本實用新型屬于超(chao)(chao)導(dao)線材連接技術(shu)領域，涉及一種在(zai)無氦磁(ci)體中(zhong)使用的二硼化鎂超(chao)(chao)導(dao)線圈的超(chao)(chao)導(dao)接頭。

背景技術：

二硼化鎂（MgB₂）在2001年被發現是超導體，相較于其他常規超導材料有較高的臨界溫度，MgB2在材料和制造成本等方面相對較低，所以被認為是很有希望應用在磁共振成像系統（MRI）磁體等方面，尤其是無氦模式磁共振成像系統（FHeMRI）磁體中的一種候選材料。無氦磁體與液氦磁體相比，無需液氦做制冷劑而僅由制冷機控制工作環境溫度，所以選擇臨界溫度較高的MgB2作為超導材料更為合適。目前市場上銷售的磁共振成像系統（MRI）主要是采用鈮鈦（NbTi）材料超導線繞制的超導磁體。傳統的NbTi超導線可以通過熔接等方法進行超導連接，而MgB2是一種脆性的陶瓷材料，且熔點高，不能通過傳統方法進行超導連接。現在的超導磁共振成像系統（MRI）磁體內充滿了昂貴的液氦（LHe）來維持NbTi超導線4.2K的臨界溫度。但是，不斷攀升的液氦價格和極有可能短缺的液氦資源，大幅增加了對無氦磁體的需求。MgB₂的臨界溫(wen)(wen)度為39K，故可允許其在高達10K-25 K的溫(wen)(wen)度下工作。

同時，超導接頭的好壞將直接影響到磁體的能否長期穩定工作，在磁場以及溫度15K的條件下需實現小于1.3×10^-10Ω的接合電阻。

技術實現要素：

本實用新型為了解決現有的MgB₂超導接頭載流能力不強，且在制作接頭過程中，由于MgB₂本身的脆性極易導致超導線內芯折斷。我們根據Mg、B 和MgB₂超導體的物理化學特性，提出一種實現MgB₂超導線材安全可靠的超導連接裝置。本實用新型可以實現兩段MgB₂超(chao)導線的(de)連(lian)接，還可以使接頭電阻達(da)到磁共振系(xi)統穩定持久(jiu)工作所(suo)需。

本實用新(xin)型所采用的(de)技術(shu)方(fang)案如下：

MgB₂是一種金屬與非金屬高熔點合金材料，單絲MgB₂超(chao)(chao)導(dao)(dao)線是通過粉末(mo)裝管法技術和原位工藝制(zhi)造。使用Mg、B 混合(he)粉末(mo)作為原始材(cai)料(liao)，裝入金屬管中，鍛造好(hao)的復合(he)材(cai)料(liao)導(dao)(dao)線隨(sui)后被(bei)拉制(zhi)成(cheng)超(chao)(chao)導(dao)(dao)線。

為了實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：一種超導接頭，包括有反應桶、沖壓桶蓋、MgB₂塊和兩根MgB₂超導線，所述的反應桶側壁開設有用于MgB₂超導線穿入的方形通孔，反應桶內側底部設有用于MgB₂超導線定位的導向卡槽，所述的通孔在反應桶內側底部與所述的導向卡槽連通且方向一致；所述的兩根MgB₂超導線并排緊貼穿過通孔定位在導向卡槽內，兩根MgB₂超導線的MgB₂超導內芯在反應桶內通過MgB₂塊連(lian)接(jie)；所述的(de)反(fan)(fan)應桶上口設有沖(chong)壓桶蓋，沖(chong)壓桶蓋與反(fan)(fan)應桶之(zhi)間(jian)通過插接(jie)方式密封配合(he)。

作為優選，所述的通孔的高度寬度尺寸與兩根并排的MgB₂超導線的高度寬度尺寸適配；所述的導向卡槽寬度尺寸與兩根并排的MgB₂超(chao)導(dao)線的寬度尺寸適配。

