CN103920983B - 一种超导体冷压接合方法 - Google Patents

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Abstract

一种超导体冷压接合方法，它涉及一种超导体接合方法，属于超导体连接技术领域。本发明是要解决现有焊接方法获得的高温超导材料接头强度低以及超导性能损失的问题。方法：一、将两根圆棒状超导体端面磨平抛光；二、超导体粉末制成圆饼状；三、采用冰压焊进行焊接。本发明用于超导体接合。

Description

一种超导体冷压接合方法
技术领域
本发明涉及一种超导体接合方法，属于超导体连接技术领域。
背景技术
铜氧化合物、MgB2化合物以及铁基化合物等高温陶瓷超导材料在国民经济和国防工业中有很好的应用前景。目前的制备技术还不能获得足够大或长的铁基超导体。上述问题最有效的解决方法之一是通过连接形状简单和尺寸小的陶瓷零件来制备所需要的大或长超导元器件。
高温陶瓷超导材料的连接除必须获得足够的接头强度和完整性外，还必须保证接头的超导电性与母材相近或相同，还要有一定的导热性能。目前采用的连接方法有熔化焊接、半固态烧结连接、微波焊接以及固态扩散连接和软钎焊等，存在的主要问题是所获得的接头超导电性与母材相比还有一定的差距，主要原因是在连接过程中由于材料熔化或高的焊接温度导致超导相存在不同程度的分解、接头中有少量的微裂纹和微气孔、连接区晶粒的织构度比母材的差等。
发明内容
本发明是要解决现有焊接方法获得的高温超导材料接头强度低以及超导性能损失的问题，而提供一种超导体冷压接合方法。
本发明一种超导体冷压接合方法是按以下步骤进行的：
一、预处理：将两根圆棒状超导体端面磨平，然后进行抛光，得到处理后的第一圆棒状超导体、第二圆棒状超导体和超导体粉末；
二、将步骤一所得的超导体粉末制成圆饼状，得到圆饼状超导体；
三、将步骤一处理后的第一圆棒状超导体和第二圆棒状超导体水平且端面相向设置在支架上，在第一圆棒状超导体和第二圆棒状超导体相向的两个端面之间平行设置步骤二得到的圆饼状超导体，将第一圆棒状超导体、第二圆棒状超导体和圆饼状超导体压紧，在第一圆棒状超导体、第二圆棒状超导体和圆饼状超导体外圆柱表面贴覆有钢套，在第一圆棒状超导体和第二圆棒状超导体的两个外端面分别设置两个活塞增压装置，第一圆棒状超导体和第二圆棒状超导体的两个外端面与两个活塞增压装置分别通过两个力传递垫板连接，安装有第一圆棒状超导体、第二圆棒状超导体和圆饼状超导体的支架设置在装有水的内密闭容器内壁上，在内密闭容器的外面设置外密闭容器，在外密闭容器与内密闭容器之间的空隙加入干冰，然后将外密闭容器在室温条件下静置15h～20h，完成超导体冷压接合；所述超导体为铜氧化物高温超导体或铁基高温超导体。
有益效果：
本发明采用冰压焊的方式进行焊接，利用水凝固冰时产生的膨胀力作为焊接压力，实现常温压焊；当冰压装置采用多段增压结构时，可获得5000～10000MPa的焊接压力。采用冰压焊，一方面，因焊接温度低，能减少超导相分解，增加电子空位，提高超导电性。另一方面，因驱动力大，能加速原子间扩散，能提高连接区晶粒的织构度和减少甚至完全消除微裂纹和微气孔，从而大幅度提高接头的超导电性。
附图说明
图1为超导体冷压接合过程剖面图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式一种超导体冷压接合方法是按以下步骤进行的：
一、预处理：将两根圆棒状超导体端面磨平，然后进行抛光，得到处理后的第一圆棒状超导体2、第二圆棒状超导体12和超导体粉末；
二、将步骤一所得的超导体粉末制成圆饼状，得到圆饼状超导体7；
三、将步骤一处理后的第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12水平且端面相向设置在支架4上，在第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12相向的两个端面之间平行设置步骤二得到的圆饼状超导体7，将第一圆棒状超导体2、第二圆棒状超导体12和圆饼状超导体7压紧，在第一圆棒状超导体2、第二圆棒状超导体12和圆饼状超导体7外圆柱表面贴覆有钢套3，在第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12的两个外端面分别设置两个活塞增压装置9，第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12的两个外端面与两个活塞增压装置9分别通过两个力传递垫板8连接，安装有第一圆棒状超导体2、第二圆棒状超导体12和圆饼状超导体7的支架4设置在装有水6的内密闭容器1内壁上，在内密闭容器1的外面设置外密闭容器11，在外密闭容器11与内密闭容器1之间的空隙加入干冰10，然后将外密闭容器11在室温条件下静置15h～20h，完成超导体冷压接合；所述超导体为铜氧化物高温超导体或铁基高温超导体。
本实施方式采用冰压焊的方式进行焊接，利用水凝固冰时产生的膨胀力作为焊接压力，实现常温压焊；当冰压装置采用多段增压结构时，可获得5000～10000MPa的焊接压力。采用冰压焊，一方面，因焊接温度低，能减少超导相分解，增加电子空位，提高超导电性。另一方面，因驱动力大，能加速原子间扩散，能提高连接区晶粒的织构度和减少甚至完全消除微裂纹和微气孔，从而大幅度提高接头的超导电性。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的铜氧化物高温超导体为Bi2Sr2Ca2Cu3O8+X超导体。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述铁基高温超导体为SmFeAsO1-xFx超导体。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：步骤二所述圆饼状超导体7的表面积与步骤一处理后的第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12端面的表面积相同，厚度为1mm～2mm。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三所述支架4上设置有低温热电偶5。如此设置，便于监控温度变化，符合实际需要。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三所述活塞增压装置9为圆饼状体。其他与具体实施方式一至五之一相同。
本实施方式当水变成冰的过程时，作用在活塞增压装置9外端面的压力推动活塞增压装置9向内移动，从而形成压力焊接。
通过以下试验验证有益效果：
试验一：一、预处理：将两根圆棒状Bi2Sr2Ca2Cu3O8+X超导体端面磨平，然后进行抛光，得到处理后的第一圆棒状超导体、第二圆棒状超导体和超导体粉末；
二、将步骤一所得的超导体粉末制成圆饼状，得到圆饼状超导体；
三、将步骤一处理后的第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12水平且端面相向设置在支架4上，在第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12相向的两个端面之间平行设置步骤二得到的圆饼状超导体7，将第一圆棒状超导体2、第二圆棒状超导体12和圆饼状超导体7压紧，在第一圆棒状超导体2、第二圆棒状超导体12和圆饼状超导体7外圆柱表面贴覆有钢套3，在第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12的两个外端面分别设置两个活塞增压装置9，第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12的两个外端面与两个活塞增压装置9分别通过两个力传递垫板8连接，安装有第一圆棒状超导体2、第二圆棒状超导体12和圆饼状超导体7的支架4设置在装有水6的内密闭容器1内壁上，在内密闭容器1的外面设置外密闭容器11，在外密闭容器11与内密闭容器1之间的空隙加入干冰10，然后将外密闭容器11在室温条件下静置16h，完成超导体冷压接合；所述超导体为铜氧化物高温超导体或铁基高温超导体。
通过冷压连接实验，对样品接头进行超导电性和接头测试，超导电性为母材的60％～87％，接头强度为母材的80％～95％。
试验二：一、预处理：将两根圆棒状SmFeAsO1-xFx超导体端面磨平，然后进行抛光，得到处理后的第一圆棒状超导体、第二圆棒状超导体和超导体粉末；
二、将步骤一所得的超导体粉末制成圆饼状，得到圆饼状超导体；
三、将步骤一处理后的第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12水平且端面相向设置在支架4上，在第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12相向的两个端面之间平行设置步骤二得到的圆饼状超导体7，将第一圆棒状超导体2、第二圆棒状超导体12和圆饼状超导体7压紧，在第一圆棒状超导体2、第二圆棒状超导体12和圆饼状超导体7外圆柱表面贴覆有钢套3，在第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12的两个外端面分别设置两个活塞增压装置9，第一圆棒状超导体2和第二圆棒状超导体12的两个外端面与两个活塞增压装置9分别通过两个力传递垫板8连接，安装有第一圆棒状超导体2、第二圆棒状超导体12和圆饼状超导体7的支架4设置在装有水6的内密闭容器1内壁上，在内密闭容器1的外面设置外密闭容器11，在外密闭容器11与内密闭容器1之间的空隙加入干冰10，然后将外密闭容器11在室温条件下静置16h，完成超导体冷压接合；所述超导体为铜氧化物高温超导体或铁基高温超导体。
通过冷压连接实验，对样品接头进行超导电性和接头测试，超导电性为母材的62％～83％，接头强度为母材的81％～94％。

