CN117954163A - 一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，包括以下步骤：采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼；对真空压铸模具进行预热并喷涂涂料；对真空压铸模具合模并抽取真空，浇注NbTi熔体并进行压射，冷却后开模顶出NbTi毛细管；采用喷涂技术将PTFE颗粒喷涂在NbTi细丝表面，喷涂完成后进行加热固化；采用穿管法将带PTFE绝缘层NbTi细丝穿入NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到超导同轴电缆。本申请通过结合真空压铸、喷涂和加热固化技术，制备出信号衰减较低，适用于量子计算机的超导同轴电缆。
Description
技术领域
本发明涉及超导复合缆材加工技术领域，特别涉及一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法。
背景技术
量子计算机是一种新型的、正在研发中的下一代计算机，具有基于量子力学的全新计算模式，同轴电缆是连接处于低温的量子芯片和处于室温的测控系统之间的桥梁，为保证量子比特脆弱的量子态不被破坏，需要电缆具备极低的热导率、极低的信号衰减与合适的特征阻抗，NbTi超导材料在低温下零电阻与低热导率的特性使其成为制备同轴电缆的理想材料。
专利公开号为CN113724936A的《一种低温超导同轴电缆及加工工艺》通过将中心导体插入外导体管内，并保持中心导体和外导体管同轴设置；将树脂材料灌入中心导体和外导体管之间的空间内，并对树脂进行压实；将加工后得到的同轴电缆本体的半成品加温，使树脂材料发泡形成介质层；然后对半成品抽真空并充入惰性气体以形成惰性气体层，得到超导同轴电缆。
上述现有技术的制备流程较为复杂，且仅利用已存在的中心导体和外导体制备超导同轴电缆，而未对中心导体和外导体的制备进行研究，超导同轴电缆的信号衰减与已存在的中心导体和外导体直接相关，而与加工工艺的关联较小，即缺少制备信号衰减较低的超导同轴电缆的完整工艺。
发明内容
本发明提供了一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，用以解决现有技术中没有比较可靠的针对缺少制备信号衰减较低的超导同轴电缆的完整工艺的问题。
一方面，本发明提供了一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼，得到NbTi熔体。
步骤二，对真空压铸模具进行预热并喷涂涂料。
步骤三，对所述真空压铸模具合模并抽取真空，浇注所述NbTi熔体并进行压射，冷却后开模顶出NbTi毛细管。
步骤四，采用喷涂技术将PTFE颗粒喷涂在NbTi细丝表面，喷涂完成后进行加热固化，得到带PTFE绝缘层NbTi细丝。
步骤五，采用穿管法将所述带PTFE绝缘层NbTi细丝穿入所述NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到超导同轴电缆。
在一种可能的实现方式中，步骤一中，所述采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼的电压为30-50V，真空度为0.001-0.01Pa，所述NbTi合金中Ti的质量百分比为35%-55%，熔炼次数为不低于2次。
在一种可能的实现方式中，步骤二中，所述涂料为润滑剂，包括氮化硼和石墨。
在一种可能的实现方式中，步骤二中，所述涂料中氮化硼的质量百分比为7%-15%。
所述对真空压铸模具进行预热的温度为800-1200℃。
在一种可能的实现方式中，步骤三中，对所述真空压铸模具合模并抽取真空的真空度为4000-6000Pa，浇注所述NbTi熔体并进行压射的压射速率为20-60m/s。
在一种可能的实现方式中，步骤三中，在冷却后开模顶出NbTi毛细管后，还采用等离子切割技术对所述NbTi毛细管进行修整。
在一种可能的实现方式中，步骤四中，所述PTFE颗粒的粒径为20-50μm，喷涂完成后进行加热固化的温度为350-450℃。
在一种可能的实现方式中，步骤四中，在采用喷涂技术将PTFE颗粒喷涂在NbTi细丝表面之前，还采用有机溶剂对所述NbTi细丝表面进行超声清洗。
在一种可能的实现方式中，所述有机溶剂为丙酮，所述超声清洗的时间为10-30min。
在一种可能的实现方式中，步骤五中，所述带PTFE绝缘层NbTi细丝的外径与所述NbTi毛细管的内径之差为0.002-0.005mm。
本发明中的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，具有以下优点：
通过结合真空压铸、喷涂和加热固化技术，制备出信号衰减较低，适用于量子计算机的超导同轴电缆。
通过采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼，提高了NbTi合金成分和性能的均匀性，同时去除了杂质。