作為優選，所述的反應桶(tong)的內腔(qiang)呈直(zhi)立(li)柱形。

作為優選，所述的反應桶與沖壓桶蓋之間設有高溫密封層；所述的方形通孔與兩根MgB₂超導線(xian)之(zhi)間(jian)也設有高(gao)溫密封層。

作為優選，所述的高溫密(mi)(mi)封層為GL-900耐高溫無硅密(mi)(mi)封膠材料(liao)。

本實用新型的優點如下：

本實用新型將MgB₂超導線材放置在反(fan)應(ying)(ying)桶的內腔中，并通(tong)過施加壓力使接頭(tou)(tou)處(chu)致密化，可有效減少外界氣(qi)氛對燒結反(fan)應(ying)(ying)的影響，且提高機械強度和接頭(tou)(tou)致密度，有效降低(di)接頭(tou)(tou)處(chu)電阻(zu)，保障接頭(tou)(tou)能(neng)夠在超導磁(ci)體中處(chu)于長期(qi)穩定的狀態。

本實用新型將剝離一半護套金屬的MgB₂超導線置于反應桶下部凹陷，且剩余一半護套金屬與底部接觸墊實，用于反應的混合粉末在其上部。能夠保證受到壓力后，原MgB₂超導線(xian)不會(hui)因為(wei)自(zi)身脆性而(er)折(zhe)斷，保證原超導線(xian)的(de)超導性能。

本實用新型在接頭處添加Mg、B混合粉末，利用Mg的較低熔點及MgB₂低于自身熔點的成相反應溫度，在較低溫度下實現反應焊接。最大限度地增大接觸面積與反應前施加壓力，接頭燒結的MgB₂與超導線原有的MgB₂內芯結合強(qiang)度高，有效降低接頭處電阻，提高接頭處臨界電流(liu)特性。

附圖說明

圖1為本實用新型MgB₂超導線接頭的截面圖。

圖2為本實用新型(xing)反(fan)應桶的剖面(mian)圖。

圖3為本實用新型兩根MgB₂超(chao)導線剝(bo)離護套材料后的(de)示意圖。

圖4為本實用新型將MgB₂超導(dao)線伸入到(dao)反應桶空腔(qiang)內的示意圖。

圖5為本實用新型反(fan)應桶(tong)填(tian)充鎂硼(peng)混合粉末的(de)示意圖。

圖6為本(ben)實用新型中添加(jia)高溫密(mi)封材料與插接擠(ji)壓桶蓋的示意(yi)圖。

圖7為本實用新型安裝(zhuang)完畢(bi)后的示意圖。

圖中，1：MgB₂超導線；2：高溫密封層；3：反應桶；4：MgB₂塊(kuai)；5：沖壓桶蓋；6：導向卡槽；7：通孔。

具體實施方式

下面結(jie)合附圖對本實用(yong)新型一(yi)種超導接頭結(jie)構作進一(yi)步(bu)說明：

如圖1、圖2所示，本實用新型是一種超導接頭，包括有反應桶3、沖壓桶蓋5、MgB₂塊4和兩根MgB₂超導線1，所述反應桶3外部形狀為圓柱形，內部呈一個直立柱形空腔；所述的反應桶3側壁開設有用于MgB₂超導線1穿入的方形通孔7，通孔7的高度寬度尺寸與兩根并排的MgB₂超導線1的高度寬度尺寸適配，反應桶3內側底部設有用于MgB₂超導線1定位的導向卡槽6，卡槽6寬度尺寸與兩根并排的MgB₂超導線1的寬度尺寸適配，所述的通孔7在反應桶3內側底部與所述的導向卡槽6連通，且通孔7與導向卡槽6方向一致、底部齊平、光滑過渡。所述的兩根MgB₂超導線1并排緊貼穿過通孔7定位在導向卡槽6內，兩根MgB₂超導線1的MgB₂超導內芯在反應桶3內通過MgB₂塊4連(lian)接(jie)。所(suo)述的(de)沖壓(ya)桶(tong)蓋(gai)5與反應桶(tong)3上(shang)口通過插接(jie)方式密(mi)(mi)(mi)封(feng)配合。并且，所(suo)述的(de)反應桶(tong)3與沖壓(ya)桶(tong)蓋(gai)5之間設有(you)高溫密(mi)(mi)(mi)封(feng)層(ceng)2；所(suo)述的(de)方形(xing)通孔7內(nei)壁上(shang)也設有(you)高溫密(mi)(mi)(mi)封(feng)層(ceng)2。所(suo)述的(de)高溫密(mi)(mi)(mi)封(feng)層(ceng)2為GL-900耐(nai)高溫無硅密(mi)(mi)(mi)封(feng)膠材料。

