專(zhuān)利名稱(chēng)：電磁壓力制作超導(dǎo)接頭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)磁體的超導(dǎo)接頭的制作方法。
背景技術(shù)：
高均勻和高穩(wěn)定度的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)主要應(yīng)用于科學(xué)儀器，醫(yī)學(xué)診斷，特殊電工裝備等場(chǎng)合。由于成像和信號(hào)的獲取的需要，磁體的磁場(chǎng)的穩(wěn)定度通常小于10_7h。因此使用超導(dǎo)開(kāi)關(guān)和接頭是實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定磁場(chǎng)的重要手段。為此需要發(fā)展特殊接頭制備工藝以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的穩(wěn)定特性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)和實(shí)現(xiàn)特種功能。目前廣泛采用NbTi/Cu(鈮鈦/銅)超導(dǎo)線來(lái)繞制超導(dǎo)磁體，一般如果超導(dǎo)磁體提供的磁場(chǎng) IOT以下，使用NbTi/Cu(鈮鈦/銅)超導(dǎo)線材來(lái)研制超導(dǎo)磁體可以達(dá)到其要求。為了實(shí)現(xiàn)磁體的閉環(huán)運(yùn)行，必需使
用超導(dǎo)開(kāi)關(guān)，使用非常低的電阻的超導(dǎo)接頭來(lái)形成極低衰減率的磁場(chǎng)。由于核磁共振醫(yī)學(xué)及科學(xué)儀器使用的譜儀磁體等的要求。因此超導(dǎo)接頭的電阻應(yīng)該小于KT13-IO-15Q以下的量級(jí)。超導(dǎo)接頭的應(yīng)用要求取決于超導(dǎo)磁體的設(shè)計(jì)和電感的大小。目前高磁場(chǎng)超導(dǎo)磁體接頭工藝主要有，冷壓焊接、超聲焊接、激光焊接、電阻釬焊。由于超導(dǎo)接頭的電阻取決于不同的工藝和處理?xiàng)l件。接頭的工藝應(yīng)該盡可能簡(jiǎn)單可靠，以保證大型和小型磁體可方便的制作多個(gè)接頭。1974年德國(guó)Ruhr大學(xué)的G. Lauderer等人發(fā)展了使用脈沖儲(chǔ)能電容器的方法將NbTi多絲線的超導(dǎo)絲直接電焊在NbTi薄膜上，得到電阻小于KT13Q的接頭。1975年美國(guó)加州大學(xué)的D. Cornish等利用爆炸焊接的方法制備N(xiāo)bTi接頭，得到電阻在自磁場(chǎng)下小于IO-10Q的接頭。之后他們發(fā)展了冷壓焊接工藝，得到電阻小于10_9Q的接頭。1976年美國(guó)麻省理工學(xué)院的M. J. Leupold等利用尼科爾鉗去掉銅基體后對(duì)其進(jìn)行壓接成形，得到接頭電阻小于10_14Q的接頭。同時(shí)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室使用釬焊接工藝，得到接頭電阻小于10_8Q的接頭。采用擴(kuò)散焊接工藝超導(dǎo)接頭北方交通大學(xué)的徐德基制備的接頭小于KT12Q。中科院電工所王秋良等人在專(zhuān)利201010123276. 0中提出在Nb/NbTi/Cu (鈮/鈮鈦/銅)的多層復(fù)合棒中采用冷壓焊接工藝，得到接頭電阻小于10_14Q的接頭。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有冷壓焊接超導(dǎo)接頭存在的冶金結(jié)合的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種采用脈沖電磁場(chǎng)成形工藝制作NbTi超導(dǎo)線接頭的方法。由于電磁成形工藝主要是依靠脈沖磁場(chǎng)和感應(yīng)的渦流相互作用產(chǎn)生的電磁力，其力的分布是均勻分布在其金屬體內(nèi)的，因此和其他直接采用加壓壓力相比較，具有成形均勻和達(dá)到較好的冶金結(jié)合的特點(diǎn)，可極大提高超導(dǎo)接頭在高磁場(chǎng)條件下電流傳輸特性，實(shí)現(xiàn)低電阻運(yùn)行。本發(fā)明超導(dǎo)接頭的制作方法適用于磁場(chǎng)具有長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的高磁場(chǎng)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，并可以現(xiàn)場(chǎng)連接。