電磁壓力製作超導接頭的方法

2023-06-05 14:09:11

專利名稱：電磁壓力製作超導接頭的方法
技術領域：
本發明涉及一種超導磁體的超導接頭的製作方法。
背景技術：
高均勻和高穩定度的超導磁體系統主要應用於科學儀器，醫學診斷，特殊電工裝備等場合。由於成像和信號的獲取的需要，磁體的磁場的穩定度通常小於10_7h。因此使用超導開關和接頭是實現高穩定磁場的重要手段。為此需要發展特殊接頭製備工藝以實現磁場的穩定特性，從而實現對物質結構的檢測和實現特種功能。目前廣泛採用NbTi/Cu(鈮鈦/銅)超導線來繞制超導磁體，一般如果超導磁體提供的磁場 IOT以下，使用NbTi/Cu(鈮鈦/銅)超導線材來研製超導磁體可以達到其要求。為了實現磁體的閉環運行，必需使
用超導開關，使用非常低的電阻的超導接頭來形成極低衰減率的磁場。由於核磁共振醫學及科學儀器使用的譜儀磁體等的要求。因此超導接頭的電阻應該小於KT13-IO-15Q以下的量級。超導接頭的應用要求取決於超導磁體的設計和電感的大小。目前高磁場超導磁體接頭工藝主要有，冷壓焊接、超聲焊接、雷射焊接、電阻釺焊。由於超導接頭的電阻取決於不同的工藝和處理條件。接頭的工藝應該儘可能簡單可靠，以保證大型和小型磁體可方便的製作多個接頭。1974年德國Ruhr大學的G. Lauderer等人發展了使用脈衝儲能電容器的方法將NbTi多絲線的超導絲直接電焊在NbTi薄膜上，得到電阻小於KT13Q的接頭。1975年美國加州大學的D. Cornish等利用爆炸焊接的方法製備NbTi接頭，得到電阻在自磁場下小於IO-10Q的接頭。之後他們發展了冷壓焊接工藝，得到電阻小於10_9Q的接頭。1976年美國麻省理工學院的M. J. Leupold等利用尼科爾鉗去掉銅基體後對其進行壓接成形，得到接頭電阻小於10_14Q的接頭。同時橡樹嶺國家實驗室使用釺焊接工藝，得到接頭電阻小於10_8Q的接頭。採用擴散焊接工藝超導接頭北方交通大學的徐德基製備的接頭小於KT12Q。中科院電工所王秋良等人在專利201010123276. 0中提出在Nb/NbTi/Cu (鈮/鈮鈦/銅)的多層複合棒中採用冷壓焊接工藝，得到接頭電阻小於10_14Q的接頭。

發明內容
為了克服現有冷壓焊接超導接頭存在的冶金結合的問題，本發明提出一種採用脈衝電磁場成形工藝製作NbTi超導線接頭的方法。由於電磁成形工藝主要是依靠脈衝磁場和感應的渦流相互作用產生的電磁力，其力的分布是均勻分布在其金屬體內的，因此和其他直接採用加壓壓力相比較，具有成形均勻和達到較好的冶金結合的特點，可極大提高超導接頭在高磁場條件下電流傳輸特性，實現低電阻運行。本發明超導接頭的製作方法適用於磁場具有長時間穩定的高磁場超導磁體系統，並可以現場連接。本發明製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超導線的一端進行腐蝕。當NbTi/Cu超導線內的銅基體被所述酸液完全腐蝕之後，再經過超聲波清洗，除去殘雜物，使NbTi/Cu超導線的一端形成清潔的沒有被空氣氧化的多根NbTi超導絲。2、把無氧銅管和NbTi管同軸裝配,把NbTi管嵌入無氧銅管內，形成外表包有無氧銅管的NbTi管。採用冷壓焊接方法將NbTi管和無氧銅管兩者緊密連接成一個整體，然後採用超聲波清洗，除去殘雜物。所述的NbTi管用於磁場屏蔽，無氧銅管是實現超導結構穩定的基材。3、採用冷壓焊接方法將鈮管套在無氧銅棒上形成整體，經超聲波清洗，除去殘雜物。4、將步驟3製得的套有鈮管的無氧銅棒插入步驟2製得的外表包有無氧銅管3的NbTi管內，製成NbTi/Cu複合管。將兩根經步驟I腐蝕處理的NbTi/Cu超導線一端的NbTi