通过对真空压铸模具进行预热并喷涂润滑剂涂料，使得NbTi毛细管与模具易于分离，且便于后续将带PTFE绝缘层NbTi细丝穿入NbTi毛细管内。
通过采用喷涂技术将PTFE颗粒喷涂在NbTi细丝表面，喷涂完成后进行加热固化，提高了带PTFE绝缘层NbTi细丝的绝缘层附着程度。
通过采用有机溶剂对NbTi细丝表面进行超声清洗，提高了NbTi细丝的纯洁度，进而提高了最终制备的超导同轴电缆的纯洁度，降低信号衰减。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼，得到NbTi熔体。
步骤二，对真空压铸模具进行预热并喷涂涂料。
步骤三，对所述真空压铸模具合模并抽取真空，浇注所述NbTi熔体并进行压射，冷却后开模顶出NbTi毛细管。
步骤四，采用喷涂技术将PTFE颗粒喷涂在NbTi细丝表面，喷涂完成后进行加热固化，得到带PTFE绝缘层NbTi细丝。
步骤五，采用穿管法将所述带PTFE绝缘层NbTi细丝穿入所述NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到超导同轴电缆。
示例性地，步骤一中，所述采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼的电压为30-50V，真空度为0.001-0.01Pa，所述NbTi合金中Ti的质量百分比为35%-55%，熔炼次数为不低于2次。
示例性地，步骤二中，所述涂料为润滑剂，包括氮化硼和石墨。
示例性地，步骤二中，所述涂料中氮化硼的质量百分比为7%-15%。
所述对真空压铸模具进行预热的温度为800-1200℃。
示例性地，步骤三中，对所述真空压铸模具合模并抽取真空的真空度为4000-6000Pa，浇注所述NbTi熔体并进行压射的压射速率为20-60m/s。
示例性地，步骤三中，在冷却后开模顶出NbTi毛细管后，还采用等离子切割技术对所述NbTi毛细管进行修整。
示例性地，步骤四中，所述PTFE颗粒的粒径为20-50μm，喷涂完成后进行加热固化的温度为350-450℃。
示例性地，步骤四中，在采用喷涂技术将PTFE颗粒喷涂在NbTi细丝表面之前，还采用有机溶剂对所述NbTi细丝表面进行超声清洗。
示例性地，所述有机溶剂为丙酮，所述超声清洗的时间为10-30min。
示例性地，步骤五中，所述带PTFE绝缘层NbTi细丝的外径与所述NbTi毛细管的内径之差为0.002-0.005mm。
实施例1：
具体地，在本实施例中，步骤一中，采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼的电压为30V，真空度为0.001Pa，NbTi合金中Ti的质量百分比为35%，熔炼次数为2次；步骤二中，对真空压铸模具进行预热的温度为800℃，涂料中氮化硼的质量百分比为7%；步骤三中，对真空压铸模具合模并抽取真空的真空度为4000Pa，浇注NbTi熔体并进行压射的压射速率为20m/s；步骤四中，采用丙酮对NbTi细丝表面进行超声清洗的时间为10min，喷涂PTFE颗粒的粒径为20μm，喷涂完成后进行加热固化的温度为350℃；步骤五中，带PTFE绝缘层NbTi细丝的外径与NbTi毛细管的内径之差为0.002mm。
由实施例1制备的超导同轴电缆的信号衰减在4-20K的温度下低于0.5dB/m。
实施例2：
具体地，在本实施例中，步骤一中，采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼的电压为35V，真空度为0.004Pa，NbTi合金中Ti的质量百分比为40%，熔炼次数为2次；步骤二中，对真空压铸模具进行预热的温度为900℃，涂料中氮化硼的质量百分比为8%；步骤三中，对真空压铸模具合模并抽取真空的真空度为4600Pa，浇注NbTi熔体并进行压射的压射速率为30m/s；步骤四中，采用丙酮对NbTi细丝表面进行超声清洗的时间为15min，喷涂PTFE颗粒的粒径为30μm，喷涂完成后进行加热固化的温度为400℃；步骤五中，带PTFE绝缘层NbTi细丝的外径与NbTi毛细管的内径之差为0.003mm。
由实施例2制备的超导同轴电缆的信号衰减在4-20K的温度下低于0.4dB/m。
实施例3：
具体地，在本实施例中，步骤一中，采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼的电压为40V，真空度为0.008Pa，NbTi合金中Ti的质量百分比为45%，熔炼次数为3次；步骤二中，对真空压铸模具进行预热的温度为1000℃，涂料中氮化硼的质量百分比为9.5%；步骤三中，对真空压铸模具合模并抽取真空的真空度为5100Pa，浇注NbTi熔体并进行压射的压射速率为34m/s；步骤四中，采用丙酮对NbTi细丝表面进行超声清洗的时间为20min，喷涂PTFE颗粒的粒径为35μm，喷涂完成后进行加热固化的温度为420℃；步骤五中，带PTFE绝缘层NbTi细丝的外径与NbTi毛细管的内径之差为0.004mm。
由实施例3制备的超导同轴电缆的信号衰减在4-20K的温度下低于0.6dB/m。
实施例4：
