CN116031040B - 一种用于磁控直拉单晶的超导磁体及制冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于磁控直拉单晶的超导磁体及制冷方法，超导磁体包括鞍型超导线圈、线圈盒、固定架、冷屏、外真空杜瓦、磁屏蔽、冷却管及支撑件，一对相对设置的鞍型超导线圈组成一个线圈组，采用带绝缘层的圆形截面超导线绕制的鞍型超导线圈包括绕组骨架、绕组及线圈盒，绕组骨架用于绕组绕制过程中的成型以及支撑绕组，充当液氦容器的线圈盒用于支撑绕组以及盛装冷却绕组的液氦等冷却介质，四组线圈安装在环形结构的固定架上实现精准定位，冷屏由高导热金属和复合材料绝缘隔断以降低涡流及焦耳热，磁屏蔽用于减小绕组产生的漏磁，提高坩埚中心区域的磁场强度。本发明实施例冷却介质需求量小并且产生的磁场均匀度高，可提高拉制的单晶品质。

Description

一种用于磁控直拉单晶的超导磁体及制冷方法

技术领域

本发明涉及半导体拉制设备技术领域，特别涉及一种用于磁控直拉单晶的超导磁体及制冷方法。

背景技术

近年来，随着半导体、光伏等下游行业的兴起，单晶硅市场规模不断扩大，市场占有率不断升高，电子通信半导体产业的迅速发展，带动了电子级单晶硅市场规模的增长。随着集成电路产业的迅猛发展，中国集成电路产量也随之不断增长，为电子级单晶硅行业的发展提供了强劲动力。单晶硅按晶体生长方法分为磁控直拉法（MCZ）、区熔法（FZ）和外延法。其中，磁控直拉法和区熔法用于生长单晶硅棒，外延法用于生长单晶硅薄膜。磁控直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池；区熔法生长的单晶硅主要用于高压大功率可控整流器件领域，包括大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等产品；外延法生长的单晶硅主要用于集成电路领域。

磁体系统是单晶硅拉制炉的关键部件之一，用于提供高强度和一定均匀度的恒定磁场，对于单晶硅生长过程中的熔体流动模式有着明显的影响，可以改善晶体的组分和杂质分布。在单晶硅棒生长过程中利用磁场来抑制硅熔体的对流可生长出优质的电子级半导体单晶。为了实现较小的体积、较低的电能消耗获得较高的磁场强度、较高的磁场均匀度和较高的磁场稳定性，现有用于拉制大尺寸单晶硅棒的磁控直拉单晶炉基本上都采用超导磁体。

在磁控单晶拉制炉超导磁体结构方面：

在国内，西安聚能超导磁体科技有限公司申报的发明专利：一种磁控拉单晶超导磁体线圈及超导磁体装置，申请公布号为CN113889314A，本发明包括两个相对设置的弧形环结构线圈组，采用多线圈结构能够降低单个线圈的绕线难度并降低超导线的用量，并且多线圈结构能显著降低洛伦兹力产生的机械应力，从而提高超导线圈在运行过程中抵抗失超的能力；发明专利：一种磁控拉单晶超导磁体线圈及超导磁体装置，申请公布号为CN113871133A，本发明包括两个交叉、倾斜设置的圆形线圈及一对相对设置的马鞍形线圈，采用该结构线圈排布可以在单晶拉制区域内获得更高的磁场均匀性，有利于提高磁控单晶拉制炉生产效率并提高单晶的良品率。上述2项专利提出的线圈并未涉及冷却方式、冷却结构以及定位结构，由于线圈导体、线圈绝缘以及线圈支撑结构材料热膨胀系数的差异，室温下绕制的线圈在低温下运行会产生较高的热应力，此外，如果线圈的定位结构不合理还可能产生较高的机械应力，加上电磁力的共同作用很容易引起超导线圈失超甚至损坏。