超導絲插入NbTi管和鈮管之間的間隙內。將插有NbTi超導絲的NbTi/Cu複合管放置在一個螺管線圈內，採用脈衝電源對螺管線圈供電，使螺管線圈產生較強的均勻的電磁力，通過所述的電磁力將所述的兩根NbTi/Cu超導線及其NbTi超導絲、無氧銅管、NbTi管、無氧銅棒，以及鈮管緊密壓接在一起，從而實現超導接頭的成形。在所述的NbTi/Cu複合管內，插入NbTi管和鈮管之間間隙的多根NbTi超導絲分布在NbTi管和鈮管的間隙內，形成最內層為無氧銅棒，無氧銅棒表面套有鈮管，鈮管表面為NbTi超導絲，NbTi超導絲外層為NbTi管，最外層為無氧銅管的超導接頭。所述的脈衝電源脈衝電流的大小直接決定了壓接的壓力和冶金結合能力。本發明採用脈衝電源給螺管線圈供電，使快速脈衝磁場和渦流電流相互作用產生均勻的徑向收縮電磁壓力，此電磁壓力將所述的超導接頭的各部件緊密壓接在一起，形成了較好的冶金結
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圖I腐蝕的NbTi/Cu超導線的截面結構，圖中lNbTi/Cu超導線，2NbTi超導絲；圖2複合雙層套管的截面結構，圖中3無氧銅管，4NbTi管；圖3表面附有鈮管的無氧銅棒的截面結構，圖中5無氧銅棒，6鈮管；圖4超導絲插入到NbTi/Cu複合管內的結構圖；圖5超導絲插入到NbTi/Cu複合管內直接放置在具有與脈衝電源連接的螺管線圈內的示意圖，圖中7螺管線圈，8脈衝電源，9開關。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發明。本發明製作超導接頭的步驟如下I、將硫酸和硝酸按1:3的體積比配製成混合酸液。將NbTi/Cu超導線I的一端用所述的混合酸液進行腐蝕。當NbTi/Cu超導線I內的銅基體被混合酸液完全腐蝕之後，再經過超聲波清洗除去殘雜物，NbTi/Cu超導線I的一端便形成清潔的沒有被空氣氧化的多根NbTi超導絲2，如圖I所示。2、把無氧銅管3和NbTi管4同軸裝配，NbTi管4嵌入無氧銅管3內，形成外表包有無氧銅管3的NbTi管4。採用冷壓焊接的方法把無氧銅管3和NbTi管4緊密連接成一個整體。經超聲波清洗除去殘雜物，形成如圖2所示的雙層套管結構，套管的內層為NbTi管4，NbTi管4外表包有無氧銅管3。3、將鈮管6套在無氧銅棒5上，通過冷壓焊接方法使兩者形成整體，再經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的無氧銅棒5。4、將步驟3製得的套有鈮管6的無氧銅棒5插入步驟2製得的外表包有無氧銅管3的NbTi管4內，製成NbTi/Cu複合管。將兩根經步驟I腐蝕處理的NbTi/Cu超導線I 一端的NbTi超導絲2插入NbTi管4和鈮管6之間間隙內，形成如圖4所示的複合套管結構。5、將步驟4製得的插有NbTi超導絲的NbTi/Cu複合管放入螺管線圈7內，採用脈衝電源8對螺管線圈7供電，通過螺管線圈7產生的均勻的電磁力將兩根NbTi/Cu超導線UNbTi超導絲2、無氧銅管3、NbTi管4、無氧銅棒5，以及鈮管6緊密壓接在一起，完成超導接頭的製作。
