超導(dǎo)線材的連接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超導(dǎo)材料連接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種1%82超導(dǎo)線材的連接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二硼化鎂(MgB2)材料的超導(dǎo)電性于2001年由日本科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)，該材料是一種具有簡(jiǎn)單二元結(jié)構(gòu)的非金屬化合物，其超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度(TJ在零場(chǎng)下約為39K，是目前已知的具有最高T。的簡(jiǎn)單二元化合物，是液氫溫度范圍內(nèi)、即20K左右中低場(chǎng)超導(dǎo)磁體應(yīng)用的首選材料。但是與高溫氧化物超導(dǎo)材料相似，MgB2是一種類似于陶瓷性質(zhì)的脆性化合物，在彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)等外力作用下均可導(dǎo)致其超導(dǎo)傳輸性能造成不可逆的衰減。所以一般采用先繞制后反應(yīng)(W&R)的工藝，即首先將絕緣后但未反應(yīng)的1882線(帶)材繞制成螺線管線圈或餅狀線圈，其中不同線圈之間的超導(dǎo)線材首尾相連，然后將線圈整體進(jìn)行熱處理，通過(guò)Mg-B之間的化學(xué)成相反應(yīng)形成具有超導(dǎo)性能的MgB2超導(dǎo)線圈。一般的MgB 2超導(dǎo)磁體由多個(gè)MgB2線圈疊加而成，這就需要制作多個(gè)MgB 2超導(dǎo)接頭。
[0003]超導(dǎo)接頭的質(zhì)量直接影響磁體的性能，而通常超導(dǎo)接頭處兩根導(dǎo)線之間晶粒連接時(shí)可能存在弱連接現(xiàn)象，導(dǎo)致接頭部位的超導(dǎo)傳輸能力低于MgB2線材基體。在磁體運(yùn)行過(guò)程中，由于焦耳熱等因素導(dǎo)致磁體失超甚至損傷磁體，所以要求超導(dǎo)接頭必須具有較低的電阻。對(duì)于MRI超導(dǎo)磁體系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般要求MgB2超導(dǎo)接頭的電阻小于I X 10 w歐姆。
[0004]截至目前，尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)MgB2超導(dǎo)線材的連接并得到電阻小于1X10 歐姆的超導(dǎo)接頭的相關(guān)研究見(jiàn)諸報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種MgB2超導(dǎo)線材的連接方法。該方法結(jié)合孔型壓制和粉末燒結(jié)工藝將兩根1882超導(dǎo)線材連接在一起，其中孔型壓制使接頭部位結(jié)合強(qiáng)度較高，同時(shí)后續(xù)燒結(jié)熱處理過(guò)程能夠保證在接頭部位形成良好的MgB2超導(dǎo)相，從而實(shí)現(xiàn)兩根MgB 2超導(dǎo)線材的超導(dǎo)連接接頭。該方法能夠解決PIT工藝制備單根線材長(zhǎng)度的限制，進(jìn)而促進(jìn)MgB2超導(dǎo)線材的實(shí)用化進(jìn)程。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種1%82超導(dǎo)線材的連接方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、分別對(duì)第一 1882超導(dǎo)線材和第二 MgB 2超導(dǎo)線材進(jìn)行酸洗處理，然后將酸洗處理后的第一 MgB2超導(dǎo)線材的待連接端和酸洗處理后的第二 MgB 2超導(dǎo)線材的待連接端均修磨成斜坡?tīng)睿?br>[0008]步驟二、在步驟一中修磨后的第一 MgB2超導(dǎo)線材的待連接端端面上鋪覆Mg-B混合粉末，然后將鋪覆有Mg-B混合粉末的第一 1882超導(dǎo)線材的待連接端和修磨后的第二 MgB 2超導(dǎo)線材的待連接端進(jìn)行對(duì)接；所述Mg-B混合粉末由Mg粉與無(wú)定形B粉按摩爾比(1.0?1.1): 2混合均勻而成；
[0009]步驟三、將Nb箔包覆于步驟二中對(duì)接后的第一 1882超導(dǎo)線材和第二 MgB 2超導(dǎo)線材外，然后將Cu管套裝于Nb箔外，得到待壓制品；
