一种NBTI超导体多芯线接头及其制备方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201110347318.3	申请日：	2011.11.06
公开号：	CN102509907A	公开日：	2012.06.20
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H01R 9/03申请日:20111106\|\|\|公开
IPC分类号：	H01R9/03; H01R4/68; H01R43/00	主分类号：	H01R9/03
申请人：	中国科学院电工研究所
发明人：	程军胜; 宋守森; 刘建华; 王秋良
地址：	100190 北京市海淀区中关村北二条6号
优先权：
专利代理机构：	北京科迪生专利代理有限责任公司 11251	代理人：	关玲
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内容摘要

一种NbTi超导体多芯线接头及其制备方法。所述接头的内部是由超导填充材料(4)和待连接NbTi超导体多芯线的NbTi超导丝簇(3)两者混合组成的超导连接核心，超导连接核心的外部包覆超导复合层(5)，超导复合层(5)外部包覆锡焊层(8)，锡焊层(8)外部包覆绝缘层(9)，超导连接核心、超导复合层(5)、锡焊层(8)和绝缘层(9)之间紧密结合，接头整体为锲形结构；超导复合层(5)分为内外两层，其外层为纯铜层(6)，内层为超导层(7)，超导层(7)成分为Nb或NbTi合金超导材料。本发明制备方法简便，质量稳定。

权利要求书

1：一种 NbTi 超导体多芯线接头，其特征在于所述的接头为多层复合的锲形结构，所述接头内部是由超导填充材料 (4) 和待连接 NbTi 超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇 (3) 两者混合组成的超导连接核心，所述的超导连接核心的外部包覆超导复合层 (5)，超导复合层 (5) 外部包覆锡焊层 (8)，锡焊层 (8) 外部包覆绝缘层 (9)，超导连接核心、超导复合层 (5)、锡焊层 (8) 和绝缘层 (9) 之间紧密结合，所述接头整体外观为锲形；超导复合层 (5) 分为内外两层，其外层为纯铜层 (6)，内层为超导层 (7)，超导层 (7) 成分为 Nb 或 NbTi 合金超导材料。2：根据权利要求 1 所述的 NbTi 超导体多芯线接头，其特征在于所述的接头的横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围为 3-10° ；且所述接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。3：根据权利要求 1 所述的 NbTi 超导体多芯线接头，其特征在于所述的超导填充材料 (4) 采用超导材料粉末，所述的超导材料粉末的成分是 Nb 或 NbTi 超导材料。4：根据权利要求 1 所述的 NbTi 超导体多芯线接头，其特征在于所述的超导填充材料 (4) 采用超导材料细丝，超导材料细丝的成分是 Nb 或 NbTi 超导材料，细丝直径与 NbTi 超导体多芯线的单根超导丝直径的比值范围为 0.8-12。5：根据权利要求 1 所述的 NbTi 超导体多芯线接头，其特征在于所述的纯铜层 (6) 的材料为纯度优于 99.999％的退火态纯铜。6：制备权利要求 1 所述的 NbTi 超导体多芯线接头的方法，其特征在于所述制备方法步骤顺序如下： ①去除待连接的不同 NbTi 超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的 NbTi 超导丝簇 (3) ； ②将待连接的不同超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇 (3) 相互混合扭绞后，穿入超导复合管， NbTi 超导丝簇 (3) 端部超出超导复合管； ③将超导填充材料 (4) 装填入所述的超导复合管中，填满所述的超导复合管与 NbTi 超导丝簇 (3) 之间的间隙； ④对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇 (3) 压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层 (5) ；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层 (5) 的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围 3-10° ； ⑤将焊锡镀在超导复合层 (5) 外壁表面上，形成锡焊层 (8) ； ⑥在锡焊层 (8) 外部包覆绝缘材料，形成绝缘层 (9)，至此完成所述接头的制作。7：根据权利要求 6 所述的 NbTi 超导体多芯线接头的制备方法，其特征在于所述的超导复合管的制作步骤如下： ①将纯度优于 99.999％的纯铜棒轴向打孔，将超导材料棒插入孔内，超导材料棒与孔之间过盈配合，构成复合棒； ②采用机械拉拔或挤压工艺将复合棒直径拉细； ③将复合棒进行去应力退火处理； ④从复合棒中心沿轴向在超导材料层内打通孔，成为超导复合管； ⑤将超导复合管真空去应力退火处理。8：根据权利要求 6 所述的 NbTi 超导体多芯线接头的制备方法，其特征在于所述的超导 2 复合管的制作步骤如下：先将纯度优于 99.999％的纯铜管和超导材料管过盈配合套装在一起；然后进行真空去应力退火处理。9： 999％的退火态纯铜。 6. 制备权利要求 1 所述的 NbTi 超导体多芯线接头的方法，其特征在于所述制备方法步骤顺序如下： ①去除待连接的不同 NbTi 超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的 NbTi 超导丝簇 (3) ； ②将待连接的不同超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇 (3) 相互混合扭绞后，穿入超导复合管， NbTi 超导丝簇 (3) 端部超出超导复合管； ③将超导填充材料 (4) 装填入所述的超导复合管中，填满所述的超导复合管与 NbTi 超导丝簇 (3) 之间的间隙； ④对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇 (3) 压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层 (5) ；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层 (5) 的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围 3-10° ； ⑤将焊锡镀在超导复合层 (5) 外壁表面上，形成锡焊层 (8) ； ⑥在锡焊层 (8) 外部包覆绝缘材料，形成绝缘层 (9)，至此完成所述接头的制作。 7. 根据权利要求 6 所述的 NbTi 超导体多芯线接头的制备方法，其特征在于所述的超导复合管的制作步骤如下： ①将纯度优于 99.999％的纯铜棒轴向打孔，将超导材料棒插入孔内，超导材料棒与孔之间过盈配合，构成复合棒； ②采用机械拉拔或挤压工艺将复合棒直径拉细； ③将复合棒进行去应力退火处理； ④从复合棒中心沿轴向在超导材料层内打通孔，成为超导复合管； ⑤将超导复合管真空去应力退火处理。 8. 根据权利要求 6 所述的 NbTi 超导体多芯线接头的制备方法，其特征在于所述的超导 2 复合管的制作步骤如下：先将纯度优于 99.999％的纯铜管和超导材料管过盈配合套装在一起；然后进行真空去应力退火处理。

