CN113571995B - 一种MgB2超导接头的制备方法 - Google Patents

一种MgB2超导接头的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于超导线材制备技术领域，具体涉及一种MgB2超导接头的制备方法，是通过未进行成相热处理的in‑situ单芯棒，将两根的in‑situ线材连接起来，单芯棒中致密化程度高的前驱体粉末通过成相热处理可获得载流能力高的MgB2超导材料，并采用纵向压力对该连接结构进行致密化加工，防止线材中的芯丝发生畸变和破损，从而成功获得连接性能优异的MgB2超导接头，使MgB2线材绕制的MRI实现长期闭环持续电流运行模式，降低MRI的使用成本，促进医疗MRI在贫困地区的普及范围。

Description

一种MgB2超导接头的制备方法
技术领域
本发明属于超导线材制备技术领域，具体涉及一种MgB2超导接头的制备方法。
背景技术
核磁共振成像仪(MRI)作为一种医学诊断工具，已经在医疗体系实践中发挥出重要作用，成为一种公认的、重要的临床影像诊断工具，其诊断价值已获得医学界极高的评价。近年来，MRI的主磁体普遍采用低温超导线材NbTi和Nb3Sn绕制而成，这是由于超导线材可以无热损耗地输运大电流，产生稳定的磁场。但NbTi和Nb3Sn超导线材需要采用昂贵的液氦来进行制冷，造成MRI极高的使用成本，很大程度上阻碍了其在贫困地区的普及程度。
实用超导材料MgB2的超导转变温度为39K，且具有无晶粒弱连接、制备工艺简单的特点，被认为是最适用于制冷机工作温度(10～20K)下MRI用超导材料，因此受到广泛关注。经多年研究，现已成功制备出商业化MgB2多芯超导线材。该线材一般采用粉末装管法(in-situ PIT)进行制备，该方法是将前驱体粉末(原子比为1：2的Mg粉和B粉混合粉末)装入金属管中，经拉拔等加工手段及成相热处理工艺制备获得MgB2超导线材。
为了获得高分辨成像质量，MRI系统需要保证长期闭环进行持续电流运行，使其磁体电阻小于10-9Ω，磁场衰减速率小于0.1ppm·h-1。MgB2超导接头是实现MgB2超导线材绕制的 MRI持续电流运行必不可少的重要组成部分，一般通过Mg粉和B粉作为熔接剂将两根线材连接起来，形成“线-块-线”结构。前驱体粉末的致密化程度会影响MgB2超导材料的载流能力，为获得高性能的MgB2接头，熔接剂和线材的连接部分一般采用压力加工进行致密化处理，过小的压力难以得到高致密化、载流能力大的MgB2超导相，而过大的压力易造成线材芯丝的畸变和破损，影响接头的输运性能。
发明内容
本发明要所解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种MgB2超导接头的制备方法，是通过in-situ单芯棒将两根未进行成相热处理的in-situ线材连接起来，单芯棒中致密化程度高的前驱体粉末经成相热处理后，可获得载流能力高的MgB2超导材料，并采用纵向压力制备连接结构，从而使线材芯丝不发生畸变和破损，从而成功获得连接性能优异的MgB2超导接头，实现MRI的闭环持续电流运行模式。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，该方法包括一下步骤：
步骤一、截取一定长度、未进行成相热处理的in-situ单芯棒，通过钻头将其两端的前驱体粉末钻取一定深度的孔洞；
步骤二、取一根未进行成相热处理的in-situ线材，采用浓硝酸腐蚀其中间一截的金属包套，用手术剪刀将裸露的芯丝从中间部分剪断，分别插入步骤一钻取的单芯棒的两端孔洞中，形成连接结构；
步骤三、通过一对旋锻模具，采用液压机对步骤二制备的连接结构的单芯部分进行纵向压制，使其完成致密化加工，加工示意图如附图1所示；
步骤四、用陶瓷胶将单芯棒两端及线材裸露的芯丝包裹起来，紧固接头结构的同时防止成相热处理过程中Mg的挥发；
步骤五、对步骤四制备的连接结构在氩气保护气氛下进行成相热处理，得到MgB2超导接头，接头的具体结构如附图2所示。
上述一种MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤一所述的单芯棒包含的前驱体粉末为Mg粉和B粉混合粉末或者Mg粉和C掺杂B粉的混合粉末，所截取长度为1.5～3.0cm、直径为2.5～3.0mm，钻头的直径为0.5～1.0mm，钻取的孔洞深度为5～8mm；
上述一种MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤二所述的线材包含的前驱体粉末为Mg粉和B粉混合粉末或者Mg粉和C掺杂B粉的混合粉末，直径为0.8～1.0mm，长度大于 10cm；
上述一种MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤二所述的腐蚀后裸露的芯丝长度比步骤一中两端钻孔深度的总深长4～6mm，且用手术剪剪断芯丝时端口必须整齐，保证所有芯丝的粉末能与单芯棒内的粉末接触；
