ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合裝置及利用其的接合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合裝置及利用其的接合方法，更詳細(xì)地涉及如 下ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合裝置及利用其的接合方法，在真空條件下，只局部加壓及加熱第 二代高溫超導(dǎo)線材的超導(dǎo)層來接合后，在氧氣氛下再次加壓在接合過程中消失的超導(dǎo)性 質(zhì)，從而可恢復(fù)超導(dǎo)性。
【背景技術(shù)】
[0002] -般，超導(dǎo)線材的厚度為60~90μηι，并層疊（lamination)有多個層，其中，流有超 導(dǎo)的超導(dǎo)體層的物質(zhì)為由ReB⑶(ReBa2Cu3〇7-X，其中，Re為Rare Earth稀土類元素，0 = X = 0.6)組成的陶瓷復(fù)合化合物。ReBCO層的厚度為1~3μηι，作為稀土類元素 ，Y、Gd、Sm等正在商 用化，尤其，氧的摩爾分?jǐn)?shù)重要，因而具有〇6.4~7.0的范圍，才能夠以斜方晶系 (Orthorhombic)原子結(jié)構(gòu)流有超導(dǎo)電流。若氧從ReBCO流出，則相對于1摩爾稀土類元素的 氧的摩爾比可降低至小于6.4,在此情況下，ReBCO高溫超導(dǎo)體層發(fā)生從作為超導(dǎo)狀態(tài)的斜 方晶系結(jié)構(gòu)到作為常導(dǎo)狀態(tài)的正方晶系（Tetragonal)結(jié)構(gòu)的相變，從而有可能喪失超導(dǎo) 性。氧原子的半徑為0.48A,非常小，從而容易受到外部環(huán)境(熱、真空、應(yīng)力等）的影響，使 得氧可進(jìn)行擴(kuò)散移動，若失去(diffusion-out)氧，則失去斜方晶系的超導(dǎo)原子結(jié)構(gòu)。氧的 擴(kuò)散對溫度敏感，若提升溫度，則擴(kuò)散系數(shù)變高，若在大氣壓條件下，加溫至約450~500°C， 則失去氧，從而使原子結(jié)構(gòu)變?yōu)檎骄?，并喪失超?dǎo)性。
[0003] 有關(guān)第二代高溫超導(dǎo)線材的接合，以往，通過在超導(dǎo)體表面之間插入Pb-Sn的填充 劑(filler)的焊料等介導(dǎo)常導(dǎo)體層物質(zhì)的焊接(soldering)技術(shù)進(jìn)行接合。焊接技術(shù)的優(yōu) 點在于，最大溫度為300°C以下，在接合后，也可維持原樣的斜方晶系的超導(dǎo)原子結(jié)構(gòu)。但 是，通過這種方式接合后，在接合的超導(dǎo)體的情況下，電流必須經(jīng)過焊料及穩(wěn)定劑層等的常 導(dǎo)體層，從而即使降低至第二代高溫超導(dǎo)線材的運轉(zhuǎn)溫度(液體氮為77K(-196°C))，也不可 避免發(fā)生接合部電阻，因而難以維持超導(dǎo)性。根據(jù)焊接方式，根據(jù)超導(dǎo)體類型及接合排列方 式，接合部電阻為20~2800η Ω左右，非常高。焊接接合的超導(dǎo)線材由于接合部的高的電阻， 再也起不到超導(dǎo)線材作用。
[0004] 因此，即使開發(fā)電阻為"0"的超導(dǎo)體，若在接合部表示高的電阻，則無意義，由于接 合部電阻發(fā)生焦耳熱，發(fā)生淬火(Quench)(從超導(dǎo)轉(zhuǎn)換為常導(dǎo)），使制冷劑蒸發(fā)損失，且不可 能采用持續(xù)電流模式，由于接合部電力損失，需要追加供給外部電力，最終使系統(tǒng)不穩(wěn)定。 其尤其在需要持續(xù)電流模式(persistent current mode)的醫(yī)療用核磁共振成像(MRI)及 用于分析高蛋白質(zhì)的核磁共振(NMR)磁鐵更如此。因此，接合部電阻為"0"的接合部生產(chǎn)非 常重要。