说明书

一种 NbTi 超导体多芯线接头及其制备方法
    技术领域本发明涉及一种低温超导线接头及其制备方法，特别涉及一种可用于核磁共振谱仪超导磁体系统的 NbTi 超导体多芯线接头及其制备方法。
     背景技术核磁共振谱仪是现代生物医学研究领域重要的科学仪器装备，其中核心部件就是能够产生高达几个甚至十几个特斯拉磁场强度的高均匀度恒稳磁场的超导磁体系统。为了满足核磁共振系统对特殊磁场空间形位和高磁场均匀度的要求，核磁共振系统中的超导线圈往往需要由多个规格的超导线绕组按照设计要求排布在特定的空间位置。这些不同规格的绕组一般需要进行首尾连接制作超导线接头，由一台直流电源供电以保证其运行稳定性。同时，核磁共振超导磁体一般都采用闭环方式运行，一方面可以消除磁体引线的漏热、节约液氦、降低运行费用，另一方面可以保证磁场稳定度。同样，闭环运行超导磁体也需要将超导开关与超导线圈进行连接，制作超导线接头。
     超导线接头的质量对于核磁共振磁体系统的稳定运行具有重要影响作用。由于接头不可避免存在电阻，必然导致额外的能量消耗，从而引起磁场的衰减。实际中闭环运行的超导磁体中接头处的热损耗会占整个磁体系统热损耗的一半以上。比如在 400MHz 核磁共振谱仪系统中， 10-6/Hr 的磁场衰减变换便意味着 400Hz/Hr 的频率漂移，这将严重影响系统的正常工作状态。其次，由于接头电阻的存在，在磁体中形成了一个连续的点扰动，引起超导线接头附近的临界特性的衰退。在闭环运行磁体中，接头的临界性能时设计磁体的重要参数，磁体工作电流的选择必须不超过接头的临界电流，可以认为接头性能的好坏直接影响到闭环运行磁体的设计方案。
     核磁共振谱仪超导磁体系统对于超导线接头性能的要求包括两点：一是接头必须具备一定的机械强度，以应对磁体的预应力、弯曲应力、电磁应力、收缩应力等；二是接头必须具有较低的电阻，尤其是闭环运行的超导磁体，接头电阻将会导致磁场的衰减。在核磁共 -11 振谱仪超导磁体中，当接头电阻小于 10 Ω 时，才能使得系统损耗率小于 0.02ppm/hour，保证系统正常运行。
     NbTi 超导体多芯线具备稳定的超导性能和较好的性价比，已成为核磁共振谱仪超导磁体系统中超导线圈的一种常用的低温超导材料。目前 NbTi 超导线接头的制备工艺方法主要有：冷压焊法、爆炸焊法、超声波焊法、钎焊法、锡焊法等。美国强磁场国家实验室的 Charles A.Swenson，提出了一种采用焊接法制备核磁共振谱仪 (NMR) 磁体接头的方法，接 -11 头电阻小于 1×10 Ω。日本在开发频率为 1GHz 的 NMR 中，磁体中 Nb3Al 和 NbTi 两种超导线的接头也采用了锡焊的方法。这种方法在制备中为了防止焊锡氧化，都要求接头需要在真空或者保护气体环境下进行，这对于工程现场、较大体积磁体的操作要求苛刻。并且焊接冷压焊技术制备超导接头相对锡焊而言具备技术稳加热过程也对超导磁体构成损伤威胁。定，可以在常温大气条件下完成，适合工程实际条件。美国劳伦斯实验室和北京有色金属研究总院都曾经采用顶锻压力挤压工艺，直接将被焊导线截面接触发生冷焊。通过反复挤压
     使导体之间产生牢固的金属间结合制备 NbTi 超导接头。其电阻只能达到 8×10-9Ω，可以满足一般磁体运行要求，不能满足核磁共振谱仪超导磁体对接头更低电阻的要求。其他方法如爆炸焊法制备的超导接头虽然具备了较高的接头质量，但是复杂苛刻的制备条件限制了实际工程应用。
     针对现有问题，需要开发一种低电阻、高载流能力、操作简便、质量稳定的 NbTi 超导体多芯线接头制备技术，满足核磁共振谱仪超导磁体系统制造过程中的工程需求。发明内容本发明的目的在于解决核磁共振谱仪超导磁体系统制造过程中 NbTi 超导体多芯线超导接头的现有制备技术中质量不稳定、工艺条件复杂苛刻等问题，提出一种具备多层复合的锲形结构特点的 NbTi 超导体多芯线接头及其制备方法。本发明的技术方案在于：
     本发明 NbTi 超导体多芯线接头为多层复合的锲形结构，所述接头内部是由超导填充材料和待连接的 NbTi 超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇两者混合组成的超导连接核心，超导连接核心的外部包覆超导复合层，超导复合层外部包覆锡焊层，锡焊层外部包覆绝缘层，超导连接核心、超导复合层、锡焊层和绝缘层之间紧密结合，所述接头整体外观为锲形；超导复合层分为内外两层，其外层为纯度优于 99.999％的退火态纯铜层，内层为超导层，超导层的成分为 Nb 或 NbTi 合金超导材料。
     所述的接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围为 3-10° ；且所述的接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。
     所述的超导填充材料采用超导材料粉末，所述的超导材料粉末的成分是 Nb 或 NbTi 超导材料。
     所述的超导填充材料采用超导材料细丝，超导材料细丝的成分是 Nb 或 NbTi 超导材料，超导细丝直径与 NbTi 超导体多芯线的单根超导丝直径的比值范围为 0.8-1.2。
     本发明制备 NbTi 超导体多芯线接头的方法，其制备步骤顺序如下：
     ①去除待连接的不同 NbTi 超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的 NbTi 超导丝簇；
     ②将待连接的不同超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇相互混合扭绞后，穿入超导复合管， NbTi 超导丝簇端部应超出超导复合管；
     ③将超导填充材料装填入超导复合管中，并填满所述的超导复合管与 NbTi 超导丝簇之间的间隙；
     ④对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围为 3-10° ；
     ⑤将焊锡镀在超导复合层外壁表面上，形成锡焊层；
     ⑥在锡焊层外部包覆绝缘材料，形成绝缘层，至此完成所述接头的制作。
     其中，制备超导复合管的方法之一的步骤顺序如下：
     ①将纯度优于 99.999％的纯铜棒轴向打孔，将超导材料棒插入孔内，超导材料棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；
     ②采用机械拉拔或挤压工艺将复合棒直径拉细；
     ③将复合棒进行去应力退火处理；
     ④从复合棒中心沿轴向在超导材料层内打通孔，成为超导复合管；
     ⑤将超导复合管真空去应力退火处理。
     制备超导复合管的方法之二的步骤为：先将纯度优于 99.999 ％的纯铜管和超导材料管过盈配合套装在一起，然后进行真空去应力退火处理。
     本发明的特点在于：
     通过优化的多层复合结构的设计，提高接头内部的密实程度，改善 NbTi 超导体多芯线接头的压接结合状态，从而达到降低接头电阻的目的。
     其中，通过连续控制侧向挤压力的大小得到的 NbTi 超导体多芯线接头锲形结构，可以使超导复合管内壁与超导丝簇的空隙空间呈连续减小状态，从而达到接头内部从根部到端部沿接头轴向呈连续的挤压应力应变状态。这种连续应力应变状态既可以避免由于挤压应力整体过大对超导丝簇损伤从而损害接头整体的超导连接，也可以避免挤压应力整体不足造成的接头内部空隙空间过大、使超导丝簇不能充分压接或出现虚搭现象致使接头的电阻升高的缺点。在本发明所述的接头结构中，只要接头的锲形结构中局部存在大小适宜的挤压应力，提供给超导复合管内壁与超导丝簇的良好电接触，就能使电流以极低电阻通过接头。这样在超导接头制备中对压力的选择就会更加宽泛和更加容易，便于实际操作。
     其中，通过超导填充材料的合理选择和添加，能够有效填充超导复合管内壁与 NbTi 超导丝簇的空隙空间，促进 NbTi 超导丝簇在压接后与复合管内壁的结合状态，提高接触密实度，降低接触电阻。在选择超导材料细丝作为超导填充材料的时候，确定细丝直径与 NbTi 超导体多芯线的单根超导丝直径的比值范围为 0.8-1.2，是为了保证 NbTi 超导体多芯线接头内部的超导丝簇直径基本保持一致。一般来说接头中连接超导丝的直径大小与外部挤压力值有函数关系。超导丝直径越小，达到将超导丝有效电连接所需的外部挤压力越大。因此，选用与 NbTi 超导体多芯线的超导丝直径基本一致的超导材料细丝作为接头的超导填充材料能够提高接头的超导电连接状态。