上述一种MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤三所述的纵向压制的压力为5～10 t，无保压时间，加工次数仅为一次；
上述一种MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤四所述的陶瓷胶耐温范围必须大于700℃。
上述一种MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤五所述的成相热处理工艺是在氩气保护气氛下进行，采用的热处理温度为600～675℃，保温时间为2～4h；
本发明与现有技术相比，具有一下特点：
1、未进行成相热处理的in-situ单芯棒中含有已经经过多道次加工的、致密性高的前驱体粉末，具有高致密度的前驱体粉末经成相热处理后，可得到载流能力更大的MgB2结构，从而提高接头的载流能力；
2、致密度高的前驱体粉末可降低后续对连接结构进行压制加工所需压力的大小，减小芯丝的变形率，增加接头的载流能力；
3、通过纵向压力对连接结构进行单次致密化加工，可减少芯丝由于多道次或高压力加工导致的变形不均匀乃至断裂的情况，保证接头部分芯丝的完整性，成功获得具有极低电阻、高载流能力的MgB2超导接头。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明纵向压力加工过程的示意图。
附图标记说明：
1—in-situ线材1；2—in-situ单芯棒；3—一对旋锻模具；4—in-situ线材2。
图2是本发明MgB2接头的结构示意图。
附图标记说明：
1—in-situ线材1；2—in-situ单芯棒；4—in-situ线材2；5—芯丝；6—金属包套；7—MgB2； 8—陶瓷胶；。
具体实施方式
实施例1
步骤一，截取未进行成相热处理的长度为1.5cm、直径Ф3.0mm的in-situ单芯棒，该线材的前驱体粉末为Mg和B粉，通过直径Ф0.5mm的钻头将其芯丝两端的Mg和B粉钻取深度为5mm的孔洞；
步骤二，取一根未进行成相热处理、直径为Ф0.8mm的in-situ单芯线材，该线材的前驱体粉末为Mg和B粉，用浓硝酸将线材中间一段(长度为14mm)的金属包套腐蚀，露出芯丝，用手术剪从裸露芯丝中间剪断，而后将其插入步骤一钻取的单芯棒两端的孔洞中，形成连接结构；
步骤三，通过一对内径为Ф2.0mm的旋锻模具，采用液压机对步骤二制备的连接结构的单芯部分进行纵向压制，施加的压力为5t，获得致密化的连接结构；
步骤四，用陶瓷胶将单芯棒两端及线材中裸露的芯丝包裹起来，紧固连接结构的同时防止成相热处理过程中Mg的挥发；
步骤五，对步骤四制备的结构进行成相热处理，具体过程为在氩气保护氛围下加热至 600℃保温4h，得到单芯MgB2线材的超导接头。
获得的MgB2超导接头在4.2K、6T下的临界电流为80A，被连接的单芯线材在4.2K、6T下的临界电流为123A，接头的载流能力可达单芯线材的65％。
实施例2
步骤一，截取未进行成相热处理的长度为2.5cm、直径Ф2.5mm的in-situ单芯棒，该线材的前驱体粉末为Mg和C掺杂B粉，通过直径Ф1.0mm的钻头将其芯丝两端的Mg和C 掺杂B粉钻取深度为8mm的孔洞；
步骤二，取一根未进行成相热处理、直径为Ф1.0mm的in-situ 18芯线材，该线材的前驱体粉末为Mg和C掺杂B粉，用浓硝酸将线材中间一段(长度为20mm)的金属包套腐蚀，露出芯丝，用手术剪从裸露芯丝中间剪断，而后将其插入步骤一钻取的单芯棒两端的孔洞中，形成连接结构；
步骤三，通过一对内径为Ф2.0mm的旋锻模具，采用液压机对步骤二制备的连接结构的单芯部分进行纵向压制，施加的压力为10t，获得致密化的连接结构；
步骤四，用陶瓷胶将单芯棒两端及18芯线材中裸露的芯丝包裹起来，紧固连接结构的同时防止成相热处理过程中Mg的挥发；
步骤五，对步骤四制备的结构进行成相热处理，在氩气保护氛围下加热至650℃保温2h，得到18芯C掺杂MgB2线材的超导接头。
获得的MgB2超导接头在4.2K、4T下的临界电流为92A，被连接的18芯C掺杂线材在4.2K、4T下的临界电流为198A，接头的载流能力可达单芯线材的46％。
实施例3
步骤一，截取未进行成相热处理的长度为3cm、直径Ф3.0mm的in-situ单芯棒，该线材的前驱体粉末为Mg和C掺杂B粉，通过直径Ф1.0mm的钻头将其芯丝两端的Mg和C 掺杂B粉钻取深度为8mm的孔洞；
步骤二，取一根未进行成相热处理、直径为Ф1.0mm的in-situ 30芯线材，该线材的前驱体粉末为Mg和C掺杂B粉，用浓硝酸将线材中间一段(长度为20mm)的金属包套腐蚀，露出芯丝，用手术剪从裸露芯丝中间剪断，而后将其插入步骤一钻取的单芯棒两端的孔洞中，形成连接结构；