Claims (4)

1.一种超导体冷压接合方法，其特征在于超导体冷压接合方法是按以下步骤进行的：
一、预处理：将两根圆棒状超导体端面磨平，然后进行抛光，得到处理后的第一圆棒状超导体(2)、第二圆棒状超导体(12)和超导体粉末；
二、将步骤一所得的超导体粉末制成圆饼状，得到圆饼状超导体(7)；
三、将步骤一处理后的第一圆棒状超导体(2)和第二圆棒状超导体(12)水平且端面相向设置在支架(4)上，在第一圆棒状超导体(2)和第二圆棒状超导体(12)相向的两个端面之间平行设置步骤二得到的圆饼状超导体(7)，将第一圆棒状超导体(2)、第二圆棒状超导体(12)和圆饼状超导体(7)压紧，在第一圆棒状超导体(2)、第二圆棒状超导体(12)和圆饼状超导体(7)外圆柱表面贴覆有钢套(3)，在第一圆棒状超导体(2)和第二圆棒状超导体(12)的两个外端面分别设置两个活塞增压装置(9)，第一圆棒状超导体(2)和第二圆棒状超导体(12)的两个外端面与两个活塞增压装置(9)分别通过两个力传递垫板(8)连接，安装有第一圆棒状超导体(2)、第二圆棒状超导体(12)和圆饼状超导体(7)的支架(4)设置在装有水(6)的内密闭容器(1)内壁上，在内密闭容器(1)的外面设置外密闭容器(11)，在外密闭容器(11)与内密闭容器(1)之间的空隙加入干冰(10)，然后将外密闭容器(11)在室温条件下静置15h～20h，完成超导体冷压接合；所述超导体为铜氧化物高温超导体或铁基高温超导体。
2.根据权利要求1所述的一种超导体冷压接合方法，其特征在于步骤二所述圆饼状超导体(7)的表面积与步骤一处理后的第一圆棒状超导体(2)和第二圆棒状超导体(12)端面的表面积相同，厚度为1mm～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种超导体冷压接合方法，其特征在于步骤三所述支架(4)上设置有低温热电偶(5)。
4.根据权利要求1所述的一种超导体冷压接合方法，其特征在于步骤三所述活塞增压装置(9)为圆饼状体。
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