[0010]步驟四、將步驟三中所述待壓制品裝入孔型模具中，然后將裝有待壓制品的孔型模具置于油壓機(jī)中，壓制、脫模后得到壓制品；
[0011]步驟五、將步驟四中所述壓制品置于燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，自然冷卻后得到連接后的MgBiJS導(dǎo)線材。
[0012]上述的一種1&82超導(dǎo)線材的連接方法，其特征在于，步驟一中所述酸洗處理的酸液為硝酸溶液，所述硝酸溶液中1^03與H 20的摩爾比為1: (1.5?2)。
[0013]上述的一種1&82超導(dǎo)線材的連接方法，其特征在于，步驟一中對(duì)第一 MgB 2超導(dǎo)線材和第二 1882超導(dǎo)線材進(jìn)行酸洗處理之前，預(yù)先對(duì)第一 MgB 2超導(dǎo)線材的待連接端和第二MgB2超導(dǎo)線材的待連接端均進(jìn)行蠟封處理以防止酸液腐蝕。
[0014]上述的一種1&82超導(dǎo)線材的連接方法，其特征在于，步驟二中所述Mg粉的質(zhì)量純度不小于99%，所述Mg粉的粒度不大于44 μ m。
[0015]上述的一種1&82超導(dǎo)線材的連接方法，其特征在于，步驟二中所述無(wú)定形B粉的質(zhì)量純度不小于99%，所述無(wú)定形B粉的粒度為0.3 μπι?0.5 μπι。
[0016]上述的一種1〖82超導(dǎo)線材的連接方法，其特征在于，步驟三中所述Nb箔的厚度為0.05mm ?0.2mm0
[0017]上述的一種MgB2超導(dǎo)線材的連接方法，其特征在于，步驟四中所述壓制的壓強(qiáng)為1MPa?20MPa，所述壓制的時(shí)間為30s?120s。
[0018]上述的一種MgB2超導(dǎo)線材的連接方法，其特征在于，步驟五中所述燒結(jié)處理的溫度為660°C?680°C，所述燒結(jié)處理的時(shí)間為Ih?2h。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、本發(fā)明采用孔型壓制和粉末燒結(jié)相結(jié)合的工藝連接兩根1%82超導(dǎo)線材，孔型壓制后接頭部位中Mg-B混合粉體具有較高的致密度，同時(shí)所連接的兩根超導(dǎo)線材的接頭部位結(jié)合強(qiáng)度較高，接頭部位具有一定的抗彎曲性能，能夠保證線材在實(shí)際使用過(guò)程中承受一定的外加機(jī)械力作用或低溫勵(lì)磁過(guò)程中的洛侖茲力作用。
[0021]2、本發(fā)明將兩根1%82超導(dǎo)線的接頭部位材均打磨成斜破狀，最大限度地保證了1882超導(dǎo)粉體的接觸面積，結(jié)合后續(xù)燒結(jié)熱處理工藝，可在接頭部位形成良好的超導(dǎo)連接性能，所制備1882超導(dǎo)線材接頭部位的電阻小于1X10 w歐姆。
[0022]3、本發(fā)明結(jié)合孔型壓制和粉末燒結(jié)工藝將兩根MgB2超導(dǎo)線材連接在一起，孔型壓制使接頭部位結(jié)合強(qiáng)度較高，同時(shí)后續(xù)燒結(jié)熱處理過(guò)程能夠保證在接頭部位形成良好的MgB2超導(dǎo)相，從而實(shí)現(xiàn)兩根MgB 2超導(dǎo)線材的超導(dǎo)連接接頭。本發(fā)明能夠解決PIT工藝制備單根線材長(zhǎng)度的限制，進(jìn)而促進(jìn)MgB2超導(dǎo)線材的實(shí)用化進(jìn)程。
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明待壓制品的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0026]1-1 一第一 MgB2超導(dǎo)線材； 1_2—第二 MgB 2超導(dǎo)線材；
[0027]2一Mg-B 混合粉末；3—Nb 猜；
[0028]4—Cu 管。
【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例1
[0030]本實(shí)施例MgB2超導(dǎo)線材的連接方法包括以下步驟:
[0031]步驟一、首先，將第一 1882超導(dǎo)線材1-1的待連接端和第二 MgB 2超導(dǎo)線材1_2的待連接端均進(jìn)行蠟封處理，用以防止線材中的MgB2前驅(qū)體粉末被酸液腐蝕；然后，將第一1882超導(dǎo)線材1-1和第二 MgB 2超導(dǎo)線材1-2均置于硝酸溶液中進(jìn)行酸洗處理，用以除去外部的Cu包套層，所述硝酸溶液中HNOr^ H2O的摩爾比為1: 1.8 ;之后，將酸洗處理后的第一皿882超導(dǎo)線材1-1的待連接端和酸洗處理后的第二 MgB 2超導(dǎo)線材1-2的待連接端均修磨成斜坡?tīng)?，斜坡角?水平面與傾斜面的夾角)為5。；
