專利名稱：一種超導(dǎo)磁體及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)磁體及其制作方法。
背景技術(shù)：
隨著新型材料和低溫技術(shù)的不斷發(fā)展加快了超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用，超導(dǎo)體獨(dú)特的物理特性能有著其它材料不可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢，如零電阻效應(yīng)即無阻載流能力等等。目前高磁場超導(dǎo)磁體系統(tǒng)在物理、化學(xué)和生物研究方面有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)電磁體難以達(dá)到或者需要大量的能量和資源才能達(dá)到較高的磁場，而利用超導(dǎo)體的零電阻效應(yīng)通過多個(gè)超導(dǎo)磁體組合可形成較高的磁場。如使用鈮鈦(NbTi)和鈮三錫(Nb3Sn)材料組成形成的低溫超導(dǎo)磁體的磁場最高可達(dá)20T左右。高溫超導(dǎo)材料由于臨界磁場較高，適合制作用于高場磁體中的內(nèi)插超導(dǎo)磁體，若低溫超導(dǎo)磁體內(nèi)孔中再插入安裝高溫超導(dǎo)磁體，形成混合超導(dǎo)磁體，可使總磁場達(dá)到25T以上。隨著超導(dǎo)材料和制作工藝的發(fā)展，高溫超導(dǎo)磁體的尺寸越來越 小，性能越來越穩(wěn)定。高溫超導(dǎo)磁體的研制工藝對(duì)獲得高磁場儀器設(shè)備的應(yīng)用具有重要影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有超導(dǎo)磁體在高背景磁場下性能不穩(wěn)定、產(chǎn)生磁場低等缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種超導(dǎo)磁體及其制作方法。本發(fā)明磁體具有尺寸小、易制作、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。本發(fā)明超導(dǎo)磁體包括雙餅線圈、超導(dǎo)接頭、磁體電流引線、磁場屏蔽管、封裝筒、磁體端板、磁體電流引線槽，以及環(huán)氧孔。本發(fā)明的多個(gè)雙餅線圈沿線圈軸向方向緊密排列，所述的雙餅線圈的數(shù)量由所需磁場大小決定。雙餅線圈是由超導(dǎo)帶繞制在線圈骨架上制成的。所述的線圈骨架為環(huán)形金屬空心骨架，雙餅線圈骨架的一端為線圈骨架的凸出部，另一端為凹入部。雙餅線圈的中心孔的孔徑大小根據(jù)磁體使用需求設(shè)定。多個(gè)雙餅線圈之間連接時(shí)，將一個(gè)雙餅線圈的線圈骨架的凸出部插入另一個(gè)雙餅線圈的線圈骨架的凹入部，即可使兩個(gè)雙餅線圈緊密配合安裝在一起，同理，采取同樣辦法可使多個(gè)雙餅線圈緊密連接在一起。本發(fā)明超導(dǎo)接頭呈扁帶狀，其內(nèi)層為超導(dǎo)材料，如釔鋇銅氧材料，其外層包裹銅材料。通過超導(dǎo)焊料，如鉍鉛錫材料，多個(gè)雙餅線圈之間采用超導(dǎo)接頭將超導(dǎo)帶焊接連接，使多個(gè)雙餅線圈連接起來。所述超導(dǎo)接頭的一端焊接在一個(gè)雙餅線圈的超導(dǎo)帶上，超導(dǎo)接頭的另一端焊接在另一個(gè)雙餅線圈的超導(dǎo)帶上，通過超導(dǎo)接頭使多個(gè)雙餅線圈的超導(dǎo)帶連接起來，同一個(gè)雙餅線圈內(nèi)不需要用超導(dǎo)接頭連接超導(dǎo)帶。