步驟一將未經(jīng)燒結(jié)的二硼化鎂超導(dǎo)線I以螺線管線圈繞制法繞制于無磁金屬或者陶瓷制成的骨架3上，本實施例骨架3選用奧氏體不銹鋼制成，其直徑為I. 20M ；上述線圈超導(dǎo)線I選用銅制包套材料的。使用酸性溶液將線圈超導(dǎo)線I及開關(guān)超導(dǎo)線2的各自兩端5mm處的銅制包套溶解掉，使包套內(nèi)的芯部裸露出來；上述酸性溶液為硝酸、硫酸或者鹽酸，本實施例溶劑選用濃度為O. IMol/L的硫酸。將芯部外的包套溶解后，用純水快速清洗三遍，以去除反應(yīng)產(chǎn)物和多余酸液，而后用無水酒精噴淋露在外的芯部，再用吹風(fēng)機吹干；上述線圈超導(dǎo)線I及開關(guān)超導(dǎo)線2均做同樣的處理。步驟二 將按步驟一處理過的線圈超導(dǎo)線I的一端與開關(guān)超導(dǎo)線2的一端并列置于超導(dǎo)接頭5內(nèi)，上述超導(dǎo)接頭5內(nèi)填入未經(jīng)燒結(jié)的二硼化鎂粉，用超聲波震動將接頭內(nèi)的粉末震實，用激光焊接將超導(dǎo)接頭5封死；線圈超導(dǎo)線I的另一端與開關(guān)超導(dǎo)線2的另一端也做同樣處理，從而兩根超導(dǎo)線首尾連接形成閉合回路，可將上述開關(guān)超導(dǎo)線2中部多余部分收線為螺旋線圈4。這一步驟在充有干燥氮氣的手套箱內(nèi)操作完成。步驟三將閉環(huán)超導(dǎo)線圈置于充滿氬氣保護的爐內(nèi)進行燒結(jié)，氬氣流量為每分鐘20毫升；其爐內(nèi)的燒結(jié)溫度為760°C，其燒結(jié)時間為5. 5個小時；上述機械混合物中的硼粉與鎂粉在燒結(jié)過程中生成二硼化鎂化合物，在39K溫度下線圈的接頭電阻小于10_14歐姆。步驟四上述閉環(huán)超導(dǎo)線圈緩慢冷卻后取出。本實施例制得的閉環(huán)超導(dǎo)線圈的連接結(jié)構(gòu)與實施方式一基本相同。以上上述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種使用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，其特征在于該方法有以下步驟 步驟一將未經(jīng)燒結(jié)過的二硼化鎂超導(dǎo)線按照螺線管線圈的繞制方法繞制在線圈骨架上； 步驟二 將線圈超導(dǎo)線的兩端與開關(guān)超導(dǎo)線的兩端對應(yīng)分別放置于超導(dǎo)接頭內(nèi)，在所述超導(dǎo)接頭內(nèi)填入未經(jīng)燒結(jié)的二硼化鎂粉并振實，將超導(dǎo)接頭封口，所述線圈超導(dǎo)線與開關(guān)超導(dǎo)線首尾相連形成封閉回路的閉環(huán)超導(dǎo)線圈； 步驟三將所述閉環(huán)超導(dǎo)線圈置于真空爐或者充有保護氣體的爐內(nèi)燒結(jié)； 步驟四緩慢冷卻后取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，其特征在于所述線圈骨架由無磁性金屬或者陶瓷制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，其特征在于所述線圈超導(dǎo)線及開關(guān)超導(dǎo)線外部設(shè)有金屬包套，所述步驟二之前還包括使用酸性溶液將線圈超導(dǎo)線與開關(guān)超導(dǎo)線的兩端的包套腐蝕掉的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，其特征在于所述酸性溶液為硫酸、硝酸或者鹽酸溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的使用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，其特征在于所述燒結(jié)溫度為650 950°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的使用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，其特征在于所述真空爐燒結(jié)的真空度高于K^Pa。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的使用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，其特征在于所述燒結(jié)時間為O. 5 7. O小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法，其特征在于所述保護氣體為氬氣或者氮氣。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法制得的閉環(huán)超導(dǎo)線圈，其特征在于包括按照螺線管線圈的繞制方法繞制在線圈骨架上的線圈超導(dǎo)線，還包括開關(guān)超導(dǎo)線，所述線圈超導(dǎo)線與開關(guān)超導(dǎo)線的兩端對應(yīng)分別置于超導(dǎo)接頭內(nèi)，所述超導(dǎo)線與開關(guān)超導(dǎo)線兩端的芯部延伸出包套，所述超導(dǎo)接頭內(nèi)的填充物設(shè)有填充物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的閉環(huán)超導(dǎo)線圈，其特征在于所述超導(dǎo)接頭內(nèi)的填充物為二硼化鎂粉。
全文摘要
本發(fā)明系一種用二硼化鎂超導(dǎo)線制造閉環(huán)超導(dǎo)線圈的方法。該方法為步驟一將未經(jīng)燒結(jié)過的二硼化鎂超導(dǎo)線按照螺線管磁體的繞制方法繞制在線圈骨架上；步驟二將線圈超導(dǎo)線的兩端與開關(guān)超導(dǎo)線的兩端對應(yīng)分別放置于超導(dǎo)接頭內(nèi)，在超導(dǎo)接頭內(nèi)填入未經(jīng)燒結(jié)的二硼化鎂粉并振實，將超導(dǎo)接頭封口，所述線圈超導(dǎo)線與開關(guān)超導(dǎo)線首尾相連形成封閉回路的閉環(huán)超導(dǎo)線圈；步驟三將閉環(huán)超導(dǎo)線圈置于真空爐或者充有保護氣體的爐內(nèi)進行燒結(jié)；步驟四緩慢冷卻后取出；本發(fā)明還包括由上述方法制得的閉環(huán)超導(dǎo)線圈。閉環(huán)超導(dǎo)線圈可在20K左右溫度無電阻運行，僅需使用廉價的制冷機就可維持所需運行溫度，可省去使用價格昂貴的液氦，磁體的維護操作也大大簡化。
文檔編號H01F6/06GK102623167SQ20121009233
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者胡傾宇, 許建益, 鄭杰 申請人:寧波健信機械有限公司