[发明专利]第二代高温超导线材的熔融扩散接合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括基板部、缓冲层、超导体层及稳定化材料层的第二代高温超导线材的接合方法，具体涉及一种直接对接接合第二代高温超导线材的超导体层，使其在氧分压的调节下进行熔融扩散而连接成一条的、第二代高温超导线材的熔融扩散接合方法。

本发明公开的第二代高温超导线材的熔融扩散接合方法将氧分压控制到接近于真空的状态而降低共熔点(eutectic melting point)，调节对接第二代高温超导线材而进行熔融扩散(melting diffusion)的氧分压。

而且，本发明公开的第二代高温超导线材的熔融扩散接合方法对接由于蚀刻超导线材稳定化材料层而暴露的超导体层且用支架固定之后，熔融扩散被固定的部分，并在有氧环境下实施氧化(oxygenation annealing)。

背景技术

通常情况下，在以下情况下需要接合超导线材。第一，盘绕线圈时，由于超导线材长度短而需要接合线材来制作长线材；第二，相互连接盘绕超导线材的线圈时，需要接合超导磁铁线圈；第三，制作永久电流模式磁铁系统时，制作超导闭合回路(closed loop)需要连接两个端子末端。

特别是，运行永久电流模式时必备的超导应用机械中，为了连接超导线材使用，所连接的超导线材必须连接成像使用一条线材那样，以此保证连接所有线圈之后能够无损失地运行。例如，核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)及超导储能装置(Superconducting Magnet Energy Storage，SMES)系统等超导磁铁及超导应用机械。

可是，通常情况下，由于超导线材之间接合部位的性能弱于没有接合的线材，运行永久电流模式时，临界电流很大程度上依赖于接合部。因此，提高超导线材之间接合部位的临界电流特性对于永久电流模式型超导应用机械的制造非常重要。可是，高温超导带状线材与低温超导线材不同，由于其超导体是陶瓷，很难实施维持超导状态的接合。

以下参考图1和图2详细说明现有第二代高温超导线材的接合方法。

图1为第二代高温超导线材(YBCO-CC)结构图。

图2是图示通常第二代高温超导线材(YBCO-CC)常导接合的截面图以及图示电流流动的图。

如图1所示，第二代高温超导线材10呈多层结构，是一种呈带状的线材。超导线材10的多层结构包括基板部11(substrate)、缓冲层12(Buffer Layer)、超导体层13以及稳定化材料层14。

基本部11由Ni或者Ni合金等金属系物质材质组成，且通过轧制及热处理形成立方织构(Cube texture)而成。

缓冲层12采用ZrO₂、CeO₂、YSZ、Y₂O₃或者HfO₂等材质以单层或者多层方式按照外延法(Epitaxial)层叠在基板11上。

超导体层13由代表YBa₂Cu₃O_7-X系的氧化物超导物质组成。即，Y∶Ba∶Cu的摩尔比例是1∶2∶3，对其产生的氧(O)的摩尔比例通常要达到6.4至7。改变组成超导体层13的氧化物超导体的氧数量时，超导体层13的特性也会发生很大的变化。因此，要保持均衡的上述氧的摩尔比例。

稳定化材料层14层叠在超导体层13的上面，起到过载电流时保护超导体层13等稳定超导体层13电气性能的作用。为了过载电流时保护线材，由电阻相对低的金属物质组成稳定化材料层14。例如，可以采用银或者铜等电阻低的金属物质，也可以采用不锈钢等。

图2图示了图1中接合第二代高温超导线材的现有技术。如图2所示，采用蚀刻法等去除超导体层13中要连接的部位的稳定化材料层14，且以包括焊料(solder)15，在内的常导体层物质为介质接合其之间。此时，电流的流动16必然经由常导体层而无法避免地发生接合阻抗。

电流流动时，接合阻抗会产生热，这必然会使接合部位升温。情况最糟糕时，由于升温，可以使在低温状态下呈现超导特性的超导体转变为常导体。即使不发生如此严重的后果，也会消耗很多降温所需冷却费用。

更重要的是，此时，由于接合采用焊接(Soldering)等阻抗接合，接合部位仍然会存在阻抗。因此，无法进行严格意义上的永久电流模式运行。