一種超導線接頭，所述超導線接頭包括支撐管、待連接超導線的超導絲簇、銅管和超導焊料。所述的支撐管外圓柱面上有螺旋狀溝槽，且外圓柱面和溝槽上沿徑向均有通孔。待連接超導線的超導絲簇纏繞在支撐管的螺旋狀溝槽內后，纏繞有所述的超導絲簇的支撐管連同一段超導線整體插入到銅管中，銅管內部其余空間內充滿超導焊料；所述銅管材料純度99.999％，退火態，所述支撐管為NbTi超導合金材料；所述的超導焊料的組分為Bi、Pb和Sn，各組分的質量比為Bi：53～55％，Pb：36％，Sn：余量。本發明專利技術制備的超導線接頭電阻率低、制備過程簡易、對超導線性能損壞威脅小、適用于工程現場實際操作。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種超導線接頭，特別涉及一種采用超導焊料制備的超導線接頭。
技術介紹
在具備復雜電磁結構和高精度特點的超導磁體研制過程中，由于商業供應超導線單根長度的限制或者磁體繞制工藝的需要，往往要在磁體中各線圈的超導線之間進行超導電性連接，而這些超導線之間接頭質量的好壞將直接影響到超導磁體系統的穩定運行。類似地，制造由多個超導磁體組成的超導磁體系統時，如果要求將各個磁體串聯起來由單一電源供電，也需要將各個磁體端部首尾串聯連接。與各個磁體單獨供電的方式相比，單一供電方式能使磁體系統具備更高的工作可靠性。另外，對于需要閉環運行的超導磁體，也需要將磁體的兩端與超導開關連接起來從而形成閉合回路。因此，高質量超導磁體建造離不開超導接頭的制備技術。超導磁體中超導線接頭的質量穩定性與可靠性直接影響磁體的性能。在復雜超導磁體建造中，超導線的繞制和超導線之間的連接是同時進行的。接頭制作的工藝質量直接影響到工程的進度。另外，復雜磁體的許多接頭處在磁體內部，不能對其進行拆卸檢測和再修復，任何一個接頭的質量都將影響整個磁體的性能，甚至可能使整個磁體報廢。因此，在復雜磁體制造中接頭必須具有很高的可靠性。對于一般的組合磁體或磁體系統，雖然接頭可以放在比較容易操作的地方，但是由于整個磁體需要工作在封閉的低溫環境下，因而對接頭進行經常性檢測和修復也是不現實的。因此必須保證接頭質量的高可靠性。對于閉環運行的超導磁體來說，接頭的性能還直接決定了磁體的工作性能和持續運行時間。因此在某些超導應用重要領域，如核磁共振成像(MRI)或核磁共振譜儀(NMR)磁體系統中，高性能的超導接頭是保證其正常工作的前提之一，是發展超導磁體應用的一項關鍵技術。超導線接頭最基本的性能要求是接頭在滿足磁體運行電流值的前提下，必須能夠在一定背場條件下具有較低的電阻值。超導磁體的工作電流一般達到上百甚至上千安培量級，電阻太大會引起嚴重的焦耳熱損耗，可能導致磁體失超。對于閉環運行的超導磁體，接頭電阻導致了磁場的衰減。如果要求磁場的穩定度達到某一水平，則要求接頭的電阻必須小于某一定的量值，例如對于NMR磁體系統，一般需要超導接頭的電阻不高于10_12歐姆。同樣超導接頭需要安裝放置在磁體邊緣部位，一般來說接頭會受到幾百到一萬高斯的背景磁場影響，由于超導接頭可能承受磁體繞制過程中的彎曲應力、工作狀態下的電磁應力、和冷卻過程中受到的收縮應力，因此超導接頭還必須具有一定的機械強度和韌性。現有超導接頭技術主要有冷壓焊法、爆炸焊法、超聲波焊法、釬焊錫焊法等。美國強磁場國家實驗室的Charles A. Swenson,提出了一種采用焊接法制備核磁共振譜儀(NMR) 磁體接頭的方法，接頭電阻小于lX10_n歐姆。美國專利US3346351公開了采用InBi和 InPb合金超導焊料的超導接頭技術。日本的T. Fukuzaki在開發頻率為IGHz的NMR中，磁體中Nb3Al和NbTi兩種超導線的接頭采用了一種錫焊的方法，接頭電阻I. 27X1(T12歐姆。但是這種方法在制備中為了防止焊錫氧化，都要求接頭需要在真空或者保護氣體的密閉環境下進行，這對于工程現場、較大體積磁體的操作要求苛刻，限制了實際工程應用。并且其接頭的臨界背場僅0. 6T，只能適用于0. 4T以下的背場下，說明其采用的焊料超導性能并不聞。根據對目前超導接頭研究現狀調研結果分析可知，目前尚需一種能夠適用于核磁共振譜儀、核磁共振成像超導磁體等工程現場實際的高性能超導線接頭制備技術。