     其中，超导复合管为内外双层结构，其外层为纯铜层，纯度优于 99.999％，内层为超导层，超导层成分为 Nb 或 NbTi 合金超导材料。其内层超导层的设计是为了增强超导丝簇的电连接，通过增强超导丝与内壁超导层的相互接触和冷焊合，从而增加待连接超导丝的接触面积，增加超导接头的载流能力；其外层采用了纯度优于 99.999％的退火态纯铜，该材料在 4K 低温下的热导率达到 11300W/(m·K)，剩余电阻率 ( 剩余电阻率定义为材料在 293K 温度时的电阻率与其在 4K 温度时的电阻率两者之间的比值 ) 达到 2000，而常用的电解铜在相同条件下的热导率仅为 560W/(m·K)，剩余电阻率 RRR 仅为 100。纯度优于 99.999％的退火态纯铜材料具备了优异的低温热导率和极低的电阻率，在超导接头中起到了稳定超导接头临界性能、增加接头的分流能力、更加充分有效导冷的作用。
     其中，通过对超导复合管加工工艺的控制，改善了超导复合管内、外层之间的界面结合状态，提高了接头稳定性。
     本发明所述的制备 NbTi 超导体多芯线接头的方法不需要高温加热过程，不对磁体本身造成危害；方法简便，适宜在工程现场操作；质量稳定可靠，重复性强，可显著降低接头电阻。本发明方法简便，质量稳定，可降低接头电阻。附图说明图 1 是 NbTi 超导体多芯线的横截面结构示意图，图中， 1 铜基体， 2NbTi 超导丝；
     图 2 是 NbTi 超导体多芯线接头复合嵌套的锲形结构横截面示意图，图中， 3NbTi 超导丝簇， 4 超导填充材料， 5 超导复合层， 6 纯铜层， 7 超导层， 8 锡焊层， 9 绝缘层；
     图 3 是 NbTi 超导体多芯线接头在压制前的外观示意图，图中， F 代表挤压力，箭头表示压力的施加方向；
     图 4 是 NbTi 超导体多芯线接头锲形结构外观示意图，图中， θ 为所述接头梯形纵截面的两个斜边的延长线夹角；
     图 5 是 NbTi 超导体多芯线接头制备方法流程图；
     图 6 是制备两根相同规格、直径 0.75mm 的 NbTi 超导体多芯线接头在液氦低温系统超导闭环过程中的电流衰减测试数据图；
     图 7 是制备两根不同规格、直径分别为 0.75mm 和 0.60mm 的 NbTi 超导体多芯线接头在背场 1T 条件下的电阻值和载流值的测试数据图。
     具体实施方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
     图 1 为 NbTi 超导体多芯线的横截面结构示意图。如图 1 所示， NbTi 超导体多芯线由铜基体 1 镶嵌 NbTi 超导丝 2 组成。NbTi 超导线在低温超导态通电过程中，电流从 NbTi 超导丝 2 中无电阻的通行，铜基体 1 起到稳定电流作用。
     图 2 为 NbTi 超导体多芯线接头横截面示意图。如图 2 所示，本发明 NbTi 超导体多芯线接头为多层复合的锲形结构，横截面为矩形，所述接头内部是由超导填充材料 4 和待连接 NbTi 超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇 3 两者混合组成的超导连接核心，超导连接核心的外部包覆超导复合层 5，超导复合层 5 外部包覆锡焊层 8，锡焊层 8 外部包覆绝缘层 9，超导连接核心、超导复合层 5、锡焊层 8 和绝缘层 9 各层之间紧密结合，所述接头整体外观为锲形结构；超导复合层 5 分为内外两层，其外层为纯铜层 6，材料为纯度优于 99.999％退火态纯铜，内层为超导层 7，超导层 7 成分为 Nb 或 NbTi 合金超导材料。
     图 3 为 NbTi 超导体多芯线接头在压制前的外观示意图，图中， F 代表挤压力，箭头表示压力的施加方向；
     图 4 为 NbTi 超导体多芯线接头的锲形结构外观示意图，图中 θ 为所述接头梯形纵截面的两个斜边的延长线夹角。其中，所述的接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角 θ 范围为 3-10° ；所述接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。
     图 5 为 NbTi 超导体多芯线接头制备方法流程图。首先制备超导复合管。选择纯度优于 99.999％的纯铜棒材，将纯铜棒轴向打孔；然后将超导材料棒插入孔内，超导材料棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；采用机械拉拔或挤压工艺将复合棒直径拉细；将复合棒进行去应力退火处理；从复合棒中心沿轴向在超导材料层内打通孔，成为超导复合管；将超导复合管真空去应力退火处理，备用。或者选择纯度优于 99.999％的纯铜管；将超导材料管插入纯铜孔内，超导材料管与纯铜孔之间过盈配合，构成超导复合管；将超导复合管
     真空去应力退火，备用。
     NbTi 超导体多芯线接头制备方法顺序如下：
     1) 去除掉待连接的不同 NbTi 超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的 NbTi 超导丝簇 3 ：
     2) 将待连接的不同超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇 3 相互混合扭绞后，穿入超导复合管， NbTi 超导丝簇 3 端部超出超导复合管；
     3) 将超导填充材料 4 装入超导复合管，并填满超导复合管与 NbTi 超导丝簇 3 之间的间隙；
     4) 对超导复合管进行侧向挤压，将 NbTi 超导丝簇 3 压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层 5 ；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层 5 的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围为 3-10° ；
     5) 将焊锡焊接在超导复合层 5 外壁表面上，形成锡焊层 8 ；
     6) 在锡焊层 8 外部包覆绝缘材料，形成绝缘层 9，至此完成所述接头的制作；
     其中，超导填充材料 4 可采用超导材料粉末，成分是 Nb 或 NbTi 超导材料。超导填充材料 4 也可采用超导材料细丝，成分是 Nb 或 NbTi 超导材料，超导材料细丝直径与 NbTi 超导体多芯线的单根超导丝直径的比值范围为 0.8-1.2。图 6 为制备两根相同规格、直径 0.75mm 的 NbTi 超导体多芯线接头在液氦低温系统超导闭环过程中的电流衰减测试数据图。
     图 7 为制备两根不同规格、直径分别为 0.75mm 和 0.60mm 的 NbTi 超导体多芯线接头在背场 1T 条件下的电阻值和载流值的测试数据图。
     实施例一：
     制备两根相同规格的 NbTi 超导体多芯线的接头，其中， NbTi 超导体多芯线的导线直径 0.75mm，单根超导丝直径 10μm。
     选择纯度优于 99.999％的纯铜棒材，将纯铜棒轴向打孔；将纯铌或 NbTi 超导棒插入孔内，超导棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；采用机械拉拔或热轧工艺将复合棒直径拉细，直至复合棒外径达到 5mm ；将复合棒进行去应力退火处理；将复合棒截为长度 30mm 的复合短棒；从复合短棒中心沿轴向在超导材料层内打出直径为 1.8mm 的通孔，成为超导复合管；将超导复合管真空去应力退火。去除掉待连接的不同 NbTi 超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的 NbTi 超导丝簇 3 ；将待连接的不同超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇 3 相互混合扭绞后，穿过超导复合管， NbTi 超导丝簇 3 端部超出超导复合管 1cm ；将超导填充材料 4 装入超导复合管，并填满超导复合管与 NbTi 超导丝簇 3 之间的间隙，超导填充材料 4 为纯 Nb 或者 NbTi 超导粉末，粉末粒径约 10μm ；对超导复合管进行径侧向挤压，将超导丝簇 3 压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层 5 ；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层 5 的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角为 3° ；将焊锡焊接在超导复合层 5 外壁表面上形成锡焊层 8 ；在锡焊层 8 外部包覆绝缘材料，形成绝缘层 9，完成所述接头的制作。该超导接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角 3° ；且所述的接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。
