專利名稱：在高磁場下使用的二硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種在高磁場下使用的ニ硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)體的基本特性之一是所謂的零電阻效應(yīng)，即當(dāng)超導(dǎo)體所處的環(huán)境溫度低于其臨界超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度吋，超導(dǎo)體就會失去電阻，此時在超導(dǎo)體內(nèi)的電流處于無能量損耗流動狀態(tài)。這種電流無損耗流動對電磁體科學(xué)和實際應(yīng)用有著非常重要的意義。用常規(guī)導(dǎo)體(例如銅或鋁)繞制的電磁體(以下簡稱磁體)不但體積龐大，運行時還要消耗大量的電能。也是由于能耗的原因，使得高磁場常導(dǎo)磁體成為不可能。與之相比，用超導(dǎo)體繞制的磁體體積很小，并且一次充電后可以數(shù)十年長期穩(wěn)定運行而不需要補充能量。隨著新型超導(dǎo)體的不斷發(fā)現(xiàn)和超導(dǎo)材料制造技術(shù)不斷取得進展，超導(dǎo)磁體正在得到越來越廣泛的實際應(yīng)用并成為必不可少的技術(shù)手段，例如正在廣泛應(yīng)用的磁共振成像，選礦，污水處理，晶體生長等技術(shù)都離不開超導(dǎo)磁體。一般來說，超導(dǎo)磁體是ー個超導(dǎo)線繞制的螺線管線圈，線圈的超導(dǎo)線首尾相連，形成一個閉合的超導(dǎo)回路，當(dāng)有超導(dǎo)電流在其中流動時叫做閉環(huán)運行。由于超導(dǎo)磁體整個超導(dǎo)回路沒有電阻，閉環(huán)運行時電流在磁體中流動幾十年也不會有明顯的衰減。這保證了磁場的常年穩(wěn)定運行以及節(jié)省大量電能。在超導(dǎo)磁體中，超導(dǎo)接頭是ー個非常重要的部分。在兩種情況下磁體需要用到超導(dǎo)接頭。一種是為了使超導(dǎo)線圈形成閉合回路，需要將導(dǎo)線首尾相連。在這種情況下，通常將控制超導(dǎo)線圈的熱開關(guān)超導(dǎo)線串聯(lián)進去，形成線圈超導(dǎo)線-熱開關(guān)超導(dǎo)線-線圈超導(dǎo)線的導(dǎo)線連接順序，這就需要制作兩個超導(dǎo)接頭。第二種情況是，在超導(dǎo)線圈的繞制過程中有時ー根超導(dǎo)線的長度不夠制作整個線圈，需要連接另外一根或數(shù)根超導(dǎo)線，這就需要制作多個超導(dǎo)接頭。超導(dǎo)接頭的制作質(zhì)量直接影響磁體的性能。一般來說，超導(dǎo)接頭處的載流能力低于超導(dǎo)線本身，這是因為兩根導(dǎo)線的晶粒連接時會形成所謂的弱連接，形成弱連接的接頭，在載流情況下，受外磁場的影響非常大，通常很小的磁場就可以使無阻電流大幅度下降。超導(dǎo)磁體在低溫下運行，為了最大限度地減少不必要的能量損耗，容納超導(dǎo)磁體的低溫容器通常都制作得很緊湊，因此超導(dǎo)接頭的放置位置沒有更多選擇，不得不放置在磁場中。這時，只有將磁場屏蔽掉，超導(dǎo)接頭才能正常工作。

實用新型內(nèi)容一、要解決的技術(shù)問題ニ硼化鎂(MgB2)是本世紀初實用新型的ー種新型超導(dǎo)材料，可以工作在絕對溫度4K到39K的溫度范圍內(nèi)，與常規(guī)超導(dǎo)材料相比，ニ硼化鎂超導(dǎo)體的工作溫度高，可以方便地使用傳導(dǎo)冷卻來提供工作環(huán)境，這可以免除使用液氦做制冷劑，有利于超導(dǎo)磁體在偏遠地區(qū)的應(yīng)用，例如磁共振成像設(shè)備在農(nóng)村的普及，是非常有希望的下一代實用超導(dǎo)材料。與常規(guī)超導(dǎo)材料相比，ニ硼化鎂的超導(dǎo)相干長度較短，更容易形成弱連接，所以磁屏蔽對ニ硼化鎂接頭尤為重要，直接關(guān)系到線圈是否可以工作。ニ硼化鎂超導(dǎo)線材的開發(fā)經(jīng)過十多年的努力已經(jīng)有了很大的進展，數(shù)公里長度的線材商業(yè)化已經(jīng)成功，其載流能力已經(jīng)接近常規(guī)低溫超導(dǎo)體的水平。目前ニ硼化鎂沒有獲得大規(guī)模應(yīng)用，很大的原因是超導(dǎo)接頭的載流能カ不過關(guān)。ニ、技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實用新型在高磁場下使用的ニ硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭，包括有超導(dǎo)屏蔽桶及與其配合使用的超導(dǎo)屏蔽桶蓋，上述超導(dǎo)屏蔽裝置內(nèi)設(shè)有超導(dǎo)接頭，其中，上述超導(dǎo)接頭連接了一根ニ硼化鎂超導(dǎo)線的兩端，上述超導(dǎo)屏蔽桶及超導(dǎo)屏蔽桶蓋由高溫超導(dǎo)塊材制成，上述高溫超導(dǎo)塊材采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長エ藝加工成型的ReBa2Cu307_s 疇材料，其 Re 為 Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 或者 Lu ;上述ニ硼化鎂超導(dǎo)線的運行溫度為4 30K。