[发明专利]一种用于导冷设备的低温超导线材焊接封装结构及方法

说明书

本发明提供了一种用于导冷设备的低温超导线材焊接封装结构及方法，该封装结构包括绝缘基座、绝缘导冷基底、金属基底、金属顶盖、绝缘顶盖、第一超导线材、第二超导线材和焊料；绝缘基座的端面上开设有第一通孔，绝缘基座的上端面开设有环形凹槽；绝缘导冷基底和金属基底均设置于第一通孔内且均与绝缘基座相连；金属顶盖和绝缘顶盖均盖设在环形凹槽内；第一超导线材的第一超导裸线和第二超导线材的第二超导裸线相互缠绕并盘绕成多匝的环形裸线，环形裸线设置于环形容器内；焊料用于焊接第一超导线材和第二超导线材。本发明能够解决现有技术中超导线材处理困难、焊点布线困难、焊点体积大、焊点封装绝缘困难和导冷绝缘材料易损的技术问题。

技术领域

本发明涉及超导线材焊接封装技术领域，尤其涉及一种用于导冷设备的低温超导线材焊接封装结构及方法。

背景技术

低温金属材质的超导线材，在极低温条件下具有零电阻特性，在诸如需要高电流、强磁场的技术与工程应用中扮演重要角色。在低温超导技术应用中，不可避免存在超导线材之间的焊接问题。由于超导线材的极低温零电阻特性，其线材的焊接工艺与传统普通线材焊接工艺具有较大差别。为保证焊接质量，在导冷式的超导设备中，超导线材的焊接需着重考虑三点：焊点具有良好的导冷效果，避免焊点内部产生热点和增强焊点稳固性。

导冷式超导设备完全通过冷头的冷量传导实现制冷，因此设备内部所有超导线材的焊点均需与内部机械结构进行直接接触，保证设备制冷时的外部冷量迅速进入焊点内部进行降温，并保证设备运行状态下焊点内部产生的热量能够及时导出。过低的导冷效果会导致设备整体的制冷率下降，焊点内部产热无法及时导出而导致失超等，影响整个超导设备的稳态工作。

目前广泛应用于导冷式设备的超导线材焊接工艺，主要采用敞口金属容器作为超导线材与焊料的盛接容器，先将两根待焊接超导线材从敞口金属容器底部的入线孔引入，然后在金属容器内对两根超导线材依次进行去除包裹层操作、盘线操作和焊接操作，最后再进行金属容器与导冷式设备的导冷和绝缘处理。

但现有的焊接工艺存在如下缺点：

(1)超导线材处理困难

焊接工作中需要先将金属容器固定于设备之中，再进行后续的操作，以保证稳定的焊接平台。但是超导设备中空间有限，导致超导线材的去除外包裹层等工作困难。在线材的酸洗、预焊等操作中，狭小的操作空间会极大的影响焊接效率以及焊接质量。

(2)焊点布线困难

在超导线材焊接过程中，一般需要对5～10根，甚至更多的超导裸线进行一起焊接，过多的超导裸线具有较大的线径以及较大的弯曲半径，将所有的超导裸线盘线进入金属容器中，操作困难，并具有损伤超导裸线的风险。

(3)焊点体积大

在焊接超导线材较多，裸线较长的条件下，需要容积较大的金属容器，以保证将所有裸线完全浸入容器中，并保证有足够量的焊接材料对所有裸线进行完全包裹。这导致了金属容器往往具有较大的体积，对设备内部空间提出了较大要求，影响了设备的紧凑性；加大设备体积的同时，降低整个系统的整体制冷率。

(4)焊点封装绝缘困难

采用金属容器作为焊接外封装，虽然保证了导冷效果，但是封装极易与外界机械结构接触导致短路。金属容器较大的体积以及不规则外形，导致绝缘包括困难，易出现破损等问题。

(5)导冷绝缘材料易损

金属容器底座与机械结构之间的绝缘材料，一般采用氮化铝等，同时具备高绝缘、高导冷率的材料。材料一般通过螺栓，固定于金属容器与设备机械结构之间。然而，该材料具有脆弱易碎特性，在安装、设备运行期间，硬件间的挤压与安装螺栓摩擦等，会导致材料碎裂，为设备的绝缘、稳定运行带来了隐患。

发明内容