專利名稱：在高磁場(chǎng)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：
本發(fā)明涉及一種在高磁場(chǎng)下使用的二硼化鎂超導(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)變溫度時(shí)，超導(dǎo)體就會(huì)失去電阻，此時(shí)在超導(dǎo)體內(nèi)的電流處于無(wú)能量損耗流動(dòng)狀態(tài)。這種電流無(wú)損耗流動(dòng)對(duì)電磁體科學(xué)和實(shí)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(jiǎn)稱磁體)不但體積龐大，運(yùn)行時(shí)還要消耗大量的電能。也是由于能耗的原因，使得高磁場(chǎng)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(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行而不需要補(bǔ)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(jìn)展，超導(dǎo)磁體正在得到越來(lái)越廣泛的實(shí)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(zhǎng)等技術(shù)都離不開(kāi)超導(dǎo)磁體。一般來(lái)說(shuō)，超導(dǎo)磁體是一個(gè)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(gè)閉合的超導(dǎo)回路，當(dāng)有超導(dǎo)電流在其中流動(dòng)時(shí)叫做閉環(huán)運(yùn)行。由于超導(dǎo)磁體整個(gè)超導(dǎo)回路沒(méi)有電阻，閉環(huán)運(yùn)行時(shí)電流在磁體中流動(dòng)幾十年也不會(huì)有明顯的衰減。這保證了磁場(chǎng)的常年穩(wěn)定運(yùn)行以及節(jié)省大量電能。在超導(dǎo)磁體中，超導(dǎo)接頭是一個(gè)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(kāi)關(guān)超導(dǎo)線串聯(lián)進(jìn)去，形成線圈超導(dǎo)線-熱開(kāi)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(gè)超導(dǎo)接頭。第二種情況是，在超導(dǎo)線圈的繞制過(guò)程中有時(shí)一根超導(dǎo)線的長(zhǎng)度不夠制作整個(gè)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(gè)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(lái)說(shuō)，超導(dǎo)接頭處的載流能力低于超導(dǎo)線本身，這是因?yàn)閮筛鶎?dǎo)線的晶粒連接時(shí)會(huì)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(chǎng)的影響非常大，通常很小的磁場(chǎng)就可以使無(wú)阻電流大幅度下降。超導(dǎo)磁體在低溫下運(yùn)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(méi)有更多選擇，不得不放置在磁場(chǎng)中。這時(shí)，只有將磁場(chǎng)屏蔽掉，超導(dǎo)接頭才能正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
一、要解決的技術(shù)問(wèn)題二硼化鎂(MgB2)是本世紀(jì)初發(fā)明的一種新型超導(dǎo)材料，可以工作在絕對(duì)溫度4K到39K的溫度范圍內(nèi)，與常規(guī)超導(dǎo)材料相比，二硼化鎂超導(dǎo)體的工作溫度高，可以方便地使用傳導(dǎo)冷卻來(lái)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(yuǎn)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(shí)用超導(dǎo)材料。與常規(guī)超導(dǎo)材料相比，二硼化鎂的超導(dǎo)相干長(zhǎng)度較短，更容易形成弱連接，所以磁屏蔽對(duì)二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(kāi)發(fā)經(jīng)過(guò)十多年的努力已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，數(shù)公里長(zhǎng)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(méi)有獲得大規(guī)模應(yīng)用，很大的原因是超導(dǎo)接頭的載流能力不過(guò)關(guān)。ニ、技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明在高磁場(chǎng)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(zhǎng)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(yùn)行溫度為Γ30Κ。作為優(yōu)化，上述ニ硼化鎂超導(dǎo)線在Γ30Κ溫度區(qū)間運(yùn)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ReBa2Cu307_s (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(zhǎng)エ藝將其制備成單疇或幾個(gè)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(guò)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?；驇琢Ｗ丫?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(chǎng)中緩慢冷卻，這時(shí)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YBa2Cxu3O6.5YBa2Cu3O6.5是半導(dǎo)體性質(zhì)的四方相，需要在450° C左右進(jìn)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、本發(fā)明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(shì)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(shí)際應(yīng)用的時(shí)間表不確定，技術(shù)上還遠(yuǎn)沒(méi)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(shí)陶瓷材料的焊接也是ー個(gè)很大的問(wèn)題。超導(dǎo)線圈通常是閉環(huán)情況下使用的，要通過(guò)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(jià)低廉，預(yù)計(jì)承載1000安培的超導(dǎo)線價(jià)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(yùn)行，僅需使用小型廉價(jià)的制冷機(jī)制冷就可以維持運(yùn)行溫度。這將使得系統(tǒng)可以省去使用價(jià)格昂貴的液氦，操作也大大的簡(jiǎn)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(dòng)式設(shè)備，輕松地轉(zhuǎn)移到偏遠(yuǎn)地區(qū)給病人診治，市場(chǎng)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)都將是巨大的。


