專利名稱：一種青銅工藝Nb₃Sn超導(dǎo)體多芯線接頭及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭及其制備方法。
背景技術(shù)：
Nb3Sn材料在18K低溫條件下，顯示出良好的超導(dǎo)電特性。它的臨界轉(zhuǎn)變溫度高于 NbTi超導(dǎo)體材料，特別適合用于高磁場(chǎng)超導(dǎo)磁體的建造。按照線材結(jié)構(gòu)不同，制備Nb3Sn超導(dǎo)線的方法主要分為青銅工藝和內(nèi)錫法兩種。青 銅工藝的線材為青銅_Nb絲多芯機(jī)械復(fù)合結(jié)構(gòu)。內(nèi)錫法線材為多Cu/Nb復(fù)合管內(nèi)插Sn絲 的機(jī)械復(fù)合結(jié)構(gòu)。以上兩種線材均需要在適當(dāng)溫度下進(jìn)行熱處理，通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散生成具備 超導(dǎo)電性的Nb3Sn化合物層，具有超導(dǎo)性能。青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線由于使用穩(wěn)定、 技術(shù)成熟的特點(diǎn)，得到廣泛使用。青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線在熱處理前(青銅-Nb絲 多芯機(jī)械復(fù)合線)的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中包括穩(wěn)定芯、Nb絲、青銅基體。Nb3Sn是A15結(jié)構(gòu)化合物，本身具有較大的脆性，任何變形或碰撞都可能會(huì)對(duì)超導(dǎo) 性能造成損傷。因此在實(shí)際工程中利用青銅工藝制備Nb3Sn超導(dǎo)線圈的過(guò)程中，需要首先 將青銅_Nb絲多芯機(jī)械復(fù)合線繞制成符合設(shè)計(jì)要求的線圈，然后將線圈整體進(jìn)行熱處理， 通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散反應(yīng)在多芯機(jī)械復(fù)合線中生成具備超導(dǎo)電性的Nb3Sn化合物，從而得到具有 超導(dǎo)性能的Nb3Sn超導(dǎo)線圈。反應(yīng)后不能再改變超導(dǎo)線的繞向，避免發(fā)生Nb3Sn超導(dǎo)線的脆 斷或損傷，傷害超導(dǎo)性能。在超導(dǎo)磁體線圈的建造過(guò)程中，超導(dǎo)線的焊接是關(guān)鍵技術(shù)之一。單根超導(dǎo)線的長(zhǎng) 度是有限的，而繞制一個(gè)大型超導(dǎo)磁體往往需要幾十至幾百千米的超導(dǎo)線，在這種情況下 必須將多根超導(dǎo)線焊接起來(lái)保證所需的長(zhǎng)度。同時(shí)，制造多線圈組成的超導(dǎo)磁體時(shí)，線圈之 間的連接需要通過(guò)線圈端部導(dǎo)線的焊接來(lái)完成。類似地，制造由多個(gè)超導(dǎo)磁體組成地超導(dǎo) 磁體系統(tǒng)時(shí)，如果要求將各個(gè)磁體串聯(lián)起來(lái)由單一電源供電，也需要將各個(gè)磁體端部首尾 串聯(lián)焊接。與各個(gè)磁體單獨(dú)供電的方式相比，單一供電方式能使磁體系統(tǒng)具備更高的工作 可靠性。另外，如果超導(dǎo)磁體要閉環(huán)運(yùn)行，還需要將磁體或磁體系統(tǒng)的兩端與超導(dǎo)開(kāi)關(guān)連接 起來(lái)形成閉合回路。在大型超導(dǎo)磁體建造中，超導(dǎo)線的繞制和超導(dǎo)線之間的連接是同時(shí)進(jìn)行的。接頭 制作的工藝質(zhì)量直接影響到工程的進(jìn)度。另外，大型磁體的許多接頭在磁體內(nèi)部，不能對(duì)其 進(jìn)行拆卸檢測(cè)和再修復(fù)，任何一個(gè)接頭的質(zhì)量不好都將影響整個(gè)磁體的性能，甚至可能使 整個(gè)磁體報(bào)廢。因此，在大型磁體制造中接頭必須具有很高的可靠性。對(duì)于一般的組合磁 體或磁體系統(tǒng)，雖然接頭可以放在比較容易接觸的地方，但是由于整個(gè)磁體需要工作在封 閉的低溫環(huán)境下，因而對(duì)接頭進(jìn)行經(jīng)常性檢測(cè)和修復(fù)也是不現(xiàn)實(shí)的。因此必須保證接頭質(zhì) 量的高可靠性。對(duì)于閉環(huán)運(yùn)行的超導(dǎo)磁體來(lái)說(shuō)，接頭的性能還直接決定了磁體的工作性能 和持續(xù)運(yùn)行時(shí)間。對(duì)超導(dǎo)線接頭的基本要求一方面是接頭必須要有較低的電阻。超導(dǎo)磁體的工作電 流一般達(dá)到上百甚至上千安培量級(jí)，電阻太大會(huì)引起嚴(yán)重的焦耳熱損耗，可能導(dǎo)致磁體失
