[其他]氧化物超导线圈及其制造方法

说明书

本发明涉及氧化物超导线圈及其制造方法，属于超导体及有超导绕阻的线圈的技术领域。

钇钡铜氧陶瓷超导材料具有超导转变温度高，零电阻温度在液氮温度（77K）以上的良好超导性能，近半年来受到国际物理学界的极大关注。由于这种材料制备简单，容易掌握，因而国内外大批实验室已能重复制备出这种超导材料。但这种氧化物超导材料具有陶瓷固有的脆性，不易成材。虽然有些新闻报导了用这种超导材料制成了各种线材、线圈、薄膜等，但都没有提供完整的技术方案。

本发明的目的是提出一种氧化物超导线圈的制备方法并提供一种有77K以上零电阻温度的超导线圈。它是用热喷涂方法将粉末状氧化物超导材料喷涂在金属或氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆、钛酸钡等）管上而成的。

本发明的方法由三部分组成：

1.制备超导涂层材料：将氧化钇、碳酸钡、氧化铜按原子比Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3充分混合后，加无水酒精压成薄片或块状，然后在900-1000℃下通氧烧结2-6小时，烧结后破碎过筛制成50-200目的细粉。

当然也可用La-Ba-Cu-O或Y-Ba-Cu-U-O等制备成粉末用于喷涂。

2.喷涂：用等离子或火焰（包括氢-氧焰、氧-乙炔或氧-煤气焰）等热喷涂方法把上述粉末状超导涂层材料喷涂在管状基体材料上。管状基体材料可以是金属管（如不锈钢管、镍管、钽管等）或氧化物陶瓷管（如氧化铝管、氧化锆管、钛酸钡管等）。为形成螺旋状线圈，要在喷涂超导涂层前用金属带（如Ni、NiCr或Mo带）或遮盖剂（如发明人早先发明的中国专利申请87100234《热喷涂遮盖剂》）螺旋状地局部遮盖不需喷涂超导涂层的管状基体材料。为形成多层超导线圈，在每喷涂一层超导涂层材料后，要喷涂一层氧化物（如氧化铝、氧化锆、钛酸钡）绝缘层以使层间绝缘，绝缘层厚为0.10-0.25mm。

管状基体材料在喷涂前要预热，预热温度150-300℃。喷涂时，管状基体材料要不断旋转，以使喷涂均匀。在喷涂了一层超导涂层材料后，剥去遮盖的金属片或用水洗去热喷涂遮盖剂，待干燥后，喷涂绝缘层，然后再次涂复遮盖剂（或用金属带遮盖），即可喷涂第二层超导线圈。在涂复遮盖剂时，应注意第二层线圈与第一层线圈间的连接。这样重复喷涂，可制得所需层数的超导线圈。

3.热处理：喷涂后的超导线圈必须经过热处理才能呈现超导特性。将线圈置于850-1000℃的恒温炉中，在氧气氛下处理1-5小时，即可呈超导特性。

热处理冷却后，可以在最后一层超导螺线上再喷上铜层，也可以不再涂铜。

用本发明的方法制得的超导线圈其特征是，在管状基体材料（金属管或陶瓷管）外，喷涂有螺旋状超导线圈涂层。如要制造多层线圈，则可进一步顺次喷涂绝缘层-超导层。绝缘层可以是氧化铝、氧化锆或钛酸钡。这样可根据需要得到一层或多层超导绕阻的超导线圈。在最外一层超导绕阻上可以喷涂铜，也可不喷铜。在最内层与最外层超导绕阻的一端各有一电极，在二层超导绕阻的一端由超导层直接电连接。

使用本发明的方法可方便地制得氧化物超导线圈，其工艺简单，特别是采用普通的火焰喷涂方法，成本低、效果好。得到的超导线圈其起始超导转变温度为95-100K，零电阻温度为80-90K。

图1是本发明的氧化物超导线圈结构图，也作为本发明的实施例。图中1是金属管或陶瓷管可以是不锈钢管、镍管、钽管、氧化铝管、氧化锆管、钛酸钡管等，2是氧化物超导螺旋状涂层（本实施例用Y-Ba-Cu-O超导材料，当然也可以是La-Ba-Cu-O或Y-Ba-Cu-U-O材料），3是氧化物绝缘层，可以是氧化铝、氧化锆或钛酸钡，4是铜层，5是电极。

本实施例是有三层螺旋状超导涂层的超导线圈，当然也可以是单层或多层的，示需要而定。螺旋状超导涂层的厚度和宽度也可根据实际需要确定。喷涂铜层4是为改善导热性能，也可兼作电极引线。但涂铜层并不是必须的。

下面结合图1说明本发明的工艺流程：

a.用金属带（如Ni、Ni-Cr、Mo带）或热喷涂遮盖剂（中国专利申请87100234）掩蔽金属或陶瓷管1，即遮盖金属或陶瓷管不需喷涂超导涂层的部位（即图1中螺旋状超导层螺旋圈之间的以后被绝缘层填充的区域）。

b.将金属管或陶瓷管在150-300℃温度下预热，由热喷涂法（可以用等离子喷涂，也可以用氢-氧、氧-乙炔或氧-煤气火焰喷涂）将粉末状氧化物超导材料喷涂在金属或陶瓷管上。粉末状超导材料通常为Y-Ba-Cu-O，当然也可以是La-Ba-Cu-O或Y-B-Cu-U-O。粉末状超导材料是这些元素按组分配比压成片状或块状并通氧烧结后，破碎过筛成50-200目的细粉。