一种铌三锡超导接头的压接模具制造技术

一种铌三锡超导接头的压接模具，其底座为圆形，中心有凸台，凸台侧面有销钉孔。模具外筒套装在底座上，模具外筒的内壁和底座的凸台外侧面贴合固定。外筒底部侧面有销钉孔，采用销钉将外筒固定在底座上。外筒套装在中心筒外，芯轴位于中心筒内的中心部位。中心筒为三瓣形状，三瓣拼接为圆柱形。芯轴为T形结构，芯轴与中心筒的三瓣通过定位槽定位配合。上盖在模具外筒的上部，上盖的内侧有螺纹，与模具外筒上沿通过螺纹配合，使上盖推动芯轴向下运动。上盖位于芯轴的正上方，上盖向下旋转过程中，上盖的顶部下端面接触芯轴的顶面，推动芯轴向下运动，压紧中心筒内的铌三锡超导线与金属粉体压成一体，接头部分压力均匀，对铌三锡超导连接没有损伤。

A kind of crimping die for niobium tin superconducting joint

【技术实现步骤摘要】
一种铌三锡超导接头的压接模具
本专利技术涉及一种铌三锡超导接头的压接模具。
技术介绍
能够产生强磁场的超导磁体是超导技术的一个重要应用场合，诸如核磁共振谱仪、磁共振成像等需要超导磁体提供背景磁场。以金属间化合物为基本的超导材料铌三锡(Nb3Sn)是常用的低温超导材料，具有较高的上临界磁场和临界电流密度，超导转变温度达18.3K，在4.2K时上临界磁场可达25T，4.2K/10T磁场下承载的临界电流密度约为5×105A/cm2。铌三锡超导体是制作10T以上高场超导磁体的最理想的低温超导材料之一。铌三锡超导体具有典型的A15结构，铌三锡超导磁体需要首先将未超导的导线绕制成磁体，然后经过高温扩散热处理，生成具有超导性能的铌三锡相。铌三锡超导体形成后，塑性差，脆性强，很难进行机械操作。因此，首先需要在热处理前操作。铌三锡接头是铌三锡超导磁体的关键，接头质量直接影响整个铌三锡超导磁体的性能。在降温和通电过程中，铌三锡超导接头是整个磁体系统的易破坏点。目前制备的Nb3Sn超导接头的接头电阻较大，如美国华盛顿大学采用化学气相沉积的方法制备Nb3Sn超导接头。专利CN201010221920.8公开的制备方法需要首先沉积Cu-Sn合金镀层，工艺复杂，可操作性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有制备铌三锡接头工艺复杂，电阻高的缺点，提出一种铌三锡超导接头的压接模具。采用本专利技术制备铌三锡超导接头，工艺简单可靠，能够得到低电阻的Nb3Sn超导接头。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种铌三锡超导接头的压接模具，为圆柱形结构，包括底座、模具外筒、中心筒、芯轴和上盖，底座、模具外筒、中心筒、芯轴和上盖同轴。其中，底座为圆形，中心有凸台，凸台侧面有销钉孔。模具外筒套装在底座上，模具外筒的内壁和底座的凸台外侧面贴合固定。外筒底部侧面有销钉孔，采用销钉将外筒固定在底座上。外筒套装在中心筒外，芯轴位于中心筒内的中心部位。上盖在模具外筒的上部，上盖的内侧有螺纹，与模具外筒上沿通过螺纹配合，螺纹的螺距为0.5mm-1.5mm。通过螺纹配合使上盖推动芯轴向下运动。上盖中心开有通孔，用于进出铌三锡超导线。上盖位于芯轴的正上方，上盖向下旋转过程中，上盖的顶部下端面接触芯轴的顶面，推动芯轴垂直向下运动。所述的芯轴为T形结构，顶面开有线槽。顶面下方的圆柱面的一侧有定位块。所述的中心筒是由三个瓣拼接成的中空圆柱。三个瓣中的第一瓣内壁和第二瓣内壁上各开有一个线槽，线槽截面为圆形，线槽的半径大于铌三锡超导线的半径，线槽深度与第一瓣的高度相等。铌三锡超导线从线槽中通过，防止受力时损伤铌三锡超导线。第三瓣的内壁中间处有一个定位槽，芯轴一侧的定位块插入此定位槽用于芯轴的定位和导向。第三瓣的外壁的中间位置有一个定位块，所述定位块插入位于模具外筒内壁的定位槽中，与外筒内壁上的定位槽配合定位，防止中心筒和外筒之间相对运动。水平固定底座，转动上盖，利用上盖和外筒的螺纹配合，使上盖向下运动，推动上盖下方的芯轴垂直向下运动。在运动过程中芯轴侧面的定位块卡进中心筒的定位槽中，保证芯轴的直线运动，不发生转动。芯轴下端逐渐压紧中心筒内的Nb粉和Sn粉的混合粉体，使铌三锡超导线底部的Nb丝与Nb粉和Sn粉的混合粉体压成一体。本专利技术压接模具压接铌三锡超导接头的工作过程如下：(1)将一根超导线绕制一匝或多匝，将超导线的两端并排对齐，作为进线端和出线端。用硝酸腐蚀Nb3Sn超导线进线端、出线端的铜层，腐蚀段长度为0.5cm-10cm，露出Nb3Sn线中的Nb多丝和支撑芯，去除支撑芯；(2)将Nb粉和Sn粉混合后球磨，球磨时间5h-20h；(3)将铌三锡超导线的两端分别从中心筒两侧的第一瓣和第二瓣的线槽中竖直插入中心筒内，铌三锡超导线未腐蚀部分到达底座凸台上表面，Nb多丝进入中心筒内。