[发明专利]一种高热导铌三锡超导线圈及其制作方法

说明书

本发明提供一种高热导铌三锡超导线圈及其制作方法。所述高热导铌三锡超导线圈包括不锈钢骨架(1)、绝缘层(2)、铌三锡超导线圈(3)、氮化铝(4)、氯化钠(5)，中心支撑(6)。本发明中采用高热导铌三锡超导线圈，利用不锈钢本身的机械支撑结构，结合氮化铝的高热导性能，能够使薄壁不锈钢骨架提高导冷效果，有效解决铌三锡线圈的冷却降温能力差的问题，提高铌三锡线圈的制冷效果，从而提高铌三锡线圈的载流能力，提升铌三锡超导线圈的性能。同时，为解决薄壁不锈钢高温易变形的问题，将不锈钢骨架和中心耐热钢支撑间隙填充氯化钠，有效阻止不锈钢高温下的径向收缩并在回温后只需用水溶解便可去除氯化钠，方便抽出中心耐热钢支撑。

技术领域

本发明属于超导材料领域，具体涉及一种高热导铌三锡超导线圈及其制作方法。

背景技术

铌三锡和铌钛超导材料是低温超导材料的代表，相比铌钛超导材料，铌三锡超导材料具有更高的超导临界转变温度，达到18K以上，具有更高的上临界磁场，在4.2K时上临界磁场可达25T。利用铌三锡超导材料的高临界转变温度和高临界磁场，制备成铌三锡超导线圈，能够产生更高的磁场，是目前产生低温强磁场的最理想的超导材料之一。

铌三锡具有A15陶瓷相的晶体结构，成型后的铌三锡线具有非常差的机械性能，外界小的机械干扰就可能破坏铌三锡相的超导性能，对整个铌三锡线圈造成破坏，这个过程一般是不可逆的。因此，铌三锡超导线圈的制备工艺一般是通过先绕制后热处理的方式进行制造的，首先将热处理前具有一定机械延展性铌锡导线在一个骨架上绕制成最终的线圈形状，然后将铌三锡线圈和骨架一同进行高温热处理，使铌锡导线进行高温扩散反应，生成铌三锡超导相，制备成铌三锡超导线圈。

由于铌三锡线圈在绕制过程中需要加载一定的预紧力，来保证铌锡导线紧密排列在骨架上，从而提高线圈的安匝数，提高线圈的通电电流，从而提高线圈产生磁场的能力。绕制过程中的预紧力在线圈的热处理过程中逐渐释放，铌三锡线圈的热处理温度在600℃到700℃，这个温度下的不锈钢骨架会出现软化现象，从而使回温后的铌三锡超导线圈骨架内孔的圆柱度改变，并使铌三锡超导线圈骨架的内径变小。这使铌三锡超导线圈的形状也发生改变，产生的中心磁场的场强和场形也会变化，这对高均匀度线圈是非常不利的，并且这个过程是很难修补的。在后期线圈装配中，线圈内孔的变化会给中心孔内套装的防辐射屏造成装配误差，对高圆柱度的防辐射屏造成大的影响。

铌三锡线圈的载流能力与线圈的温度有强相关性，线圈的温度首先要下降到铌三锡材料的超导临界温度以下才具有超导性能，当温度越低，温度裕度越大，线圈的载流能力越大，产生磁场越高。因此，在铌三锡超导线圈的制造过程中，对线圈必须进行充分的制冷，特别是目前越来越普通的传导冷超导磁体，采用制冷机对超导线圈进行制冷，必须充分考虑超导线圈的冷却裕度，对超导线圈进行充分的制冷。

因此，在线圈制造过程中保证线圈的形状和充分冷却，使得线圈的制造过程与设计一致，对铌三锡线圈的成功制造是至关重要的。铌三锡线圈的骨架一般是采用不锈钢金属材料，不锈钢的热导率较低，相比铌钛线圈可以采用高热导率的铝合金，不锈钢骨架对铌三锡线圈的冷却降温能力较差。同时为了提高有限空间的电流密度，不锈钢骨架的壁厚一般较薄。因此，这种薄壁不锈钢骨架在铌三锡线圈制造过程中会由于高温热处理带来变形问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的采用不锈钢骨架绕制的铌三锡超导线圈由于不锈钢材料的低热导率对铌三锡线圈造成的冷却效果差的问题，以及不锈钢骨架在长时间高温热处理时发生的变形问题，从而提出一种高热导铌三锡超导线圈。

本发明的目的是通过下述技术方案而实现的：