3超。對(duì)于閉環(huán)運(yùn)行的超導(dǎo)磁體，接頭電阻導(dǎo)致了磁場(chǎng)的衰減。如果要求磁場(chǎng)的穩(wěn)定度達(dá)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(duì)于NMR磁體系統(tǒng)，一般需要超 導(dǎo)接頭的電阻不高于10_12歐姆。另一方面是必須具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和韌性來(lái)承受磁體 繞制過(guò)程中的彎曲應(yīng)力、工作狀態(tài)下的電磁應(yīng)力、和冷卻過(guò)程中受到的收縮應(yīng)力。目前關(guān)于Nb3Sn超導(dǎo)線接頭的制作方法，根據(jù)制作接頭和熱處理的先后關(guān)系主要 可以分為兩類一類在超導(dǎo)線熱處理前制作接頭，另一類是在超導(dǎo)線熱處理后制作接頭。第一類方法中，美國(guó)專利5111574公開(kāi)了一種Nb3Sn超導(dǎo)線接頭制作方法。將所述 結(jié)構(gòu)超導(dǎo)線的Nb絲和Sn絲混合，外面分別包裹Sn、Cu和V、Nb、Ta等金屬層，通過(guò)熱處理 反應(yīng)生成超導(dǎo)線接頭。該方法中的Sn絲在熱處理過(guò)程中為液態(tài)，一方面對(duì)包套的密封性要 求很高，這在實(shí)際工程使用中，較難實(shí)現(xiàn)。另一方面液態(tài)純Sn會(huì)對(duì)包裹層材料(如Cu)造 成熱腐蝕，影響接頭效果。此外，銅基釬焊技術(shù)也曾被用于制作Nb3Sn超導(dǎo)線接頭的制作， 由于并未真正形成超導(dǎo)連接，接頭電阻值僅為10_9歐姆，不適合作為NMR等對(duì)接頭電阻值要 求較高的工藝技術(shù)。以上方法雖然避免了熱處理后超導(dǎo)線變脆給接頭制作帶來(lái)的超導(dǎo)線折 損危險(xiǎn)，但是這些現(xiàn)有方法載流能力很弱。為了降低接頭電阻，一般會(huì)被迫延長(zhǎng)接頭電阻， 使得接頭體積龐大。另一類方法中，美國(guó)Airco公司曾將熱處理反應(yīng)后的Nb3Sn線接頭直接進(jìn)行電阻 焊，接頭電阻僅為10_8歐姆。美國(guó)GE公司曾采用TIG焊接技術(shù)將Nb-Sn-Cu-Pb合金焊接在 超導(dǎo)線接頭上，形成超導(dǎo)連接，電阻值達(dá)到低于10_12歐姆，但是2100°C高溫的焊接條件下 很容易對(duì)超導(dǎo)線造成損傷。此外美國(guó)GE公司還曾采用化學(xué)氣相沉積(CVD)在接頭上沉積 超導(dǎo)層的方法，該方法工藝復(fù)雜、環(huán)境要求苛刻，并不適合工程使用。這類方法最大的問(wèn)題 在于Nb3Sn超導(dǎo)線在熱處理后本身發(fā)脆，偶然的折損很容易造成超導(dǎo)性能的損傷和喪失。
綜上分析，現(xiàn)有的Nb3Sn超導(dǎo)線接頭方法尚不能滿足青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)線接頭的 工程實(shí)際要求，急需開(kāi)發(fā)一種電阻率低且制備過(guò)程對(duì)超導(dǎo)線的超導(dǎo)性能損壞威脅小的青銅 工藝Nb3Sn超導(dǎo)線接頭制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有超導(dǎo)線接頭方法中存在的接頭非超導(dǎo)連接、超導(dǎo)線易 損傷、工藝條件復(fù)雜苛刻等問(wèn)題，提出的一種青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭及其制備方 法，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)連接，降低接頭電阻。本發(fā)明的技術(shù)方案在于一種青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭，接頭的結(jié)構(gòu)由內(nèi)層至外層分別為穩(wěn)定 芯、超導(dǎo)連接單元、Nb管和Cu管，上述各層次之間緊密貼合。