在国内，西安聚能超导磁体科技有限公司申报的实用新型专利：用于磁控直拉单晶的四角型线圈分布超导磁体，授权公告号：CN210837338U，该专利中的超导线圈是以坩埚中心呈四角型对称分布，超导磁体低温保持器内部的冷质部件采用G-M制冷机进行传导冷却。虽然采用G-M制冷机冷却线圈可以摆脱液氦资源短缺的困境，但是线圈需要较长的降温时间并且失超之后需要较长的超导恢复时间，对于拉制直径300毫米以上的电子级单晶硅棒存在较大的安全隐患。

在磁控直拉单晶超导磁体结构及磁场屏蔽方面：

在国内，杭州慧翔电液技术开发有限公司申报的发明专利：一种用于磁控直拉单晶的磁体结构及磁控直拉单晶的方法，申请公布号：CN110129883A。本发明的超导磁体包括4组周向设置于坩埚外围的超导线圈，每组超导线圈包括主线圈和副线圈，分别用于产生单晶拉制所需的磁场和减小漏磁场。4组超导线圈围绕单晶炉坩埚中心呈两两对应设置，通过副线圈产生磁场抵消主线圈在外部产生的磁场达到磁场屏蔽的效果。然而，该专利采用圆环形线圈并且副线圈的外径大于主线圈外径，造成了线圈低温保持器外径显著增大。此外，超导磁体结构设计没有考虑线圈电连接的复杂性以及支撑结构设计的复杂性，采用主线圈和副线圈结构的超导磁体虽然在理论上可行但是在工程上实现的难度较大。

在国内，西安聚能超导磁体科技有限公司申报的发明专利：一种磁控拉单晶超导磁体装置，申请公告号：CN114582583A。该专利除了采用在马鞍形超导线圈外部布置磁屏蔽铁轭上板、磁屏蔽铁轭下板和磁屏蔽铁轭筒内嵌铁轭，还在超导线圈内嵌入铁轭，从而起到减小漏磁和降低线圈产生的洛伦兹力的作用；发明专利：一种磁控拉单晶超导磁体及磁屏蔽方法，申请公告号：CN113838626A。该专利采用在马鞍形超导线圈外部布置磁屏蔽铁轭上板、磁屏蔽铁轭下板和磁屏蔽铁轭筒体，从而起到减小漏磁的作用。

在磁控直拉单晶超导磁体结构及冷却方面：

在国内，西安聚能超导磁体科技有限公司申报的发明专利：一种用于传导冷却磁控拉单晶超导磁体及其冷却方法，申请公布号：CN113436825A，本发明超导磁体采用左、右对称设置的马鞍形超导线圈，主要包括绕组骨架、绕组、传导冷却结构及G-M制冷机，超导磁体的冷屏及冷屏内部的绕组等冷质部件分别通过制冷机的一级冷头和二级冷头进行传导冷却。该专利主要针对现有结构的磁控拉单晶超导磁体提出的冷却方法进行权利要求保护，提出的使用G-M制冷机和热管相结合传导冷却超导磁体存在预冷时间长，超导绕组失超之后恢复超导状态所需时间长的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：目前磁控单晶拉制炉采用制冷机作为冷源存在预计冷时间长、超导线圈存在温差、超导线圈抵抗失超的能力差以及超导线圈失超后恢复超导状态的能力差等问题。对于拉制直径300毫米以上的电子级单晶硅棒的磁控直拉单晶炉，配备浸泡和传导混合冷却超导磁体能够长时间稳定提供高品质磁场，从而保证拉制的大尺寸单晶硅棒具有较高的质量和良品率。

因此，本发明提供如下技术方案：

一种用于磁控直拉单晶的超导磁体包括线圈、线圈盒、固定架、冷屏、外真空杜瓦、磁屏蔽、冷却管及支撑件；

所述线圈包括瓦型环绕组和骨架；

所述线圈由一对相对设置并且中心轴线重合的瓦型环线圈组成为一个线圈组；线圈包括骨架和绕组，骨架和绕组均为瓦型环结构；

所述成对线圈相同端的线圈盒通过具有柔性补偿能力的S弯或U型弯冷却管连接，冷却介质从成对线圈相同端的一个线圈盒底部注入之后从下往上充满整个线圈盒，再从该线圈顶部密封焊接的冷却管流入相邻线圈盒的底部并从下往上充满整个线圈盒；由于线圈盒冷却介质通道采用串联结构并且冷却介质从每一个线圈盒的底部注入、顶部流出，能够大幅降低用于预冷线圈的冷却介质用量，并且超导线圈发生失超之后气化的冷却介质从线圈盒顶部排除，提高了超导线圈抵抗失超的能力以及失超之后恢复成超导状态的能力。

