一种超导接头及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种超导接头及其制作方法，属于超导线材连接技术领域，包括有反应桶、冲压桶盖、MgB

Superconducting joint and manufacturing method thereof

The invention relates to a superconducting joint and manufacturing method thereof, belonging to the technical field of superconducting wire connection, including reaction barrel, barrel cover, press MgB

【技术实现步骤摘要】
一种超导接头及其制作方法
本专利技术属于超导线材连接
，涉及一种在无氦磁体中使用的MgB2超导线圈的超导接头及其制作方法。
技术介绍
二硼化镁（MgB2）在2001年被发现是超导体，相较于其他常规超导材料有较高的临界温度，MgB2在材料和制造成本等方面相对较低，所以被认为是很有希望应用在磁共振成像系统（MRI）磁体等方面，尤其是无氦模式磁共振成像系统（FHeMRI）磁体中的一种候选材料。无氦磁体与液氦磁体相比，无需液氦做制冷剂而仅由制冷机控制工作环境温度，所以选择临界温度较高的MgB2作为超导材料更为合适。目前市场上销售的磁共振成像系统（MRI）主要是采用铌钛（NbTi）材料超导线绕制的超导磁体。传统的NbTi超导线可以通过熔接等方法进行超导连接，而MgB2是一种脆性的陶瓷材料，且熔点高，不能通过传统方法进行超导连接。现在的超导磁共振成像系统（MRI）磁体内充满了昂贵的液氦（LHe）来维持NbTi超导线4.2K的临界温度。但是，不断攀升的液氦价格和极有可能短缺的液氦资源，大幅增加了对无氦磁体的需求。MgB2的临界温度为39K，故可允许其在高达10K-25K的温度下工作。同时，超导接头的好坏将直接影响到磁体的能否长期稳定工作，在磁场以及温度15K的条件下需实现小于1.3×10-10Ω的接合电阻。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的MgB2超导接头载流能力不强，且在制作接头过程中，由于MgB2本身的脆性极易导致超导线内芯折断。我们根据Mg、B和MgB2超导体的物理化学特性，提出一种实现MgB2超导线材安全可靠的超导连接装置。本专利技术可以实现两段MgB2超导线的连接，还可以使接头电阻达到磁共振系统稳定持久工作所需。本专利技术所采用的技术方案如下：MgB2是一种金属与非金属高熔点合金材料，单丝MgB2超导线是通过粉末装管法技术和原位工艺制造。使用Mg、B混合粉末作为原始材料，装入金属管中，锻造好的复合材料导线随后被拉制成超导线。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种超导接头，包括有反应桶、冲压桶盖、MgB2块和两根MgB2超导线，所述的反应桶侧壁开设有用于MgB2超导线穿入的方形通孔，反应桶内侧底部设有用于MgB2超导线定位的导向卡槽，所述的通孔在反应桶内侧底部与所述的导向卡槽连通且方向一致；所述的两根MgB2超导线并排紧贴穿过通孔定位在导向卡槽内，两根MgB2超导线的MgB2超导内芯在反应桶内通过MgB2块连接；所述的反应桶上口设有冲压桶盖，冲压桶盖与反应桶之间通过插接方式密封配合。作为优选，所述的通孔的高度宽度尺寸与两根并排的MgB2超导线的高度宽度尺寸适配；所述的导向卡槽宽度尺寸与两根并排的MgB2超导线的宽度尺寸适配。作为优选，所述的反应桶的内腔呈直立柱形。作为优选，所述的反应桶与冲压桶盖之间设有高温密封层；所述的方形通孔与两根MgB2超导线之间也设有高温密封层。作为优选，所述的高温密封层为GL-900耐高温无硅密封胶材料。一种超导接头的制作方法，至少包括以下步骤：A.采用机械（物理）抛光或化学腐蚀等方法把两根待连接的MgB2超导线端部一面一段长约5mm的金属护套材料剥离，直至暴露出MgB2超导内芯，其余部分保留,接下来将两根剥离了部分护套材料的MgB2超导线置于平行紧密贴合的状态，暴露出MgB2超导内芯的接触面需朝向同一方向放置；B.将两根待连接的MgB2超导线插入通孔的高温密封材料中，再将其通过侧壁方形通孔插入反应桶的立柱形空腔内，反应桶底部导向卡槽的设计可与MgB2超导线完美吻合，用以固定超导接头，使超导接头结构在空腔内不会产生晃动；需保证暴露出的MgB2超导内芯接触面朝向反应桶上开孔方向放置，另一面保证与反应桶上底部接触，随后，在150℃下在干燥炉中对密封材料进行15分钟的固化处理；C.将已经研磨好的且与制造MgB2超导线相同批次的（Mg+2B）粉末均匀混合，适量的铺覆在反应桶内腔中，且与两段MgB2超导线内芯的接触面充分接触；上述填充的Mg粉和B粉的摩尔比为1∶2，Mg粉细度99％，粒度325目，无定形B粉细度98.8％，粒度约400nm，粉末密度约为1.96g/cm3±4％；D.为了保证接头处烧结反应后的MgB2块与原MgB2超导线内芯的结合强度，再将高温密封材料添加在反应桶顶部。使用合适大小的冲压桶盖，将接头装置置于压机中，垂直冲压桶盖表面方向上施加约10T/cm2（〜0.93Gpa）的压力，保持压力10分钟，使反应桶与冲压桶盖紧密压制不松脱，提高整个装置的致密度；E.将反应桶顶部的高温密封层在150℃下的干燥炉中固化15分钟；再将整个压制后的装置置于高纯氩（Ar）惰性保护气氛的烧结炉中，快速热处理至700℃下，并保持90分钟，使Mg、B粉充分反应生成MgB2，便可实现两段MgB2超导线的超导连接，上述接头装置需自然冷却至室温，之后即可从炉中取出整个接头装置，得到稳固连接的MgB2超导线。本专利技术的优点如下：本专利技术将MgB2超导线材放置在反应桶的内腔中，并通过施加压力使接头处致密化，可有效减少外界气氛对烧结反应的影响，且提高机械强度和接头致密度，有效降低接头处电阻，保障接头能够在超导磁体中处于长期稳定的状态。本专利技术将剥离一半护套金属的MgB2超导线置于反应桶下部凹陷，且剩余一半护套金属与底部接触垫实，用于反应的混合粉末在其上部。能够保证受到压力后，原MgB2超导线不会因为自身脆性而折断，保证原超导线的超导性能。本专利技术在接头处添加Mg、B混合粉末，利用Mg的较低熔点及MgB2低于自身熔点的成相反应温度，在较低温度下实现反应焊接。最大限度地增大接触面积与反应前施加压力，接头烧结的MgB2与超导线原有的MgB2内芯结合强度高，有效降低接头处电阻，提高接头处临界电流特性。附图说明图1为本专利技术MgB2超导线接头装置的截面图。图2为本专利技术反应桶的剖面图。图3为本专利技术两根MgB2超导线剥离护套材料后的示意图。图4为本专利技术将MgB2超导线伸入到反应桶空腔内的示意图。图5为本专利技术反应桶填充镁硼混合粉末的示意图。图6为本专利技术中添加高温密封材料与插接挤压桶盖的示意图。图7为本专利技术安装完毕后的示意图。图中，1：MgB2超导线；2：高温密封层；3：反应桶；4：MgB2块；5：冲压桶盖；6：导向卡槽；7：通孔。具体实施方式下面结合附图对本专利技术一种超导接头及其制作方法作进一步说明：如图1、图2所示，一种超导接头，包括有反应桶3、冲压桶盖5、MgB2块4和两根MgB2超导线1，所述反应桶3外部形状为圆柱形，内部呈一个直立柱形空腔；所述的反应桶3侧壁开设有用于MgB2超导线1穿入的方形通孔7，通孔7的高度宽度尺寸与两根并排的MgB2超导线1的高度宽度尺寸适配，反应桶3内侧底部设有用于MgB2超导线1定位的导向卡槽6，卡槽6宽度尺寸与两根并排的MgB2超导线1的宽度尺寸适配，所述的通孔7在反应桶3内侧底部与所述的导向卡槽6连通，且通孔7与导向卡槽6方向一致、底部齐平、光滑过渡。所述的两根MgB2超导线1并排紧贴穿过通孔7定位在导向卡槽6内，两根MgB2超导线1的MgB2超导内芯在反应桶3内通过MgB2块4连接。所述的冲压桶盖5与反应桶3上口通过插接方式密封配合。并且，所述的反应桶3与冲压桶盖5之间设有高温密封层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导接头，包括有反应桶（3）、冲压桶盖（5）、MgB

