在二硼化鎂導(dǎo)體之間形成接頭的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在超導(dǎo)導(dǎo)線的MgB2細(xì)絲間形成接頭的方法，該方法包括以下步驟：從待連接的導(dǎo)線中暴露出MgB2細(xì)絲；將MgB2細(xì)絲暴露在熔爐內(nèi)的鎂粉和硼粉的混合物之中；以及在超過(guò)或約540℃的溫度將MgB2細(xì)絲與鎂和硼的粉末壓制在一起。在熔爐內(nèi)提供鈦并且鈦優(yōu)先捕獲熔爐內(nèi)存在的氧氣。
【專利說(shuō)明】在二硼化鎂導(dǎo)體之間形成接頭的方法
[0001]二硼化鎂(MgB2)用作例如作為導(dǎo)線中細(xì)絲的超導(dǎo)體，該導(dǎo)線用來(lái)制造用于如MRI系統(tǒng)的成像系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體。必須低溫冷卻所述導(dǎo)線以便使其變成超導(dǎo)的。
[0002]已發(fā)現(xiàn)的是，難以在MgB2細(xì)絲間制造合適的接頭。該接頭要么即使處于運(yùn)行溫度下也不能變成超導(dǎo)的，要么處于不合格的低背景磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)或當(dāng)流過(guò)超出不合格的低閾值的電流時(shí)，變?yōu)殡娮栊缘?resistive)(被稱為“驟冷(quenching) ”)。
[0003]用于形成MgB2接頭的典型的已知方法包括:從待連接的導(dǎo)線中暴露出MgB2細(xì)絲，將它們壓制在一起，以及在超過(guò)或約540°C的溫度、真空下將其暴露在熔爐內(nèi)模具中的鎂粉和硼粉中以除氣?；旌喜褐扑龇勰┮宰畲蠡玫降腗gB2接頭的密度。例如，可用2?30噸的重量來(lái)壓實(shí)該粉末。壓實(shí)的目的是防止所得到的接頭變成多孔的，多孔會(huì)降低該接頭的有效性。選擇稍低于鎂或硼熔點(diǎn)的溫度，以使該粉末實(shí)際上不會(huì)熔化，但可被有效地壓實(shí)。高溫確保生成MgB2的反應(yīng)以合理的速率進(jìn)行。
[0004]這種方法使得MgB2沉積在細(xì)絲上，從而提供從一根導(dǎo)線的細(xì)絲至另一根導(dǎo)線的細(xì)絲的含MgB2的接頭。在可替代的方法中，在熱處理步驟期間可保持壓力，或者在熱處理步驟之前，一旦粉末已經(jīng)被壓實(shí)就可釋放壓力。
[0005]在這樣的制備方法中，所述粉末通常由直徑約25 μ m的顆粒組成。在熱處理步驟期間，Mg和B —起反應(yīng)從而在Mg顆粒的表面形成約2?5 μ m厚的MgB2層。在經(jīng)接合導(dǎo)線的MgB2細(xì)絲之間的超導(dǎo)性通過(guò)這些MgB2表面層來(lái)實(shí)現(xiàn)。壓實(shí)步驟是必需的以確保顆粒處于緊密接觸，旨在提供有效的傳導(dǎo)路徑。在Mg或B熔點(diǎn)以下的溫度但在使生成MgB2的反應(yīng)以合理的速率進(jìn)行的足夠高的溫度下實(shí)施所述熱處理。
[0006]在典型的MgB2超導(dǎo)導(dǎo)線中，設(shè)置有數(shù)根MgB2芯，每根芯都被包覆在例如鐵、或鈮、或MONEL(RTM)合金層的保護(hù)層中。然后將經(jīng)包覆的芯封裝在外側(cè)的銅中以提供機(jī)械強(qiáng)度和在驟冷的情形下MgB2芯中可替代的電通路。護(hù)套是必要的以防止MgB2芯與外側(cè)的銅反應(yīng)和在導(dǎo)線的制造過(guò)程中增加芯的機(jī)械強(qiáng)度。已知MgB2是脆性的，并如果MgB2被過(guò)度彎曲就會(huì)碎裂。
[0007]常規(guī)的接合方法已經(jīng)包括從芯中剝離保護(hù)層。然后，如上所述的，將暴露后的芯放置在含鎂和硼的粉末的模具中用于接頭。任選地，不剝離保護(hù)層，而是以較小的角度(例如2°?5。)切割或刮削細(xì)絲以在相對(duì)大的表面區(qū)域內(nèi)暴露出芯，其中每根細(xì)絲都包含MgB2芯和保護(hù)層。在實(shí)施例中，在約40mm的長(zhǎng)度范圍暴露出芯。然后，將這些細(xì)絲放置在如上所述的含鎂和硼的粉末的模具中。