在緊密連接的多個(gè)雙餅線圈的上端面套有圓餅狀的磁體端板，磁體端板開有中心孔。磁體端板中心孔的孔徑與雙餅線圈中心孔的孔徑相等。磁體端板的側(cè)面對(duì)稱開有2個(gè)矩形的磁體電流引線槽。本發(fā)明封裝筒為空心薄壁金屬圓柱筒，上端開口，封裝筒側(cè)下方開有一個(gè)環(huán)氧孔。連接有磁體端板的多個(gè)雙餅線圈裝入所述的封裝筒中，低溫環(huán)氧樹脂通過環(huán)氧孔注入封裝筒內(nèi)，待低溫環(huán)氧樹脂從封裝筒上端面溢出后，停止注入。烘烤低溫環(huán)氧樹脂使其固化后，形成超導(dǎo)磁體。兩根磁體電流引線分別與超導(dǎo)磁體最上端和最下端的雙餅線圈連接。兩根磁體電流引線通過磁體端板時(shí)，兩根磁體電流引線放入磁體電流引線槽內(nèi)并通過填入低溫環(huán)氧樹脂固化固定磁體電流引線。在磁體端板上部的兩根磁體電流引線的一端套入磁場屏蔽管內(nèi)，此兩根磁體電流引線的另一端與電源連接。所述的磁場屏蔽管的材料為鈮或者釔鋇銅氧材料。通過磁場屏蔽管降低磁體電流引線所處磁場大小來減小磁體電流引線所受電磁力，保證磁體電流引線的無阻載流能力。磁體電流引線由銅線和超導(dǎo)線并聯(lián)焊接而成。繞制雙餅線圈時(shí)，超導(dǎo)帶外表面離超導(dǎo)層距離較近的一側(cè)方向朝外，使超導(dǎo)帶在焊接過程中減少超導(dǎo)帶焊接層的厚度，減小焊接電阻。 本發(fā)明繞制雙餅線圈的高溫超導(dǎo)帶具有很高的臨界磁場，適合制作內(nèi)插超導(dǎo)磁體。本發(fā)明通過磁體電流引線和超導(dǎo)接頭，使超導(dǎo)磁體無接觸電阻和發(fā)熱，提高超導(dǎo)磁體的通電能力，降低制冷損耗，通過環(huán)氧孔向封裝筒內(nèi)注入低溫環(huán)氧樹脂，保證超導(dǎo)磁體在較高電磁應(yīng)力下的穩(wěn)定性。本發(fā)明超導(dǎo)磁體制作方法步驟如下I)以超導(dǎo)帶的中點(diǎn)為起點(diǎn)將超導(dǎo)帶分為兩段，一段超導(dǎo)帶在雙餅線圈骨架上由內(nèi)到外順時(shí)針纏繞，另一段超導(dǎo)帶在雙餅線圈骨架上由內(nèi)到外逆時(shí)針纏繞，繞制時(shí)超導(dǎo)帶外表面離超導(dǎo)層距離近的一側(cè)方向朝外，繞制到所需的線圈匝數(shù)后即形成一個(gè)雙餅線圈；將雙餅線圈線圈骨架的凸出部插入另一個(gè)雙餅線圈線圈骨架的凹入部，使多個(gè)雙餅線圈緊密配合安裝在一起；圓餅型的磁體端板套在多個(gè)連接在一起的雙餅線圈的最上端；2)多個(gè)雙餅線圈之間采用超導(dǎo)接頭通過超導(dǎo)焊料焊接超導(dǎo)帶，使多個(gè)雙餅線圈連接起來；兩根磁體電流引線分別與超導(dǎo)磁體最上端和最下端的雙餅線圈通過超導(dǎo)焊料焊接連接；兩根磁體電流引線通過在磁體端板側(cè)面的兩個(gè)對(duì)稱的磁體電流引線槽引出，在磁體電流引線槽內(nèi)的磁體電流引線通過低溫環(huán)氧樹脂固化固定。3 )將完成所述步驟2 )的多個(gè)雙餅線圈裝入封裝筒中，將低溫環(huán)氧樹脂通過環(huán)氧孔注入封裝筒，待低溫環(huán)氧樹脂從封裝筒上端面溢出后，停止注入；待低溫環(huán)氧樹脂烘烤固化后，形成超導(dǎo)磁體。本發(fā)明超導(dǎo)磁體內(nèi)插在其他超導(dǎo)磁體的內(nèi)孔中形成可產(chǎn)生25T以上高磁場的復(fù)合超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。