     将超导接头置于液氦低温系统超导闭环运行测试表明，在零背场下超导线接头电 -14 阻达到低于 3×10 Ω，稳定运行电流 210A。满足核磁共振谱仪超导磁体对超导接头电阻性能的要求。测试数据结果如图 6 所示。
     实施例二：
     制备两根规格不同的 NbTi 超导体多芯线的接头，其中， NbTi 超导体多芯线甲的导线直径 0.75mm，单根超导丝直径 5μm ； NbTi 超导体多芯线乙的导线直径 0.60mm，单根超导丝直径 5μm。
     选择纯度优于 99.999％的纯铜管，外径 5mm，内径 4mm ；将纯 Nb 或者 NbTi 超导合金管插入纯铜孔内，超导合金管外径 4mm，内径 1.5mm。超导合金管与纯铜孔之间过盈配合，构成超导复合管；将超导复合管真空去应力退火。去除掉 NbTi 超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的 NbTi 超导丝簇 3 ；将待连接的不同超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇 3 相互混合扭绞后，穿过超导复合管， NbTi 超导丝簇 3 端部超出超导复合管的 3cm ；将直径为 6μm 的 NbTi 超导细丝作为超导填充材料 4 装入超导复合管，并填满超导复合管与 NbTi 超导丝簇 3 之间的间隙；对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇 3 压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层 5 ；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层 5 的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角为 10°；将焊锡焊接在超导复合层 5 外壁表面上形成锡焊层 8 ；在锡焊层 8 外部包覆绝缘材料，形成绝缘层 9，完成所述接头的制作。该超导接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角 10° ；且所述的接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。通过超导接头低温闭环运行测试结果表明，接头在 1T 背场下电阻为 -13 1.96×10 Ω，稳定运行电流 85.86A。满足核磁共振谱仪超导磁体对超导接头电阻性能的要求。测试数据结果如图 7 所示。
     实施例三：
     制备两根规格不同的 NbTi 超导体多芯线的接头，其中， NbTi 超导体多芯线甲的导线直径 1.00mm，单根超导丝直径 6μm ； NbTi 超导体多芯线乙的导线直径 0.80mm，单根超导丝直径 6μm。
     选择纯度优于 99.999 ％的纯铜棒材，将纯铜棒轴向打孔；将 NbTi 超导棒插入孔内，超导棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；采用机械拉拔或热轧工艺将复合棒直径拉细；将复合棒进行去应力退火处理；反复上述的拉细和退火处理两步骤，直至复合棒外径达到 5mm ；将复合棒截为长度 30mm 的复合短棒；从复合短棒中心沿轴向在超导材料层内打出直径为 2.0mm 的通孔，成为超导复合管；将超导复合管真空去应力退火。去除掉 NbTi 超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的 NbTi 超导丝簇 3 ；将待连接的不同超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇 3 相互混合扭绞后，穿过超导复合管， NbTi 超导丝簇 3 端部超出超导复合管的 2cm ；将直径为 4.8μm 的 NbTi 超导细丝作为超导填充材料 4 装入超导复合管，并填满超导复合管与 NbTi 超导丝簇 3 之间的间隙；对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇 3 压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层 5 ；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层 5 的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角为 7° ；将焊锡焊接在超导复合层 5 外壁表面上形
     成锡焊层 8 ；在锡焊层 8 外部包覆绝缘材料，形成绝缘层 9，完成所述接头的制作。该超导接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角 7° ；且所述的接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。
     通过超导接头低温闭环运行测试结果表明，接头在 1T 背场下电阻为 -14 7.15×10 Ω，稳定运行电流 105A。满足核磁共振谱仪超导磁体对超导接头电阻性能的要求。
     实施例四：
     制备两根相同规格的 NbTi 超导体多芯线的接头，其中， NbTi 超导体多芯线的导线直径 1.00mm，单根超导丝直径 8μm。
     选择纯度优于 99.999 ％的纯铜棒材，将纯铜棒轴向打孔；将纯铌超导棒插入孔内，超导棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；采用机械拉拔或热轧工艺将复合棒直径拉细；将复合棒进行去应力退火处理；反复上述的拉细和退火处理两步骤，直至复合棒外径达到 5mm ；将复合棒截为长度 35mm 的复合短棒；从复合短棒中心沿轴向在超导材料层内打出直径为 2.2mm 的通孔，成为超导复合管；将超导复合管真空去应力退火。去除掉 NbTi 超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的 NbTi 超导丝簇 3 ；将待连接的不同超导体多芯线的 NbTi 超导丝簇 3 相互混合扭绞后，穿过超导复合管， NbTi 超导丝簇 3 端部超出超导复合管的 2cm ；将直径为 8μm 的 Nb 超导细丝作为超导填充材料 4 装入超导复合管，并填满超导复合管与 NbTi 超导丝簇 3 之间的间隙；对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇 3 压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层 5 ；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层 5 的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角为 5° ；将焊锡焊接在超导复合层 5 外壁表面上形成锡焊层 8 ；在锡焊层 8 外部包覆绝缘材料，形成绝缘层 9，完成所述接头的制作。该超导接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角 5° ；且所述的接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。
     通过超导接头低温闭环运行测试结果表明，接头在 0.7T 背场下电阻为 -13 2.04×10 Ω，稳定运行电流 176A。满足核磁共振谱仪超导磁体对超导接头电阻性能的要求。

