本发明专利技术公开了第一和第二超导导线(7)之间的接头，导线各自包含数根细丝(4)，细丝各自含有在各自护套(2)内的超导芯(1)，其中，所述护套(2)含铌(Nb)并且细丝(4)被包埋在基体(3)中。该接头本身具有一定的由除去基体(3)而露出的细丝的长度(20)；在这一定的长度范围内，护套(2)为铌-锡(Nb3Sn)；并且提供从第一导线(7)的细丝(4)的超导芯(1)、通过细丝(4)的Nb3Sn护套(2)至第二导线(7)中的超导芯(1)之间的超导路径。本发明专利技术也提供制造这种接头的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超导导线间具有超低电阻的接头以及制造该接头的方法专利
本专利技术涉及将超导导线连接在一起的方法，以及可由此类方法制得的接头(joint)。
技术介绍
当由超导导线制造如电磁体这样的设备时，通常要求将单独的导线长度连接在一起。如果必需在“持久化模式”下运行，为了保持设备的超导性，接头处也必须是超导的，或至少显示出非常低的电阻。通常情况下，需要约为10-13欧姆的接头电阻来启用这种运行模式。在“持久化模式”下运行是非常可取的，因为在初始通电后，这已经实现了电源供应的分配。超导材料的近期发展已带动二硼化镁MgB2作为超导材料使用。二硼化镁MgB2的优势是，其在较高的温度下能比更常规的材料表现出超导性，这避免了需要将超导体冷却到很低的温度。然而，该材料本身是脆性的，并且难以将其连接以形成持续的接头。图1示出了典型的MgB2-芯超导体10的剖示图。超导细丝4包含基本上以颗粒状、粉末状的形式保持在铌金属护套2内的MgB2-芯1。这些MgB2填充的铌护套进一步被包裹在高强度的、导电的金属或合金(例如被称为“MONEL”的Cu-Ni合金)基体3中。基体3和细丝4构成超导导线7。铌2的目的是防止在导线制造过程中MgB2和基体材料之间发生不需要的反应。在一种制造方法中，将颗粒状或粉末状的MgB2置于基体材料坯(abilletofmaterixmaterial)的铌内层的钻孔中，被称为非原位过程(ex-situprocess)。然后，完整的坯被拉成最终所需的导线直径。铌加套(Niobium-cased)的超导细丝在拉丝过程中成形并被压实。基体3配备有导电的分流器和散热片(thermalsink)。如有任何超导丝4骤冷，则热量会通过基体3被带离骤冷区域，并且电流将流经基体所提供的较低的电阻。这将使细丝的骤冷部分冷却到超导状态。基体也使得超导导线机械上更为坚固。导体10通常还包括稳定导槽5(channel)。该稳定导槽5可以是铜或其它材料的，或者是组合材料的。该导槽应是能导电和导热的。在图示的例子中，导线7被焊接6到导槽5的空腔中。导槽5以参照基体3所阐释的相同的方式，进一步地增强了超导导线7的电和热稳定性，以及机械坚固性。为了制造超导接头，两种常规的方法已被采纳：第一，可以在待连接的导线的MgB2芯1之间直接形成接头。或者，使用另一种材料在超导装置中将导线的MgB2芯1电连接在一起，该材料在导线的运行温度下也是超导的。通常情况下，已知的连接方法涉及暴露出待连接的超导导线的MgB2芯，并且将暴露出的相应导线的MgB2颗粒机械性地挤压在一起，以形成超导接头。在一些已知的设置中，会将如超导材料的中间层，通常为金属(例如铟)置于相应导线暴露出的芯之间，以增加接触面的面积和提高相应导线颗粒之间的机械密合性。这些方法都要求对MgB2颗粒施加大的机械负荷。MgB2颗粒相对来说是脆性的，施加这样的大机械负荷有压裂MgB2超导材料的风险，会导致超导接头故障。在一些已知方法中，例如在通过MgB2粉末或镁和硼的粉末之间的反应来连接时，MgB2颗粒被暴露出来并被加热。如果将MgB2颗粒暴露，就有被氧化的风险。在将接头设置在超导装置(如低温容器内的磁铁)中之后，故障可能会发生在连接过程后的一段时间。由于存在使接头与设置在低温容器和/或真空容器等中的超导装置接触的接触问题，修复这样的故障是非常昂贵和耗时的。因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于连接MgB2芯超导导线的方法，该方法降低了MgB2颗粒的机械损伤或氧化的风险。然而，基于MgB2的超导导线之间的常规接头的测试已经表明，磁场容差值(magneticfieldtolerancevalue)比预期的差。这被认为是由于实际发生的传导是通过护套2的铌的，而非通过对应导线的MgB2颗粒之间的超导接头。铌是一种“第二类”超导体，但相比于其它第二类超导体，如铌钛合金，它具有非常低的高临界磁场强度(uppercriticalmagneticfieldstrength)Bc2。铌的临界磁场在零点几特斯拉的范围内，其精确值取决于许多因素，最明显的是电流密度。因为非常希望的是用于超导磁铁中的接头应该能够承受相当高的磁场，因此对于电流传输，任何利用铌护套的连接方法可能是没有多大用处的。在WO2007/128635A1、US2008/0236869A1、US6921865B2和US7152302B2中描述了某些制造超导接头的常规方法。