超導(dǎo)連接單元由內(nèi)層至外層 分別為Nb絲、Nb3Sn化合物層、Cu-Sn合金鍍層，其中同一超導(dǎo)連接單元內(nèi)待連接的不同的 超導(dǎo)體多芯線的Nb絲相互搭接，Nb絲表面沉積Cu-Sn合金鍍層，Nb3Sn化合物層為Nb絲與 Cu-Sn合金鍍層于熱處理反應(yīng)過(guò)程中在兩者之間通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散生成，不同的超導(dǎo)體多芯線 Nb絲表面的Nb3Sn化合物層相互橋接導(dǎo)通，起到超導(dǎo)連接作用，使得青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體 多芯線的接頭在超導(dǎo)溫度下保持低電阻、低損耗。本發(fā)明制備上述青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭的方法，制備步驟順序如下(1)腐蝕Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線端部的青銅基體，露出散開(kāi)的穩(wěn)定芯和Nb絲；
(2)將待連接的不同超導(dǎo)體多芯線的Nb絲相互混合，盡量相互搭接，并Cu絲綁扎 固定；(3)通過(guò)沉積技術(shù)，使接頭的Nb絲表面生成一層Cu-Sn合金鍍層；(4)將接頭從內(nèi)至外分別套上Nb管和Cu管，并壓緊接頭，使沉積有Cu-Sn合金鍍 層的Nb絲緊密鑲嵌在Nb管和Cu管內(nèi)；(5)在接頭外層包覆耐高溫絕緣材料后，固定安裝在線圈指定位置；(6)對(duì)接頭進(jìn)行熱處理，在Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭處通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散生成Nb3Sn超 導(dǎo)橋接層，從而實(shí)現(xiàn)接頭的超導(dǎo)連接。其中，沉積方法可以采用電鍍沉積或化學(xué)鍍沉積方法。其中，接頭Nb管壁厚為0. 5-2毫米，Cu管壁厚為0. 5-2毫米，Nb管和Cu管的長(zhǎng)度
應(yīng)能覆蓋Nb絲。其中，接頭外部包覆的耐高溫絕緣材料為無(wú)堿玻璃絲纖維布。其中，對(duì)接頭的熱處理溫度、保溫時(shí)間和熱處理氣氛與接頭所在的Nb3Sn線圈的熱 處理溫度、保溫時(shí)間和熱處理氣氛相同，且對(duì)接頭的熱處理隨接頭所在的Nb3Sn線圈的熱處 理工藝同時(shí)完成。其中，對(duì)接頭的熱處理溫度為650-690°C，保溫時(shí)間是100-190小時(shí)，熱處理氣氛
要求惰性氣體或真空。本發(fā)明的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭和制備方法，特點(diǎn)之一在于是通過(guò)借 助表面沉積技術(shù)結(jié)合熱處理技術(shù)，使青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線的Nb絲上通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散 生成的Nb3Sn超導(dǎo)化合物層相互橋接溝通，實(shí)現(xiàn)了不同超導(dǎo)線之間的超導(dǎo)連接。這大大降 低了超導(dǎo)線接頭在低溫工作狀態(tài)下的電阻值，提高磁體的載流能力，減小接頭體積。另一特 點(diǎn)在于本發(fā)明的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭是在Nb3Sn超導(dǎo)線熱處理之前制備完成 的。這避免了由于熱處理之后Nb3Sn超導(dǎo)線本身變脆的原因，可能導(dǎo)致的超導(dǎo)線意外折損 而破壞整體超導(dǎo)電性的危險(xiǎn)。


