一种电子束焊接制备铌钛线材和铌三锡混合超导接头的方法技术

本发明专利技术提供一种电子束焊接制备铌钛线材和铌三锡混合超导接头的方法。本发明专利技术选用商业的多芯NbTi和Nb3Sn超导线，通过物理或化学的方法去除超导线材外部的绝缘层和稳定层，露出NbTi线中的NbTi超导芯和Nb3Sn线中的Nb超导芯。随后在保证Nb3Sn线材中裸露的Nb超导芯在不反应的情况下完成Nb3Sn线材的退火热处理。将需要制备接头的NbTi超导线的NbTi超导芯部和反应后Nb3Sn线材的Nb超导芯部铰接在一起。将铰接后的超导线材放置于商业电子束焊接机中，通过电子束对焊接部位进行焊接，从而构成NbTi

【技术实现步骤摘要】
一种电子束焊接制备铌钛线材和铌三锡混合超导接头的方法


[0001]本专利技术涉及一种超导接头的制备方法。

技术介绍

[0002]超导技术是一项综合性的高技术，可广泛用于能源、医疗、交通、科学研究及国防军工等重大工程方面，并将会对国民经济和人类社会的发展产生巨大的推动作用。商业超导线圈最主要的应用就是核磁共振谱仪(NMR)。这类超导线圈不仅对磁场的强度和均匀度有很高的要求，对磁场的稳定度也有极高的要求，否则无法得到清晰的谱仪信号乃至成像信号。NMR的频率和主磁体的磁场强度正线性正相关，当频率超过400MHz的时候，液氦浸泡条件下NbTi线就不足以提供符合要求的磁场强度了。这种情况下就需要使用到Nb3Sn超导线和NbTi超导线制备混合低温超导磁体。为了达到足够高的磁场稳定度急需要超低电阻的NbTi
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Nb3Sn混合超导接头。
[0003]现阶段国际主流的NbTi
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Nb3Sn混合超导接头制备方法均为伍德合金焊接法。伍德合金焊接法可以达到1
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欧姆甚至更低的电阻，但是其本征也存在两个不可避免的问题。第一伍德合金中含有铅，是非环境友好类的焊料，已经被欧盟禁止使用。第二伍德合金的不可逆场过低，使得这种方法制备的接头最高仅能承受0.5T的外加磁场，否则载流能力就无法满足使用需求。
[0004]因此开发一条全新的NbTi
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Nb3Sn混合超导接头制备方法对超导线材在超过400MHz的NMR上的应用推广有着非常重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提出一种采用电子束焊接制备NbTi
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Nb3Sn混合超导接头制备方法。
[0006]本专利技术超导接头制备方法的主要特征在于：选用商业的多芯NbTi和Nb3Sn超导线，通过物理或化学的方法去除超导线材外部的绝缘层和稳定层，露出NbTi线中的NbTi超导芯和Nb3Sn线中的Nb超导芯。随后在保证Nb3Sn线材中裸露的Nb超导芯在不反应的情况下完成Nb3Sn线材的退火热处理。将需要制备接头的NbTi超导线的NbTi超导芯部和反应后Nb3Sn线材的Nb超导芯部铰接在一起。将铰接后的超导线材放置于商业电子束焊接机中，通过电子束对焊接部位进行焊接，从而构成NbTi
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Nb3Sn混合超导接头。
[0007]具体如下：
[0008](1)选取制备超导接头所需多芯NbTi和Nb3Sn超导线材。选取线材后，通过物理或化学方法去除超导芯材外部的绝缘层和稳定层，露出NbTi线中的NbTi超导芯和Nb3Sn线中的Nb超导芯；
[0009](2)将步骤(1)裸露出Nb超导芯的Nb3Sn线材在保证Nb超导芯不反应的情况下完成Nb3Sn线材的退火热处理，具体热处理工艺为升温速率20摄氏度每小时，在700摄氏度下保温100小时，随后再冷却至室温完成退火；
[0010](3)将步骤(1)和(2)中准备好的需要制备超导接头的NbTi超导线的NbTi超导芯部和反应后Nb3Sn线材的Nb超导芯部铰接在一起，为制备接头做准备；
[0011](4)将步骤(3)制得的铰接的超导芯放置于商业电子束焊接机中，待电子束焊接机腔室内的真空度达到使用标准后，调节聚焦电流，控制电子束直径在1mm～3mm，并将电子束对准需要做接头的部位，施加加速电压20～30kV，电流10～15mA，直到接头部分完全融化；
[0012](5)关闭电子束焊接机，待温度下降到室温时，向腔室充气，打开腔室，取出焊接好的超导接头，避免接头部分被氧化。
[0013]所述腔室的真空度为5
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‑3到1
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‑4Pa。
