[实用新型]一种传导冷却磁控拉单晶超导磁体装置

说明书

一种传导冷却磁控拉单晶超导磁体装置，包括铁轭外筒；铁轭外筒内设有真空外杜瓦；真空外杜瓦内设有冷屏；冷屏内设有两个线圈骨架；每个线圈骨架上各设有一个马鞍形超导线圈；两个马鞍形超导线圈通过左右线圈连接板连接；左右线圈连接板的外侧设有导冷板；导冷板底部设有线圈冷体支撑杆；导冷板上部设有G‑M制冷机；G‑M制冷机还设有电流引线；真空机组抽真空，GM制冷机冷却测试样品；当内部马鞍形线圈温度达到设计值时，开启励磁电源，调节电流的大小，二元电流引线对超导线圈进行通电励磁，电流达到要求值后，可配合单晶生长炉进行磁控拉单晶生产；具有结构简单、磁场利用率高、使用成本低的特点。

技术领域

本实用新型属于超导磁体技术领域，具体涉及一种传导冷却磁控拉单晶超导磁体装置。

背景技术

高纯单晶硅广泛应用于太阳能电池、集成电路、半导体等行业，是光伏发电、电子信息等高新技术产业的关键材料之一，在保障能源、信息、国家安全方面具重要的战略地位。然而，由于磁拉单晶技术的核心部件—大型超导强磁体装置，其设计技术难度高、加工制造难度大、成本和风险居高不下等原因，导致国内缺乏相关基础研究和技术积累，该项技术被日、美、德等国完全垄断。

根据已有的文献调研可知，截止目前，磁控拉单晶用超导磁体领域，由于单晶硅加工制备的区域性及垄断性，导致目前国外研制单位主要为日本的住友（Sumitomo），东芝（Toshiba）及日本超导技术公司（Jastec）等企业，同时该领域磁体制备技术几乎完全处于保密、封锁状态。国内单晶硅相关研究虽与日本同时起步，但就目前总体而言，生产技术水平仍然相对较低，国内消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但经过多年的积累与发展正迎头赶上，近几年也有相关专利进行了保护申请，如2013年，李超，闫果等，提出的“一种用于磁控直拉单晶用MgB2超导磁体”公开号：（CN103106994A），2019年，汤洪明，傅林坚等，提出“一种超导磁体和磁控直拉单晶设备”公开号：（CN110136915A），然而，以前的磁体大都存在如下问题，如磁体线圈多为2个圆形线圈、4个圆形线圈结构甚至更多，结构复杂、磁场利用率不高，特别是4线圈及以上结构由于线圈与线圈之间磁场有相互抵消的问题，导致磁场利用率较低，因此相同磁场需求下超导线的用量较多成本较高，且漏场较大因此需要较厚的铁轭作为屏蔽材料，以减小对磁体附近电磁设备及人员的影响等诸多问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种传导冷却磁控拉单晶超导磁体装置，磁体装置相对于传统的常规电磁铁可以提供更高的磁场强度，并通过新概念的提出，该磁体对磁场的利用率更高，因此相同磁场强度要求情况下，相对传统的磁控拉单晶磁体生产成本更低，具有结构简单、磁场利用率高、使用成本低的特点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种传导冷却磁控拉单晶超导磁体装置，包括有铁轭外筒；铁轭外筒内设有真空外杜瓦；真空外杜瓦内设有冷屏；冷屏内设有两个线圈骨架；每个线圈骨架上各设有一个马鞍形超导线圈，两个马鞍形超导线圈呈左右对称状设置；两个马鞍形超导线圈通过左右线圈连接板连接；左右线圈连接板的外侧设有导冷板；导冷板底部设有线圈冷体支撑杆；导冷板上部设有G-M制冷机；G-M制冷机与左右线圈连接板之间的导冷板处设有电流引线。

所述的马鞍形超导线圈两端之间的圆周角为小于180°。

所述的线圈冷体支撑杆采用热传导系数为小于1W/m-K的非金属材料。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型马鞍形线圈结构可以较传统2线圈或者4线圈磁体提高了磁场利用率，产生相同中心磁场B强度的情况下，使用超导线材量更少、因此生产成本低廉、便于大规模批量生产；同时，由于超导线圈使用的量较少，那么线圈的质量会较小，因此采用相同数量制冷机冷却磁体时，所需要的冷却时间也会更短等优势，提高了磁体的使用效率；超导线的用量少，也使得磁体整体电感较小，相同加电速率情况下，通电励磁所需的电源最高电压相对普通拉单晶磁体更低，因此也节约了，通电电源的成本。