[0005] 有關(guān)本發(fā)明的現(xiàn)有文獻(xiàn)有美國公開特許公報US2013-0061458(2013年03月14號公 開），在上述現(xiàn)有文獻(xiàn)中公開了一種用于第一代高溫超導(dǎo)帶的超導(dǎo)接頭方法 (SUPERCONDUCTING JOINT METHOD FOR FIRST GENERATION HIGH-TEMPERATURE SUPERCONDUCTING TAPE)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明的目的在于，提供ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合裝置及利用其的接合方法，通過 化學(xué)濕式刻蝕或等離子干式刻蝕去除一對第二代ReBCO高溫超導(dǎo)體基板及多個銀(Ag)穩(wěn)定 劑層后，直接互相接觸一對高溫超導(dǎo)ReBCO層表面，并在真空狀態(tài)下進(jìn)行加熱及加壓，從而 針對微細(xì)部分熔融高溫超導(dǎo)ReBCO層表面，或在固相狀態(tài)下互相擴(kuò)散多個原子后，可再次降 溫來直接結(jié)合一對超導(dǎo)ReBCO層表面。
[0008] 本發(fā)明的另一目的在于，提供ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合裝置及利用其的接合方法， 在接合過程中，考慮到因從ReBCO超導(dǎo)體物質(zhì)中損失氧而失去超導(dǎo)性質(zhì)，在凝固過程的適當(dāng) 溫度或完全凝固后再加熱至適當(dāng)溫度的狀態(tài)下，向熱處理爐內(nèi)供給氧來可恢復(fù)ReBCO高溫 超導(dǎo)體的超導(dǎo)特性。
[0009] 本接合及超導(dǎo)恢復(fù)工序可在一個腔室內(nèi)進(jìn)行，也可單獨分離接合及超導(dǎo)恢復(fù)來分 別在兩個腔室內(nèi)進(jìn)行。
[0010] 技術(shù)方案
[0011] 根據(jù)用于達(dá)成上述目的的本發(fā)明一實施例的ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合裝置，其特 征在于，包括:腔室;供氧部，安裝于上述腔室的一側(cè)，用于向上述腔室的內(nèi)部供給氧;真空 栗，安裝于上述腔室的一側(cè)，用于調(diào)節(jié)上述腔室的內(nèi)部的真空度;壓力測定裝置，安裝于上 述腔室的一側(cè)，用于測定上述腔室的內(nèi)部的壓力;溫度測定裝置，安裝于上述腔室的一側(cè)， 用于測定上述腔室的內(nèi)部的溫度及超導(dǎo)線材接合部中的溫度;計時器，安裝于上述腔室的 一側(cè)，用于測定接合工序及超導(dǎo)性恢復(fù)工序的整個工序時間;支撐支架，安裝于上述腔室的 內(nèi)部，用于支撐一對超導(dǎo)線材;支架夾具，安裝于上述腔室的內(nèi)部，位于上述支撐支架與腔 室之間，借助支撐支架和多個結(jié)合螺釘來螺紋結(jié)合;加熱器，安裝于上述支撐支架與支架夾 具之間，用于加熱上述一對超導(dǎo)線材的接合部;壓接塊，安裝于上述腔室的內(nèi)部，用于以使 上述一對超導(dǎo)線材相接合的方式加壓；以及加壓裝置，由從上述腔室的一側(cè)延伸至壓接塊 的上部的結(jié)構(gòu)形成，用于向上述壓接塊提供壓力。
[0012] 根據(jù)用于達(dá)成上述目的的本發(fā)明另一實施例的ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合裝置，其 特征在于，包括:超導(dǎo)線材接合裝置，用于加壓及加熱一對ReBCO高溫超導(dǎo)線材的接合部來 使接合部進(jìn)行接合；以及超導(dǎo)性恢復(fù)裝置，在氧氣氛下，使完成上述接合工序的高溫超導(dǎo)線 材恢復(fù)超導(dǎo)性。