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1、(10)申请公布号 CN 102509907 A (43)申请公布日 2012.06.20 C N 1 0 2 5 0 9 9 0 7 A *CN102509907A* (21)申请号 201110347318.3 (22)申请日 2011.11.06 H01R 9/03(2006.01) H01R 4/68(2006.01) H01R 43/00(2006.01) (71)申请人中国科学院电工研究所地址 100190 北京市海淀区中关村北二条6 号 (72)发明人程军胜宋守森刘建华王秋良 (74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 代理人关玲 (54) 发明名称。

2、一种NbTi超导体多芯线接头及其制备方法 (57) 摘要一种NbTi超导体多芯线接头及其制备方法。所述接头的内部是由超导填充材料(4)和待连接 NbTi超导体多芯线的NbTi超导丝簇(3)两者混合组成的超导连接核心，超导连接核心的外部包覆超导复合层(5)，超导复合层(5)外部包覆锡焊层(8)，锡焊层(8)外部包覆绝缘层(9)，超导连接核心、超导复合层(5)、锡焊层(8)和绝缘层 (9)之间紧密结合，接头整体为锲形结构；超导复合层(5)分为内外两层，其外层为纯铜层(6)，内层为超导层(7)，超导层(7)成分为Nb或NbTi合金超导材料。本发明制备方法简便，质量稳定。 (51)。

3、Int.Cl. 权利要求书2页说明书7页附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 2 页说明书 7 页附图 3 页 1/2页 2 1.一种NbTi超导体多芯线接头，其特征在于所述的接头为多层复合的锲形结构，所述接头内部是由超导填充材料(4)和待连接NbTi超导体多芯线的NbTi超导丝簇(3)两者混合组成的超导连接核心，所述的超导连接核心的外部包覆超导复合层(5)，超导复合层(5) 外部包覆锡焊层(8)，锡焊层(8)外部包覆绝缘层(9)，超导连接核心、超导复合层(5)、锡焊层(8)和绝缘层(9)之间紧密结合，所述接头整体外观为锲形；超导复合层。

4、(5)分为内外两层，其外层为纯铜层(6)，内层为超导层(7)，超导层(7)成分为Nb或NbTi合金超导材料。 2.根据权利要求1所述的NbTi超导体多芯线接头，其特征在于所述的接头的横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围为3-10；且所述接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。 3.根据权利要求1所述的NbTi超导体多芯线接头，其特征在于所述的超导填充材料 (4)采用超导材料粉末，所述的超导材料粉末的成分是Nb或NbTi超导材料。 4.根据权利要求1所述的NbTi超导体多芯线接头，其特征在于所述的超导填充材料 (4)采用超导材料细丝，超导材料细丝的成分是Nb或N。

5、bTi超导材料，细丝直径与NbTi超导体多芯线的单根超导丝直径的比值范围为0.8-12。 5.根据权利要求1所述的NbTi超导体多芯线接头，其特征在于所述的纯铜层(6)的材料为纯度优于99.999的退火态纯铜。 6.制备权利要求1所述的NbTi超导体多芯线接头的方法，其特征在于所述制备方法步骤顺序如下：去除待连接的不同NbTi超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的NbTi超导丝簇 (3)；将待连接的不同超导体多芯线的NbTi超导丝簇(3)相互混合扭绞后，穿入超导复合管，NbTi超导丝簇(3)端部超出超导复合管；将超导填充材料(4)装填入所述的超导复合管中，填满所述的超导复合管与Nb。

6、Ti超导丝簇(3)之间的间隙；对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇(3)压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层(5)；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层 (5)的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围3-10；将焊锡镀在超导复合层(5)外壁表面上，形成锡焊层(8)；在锡焊层(8)外部包覆绝缘材料，形成绝缘层(9)，至此完成所述接头的制作。 7.根据权利要求6所述的NbTi超导体多芯线接头的制备方法，其特征在于所述的超导复合管的制作步骤如下：将纯度优于99.999的纯铜棒轴向打孔，将超导材。

7、料棒插入孔内，超导材料棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；采用机械拉拔或挤压工艺将复合棒直径拉细；将复合棒进行去应力退火处理；从复合棒中心沿轴向在超导材料层内打通孔，成为超导复合管；将超导复合管真空去应力退火处理。 8.根据权利要求6所述的NbTi超导体多芯线接头的制备方法，其特征在于所述的超导权利要求书CN 102509907 A 2/2页 3 复合管的制作步骤如下：先将纯度优于99.999的纯铜管和超导材料管过盈配合套装在一起；然后进行真空去应力退火处理。权利要求书CN 102509907 A 1/7页 4 一种 NbTi 超导体多芯线接头及其制备方法技术领域。

8、 0001 本发明涉及一种低温超导线接头及其制备方法，特别涉及一种可用于核磁共振谱仪超导磁体系统的NbTi超导体多芯线接头及其制备方法。背景技术 0002 核磁共振谱仪是现代生物医学研究领域重要的科学仪器装备，其中核心部件就是能够产生高达几个甚至十几个特斯拉磁场强度的高均匀度恒稳磁场的超导磁体系统。为了满足核磁共振系统对特殊磁场空间形位和高磁场均匀度的要求，核磁共振系统中的超导线圈往往需要由多个规格的超导线绕组按照设计要求排布在特定的空间位置。这些不同规格的绕组一般需要进行首尾连接制作超导线接头，由一台直流电源供电以保证其运行稳定性。同时，核磁共振超导磁体一般都采用闭环方式运行，。

9、一方面可以消除磁体引线的漏热、节约液氦、降低运行费用，另一方面可以保证磁场稳定度。同样，闭环运行超导磁体也需要将超导开关与超导线圈进行连接，制作超导线接头。 0003 超导线接头的质量对于核磁共振磁体系统的稳定运行具有重要影响作用。由于接头不可避免存在电阻，必然导致额外的能量消耗，从而引起磁场的衰减。实际中闭环运行的超导磁体中接头处的热损耗会占整个磁体系统热损耗的一半以上。比如在400MHz核磁共振谱仪系统中，10 -6 /Hr的磁场衰减变换便意味着400Hz/Hr的频率漂移，这将严重影响系统的正常工作状态。其次，由于接头电阻的存在，在磁体中形成了一个连续的点扰动，引起超导线接头。

