[发明专利]通过使用活性焊料来接合铌钛合金的方法

说明书

提供一种将由铌钛合金制成的第一构件接合到第二构件上的方法。方法包括：将第一构件和第二构件中的每一个的相应表面抵靠在一起，以在其间形成界面；在界面处至少在第一构件的表面处提供熔化活性焊料，并使熔化活性焊料热活化；机械搅动熔化活性焊料，以使熔化焊料附着到第一构件和第二构件上，并形成连结第一构件和第二构件的熔化焊料的连续体；以及使连续体凝固，由此在第一构件与第二构件之间形成焊料接合部。

技术领域

本发明涉及一种使用活性焊料将铌钛合金制成的构件接合至另一构件的方法。这样做旨在将所得到的焊料接合部用于低温应用。

背景技术

在低温应用中，通常需要超导体之间或超导体与“普通”金属(即，非超导金属或金属合金)之间的接合。用于超导体的超导材料通常是金属或金属合金。超导材料能够以多种不同形式使用，包括板、片、带、线、管或同轴电缆。使用超导体的示例性应用包括磁体、大电流导体、电磁屏蔽和信号传输。

作为信号传输的实例，在诸如稀释制冷机等低温制冷机中，需要在冷却目标与制冷机外部之间传送数据。因此，使用线缆来提供冷却目标与制冷机外部之间的数据传送能力。

通常，这样的制冷机就其物理结构而言具有多个阶段或层级。当未使用时，所有层级处于相同的温度、即周围温度，但是当处于使用中时，温度在层级与层级之间是不同的，随着温度的降低，层级更加接近冷却目标。因此，由于制冷机被冷却以供使用、然后在使用之后被允许升温，所以在制冷机内存在温度循环。

为了使周围环境与冷却目标之间的热损耗最小化，会将冷却目标与室温下的周围环境之间的信号传输电缆热锚固在制冷机的每个阶段处。对于某些应用，可以在制冷机的不同层级处插入衰减器或其它装置。

另外，因为层级之间的温度是不同的并且例如对于结构性元件和半刚性线缆来说可能使用不同的材料，所以会因各自不同的热膨胀量而导致在不同材料之间引起应力。除引起结构性元件中的应力之外，热膨胀还会在接合部的任何“填充”材料(诸如焊料合金)中引起应力。

因此，归因于这种制冷机的阶段/层级结构，以及需要数据传送线路与其相互作用部件之间实现热平衡(通常被称为“热化(thermalisation)”)，使用单根电缆在冷却目标与制冷机外部之间提供数据传送线路是很少见的。而是，存在多根电缆来提供数据传送线路，每根电缆在相邻阶段/层级之间的接口处被热锚固到下一根电缆上。通常，电缆是用于传输高频信号的同轴电缆。

每根同轴电缆在每端终止于同轴连接器，以形成同轴电缆组件。在阶段/层级之间的接口处，每根同轴电缆组件在带有或没有衰减器的情况下被连接至舱壁适配器，以使数据传送线路热化。

为了使数据信号能够从一根同轴电缆可靠地传递到下一根同轴电缆，在同轴电缆与同轴连接器之间形成焊料接合部，作为在同轴电缆组件的制造期间电缆与连接器之间的连接部的一部分。使用焊料接合部还因为它们在电缆与连接器之间形成坚固且结实的连接部，这是有益的，因为会由于不同材料之间的热收缩失配以及制冷机中的振动而引起应力。焊料接合部还提供良好的热和电特性，并且传输线路上的不连续性所导致的反射/返回信号功率的损耗(通常被称为“返回损耗”)是低的。

取决于信号线路上的同轴电缆的材料，信号强度可能发生衰减。可能由于沿着数据传输线路插入射频(RF)衰减器而引起信号强度上的进一步降低。总的衰减通常被称为“插入损耗”。

为了减少插入损耗，同轴电缆的在最接近冷却目标的阶段中的信号承载部分由铌钛合金制成。这是因为，通常而言，这些阶段是当制冷机处于使用中时局部温度低于4开尔文(K)的阶段，并且在这些温度下铌钛合金是超导的(铌钛合金的临界温度(T_c)为大约9.3K)。当超导时，铌钛同轴电缆的传输损耗急剧减少，而同时线路的导热率保持为低的，从而使热损耗最小化。因此，铌钛合金的特性比普通金属(即，非超导材料金属或金属合金)等效物具有很大的优势。