CN117554560A - 一种wic镶嵌超导线铜超比测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种WIC镶嵌超导线铜超比测量方法，包括：获取WIC镶嵌超导线的镀锡前样品和镀锡后样品；将镀锡前样品中的镶嵌圆线和镶嵌铜槽线剥离；测量镶嵌圆线的直径，确定镶嵌圆线的截面积；测量镶嵌圆线的长度和质量，根据镶嵌圆线的截面积、长度和质量确定镶嵌圆线的铜超比；测量镶嵌铜槽线的长度和质量；测量镀锡后样品的长度和质量；根据镶嵌圆线的铜超比、镶嵌铜槽线的长度和质量以及镀锡后样品的长度和质量确定镀锡后样品的铜超比。采用本申请的方法可以代替铜溶解法，进而大幅度提高测量效率，摆脱了铜超比测量对化学试剂的依赖，避免环境污染与测量员身体上的伤害。
Description
技术领域
本申请涉及金属加工技术领域，特别涉及一种WIC镶嵌超导线铜超比测量方法。
背景技术
WIC(Wire in Channel，镶嵌导线)镶嵌超导线是目前应用最广泛的超导体。在核磁共振成像仪(MRI)、核磁共振谱仪(NMR)、大型粒子加速器及超导储能系统(SMES)、磁约束核聚变装置(Tokamak)等多个领域有着极其广泛的应用。
铜超比是WIC镶嵌超导线非常重要的一项性能指标，目前测量铜超比主要采用铜溶解法，该方法存在以下缺陷：1)周期长效率低，测量一个样品需要40分钟；2)测量过程使用有污染的化学试剂HNO3，WIC作为主型产品测量铜超比时需使用大量的化学试剂，因此对环境会产生一定污染。
发明内容
本申请实施例提供了一种WIC镶嵌超导线铜超比测量方法，用以解决现有技术中采用铜溶解法测量铜超比存在周期长和污染环境的问题。
一方面，本申请实施例提供了一种WIC镶嵌超导线铜超比测量方法，包括：
获取WIC镶嵌超导线的镀锡前样品和镀锡后样品；
将镀锡前样品中的镶嵌圆线和镶嵌铜槽线剥离；
测量镶嵌圆线的直径，确定镶嵌圆线的截面积；
测量镶嵌圆线的长度和质量，根据镶嵌圆线的截面积、长度和质量确定镶嵌圆线的铜超比；
测量镶嵌铜槽线的长度和质量；
测量镀锡后样品的长度和质量；
根据镶嵌圆线的铜超比、镶嵌铜槽线的长度和质量以及镀锡后样品的长度和质量确定镀锡后样品的铜超比。
本申请中的一种WIC镶嵌超导线铜超比测量方法，具有以下优点：
代替了铜溶解法进行铜超比测量，大幅度提高了测量效率，摆脱了铜超比测量对化学试剂的依赖，避免环境污染与测量员身体上的伤害。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的WIC镶嵌超导线的结构示意图。
附图标号说明：1-镶嵌圆线，2-镶嵌铜槽线。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种WIC镶嵌超导线铜超比测量方法，该方法包括：
S100，获取WIC镶嵌超导线的镀锡前样品和镀锡后样品。
示例性地，可以在WIC镶嵌超导线镀锡前和镀锡后的产品末端分别截取一段一定长度的样品，作为镀锡前样品和镀锡后样品，截取的长度至少应等于测量过程中需要的最小长度。
S110，将镀锡前样品中的镶嵌圆线和镶嵌铜槽线剥离。
示例性地，镀锡前的WIC镶嵌超导线结构如图1所示，镶嵌铜槽线2上具有与镶嵌圆线1大小和形状匹配的凹槽，当镶嵌圆线1镶嵌在该凹槽内部后，二者通过摩擦力即可紧密结合在一起，因此在剥离时可以直接将镶嵌圆线1从凹槽中抽出。
S120，测量镶嵌圆线的直径，确定镶嵌圆线的截面积。
示例性地，镶嵌圆线1的截面为圆形，通过测量其直径，即可根据圆的面积计算公式得到镶嵌圆线1的截面积，其中，测量直径时精度为0.001mm。
S130，测量镶嵌圆线的长度和质量，根据镶嵌圆线的截面积、长度和质量确定镶嵌圆线的铜超比。