10、附近的临界特性的衰退。在闭环运行磁体中，接头的临界性能时设计磁体的重要参数，磁体工作电流的选择必须不超过接头的临界电流，可以认为接头性能的好坏直接影响到闭环运行磁体的设计方案。 0004 核磁共振谱仪超导磁体系统对于超导线接头性能的要求包括两点：一是接头必须具备一定的机械强度，以应对磁体的预应力、弯曲应力、电磁应力、收缩应力等；二是接头必须具有较低的电阻，尤其是闭环运行的超导磁体，接头电阻将会导致磁场的衰减。在核磁共振谱仪超导磁体中，当接头电阻小于10 -11 时，才能使得系统损耗率小于0.02ppm/hour，保证系统正常运行。 0005 NbTi超导体多芯线具备稳定的超导性能和。

11、较好的性价比，已成为核磁共振谱仪超导磁体系统中超导线圈的一种常用的低温超导材料。目前NbTi超导线接头的制备工艺方法主要有：冷压焊法、爆炸焊法、超声波焊法、钎焊法、锡焊法等。美国强磁场国家实验室的 Charles A.Swenson，提出了一种采用焊接法制备核磁共振谱仪(NMR)磁体接头的方法，接头电阻小于110 -11 。日本在开发频率为1GHz的NMR中，磁体中Nb3Al和NbTi两种超导线的接头也采用了锡焊的方法。这种方法在制备中为了防止焊锡氧化，都要求接头需要在真空或者保护气体环境下进行，这对于工程现场、较大体积磁体的操作要求苛刻。并且焊接加热过程也对超导磁体构成损伤威胁。。

12、冷压焊技术制备超导接头相对锡焊而言具备技术稳定，可以在常温大气条件下完成，适合工程实际条件。美国劳伦斯实验室和北京有色金属研究总院都曾经采用顶锻压力挤压工艺，直接将被焊导线截面接触发生冷焊。通过反复挤压说明书CN 102509907 A 2/7页 5 使导体之间产生牢固的金属间结合制备NbTi超导接头。其电阻只能达到810 -9 ，可以满足一般磁体运行要求，不能满足核磁共振谱仪超导磁体对接头更低电阻的要求。其他方法如爆炸焊法制备的超导接头虽然具备了较高的接头质量，但是复杂苛刻的制备条件限制了实际工程应用。 0006 针对现有问题，需要开发一种低电阻、高载流能力、操作简便、质量稳。

13、定的NbTi超导体多芯线接头制备技术，满足核磁共振谱仪超导磁体系统制造过程中的工程需求。发明内容 0007 本发明的目的在于解决核磁共振谱仪超导磁体系统制造过程中NbTi超导体多芯线超导接头的现有制备技术中质量不稳定、工艺条件复杂苛刻等问题，提出一种具备多层复合的锲形结构特点的NbTi超导体多芯线接头及其制备方法。本发明的技术方案在于： 0008 本发明NbTi超导体多芯线接头为多层复合的锲形结构，所述接头内部是由超导填充材料和待连接的NbTi超导体多芯线的NbTi超导丝簇两者混合组成的超导连接核心，超导连接核心的外部包覆超导复合层，超导复合层外部包覆锡焊层，锡焊层外部包覆绝缘层。

14、，超导连接核心、超导复合层、锡焊层和绝缘层之间紧密结合，所述接头整体外观为锲形；超导复合层分为内外两层，其外层为纯度优于99.999的退火态纯铜层，内层为超导层，超导层的成分为Nb或NbTi合金超导材料。 0009 所述的接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围为3-10；且所述的接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。 0010 所述的超导填充材料采用超导材料粉末，所述的超导材料粉末的成分是Nb或 NbTi超导材料。 0011 所述的超导填充材料采用超导材料细丝，超导材料细丝的成分是Nb或NbTi超导材料，超导细丝直径与NbTi超导体多芯线。

15、的单根超导丝直径的比值范围为0.8-1.2。 0012 本发明制备NbTi超导体多芯线接头的方法，其制备步骤顺序如下： 0013 去除待连接的不同NbTi超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的NbTi超导丝簇； 0014 将待连接的不同超导体多芯线的NbTi超导丝簇相互混合扭绞后，穿入超导复合管，NbTi超导丝簇端部应超出超导复合管； 0015 将超导填充材料装填入超导复合管中，并填满所述的超导复合管与NbTi超导丝簇之间的间隙； 0016 对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层的横截。

16、面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围为3-10； 0017 将焊锡镀在超导复合层外壁表面上，形成锡焊层； 0018 在锡焊层外部包覆绝缘材料，形成绝缘层，至此完成所述接头的制作。 0019 其中，制备超导复合管的方法之一的步骤顺序如下： 0020 将纯度优于99.999的纯铜棒轴向打孔，将超导材料棒插入孔内，超导材料棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；说明书CN 102509907 A 3/7页 6 0021 采用机械拉拔或挤压工艺将复合棒直径拉细； 0022 将复合棒进行去应力退火处理； 0023 从复合棒中心沿轴向在超导材料。

17、层内打通孔，成为超导复合管； 0024 将超导复合管真空去应力退火处理。 0025 制备超导复合管的方法之二的步骤为：先将纯度优于99.999的纯铜管和超导材料管过盈配合套装在一起，然后进行真空去应力退火处理。 0026 本发明的特点在于： 0027 通过优化的多层复合结构的设计，提高接头内部的密实程度，改善NbTi超导体多芯线接头的压接结合状态，从而达到降低接头电阻的目的。 0028 其中，通过连续控制侧向挤压力的大小得到的NbTi超导体多芯线接头锲形结构，可以使超导复合管内壁与超导丝簇的空隙空间呈连续减小状态，从而达到接头内部从根部到端部沿接头轴向呈连续的挤压应力应变状态。这种连续。

18、应力应变状态既可以避免由于挤压应力整体过大对超导丝簇损伤从而损害接头整体的超导连接，也可以避免挤压应力整体不足造成的接头内部空隙空间过大、使超导丝簇不能充分压接或出现虚搭现象致使接头的电阻升高的缺点。在本发明所述的接头结构中，只要接头的锲形结构中局部存在大小适宜的挤压应力，提供给超导复合管内壁与超导丝簇的良好电接触，就能使电流以极低电阻通过接头。这样在超导接头制备中对压力的选择就会更加宽泛和更加容易，便于实际操作。 0029 其中，通过超导填充材料的合理选择和添加，能够有效填充超导复合管内壁与 NbTi超导丝簇的空隙空间，促进NbTi超导丝簇在压接后与复合管内壁的结合状态，提高接触。