所述线圈盒与绕组之间通过带有若干条互相平行流道的环氧树脂基复合材料制作的垫块隔离，垫块上流道的方向沿着冷却介质流动的方向，冷却介质从线圈盒底部从下往上能够自由通过垫块上的流道；环氧树脂基复合材料制作的垫块与金属线圈盒内壁之间设置无磁、耐低温、高弹性金属材料制作的成对碟形弹簧，以防止降温过程中由于线圈、垫块和线圈盒材料热膨胀系数的差异引起线圈位移，避免超导线圈位移引起失超。

所述冷屏位于外真空杜瓦内部并且包容固定架及超导线圈；所述外真空杜瓦采用无磁金属材料制作，位于冷屏外围并封闭包容冷屏及其内部冷质部件，所述磁屏蔽采用纯铁等高导磁材料制作，由外圆环圈和上下圆环型法兰组成，用于减小绕组产生的磁场漏磁，提高磁控直拉单晶炉坩埚中心区域的磁场强度。

作为本发明的进一步方案：所述绕组骨架采用无磁、耐极低温、绝缘、抗低温疲劳的环氧树脂基复合材料制作；绕组采用带有外绝缘层的圆形截面超导线紧缠绕在环氧树脂基复合材料制作的瓦型环骨架上；线圈盒采用无磁、耐极低温、抗低温疲劳金属材料制作，用于支撑绕组以及盛装冷却绕组的液氦等冷却介质；固定架用于线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈在空间的精准定位，固定架外侧面带有的十字架用于安装线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈，线圈盒与十字架之间采用低温自预紧并且可拆卸连接。

作为本发明的再进一步方案：所述线圈盒与绕组之间通过带有冷却介质流道的环氧树脂基复合材料制作的垫块隔离，环氧树脂基复合材料制作的垫块与金属线圈盒内壁之间设置无磁、耐低温、高弹性金属材料制作的成对碟形弹簧，以防止降温过程中绕组相对线圈盒松动，从而提高超导线圈的超导稳定性。

作为本发明的再进一步方案：所述固定架采用无磁、耐极低温、抗低温疲劳金属材料制作成环形圈结构，线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈安装在线圈固定架外部带有的十字架上，固定架外部带有的十字架边缘的瓦型环与线圈盒内环面曲率一致，因此线圈盒能够紧固的安装在十字架上。固定架环形圈结构的外部有工字型、T型等加强结构提高线圈固定架强度、稳定性以及降低重量，固定架除了用于定位线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈和G-M制冷机，还充当线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈热沉的作用，固定架通过G-M制冷机传导冷却降温至一定的温度能够实现线圈冷却介质零蒸发。

作为本发明的再进一步方案：所述冷屏由若干块薄壁高导热瓦片状金属板和瓦片状绝缘隔断制作，冷屏的薄壁高导热瓦片状金属板表面抛光、镀金或镀银减小表面发射率，两块相邻的薄壁高导热瓦片状金属板边缘插入瓦片状绝缘隔断端部的型槽之后通过螺钉或铆钉等紧固连接；采用环氧树脂基纤维增强复合材料制作绝缘隔断具有无磁、绝缘、耐低温、高强度的特性；整个冷屏由若干块薄壁高导热瓦片状金属板和瓦片状绝缘隔断结构可大幅降低冷屏感应的涡流及产生的焦耳热。