向中心筒内倒入球磨后的Nb粉和Sn粉。然后插入芯轴，铌三锡超导线的进线和出线分别从中心筒第一瓣的线槽和第二瓣的线槽中穿过，并经芯轴顶面的线槽从上盖的中心孔穿出；(4)固定底座，转动上盖，推动芯轴向下运动，对中心筒内的铌三锡超导线和Nb粉和Sn粉的混合粉加压，然后保持压力0.5h-2h；(5)反向旋转上盖，卸压后取出铌三锡超导线和超导线的接头；(6)对铌三锡超导线进行高温热处理，热处理温度650℃-660℃。其中，Nb粉和Sn粉的粒径为100nm-500nm。Nb粉和Sn粉的摩尔比为3:1。本专利技术将一根铌三锡超导线的进线和出线做成一个接头，形成一个闭环的回路，利用电磁感应法在接头回路中反应电流，然后测试接头环产生的磁场随时间的变化，根据磁场衰减计算接头的电阻。本专利技术的铌三锡超导接头的压接模具能够方便对结构脆弱的铌三锡超导线进行操作，在制作接头的过程中能够保护容易损伤的铌三锡超导线。采用本专利技术的铌三锡超导接头的压接模具制作铌三锡超导接头，将铌三锡端部腐蚀后的Nb丝与球磨后的Nb粉和Cu粉混合后，采用铌三锡超导接头的压接模具加压，能够将压力均匀加载到Nb丝和Nb粉和Cu粉的混合粉上，压力各向同性，各部分压力均匀，不会对超导线和Nb多丝造成损伤。附图说明图1铌三锡超导接头的压接模具结构示意图；图2压接模具的外筒结构示意图；图3压接模具的外筒横截面结构示意图；图4压接模具的上盖结构示意图；图5压接模具的中心筒结构示意图；图6压接模具的芯轴结构示意图；图7腐蚀后的Nb3Sn超导线端部示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。如图1所示，本专利技术铌三锡超导接头的压接模具包括底座、外筒、中心筒、芯轴和上盖。底座、模具外筒、中心筒、芯轴和上盖同轴。其中，底座为圆形，中心有凸台，如图2和图3所示，模具外筒套装在底座上，模具外筒的内壁和底座的凸台外侧面贴合固定。外筒底部侧面有销钉孔，通过销钉将外筒和底座固定。外筒套装在中心筒外，芯轴位于中心筒内的中心部位。上盖在模具外筒的上部，上盖的内侧有螺纹，如图4所示。上盖与外筒上沿通过螺纹配合，推动芯轴向下运动，螺纹的螺距为0.5mm-1.5mm。上盖中心开有通孔，用于进出铌三锡超导线。上盖位于芯轴的垂直上方，上盖向下旋转过程中，上盖顶部下端面推压芯轴的顶面，推动芯轴垂直向下运动。如图6所示，所述的芯轴为T形结构，顶面开有线槽，顶面下方的圆柱面的一侧有定位块。如图5所示，中心筒由三个瓣拼接成为中空的圆柱形。三个瓣中的第一瓣1和第二瓣2上各开有一个线槽，两个线槽分别位于第一瓣1和第二瓣2的内壁，对称布置，线槽截面为圆形，线槽的半径大于超导线的半径，线槽深度与第一瓣1的高度相等。铌三锡超导线从线槽中通过，防止受力时损伤铌三锡超导线。第三瓣3的内壁上有一个定位槽，定位槽与芯轴的定位块同侧，芯轴上的定位块插入此定位槽对芯轴的定位和导向。第三瓣3的外壁中间处有一个定位块，定位块插入位于外筒内壁处的定位槽中，与外筒内壁上的定位槽配合定位，防止本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铌三锡超导接头的压接模具，其特征在于，所述的压接模具为圆柱形结构，包括底座、模具外筒、中心筒、芯轴和上盖，底座、模具外筒、中心筒、芯轴和上盖同轴；底座为圆形，中心有凸台，凸台侧面有销钉孔；模具外筒套装在底座上，模具外筒的内壁和底座的凸台外侧面贴合固定；外筒底部侧面有销钉孔，采用销钉将外筒固定在底座上；外筒套装在中心筒外，芯轴位于中心筒内的中心部位；上盖在模具外筒的上部，上盖的内侧有螺纹，与模具外筒上沿通过螺纹配合，使上盖推动芯轴向下运动；上盖中心开有通孔，用于进出铌三锡超导线；上盖位于芯轴的正上方，上盖向下旋转过程中，上盖的顶部下端面接触芯轴的顶面，推动芯轴向下运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种铌三锡超导接头的压接模具，其特征在于，所述的压接模具为圆柱形结构，包括底座、模具外筒、中心筒、芯轴和上盖，底座、模具外筒、中心筒、芯轴和上盖同轴；底座为圆形，中心有凸台，凸台侧面有销钉孔；模具外筒套装在底座上，模具外筒的内壁和底座的凸台外侧面贴合固定；外筒底部侧面有销钉孔，采用销钉将外筒固定在底座上；外筒套装在中心筒外，芯轴位于中心筒内的中心部位；上盖在模具外筒的上部，上盖的内侧有螺纹，与模具外筒上沿通过螺纹配合，使上盖推动芯轴向下运动；上盖中心开有通孔，用于进出铌三锡超导线；上盖位于芯轴的正上方，上盖向下旋转过程中，上盖的顶部下端面接触芯轴的顶面，推动芯轴向下运动。


