[发明专利]在二硼化镁导体之间形成接头的方法

说明书

二硼化镁(MgB₂)用作例如作为导线中细丝的超导体，该导线用来制造用于如MRI系统的成像系统的超导磁体。必须低温冷却所述导线以便使其变成超导的。

已发现的是，难以在MgB₂细丝间制造合适的接头。该接头要么即使处于运行温度下也不能变成超导的，要么处于不合格的低背景磁场强度时或当流过超出不合格的低阈值的电流时，变为电阻性的(resistive)(被称为“骤冷(quenching)”)。

在LI等人的“High critical current joint of MgB₂tapes using Mg and B powder mixture as flux”；Superconductor Science Technology；Vol.21；No.2；250172008-02-01pp.1-5；ISSN:0953-2048；XP020128600.中描述了用于接合MgB₂导线的公知方法。

用于形成MgB₂接头的典型的已知方法包括：从待连接的导线中暴露出MgB₂细丝，将它们压制在一起，以及在超过或约540℃的温度、真空下将其暴露在熔炉内模具中的镁粉和硼粉中以除气。混合并压制所述粉末以最大化所得到的MgB₂接头的密度。例如，可用2～30吨的重量来压实该粉末。压实的目的是防止所得到的接头变成多孔的，多孔会降低该接头的有效性。选择稍低于镁或硼熔点的温度，以使该粉末实际上不会熔化，但可被有效地压实。高温确保生成MgB₂的反应以合理的速率进行。

这种方法使得MgB₂沉积在细丝上，从而提供从一根导线的细丝至另一根导线的细丝的含MgB₂的接头。在可替代的方法中，在热处理步骤期间可保持压力，或者在热处理步骤之前，一旦粉末已经被压实就可释放压力。

在这样的制备方法中，所述粉末通常由直径约25μm的颗粒组成。在热处理步骤期间，Mg和B一起反应从而在Mg颗粒的表面形成约2～5μm厚的MgB₂层。在经接合导线的MgB₂细丝之间的超导性通过这些MgB₂表面层来实现。压实步骤是必需的以确保颗粒处于紧密接触，旨在提供有效的传导路径。在Mg或B熔点以下的温度但在使生成MgB₂的反应以合理的速率进行的足够高的温度下实施所述热处理。

在典型的MgB₂超导导线中，设置有数根MgB₂芯，每根芯都被包覆在例如铁、或铌、或MONEL(RTM)合金层的保护层中。然后将经包覆的芯封装在外侧的铜中以提供机械强度和在骤冷的情形下MgB₂芯中可替代的电通路。护套是必要的以防止MgB₂芯与外侧的铜反应和在导线的制造过程中增加芯的机械强度。已知MgB₂是脆性的，并如果MgB₂被过度弯曲就会碎裂。

常规的接合方法已经包括从芯中剥离保护层。然后，如上所述的，将暴露后的芯放置在含镁和硼的粉末的模具中用于接头。任选地，不剥离保护层，而是以较小的角度(例如2°～5°)切割或刮削细丝以在相对大的表面区域内暴露出芯，其中每根细丝都包含MgB₂芯和保护层。在实施例中，在约40mm的长度范围暴露出芯。然后，将这些细丝放置在如上所述的含镁和硼的粉末的模具中。

尽管理论上诱人，但这种MgB₂持久性(persistent)接头已经被证明是非常难以实现的。限制因素之一在于在接头的沉积MgB₂中所发现的一定量氧化镁。已经发现受氧化镁污染的接头是非持久性的，也就是说，即使背景磁场为0T，也不是超导性的。

据认为，从来自应用于该方法的镁粉中存在的氧化镁和也可能来自熔炉本身结构脱去的氧气进入真空熔炉。氧化镁MgO分解成镁和氧气的温度远低于根据本文所述的方法通常用来形成MgB₂的温度。

接合MgB₂导线的常规方法包括以下步骤：

-暴露待连接的每根导线中的至少一根MgB₂细丝；

-将暴露后的MgB₂细丝放置于模具中；

-将镁和硼的粉末加入模具中；

-机械压制模具中的粉末；以及