一种用于磁控直拉单晶的超导磁体的制冷方法，包括以下几个步骤：

步骤一：将真空泵抽气管道连接至超导磁体外真空杜瓦的抽气口，在加注液氦等冷却介质之前打开外真空杜瓦抽气口的阀门，启动真空泵对外真空杜瓦内部抽真空；

步骤二：当外真空杜瓦内的压强低于10^-3Pa，通过冷却管向线圈盒中通入温度连续上升但设置限定值的热氮气等气体对线圈盒内部按预定时间进行除湿；

步骤三：线圈盒除湿完成之后通入温度连续下降的氮气等气体对线圈盒及其内部部件降温，当温度降至室温开启G-M制冷机，向线圈盒中通入温度连续下降的冷氮气等气体进行预冷，当线圈盒被冷却至接近液氮温度之后向线圈盒中通入冷氦气用于排除预冷的冷氮气等气体，直到线圈盒、绕组、骨架的温度被预冷接近液氦温度；

步骤四：通过冷却管向线圈盒中注入液氦，直到绕组完全被液氦浸泡并达到额定体积，检查线圈盒过压泄放阀处于正常工作状态之后关闭液氦加注阀门，绕组温度稳定在液氦温度（4.2K）之后通电励磁。

需要说明的是本发明主要针对结构设计，可能涉及的机电等电气控制技术，仅为实现本发明目的的现有技术手段，本发明在此不作具体阐述，也不作限制，本发明只在保护产生有益效果的结构。

与现有技术相比，本发明具有以下几个方面的有益效果：

本发明进一步巧妙设计多组相对设置并且中心轴线重合的圆环形线圈来组成一个线圈组，通过磁场的叠加来提高单晶炉中心磁场的强度和均匀度。

本发明进一步巧妙设计采用无磁、耐极低温、抗低温疲劳金属材料制作的线圈盒，用于支撑绕组以及盛装冷却绕组的液氦等冷却介质，在不影响冷却效率的同时大大减少液氦的使用量，从而大幅降低超导磁体运行成本。

本发明进一步巧妙将线圈盒与绕组之间设计带有冷却介质流道的环氧树脂基复合材料制作的垫块隔离，环氧树脂基复合材料制作的垫块与金属线圈盒内壁之间设置无磁、耐低温、高弹性金属材料制作的成对碟形弹簧，垫块上带有若干条平行沟槽，为冷却介质提供通道。

本发明进一步巧妙运用具有柔性补偿能力的S弯或U型弯冷却管连接线圈盒，可以有效的防止热胀冷缩对冷却管与线圈盒的焊接接头造成损坏，与采用一套低温容器包容多个线圈的结构相比能够加快线圈的冷却。

本发明进一步巧妙设计外部有十字架、工字型、T型等加强结构的环形圈固定架，不仅能够提高固定架强度、稳定性以及降低重量，还能够精准定位线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈。

本发明进一步设计薄壁高导热金属板表面抛光、镀金或镀银的冷屏来减小表面发射率，薄壁高导热分块瓦片状金属板和绝缘隔断结构的冷屏能够大幅降低冷屏感应的涡流及产生的焦耳热，从而提高超导线圈的超导稳定性。

本发明进一步设计绝缘隔断左右或上下两端面为U型槽结构，具有瓦片状结构单元的冷屏在环向左右两边或高度方向的上下缘插入U型槽之后通过铆钉或螺栓等进行连接；在降低冷屏感应的涡流及产生的焦耳热的同时还保证了外观的规则性，有利于实现超导磁体结构紧凑。

本发明进一步设计冷屏、固定架分别通过位于各自下部由环氧树脂基复合材料制作的若干个中空的薄壁圆柱筒支撑在外真空杜瓦的下法兰上；冷屏中空的薄壁圆柱筒支撑套装在固定架的薄壁圆柱筒支撑外部作为固定架支撑的冷屏；中空的薄壁圆柱筒支撑不仅能起到良好的支撑作用，更能够减少外真空杜瓦内部冷质部件由热传导产生的低温热负荷。

本发明进一步设计，采用纯铁等高导磁材料制作的磁屏蔽来减小绕组产生的磁场漏磁，提高磁控直拉单晶炉坩埚中心区域的磁场强度；此外，磁屏蔽附着在外真空杜瓦的上下法兰与外环圈并通过螺钉将两者紧固，起到了提高外真空杜瓦强度的作用。

