一种基于Nb3Al超导环片的超导磁体制造技术

技术编号:17781934 阅读:165 留言:0更新日期:2018-04-22 11:48
本发明专利技术属于超导磁体应用领域,特别涉及一种基于Nb3Al超导环片的超导磁体。本发明专利技术提出了两种Nb3Al超导环片的制作方案,并将制作出的Nb3Al超导环片直接堆叠形成超导磁体。Nb3Al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Nb3Al磁体结构、跑道形Nb3Al磁体结构和D形Nb3Al磁体结构。超导磁体由Nb3Al环形超导片和绝缘片或铜片交互堆叠构成,上下加法兰,并通过拉杆连接固定。本发明专利技术采用的Nb3Al超导环片是闭环的,无需绕制,只需直接堆叠形成Nb3Al超导磁体。Nb3Al超导磁体通过磁通泵励磁,无需电流引线和直流电源,省去焊接环节,有磁体结构简单、紧凑、可拆卸、绝缘处理容易、操作简便的优点,能够实现Nb3Al超导磁体的闭环运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Nb3Al超导环片的超导磁体
本专利技术属于超导磁体应用领域,特别涉及一种基于Nb3Al超导环片的超导磁体。
技术介绍
超导磁体具有磁场强度高、功耗低、体积小和稳定性高等优点,其中Al5型金属间超导化合物Nb3Al具有很高的上临界磁场和高场临界电流密度。在强磁场条件下,Nb3Al具有比已实用化的Nb3Sn线材更优良的应力应变容许特性。结合Nb3Al超导材料的优点提出一种Nb3Al闭环超导片的制作,并将其应用到超导磁体的设计中,为高磁场强度的制备提供一种途径。可应用于大型超导磁体装置,高能加速器的束流磁体,核聚变磁体等各个领域。现今实用的Nb3Al超导材料采用带状结构,通过绕制带材成双饼式或螺管式结构来制备超导磁体。由于Nb3Al超导材料焊接工艺不成熟,无法实现无阻焊接,也就不能实现超导闭环运行。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提出一种基于Nb3Al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Nb3Al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Nb3Al超导环片由未反应Nb层和生成的Nb3Al层组成,上下为未反应Nb层,中间为生成的Nb3Al层。所述Nb3Al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Nb3Al磁体结构、跑道形Nb3Al磁体结构和D形Nb3Al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Nb3Al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Nb3Al磁体结构、跑道形Nb3Al磁体结构和D形Nb3Al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。所述超导磁体通过磁通泵励磁,外加交流电源,实现闭环超导运行。所述Nb3Al超导环片的制作工艺包括,步骤1:将宽度相同的Nb箔和Al箔按照固定的Nb箔-Al箔-Nb箔-Al箔-Nb箔的次序对齐层叠在一起,轧制成五层结构的Nb-Al复合薄板,厚度小于50μm;步骤2:采用快速加热冷却法对Nb-Al复合薄板进行处理,再经过二次热处理后得到Nb3Al超导薄板;步骤3:将步骤2所得的Nb3Al超导薄板切割成圆环形Nb3Al超导环片,或跑道形Nb3Al超导环片,或D形Nb3Al超导环片。所述Nb3Al超导环片的制作工艺包括:步骤1:将Nb箔和Al箔按照固定的Nb箔-Al箔-Nb箔-Al箔-Nb箔的次序对齐层叠在一起,轧制成五层结构的Nb-Al复合薄板,厚度小于50μm;步骤2:切割Nb-Al复合薄板,得到圆环形Nb-Al复合薄片,或跑道形Nb-Al复合薄片,或D形Nb-Al复合薄片;步骤3:采用快速加热冷却法对Nb-Al复合薄片进行处理,再经过二次热处理后,得到圆环形Nb3Al超导环片,或跑道形Nb3Al超导环片,或D形Nb3Al超导环片。有益效果:本专利技术提出一种基于Nb3Al超导环片的超导磁体,由Nb3Al超导环片和绝缘片或铜片交互堆叠构成,通过简单地堆叠Nb3Al超导环片形成超导磁体,省去了绕制环节;无需焊接,采用磁通泵励磁技术,无需电源和电流引线,可以实现了Nb3Al高磁场磁体闭环运行的高场磁体应用;具有制造方便,结构简单、紧凑的优点。附图说明图1为制造三种环形Nb3Al超导片的制作工艺一的加工过程示意图;。图2为制造三种环形Nb3Al超导片的制作工艺二的加工过程示意图;图3为绝缘片示意图;图4为采用磁通泵励磁时的圆柱形Nb3Al磁体模型示意图;图5为采用磁通泵励磁时的跑道形Nb3Al磁体模型示意图;图6为采用磁通泵励磁时的D形Nb3Al磁体模型示意图;图7为涂绝缘漆有径向切口的铜片结构示意图;图8为用涂绝缘漆的有切口的铜片代替绝缘片的圆柱形Nb3Al磁体模型示意图;图9为用涂绝缘漆的有切口的铜片代替绝缘片的跑道形Nb3Al磁体模型示意图;图10为用涂绝缘漆的有切口的铜片代替绝缘片的D形Nb3Al磁体模型示意图;图11为泵入磁通泵脉冲交流电源的交变电流波形示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。图1是制造Nb3Al超导环片的方案一的加工过程示意图,具体的示实施过程为:将Nb箔(1)和Al箔(2)按照固定的Nb箔-Al箔-Nb箔-Al箔-Nb箔的次序对齐层叠在一起,轧制成一个五层结构的Nb-Al复合板(4),厚度小于50μm;在真空室中将复合材料快速加热到1960℃,然后将其放入液态金属Ga溶液中快速淬火,将淬火后的材料进行二次热处理,即得到Nb3Al超导薄板(5);将Nb3Al超导薄板切割成圆环形Nb3Al超导环片(6),或者跑道形Nb3Al超导环片(7),或者D形Nb3Al超导环片(8)。图2是制造Nb3Al超导环片的方案二的加工过程示意图,具体的示实施过程为:将Nb箔(1)和Al箔(2)按照固定的Nb箔-Al箔-Nb箔-Al箔-Nb箔的次序对齐层叠在一起,轧制成一个五层结构的Nb-Al复合薄板(4),厚度小于50μm。对Nb-Al复合薄板(4)进行切割,得到圆环形Nb-Al复合薄片(9),或跑道形Nb-Al复合薄片(10),或D形Nb-Al复合薄片(11),其中9-1,10-1,11-1为复合薄板的Nb层,9-2,10-2,11-2为复合薄板的Al层;在真空室中,将三种形状的Nb-Al复合片快速加热到1960℃,然后将其放入液态金属Ga溶液中快速淬火,将淬火后的材料进行二次热处理,即得到圆环形Nb3Al超导环片(6),或跑道形Nb3Al超导环片(7),或D形Nb3Al超导环片(8),其中6-1,7-1,8-1为未反应Nb层,6-2,7-2,8-2为生成的Nb3Al层。图3为绝缘片示意图,绝缘片可以采用现有的PPLP绝缘材料、有机绝缘薄膜、牛皮纸或环氧薄片等,其截面尺寸与超导环片相同,构成圆柱形Nb3Al超导磁体的绝缘片为圆环形(12);构成跑道形Nb3Al超导磁体的绝缘片为跑道形(20);构成D形Nb3Al超导磁体的绝缘片为D形(21)。实施例1由圆环形Nb3Al超导环片和绝缘片所构成的超导磁体结构图如图4所示,构成磁体的具体过程为:先放置好第1片圆环形绝缘片(12),将第1片圆环形Nb3Al超导环片(6)堆叠在第1片绝缘片(12)上面,堆叠时要做到上下完全对齐。接着将第2片绝缘片(12)堆叠在第1片Nb3Al超导环片(6)上面,再将第2片Nb3Al超导环片(6)堆叠在第2片绝缘片(12)上面。然后将第3片绝缘片(12)堆叠在第2片超导环片(6)上面,依次类推,一片片地完成超导环片和绝缘片的交互堆叠。堆叠完毕后上下加法兰片(13)固定,法兰片的内半径同超导片r1,外半径要大于超导片外半径r2,在外半径大于的区域对称开3个定位孔(14),通过绝缘拉杆(15)和螺栓(16)进行固定。实施例2由跑道形Nb3Al超导环片和绝缘片所构成的磁体结构图如图5所示,构成磁体的具体过程为:先放置好第1片跑道形绝缘片(20),将第1片跑道形Nb3Al超导环片(7)堆叠在第1片跑道形绝缘片(2本文档来自技高网...
一种基于Nb3Al超导环片的超导磁体