19、密实度，降低接触电阻。在选择超导材料细丝作为超导填充材料的时候，确定细丝直径与 NbTi超导体多芯线的单根超导丝直径的比值范围为0.8-1.2，是为了保证NbTi超导体多芯线接头内部的超导丝簇直径基本保持一致。一般来说接头中连接超导丝的直径大小与外部挤压力值有函数关系。超导丝直径越小，达到将超导丝有效电连接所需的外部挤压力越大。因此，选用与NbTi超导体多芯线的超导丝直径基本一致的超导材料细丝作为接头的超导填充材料能够提高接头的超导电连接状态。 0030 其中，超导复合管为内外双层结构，其外层为纯铜层，纯度优于99.999，内层为超导层，超导层成分为Nb或NbTi合金超导材料。其内层。

20、超导层的设计是为了增强超导丝簇的电连接，通过增强超导丝与内壁超导层的相互接触和冷焊合，从而增加待连接超导丝的接触面积，增加超导接头的载流能力；其外层采用了纯度优于99.999的退火态纯铜，该材料在4K低温下的热导率达到11300W/(mK)，剩余电阻率(剩余电阻率定义为材料在293K温度时的电阻率与其在4K温度时的电阻率两者之间的比值)达到2000，而常用的电解铜在相同条件下的热导率仅为560W/(mK)，剩余电阻率RRR仅为100。纯度优于 99.999的退火态纯铜材料具备了优异的低温热导率和极低的电阻率，在超导接头中起到了稳定超导接头临界性能、增加接头的分流能力、更加充分有效导。

21、冷的作用。 0031 其中，通过对超导复合管加工工艺的控制，改善了超导复合管内、外层之间的界面结合状态，提高了接头稳定性。 0032 本发明所述的制备NbTi超导体多芯线接头的方法不需要高温加热过程，不对磁体本身造成危害；方法简便，适宜在工程现场操作；质量稳定可靠，重复性强，可显著降低接头电阻。本发明方法简便，质量稳定，可降低接头电阻。说明书CN 102509907 A 4/7页 7 附图说明 0033 图1是NbTi超导体多芯线的横截面结构示意图，图中，1铜基体，2NbTi超导丝； 0034 图2是NbTi超导体多芯线接头复合嵌套的锲形结构横截面示意图，图中，3NbTi超导丝簇。

22、，4超导填充材料，5超导复合层，6纯铜层，7超导层，8锡焊层，9绝缘层； 0035 图3是NbTi超导体多芯线接头在压制前的外观示意图，图中，F代表挤压力，箭头表示压力的施加方向； 0036 图4是NbTi超导体多芯线接头锲形结构外观示意图，图中，为所述接头梯形纵截面的两个斜边的延长线夹角； 0037 图5是NbTi超导体多芯线接头制备方法流程图； 0038 图6是制备两根相同规格、直径0.75mm的NbTi超导体多芯线接头在液氦低温系统超导闭环过程中的电流衰减测试数据图； 0039 图7是制备两根不同规格、直径分别为0.75mm和0.60mm的NbTi超导体多芯线接头在背场1T条件下。

23、的电阻值和载流值的测试数据图。具体实施方式 0040 以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。 0041 图1为NbTi超导体多芯线的横截面结构示意图。如图1所示，NbTi超导体多芯线由铜基体1镶嵌NbTi超导丝2组成。NbTi超导线在低温超导态通电过程中，电流从NbTi 超导丝2中无电阻的通行，铜基体1起到稳定电流作用。 0042 图2为NbTi超导体多芯线接头横截面示意图。如图2所示，本发明NbTi超导体多芯线接头为多层复合的锲形结构，横截面为矩形，所述接头内部是由超导填充材料4和待连接NbTi超导体多芯线的NbTi超导丝簇3两者混合组成的超导连接核心，超导连接核心的外部包覆。

24、超导复合层5，超导复合层5外部包覆锡焊层8，锡焊层8外部包覆绝缘层9，超导连接核心、超导复合层5、锡焊层8和绝缘层9各层之间紧密结合，所述接头整体外观为锲形结构；超导复合层5分为内外两层，其外层为纯铜层6，材料为纯度优于99.999退火态纯铜，内层为超导层7，超导层7成分为Nb或NbTi合金超导材料。 0043 图3为NbTi超导体多芯线接头在压制前的外观示意图，图中，F代表挤压力，箭头表示压力的施加方向； 0044 图4为NbTi超导体多芯线接头的锲形结构外观示意图，图中为所述接头梯形纵截面的两个斜边的延长线夹角。其中，所述的接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形。

25、两个斜边的延长线夹角范围为3-10；所述接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。 0045 图5为NbTi超导体多芯线接头制备方法流程图。首先制备超导复合管。选择纯度优于99.999的纯铜棒材，将纯铜棒轴向打孔；然后将超导材料棒插入孔内，超导材料棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；采用机械拉拔或挤压工艺将复合棒直径拉细；将复合棒进行去应力退火处理；从复合棒中心沿轴向在超导材料层内打通孔，成为超导复合管；将超导复合管真空去应力退火处理，备用。或者选择纯度优于99.999的纯铜管；将超导材料管插入纯铜孔内，超导材料管与纯铜孔之间过盈配合，构成超导复合管；将超导复合管说明书CN 。

26、102509907 A 5/7页 8 真空去应力退火，备用。 0046 NbTi超导体多芯线接头制备方法顺序如下： 0047 1)去除掉待连接的不同NbTi超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的NbTi超导丝簇3： 0048 2)将待连接的不同超导体多芯线的NbTi超导丝簇3相互混合扭绞后，穿入超导复合管，NbTi超导丝簇3端部超出超导复合管； 0049 3)将超导填充材料4装入超导复合管，并填满超导复合管与NbTi超导丝簇3之间的间隙； 0050 4)对超导复合管进行侧向挤压，将NbTi超导丝簇3压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层5；挤压过程中通过调节挤压力大小使得。

27、所述的超导复合层5的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角范围为3-10； 0051 5)将焊锡焊接在超导复合层5外壁表面上，形成锡焊层8； 0052 6)在锡焊层8外部包覆绝缘材料，形成绝缘层9，至此完成所述接头的制作； 0053 其中，超导填充材料4可采用超导材料粉末，成分是Nb或NbTi超导材料。超导填充材料4也可采用超导材料细丝，成分是Nb或NbTi超导材料，超导材料细丝直径与NbTi 超导体多芯线的单根超导丝直径的比值范围为0.8-1.2。 0054 图6为制备两根相同规格、直径0.75mm的NbTi超导体多芯线接头在液。

28、氦低温系统超导闭环过程中的电流衰减测试数据图。 0055 图7为制备两根不同规格、直径分别为0.75mm和0.60mm的NbTi超导体多芯线接头在背场1T条件下的电阻值和载流值的测试数据图。 0056 实施例一： 0057 制备两根相同规格的NbTi超导体多芯线的接头，其中，NbTi超导体多芯线的导线直径0.75mm，单根超导丝直径10m。 0058 选择纯度优于99.999的纯铜棒材，将纯铜棒轴向打孔；将纯铌或NbTi超导棒插入孔内，超导棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；采用机械拉拔或热轧工艺将复合棒直径拉细，直至复合棒外径达到5mm；将复合棒进行去应力退火处理；将复合棒截为长度30。

