用于磁共振超導磁體的超導接頭及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于磁共振超導磁體的超導接頭及其制造方法，所述超導接頭包括多根超導線，所述超導線的末端包含有多根超導細絲，所述超導線的超導細絲對應接觸相連，其中，所述對應接觸相連的每對超導細絲外包裹有FeSe超導材料。本發(fā)明提供的用于磁共振超導磁體的超導接頭及其制造方法，通過FeSe超導材料固化超導細線,在高溫下FeSe融化并與超導細絲緊密結合在一起，替代了伍德合金或者PbBi合金材料，在液氦溫度下FeSe和超導細絲都進入超導態(tài)并保持超導連接，從而能夠在高磁場下穩(wěn)定工作，且具有較低的電阻。
【專利說明】用于磁共振超導磁體的超導接頭及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超導接頭及其制造方法，尤其涉及一種用于磁共振超導磁體的超導接頭及其制造方法。
【背景技術】
[0002]超導接頭的低電阻性是超導磁體系統(tǒng)的重要參數，尤其是對MRI中超導磁體是實現高穩(wěn)定性，低衰減的保證。目前用于MRI的超導磁體內超導接頭主要是把超導線材內部的超導絲通過酸蝕并清洗后編制在一起，用伍德合金或者PbBi合金灌封在金屬杯中，形成灌封接頭，或者在伍德合金或者鉛鉍合金中配置其它焊料如錫等金屬合金灌封超導接頭，如專利號CN1015935所使用的就是該方法，這種超導接頭的工藝相對成熟，在背景磁場較低的環(huán)境下可以使用。但是如果超導接頭所處的背景磁場很高時，該種超導接頭的超導電性不穩(wěn)定，其臨界傳輸電流將降低甚至失去超導電性。因此，有必要提供一種更為可靠能在高背景場下低電阻的超導接頭及其制造方法。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用于磁共振超導磁體的超導接頭及其制造方法，該超導接頭可用于高背景磁場下工作，且具有較低的電阻。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術問題而采用的技術方案是提供一種用于磁共振超導磁體的超導接頭，包括多根超導線，所述每根超導線的末端包含有多根超導細絲，所述超導線的超導細絲對應接觸相連，其中，所述對應接觸相連的每對超導細絲外包裹有FeSe超導材料。
[0005]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭，其中，所述超導細絲對應擰絞相連，所述對應擰絞相連的每對超導細絲外包裹有FeSe超導材料。
[0006]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭，其中，所述包裹有FeSe超導材料的全部超導細絲外還設置有惰性金屬殼。
[0007]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭，其中，所述對應接觸相連的每對超導細絲外包裹有惰性金屬細管，全部所述惰性金屬細管外還包裹有惰性金屬粗管，所述惰性金屬細管內及與所述惰性金屬粗管之間填充有FeSe超導材料。
[0008]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭，其中，所述惰性金屬為鈮或鉭。
[0009]本發(fā)明為解決上述技術問題還提供一種用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，包括如下步驟:a)暴露超導線末端的超導細絲；b)將所述超導線的超導細絲對應接觸相連；c)所述對應接觸相連的超導細絲外圍填充FeSe粉末；d)壓制固化后退火，使所述超導細絲與所述FeSe粉末結合在一起。
[0010]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其中，所述步驟a)中包括如下步驟:al)用稀硝酸腐蝕所述超導線末端，除去所述超導線表面的銅，形成多根超導細絲；a2)用氫氟酸清洗除去腐蝕好的所述超導細絲表面的氧化層；a3)用去離子水清洗已除去氧化層的所述超導細絲后自然干燥。
[0011]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其中，所述步驟b)包括如下步驟:將包含有所述超導細絲的超導線末端分別從惰性金屬模具兩側槽口放置入空腔內對所述超導細絲進行擰絞，使所述超導細絲充分接觸在一起。