本發(fā)明制作方法的工藝步驟是I、首先使用體積比為1:3的硫酸和硝酸的混合酸液將NbTi/Cu超導(dǎo)線的一端進(jìn)行腐蝕。當(dāng)NbTi/Cu超導(dǎo)線內(nèi)的銅基體被所述酸液完全腐蝕之后，再經(jīng)過(guò)超聲波清洗，除去殘雜物，使NbTi/Cu超導(dǎo)線的一端形成清潔的沒(méi)有被空氣氧化的多根NbTi超導(dǎo)絲。2、把無(wú)氧銅管和NbTi管同軸裝配,把NbTi管嵌入無(wú)氧銅管內(nèi)，形成外表包有無(wú)氧銅管的NbTi管。采用冷壓焊接方法將NbTi管和無(wú)氧銅管兩者緊密連接成一個(gè)整體，然后采用超聲波清洗，除去殘雜物。所述的NbTi管用于磁場(chǎng)屏蔽，無(wú)氧銅管是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基材。3、采用冷壓焊接方法將鈮管套在無(wú)氧銅棒上形成整體，經(jīng)超聲波清洗，除去殘雜物。4、將步驟3制得的套有鈮管的無(wú)氧銅棒插入步驟2制得的外表包有無(wú)氧銅管3的NbTi管內(nèi)，制成NbTi/Cu復(fù)合管。將兩根經(jīng)步驟I腐蝕處理的NbTi/Cu超導(dǎo)線一端的NbTi
超導(dǎo)絲插入NbTi管和鈮管之間的間隙內(nèi)。將插有NbTi超導(dǎo)絲的NbTi/Cu復(fù)合管放置在一個(gè)螺管線圈內(nèi)，采用脈沖電源對(duì)螺管線圈供電，使螺管線圈產(chǎn)生較強(qiáng)的均勻的電磁力，通過(guò)所述的電磁力將所述的兩根NbTi/Cu超導(dǎo)線及其N(xiāo)bTi超導(dǎo)絲、無(wú)氧銅管、NbTi管、無(wú)氧銅棒，以及鈮管緊密壓接在一起，從而實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)接頭的成形。在所述的NbTi/Cu復(fù)合管內(nèi)，插入NbTi管和鈮管之間間隙的多根NbTi超導(dǎo)絲分布在NbTi管和鈮管的間隙內(nèi)，形成最內(nèi)層為無(wú)氧銅棒，無(wú)氧銅棒表面套有鈮管，鈮管表面為NbTi超導(dǎo)絲，NbTi超導(dǎo)絲外層為NbTi管，最外層為無(wú)氧銅管的超導(dǎo)接頭。所述的脈沖電源脈沖電流的大小直接決定了壓接的壓力和冶金結(jié)合能力。本發(fā)明采用脈沖電源給螺管線圈供電，使快速脈沖磁場(chǎng)和渦流電流相互作用產(chǎn)生均勻的徑向收縮電磁壓力，此電磁壓力將所述的超導(dǎo)接頭的各部件緊密壓接在一起，形成了較好的冶金結(jié)
口 o


圖I腐蝕的NbTi/Cu超導(dǎo)線的截面結(jié)構(gòu)，圖中l(wèi)NbTi/Cu超導(dǎo)線，2NbTi超導(dǎo)絲；圖2復(fù)合雙層套管的截面結(jié)構(gòu)，圖中3無(wú)氧銅管，4NbTi管；圖3表面附有鈮管的無(wú)氧銅棒的截面結(jié)構(gòu)，圖中5無(wú)氧銅棒，6鈮管；圖4超導(dǎo)絲插入到NbTi/Cu復(fù)合管內(nèi)的結(jié)構(gòu)圖；圖5超導(dǎo)絲插入到NbTi/Cu復(fù)合管內(nèi)直接放置在具有與脈沖電源連接的螺管線圈內(nèi)的示意圖，圖中7螺管線圈，8脈沖電源，9開(kāi)關(guān)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。本發(fā)明制作超導(dǎo)接頭的步驟如下I、將硫酸和硝酸按1:3的體積比配制成混合酸液。將NbTi/Cu超導(dǎo)線I的一端用所述的混合酸液進(jìn)行腐蝕。當(dāng)NbTi/Cu超導(dǎo)線I內(nèi)的銅基體被混合酸液完全腐蝕之后，再經(jīng)過(guò)超聲波清洗除去殘雜物，NbTi/Cu超導(dǎo)線I的一端便形成清潔的沒(méi)有被空氣氧化的多根NbTi超導(dǎo)絲2，如圖I所示。2、把無(wú)氧銅管3和NbTi管4同軸裝配，NbTi管4嵌入無(wú)氧銅管3內(nèi)，形成外表包有無(wú)氧銅管3的NbTi管4。采用冷壓焊接的方法把無(wú)氧銅管3和NbTi管4緊密連接成一個(gè)整體。經(jīng)超聲波清洗除去殘雜物，形成如圖2所示的雙層套管結(jié)構(gòu)，套管的內(nèi)層為NbTi管4，NbTi管4外表包有無(wú)氧銅管3。3、將鈮管6套在無(wú)氧銅棒5上，通過(guò)冷壓焊接方法使兩者形成整體，再經(jīng)超聲波清洗除去殘雜物，形成如圖3所示的表面套有鈮管6的無(wú)氧銅棒5。4、將步驟3制得的套有鈮管6的無(wú)氧銅棒5插入步驟2制得的外表包有無(wú)氧銅管3的NbTi管4內(nèi)，制成NbTi/Cu復(fù)合管。將兩根經(jīng)步驟I腐蝕處理的NbTi/Cu超導(dǎo)線I 一端的NbTi超導(dǎo)絲2插入NbTi管4和鈮管6之間間隙內(nèi)，形成如圖4所示的復(fù)合套管結(jié)構(gòu)。5、將步驟4制得的插有NbTi超導(dǎo)絲的NbTi/Cu復(fù)合管放入螺管線圈7內(nèi)，采用脈沖電源8對(duì)螺管線圈7供電，通過(guò)螺管線圈7產(chǎn)生的均勻的電磁力將兩根NbTi/Cu超導(dǎo)線UNbTi超導(dǎo)絲2、無(wú)氧銅管3、NbTi管4、無(wú)氧銅棒5，以及鈮管6緊密壓接在一起，完成超導(dǎo)接頭的制作。
