CN117936186B - 一种量子计算机用超导同轴电缆的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子计算机用超导同轴电缆的制备方法，包括以下步骤：将NbTi合金熔体置于真空炉下室内；对金属毛细管模具进行预热，并置于真空炉上室内；调整真空炉下室和真空炉上室的真空度，使NbTi合金熔体被吸入金属毛细管模具，冷却后开模，取出NbTi毛细管；将NbTi/Cu单芯组装棒冷拉拔，腐蚀去铜后获得NbTi细丝；采用PTFE涂层材料对NbTi细丝进行反复涂敷和固化，得到带绝缘层NbTi细丝；将带绝缘层NbTi细丝嵌于NbTi毛细管内，焊接接头，得到超导同轴电缆。本申请通过结合真空吸铸和涂敷固化技术，降低了超导同轴电缆的制备难度。
Description
技术领域
本发明涉及超导复合缆材加工技术领域，特别涉及一种量子计算机用超导同轴电缆的制备方法。
背景技术
大多数量子计算机使用的量子比特只能在接近绝对零度的温度下运行，因此普通的电缆无法满足其应用需求。而超导同轴电缆具备在低温下零电阻与低热导率的特性，十分契合量子计算机信号传输的使用，因此需要对量子计算机用超导同轴电缆的制备方法进行研究。
现有技术中，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。
然而，上述现有技术是对中心导体和外导体管的后续加工工艺进行研究，而未涉及中心导体和外导体管本身的制备工艺，且上述现有技术的制备流程较为复杂，超导同轴电缆的制备难度较高。
发明内容
本发明提供了一种量子计算机用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未涉及中心导体和外导体管本身的制备工艺，制备流程较为复杂，超导同轴电缆的制备难度较高的问题。
一方面，本发明提供了一种量子计算机用超导同轴电缆的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将净化后的NbTi合金熔体置于真空炉下室内的坩埚中。
步骤二，对金属毛细管模具进行预热，并置于真空炉上室内。
步骤三，调整所述真空炉下室和所述真空炉上室的真空度，使所述NbTi合金熔体被吸入所述金属毛细管模具，冷却后开模，取出NbTi毛细管。
步骤四，将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔，获得NbTi/Cu单芯线，腐蚀去铜后获得NbTi细丝。
步骤五，采用PTFE涂层材料对NbTi细丝进行反复涂敷和固化，得到带绝缘层NbTi细丝。
步骤六，将所述带绝缘层NbTi细丝嵌于所述NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到量子计算机用超导同轴电缆。
在一种可能的实现方式中，步骤一中，所述真空炉下室的真空度可控范围在0.003-0.09Pa之间，净化后的NbTi合金熔体中杂质的质量比小于0.1%。
在一种可能的实现方式中，步骤二中，所述金属毛细管模具的预热温度为1300-1800℃，所述真空炉上室的真空度可控范围在0.000003-0.003Pa之间。
在一种可能的实现方式中，步骤三中，调整所述真空炉下室和所述真空炉上室的真空度，所述真空炉下室与所述真空炉上室的真空度比值在400-1000之间，所述NbTi合金熔体被吸入所述金属毛细管模具的速率在1-5mm/s之间。
在一种可能的实现方式中，步骤四中，所述将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔的道次加工率在5%-15%之间，所述NbTi/Cu单芯线的最终直径在0.1-0.9mm之间。
在一种可能的实现方式中，步骤四中，所述腐蚀去铜采用5-8mol/L的硫酸溶液，腐蚀时间在10-30min。
在一种可能的实现方式中，步骤五中，所述PTFE涂层材料包括：质量比为60%-75%的PTFE乳液、质量比为0.2%-0.6%的消泡剂、质量比为0.2%-0.6%的润湿剂，余量为高纯水。
所述PTFE涂层材料在25℃时的电导率小于0.1μs/cm。
在一种可能的实现方式中，步骤五中，固化的温度为100-250℃，反复涂敷和固化的次数在5-15次之间。
在一种可能的实现方式中，步骤六中，采用磁力旋入法将所述带绝缘层NbTi细丝嵌于所述NbTi毛细管内。
本发明中的一种量子计算机用超导同轴电缆的制备方法，具有以下优点：
通过结合真空吸铸和涂敷固化技术，降低了超导同轴电缆的制备难度。
通过调整真空炉下室和真空炉上室的真空度，使NbTi合金熔体被吸入金属毛细管模具，即采用真空吸铸技术制备NbTi毛细管，提高了毛细管致密度，降低了气孔率。
通过将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔，获得NbTi/Cu单芯线，腐蚀去铜后获得NbTi细丝，提高了细丝尺寸精度和表面光洁度。
通过采用PTFE涂层材料对NbTi细丝进行反复涂敷和固化，得到带绝缘层NbTi细丝，提高了绝缘层的黏合性和致密性，进而提高了绝缘性。
