[发明专利]二硼化镁制造闭环超导线圈的方法及其闭环超导线圈

说明书

技术领域

本发明系一种用二硼化镁超导线制造闭环超导线圈的方法及其闭环超导线圈，该线圈可以被用于制作磁共振成像系统、核磁共振谱仪、物理实验磁体、超导限流器及超导发电机等设备。

背景技术

超导材料在高科技领域有着广泛的用途。超导材料有两个重要的特性，一个是它的抗磁特性，即迈斯纳效应，另一个是它的零电阻特性。目前使用最广泛的磁共振成像装置利用的就是其零电阻特性。超导材料制作的闭路线圈，在超导临界转变温度以下无电阻运行，产生稳定的磁场，在被测物中激励出核磁共振信号。

对于低温超导材料，制做闭环超导线圈是成熟技术，已被应用到超导磁体的制造中去，而二硼化镁闭环超导线圈的研发才刚刚开始，关键步骤是制作连接二硼化镁超导线的超导接头，目前还没有成功的先例。

发明内容

一、要解决的技术问题

本发明的目的是针对现有技术所存在的上述问题，提供一种二硼化镁超导线的超导接头的制作方法，从而可以使用二硼化镁超导线制成闭环超导线圈。

二、技术方案

为解决上述技术问题，本发明使用二硼化镁超导线制造闭环超导线圈的方法有以下步骤：

步骤一：将未经烧结过的二硼化镁线圈超导线按照螺线管线圈的绕制方法绕制在线圈骨架上；

步骤二：将线圈超导线的两端与开关超导线的两端对应分别放置于超导接头内，在上述超导接头内填入未经烧结的二硼化镁粉并振实，将超导接头封口，上述线圈超导线与开关超导线首尾相连形成封闭回路的闭环超导线圈；

步骤三：将上述闭环超导线圈置于真空炉或者充有保护气体的炉内烧结；

步骤四：缓慢冷却后取出。

作为优化，上述线圈骨架由无磁性金属或者陶瓷制成。

作为优化，上述线圈超导线及开关超导线外部设有金属包套，上述步骤二之前还包括使用酸性溶液将线圈超导线与开关超导线的两端的包套腐蚀掉的步骤。

作为优化，上述酸性溶液为硫酸、硝酸或者盐酸溶液。

作为优化，上述烧结温度为650～950℃。

作为优化，上述真空炉烧结的真空度高于10^-1Pa。

作为优化，上述烧结时间为0.5～7.0小时。

作为优化，上述保护气体为氩气或者氮气。

一种根据上述方法制得的闭环超导线圈，其中，包括按照螺线管线圈的绕制方法绕制在线圈骨架上的线圈超导线，还包括开关超导线，上述线圈超导线与开关超导线的两端对应分别置于超导接头内，上述超导线与开关超导线两端的芯部延伸出包套，上述超导接头内的填充物设有填充物。

作为优化，上述填充物为二硼化镁粉。

三、本发明的有益效果

闭环超导线圈的制作，除了线圈的绕制，关键的步骤是将缠绕线圈的导线两端连接到一起，形成一个封闭回路。在闭环超导线圈实际运行时，电流在封闭回路内流动没有电阻，线圈在正常维护的情况下，几十年也不会有明显的衰减，既不消耗能量，又能提供服务。

常用的超导材料有铌钛，铌三锡等，即所谓的低温超导材料，运行在液氦温区，即绝对温度4.2K左右。二硼化镁(MgB₂)化合物作为超导材料是本世纪初由日本科学家发现的。二硼化镁的超导临界转变温度为39K。虽然它仍属于低温超导材料的范畴，但是比起传统的低温超导材料，它的超导临界转变温度要高得多，创造了金属间化合物超导材料超导临界转变温度的新纪录，它的发现大大震动了凝聚态物理研究领域。早在1986年，科学家就发现了液氮温区(绝对温度77K左右)超导的氧化物高温超导材料，后来经过科学家们的持续努力，超导临界转变温度被提高到了140K以上。氧化物高温超导材料虽然具有运行温度高的优势，但由于其相干长度小，凝聚能和磁通钉扎能低，层状结构导致很强的各向异性等等缺陷导致了其加工制造和实际应用困难。二硼化镁与氧化物高温超导材料相比具有四大优势：首先，氧化物高温超导材料，特别是第二代高温超导带材，其实际应用的时间表不确定，技术上还远没有成熟。其次，氧化物高温超导材料是典型的陶瓷材料，容易发生脆断，同时陶瓷材料的焊接也是一个很大的问题。超导线圈通常是闭环情况下使用的，要通过焊接做到闭环，二元合金二硼化镁比氧化物高温超导材料要容易得多。第三，二硼化镁超导体的电流衰减率要比氧化物高温超导材料慢得多，因此适合在闭路恒电流模式下使用。第四，二硼化镁造价低廉，预计承载1000安培的超导导线价格仅为2～3美元/米，比通常的铜导线还要便宜，是钇钡铜氧涂层导体所不可比拟的。