29、mm的复合短棒；从复合短棒中心沿轴向在超导材料层内打出直径为1.8mm的通孔，成为超导复合管；将超导复合管真空去应力退火。去除掉待连接的不同NbTi超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的NbTi超导丝簇3；将待连接的不同超导体多芯线的NbTi超导丝簇3相互混合扭绞后，穿过超导复合管，NbTi超导丝簇3端部超出超导复合管1cm；将超导填充材料 4装入超导复合管，并填满超导复合管与NbTi超导丝簇3之间的间隙，超导填充材料4为纯Nb或者NbTi超导粉末，粉末粒径约10m；对超导复合管进行径侧向挤压，将超导丝簇 3压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层5；挤压过程中通过调节挤。

30、压力大小使得所述的超导复合层5的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角为3；将焊锡焊接在超导复合层 5外壁表面上形成锡焊层8；在锡焊层8外部包覆绝缘材料，形成绝缘层9，完成所述接头的制作。该超导接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角3；且所述的接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。说明书CN 102509907 A 6/7页 9 0059 将超导接头置于液氦低温系统超导闭环运行测试表明，在零背场下超导线接头电阻达到低于310 -14 ，稳定运行电流210A。满足核磁共振谱仪超导。

31、磁体对超导接头电阻性能的要求。测试数据结果如图6所示。 0060 实施例二： 0061 制备两根规格不同的NbTi超导体多芯线的接头，其中，NbTi超导体多芯线甲的导线直径0.75mm，单根超导丝直径5m；NbTi超导体多芯线乙的导线直径0.60mm，单根超导丝直径5m。 0062 选择纯度优于99.999的纯铜管，外径5mm，内径4mm；将纯Nb或者NbTi超导合金管插入纯铜孔内，超导合金管外径4mm，内径1.5mm。超导合金管与纯铜孔之间过盈配合，构成超导复合管；将超导复合管真空去应力退火。去除掉NbTi超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的NbTi超导丝簇3；将待连接的不同超导。

32、体多芯线的NbTi超导丝簇3相互混合扭绞后，穿过超导复合管，NbTi超导丝簇3端部超出超导复合管的3cm；将直径为6m的 NbTi超导细丝作为超导填充材料4装入超导复合管，并填满超导复合管与NbTi超导丝簇 3之间的间隙；对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇3压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层5；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层 5的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角为10；将焊锡焊接在超导复合层5外壁表面上形成锡焊层8；在锡焊层8外部包覆绝缘材料，形成绝缘层9，完成所述接头的制作。该超导。

33、接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角10；且所述的接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。 0063 通过超导接头低温闭环运行测试结果表明，接头在1T背场下电阻为 1.9610 -13 ，稳定运行电流85.86A。满足核磁共振谱仪超导磁体对超导接头电阻性能的要求。测试数据结果如图7所示。 0064 实施例三： 0065 制备两根规格不同的NbTi超导体多芯线的接头，其中，NbTi超导体多芯线甲的导线直径1.00mm，单根超导丝直径6m；NbTi超导体多芯线乙的导线直径0.80mm，单根超导丝直径6m。 0066 选择纯度优于99.999的纯。

34、铜棒材，将纯铜棒轴向打孔；将NbTi超导棒插入孔内，超导棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；采用机械拉拔或热轧工艺将复合棒直径拉细；将复合棒进行去应力退火处理；反复上述的拉细和退火处理两步骤，直至复合棒外径达到 5mm；将复合棒截为长度30mm的复合短棒；从复合短棒中心沿轴向在超导材料层内打出直径为2.0mm的通孔，成为超导复合管；将超导复合管真空去应力退火。去除掉NbTi超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的NbTi超导丝簇3；将待连接的不同超导体多芯线的NbTi超导丝簇3相互混合扭绞后，穿过超导复合管，NbTi超导丝簇3端部超出超导复合管的2cm；将直径为4.8m的NbTi超导细丝作。

35、为超导填充材料4装入超导复合管，并填满超导复合管与NbTi超导丝簇3之间的间隙；对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇3压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层5；挤压过程中通过调节挤压力大小使得所述的超导复合层5的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角为7；将焊锡焊接在超导复合层5外壁表面上形说明书CN 102509907 A 7/7页 10 成锡焊层8；在锡焊层8外部包覆绝缘材料，形成绝缘层9，完成所述接头的制作。该超导接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角7；且所述。

36、的接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。 0067 通过超导接头低温闭环运行测试结果表明，接头在1T背场下电阻为 7.1510 -14 ，稳定运行电流105A。满足核磁共振谱仪超导磁体对超导接头电阻性能的要求。 0068 实施例四： 0069 制备两根相同规格的NbTi超导体多芯线的接头，其中，NbTi超导体多芯线的导线直径1.00mm，单根超导丝直径8m。 0070 选择纯度优于99.999的纯铜棒材，将纯铜棒轴向打孔；将纯铌超导棒插入孔内，超导棒与孔之间过盈配合，构成复合棒；采用机械拉拔或热轧工艺将复合棒直径拉细；将复合棒进行去应力退火处理；反复上述的拉细和退火处理两步骤，。

37、直至复合棒外径达到 5mm；将复合棒截为长度35mm的复合短棒；从复合短棒中心沿轴向在超导材料层内打出直径为2.2mm的通孔，成为超导复合管；将超导复合管真空去应力退火。去除掉NbTi超导体多芯线端部的铜基体，露出散开的NbTi超导丝簇3；将待连接的不同超导体多芯线的NbTi超导丝簇3相互混合扭绞后，穿过超导复合管，NbTi超导丝簇3端部超出超导复合管的2cm；将直径为8m的Nb超导细丝作为超导填充材料4装入超导复合管，并填满超导复合管与 NbTi超导丝簇3之间的间隙；对超导复合管进行侧向挤压，将超导丝簇3压紧，使超导复合管受力变形后形成所述接头中的超导复合层5；挤压过程中通过调节挤。

38、压力大小使得所述的超导复合层5的横截面积沿根部至端部逐渐减小，外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角为5；将焊锡焊接在超导复合层5外壁表面上形成锡焊层8；在锡焊层8外部包覆绝缘材料，形成绝缘层9，完成所述接头的制作。该超导接头整体外观呈锲形，横截面为矩形，纵截面为梯形，该梯形两个斜边的延长线夹角5；且所述的接头的横截面积沿接头根部至端部的方向逐渐减小。 0071 通过超导接头低温闭环运行测试结果表明，接头在0.7T背场下电阻为 2.0410 -13 ，稳定运行电流176A。满足核磁共振谱仪超导磁体对超导接头电阻性能的要求。说明书CN 102509907 A 10 1/3页 11 图1 图2 图3 图4 说明书附图CN 102509907 A 11 2/3页 12 图5 图6 说明书附图CN 102509907 A 12 3/3页 13 图7 说明书附图CN 102509907 A 13 。

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