[发明专利]一种超导磁体接头及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导磁体接头，尤其涉及一种超导磁体接头，本发明还涉及该超导磁体接头制作方法。

背景技术

铌三锡（Nb₃Sn）相比于铌钛（NbTi）在临界温度、临界电流和临界磁场等重要参数方面呈现出更好的优越性。Nb₃Sn临界温度约18K，而且4.2K时临界磁场强度达到28T。在相同的背景场及4.2K温度时，Nb₃Sn的临界电流密度是NbTi的3倍。因此，Nb₃Sn是制作高性能超导磁体的良好材料，尤其适用于制造高场超导磁体。

但是，由于Nb₃Sn属于化合物型脆性材料，任何变形或碰撞都可能会对其超导性能造成损伤，因此在实际工程中绕制Nb₃Sn线圈，首先需要将绝缘了的Nb₃Sn超导线绕制在骨架上，做成符合设计要求的线圈，然后将线圈整体进行热处理，通过固态扩散反应生成具备超导电性的Nb₃Sn，从而得到具有超导性能的Nb₃Sn超导线圈。反应后不能再改变超导线的绕向，以避免发生Nb₃Sn超导线的脆断或损伤。

鉴于NbTi导体易于绕制、价格较低，同时，为了避免Nb₃Sn磁体时而出现的低场不稳定性，实用高场超导磁体往往制造成NbTi-Nb₃Sn混合超导磁体。将Nb₃Sn内插线圈与NbTi线圈串联使用，这就需要制作NbTi-Nb₃Sn接头。如果Nb₃Sn线圈绕制了至少两根Nb₃Sn线，则需要制作Nb₃Sn-Nb₃Sn接头。另外，由于整个磁体工作在封闭的低温环境下，对接头进行经常性检测和修复是不现实的，因此必须保证接头质量的高可靠性。这样，制作低电阻、高机械强度、高传输电流的超导接头是非常重要的。

超导接头的基本要求是超导接头必须要有较低的电阻。超导磁体的工作电流一般达到几十安到上百安，电阻太大会引起严重的焦耳热损耗，可能导致磁体失超，严重时损伤磁体。对于闭环运行的超导磁体，接头电阻过大会导致磁场的衰减。如果要求磁场的稳定度达到某一水平，则要求接头的电阻必须小于某一定的量值，例如对于NMR磁体系统，一般需要超导接头的电阻不高于10^-12欧姆；同时超导接头必须具有一定的机械强度和韧性，来承受工作状态下的电磁应力和冷却过程中受到的收缩应力；另外，超导接头还必须能够传输较高的磁体运行电流。

目前超导磁体Nb₃Sn接头制作主要分为两类：一类是在超导线热处理前制作接头，另一类是在超导线热处理后制作接头。前一类方法中，中国科学院电工研究所专利201010221920.8公布了一种青铜工艺Nb₃Sn超导体多芯线接头及其制备方法，国外也有相关专利公布，其制作工艺繁琐，为一次成型，热处理后接头如果处理不好，磁体有损坏的巨大风险。后一类方法中，美国GE公司曾采用化学气相沉积(CVD)在接头上沉积超导层的方法，该方法工艺复杂、环境要求苛刻，并不适合工程使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较低接触电阻的超导磁体接头，其机械强度高，不易损坏。

本发明的另一个目的在于提供上述超导磁体接头的制作方法。

本发明的目的是这样实现的，一种超导磁体接头，包括接头座和连接其上的铜套，超导线穿过所述接头座和铜套并焊接为超导接头，所述铜套与所述超导接头之间为灌封的焊料。

所述两根超导线为两根铌三锡超导线或一根铌三锡超导线和一根铌钛超导线；所述接头座端面和侧面分别设有引线孔。

所述超导磁体接头装置还包括封套，所述封套螺纹连接在所述接头座上且套装在所述铜套上；所述接头座和封套均为不锈钢材料，所述铜套为无氧铜材料。

本发明的另一个目的是这样实现的，上述超导磁体接头制作方法，包括制作超导接头，所述制作超导接头为将经过热处理且固定在所述接头座的超导线进行焊接形成超导接头，将所述铜套固定在所述接头座上，并在所述铜套和所述超导接头之间灌封焊料。

所述灌封焊料为将所述铜套加热后浸入熔化的伍德合金焊料中，浸入长度80～85mm，温度范围为140～160℃；所述伍德合金的熔点范围在90～110℃。