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量子计算机用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量子计算机用超导同轴电缆的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将净化后的NbTi合金熔体置于真空炉下室内的坩埚中。
步骤二，对金属毛细管模具进行预热，并置于真空炉上室内。
步骤三，调整所述真空炉下室和所述真空炉上室的真空度，使所述NbTi合金熔体被吸入所述金属毛细管模具，冷却后开模，取出NbTi毛细管。
步骤四，将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔，获得NbTi/Cu单芯线，腐蚀去铜后获得NbTi细丝。
步骤五，采用PTFE涂层材料对NbTi细丝进行反复涂敷和固化，得到带绝缘层NbTi细丝。
步骤六，将所述带绝缘层NbTi细丝嵌于所述NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到量子计算机用超导同轴电缆。
具体地，真空炉下室与真空炉上室分别由独立的真空系统控制，且相互密封。
具体地，金属毛细管模具包括外模和内模，外模与内模之间孔隙的形状即NbTi毛细管的形状。
实施例1：
具体地，在本实施例中，步骤一中，真空炉下室的真空度控制在0.005Pa，净化后的NbTi合金熔体中杂质的质量比小于0.09%；步骤二中，金属毛细管模具的预热温度为1300℃，真空炉上室的真空度控制在0.002Pa；步骤三中，调整真空炉下室和真空炉上室的真空度，真空炉下室的真空度调整为0.01Pa，真空炉上室的真空度调整为0.000025Pa，真空炉下室与真空炉上室的真空度比值为400，NbTi合金熔体被吸入所述金属毛细管模具的速率在1mm/s；步骤四中，将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔的道次加工率为5%，NbTi/Cu单芯线的最终直径为0.1mm，腐蚀去铜采用5mol/L的硫酸溶液，腐蚀时间10min；步骤五中，PTFE涂层材料包括：质量比为60%的PTFE乳液、质量比为0.2%的消泡剂、质量比为0.3%的润湿剂，余量为高纯水，PTFE涂层材料在25℃时的电导率为0.09μs/cm，固化的温度为100℃，反复涂敷和固化的次数为5次；步骤六中，采用磁力旋入法将带绝缘层NbTi细丝嵌于所述NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到量子计算机用超导同轴电缆。该电缆在5Ghz下信号衰减小于0.04dB/m。
实施例2：
具体地，在本实施例中，步骤一中，真空炉下室的真空度控制在0.008Pa，净化后的NbTi合金熔体中杂质的质量比小于0.08%；步骤二中，金属毛细管模具的预热温度为1450℃，真空炉上室的真空度控制在0.001Pa；步骤三中，调整真空炉下室和真空炉上室的真空度，真空炉下室的真空度调整为0.02Pa，真空炉上室的真空度调整为0.00004Pa，真空炉下室与真空炉上室的真空度比值为500，NbTi合金熔体被吸入所述金属毛细管模具的速率在2mm/s；步骤四中，将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔的道次加工率为7%，NbTi/Cu单芯线的最终直径为0.3mm，腐蚀去铜采用7mol/L的硫酸溶液，腐蚀时间13min；步骤五中，PTFE涂层材料包括：质量比为64%的PTFE乳液、质量比为0.3%的消泡剂、质量比为0.4%的润湿剂，余量为高纯水，PTFE涂层材料在25℃时的电导率为0.08μs/cm，固化的温度为120℃，反复涂敷和固化的次数为7次；步骤六中，采用磁力旋入法将带绝缘层NbTi细丝嵌于所述NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到量子计算机用超导同轴电缆。该电缆在5Ghz下信号衰减小于0.07dB/m。
实施例3：
具体地，在本实施例中，步骤一中，真空炉下室的真空度控制在0.01Pa，净化后的NbTi合金熔体中杂质的质量比小于0.07%；步骤二中，金属毛细管模具的预热温度为1600℃，真空炉上室的真空度控制在0.0008Pa；步骤三中，调整真空炉下室和真空炉上室的真空度，真空炉下室的真空度调整为0.06Pa，真空炉上室的真空度调整为0.000075Pa，真空炉下室与真空炉上室的真空度比值为800，NbTi合金熔体被吸入所述金属毛细管模具的速率在2.8mm/s；步骤四中，将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔的道次加工率为10%，NbTi/Cu单芯线的最终直径为0.5mm，腐蚀去铜采用6.5mol/L的硫酸溶液，腐蚀时间20min；步骤五中，PTFE涂层材料包括：质量比为68%的PTFE乳液、质量比为0.5%的消泡剂、质量比为0.2%的润湿剂，余量为高纯水，PTFE涂层材料在25℃时的电导率为0.07μs/cm，固化的温度为190℃，反复涂敷和固化的次数为9次；步骤六中，采用磁力旋入法将带绝缘层NbTi细丝嵌于所述NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到量子计算机用超导同轴电缆。该电缆在5Ghz下信号衰减小于0.08dB/m。