[0012]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其中，所述步驟c)包括如下步驟:cl)在充滿惰性氣體的手套箱內將Fe粉、Se粉按照摩爾比1:0.82-1:0.88混合并研磨均勻得到FeSe粉末；c2)將所述FeSe粉末倒入所述惰性金屬模具空腔內，完全填充全部所述對應擰絞的超導細絲，并留有一定厚度。
[0013]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其中，所述步驟d)包括如下步驟:所述惰性金屬模具內填滿所述FeSe粉末后，用液壓機對所述惰性金屬模具施加10?20MPa的壓力使FeSe粉末壓制成固塊；將所述固塊連同惰性金屬模具一起放入氬氣流保護的高溫爐內退火。
[0014]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其中，所述退火步驟如下:在氬氣流中，壓制固化后的所述超導接頭由室溫緩慢升到700°C -900°C并保持12-24小時后自然冷卻至室溫。
[0015]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其中，所述超導細絲為NbTi或者Nb3Sn超導細絲。
[0016]本發(fā)明為解決上述技術問題還提供另一種用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，包括如下步驟:a)暴露超導線的超導細絲；b)將所述超導線的超導細絲對應放置入盛有FeSe粉末的惰性金屬細管中，所述FeSe粉末是由在充滿惰性氣體的手套箱內將Fe粉、Se粉按照摩爾比I ;0.82-1:0.88混合并研磨均勻得到；c)將全部所述惰性金屬細管用惰性金屬粗管包裹，并在所述惰性金屬粗管與全部所述惰性金屬細管之間填滿FeSe粉末；
d)在氬氣流中退火處理，使所述超導細絲與所述FeSe粉末充分結合在一起。
[0017]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其中，所述步驟a)中包括如下步驟:al)用稀硝酸腐蝕所述超導線兩端，除去所述超導線表面的銅，形成多根超導細絲；a2)用氫氟酸清洗除去腐蝕好的所述超導細絲表面的氧化層；a3)用去離子水清洗已除去氧化層的所述超導細絲后自然干燥。
[0018]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其中，所述在所述d)步驟之前，對所述超導接頭進行壓制固化。
[0019]上述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其中，所述退火步驟如下:在氬氣流中，所述超導接頭由室溫緩慢升到700°C _900°C保持12-24小時后自然冷卻到室溫。
[0020]本發(fā)明對比現有技術有如下的有益效果:本發(fā)明提供的用于磁共振超導磁體的超導接頭及其制造方法，通過FeSe超導材料固化超導細線，在高溫下FeSe融化并與超導細絲緊密結合成一體，替代了伍德合金或者PbBi合金材料，FeSe超導材料臨界磁場較高，臨界電流密度較大，本發(fā)明方法制備的超導接頭可以在高磁場下實現大電流的傳輸；另外，在9特斯拉的背景場下，FeSe材料的超導轉變溫度為6K，可見在液氦溫度(4.2K)下，本發(fā)明提供的超導接頭可以適合9特斯拉及以上的環(huán)境，因此，在液氦溫度下FeSe和超導細絲都進入超導態(tài)并保持超導連接，從而能夠在高磁場下穩(wěn)定工作，且具有較低的電阻，超導接頭在液氦溫度下的電流很小，滿足磁共振磁體閉環(huán)要求，衰減很小。同時，由于超導接頭外面包裹有惰性金屬外殼，特別是包裹有惰性金屬細管與粗管的超導接頭，其對外部的噪聲磁場、電流等有很好的抗干擾性，具備非常好的屏蔽效果，能夠在高背景磁場下穩(wěn)定地工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明一個實施例中用于磁共振超導磁體超導接頭的橫剖面示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造流程示意圖；