圖1青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線在熱處理前(青銅一 Nb絲多芯機(jī)械復(fù)合線)的 橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭制備方法流程圖；圖4待連接青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線端部的青銅基體被腐蝕掉并露出Nb絲 的示意圖；圖5待連接青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線Nb絲攏放在一起相互搭接的示意圖；圖6熱處理前的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。如圖2所示，本發(fā)明青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭的結(jié)構(gòu)由內(nèi)層至外層分別 為穩(wěn)定芯、超導(dǎo)連接單元、Nb管和Cu管。各層次之間緊密貼合。所述的超導(dǎo)連接單元由內(nèi)至外分別為Nb絲、Nb3Sn化合物層和Cu-Sn合金鍍層，其中同一超導(dǎo)連接單元內(nèi)待連接的 不同超導(dǎo)體多芯線的Nb絲相互搭接。本發(fā)明青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭的制作方法如下如圖3所示，先將待連接的兩根或兩根以上未進(jìn)行熱處理的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo) 體多芯線的端部的青銅基體腐蝕掉，露出一段均勻散開(kāi)的Nb絲，如圖4所示。對(duì)Nb絲進(jìn)行 徹底清洗，去除表面的油漬和灰塵；然后將待連接的兩根或兩根以上的Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線 的穩(wěn)定芯和Nb絲攏放在一起，使Nb絲盡量相互接觸搭接，如圖5所示。并用細(xì)Cu絲將搭接 在一起的Nb絲綁扎固定；然后使用化學(xué)鍍沉積或電鍍沉積方式將接頭的超導(dǎo)體多芯線Nb 絲鍍上Cu-Sn合金鍍層，Cu-Sn合金鍍層將不同的超導(dǎo)體多芯線的Nb絲連接為一體。再對(duì) Cu-Sn合金鍍層的接頭進(jìn)行清洗和烘干處理，徹底清除接頭上的鍍液或氧化物雜質(zhì)層。將清 洗干凈的接頭由內(nèi)向外依次套上純Nb管和純Cu管，純Nb管和純Cu管的壁厚均為0. 5-2. 0 毫米，純Nb管和純Cu管的長(zhǎng)度略長(zhǎng)于超導(dǎo)體多芯線腐蝕露出的Nb絲的長(zhǎng)度，純Nb管和純 Cu管的一端長(zhǎng)于Nb絲端部，另一端長(zhǎng)于Nb絲根部。將純Cu管和純Nb管壓扁壓緊，使沉積 有Cu-Sn合金鍍層的Nb絲緊密鑲嵌在Nb管和Cu管內(nèi)，防止Nb絲在純Cu管和純Nb管內(nèi) 部發(fā)生移動(dòng)，圖6所示為熱處理前的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭結(jié)構(gòu)示意圖。將接 頭整體外面包覆耐高溫絕緣材料，并固定安裝在線圈指定位置；最后接頭隨其所在的Nb3Sn 線圈_并置于熱處理爐中進(jìn)行擴(kuò)散熱處理，在線圈中的青銅_Nb絲多芯機(jī)械復(fù)合線通過(guò)固 態(tài)擴(kuò)散生成具備超導(dǎo)性能的Nb3Sn化合物層的同時(shí)，接頭中的Nb絲與Cu-Sn合金鍍層反應(yīng)， 通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散生成具備超導(dǎo)性能的Nb3Sn超導(dǎo)化合物層。熱處理溫度為650-690°C，保溫時(shí) 間是100-190小時(shí)，熱處理氣氛要求惰性氣體或真空。接頭的熱處理溫度、保溫時(shí)間和熱處 理氣氛與接頭所在的Nb3Sn線圈的熱處理溫度、保溫時(shí)間和熱處理氣氛相同。Nb3Sn超導(dǎo)化 合物層相互聯(lián)通，能夠橋接不同超導(dǎo)體多芯線，從而實(shí)現(xiàn)接頭的超導(dǎo)化連接。其中耐高溫絕緣材料可以為無(wú)堿玻璃芯纖維布。實(shí)施方式1 本實(shí)施方式中，待連接的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線的外徑為0. 9 毫米，單根Nb絲直徑4. 5微米。先使用濃硝酸將待連接的兩根青銅工藝Nb38n超導(dǎo)體多 芯線的端部的青銅基體腐蝕掉，露出純Nb絲部分，露出Nb絲長(zhǎng)度30毫米。對(duì)接頭部位的 Nb絲進(jìn)行清洗和烘干。然后將超導(dǎo)體多芯線的Nb絲部分?jǐn)n在一起，使兩線的Nb絲盡量相 互搭接，并用細(xì)Cu絲綁扎固定。