【技术特征摘要】
1.一种超导接头，包括有反应桶（3）、冲压桶盖（5）、MgB2块（4）和两根MgB2超导线（1），其特征在于：所述的反应桶（3）侧壁开设有用于MgB2超导线（1）穿入的方形通孔（7），反应桶（3）内侧底部设有用于MgB2超导线（1）定位的导向卡槽（6），所述的通孔（7）在反应桶（3）内侧底部与所述的导向卡槽（6）连通且方向一致；所述的两根MgB2超导线（1）并排紧贴穿过通孔（7）定位在导向卡槽（6）内，两根MgB2超导线（1）的MgB2超导内芯在反应桶（3）内通过MgB2块（4）连接；所述的反应桶（3）上口设有冲压桶盖（5），冲压桶盖（5）与反应桶（3）之间通过插接方式密封配合。2.根据权利要求1所述的一种超导接头，其特征在于：所述的通孔（7）的高度宽度尺寸与两根并排的MgB2超导线（1）的高度宽度尺寸适配；所述的导向卡槽（6）宽度尺寸与两根并排的MgB2超导线（1）的宽度尺寸适配。3.根据权利要求1或2所述的一种超导接头，其特征在于：所述的反应桶（3）的内腔呈直立柱形。4.根据权利要求1所述的一种超导接头，其特征在于：所述的反应桶（3）与冲压桶盖（5）之间设有高温密封层（2）；所述的方形通孔（7）与两根MgB2超导线（1）之间也设有高温密封层（2）。5.根据权利要求4所述的一种超导接头，其特征在于：所述的高温密封层（2）为GL-900耐高温无硅密封胶材料。6.一种超导接头的制作方法，其特征在于：至少包括以下步骤：A.采用机械（物理）抛光或化学腐蚀等方法把两根待连接的MgB2超导线端部一面一段长约5mm的金属护套材料剥离，直至暴露出MgB2超导内芯，其余部分保留,接下来将两根剥...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建明，陈一炜，俞道生，
申请(专利权)人：杭州图锐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33