作為優(yōu)化，上述ニ硼化鎂超導(dǎo)線在4 30K溫度區(qū)間運行的電阻小于10_n歐姆。上述高溫超導(dǎo)塊材是一族稀土 -鋇-銅氧化物ReBa2Cu3CVs (Re代表稀土元素鑭(La)，釹(Nd)，釤(Sm)，銪(Eu)，釓(Gd)，鏑(Dy)，欽(Ho)，鉺(Er)，銩(Tm)，鐿(Yb)，镥(Lu)，釔(Y))，用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長エ藝將其制備成單疇或幾個疇的塊材。頂部籽晶熔融織構(gòu)法制備高溫超導(dǎo)塊材的エ藝過程如下，以YBa2Cu307_s為例先用普通陶瓷燒結(jié)法制備出塊狀超導(dǎo)體YBa2Cu307_s，再在樣品頂部放置一粒或幾粒籽晶(如氧化鎂)，將樣品加熱到包晶反應(yīng)溫度1010° C以上，使高溫超導(dǎo)塊材發(fā)生反應(yīng)YBa2Cu3O6 5 — Y2BaCuO5+ (固相)+ 液相YBa2Cu3O6.5相完全分解后，使其在有梯度的溫度場中緩慢冷卻，這時固態(tài)的Y2BaCuO5粒子與富Ba-Cu-O液相發(fā)生包晶反應(yīng)，重新生成織構(gòu)的YBa2Cu3O6.5相Y2BaCuO5 (固相)+液相一YBa2Cu3O6 5YBa2Cu3O6.5是半導(dǎo)體性質(zhì)的四方相，需要在450° C左右進行加熱吸氧處理，才能最后轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)的正交相YBa2Cu307_s。三、本實用新型的有益效果ニ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ー個很大的問題。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)，ニ硼化鎂比氧化物高溫超導(dǎo)材料要容易得多。第三，ニ硼化鎂超導(dǎo)體的電流衰減速率要比氧化物高溫超導(dǎo)材料小得多，因此適合在閉路恒流模式下使用。第四，ニ硼化鎂造價低廉，預(yù)計承載1000安培的超導(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。ニ硼化鎂超導(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。

[0019]圖1是本實用新型帶有超導(dǎo)屏蔽桶的超導(dǎo)接頭的立體剖視圖；圖2是本實用新型安裝在超導(dǎo)屏蔽桶內(nèi)的超導(dǎo)接頭的剖面圖。圖中，I為超導(dǎo)屏蔽桶，2為超導(dǎo)屏蔽桶蓋，3為超導(dǎo)接頭，4為ニ硼化鎂超導(dǎo)線，5為超導(dǎo)壓塊，6為塞子。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型在高磁場下使用的ニ硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭3作進ー步說明實施方式一如圖1所示，本實用新型一種在高磁場下使用的ニ硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭3，包括有超導(dǎo)屏蔽桶I及與其配合插接的超導(dǎo)屏蔽桶蓋2，上述超導(dǎo)屏蔽桶I內(nèi)設(shè)有超導(dǎo)接頭3，其中，上述超導(dǎo)接頭3連接了一根ニ硼化鎂超導(dǎo)線4的兩端，上述超導(dǎo)屏蔽桶I及超導(dǎo)屏蔽桶蓋2由高溫超導(dǎo)塊材制成，上述高溫超導(dǎo)塊材采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長エ藝加工成型為 ReBa2Cu307_s 疇材料，其 Re 為 Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或者Lu ;上述ニ硼化鎂超導(dǎo)線4的運行溫度為4 30K。上述疇的數(shù)量可以是ー個，也可以是幾個(即，少于十個)。本實施例Re為Y，其化學(xué)式為YBa2Cu307_s，其疇的數(shù)量為ー個。使用YBa2Cu307_s塊材制作超導(dǎo)屏蔽桶1，其外部形狀為圓柱形。按照超導(dǎo)接頭3的具體尺寸，采用機械加工的方法，在超導(dǎo)屏蔽桶I上加工出一個用于容納超導(dǎo)接頭3的空腔，在超導(dǎo)屏蔽桶I的端部插接ー超導(dǎo)屏蔽桶蓋2。