示例性地，可以采用精密电子秤测量镶嵌圆线的质量，长度和质量的精度分别为1mm和0.1mg。
镶嵌圆线的质量和截面积关系如下式：
MSUP＝ρNT×ANT×L1+ρCU×ACU×L1(1)
式中，MSUP为镶嵌圆线的质量，单位g，ρNT为镶嵌圆线中铌钛部分的密度，具体值为6.06g/cm3，ANT为铌钛部分的截面积，单位mm2，L1为镶嵌圆线的长度，单位m，ρCU为无氧铜的密度，具体值为8.93g/cm3，ACU为镶嵌圆线中无氧铜部分的截面积，单位mm2。
铌钛部分的截面积计算如下式：
式中，α为镶嵌圆线的铜超比，A为镶嵌圆线的截面积，单位mm2。
无氧铜部分的截面积计算如下式：
将铌钛部分的截面积计算式和无氧铜部分的截面积计算式带入镶嵌圆线的质量和截面积关系式，得到的镶嵌圆线的铜超比计算式如下：
根据上式计算得到镶嵌圆线的铜超比。
S140，测量镶嵌铜槽线的长度和质量。
示例性地，可以采用精密电子秤测量镶嵌铜槽线的质量，长度和质量的精度分别为1mm和0.1mg。
S150，测量镀锡后样品的长度和质量。
示例性地，可以采用精密电子秤测量镀锡后样品的质量，长度和质量的精度分别为1mm和0.1mg。
S160，根据镶嵌圆线的铜超比、镶嵌铜槽线的长度和质量以及镀锡后样品的长度和质量确定镀锡后样品的铜超比。
示例性地，镀锡后样品中的无氧铜部分截面积计算如下式：
式中，SCU为镀锡后样品中无氧铜部分的截面积，单位mm2，MCW为镶嵌铜槽线的质量，单位g，L2为镶嵌铜槽线的长度，单位m，MWIC为镀锡后样品的质量，单位g，ρSN为焊料锡的密度，具体值为7.298g/cm3，L3为镀锡后样品的长度，单位m。
镀锡后样品中的铌钛部分截面积为镶嵌圆线中铌钛部分的截面积，即：
SNT＝ANT(6)
式中，SNT为镀锡后样品中铌钛部分的截面积。当确定镶嵌圆线的铜超比α后，即可将其带入铌钛部分的截面积计算式中，进而确定ANT。
根据镀锡后样品中的无氧铜部分截面积计算式和镀锡后样品中的铌钛部分截面积计算式得到的镀锡后样品的铜超比的计算式如下：
式中，β为镀锡后样品的铜超比，根据上式计算得到镀锡后样品的铜超比。
下面对本申请的测量方法进行可行性分析和有效性证明：
一、可行性分析
本申请的关键在于镶嵌圆线的铜超比α的获得，故进行镶嵌圆线的铜超比测量来说明本申请的可行性。分析公式(4)中有5个参数，分别是MSUP、L1、ρNT、A、ρCU。其中，已知NbTi的密度ρNT为6.06g/cm3(单片阻隔层的Nb47Ti的密度)，无氧铜的密度ρCU为8.93g/cm3。故通过测量镶嵌圆线的长度L1，测量样品线径计算镶嵌圆线样品截面积A，测量样品质量MSUP，将此5个参数带入到公式(4)中计算出镶嵌圆线样品的铜超比α。为了保证测量精度，本申请对测量分量的精度提出如下要求：
长度的测量：长度的测量精确至1mm；线径的测量：样品线径的测量精确至0.001mm；质量的测量：样品质量的测量精确至0.1mg。
采用本申请的方法测量镶嵌圆线的铜超比与铜溶解法测量的镶嵌圆线的铜超比结果见表1，表中L1＝L2＝L3＝L。
表1本申请的方法与铜溶解法测量的镶嵌圆线的铜超比结果
从表1可以看出，本申请的方法与铜溶解法测量镶嵌圆线铜超比的误差百分比落在3％以内，满足使用要求。在准确获得α后，再通过公式(5)～公式(7)即可计算出镶嵌WIC样品的铜超比β，故本申请的方法可行。
二、采用本申请的方法有效性证明
取10个镀锡前后各1.5米的名义规格是(1.650×1.100)mm的WIC样品进行本申请方法与铜溶解法测量结果比对见表2的1#～10#样品；为了进一步验证本申请方法的有效性，再取10个镀锡前后各1.5米的名义规格是(2.286×1.524)mm的WIC样品与铜溶解法进行比对测量，结果见表2的11#～20#样品。