圖I超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中I雙餅線圈、2超導(dǎo)接頭、3磁體電流引線、4磁場屏蔽管、5封裝筒、6磁體電流引線槽、7雙餅線圈中心孔、8磁體端板中心孔、9磁體端板、10環(huán)氧孔、超導(dǎo)磁體11 ；圖2雙餅線圈結(jié)構(gòu)示意圖，圖中12雙餅線圈骨架、13線圈骨架的凸出部、14線圈骨架的凹入部、15超導(dǎo)帶；圖3超導(dǎo)帶截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖中16金屬層、17超導(dǎo)層、18基質(zhì)層、絕緣層19 ；
圖4是超導(dǎo)磁體立體外觀圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖I所示，本發(fā)明超導(dǎo)磁體11包括雙餅線圈I、超導(dǎo)接頭2、磁體電流引線3、磁場屏蔽管4、封裝筒5、磁體電流引線槽6、磁體端板9以及環(huán)氧孔10。多個(gè)雙餅線圈I沿線圈軸向方向緊密排列，雙餅線圈I的數(shù)量由所需磁場大小決定。多個(gè)連接在一起的雙餅線圈I的最上端套有圓餅型的磁體端板9。磁體端板中心孔8與雙餅線圈中心孔7的孔徑相等。磁體端板9側(cè)面對(duì)稱開有2個(gè)矩形的磁體電流引線槽6。多個(gè)雙餅線圈I之間采用超導(dǎo)接頭2連接超導(dǎo)帶15。超導(dǎo)接頭2呈扁帶狀，其內(nèi)層為超導(dǎo)材料，如釔鋇銅氧材料，外層包裹銅材料。超導(dǎo)接頭2通過超導(dǎo)焊料焊接，如鉍鉛錫材料。兩根磁體電流引3線通過在磁體端板9側(cè)面的兩個(gè)對(duì)稱的矩形的磁體電流引線槽6引出，在磁體電流引線槽6內(nèi)的磁體電流引線3通過低溫環(huán)氧樹脂固化固定磁體電流引線3。在磁體端板9上端的兩根磁體電流引線3的一端分別套在磁場屏蔽管4內(nèi)，兩根磁體電流引線3的另一端與直流電源連接。通過端板9上的磁體電流引線孔6固定引出兩根磁體電流引線3，兩根磁體電流引線3 的一端套在磁場屏蔽管4中，磁場屏蔽管4的材料為鈮鈦或者釔鋇銅氧材料。通過磁場屏蔽管4降低磁體電流引線3所處磁場大小來減小磁體電流引線3所受電磁力。封裝筒5為空心薄壁金屬圓柱筒，上端開口，封裝筒5的側(cè)下方開有一個(gè)環(huán)氧孔10。連接起來的多個(gè)雙餅線圈I裝入封裝筒5中。低溫環(huán)氧樹脂通過環(huán)氧孔10注入封裝筒5內(nèi)，待低溫環(huán)氧樹脂從封裝筒5上端面溢出后，停止注入。低溫環(huán)氧樹脂烘烤固化后形成超導(dǎo)磁體11。如圖2所示，繞制雙餅線圈I的超導(dǎo)帶15為扁帶形的高溫超導(dǎo)帶材，如鉍系高溫超導(dǎo)帶材或釔鋇銅氧超導(dǎo)帶材。根據(jù)設(shè)計(jì)要求截取一定長度的超導(dǎo)帶15，以超導(dǎo)帶15中點(diǎn)為起點(diǎn)將超導(dǎo)帶分為兩段，一段超導(dǎo)帶15在雙餅線圈骨架12上由內(nèi)到外瞬時(shí)針纏繞，另一段超導(dǎo)帶15在雙餅線圈骨架12上由內(nèi)到外逆時(shí)針纏繞，繞制過程中超導(dǎo)帶15外表面離超導(dǎo)層17距離近的一側(cè)方向朝外，這樣在超導(dǎo)帶15焊接過程中可以減少超導(dǎo)帶15焊接層的厚度，減小焊接電阻。