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有超導線接頭方法中存在的接頭非超導連接、超導線易損傷、工藝氣氛條件復雜苛刻、超導線接頭臨界性能較低等問題，提出一種在普通空氣環境條件下采用特殊超導焊料制備的超導線接頭，本專利技術可用于Nb3Sn和NbTi等超導線，可以使超導線接頭實現超導連接，降低接頭電阻。本專利技術的技術方案在于一種超導線接頭，所述的接頭包括支撐管、待連接超導線的超導絲簇、銅管和超導焊料；所述的支撐管外圓柱面上有螺旋狀溝槽，且外圓柱面和溝槽上沿徑向均開有通孔; 待連接超導線的超導絲簇纏繞在支撐管的螺旋狀溝槽內，纏繞有所述的超導絲簇的支撐管連同一段超導線整體插入到銅管中，銅管內部其余空間內充滿超導焊料；所述銅管材料純度99. 999%，退火態，所述支撐管為NbTi超導合金材料；所述的超導焊料的組分為Bi、Pb 和Sn，各組分的質量比為Bi 53 55%，Pb 36%, Sn :余量。所述的待連接的超導線的超導絲簇是將待連接的超導線端部的絕緣層去除、并將純銅或銅合金基體材料全部腐蝕掉后露出的部分。所述的待連接的超導線是兩根或者多根。一種制備所述的超導線接頭的方法，制備方法的步驟為(I)首先清除待連接的超導線外部的絕緣層；(2)將所述的超導線浸入前驅焊料熔液中，直至將所述的超導線端部的純銅或銅合金基體材料全部腐蝕掉，露出散開的超導絲簇；其中，所述的前驅焊料的組分為Sn和Pb， 各組分質量比為Sn 85 99%，余量為Pb ；(3)將所述的超導絲簇從前驅焊料熔液中取出，隨后浸入超導焊料熔液中，10-30 分鐘后取出；其中，所述的超導焊料的組分為Bi、Pb和Sn，各組分的質量比為Bi 53 55%, Pb 36%, Sn :余量；(4)迅速將尚未冷卻凝固的表面包覆有超導焊料的超導絲簇纏繞在支撐管的螺旋狀溝槽內；(5)另取所述的超導焊料放入銅管內，且將超導焊料填滿銅管，并加熱超導焊料到熔融態；(6)將步驟(4)制得的纏繞有超導絲簇的支撐管連同一段超導線一同浸入銅管內的所述熔融態超導焊料中，使銅管內的超導焊料完全浸潤和包覆所述的超導絲簇；(7)對所述的銅管緩慢降溫至凝固成為超導接頭，至此所述的超導線接頭制作完成。其中，制備所述的超導線接頭的氣氛條件為普通空氣環境。本專利技術的超導線接頭制備方法改變了普通接頭技術中直接將待連接超導線用普通焊料連接起來的方法，利用具備超導特性的特種焊料取代普通超導線中的銅基體材料， 并將待連接超導線中的超導絲放置在同一塊特種焊料體中，即進行直接連接。這樣超導接頭的電流路徑就由普通接頭的“超導絲-基體-普通焊料-基體-超導絲”轉變為“超導絲-超導焊料-超導絲”，實現了超導直連，降低了接頭電阻，杜絕了磁體中大電流通過基體和普通焊料中時產生的焦耳熱，避免了電流衰減。本專利技術采用的焊接材料為經過優化得到的特定組分的BiPbSn超導合金，通過實際測試證明該超導合金在低溫下具備較好的臨界特性，能夠滿足高精度磁體中超導接頭的臨界背場高于I. 4T，克服了一般的超導焊料低溫臨界性能差的缺點。本專利技術通過合理控制焊料熔液組分和工藝，顯著減少了在焊料熔液表面生成的氧化物膜的形成，從而取代了對實驗環境中密閉惰性氣氛的嚴格要求，取而代之的是采用在普通空氣環境條件下直接進行接頭制備，簡化了實驗條件，更加適合在工程現場制作大型超導磁體接頭。本專利技術采用了 NbTi超導合金材料制備的支撐管，作用在于它能夠支撐柔軟的超導絲簇，通過超導絲簇的螺旋纏纏繞作用，使盡量長的超導絲簇能夠都浸沒在銅管內。這樣在有效的接頭空間內，能夠盛放更多的超導絲簇，增加待連接超導絲相互接觸的機率。另一作用在于可以減小銅管的長度，從而減小接頭本身的體積，對工程實際有利。支撐管內部的空心管和管壁上的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：程軍勝，王秋良，劉建華，王暉，戴銀明，李蘭凱，倪志鵬，崔春艷，宋守森，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：
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