[发明专利]一种NbTi超导体多芯线接头的制备方法

说明书

本申请是发明名称为“一种NbTi超导体多芯线接头及其制备方法”（申请号：201110347318.3，申请日：2011年11月6日）发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种低温超导线接头及其制备方法，特别涉及一种可用于核磁共振谱仪超导磁体系统的NbTi超导体多芯线接头及其制备方法。

背景技术

核磁共振谱仪是现代生物医学研究领域重要的科学仪器装备，其中核心部件就是能够产生高达几个甚至十几个特斯拉磁场强度的高均匀度恒稳磁场的超导磁体系统。为了满足核磁共振系统对特殊磁场空间形位和高磁场均匀度的要求，核磁共振系统中的超导线圈往往需要由多个规格的超导线绕组按照设计要求排布在特定的空间位置。这些不同规格的绕组一般需要进行首尾连接制作超导线接头，由一台直流电源供电以保证其运行稳定性。同时，核磁共振超导磁体一般都采用闭环方式运行，一方面可以消除磁体引线的漏热、节约液氦、降低运行费用，另一方面可以保证磁场稳定度。同样，闭环运行超导磁体也需要将超导开关与超导线圈进行连接，制作超导线接头。

超导线接头的质量对于核磁共振磁体系统的稳定运行具有重要影响作用。由于接头不可避免存在电阻，必然导致额外的能量消耗，从而引起磁场的衰减。实际中闭环运行的超导磁体中接头处的热损耗会占整个磁体系统热损耗的一半以上。比如在400MHz核磁共振谱仪系统中，10^－6/Hr的磁场衰减变换便意味着400Hz/Hr的频率漂移，这将严重影响系统的正常工作状态。其次，由于接头电阻的存在，在磁体中形成了一个连续的点扰动，引起超导线接头附近的临界特性的衰退。在闭环运行磁体中，接头的临界性能时设计磁体的重要参数，磁体工作电流的选择必须不超过接头的临界电流，可以认为接头性能的好坏直接影响到闭环运行磁体的设计方案。

核磁共振谱仪超导磁体系统对于超导线接头性能的要求包括两点：一是接头必须具备一定的机械强度，以应对磁体的预应力、弯曲应力、电磁应力、收缩应力等；二是接头必须具有较低的电阻，尤其是闭环运行的超导磁体，接头电阻将会导致磁场的衰减。在核磁共振谱仪超导磁体中，当接头电阻小于10^－11Ω时，才能使得系统损耗率小于0.02ppm/hour，保证系统正常运行。

NbTi超导体多芯线具备稳定的超导性能和较好的性价比，已成为核磁共振谱仪超导磁体系统中超导线圈的一种常用的低温超导材料。目前NbTi超导线接头的制备工艺方法主要有：冷压焊法、爆炸焊法、超声波焊法、钎焊法、锡焊法等。美国强磁场国家实验室的Charles A.Swenson，提出了一种采用焊接法制备核磁共振谱仪（NMR）磁体接头的方法，接头电阻小于1×10^-11Ω。日本在开发频率为1GHz的NMR中，磁体中Nb3Al和NbTi两种超导线的接头也采用了锡焊的方法。这种方法在制备中为了防止焊锡氧化，都要求接头需要在真空或者保护气体环境下进行，这对于工程现场、较大体积磁体的操作要求苛刻。并且焊接加热过程也对超导磁体构成损伤威胁。冷压焊技术制备超导接头相对锡焊而言具备技术稳定，可以在常温大气条件下完成，适合工程实际条件。美国劳伦斯实验室和北京有色金属研究总院都曾经采用顶锻压力挤压工艺，直接将被焊导线截面接触发生冷焊。通过反复挤压使导体之间产生牢固的金属间结合制备NbTi超导接头。其电阻只能达到8×10^－9Ω，可以满足一般磁体运行要求，不能满足核磁共振谱仪超导磁体对接头更低电阻的要求。其他方法如爆炸焊法制备的超导接头虽然具备了较高的接头质量，但是复杂苛刻的制备条件限制了实际工程应用。

针对现有问题，需要开发一种低电阻、高载流能力、操作简便、质量稳定的NbTi超导体多芯线接头制备技术，满足核磁共振谱仪超导磁体系统制造过程中的工程需求。

发明内容

本发明的目的在于解决核磁共振谱仪超导磁体系统制造过程中NbTi超导体多芯线超导接头的现有制备技术中质量不稳定、工艺条件复杂苛刻等问题，提出一种具备多层复合的锲形结构特点的NbTi超导体多芯线接头及其制备方法。本发明的技术方案在于：