步骤三，通过一对内径为Ф2.0mm的旋锻模具，采用液压机对步骤二制备的连接结构的单芯部分进行纵向压制，施加的压力为10t，获得致密化的连接结构；
步骤四，用陶瓷胶将单芯棒两端及30芯线材中裸露的芯丝包裹起来，紧固连接结构的同时防止成相热处理过程中Mg的挥发；
步骤五，对步骤四制备的结构进行成相热处理，在氩气保护氛围下加热至675℃保温2h，得到30芯C掺杂MgB2线材的超导接头。
获得的MgB2超导接头在4.2K、2T下的临界电流为151A，被连接的30芯C掺杂线材在4.2K、2T下的临界电流为580A，接头的载流能力可达单芯线材的26％。
实施例4
步骤一，截取未进行成相热处理的长度为3cm、直径Ф3.0mm的in-situ单芯棒，该线材的前驱体粉末为Mg和B粉，通过直径Ф1.0mm的钻头将其芯丝两端的Mg和B粉钻取深度为8mm的孔洞；
步骤二，取一根未进行成相热处理、直径为Ф1.0mm的in-situ 48芯线材，该线材的前驱体粉末为Mg和B粉，用浓硝酸将线材中间一段(长度为20mm)的金属包套腐蚀，露出芯丝，用手术剪从裸露芯丝中间剪断，而后将其插入步骤一钻取的单芯棒两端的孔洞中，形成连接结构；
步骤三，通过一对内径为Ф2.0mm的旋锻模具，采用液压机对步骤二制备的连接结构的单芯部分进行纵向压制，施加的压力为5t，获得致密化的连接结构；
步骤四，用陶瓷胶将单芯棒两端及48芯线材中裸露的芯丝包裹起来，紧固连接结构的同时防止成相热处理过程中Mg的挥发；
步骤五，对步骤四制备的结构进行成相热处理，在氩气保护氛围下加热至600℃保温2h，得到48芯MgB2线材的超导接头。
获得的MgB2超导接头在4.2K、2T下的临界电流为53A，被连接的30芯C掺杂线材在4.2K、2T下的临界电流为290A，接头的载流能力可达单芯线材的18％。
以上所述，本仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)截取一段未进行成相热处理的in-situ单芯棒，通过钻头将其两端的前驱体粉末各钻取一孔洞；
2)取一根未进行成相热处理的in-situ线材，裸露芯丝并从中间部分剪断，分别插入步骤1)钻取的单芯棒两端孔洞中，所述芯丝的前驱体粉末与单芯棒内的前驱体粉末接触，形成连接结构；
3)对步骤2)制备的连接结构的单芯部分进行纵向压制，使其完成致密化加工；
4)用陶瓷胶将in-situ单芯棒两端及线材裸露的芯丝包裹起来紧固连接结构；
5)对步骤4)制备的连接结构在氩气保护气氛下进行成相热处理，得到MgB2超导接头。
2.如权利要求1所述的MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中单芯棒包含的前驱体粉末为Mg粉和B粉混合粉末或者Mg粉和C掺杂B粉的混合粉末，所截取长度为1.5～3.0cm，直径为2.5～3.0mm，钻头的直径为0.5～1.0mm，钻取的孔洞深度为5～8mm。
3.如权利要求1所述的MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中线材包含的前驱体粉末为Mg粉和B粉混合粉末或者Mg粉和C掺杂B粉的混合粉末，直径为0.8～1.0mm，长度大于10cm。
4.如权利要求1所述的MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中采用浓硝酸腐蚀in-situ线材中间一截的金属包套，用手术剪刀将裸露芯丝剪断。
5.如权利要求1所述的MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤2)芯丝长度比步骤1)中两端孔洞深度的总深度长4～6mm。
6.如权利要求1所述的MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤3)通过一对旋锻模具，采用液压机对连接结构的单芯部分进行纵向压制。
7.如权利要求6所述的MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤3)中纵向压制的压力为5～10t，无保压时间，加工次数仅为一次。
8.如权利要求1所述的MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤4)所述陶瓷胶耐温范围大于700℃。
9.如权利要求1所述的MgB2超导接头的制备方法，其特征在于，步骤5)所述成相热处理工艺采用的热处理温度为600～675℃，保温时间为2～4h。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114976804B (zh) * 2022-05-26 2023-02-21 北京大学 采用Mg(BH4)2粉末制备MgB2线材用超导接头的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3413167A1 (de) * 1984-04-07 1985-10-17 Vacuumschmelze Gmbh, 6450 Hanau Verfahren zur herstellung eines supraleitenden kontaktes