【技术保护点】
一种基于Nb3Al超导环片的超导磁体,其特征在于,超导磁体由形状尺寸相同但中间开孔的绝缘片与Nb3Al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连接定。

【技术特征摘要】
1.一种基于Nb3Al超导环片的超导磁体,其特征在于,超导磁体由形状尺寸相同但中间开孔的绝缘片与Nb3Al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连接定。2.根据权利要求1所述的基于Nb3Al超导环片的超导磁体,其特征在于,所述Nb3Al超导环片由未反应Nb层和生成的Nb3Al层组成,上下为未反应Nb层,中间为生成的Nb3Al层。3.根据权利要求1所述的基于Nb3Al超导环片的超导磁体,其特征在于,所述Nb3Al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Nb3Al磁体结构、跑道形Nb3Al磁体结构和D形Nb3Al磁体结构。4.根据权利要求1所述的基于Nb3Al超导环片的超导磁体,其特征在于,所述绝缘片采用PPLP绝缘材料、有机绝缘薄膜、牛皮纸或环氧薄片。5.根据权利要求1所述的基于Nb3Al超导环片的超导磁体,其特征在于,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。6.根据权利要求1所述的基于Nb3Al超导环片的超导磁体,其特征在于,所述Nb3Al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Nb3Al磁体结构、跑道形Nb3Al磁体结构和D形Nb3Al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...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡一丹王银顺袁茜陈洁皮伟薛济萍
申请(专利权)人:华北电力大学江苏中天科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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