实施例4：
具体地，在本实施例中，步骤一中，真空炉下室的真空度控制在0.03Pa，净化后的NbTi合金熔体中杂质的质量比小于0.06%；步骤二中，金属毛细管模具的预热温度为1750℃，真空炉上室的真空度控制在0.0009Pa；步骤三中，调整真空炉下室和真空炉上室的真空度，真空炉下室的真空度调整为0.09Pa，真空炉上室的真空度调整为0.00009Pa，真空炉下室与真空炉上室的真空度比值为1000，NbTi合金熔体被吸入所述金属毛细管模具的速率在5mm/s；步骤四中，将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔的道次加工率为15%，NbTi/Cu单芯线的最终直径为0.8mm，腐蚀去铜采用8mol/L的硫酸溶液，腐蚀时间30min；步骤五中，PTFE涂层材料包括：质量比为75%的PTFE乳液、质量比为0.6%的消泡剂、质量比为0.6%的润湿剂，余量为高纯水，PTFE涂层材料在25℃时的电导率为0.06μs/cm，固化的温度为250℃，反复涂敷和固化的次数为12次；步骤六中，采用磁力旋入法将带绝缘层NbTi细丝嵌于所述NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到量子计算机用超导同轴电缆。该电缆在5Ghz下信号衰减小于0.09dB/m。
本发明实施例通过结合真空吸铸和涂敷固化技术，降低了超导同轴电缆的制备难度。
通过调整真空炉下室和真空炉上室的真空度，使NbTi合金熔体被吸入金属毛细管模具，即采用真空吸铸技术制备NbTi毛细管，提高了毛细管致密度，降低了气孔率。
通过将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔，获得NbTi/Cu单芯线，腐蚀去铜后获得NbTi细丝，提高了细丝尺寸精度和表面光洁度。
通过采用PTFE涂层材料对NbTi细丝进行反复涂敷和固化，得到带绝缘层NbTi细丝，提高了绝缘层的黏合性和致密性，进而提高了绝缘性。
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 (4)
1.一种量子计算机用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，将净化后的NbTi合金熔体置于真空炉下室内的坩埚中；
步骤二，对金属毛细管模具进行预热，并置于真空炉上室内；
步骤三，调整所述真空炉下室和所述真空炉上室的真空度，使所述NbTi合金熔体被吸入所述金属毛细管模具，冷却后开模，取出NbTi毛细管；
步骤四，将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔，获得NbTi/Cu单芯线，腐蚀去铜后获得NbTi细丝；
步骤五，采用PTFE涂层材料对NbTi细丝进行反复涂敷和固化，得到带绝缘层NbTi细丝；
步骤六，将所述带绝缘层NbTi细丝嵌于所述NbTi毛细管内，并在两端焊接接头，得到量子计算机用超导同轴电缆；
步骤四中，所述腐蚀去铜采用5-8mol/L的硫酸溶液，腐蚀时间在10-30min；
步骤五中，所述PTFE涂层材料包括：质量比为60%-75%的PTFE乳液、质量比为0.2%-0.6%的消泡剂、质量比为0.2%-0.6%的润湿剂，余量为高纯水；
所述PTFE涂层材料在25℃时的电导率小于0.1μs/cm；
步骤一中，所述真空炉下室的真空度可控范围在0.003-0.09Pa之间，净化后的NbTi合金熔体中杂质的质量比小于0.1%；
步骤二中，所述金属毛细管模具的预热温度为1300-1800℃，所述真空炉上室的真空度可控范围在0.000003-0.003Pa之间；
步骤三中，调整所述真空炉下室和所述真空炉上室的真空度，所述真空炉下室与所述真空炉上室的真空度比值在400-1000之间，所述NbTi合金熔体被吸入所述金属毛细管模具的速率在1-5mm/s之间。
2.根据权利要求1所述的一种量子计算机用超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述将NbTi/Cu单芯组装棒作为原材料进行冷拉拔的道次加工率在5%-15%之间，所述NbTi/Cu单芯线的最终直径在0.1-0.9mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种量子计算机用超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤五中，固化的温度为100-250℃，反复涂敷和固化的次数在5-15次之间。
4.根据权利要求1所述的一种量子计算机用超导同轴电缆的制备方法，其特征在于，步骤六中，采用磁力旋入法将所述带绝缘层NbTi细丝嵌于所述NbTi毛细管内。
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