[0023]圖3為腐蝕后的NbTi/Cu或者Nb3Sn/Cu超導細線結構示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明中的用于擰絞超導細絲的金屬模具結構示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明的NbTi/Cu或者Nb3Sn/Cu超導細線絞纏連接示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明中填加FeSe粉末以及壓制超導接頭的示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明另一實施例中用于磁共振超導磁體超導接頭的結構示意圖；
[0028]圖8為圖7中沿A-A’的縱剖面示意圖。
[0029]圖中:
[0030]I第一超導線 2第二超導線 3超導細絲
[0031]4超導材料5FeSe粉末6惰性金屬外殼
[0032]7金屬模具8惰性金屬細管 9惰性金屬粗管
[0033]10第一進線槽11第二進線槽
[0034]12腔室13金屬蓋14超導芯
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0036]一種用于磁共振超導磁體的超導接頭，包括多根超導線且每根超導線的末端包含有多根超導細絲，超導線的超導細絲對應接觸相連且每對超導細絲外包裹有FeSe超導材料。為了便于描述超導接頭的結構，以下實施例中均采用由兩根超導線連接而成的超導接頭予以說明，但是超導接頭不限于以下實例中的一根超導線與另一根超導線連接的超導接頭，還可以是一根超導線與多根超導線連接的超導接頭，也可以多根超導線對多根超導線連接的超導接頭。
[0037]實施例1:
[0038]如圖1所示，在本實施例中，用于磁共振超導磁體的超導接頭，包括第一超導線I與第二超導線2，兩根超導線的末端包含有多根超導細絲3，超導細絲3用于超導接頭的連接引線，超導線連接時，超導細絲3對應接觸相連，優(yōu)選的，在本實施例中，超導細絲3對應擰絞相連，其外面包裹有FeSe超導材料4，所述FeSe超導材料4是由FeSe粉末5通過壓制固化退火工藝而得到，并且經過壓制固化退火工藝后使得FeSe超導材料4與超導細絲3緊密結合在一起。FeSe超導材料4外還有惰性金屬外殼6,惰性金屬外殼6即為用于壓制固化FeSe粉末的惰性金屬模具7，經過壓制退火工藝之后，成為超導接頭的一部分。在本實施例中，用于制成惰性金屬外殼6或金屬模具7的惰性金屬可以為鈮或鉭。
[0039]請參照圖2，本實施例提供的用于磁共振超導磁體超導接頭的制造方法包括:剝絲、對應接觸相連、填充FeSe粉末和壓制退火四個主要步驟，具體如下:
[0040]步驟SlOl:暴露超導線末端的超導細絲；利用稀硝酸腐蝕需要超導連接的超導線兩端，如圖3所示第一超導線I和第二超導線2，除去超導線上的銅，露出超導細絲3，即形成多根NbTi或者Nb3Sn超導絲，腐蝕長度4-8厘米；然后將腐蝕好的NbTi或者Nb3Sn超導細絲在氫氟酸內清洗，去除超導絲表面的氧化層后用去離子水清洗后自然干燥。
[0041]步驟S102:將超導線的超導細絲接觸相連；暴露出超導細絲的第一超導線I和第二超導線2分別從金屬模具7的兩端進線槽口塞入空腔內，如圖4所示，金屬模具7具有第一進線槽10、第二進線槽11、模具腔室12以及金屬蓋13，金屬模具7優(yōu)選由惰性金屬加工而成，例如鈮或者鉭。第一超導線I通過第一進線槽10進入模具腔室12內，第二超導線2通過第二進線槽11進入到模具腔室12內，在本實施例中，把進入到模具腔室12內的超導細絲3進行擰絞在一起，使擰絞在一起的超導細絲3充分接觸在一起，如圖5所示。
[0042]步驟S103:擰絞在一起的每對超導細絲外圍填充FeSe粉末5 ;在充滿惰性氣體的手套箱內將Fe粉(99.99%)和Se粉(99.99%)按照摩爾比8 =1:0.82-1:0.88的范圍混合并研磨均勻得到FeSe粉末5，如圖7所示，將研磨好的FeSe粉末5倒入金屬模具7的腔室12內，使FeSe粉末5完全覆蓋糾纏在一起的全部超導細絲3，并留有一定厚度。當金屬模具7內的FeSe粉末5填滿后，蓋上金屬頂蓋13，用液壓機對金屬模具7施加IOM?20MPa的壓力使FeSe粉末5壓制成固塊，使NbTi或者Nb3Sn超導細絲3與FeSe粉末5間的微型間隙進一步減小，并結合在一起。