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由于電磁成形工藝主要是依靠脈沖磁場(chǎng)和感應(yīng)的渦流相互作用產(chǎn)生的電磁力，其力是均勻分布在其金屬體內(nèi)的，因此和其他直接采用加壓壓力相比較，具有成形均勻和達(dá)到較好的冶金結(jié)合特點(diǎn)。本發(fā)明可以使超導(dǎo)接頭具有極低的接頭電阻，從而極大提高超導(dǎo)接頭在高磁場(chǎng)條件下電流傳輸特性，實(shí)現(xiàn)低電阻運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種電磁壓力制作超導(dǎo)接頭的方法，其特征在于所述制作方法的步驟為 1)將硫酸和硝酸按1:3的體積比配制成混合酸液JfNbTi/Cu超導(dǎo)線(I)的一端用所述的混合酸液進(jìn)行腐蝕；當(dāng)NbTi/Cu超導(dǎo)線(I)內(nèi)的銅基體被混合酸液完全腐蝕之后，再經(jīng)過(guò)超聲波清洗除去殘雜物，NbTi/Cu超導(dǎo)線(I)的一端便形成多根NbTi超導(dǎo)絲(2)； 2)把無(wú)氧銅管(3)和NbTi管(4)同軸裝配，NbTi管(4)嵌入無(wú)氧銅管(3)內(nèi)，形成外表包有無(wú)氧銅管(3)的NbTi管(4);采用冷壓焊接的方法把無(wú)氧銅管(3)和NbTi管(4)緊密連接成一個(gè)整體；經(jīng)超聲波清洗除去殘雜物； 3 )將鈮管(6 )套在無(wú)氧銅棒(5 )上，通過(guò)冷壓焊接方法使鈮管(6 )和無(wú)氧銅棒(5 )形成整體,再經(jīng)超聲波清洗除去殘雜物； 4)將步驟3)制得的套有鈮管(6)的無(wú)氧銅棒(5)插入步驟2)制得的外表包有無(wú)氧銅管(3)的NbTi管4內(nèi)，制成NbTi/Cu復(fù)合管；將兩根經(jīng)步驟I)腐蝕處理的NbTi/Cu超導(dǎo)線(I)一端的NbTi超導(dǎo)絲(2 )插入NbTi管(4)和鈮管(6 )之間間隙內(nèi)； 5)將步驟4)制得的插有NbTi超導(dǎo)絲(2)的NbTi/Cu復(fù)合管放入螺管線圈(7)內(nèi)，采用脈沖電源(8)對(duì)螺管線圈(7)供電，通過(guò)螺管線圈(7)產(chǎn)生的均勻的電磁力將所述的兩根NbTi/Cu超導(dǎo)線(I)、NbTi超導(dǎo)絲(2)、無(wú)氧銅管(3)、NbTi管(4)、無(wú)氧銅棒(5)，以及鈮管(6)緊密壓接在一起，至此完成超導(dǎo)接頭的制作。
2.按照權(quán)利要求I所述的電磁壓力制作超導(dǎo)接頭的方法，其特征在于，用所述的方法制作的超導(dǎo)接頭結(jié)構(gòu)為最內(nèi)層為無(wú)氧銅棒(5)，無(wú)氧銅棒(5)表面套有鈮管(6)，鈮管(6)表面為NbTi超導(dǎo)絲(2)，NbTi超導(dǎo)絲(2)的外層為NbTi管(4)，NbTi管(4)的外層為無(wú)氧銅管(3)。
全文摘要
一種電磁壓力制作超導(dǎo)接頭的方法，將套有鈮管(6)的無(wú)氧銅棒(5)插入NbTi管(4)內(nèi)，NbTi管(4)的外表包有無(wú)氧銅管(3)；再將兩根NbTi/Cu超導(dǎo)線(1)的一端的NbTi超導(dǎo)絲(2)插入NbTi管(4)和鈮管(6)的間隙內(nèi)。將插有NbTi超導(dǎo)絲(2)的NbTi/Cu復(fù)合套管放置在螺管線圈(7)內(nèi)，用脈沖電源(8)對(duì)螺管線圈(7)供電，形成較強(qiáng)的電磁力，通過(guò)均勻的電磁壓力將兩根NbTi/Cu超導(dǎo)線(1)、NbTi超導(dǎo)絲(2)、無(wú)氧銅管(3)、NbTi管(4)、無(wú)氧銅棒(5)，以及鈮管(6)緊密壓接在一起，形成超導(dǎo)接頭。
文檔編號(hào)H01F6/06GK102789867SQ201210278270
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者嚴(yán)陸光, 崔春艷, 王厚生, 王秋良, 程軍勝, 胡新寧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所