[发明专利]一种基于NbTi超导环片的超导磁体

说明书

技术领域

本发明属于超导磁体应用领域，尤其涉及一种基于NbTi超导环片的超导磁体。

背景技术

超导材料已广泛应于高技术领域，NbTi合金作为一种典型的低温超导材料，广泛应用于高能物理、受控热核聚变、储能、磁悬浮等重要领域。NbTi超导线具有良好的可塑性和机械韧性，在使用过程中性能不退化，用它绕制的磁体安全性很强，稳定性很高。

NbTi超导线材的加工工艺成熟，采用传统工艺和人工钉扎中心工艺制备方法，目前已实现产业化，广泛应用于3T以下的磁共振成像(MRI)系统。由于NbTi超导线材具有很好的加工性能和高的临界电流密度，也广泛应用于大型加速器项目中。高铜比NbTi/Cu超导线材具有低成本、所制备的磁体稳定性高等优点，是NbTi超导线材的主要产品之一。实用的高铜比NbTi/Cu超导线材多采用多芯复合导线结构，但加工过程中存在断线和断芯而使生产的成品率下降。NbTi/Cu超导线材，通过绕制导线来制备超导磁体，无法实现无阻焊接，也就不能实现超导磁体的闭环运行。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于NbTi超导环片的超导磁体，

超导磁体由形状尺寸相同但中间开孔的绝缘片与NbTi超导环片交互堆叠组成，顶层和底层为绝缘片，顶层和底层外加中间开孔的法兰片进行固定，在法兰片四周大于超导环片的区域对称开若干个定位孔，通过绝缘拉杆和螺栓进行上下法兰片的固定连接。

所述NbTi超导环片由Cu层和NbTi层组成，上下为Cu层，中间为NbTi层。

所述NbTi超导环片形状包括圆形、跑道形和D形环3种，分别对应为圆柱形NbTi磁体结构、跑道形NbTi磁体结构和D形NbTi磁体结构。

所述的绝缘片采用PPLP绝缘材料、有机绝缘薄膜、牛皮纸或环氧薄片。

所述绝缘片用铜片替换，铜片双面涂有绝缘漆，并有径向的切口。

所述NbTi超导环片形状包括圆形、跑道形和D形环3种，分别对应为圆柱形NbTi磁体结构、跑道形NbTi磁体结构和D形NbTi磁体结构；所述绝缘片采用PPLP绝缘材料、有机绝缘薄膜、牛皮纸、环氧薄片或用铜片替换，铜片双面涂有绝缘漆，并有径向的切口。

采用磁通泵励磁方式为整个磁体励磁，实现超导磁体的闭环运行。

所述NbTi超导环片的制作工艺包括，

步骤1：将NbTi合金棒多次挤压，形成NbTi合金薄板，将铜挤压成Cu薄板，其中，NbTi合金薄板和Cu薄板的宽度相同；

步骤2：按照顺序依次将Cu薄板、NbTi合金薄板、Cu薄板进行堆叠，通过多次挤压机，形成多层的复合薄板；

步骤3：将成卷的复合薄板采用成熟的时效热处理工艺，形成NbTi薄板；

步骤4：在NbTi薄板上先切割成方形的片状，再用方形片切割成圆环形NbTi超导环片，或跑道形NbTi超导环片，或D形NbTi超导环片。

所述NbTi超导环片的制作工艺包括，

步骤1：将NbTi合金棒多次挤压，形成NbTi合金薄板，将铜挤压成Cu薄板，其中，NbTi合金薄板和Cu薄板的宽度相同；

步骤2：按照顺序依次将Cu薄板、NbTi合金薄板、Cu薄板进行堆叠，通过多次挤压机，形成多层的复合薄板；

步骤3：在复合薄板上切割出方形的片状，再切割成圆环片状或跑道形环片，或者D形环片；

步骤4：将3种环形片各自堆叠成摞，采用成熟的时效热处理工艺形成圆环形NbTi超导环片，或跑道形NbTi超导环片，或D形NbTi超导环片。

有益效果

本发明采用NbTi材料制作超导环片，拓展了NbTi超导材料超导磁体的应用范围，各个NbTi超导环片之间无需焊接，没有接触电阻，无需电源和电流引线，实现无电阻的超导磁体的闭环运行；NbTi超导环片的超导磁体有较高磁体载流能力，能在强磁场下稳定运行；另外，超导磁体结构紧凑，损耗小，在中大型超导磁体，热核聚变反应方面具有广泛的应用。

附图说明

图1是方案1下NbTi超导环片的加工示意图；

图2是方案2下NbTi超导环片的加工示意图；

图3是绝缘片的结构示意图；

图4是铜片的结构示意图；

图5为圆柱形NbTi超导磁体的结构示意图；

图6为用铜片代替绝缘片的圆柱形NbTi磁体模型示意图；

图7为跑道形NbTi磁体模型示意图；