附图说明

图1为一种用于磁控直拉单晶的超导磁体结构示意图；

图2为一种用于磁控直拉单晶的超导磁体线圈示意图；

图3为一种用于磁控直拉单晶的超导磁体线圈拆分示意图；

图4为一种用于磁控直拉单晶的超导磁体线圈截面示意图；

图5为一种用于磁控直拉单晶的超导磁体部分拆分示意图；

图6为一种用于磁控直拉单晶的超导磁体冷屏示意图；

图7为一种用于磁控直拉单晶的超导磁体外真空杜瓦与磁屏蔽体示意图；

图8为一种用于磁控直拉单晶的超导磁体爆炸示意图。

图中：1、线圈；12、绕组骨架；13、绕组；14、线圈盒；15、垫块；16、S弯冷却管；17、固定架；18、线圈盒固定支架；2、冷屏；22、绝缘隔断；23瓦片状冷屏结构单元；24、螺栓；3、外真空杜瓦；31、外真空杜瓦下法兰；32、外真空杜瓦上法兰；33、外真空杜瓦外圆环圈；4、G-M制冷机；41、一级冷头；42、二级冷头；51、冷屏圆柱筒支撑；52、固定架圆柱筒支撑；6、磁屏蔽；61、磁屏蔽体外圆环圈、62、磁屏蔽体上圆环型法兰；63、磁屏蔽体下圆环型法兰。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-8，一种用于磁控直拉单晶的超导磁体，所述超导磁体包括线圈1、绕组骨架12、绕组13、线圈盒14、冷屏2、外真空杜瓦3、G-M制冷机4；

所述线圈1由4对相对设置并且中心轴线重合的圆环形线圈组成一个线圈组；所述线圈1包括骨架12和绕组13，绕组13采用带有外绝缘层的圆形截面超导线紧缠绕在环氧树脂基复合材料制作的瓦型环骨架12上，放置于线圈盒14内部；线圈盒14与绕组13之间通过带有若干个带有冷却介质流道151的环氧树脂基复合材料制作的垫块15隔离；垫块15与金属线圈盒14内壁之间设置无磁、耐低温、高弹性金属材料制作的成对碟形弹簧，垫块15与金属线圈盒14之间的空白区域141为冷却介质通道；线圈盒14固定于固定架17外围的十字架171上，通过一共8个线圈固定十字架18固定线圈盒从而间接保证超导线圈在空间中的位置符合单晶棒拉制要求；S弯冷却管16与线圈盒14之间使用串联结构并且分别密封焊接在线圈盒14的底部和顶部。

若干个瓦片状冷屏结构单元23插入绝缘隔断22的U型槽221之后通过螺栓或铆钉24进行连接形成完整冷屏2；固定架17、线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈14以及连接线圈盒的S弯冷却管16被冷屏2包容；

无磁金属材料制作的外真空杜瓦3，位于冷屏2外围并封闭包容冷屏及其内部冷质部件；冷屏2、固定架17分别通过位于各自下部由环氧树脂基复合材料制作的8个中空的薄壁圆柱筒支撑51、52固定在外真空杜瓦的下法兰31上；冷屏中空的薄壁圆柱筒支撑51套装在固定架的薄壁圆柱筒支撑52外部作为固定架支撑的冷屏。

磁屏蔽6由外圆环圈61和上下圆环型法兰62、63组成；磁屏蔽体外圆环圈61内表面与外真空杜瓦的外圆环圈33外表面贴合，沉头导磁螺栓24穿过磁屏蔽体外圆环圈的通孔与外真空杜瓦外圆环圈外侧面的盲孔螺纹配合连接；

磁屏蔽体的上圆环型法兰62下表面与外真空杜瓦的上圆环型法兰32上底面贴合，沉头导磁螺钉穿过磁屏蔽体上圆环型法兰的通孔与外真空杜瓦上圆环型法兰上底面的盲孔螺纹配合连接；