[0043]步驟S104:最后將壓制成型的超導接頭放入氬氣流保護的高溫爐內退火。具體操作步驟如下:在氬氣流中，將壓制成型的超導接頭樣品由室溫緩慢升到700°C -900°C保持12-24小時后自然冷卻的室溫。退火之后，每對超導細絲3和FeSe材料結合在一起，NbTi或者Nb3Sn細絲之間的連接得到大大提高，能夠在較高的背景磁場下傳輸大電流。FeSe材料具有較高的上臨界場，較高的臨界電流密度。在9特斯拉的背景場下，FeSe材料超導轉變溫度為6K，可見在液氦溫度(4.2K)下，該超導接頭可以適合9特斯拉及以上的環(huán)境。
[0044]實施例2:
[0045]如圖7所示，在本實施例中，用于磁共振超導磁體的超導接頭，包括第一超導線I與第二超導線2，兩根超導線的末端包含有多根超導細絲3，超導細絲3用于超導接頭的連接引線，超導線連接時，超導細絲3對應接觸相連，所述對應接觸相連的每對超導細絲外可以包裹有惰性金屬細管8 (圖7中僅對其中一個惰性金屬細管進行剖面示意)，全部的惰性金屬細管8外還可以包裹有惰性金屬粗管9，惰性金屬細管8內及與惰性金屬粗管9之間填充有FeSe超導材料4。在本實施例中，露在外面的部分超導細絲3可用惰性金屬粗管9包裹住，并且在里面填充滿FeSe材料4，所述FeSe超導材料4是由FeSe粉末5通過退火工藝而得到，并且經過退火工藝后使得FeSe超導材料4與超導細絲3、惰性金屬細管8以及全部惰性金屬細管8與惰性金屬粗管9緊密結合在一起。在本實施例中，用于制成惰性金屬細管8或惰性金屬粗管9的惰性金屬可以為鈮或鉭。在本實施例中，在進行退火工藝之前，也可以對超導接頭先進行壓制固化。
[0046]為了更好地固定每對超導細絲并進一步使得超導接頭具有更好的屏蔽功能，本實施例中把第一超導線I和第二超導線2酸蝕之后的部分超導細絲3對應分別直接從兩端伸入盛有FeSe粉末5的惰性金屬細管8中，從兩端放入惰性金屬細管8中的超導細絲的數量可以是相同的，也可以是不相等的，優(yōu)選的，將相同數量的細絲放入惰性金屬細管8中。重復上述步驟，使得全部超導細絲都放入惰性金屬細管8中；最后把全部的惰性金屬細管8用惰性金屬粗管9包裹，并在惰性金屬粗管9和若干惰性金屬細管8之間填滿FeSe粉末5，再在氬氣流中退火固化處理，使得惰性金屬細管8內及惰性金屬細管8和惰性金屬粗管9之間形成FeSe超導材料4，超導細絲3和FeSe材料4結合在一起形成了超導芯14，如圖8所
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[0047]超導細絲3的連接方法不止限于圖中所示方式，可以是超導線在同一端，超導細絲在另一端連接，在此不再贅述。
[0048]綜上所述，本發(fā)明采用FeSe超導材料固化NbTi/Cu或者Nb3Sn/Cu多絲超導線，在經過固化退火處理后的FeSe超導材料與超導細絲10緊密結合在一起形成一個整體，替代了伍德合金或者PbBi合金材料，在液氦溫度下FeSe和NbTi或者Nb3Sn超導細絲三者都進入超導態(tài)并保持超導連接，從而能夠在高磁場下穩(wěn)定工作。FeSe超導材料臨界磁場較高，臨界電流密度較大，用該工藝制備的超導接頭可以在高磁場下實現大電流的傳輸；超導接頭在液氦溫度下的電流很小，滿足磁共振磁體閉環(huán)要求，衰減很小。同時，由于超導接頭外面包裹有惰性金屬外殼，特別是包裹有惰性金屬細管與粗管的超導接頭，其對外部的噪聲磁場、電流等有很好的抗干擾性，具備非常好的屏蔽效果，能夠在高背景磁場下穩(wěn)定地工作。
[0049]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。
【權利要求】
1.一種用于磁共振超導磁體的超導接頭，包括多根超導線，所述每根超導線的末端包含有多根超導細絲，所述超導線的超導細絲對應接觸相連，其特征在于，所述對應接觸相連的每對超導細絲外包裹有FeSe超導材料。
2.如權利要求1所述用于磁共振超導磁體的超導接頭，其特征在于，所述超導細絲對應擰絞相連，所述對應擰絞相連的每對超導細絲外包裹有FeSe超導材料。
3.如權利要求2所述的用于磁共振的超導磁體的超導接頭，其特征在于，所述包裹有FeSe超導材料的全部超導細絲外還設置有惰性金屬殼。
4.如權利要求1所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭，其特征在于，所述對應接觸相連的每對超導細絲外包裹有惰性金屬細管，全部所述惰性金屬細管外還包裹有惰性金屬粗管，所述惰性金屬細管內及與所述惰性金屬粗管之間填充有FeSe超導材料。