繞制到要求的線圈匝數(shù)后即形成一個(gè)雙餅線圈I ;雙餅線圈骨架12為環(huán)形金屬骨架，雙餅線圈骨架12的一端為線圈骨架的凸出部13，另一端為線圈骨架的凹入部14，雙餅線圈I之間連接時(shí)，將一個(gè)雙餅線圈I的線圈骨架的凸出部13插入另一個(gè)雙餅線圈I的線圈骨架的凹入部14，即可使兩個(gè)雙餅線圈I緊密配合安裝在一起，同理，采取同樣辦法可使多個(gè)雙餅線圈I緊密連接在一起。如圖3所示，位于超導(dǎo)帶15截面最外層兩端為絕緣層19，絕緣層19內(nèi)測為金屬層16，在中間位置較薄的超導(dǎo)層17和較厚的基質(zhì)層18。金屬層16材料一般為銅和銀，超導(dǎo)層17材料為乾鋇銅氧合金材料,基質(zhì)層18為哈氏合金材料。如圖4所示，通過帶有磁場屏蔽管4的磁體電流引線3和超導(dǎo)接頭2，使超導(dǎo)磁體11無接觸電阻和發(fā)熱，提高超導(dǎo)磁體11的通電能力，降低制冷損耗；通過環(huán)氧孔10向封裝筒5內(nèi)注入低溫環(huán)氧樹脂，以及將磁體電流引線3引出端放入到磁體電流引線槽6內(nèi)并用低溫環(huán)氧樹脂填充加固，保證超導(dǎo)磁體11在較高電磁應(yīng)力下的穩(wěn)定性。超導(dǎo)磁體制作方法步驟如下本發(fā)明超導(dǎo)磁體制作方法步驟如下I)截取一定長度的超導(dǎo)帶15，以超導(dǎo)帶15中點(diǎn)為起點(diǎn)將超導(dǎo)帶分為兩段，一段超導(dǎo)帶在雙餅線圈骨架12上由內(nèi)到外瞬時(shí)針纏繞，另一段超導(dǎo)帶在雙餅線圈骨架12上由內(nèi)到外逆時(shí)針纏繞，繞制過程中超導(dǎo)帶15外表面離超導(dǎo)層17距離近的一側(cè)方向朝外，繞制到要求的線圈匝數(shù)后即形成一個(gè)雙餅線圈I ;2)雙餅線圈骨架12的一端為線圈骨架凸出部13，另一端為線圈骨架凹入部14，將雙餅線圈I的線圈骨架凸出部13插入另一個(gè)雙餅線圈I的線圈骨架凹入部14，使多個(gè)雙餅線圈I緊密配合安裝在一起。將圓餅型的磁體端板9套在多個(gè)連接在一起的雙餅線圈I的最上端；多個(gè)雙餅線圈I之間采用超導(dǎo)接頭2通過超導(dǎo)焊料焊接超導(dǎo)帶15，使多個(gè)雙餅線圈連接起來；兩根磁體電流引線3分別與超導(dǎo)磁體11最上端和最下端的雙餅線圈I通過超導(dǎo)焊料焊接連接；兩根磁體電流引線3通過在磁體端板9側(cè)面的兩個(gè)對(duì)稱的磁體電流引線槽6引出，在磁體電流引線槽6內(nèi)的磁體電流引線3通過低溫環(huán)氧樹脂固化固定；3)將完成所述步驟2)的連接有磁體端板9的多個(gè)雙餅線圈I裝入封裝筒5中，將低溫環(huán)氧樹脂通過環(huán)氧孔10注入封裝筒5，待低溫環(huán)氧樹脂從封裝筒5上端面溢出后，停止 注入；待低溫環(huán)氧樹脂烘烤固化后，形成超導(dǎo)磁體11。