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由於電磁成形工藝主要是依靠脈衝磁場和感應的渦流相互作用產生的電磁力，其力是均勻分布在其金屬體內的，因此和其他直接採用加壓壓力相比較，具有成形均勻和達到較好的冶金結合特點。本發明可以使超導接頭具有極低的接頭電阻，從而極大提高超導接頭在高磁場條件下電流傳輸特性，實現低電阻運行。
權利要求
1.一種電磁壓力製作超導接頭的方法，其特徵在於所述製作方法的步驟為 1)將硫酸和硝酸按1:3的體積比配製成混合酸液JfNbTi/Cu超導線(I)的一端用所述的混合酸液進行腐蝕；當NbTi/Cu超導線(I)內的銅基體被混合酸液完全腐蝕之後，再經過超聲波清洗除去殘雜物，NbTi/Cu超導線(I)的一端便形成多根NbTi超導絲(2)； 2)把無氧銅管(3)和NbTi管(4)同軸裝配，NbTi管(4)嵌入無氧銅管(3)內，形成外表包有無氧銅管(3)的NbTi管(4);採用冷壓焊接的方法把無氧銅管(3)和NbTi管(4)緊密連接成一個整體；經超聲波清洗除去殘雜物； 3 )將鈮管(6 )套在無氧銅棒(5 )上，通過冷壓焊接方法使鈮管(6 )和無氧銅棒(5 )形成整體,再經超聲波清洗除去殘雜物； 4)將步驟3)製得的套有鈮管(6)的無氧銅棒(5)插入步驟2)製得的外表包有無氧銅管(3)的NbTi管4內，製成NbTi/Cu複合管；將兩根經步驟I)腐蝕處理的NbTi/Cu超導線(I)一端的NbTi超導絲(2 )插入NbTi管(4)和鈮管(6 )之間間隙內； 5)將步驟4)製得的插有NbTi超導絲(2)的NbTi/Cu複合管放入螺管線圈(7)內，採用脈衝電源(8)對螺管線圈(7)供電，通過螺管線圈(7)產生的均勻的電磁力將所述的兩根NbTi/Cu超導線(I)、NbTi超導絲(2)、無氧銅管(3)、NbTi管(4)、無氧銅棒(5)，以及鈮管(6)緊密壓接在一起，至此完成超導接頭的製作。
2.按照權利要求I所述的電磁壓力製作超導接頭的方法，其特徵在於，用所述的方法製作的超導接頭結構為最內層為無氧銅棒(5)，無氧銅棒(5)表面套有鈮管(6)，鈮管(6)表面為NbTi超導絲(2)，NbTi超導絲(2)的外層為NbTi管(4)，NbTi管(4)的外層為無氧銅管(3)。
全文摘要
一種電磁壓力製作超導接頭的方法，將套有鈮管(6)的無氧銅棒(5)插入NbTi管(4)內，NbTi管(4)的外表包有無氧銅管(3)；再將兩根NbTi/Cu超導線(1)的一端的NbTi超導絲(2)插入NbTi管(4)和鈮管(6)的間隙內。將插有NbTi超導絲(2)的NbTi/Cu複合套管放置在螺管線圈(7)內，用脈衝電源(8)對螺管線圈(7)供電，形成較強的電磁力，通過均勻的電磁壓力將兩根NbTi/Cu超導線(1)、NbTi超導絲(2)、無氧銅管(3)、NbTi管(4)、無氧銅棒(5)，以及鈮管(6)緊密壓接在一起，形成超導接頭。
文檔編號H01F6/06GK102789867SQ201210278270
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月7日 優先權日2012年8月7日
發明者嚴陸光, 崔春豔, 王厚生, 王秋良, 程軍勝, 胡新寧 申請人:中國科學院電工研究所