技术实现思路
本专利技术从而提供用于制造有铌护套的超导导线(例如具有MgB2芯的，或具有NbTi芯的导线)之间的超导接头的方法，以及例如可通过本专利技术的方法制造的接头，正如在所附的权利要求书中所限定的那样。附图说明结合附图，通过以下本专利技术的某些实施方式的描述，上文所述的以及进一步的目的、特征和本专利技术的优点将变得更加显而易见。其中：图1示出了一个典型的有铌护套的MgB2芯(niobium-sheathed,MgB2-cored)的超导体的剖视图;图2示出了处在本专利技术连接方法的早期阶段的两根超导导线；图3示出了正在进行的本专利技术连接方法的后续步骤中的图2的导线；图4A-4C示出了处在本专利技术连接方法的各个阶段中的有铌护套的、MgB2芯的超导细丝的横截面；图5示出了图4C的局部放大图；图6示出了处在本专利技术方法的后一阶段的图2和图3中的导线；图7示出了在图6中所示的步骤之后的根据本专利技术的实施方式完成的接头；图8示出了通过如在图7中所示的根据本专利技术的接头的局部横截面；图9示出了在图8中标识为IX的区域放大图；图10示出了根据本专利技术的另一个实施方式的用来准备连接的导线；图11示出了根据本专利技术的一个实施方式的用来形成超导接头的方法的各个阶段；以及图12示出了可通过图11示出的方法形成的根据本专利技术的接头的横截面。具体实施方式本专利技术提供用于连接有铌护套的超导导线的方法和例如可通过这样的方法制备的接头。根据本专利技术，将有铌护套的超导细丝4浸泡在液态的锡(Sn)中，使铌护套与锡反应生成Nb3Sn。按照惯例，在长时间的、高温的反应过程中通过锡扩散进铌细丝中来制备Nb3Sn超导体细丝。根据本专利技术，采用类似的过程来连接有铌护套的导线。Nb3Sn是一种超导体，其具有比铌(4K时，～0.5T)高得多的磁场容差(4K时，～18T)，以及约为18K的更高的临界温度Tc。Nb3Sn也具有更大的相干长度(coherencelength)，从而使得在反应后的护套和MgB2超导颗粒或粉末之间电流能无损耗地传输。相干长度显示出可能存在于超导体之间(但超导体之间仍然存在超导性)的间隙的大小。通过具有护套材料(例如具有较大相干长度的Nb3Sn)可以保持护套材料和包封的MgB2颗粒之间的超导性。因此，如果超导导线中的铌护套能被转化成Nb3Sn，接头的磁场容差应该能大幅度地增加，并且在MgB2颗粒和护套材料之间的传输电流应该能够被提高。在已知的连接MgB2芯导线的方法中，据认为大部分电流通过的是护套材料，而不是直接从一根导线的芯到另一根导线的芯。本专利技术提供了一种特别有利的护套材料，使得这样的电流传输能更有效地运作。将细丝4的反应后的护套2通过超导材料连接。本专利技术避免了暴露MgB2颗粒并且在它们之间建立机械连接的需要。据相信，MgB2向热的锡暴露，会导致形本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.08 GB 1102153.21.用于连接第一和第二超导导线(7)的方法，导线各自包含数根细丝(4)，细丝各自包含在各自护套(2)内的超导芯(1)，细丝(4)被包埋在基体(3)中，其中，超导芯(1)含有二硼化镁(MgB2)以及护套(2)含有铌(Nb)，该方法包括以下步骤：-在一定的长度(20)范围去除基体(3)以暴露出细丝(4)；-将暴露出的细丝(4)浸泡在熔融锡(Sn)(24；54)中，使得护套(2)的铌在其整体厚度上转化成Nb3Sn；-提供从第一超导导线(7)的细丝(4)的超导芯(1)、通过细丝(4)的Nb3Sn护套(2)至第二超导导线(7)的超导芯(1)之间的超导路径。2.权利要求1所述的方法，其中，将暴露出的细丝浸泡在熔融锡中的步骤是使用在至少600℃的温度的锡来实施的。3.权利要求1所述的方法，其中，在防止将接头的有效部分中的芯(1)暴露至熔融锡(Sn)(24；54)的同时，实施将暴露出的细丝浸泡在熔融锡中的步骤。4.权利要求3所述的方法，其中，在浸泡在熔融锡中之前弯曲第一和第二超导导线(7)，使得护套(2)的端部(32)不浸泡在熔融锡中。5.权利要求4所述的方法，其中，在浸泡在熔融锡中的过程中，通过固定夹(22)使弯曲的导线保持在固定的相对位置。6.权利要求2所述的方法，其中，在浸泡在熔融锡中之前，密封护套(2)的端部(42)，使得细丝(4)的芯(1)不浸泡在熔融锡中。7.上述权利要求中任一项所述的方法，其中，从第一超导导线(7)的细丝(4)的超导芯(1)、通过细丝(4)的Nb3Sn护套(2)至第二超导导线(7)的超导芯(1)之间的超导路径通过将第一和第二超导导线的细丝包埋到超导铸造材料(30)中来提供。8.权利要求1所述的方法，其中，在浸泡在熔融锡(54)中的过程中，将第一和第二超导导线(7)的细丝(4)保持在压接器(46)中，使得在护套(2)转化成Nb3Sn后，在细丝的Nb...
【专利技术属性】
技术研发人员：S卡尔沃特，
申请(专利权)人：英国西门子公司，
类型：
国别省市：
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