[0014]本专利技术调节电流和电压的主要目的是为了控制能量，使得融化区域和热量扩散区域控制在很小的范围内，以免影响超导线材其它部分的超导性。
[0015]与现有的样品制备技术相比，本专利技术具有以下有益的效果：
[0016]本专利技术采用商业电子束焊接机在多芯NbTi和Nb3Sn超导线中制备NbTi
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Nb3Sn混合超导接头。这种方法区别于目前国际上常用的伍德合金法，直接将Nb或NbTi超导线局部融化并重新凝固成一体。这个过程中完全没有加入任何其它焊料，可以有效地保护环境。同时避免了由于伍德合金作为焊料的存在而导致接头最高仅能承受0.5T的外加磁场。而传统的电子束焊结束热量扩散区域较大，会导致非接头部分的超导材料尤其是NbTi合金发生变性，从而影响超导线材的性能。本专利技术采用特殊的电压和电流区间，控制电子束在短时间内作用在接头的局部区域，以减少对非接头区域的影响。
附图说明
[0017]图1NbTi
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Nb3Sn超导线材制备的超导接头的扫描电镜照片；
具体实施方式
[0018]以下结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。
[0019]实施例1：选用商业的多芯NbTi和Nb3Sn超导线，通过物理或化学的方法去除超导线材外部的绝缘层和稳定层，露出NbTi线中的NbTi超导芯和Nb3Sn线中的Nb超导芯。随后在保证Nb3Sn线材中裸露的Nb超导芯在不反应的情况下完成Nb3Sn线材的退火热处理。具体热处理工艺为升温速率20摄氏度每小时，在700摄氏度下保温100小时，随后再冷却至室温完成退火。将需要制备接头的NbTi超导线的NbTi超导芯部和反应后Nb3Sn线材的Nb超导芯部铰接在一起。将铰接后的超导线材放置到中科华正EBW—3H型电子束焊接机中，待腔室的真空度达到1
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‑4Pa后，调节聚焦电流使电子束直径为1mm，并将电子束对准需要做接头的部位，施加加速电压20kV，电流为15mA，直到接头部分完全融化。关闭电子束焊接机，待腔室温度达到室温，再充气打开电子束焊接机的腔室，取出接头，避免接头部分被氧化。获得的超导接头如图1所示，两根超导线完全融合在一起。通过磁场衰减法在4.2K的液氦中进行测量，得到其接头电阻值为4
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欧姆，并且可以在1T外加磁场下承载不低于150A的电流。
[0020]实施例2：选用商业的多芯NbTi和Nb3Sn超导线，通过物理或化学的方法去除超导线材外部的绝缘层和稳定层，露出NbTi线中的NbTi超导芯和Nb3Sn线中的Nb超导芯。随后在保证Nb3Sn线材中裸露的Nb超导芯在不反应的情况下完成Nb3Sn线材的退火热处理。具体热处理工艺为升温速率20摄氏度每小时，在700摄氏度下保温100小时，随后再冷却至室温完
成退火。将需要制备接头的NbTi超导线的NbTi超导芯部和反应后Nb3Sn线材的Nb超导芯部铰接在一起。将铰接后的超导线材放置到中科华正EBW—3H型电子束焊接机中，待电子束焊接机腔体的真空度1
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‑3Pa，调节聚焦电流使电子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子束焊接制备铌及铌钛线材超导接头的方法，其特征在于：选用商业的多芯NbTi和Nb3Sn超导线，通过物理或化学的方法去除超导线材外部的绝缘层和稳定层，露出NbTi线中的NbTi超导芯和Nb3Sn线中的Nb超导芯；随后在保证Nb3Sn线材中裸露的Nb超导芯在不反应的情况下完成Nb3Sn线材的退火热处理；将需要制备接头的NbTi超导线的NbTi超导芯部和反应后Nb3Sn线材的Nb超导芯部铰接在一起；将铰接后的超导线材放置于商业电子束焊接机中，通过电子束对焊接部位进行焊接，从而构成NbTi
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Nb3Sn混合超导接头。2.按照权利要求1所述的电子束焊接制备NbTi
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Nb3Sn混合超导接头的方法，其特征在于所述方法的具体步骤如下：(1)选取要制备超导接头的超导线材，通过物理或化学的方式去除Nb和NbTi超导芯材外部的绝缘层和稳定层，露出NbTi线中的NbTi超导芯和Nb3Sn线中的Nb超导芯；(2)将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：索红莉，刘传淦，王澜锦，马麟，刘敏，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：