在高磁場下使用的二硼化鎂超導線圈的超導接頭制造技術

本實用新型專利技術涉及一種在高磁場下使用的二硼化鎂超導線圈的超導接頭。超導接頭處的載流能力通常低于超導線本身，這是因為兩根導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。本實用新型專利技術是在高磁場下使用的二硼化鎂超導線圈的超導接頭，包括超導屏蔽桶及與其配合插接的超導屏蔽桶蓋，所述超導屏蔽桶內設有超導接頭，其中，所述超導接頭連接一根二硼化鎂超導線的兩端，所述超導屏蔽桶及超導屏蔽桶蓋由高溫超導塊材制成，所述高溫超導塊材系采用頂部籽晶熔融織構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；所述二硼化鎂超導線的運行溫度為4~30K。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及ー種在高磁場下使用的ニ硼化鎂超導線圈的超導接頭。
技術介紹
超導體的基本特性之一是所謂的零電阻效應，即當超導體所處的環境溫度低于其臨界超導轉變溫度吋，超導體就會失去電阻，此時在超導體內的電流處于無能量損耗流動狀態。這種電流無損耗流動對電磁體科學和實際應用有著非常重要的意義。用常規導體(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，使得高磁場常導磁體成為不可能。與之相比，用超導體繞制的磁體體積很小，并且一次充電后可以數十年長期穩定運行而不需要補充能量。隨著新型超導體的不斷發現和超導材料制造技術不斷取得進展，超導磁體正在得到越來越廣泛的實際應用并成為必不可少的技術手段，例如正在廣泛應用的磁共振成像，選礦，污水處理，晶體生長等技術都離不開超導磁體。一般來說，超導磁體是ー個超導線繞制的螺線管線圈，線圈的超導線首尾相連，形成一個閉合的超導回路，當有超導電流在其中流動時叫做閉環運行。由于超導磁體整個超導回路沒有電阻，閉環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定運行以及節省大量電能。在超導磁體中，超導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接頭。一種是為了使超導線圈形成閉合回路，需要將導線首尾相連。在這種情況下，通常將控制超導線圈的熱開關超導線串聯進去，形成線圈超導線-熱開關超導線-線圈超導線的導線連接順序，這就需要制作兩個超導接頭。第二種情況是，在超導線圈的繞制過程中有時ー根超導線的長度不夠制作整個線圈，需要連接另外一根或數根超導線，這就需要制作多個超導接頭。超導接頭的制作質量直接影響磁體的性能。一般來說，超導接頭處的載流能力低于超導線本身，這是因為兩根導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，容納超導磁體的低溫容器通常都制作得很緊湊，因此超導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，超導接頭才能正常工作。
技術實現思路
一、要解決的技術問題ニ硼化鎂(MgB2)是本世紀初技術的ー種新型超導材料，可以工作在絕對溫度4K到39K的溫度范圍內，與常規超導材料相比，ニ硼化鎂超導體的工作溫度高，可以方便地使用傳導冷卻來提供工作環境，這可以免除使用液氦做制冷劑，有利于超導磁體在偏遠地區的應用，例如磁共振成像設備在農村的普及，是非常有希望的下一代實用超導材料。與常規超導材料相比，ニ硼化鎂的超導相干長度較短，更容易形成弱連接，所以磁屏蔽對ニ硼化鎂接頭尤為重要，直接關系到線圈是否可以工作。ニ硼化鎂超導線材的開發經過十多年的努力已經有了很大的進展，數公里長度的線材商業化已經成功，其載流能力已經接近常規低溫超導體的水平。目前ニ硼化鎂沒有獲得大規模應用，很大的原因是超導接頭的載流能カ不過關。ニ、技術方案為解決上述技術問題，本技術在高磁場下使用的ニ硼化鎂超導線圈的超導接頭，包括有超導屏蔽桶及與其配合使用的超導屏蔽桶蓋，上述超導屏蔽裝置內設有超導接頭，其中，上述超導接頭連接了一根ニ硼化鎂超導線的兩端，上述超導屏蔽桶及超導屏蔽桶蓋由高溫超導塊材制成，上述高溫超導塊材采用頂部籽晶熔融織構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 ;上述ニ硼化鎂超導線的運行溫度為4 30K。