[发明专利]ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法

说明书

技术领域

本发明涉及ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法，更详细地 涉及如下ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法，在真空条件下， 只局部加压及加热第二代高温超导线材的超导层来接合后，在氧气氛下再次加 压在接合过程中消失的超导性质，从而可恢复超导性。

背景技术

一般，超导线材的厚度为60～90μm，并层叠(lamination)有多个层，其中，流有超导的超导体层的物质为由ReBCO(ReBa₂Cu₃O_7-x，其中，Re为RareEarth稀土类元素，0＝x＝0.6)组成的陶瓷复合化合物。ReBCO层的厚度为1～3μm，作为稀土类元素，Y、Gd、Sm等正在商用化，尤其，氧的摩尔分数重要，因而具有O_6.4～7.0的范围，才能够以斜方晶系(Orthorhombic)原子结构流有超导电流。若氧从ReBCO流出，则相对于1摩尔稀土类元素的氧的摩尔比可降低至小于6.4，在此情况下，ReBCO高温超导体层发生从作为超导状态的斜方晶系结构到作为常导状态的正方晶系(Tetragonal)结构的相变，从而有可能丧失超导性。氧原子的半径为非常小，从而容易受到外部环境(热、真空、应力等)的影响，使得氧可进行扩散移动，若失去(diffusion-out)氧，则失去斜方晶系的超导原子结构。氧的扩散对温度敏感，若提升温度，则扩散系数变高，若在大气压条件下，加温至约450～500℃，则失去氧，从而使原子结构变为正方晶系，并丧失超导性。

有关第二代高温超导线材的接合，以往，通过在超导体表面之间插入Pb-Sn 的填充剂(filler)的焊料等介导常导体层物质的焊接(soldering)技术进行接合。 焊接技术的优点在于，最大温度为300℃以下，在接合后，也可维持原样的斜方 晶系的超导原子结构。但是，通过这种方式接合后，在接合的超导体的情况下， 电流必须经过焊料及稳定剂层等的常导体层，从而即使降低至第二代高温超导 线材的运转温度(液体氮为77K(-196℃))，也不可避免发生接合部电阻，因而 难以维持超导性。根据焊接方式，根据超导体类型及接合排列方式，接合部电 阻为20～2800nΩ左右，非常高。焊接接合的超导线材由于接合部的高的电阻， 再也起不到超导线材作用。

因此，即使开发电阻为“0”的超导体，若在接合部表示高的电阻，则无意 义，由于接合部电阻发生焦耳热，发生淬火(Quench)(从超导转换为常导)， 使制冷剂蒸发损失，且不可能采用持续电流模式，由于接合部电力损失，需要 追加供给外部电力，最终使系统不稳定。其尤其在需要持续电流模式(persistent currentmode)的医疗用核磁共振成像(MRI)及用于分析高蛋白质的核磁共振 (NMR)磁铁更如此。因此，接合部电阻为“0”的接合部生产非常重要。

有关本发明的现有文献有美国公开特许公报US2013-0061458(2013年03 月14号公开)，在上述现有文献中公开了一种用于第一代高温超导带的超导接 头方法(SUPERCONDUCTINGJOINTMETHODFORFIRSTGENERATION HIGH-TEMPERATURESUPERCONDUCTINGTAPE)。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方 法，通过化学湿式刻蚀或等离子干式刻蚀去除一对第二代ReBCO高温超导体基 板及多个银(Ag)稳定剂层后，直接互相接触一对高温超导ReBCO层表面，并 在真空状态下进行加热及加压，从而针对微细部分熔融高温超导ReBCO层表面， 或在固相状态下互相扩散多个原子后，可再次降温来直接结合一对超导ReBCO 层表面。

本发明的另一目的在于，提供ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接 合方法，在接合过程中，考虑到因从ReBCO超导体物质中损失氧而失去超导性 质，在凝固过程的适当温度或完全凝固后再加热至适当温度的状态下，向热处 理炉内供给氧来可恢复ReBCO高温超导体的超导特性。

本接合及超导恢复工序可在一个腔室内进行，也可单独分离接合及超导恢 复来分别在两个腔室内进行。

技术方案