上述超導(dǎo)接頭3包括一個柱形中空銅或不銹鋼制成的外売，上述ニ硼化鎂超導(dǎo)線4的兩端穿過外殼的一端面，伸入到外殼內(nèi)，在外殼的一端面開有通孔，外殼內(nèi)部填充有MgB2粉末，塞子6將外殼封閉，而伸入到外殼內(nèi)的ニ硼化鎂超導(dǎo)線4的端頭已去除外部的金屬包套層，使ニ硼化鎂超導(dǎo)線4的芯子與粉末MgB2緊密接觸，使形成超導(dǎo)通路。在超導(dǎo)接頭3的一端設(shè)有ー個與超導(dǎo)屏蔽桶一祥材料的超導(dǎo)壓塊，并通過超導(dǎo)屏蔽桶蓋2壓緊。同時，超導(dǎo)接頭3和屏蔽套桶之間的縫隙用鉍鉛錫鎘焊料填充，用以固定超導(dǎo)接頭3，使超導(dǎo)結(jié)構(gòu)在空腔內(nèi)不會產(chǎn)生晃動。經(jīng)檢測，超導(dǎo)屏蔽桶I在絕對溫度4IT30K之間運行，在該溫區(qū)，被屏蔽的磁場大于5特斯拉，超導(dǎo)屏蔽桶I內(nèi)漏磁為2. 0毫特，運行電阻為10_n歐姆。實施方式ニ本實施例與實施方式一基本相同，所不同的是本實施例ReBa2Cu3O7^5具體為GdBa2Cu307_s，其疇的數(shù)量為四個。經(jīng)檢測，超導(dǎo)屏蔽桶I在絕對溫度4IT30K之間運行，在該溫區(qū)被屏蔽的磁場大于5特斯拉，超導(dǎo)屏蔽桶I內(nèi)漏磁為1. 0毫特，運行電阻為10_12歐姆。實施方式三本實施例與實施方式ニ基本相同，所不同的是本實施例ReBa2Cu3O7^5具體為NbBa2Cu307_s，其疇的數(shù)量為四個。經(jīng)檢測，超導(dǎo)屏蔽桶I在絕對溫度4IT30K之間運行，在該溫區(qū)被屏蔽的磁場大于5特斯拉，超導(dǎo)屏蔽桶I內(nèi)漏磁為1. 5毫特，運行電阻為10_12歐姆。實施方式四本實施例與實施方式ニ基本相同，所不同的是本實施例ReBa2Cu3O7^5具體為HoBa2Cu307_s，其疇的數(shù)量為四個。經(jīng)檢測，超導(dǎo)屏蔽桶I在絕對溫度4IT30K之間運行，在該溫區(qū)被屏蔽的磁場大于5特斯拉， 超導(dǎo)屏蔽桶I內(nèi)漏磁為1. 5毫特，運行電阻為10_12歐姆。[0029]以上所述僅是本實用新型的優(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，在不脫離本實用新型技術(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)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種在高磁場下使用的二硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭，包括超導(dǎo)屏蔽桶及與其配合插接的超導(dǎo)屏蔽桶蓋，所述超導(dǎo)屏蔽桶內(nèi)設(shè)有超導(dǎo)接頭，其特征在于所述超導(dǎo)接頭連接一根二硼化鎂超導(dǎo)線的兩端，上述超導(dǎo)接頭包括一個柱形中空銅或不銹鋼制成的外殼，上述二硼化鎂超導(dǎo)線的兩端穿過外殼的一端面，伸入到外殼內(nèi)，在外殼的一端面開有通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在高磁場下使用的二硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭，其特征在于超導(dǎo)接頭和屏蔽套桶之間的縫隙用鉍鉛錫鎘焊料填充。
專利摘要本實用新型涉及一種在高磁場下使用的二硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭。超導(dǎo)接頭處的載流能力通常低于超導(dǎo)線本身，這是因為兩根導(dǎo)線的晶粒連接時會形成弱連接，在載流情況下，受外磁場的影響非常大，通常很小的磁場就可以使無阻電流大幅度下降。本實用新型是在高磁場下使用的二硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭，包括超導(dǎo)屏蔽桶及與其配合插接的超導(dǎo)屏蔽桶蓋，所述超導(dǎo)屏蔽桶內(nèi)設(shè)有超導(dǎo)接頭，其中，所述超導(dǎo)接頭連接一根二硼化鎂超導(dǎo)線的兩端，所述超導(dǎo)屏蔽桶及超導(dǎo)屏蔽桶蓋由高溫超導(dǎo)塊材制成，所述高溫超導(dǎo)塊材系采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長工藝加工成型的ReBa2Cu3O7-δ疇材料，Re代表Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或者Lu；所述二硼化鎂超導(dǎo)線的運行溫度為4~30K。
文檔編號H01L39/12GK202871445SQ20122045998
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者胡傾宇, 鄭杰, 許建益 申請人:寧波健信機械有限公司