再將接頭進(jìn)行電鍍沉積Cu-Sn合金層處理，電鍍沉積電解 液的成分配比為SnCl2 2H20——40克/升，NaF——30克/升，N(CH2C00H)3——20克/ 升，CuS04 5H20——30克/升，EDTA——45克/升，檸檬酸——10克/升，聚氧乙烯脂肪 醚——2克/升，去離子水——余量，PH = 5. 5。電鍍沉積過(guò)程中，將表面積相同的純錫板 和純Cu板作為陽(yáng)極，將接頭部位作為陰極，通以電流密度0. 1-0. 6A/dm2的低壓直流電流， 電鍍沉積溫度要求30°C 士2°C。隨后對(duì)接頭電鍍沉積部位采用化學(xué)純酒精溶液進(jìn)行清洗和 烘干。再將接頭從內(nèi)至外分別套上純Nb管和純Cu管，Nb管內(nèi)徑3. 5毫米，壁厚0. 5毫米， 長(zhǎng)40毫米；Cu管內(nèi)徑4. 5毫米，壁厚0. 5毫米，長(zhǎng)40毫米。純Nb管和純Cu管對(duì)齊覆蓋整 個(gè)接頭部分，純Nb管和純Cu管的兩端比Nb絲各長(zhǎng)出5毫米。采用液壓鉗將純Nb管和純 Cu管壓緊變形，使沉積有Cu-Sn合金鍍層的Nb絲固定鑲嵌在Nb管和Cu管內(nèi)，使接頭部位 封閉結(jié)實(shí)，并在接頭外層包覆無(wú)堿玻璃絲纖維布后，固定在磁體線圈規(guī)定位置。隨后接頭隨 線圈一并放入熱處理爐中進(jìn)行擴(kuò)散熱處理。熱處理溫度650°C，保溫時(shí)間190小時(shí)，真空熱處理，真空度10_3Pa。熱處理完畢后緩慢冷卻到室溫。超導(dǎo)接頭制備完畢。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，接 頭電阻為9X10_12歐姆。 實(shí)施方式2:本實(shí)施方式中，待連接的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線的直徑均為 0. 7毫米，單根Nb絲直徑4. 5微米。先使用濃硝酸將待連接的兩根青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體 多芯線的端部的青銅基體部分腐蝕掉，露出純Nb絲部分，露出Nb絲長(zhǎng)度40毫米。對(duì)接頭 部位的Nb絲進(jìn)行清洗和烘干。然后將超導(dǎo)體多芯線的Nb絲部分?jǐn)n在一起，使兩根Nb3Sn超 導(dǎo)體多芯線的Nb絲盡量相互搭接，并用細(xì)Cu絲綁扎固定。再將接頭進(jìn)行化學(xué)鍍沉積Cu-Sn 合金層處理，化學(xué)鍍沉積電解液的成分配比為SnCl2 2H20——30克/升，NaF——30克/ 升，N(CH2C00H) 3——25克/升，CuS04 *5H20——20克/升，EDTA——25克/升，檸檬酸—— 7克/升，聚氧乙烯脂肪醚——1克/升，去離子水——余量，PH = 4?；瘜W(xué)鍍沉積溫度要求 30°C 士2°C。隨后對(duì)接頭化學(xué)鍍沉積部位采用純酒精溶液進(jìn)行清洗和烘干。再將接頭從內(nèi) 至外分別套上純Nb管和純Cu管，Nb管內(nèi)徑3毫米，壁厚2毫米，長(zhǎng)50毫米；Cu管內(nèi)徑7毫 米，壁厚2毫米，長(zhǎng)50毫米。純Nb管和純Cu管對(duì)齊覆蓋整個(gè)接頭部分，采用液壓鉗將純Nb 管和純Cu管壓緊變形，使沉積有Cu-Sn合金鍍層的Nb絲緊密鑲嵌在Nb管和Cu管內(nèi)，使接 頭部位封閉結(jié)實(shí)，并在接頭外層包覆無(wú)堿玻璃絲纖維布后，固定在磁體線圈規(guī)定位置。隨后 接頭隨線圈一并放入熱處理爐中進(jìn)行擴(kuò)散熱處理。熱處理溫度690°C，保溫時(shí)間100小時(shí)， 熱處理氣氛為流動(dòng)氬氣，流量0. 1 0. 2升/分鐘。熱處理完畢后緩慢冷卻到室溫。超導(dǎo) 接頭制備完畢。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，接頭電阻為8X10_12歐姆。
權(quán)利要求
一種青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭，其特征在于所述的接頭的結(jié)構(gòu)由內(nèi)層至外層分別為穩(wěn)定芯、超導(dǎo)連接單元、Nb管和Cu管，上述各層次之間緊密貼合；超導(dǎo)連接單元由內(nèi)層至外層分別為Nb絲、Nb3Sn化合物層、Cu-Sn合金鍍層，其中同一超導(dǎo)連接單元內(nèi)待連接的不同的超導(dǎo)體多芯線的Nb絲相互搭接，Nb絲表面沉積Cu-Sn合金鍍層，Nb3Sn化合物層為Nb絲與Cu-Sn合金鍍層于熱處理反應(yīng)過(guò)程中在兩者之間通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散生成，不同的超導(dǎo)體多芯線Nb絲表面的Nb3Sn化合物層相互橋接導(dǎo)通，起到超導(dǎo)連接作用，使得青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線的接頭在超導(dǎo)溫度下保持低電阻、低損耗。