[0013] 根據(jù)用于達(dá)成上述另一目的的本發(fā)明一實施例的ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合方法， 其特征在于，包括:步驟(a)，去除一對作為ReBa 2Cu3〇7-x的ReBCO高溫超導(dǎo)線材的穩(wěn)定劑層來 使ReBCO超導(dǎo)體層露出，其中，Re為稀土類元素，0 = X = 0.6;步驟(b )，將露出上述ReBCO超導(dǎo) 體層的一對高溫超導(dǎo)線材安裝于腔室的內(nèi)部;步驟(c)，維持安裝有上述一對高溫超導(dǎo)線材 的腔室的內(nèi)部的真空;步驟(d)，加壓及加熱上述一對超導(dǎo)線材的接合部；以及步驟(e)，向 完成上述接合工序的腔室的內(nèi)部供給氧來恢復(fù)超導(dǎo)性。
[0014] 有益效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明的ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合裝置及利用其的接合方法，在一個腔室內(nèi)， 完成一對超導(dǎo)線材的接合及接合工序后，實施加熱及氧加壓來恢復(fù)超導(dǎo)性，從而可在一個 腔室內(nèi)實施第二代ReBCO高溫超導(dǎo)線材的接合及超導(dǎo)性恢復(fù)工序。
[0016]并且，在單獨分離接合工序及超導(dǎo)性恢復(fù)工序來分別在腔室及熱處理爐內(nèi)進(jìn)行的 情況下，一對ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合為瞬間進(jìn)行的工序，但用于恢復(fù)超導(dǎo)的工序最少需要 300小時以上，因而可在一個熱處理爐內(nèi)長時間對完成接合的多個超導(dǎo)線材進(jìn)行熱處理，因 而具有非常有效且合適的優(yōu)點。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的ReBCO高溫超導(dǎo)體的接合方法，可在無焊料(solder)或填充劑等的 介質(zhì)的情況下，直接接觸ReBCO高溫超導(dǎo)體層的表面和表面的狀態(tài)下，只針對微細(xì)部分熔融 擴(kuò)散或固相擴(kuò)散壓接超導(dǎo)體層物質(zhì)，從而與以往的常導(dǎo)接合相比，使接合部電阻幾乎為 "〇"，從而具有可制作持續(xù)電流模式及充分長的超導(dǎo)長線材的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0018] 圖1為圖示本發(fā)明一實施例的第二代ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合裝置的剖視圖。
[0019] 圖2為簡要表示接合裝置的結(jié)合結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
[0020] 圖3為表示超導(dǎo)線材的層疊結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0021]圖4為圖示本發(fā)明另一實施例的第二代ReBCO高溫超導(dǎo)線材接合裝置及用于恢復(fù) 接合的超導(dǎo)線材的超導(dǎo)性的裝置的剖視圖。
[0022]圖5簡要表示本發(fā)明的在重疊一對超導(dǎo)線材的狀態(tài)下進(jìn)行接合（lab joint)的順 序。
[0023] 圖6簡要表示平行放置一對超導(dǎo)線材后，在其上再放置其他線材來進(jìn)行接合 (bridge joint)的順序。
[0024] 圖7表示通過接合工序接合的超導(dǎo)線材。
[0025]圖8為表示本發(fā)明一實施例的第二代ReBCO高溫超導(dǎo)線材的接合方法的流程圖。 [0026]圖9為表示本發(fā)明另一實施例的第二代ReBCO高溫超導(dǎo)線材的接合方法的流程圖。