磁屏蔽体的下圆环型法兰63上表面与外真空杜瓦的下圆环型法兰31下底面贴合，沉头导磁螺钉穿过磁屏蔽体下圆环型法兰的通孔与外真空杜瓦下圆环型法兰下底面的盲孔螺纹配合连接。

制冷机4的一级冷头41和二级冷头42分别穿过磁屏蔽体6、外真空杜瓦3，一级冷头通过铜编织带等具有柔性的高导热结构件与冷屏2连接，二级冷头通过铜编织带具有柔性的高导热结构件等与固定架17连接；

所述磁控直拉单晶的超导磁体使用时首先打开真空泵对外真空杜瓦3内部抽真空，当外真空杜瓦3内的压强低于10^-3Pa，之后通过S弯冷却管16向超导磁体中的线圈盒底部通入热氮气除湿，达到预定除湿时间之后通过冷氮气对线圈盒及线圈进行降温；

当超导磁体冷却介质容器被预冷至接近液氮温度之后启动制冷机4，制冷机的一级冷头41和二级冷头42分别对冷屏2及其包容的冷质部件进行降温，当线圈、线圈盒被冷氮气降温至预定温度后向线圈盒中通入冷氦气继续降温，直到超导磁体的温度被预冷接近液氦温度；

向线圈盒中注入液氦，直到绕组13完全被液氦浸泡并达到额定体积，检查线圈盒12过压泄放阀处于正常工作状态之后关闭液氦加注阀门，绕组温度稳定在4.2K之后通电励磁。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种用于磁控直拉单晶的超导磁体，其特征在于，所述超导磁体包括鞍型超导线圈、线圈盒、固定架、冷屏、外真空杜瓦、磁屏蔽、冷却管及支撑件；

一对相对设置并且中心轴线重合的所述鞍型超导线圈组成一个线圈组；

所述线圈包括骨架和绕组，骨架和绕组均为瓦型环结构，骨架采用无磁、耐极低温、绝缘、抗低温疲劳的环氧树脂基复合材料制作；

所述绕组采用带有外绝缘层的圆形截面超导线紧缠绕在环氧树脂基复合材料制作的瓦型环骨架上；

所述线圈盒采用无磁、耐极低温、抗低温疲劳金属材料制作，用于支撑绕组以及盛装冷却绕组的液氦冷却介质；

所述固定架用于固定线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈，线圈盒和固定架之间采用低温自预紧并且可拆卸连接；

所述线圈盒与绕组之间通过带有冷却介质流道的环氧树脂基复合材料制作的垫块隔离，环氧树脂基复合材料制作的垫块与金属线圈盒内壁之间设置无磁、耐低温、高弹性金属材料制作的成对碟形弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种用于磁控直拉单晶的超导磁体，其特征在于，成对的所述超导线圈相同端的线圈盒通过具有柔性补偿能力的S弯或U型弯冷却管串联，冷却介质从成对超导线圈相同端的一个线圈盒底部注入之后从下往上流经线圈盒，然后从焊接到线圈盒上部的S弯或U型弯冷却管流入其他线圈盒。

3.根据权利要求1所述的一种用于磁控直拉单晶的超导磁体，其特征在于，所述固定架呈环形圈整体结构，用于固定线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈，固定架采用无磁、耐极低温、高导热、抗低温疲劳金属材料制作，线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈安装在固定架的十字架上，线圈盒与固定架的十字架之间通过压板和螺栓连接；

所述固定架通过高导热铜、铝制作的编织带、柔性板或热管与G-M制冷机二级冷头连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于磁控直拉单晶的超导磁体，其特征在于，所述固定架的环形圈结构的外侧面有若干个与环形圈连体的十字架结构，用于支撑和定位线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈，G-M制冷机二级冷头与环形圈结构通过高导热的铜编织带、柔性铜板或高导热的热管连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于磁控直拉单晶的超导磁体，其特征在于，所述冷屏由薄壁高导热金属板和绝缘隔断制作，位于外真空杜瓦内部并且包容固定架、线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈、连接线圈盒的S弯或U型弯冷却管以及支撑件；