作為優化，上述ニ硼化鎂超導線在4 30K溫度區間運行的電阻小于10_n歐姆。上述高溫超導塊材是一族稀土 -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。頂部籽晶熔融織構法制備高溫超導塊材的エ藝過程如下，以YBa2Cu307_s為例先用普通陶瓷燒結法制備出塊狀超導體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溫度1010° C以上，使高溫超導塊材發生反應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，這時固態的Y2BaCuO5粒子與富Ba-Cu-O液相發生包晶反應，重新生成織構的YBa2Cu3O6.5相Y2BaCuO5 (固相)+液相一YBa2Cu3O6 5YBa2Cu3O6.5是半導體性質的四方相，需要在450° C左右進行加熱吸氧處理，才能最后轉變為超導的正交相YBa2Cu307_s。三、本技術的有益效果ニ硼化鎂與氧化物高溫超導材料相比具有四大優勢首先，氧化物高溫超導材料，特別是第二代高溫超導帶材，其實際應用的時間表不確定，技術上還遠沒有成熟。其次，氧化物高溫超導材料是典型的陶瓷材料，容易發生脆斷，同時陶瓷材料的焊接也是ー個很大的問題。超導線圈通常是閉環情況下使用的，要通過焊接做到閉環，ニ硼化鎂比氧化物高溫超導材料要容易得多。第三，ニ硼化鎂超導體的電流衰減速率要比氧化物高溫超導材料小得多，因此適合在閉路恒流模式下使用。第四，ニ硼化鎂造價低廉，預計承載1000安培的超導線價格僅為2 3美元/米，比通常的銅導線還要便宜，是釔鋇銅氧涂層導體所不可比擬的。ニ硼化鎂超導線圈可以在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，很多只有少數醫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備，輕松地轉移到偏遠地區給病人診治，市場效應和社會效應都將是巨大的。附圖說明圖1是本技術帶有超導屏蔽桶的超導接頭的立體剖視圖；圖2是本技術安裝在超導屏蔽桶內的超導接頭的剖面圖。圖中，I為超導屏蔽桶，2為超導屏蔽桶蓋，3為超導接頭，4為ニ硼化鎂超導線，5為超導壓塊，6為塞子。具體實施方式以下結合附圖對本技術在高磁場下使用的ニ硼化鎂超導線圈的超導接頭3作進ー步說明實施方式一如圖1所示，本技術一種在高磁場下使用的ニ硼化鎂超導線圈的超導接頭3，包括有超導屏蔽桶I及與其配合插接的超導屏蔽桶蓋2，上述超導屏蔽桶I內設有超導接頭3，其中，上述超導接頭3連接了一根ニ硼化鎂超導線4的兩端，上述超導屏蔽桶I及超導屏蔽桶蓋2由高溫超導塊材制成，上述高溫超導塊材采用頂部籽晶熔融織構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 ;上述ニ硼化鎂超導線4的運行溫度為4 30K。上述疇的數量可以是ー個，也可以是幾個(即，少于十個)。本實施例Re為Y，其化學式為YBa2Cu307_s，其疇的數量為ー個。使用YBa2Cu307_s塊材制作超導屏蔽桶1，其外部形狀為圓柱形。按照超導接頭3的具體尺寸，采用機械加工的方法，在超導屏蔽桶I上加工出一個用于容納超導接頭3的空腔，在超導屏蔽桶I的端部插接ー超導本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在高磁場下使用的二硼化鎂超導線圈的超導接頭，包括超導屏蔽桶及與其配合插接的超導屏蔽桶蓋，所述超導屏蔽桶內設有超導接頭，其特征在于：所述超導接頭連接一根二硼化鎂超導線的兩端，上述超導接頭包括一個柱形中空銅或不銹鋼制成的外殼，上述二硼化鎂超導線的兩端穿過外殼的一端面，伸入到外殼內，在外殼的一端面開有通孔。

【技術特征摘要】
1.一種在高磁場下使用的二硼化鎂超導線圈的超導接頭，包括超導屏蔽桶及與其配合插接的超導屏蔽桶蓋，所述超導屏蔽桶內設有超導接頭，其特征在于所述超導接頭連接一根二硼化鎂超導線的兩端，上述超導接頭包括一個柱形中空銅或不銹鋼...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡傾宇，鄭杰，許建益，
申請(專利權)人：寧波健信機械有限公司，
類型：實用新型
國別省市：