2.制備權(quán)利要求1所述的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭的方法，其特征在于制作 步驟順序如下(1)腐蝕Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線端部的青銅基體，露出散開(kāi)的穩(wěn)定芯和Nb絲；(2)將待連接的不同超導(dǎo)體多芯線的Nb絲相互混合，相互搭接，并用Cu絲綁扎固定；(3)通過(guò)沉積技術(shù)，使所述接頭的Nb絲表面生成一層Cu-Sn合金鍍層；(4)將所述的接頭從內(nèi)至外分別套上Nb管和Cu管，并壓緊接頭，使沉積有Cu-Sn合金 鍍層的Nb絲緊密鑲嵌在Nb管和Cu管內(nèi)；(5)在接頭外層包覆耐高溫絕緣材料后，固定安裝在線圈指定位置；(6)將接頭熱處理，在Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭處通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散生成Nb3Sn超導(dǎo)橋接層， 實(shí)現(xiàn)接頭的超導(dǎo)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭的制備方法，其特征在于 所述的沉積方法采用電鍍沉積或化學(xué)鍍沉積。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭的制備方法，特征在于所 述的Nb管壁厚為0. 5-2毫米，Cu管壁厚為0. 5-2毫米，Nb管和Cu管的長(zhǎng)度均能覆蓋Nb 絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭的制備方法，特征在于所 述的接頭外部包覆的耐高溫絕緣材料為無(wú)堿玻璃絲纖維布。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭的制備方法，特征在于對(duì) 所述的接頭的熱處理溫度、保溫時(shí)間和熱處理氣氛與接頭所在的Nb3Sn線圈的熱處理溫度、 保溫時(shí)間和熱處理氣氛相同，且對(duì)所述的接頭的熱處理與接頭所在的Nb3Sn線圈的熱處理 同時(shí)完成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭的制備方法，特征在于對(duì) 接頭的熱處理溫度為650-690°C，保溫時(shí)間是100-190小時(shí)，熱處理氣氛要求惰性氣體或真空。
全文摘要
一種青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線接頭及其制備方法，接頭的結(jié)構(gòu)由內(nèi)層至外層分別為穩(wěn)定芯、超導(dǎo)連接單元、Nb管和Cu管，上述各層次之間緊密貼合。超導(dǎo)連接單元由內(nèi)層至外層分別為Nb絲、Nb3Sn化合物層、Cu-Sn合金鍍層，其中同一超導(dǎo)連接單元內(nèi)待連接的不同的超導(dǎo)體多芯線的Nb絲相互搭接，Nb絲表面沉積Cu-Sn合金鍍層，Nb3Sn化合物層為Nb絲與Cu-Sn合金鍍層于熱處理反應(yīng)過(guò)程中在兩者之間通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散生成，不同的超導(dǎo)體多芯線Nb絲表面的Nb3Sn化合物層相互橋接導(dǎo)通，起到超導(dǎo)連接作用，使得青銅工藝Nb3Sn超導(dǎo)體多芯線的接頭在超導(dǎo)溫度下保持低電阻、低損耗。
文檔編號(hào)H01R4/68GK101888026SQ201010221920
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者宋守森, 戴銀明, 王暉, 王秋良, 程軍勝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所