US6281171B1 (en) * 1998-03-27 2001-08-28 Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry MG-doped high-temperature superconductor having the superconducting anisotropy and method for producing the superconductor
WO2007071163A1 (fr) * 2005-12-23 2007-06-28 Institute Of Electrical Engineering, Chinese Academy Of Science Bande ou cable supraconducteur a base de mgb2 et de carbone et son procede de fabrication
WO2015049776A1 (ja) * 2013-10-04 2015-04-09 株式会社日立製作所 MgB2超電導線材、超電導接続構造およびそれを用いた超電導マグネット、超電導ケーブル
CN105048237A (zh) * 2015-08-20 2015-11-11 西北有色金属研究院 一种MgB2超导线材的连接方法
CN105355357A (zh) * 2015-11-17 2016-02-24 中国科学院电工研究所 一种铁基化合物超导接头及其制备方法
CN109378671A (zh) * 2018-10-10 2019-02-22 成都大唐线缆有限公司 一种数字电缆用热熔式快速连接装置及其连接方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009022672A1 (de) * 2009-05-26 2010-12-02 Siemens Aktiengesellschaft Supraleitfähige Verbindungseinrichtung der Endstücke zweier Supraleiter sowie Verfahren zu deren Herstellung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3413167A1 (de) * 1984-04-07 1985-10-17 Vacuumschmelze Gmbh, 6450 Hanau Verfahren zur herstellung eines supraleitenden kontaktes
US6281171B1 (en) * 1998-03-27 2001-08-28 Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry MG-doped high-temperature superconductor having the superconducting anisotropy and method for producing the superconductor
WO2007071163A1 (fr) * 2005-12-23 2007-06-28 Institute Of Electrical Engineering, Chinese Academy Of Science Bande ou cable supraconducteur a base de mgb2 et de carbone et son procede de fabrication
WO2015049776A1 (ja) * 2013-10-04 2015-04-09 株式会社日立製作所 MgB2超電導線材、超電導接続構造およびそれを用いた超電導マグネット、超電導ケーブル
CN105048237A (zh) * 2015-08-20 2015-11-11 西北有色金属研究院 一种MgB2超导线材的连接方法
CN105355357A (zh) * 2015-11-17 2016-02-24 中国科学院电工研究所 一种铁基化合物超导接头及其制备方法
CN109378671A (zh) * 2018-10-10 2019-02-22 成都大唐线缆有限公司 一种数字电缆用热熔式快速连接装置及其连接方法

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