具体地，在本实施例中，步骤一中，采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼的电压为50V，真空度为0.01Pa，NbTi合金中Ti的质量百分比为55%，熔炼次数为3次；步骤二中，对真空压铸模具进行预热的温度为1200℃，涂料中氮化硼的质量百分比为15%；步骤三中，对真空压铸模具合模并抽取真空的真空度为6000Pa，浇注NbTi熔体并进行压射的压射速率为60m/s；步骤四中，采用丙酮对NbTi细丝表面进行超声清洗的时间为30min，喷涂PTFE颗粒的粒径为50μm，喷涂完成后进行加热固化的温度为450℃；步骤五中，带PTFE绝缘层NbTi细丝的外径与NbTi毛细管的内径之差为0.005mm。
由实施例4制备的超导同轴电缆的信号衰减在4-20K的温度下低于0.7dB/m。
本发明实施例通过结合真空压铸、喷涂和加热固化技术，制备出信号衰减较低，适用于量子计算机的超导同轴电缆。
通过采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼，提高了NbTi合金成分和性能的均匀性，同时去除了杂质。
通过对真空压铸模具进行预热并喷涂润滑剂涂料，使得NbTi毛细管与模具易于分离，且便于后续将带PTFE绝缘层NbTi细丝穿入NbTi毛细管内。
通过采用喷涂技术将PTFE颗粒喷涂在NbTi细丝表面，喷涂完成后进行加热固化，提高了带PTFE绝缘层NbTi细丝的绝缘层附着程度。
通过采用有机溶剂对NbTi细丝表面进行超声清洗，提高了NbTi细丝的纯洁度，进而提高了最终制备的超导同轴电缆的纯洁度，降低信号衰减。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作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发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼，得到NbTi熔体；
步骤二，对真空压铸模具进行预热并喷涂涂料；
步骤三，对所述真空压铸模具合模并抽取真空，浇注所述NbTi熔体并进行压射，冷却后开模顶出NbTi毛细管；
步骤四，采用喷涂技术将PTFE颗粒喷涂在NbTi细丝表面，喷涂完成后进行加热固化，得到带PTFE绝缘层NbTi细丝；
步骤五，采用穿管法将所述带PTFE绝缘层NbTi细丝穿入所述NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到超导同轴电缆。
2.根据权利要求1所述的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述采用真空自耗电弧熔炼技术对NbTi合金进行熔炼的电压为30-50V，真空度为0.001-0.01Pa，所述NbTi合金中Ti的质量百分比为35%-55%，熔炼次数为不低于2次。
3.根据权利要求1所述的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述涂料为润滑剂，包括氮化硼和石墨。
4.根据权利要求3所述的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述涂料中氮化硼的质量百分比为7%-15%；
所述对真空压铸模具进行预热的温度为800-1200℃。
5.根据权利要求1所述的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤三中，对所述真空压铸模具合模并抽取真空的真空度为4000-6000Pa，浇注所述NbTi熔体并进行压射的压射速率为20-60m/s。
6.根据权利要求1所述的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤三中，在冷却后开模顶出NbTi毛细管后，还采用等离子切割技术对所述NbTi毛细管进行修整。
7.根据权利要求1所述的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述PTFE颗粒的粒径为20-50μm，喷涂完成后进行加热固化的温度为350-450℃。
8.根据权利要求1所述的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤四中，在采用喷涂技术将PTFE颗粒喷涂在NbTi细丝表面之前，还采用有机溶剂对所述NbTi细丝表面进行超声清洗。
9.根据权利要求8所述的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮，所述超声清洗的时间为10-30min。
10.根据权利要求1所述的一种用于量子计算机的超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤五中，所述带PTFE绝缘层NbTi细丝的外径与所述NbTi毛细管的内径之差为0.002-0.005mm。
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