[0032]步驟二、首先，將質(zhì)量純度不小于99 %，粒度不大于44 μ m的Mg粉與質(zhì)量純度不小于99 %，粒度為0.3μπι?0.5μπι的無(wú)定形B粉按摩爾比1: 2混合均勻，得到Mg-B混合粉末2，然后，將Mg-B混合粉末2均勻鋪覆在步驟一中修磨后的第一 1882超導(dǎo)線材1-1的待連接端的端面上，之后，將鋪覆有Mg-B混合粉末2的第一 1882超導(dǎo)線材1-1的待連接端與修磨后的MgB2超導(dǎo)線材二 1-2的待連接端進(jìn)行對(duì)接；
[0033]步驟三、將厚度為0.15mm的Nb箔3包覆于步驟二中所述第一 1882超導(dǎo)線材1_1和第二皿882超導(dǎo)線材1-2外，然后將Cu管4套裝于Nb箔3外，得到待壓制品(所述待壓制品的結(jié)構(gòu)如圖1所不);
[0034]步驟四、將步驟三中所述待壓制品裝入孔型模具中，然后將裝有待壓制品的孔型模具置于油壓機(jī)中，利用油壓機(jī)對(duì)待壓制品進(jìn)行壓制，控制壓制壓強(qiáng)為15MPa，壓制時(shí)間為60s，脫模后得到壓制品；
[0035]步驟五、將步驟四中所述壓制品置于燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，控制燒結(jié)溫度為660°C，燒結(jié)時(shí)間為2h，自然冷卻后得到連接后的MgB2超導(dǎo)線材。
[0036]對(duì)本實(shí)施例連接后的1882超導(dǎo)線材的接頭部位進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得本實(shí)施例連接后的皿882超導(dǎo)線材的接頭部位的電阻為8.5X10 12歐姆，由此可知，經(jīng)本實(shí)施例連接后的MgB2超導(dǎo)線材，其接頭部位具有良好的超導(dǎo)連接性能。
[0037]實(shí)施例2
[0038]本實(shí)施例MgB2超導(dǎo)線材的連接方法包括以下步驟:
[0039]步驟一、首先，將第一 1882超導(dǎo)線材1-1的待連接端和第二 MgB 2超導(dǎo)線材1_2的待連接端均進(jìn)行蠟封處理，用以防止線材中的MgB2前驅(qū)體粉末被酸液腐蝕；然后，將第一1882超導(dǎo)線材1-1和第二 MgB 2超導(dǎo)線材1-2均置于硝酸溶液中進(jìn)行酸洗處理，用以除去外部的Cu包套層，所述硝酸溶液中HNOr^ H2O的摩爾比為1: 1.6 ;之后，將酸洗處理后的第一皿882超導(dǎo)線材1-1的待連接端和酸洗處理后的第二 MgB 2超導(dǎo)線材1-2的待連接端均修磨成斜坡?tīng)睿逼陆嵌?水平面與傾斜面的夾角)為10° ;
[0040]步驟二、首先，將質(zhì)量純度不小于99%，粒度不大于44 μ m的Mg粉與質(zhì)量純度不小于99 %，粒度為0.3μπι?0.5μπι的無(wú)定形B粉按摩爾比1.1: 2混合均勻，得到Mg-B混合粉末2，然后，將Mg-B混合粉末2均勻鋪覆在步驟一中修磨后的第一 1882超導(dǎo)線材1-1的待連接端的端面上，之后，將鋪覆有Mg-B混合粉末2的第一 1882超導(dǎo)線材1-1的待連接端與修磨后的MgB2超導(dǎo)線材二 1-2的待連接端進(jìn)行對(duì)接；
[0041]步驟三、將厚度為0.15mm的Nb箔3包覆于步驟二中所述第一 1882超導(dǎo)線材1_1和第二皿882超導(dǎo)線材1-2外，然后將Cu管4套裝于Nb箔3外，得到待壓制品(所述待壓制品的結(jié)構(gòu)如圖1所不);
[0042]步驟四、將步驟三中所述待壓制品裝入孔型模具中，然后將裝有待壓制品的孔型模具置于油壓機(jī)中，利用油壓機(jī)對(duì)待壓制品進(jìn)行壓制，控制壓制壓強(qiáng)為lOMPa，壓制時(shí)間為120s，脫模后得到壓制品；
[0043]步驟五、將步驟四中所述壓制品置于燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)處理，控制燒結(jié)溫度為670°C，燒結(jié)時(shí)間為1.5h，自然冷卻后得到連接后的MgB2超導(dǎo)線材。
[0044]對(duì)本實(shí)施例連接后的1882超導(dǎo)線材的接頭部位進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得本實(shí)施例連接后的皿882超導(dǎo)線材的接頭部位的電阻為1.2X 10 11歐姆，由此可知，經(jīng)本