表2本申请方法与铜溶解法的WIC镶嵌超导线铜超比测量结果
通过表2，可以得出对于WIC镶嵌超导线，采用本申请的方法与化学法铜超比的测量结果比对误差落在3％以内，本申请的方法实用有效。
实施例
准备测量工具：
——尖嘴钳，斜口钳；
——定长工装/钢板尺；
——外径千分尺；
——精密电子秤。
样品选择与测量：
取镀锡交接处的名义规格是(2.286×1.524)mm的WIC镶嵌超导线，采用本申请的方法按照如下步骤进行测量：
步骤1、对所取的镀锡前的1.5米镶嵌线进行槽线与圆线的剥离；
步骤2、测量剥离后的镶嵌圆线的线径为0.980mm，计算镶嵌圆线的截面积A＝0.754mm2；
步骤3、定长镶嵌圆线的长度是1.002m，用精密电子秤称量镶嵌圆线的质量MSUP＝5.7017g；根据公式(4)计算镶嵌圆线的铜超比α＝1.071；
步骤4、准确定长1.002米剥离后的镶嵌槽线样品，用精密电子秤称量MCW＝22.7585g；准确定长1.002米镀锡后的WIC样品，用精密电子秤称量MWIC＝28.6873g。
步骤5、根据公式(5)～公式(7)计算镀锡后WIC样品的铜超比β＝8.137。
对镀锡后的WIC成品样品进行铜溶解法测量，测量结果为8.022，本申请的方法与铜溶解法测量结果误差百分比为1.44％，满足使用需求。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种WIC镶嵌超导线铜超比测量方法，其特征在于，包括：
获取WIC镶嵌超导线的镀锡前样品和镀锡后样品；
将所述镀锡前样品中的镶嵌圆线和镶嵌铜槽线剥离；
测量所述镶嵌圆线的直径，确定所述镶嵌圆线的截面积；
测量所述镶嵌圆线的长度和质量，根据所述镶嵌圆线的截面积、长度和质量确定所述镶嵌圆线的铜超比；
测量所述镶嵌铜槽线的长度和质量；
测量所述镀锡后样品的长度和质量；
根据所述镶嵌圆线的铜超比、所述镶嵌铜槽线的长度和质量以及所述镀锡后样品的长度和质量确定所述镀锡后样品的铜超比。
2.根据权利要求1所述的一种WIC镶嵌超导线铜超比测量方法，其特征在于，所述镶嵌圆线的质量和截面积关系如下式：
MSUP＝ρNT×ANT×L1+ρCU×ACU×L1
式中，MSUP为所述镶嵌圆线的质量，ρNT为所述镶嵌圆线中铌钛部分的密度，ANT为所述铌钛部分的截面积，L1为所述镶嵌圆线的长度，ρCU为无氧铜的密度，ACU为所述镶嵌圆线中无氧铜部分的截面积；
所述铌钛部分的截面积计算如下式：
式中，α为所述镶嵌圆线的铜超比，A为所述镶嵌圆线的截面积；
所述无氧铜部分的截面积计算如下式：
将所述铌钛部分的截面积计算式和无氧铜部分的截面积计算式带入所述镶嵌圆线的质量和截面积关系式，得到的所述镶嵌圆线的铜超比计算式如下：
根据上式计算得到所述镶嵌圆线的铜超比。
3.根据权利要求2所述的一种WIC镶嵌超导线铜超比测量方法，其特征在于，所述镀锡后样品中的无氧铜部分截面积计算如下式：
式中，SCU为所述镀锡后样品中无氧铜部分的截面积，MCW为所述镶嵌铜槽线的质量，L2为所述镶嵌铜槽线的长度，MWIC为所述镀锡后样品的质量，ρSN为焊料锡的密度，L3为所述镀锡后样品的长度；
所述镀锡后样品中的铌钛部分截面积为所述镶嵌圆线中铌钛部分的截面积，即：
SNT＝ANT
式中，SNT为所述镀锡后样品中铌钛部分的截面积；
根据所述镀锡后样品中的无氧铜部分截面积计算式和所述镀锡后样品中的铌钛部分截面积计算式得到的所述镀锡后样品的铜超比的计算式如下：
式中，β为所述镀锡后样品的铜超比，根据上式计算得到所述镀锡后样品的铜超比。
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