本實用新型系在無氦磁體中使用的MgB₂超導(dao)線制造(zao)超導(dao)接頭的(de)方(fang)(fang)法，該方(fang)(fang)法有以下(xia)操(cao)作步驟：

步驟一，如圖3所示，采用機械（物理）拋光或化學腐蝕等方法把兩根待連接的MgB₂超導線端部一面一段長約5mm的金屬護套材料剝離，直至暴露出MgB₂超導內芯，其余部分保留。接下來將兩根剝離了部分護套材料的MgB₂超導線1置于平行緊密貼合的狀態，暴露出MgB₂超導內芯(xin)的接觸面需朝向同(tong)一方向放置(zhi)。

步驟二，如圖4所示，將兩根待連接的MgB₂超導線1插入通孔7的高溫密封材料2中，再將其通過側壁通孔7插入反應桶3的立柱形空腔內，反應桶3底部導向卡槽6的設計可與MgB₂超(chao)(chao)導線(xian)完美吻合，用(yong)以固定(ding)超(chao)(chao)導接頭，使超(chao)(chao)導接頭結構在空(kong)腔內(nei)不會產(chan)生晃動。

上述步驟需保證暴露出的MgB₂超導內芯接觸面朝向(xiang)反應桶(tong)3上開(kai)孔方向(xiang)放(fang)置，另一(yi)面保(bao)證與反應桶(tong)3上底(di)部接觸。隨后(hou)，在(zai)(zai)150℃下在(zai)(zai)干燥爐中對密(mi)封材料進(jin)行15分鐘的固(gu)化處理。

步驟三，如圖5所示，將已經研磨好的且與制造MgB₂超導線相同批次的(de)（Mg + 2B）粉末4均勻混合，適量的(de)鋪覆在反應桶3內腔中，且與兩段(duan)MgB2超導線1內芯的(de)接觸面充分接觸。

上述填充的Mg粉和B粉4的摩爾比為1∶2，Mg粉細度99％，粒度325目，無定形B粉細度98.8％，粒度約400nm，粉末密度約為1.96g/cm³±4％。

步驟四，如圖6所示，為了保證接頭處燒結反應后的MgB₂塊4與原MgB₂超導線1內芯的結合強度，再將高溫密封材料2添加在反應桶3頂部。使用合適大小的沖壓桶蓋5，將接頭裝置置于壓機中，垂直沖壓桶蓋5表面方向上施加約10T/cm²（?0.93Gpa）的(de)壓(ya)力(li)，保(bao)持壓(ya)力(li)10分鐘，使(shi)反(fan)應桶2與沖壓(ya)桶蓋5緊(jin)密(mi)(mi)壓(ya)制不松脫，提高整個(ge)裝置的(de)致密(mi)(mi)度。

步驟五，如圖7所示，將反應桶3頂部的高溫密封層2在150℃下的干燥爐中固化15分鐘。再將整個壓制后的裝置置于高純氬（Ar）惰性保護氣氛的燒結爐中，快速熱處理至700℃下，并保持90分鐘，使Mg、B 粉充分反應生成MgB₂，便可實現兩段MgB₂超導線1的超導連接。

上述接頭裝置需自然冷卻至室溫，之后即可從爐中取出整個接頭裝置，得到穩固連接的MgB₂超導線。

上述MgB₂超導接頭的(de)運行溫度為4~30K。

以(yi)上上述僅(jin)是本(ben)實用新型的(de)優選實施方式，應當指出(chu)，對于(yu)本(ben)技(ji)術(shu)領域的(de)普通技(ji)術(shu)人員來說，在(zai)不脫(tuo)離本(ben)實用新型技(ji)術(shu)原(yuan)理(li)的(de)前提(ti)下，還可以(yi)做出(chu)若(ruo)干改進(jin)和潤飾，這些改進(jin)和潤飾也(ye)應視為(wei)本(ben)實用新型的(de)保護范圍。