[0008]盡管理論上誘人,但這種MgB2持久性(persistent)接頭已經(jīng)被證明是非常難以實(shí)現(xiàn)的。限制因素之一在于在接頭的沉積MgB2中所發(fā)現(xiàn)的一定量氧化鎂。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)受氧化鎂污染的接頭是非持久性的，也就是說(shuō)，即使背景磁場(chǎng)為0T，也不是超導(dǎo)性的。
[0009]據(jù)認(rèn)為，從來(lái)自應(yīng)用于該方法的鎂粉中存在的氧化鎂和也可能來(lái)自熔爐本身結(jié)構(gòu)脫去的氧氣進(jìn)入真空熔爐。氧化鎂MgO分解成鎂和氧氣的溫度遠(yuǎn)低于根據(jù)本文所述的方法通常用來(lái)形成MgB2的溫度。
[0010]接合MgB2導(dǎo)線的常規(guī)方法包括以下步驟:[0011]-暴露待連接的每根導(dǎo)線中的至少一根MgB2細(xì)絲；
[0012]-將暴露后的MgB2細(xì)絲放置于模具中；
[0013]-將鎂和硼的粉末加入模具中；
[0014]-機(jī)械壓制模具中的粉末；以及
[0015]-熱處理所述細(xì)絲和粉末以制造在已接合導(dǎo)線的細(xì)絲之間延伸的MgB2接頭。
[0016]本發(fā)明涉及上述最后步驟。在熱處理步驟的過(guò)程中，熔爐內(nèi)的任何游離氧氣都可能和鎂粉反應(yīng)生成MgO或復(fù)合的鎂-硼-氧化物(complex magnesium-boron-oxid)。
[0017]相應(yīng)地，本發(fā)明涉及一種用于制造MgB2導(dǎo)體間的超導(dǎo)接頭的方法，如附加權(quán)利要求中所定義的。
[0018]本發(fā)明提供一種用于在MgB2導(dǎo)體之間形成接頭的方法，其中在形成接頭的同時(shí)從熔爐內(nèi)的氛圍中有效地除去氧氣，如附加的權(quán)利要求中所定義的。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的方法，在形成接頭的同時(shí)，在熔爐內(nèi)提供鈦，優(yōu)選料粒(pellet)形式的鈦。鈦充當(dāng)氧氣的吸氣劑(getter),并且可能存在于熔爐中的任何氧氣會(huì)優(yōu)先被鈦捕獲從而變成氧化鈦，而不會(huì)與鎂反應(yīng)。將鈦放置于緊鄰接頭模具處，從而從接頭中快速且有效地除去氧氣。鈦對(duì)游離氧氣的捕獲避免了氧化鎂對(duì)接頭的任何污染，從而形成了對(duì)背景磁場(chǎng)強(qiáng)度和電流密度的相當(dāng)耐受的持久性MgB2接頭。
[0020]該方法的其余階段未有改變。本發(fā)明的方法可應(yīng)用于在接合過(guò)程期間保持機(jī)械壓力的裝置中，或者應(yīng)用于在接合期間中釋放機(jī)械壓力的裝置中。
[0021]可通過(guò)真空泵對(duì)熔爐抽空(evacuate),優(yōu)選抽空至10_7巴(0.0lPa)的數(shù)量級(jí),或者該熔爐可設(shè)置有惰性氣體沖洗裝置(inert flush arrangement)以減少需要由鈦捕獲的
氧氣量。
[0022]相應(yīng)地，本發(fā)明提供鈦料粒應(yīng)用于捕獲在熱處理鎂和硼的粉末過(guò)程可能出現(xiàn)的任何氧氣以實(shí)現(xiàn)用于MgB2導(dǎo)線接合的MgB2的形成。優(yōu)選地，提供高真空泵用于抽空所述熔爐。剩余的氧會(huì)優(yōu)先被鈦捕獲，從而避免形成氧化鎂。
【權(quán)利要求】
1.在超導(dǎo)導(dǎo)線的MgB2細(xì)絲之間形成接頭的方法，包括以下步驟: -從待接合的導(dǎo)線中暴露出MgB2細(xì)絲； -使MgB2細(xì)絲暴露于熔爐內(nèi)的鎂粉和硼粉的混合物；以及 -在超過(guò)或約540°C的溫度下將MgB2細(xì)絲與鎂和硼的粉末壓制在一起， 其特征在于，在熔爐內(nèi)提供鈦并且所述鈦優(yōu)選捕獲存在于熔爐內(nèi)的氧氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中以料粒的形式提供所述鈦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在實(shí)施所述方法的同時(shí)，通過(guò)真空泵抽空所述熔爐。
【文檔編號(hào)】H01L39/24GK104040744SQ201280067106
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月20日
【發(fā)明者】穆哈邁德.拉克里米 申請(qǐng)人:英國(guó)西門子公司