2.根据权利要求1所述的铌三锡超导接头的压接模具，其特征在于，所述的芯轴为T形结构，顶面开有线槽；芯轴顶面下方的圆柱面的一侧有定位块。


3.根据权利要求1所述的铌三锡超导接头的压接模具，其特征在于，所述的中心筒是由三个瓣拼接成的中空圆柱；三个瓣中的第一瓣(1)和第二瓣(2)的内壁上各开有一个线槽，线槽的截面为圆形，线槽的半径大于铌三锡超导线的半径，线槽深度与第一瓣(1)的高度相等；铌三锡超导线从线槽中通过；第三瓣(3)的内壁中间处有一个定位槽，芯轴一侧的定位块插入此定位槽用于芯轴的定位和导向；第三瓣(3)的外壁中间位置有一个定位块，所述定位块插入位于模具外筒内壁的定位槽中，与外筒内壁上的定位槽配合定位，防止中心筒和外筒之间相对运动。


4.根据权利要求1所述的铌三锡超导接头的压接模具，其特征在于，所述上盖的内侧和模具外筒上沿螺纹的螺距为0.5mm-1.5mm。


5.根据权利要求1至4任一项所述的铌三锡超导接头的压接模具，其特征在于，所述的压接模具工作时，首先水平固定底座，转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙万硕，王秋良，程军胜，戴银明，胡新宁，王晖，刘建华，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11