5.如權利要求3或4所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭，其特征在于，所述惰性金屬為鈮或鉭。
6.一種如權利要求1所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: a)暴露超導線末端的超導細絲； b)將所述超導線的超導細絲對應接觸相連； c)所述對應接觸相連的超導細絲外圍填充FeSe粉末； d)壓制固化后退火，使所述超導細絲與所述FeSe粉末結合在一起。
7.如權利要求6所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，所述步驟a)中包括如下步驟: al)用稀硝酸腐蝕所述超導線末端，除去所述超導線表面的銅，形成多根超導細絲； a2)用氫氟酸清洗除去腐蝕好的所述超導細絲表面的氧化層； a3)用去離子水清洗已除去氧化層的所述超導細絲后自然干燥。
8.如權利要求6所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，所述步驟b)包括如下步驟: 將包含有所述超導細絲的超導線末端分別從惰性金屬模具兩側槽口放置入空腔內對所述超導細絲進行擰絞，使所述超導細絲充分接觸在一起。
9.如權利要求8所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，所述步驟c)包括如下步驟: Cl)在充滿惰性氣體的手套箱內將Fe粉、Se粉按照摩爾比1:0.82-1:0.88混合并研磨均勻得到FeSe粉末； c2)將所述FeSe粉末倒入所述惰性金屬模具空腔內，完全填充全部所述對應擰絞的超導細絲，并留有一定厚度。
10.如權利要求9所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，所述步驟d)包括如下步驟: 所述惰性金屬模具內填滿所述FeSe粉末后，用液壓機對所述惰性金屬模具施加10~20MPa的壓力使FeSe粉末壓制成固塊； 將所述固塊連同惰性金屬模具一起放入氬氣流保護的高溫爐內退火。
11.如權利要求10所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，所述退火步驟如下:在氬氣流中，壓制固化后的所述超導接頭由室溫緩慢升到7000C _900°C并保持12-24小時后自然冷卻至室溫。
12.如權利要求6~11任一項所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，所述超導細絲為NbTi或者Nb3Sn超導細絲。
13.一種用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: a)暴露超導線末端的超導細絲； b)將所述超導線的超導細絲對應放置入盛有FeSe粉末的惰性金屬細管中，所述FeSe粉末是由在充滿惰性氣體的手套箱內將Fe粉、Se粉按照摩爾比1:0.82-1:0.88混合并研磨均勻得到； c)將全部所述惰性金屬細管用惰性金屬粗管包裹，并在所述惰性金屬粗管與全部所述惰性金屬細管之間填滿FeSe粉末； d)在氬氣流中退火處理，使所述超導細絲與所述FeSe粉末充分結合在一起。
14.如權利要求13所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，所述步驟a)中包括如下步驟: al)用稀硝酸腐蝕所述超導線末端，除去所述超導線表面的銅，形成多根超導細絲； a2)用氫氟酸清洗除去腐蝕好的所述超導細絲表面的氧化層； a3)用去離子水清洗已除去`氧化層的所述超導細絲后自然干燥。
15.如權利要求13所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，在所述d)步驟之前，對所述超導接頭進行壓制固化。
16.如權利要求13所述的用于磁共振超導磁體的超導接頭的制造方法，其特征在于，所述退火步驟如下:在氬氣流中，所述超導接頭由室溫緩慢升到700°C -900°C保持12-24小時后自然冷卻到室溫。
【文檔編號】H01L39/24GK103680800SQ201210333022
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月10日 優(yōu)先權日:2012年9月10日
【發(fā)明者】王相得 申請人:上海聯影醫(yī)療科技有限公司