所述冷屏的薄壁高导热金属板表面抛光、镀金或镀银减小表面发射率，薄壁高导热金属板在环向和高度方向被分割成若干个瓦片状结构单元；所述绝缘隔断采用无磁、绝缘、耐低温的环氧树脂基复合材料制作，用于紧固连接相邻的瓦片状结构的薄壁高导热金属板；

所述冷屏通过高导热铜、铝制作的编织带、柔性板或热管与G-M制冷机一级冷头连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于磁控直拉单晶的超导磁体，其特征在于，所述用于环向连接瓦片状结构单元的绝缘隔断左右两端面为U型槽结构，瓦片状结构单元在环向的左右两边缘插入U型槽之后通过铆钉或螺栓进行连接；

所述用于高度方向连接瓦片状结构单元的绝缘隔断上下两端面为U型槽结构，瓦片状结构单元在上下端的边缘插入U型槽之后通过铆钉或螺栓进行连接；

所述绝缘隔断中间厚度层与瓦片状结构单元的中间厚度层具有相同的直径。

7.根据权利要求1所述的一种用于磁控直拉单晶的超导磁体，其特征在于，所述外真空杜瓦采用无磁金属材料制作，位于冷屏外围并封闭包容冷屏及其内部冷质部件；

所述外真空杜瓦用于支撑冷屏、制冷机、固定架、线圈盒连同封焊在线圈盒内的超导线圈冷却管及支撑件冷质部件；冷屏、固定架分别通过位于各自下部由环氧树脂基复合材料制作的若干个中空的薄壁圆柱筒支撑在外真空杜瓦的下法兰上；冷屏中空的薄壁圆柱筒支撑套装在固定架的薄壁圆柱筒支撑外部并且作为固定架支撑的冷屏。

8.根据权利要求1所述的一种用于磁控直拉单晶的超导磁体，其特征在于，所述磁屏蔽由外圆环圈和上下圆环型法兰组成，采用纯铁高导磁材料制作；磁屏蔽体包容外真空杜瓦的外圆环圈和上下圆环型法兰；

所述磁屏蔽的外圆环圈内表面与外真空杜瓦的外圆环圈外表面贴合，沉头螺钉或沉头螺栓穿过磁屏蔽体外圆环圈的通孔与外真空杜瓦外圆环圈外侧面的盲孔螺纹配合连接；

所述磁屏蔽体的上圆环型法兰下表面与外真空杜瓦的上圆环型法兰上表面贴合，沉头螺钉或沉头螺栓穿过磁屏蔽体上圆环型法兰的通孔与外真空杜瓦上圆环型法兰上底面的盲孔螺纹配合连接；

所述磁屏蔽体的下圆环型法兰上表面与外真空杜瓦的下圆环型法兰下底面贴合，沉头螺钉或沉头螺栓穿过磁屏蔽体下圆环型法兰的通孔与外真空杜瓦下圆环型法兰下底面的盲孔螺纹配合连接。

9.根据权利要求1所述的一种用于磁控直拉单晶的超导磁体的制冷方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一：用于磁控直拉单晶的超导磁体在加注液氦冷却介质之前首先打开真空泵对外真空杜瓦内部抽真空；

步骤二：当外真空杜瓦内的压强低于10^-3Pa，通过冷却管向线圈盒中通入温度连续上升的热氮气对线圈盒内部按预定时间进行除湿；

步骤三：线圈盒除湿完成之后通入温度连续下降的氮气对线圈盒及其内部部件降温，当温度降至室温开启G-M制冷机，向线圈盒中通入温度连续下降的冷氮气预冷，当线圈盒被冷却至接近液氮温度之后向线圈盒中通入冷氦气用于排除预冷的冷氮气，直到线圈盒、绕组、骨架的温度被预冷接近液氦温度；

步骤四：通过冷却管向线圈盒中注入液氦，直到绕组完全被液氦浸泡并达到额定体积，检查线圈盒过压泄放阀处于正常工作状态之后关闭液氦加注阀门，绕组温度稳定在4.2K之后通电励磁。

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