圖I是本發(fā)明帶有超導(dǎo)屏蔽桶的超導(dǎo)接頭的立體剖視圖；圖2是本發(fā)明安裝在超導(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(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明在高磁場(chǎng)下使用的ニ硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭3作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施方式一如圖I所示，本發(fā)明ー種在高磁場(chǎng)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(zhǎng)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(yùn)行溫度為Γ30Κ。上述疇的數(shù)量可以是ー個(gè)，也可以是幾個(gè)(即，少于十個(gè))。本實(shí)施例Re為Y，其化學(xué)式為YBa2Cu307_s，其疇的數(shù)量為ー個(gè)。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(jī)械加工的方法，在超導(dǎo)屏蔽桶I上加工出一個(gè)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(gè)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(guò)外殼的一端面，伸入到外殼內(nèi)，在外殼的一端面開(kāi)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(gè)與超導(dǎo)屏蔽桶一祥材料的超導(dǎo)壓塊，并通過(guò)超導(dǎo)屏蔽桶蓋2壓緊。同時(shí)，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(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)。經(jīng)檢測(cè)，超導(dǎo)屏蔽桶I在絕對(duì)溫度4ΙΓ30Κ之間運(yùn)行，在該溫區(qū)，被屏蔽的磁場(chǎng)大于5特斯拉，超導(dǎo)屏蔽桶I內(nèi)漏磁為2. O毫特，運(yùn)行電阻為10_n歐姆。實(shí)施方式ニ本實(shí)施例與實(shí)施方式一基本相同，所不同的是本實(shí)施例ReBa2Cu3O7^5具體為GdBa2Cu307_s，其疇的數(shù)量為四個(gè)。經(jīng)檢測(cè)，超導(dǎo)屏蔽桶I在絕對(duì)溫度4ΙΓ30Κ之間運(yùn)行，在該溫區(qū)被屏蔽的磁場(chǎng)大于5特斯拉，超導(dǎo)屏蔽桶I內(nèi)漏磁為I. O毫特，運(yùn)行電阻為10_12歐姆。實(shí)施方式三本實(shí)施例與實(shí)施方式ニ基本相同，所不同的是本實(shí)施例ReBa2Cu3O7^5具體為NbBa2Cu307_s，其疇的數(shù)量為四個(gè)。經(jīng)檢測(cè)，超導(dǎo)屏蔽桶I在絕對(duì)溫度4ΙΓ30Κ之間運(yùn)行，在該溫區(qū)被屏蔽的磁場(chǎng)大于5特斯拉，超導(dǎo)屏蔽桶I內(nèi)漏磁為I. 5毫特，運(yùn)行電阻為10_12歐姆。實(shí)施方式四本實(shí)施例與實(shí)施方式ニ基本相同，所不同的是本實(shí)施例ReBa2Cu3O7^5具體為HoBa2Cu307_s，其疇的數(shù)量為四個(gè)。經(jīng)檢測(cè)，超導(dǎo)屏蔽桶I在絕對(duì)溫度4ΙΓ30Κ之間運(yùn)行，在該溫區(qū)被屏蔽的磁場(chǎng)大于5特斯拉，超導(dǎo)屏蔽桶I內(nèi)漏磁為I. 5毫特，運(yùn)行電阻為10_12歐姆。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種在高磁場(chǎng)下使用的ニ硼化鎂超導(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)接頭連接一根ニ硼化鎂超導(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(zhǎng)エ藝加工成型的ReBa2Cu307_s疇材料，Re代表Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或者Lu ;所述ニ硼化鎂超導(dǎo)線的運(yùn)行溫度為4 30K。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在 高磁場(chǎng)下使用的ニ硼化鎂超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)接頭，其特征在于所述ニ硼化鎂超導(dǎo)線在4 30K溫度區(qū)間運(yùn)行的電阻小于10_n歐姆。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在高磁場(chǎng)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?yàn)閮筛鶎?dǎo)線的晶粒連接時(shí)會(huì)形成弱連接，在載流情況下，受外磁場(chǎng)的影響非常大，通常很小的磁場(chǎng)就可以使無(wú)阻電流大幅度下降。本發(fā)明是在高磁場(chǎng)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(zhǎng)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(yùn)行溫度為4~30K。
文檔編號(hào)H01F6/06GK102867611SQ20121033508
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)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(qǐng)人:寧波健信機(jī)械有限公司