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)磁體，其特征在于所述的超導(dǎo)磁體(11)包括雙餅線圈(I)、超導(dǎo)接頭(2)、磁體電流引線(3)、磁場屏蔽管(4)、封裝筒(5)、磁體電流引線槽(6)、磁體端板(9)、環(huán)氧孔(10);雙餅線圈(I)之間沿線圈軸向方向緊密排列，雙餅線圈(I)之間通過扁帶狀的超導(dǎo)接頭(2)采用超導(dǎo)焊料將超導(dǎo)帶(15)焊接連接；兩根磁體電流引線(3)分別與超導(dǎo)磁體(11)最上端和最下端的雙餅線圈(I)通過超導(dǎo)焊料焊接連接；兩根磁體電流引線(3)引出時(shí)放入磁體端板(9)側(cè)面上的磁體電流引線槽(6)內(nèi)固定；兩根磁體電流引線(3)的一端套入磁場屏蔽管(4)中；封裝筒(5)為空心薄壁金屬圓柱筒，上端開口，封裝筒(5)側(cè)下方開有一個(gè)環(huán)氧孔(10);將連接起來的多個(gè)雙餅線圈(I)裝入封裝筒(5)中，通過環(huán)氧孔(10)將低溫環(huán)氧樹脂注入封裝筒(5)。
2.按照權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)磁體，其特征在于所述的超導(dǎo)磁體制作方法步驟如下 1)以超導(dǎo)帶(15)中點(diǎn)為起點(diǎn)將超導(dǎo)帶(15)分為兩段，一段超導(dǎo)帶(15)在雙餅線圈骨架(12)上由內(nèi)到外瞬時(shí)針纏繞，另一段超導(dǎo)帶(15)在雙餅線圈骨架(12)上由內(nèi)到外逆時(shí)針纏繞，繞制過程中超導(dǎo)帶(15)外表面離超導(dǎo)層(17)距離近的一側(cè)方向朝外，繞制到要求的線圈匝數(shù)后即形成一個(gè)雙餅線圈(I);將雙餅線圈(I)線圈骨架的凸出部(13)插入另一個(gè)雙餅線圈(I)線圈骨架的凹入部(14)，使多個(gè)雙餅線圈(I)緊密配合安裝在一起；圓餅型的磁體端板(9)套在多個(gè)連接在一起的雙餅線圈(I)的最上端；. 2)多個(gè)雙餅線圈(I)之間采用超導(dǎo)接頭(2)通過超導(dǎo)焊料焊接超導(dǎo)帶(15)，使多個(gè)雙餅線圈連接起來；兩根磁體電流引線(3 )分別與超導(dǎo)磁體(11)最上端和最下端的雙餅線圈(I)通過超導(dǎo)焊料焊接連接；兩根磁體電流引線(3 )通過位于磁體端板(9 )側(cè)面的兩個(gè)對(duì)稱的磁體電流引線槽(6)引出，并用低溫環(huán)氧樹脂固定在磁體電流引線槽(6)內(nèi)； .3 )將完成所述步驟2 )的多個(gè)雙餅線圈(I)裝入封裝筒(5 )中，將低溫環(huán)氧樹脂通過環(huán)氧孔(10)注入封裝筒(5)，待低溫環(huán)氧樹脂從封裝筒(5)上端面溢出后，停止注入；烘烤低溫環(huán)氧樹脂待其固化后，形成超導(dǎo)磁體(11)。
全文摘要
一種超導(dǎo)磁體，包括雙餅線圈(1)、超導(dǎo)接頭(2)、磁體電流引線(3)、磁場屏蔽管(4)、封裝筒(5)、磁體電流引線槽(6)、和環(huán)氧孔(10)；多個(gè)雙餅線圈(1)沿線圈軸向方向緊密連接，雙餅線圈(1)之間采用超導(dǎo)接頭(2)連接超導(dǎo)帶(15)，減小發(fā)熱，通過磁場屏蔽管(4)降低磁體電流引線(3)所處磁場大小來減小磁體電流引線(3)所受電磁力。緊密連接的多個(gè)雙餅線圈(1)的上端套有圓餅狀的磁體端板(9)，磁體端板(9)上端的兩根磁體電流引線(3)的一端分別套在磁場屏蔽管(4)內(nèi)。
文檔編號(hào)H01F6/06GK102810378SQ201210244619
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者胡新寧, 王秋良, 嚴(yán)陸光, 戴銀明, 程軍勝, 溫國強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電工研究所