本發(fā)明涉及超導帶材，具體地，涉及一種高場磁體用rebco高溫超導帶材及制備方法。

背景技術：

1、以rebco（re為稀土元素）為材料的rebco高溫超導帶材，也被稱為涂層導體，因其具有相比鉍系帶材更強的載流能力、更高的磁場性能和更低的材料成本，在醫(yī)療、軍事、能源等眾多領域具備更廣更佳的應用前景。rebco高溫超導帶材，由于其作為超導載流核心的rebco本身硬且脆，所以一般是在鎳基合金基底上采用多層覆膜的工藝生產(chǎn)，所以又被稱為涂層導體。一般由基帶、緩沖層（過渡層）、超導層以及保護層組成。

2、金屬基底的作用是為帶材提供優(yōu)良的機械性能。過渡層的作用一方面是防止超導層與金屬基底發(fā)生元素間的相互擴散，另一方面最上方的過渡層需為超導層的外延生長提供好的模版，提高晶粒排列質量。制備超導性能優(yōu)良的涂層導體，需要超導層具有一致的雙軸織構。雙軸織構是指晶粒在a/b軸和c軸（c軸垂直于a/b面）兩個方向均有著近乎一致的排列。

3、由于rebco薄膜在a/b軸方向的排列程度（面內織構）相對較難實現(xiàn)，而面內織構較差會嚴重降低超導性能。因此需要rebco超導薄膜在已經(jīng)具有雙軸織構和匹配晶格的過渡層上外延生長。制備實現(xiàn)雙軸織構有兩種主流的技術路線：一種是軋制輔助雙軸織構基帶技術，另一種為離子束輔助沉積技術。

4、rebco超導層制備的常見技術分為多種，有脈沖激光沉積、金屬有機物化學氣相沉積、金屬有機鹽沉積法、反應共蒸發(fā)等。保護層主要是用來保護超導膜層，一般在超導帶材正反表面用磁控濺射或蒸鍍的方式鍍0.5～5μm的銀層，為了追求更低的材料成本，超導面的銀層通常設置在1～2μm，非超導面的銀層通常設置在0.5～1μm。被隨后根據(jù)具體應用對帶材寬度的需求，將10～12mm帶材，分切成2～8mm。最后進行鍍銅或后續(xù)的封裝加強處理。后續(xù)封裝的帶材鍍銅厚度可以是1～10μm。鍍銅加強的帶材，單面鍍銅的厚度在10～30μm，雙面則達到了20～60μm。

5、強磁場能夠為物理、材料、化學、生命科學等多學科前沿的研究提供難得的極端實驗條件，研制高場磁體對于促進科學發(fā)展意義重大。高場磁體的研制也推動了高溫超導帶材的發(fā)展?；趓ebco高溫超導帶材的高場磁體目前已經(jīng)達到了26.4t，超過了nbti-nb3sn等低溫超導磁體的極限，見《26t?35mm?all-gdba2cu3o7–x?multi-width?no?insulationsuperconducting?magnet》。2019年中國科學院電工研究所王秋良團隊在低溫超導線產(chǎn)生的17t背景場中內插rebco高溫超導磁體繞制的高場磁體達到了32.35t，打破了全超導磁體磁場強度的世界紀錄，見《world?record?32.35tesla?direct-current?magnetic?fieldgenerated?with?an?all-superconducting?magnet》。2019年美國強磁場實驗室在現(xiàn)有31t阻性磁體上產(chǎn)生了45.5t磁場強度，打破了穩(wěn)態(tài)磁體磁場強度的世界紀錄，《45.5-tesladirect-current?magnetic?field?generated?with?a?high-temperaturesuperconducting?magnet》。2023年中國科學院等離子體物理研究所打破了基于rebco高溫超導帶材的高場磁體的世界記錄達到26.8t，見《26.86-tesla?direct-current?magneticfield?generated?with?an?all-rebco?superconducting?magnet》。

6、目前商用化利用rebco高溫超導帶材的高場磁體主要有用于生物學結構解析的高分辨率核磁共振（nmr）。現(xiàn)有ascend?1.1ghz型號的產(chǎn)品采用了hts/lts的混合磁體模式，標準孔徑54mm，中心磁場強度達到了25.9t。該磁體的開發(fā)旨在滿足科學家們再研究更大分子量的蛋白質，功能無序性和大分子復合物過程中日益增加的靈敏度和更高分辨率的科學需求。推出1.2ghz高分辨率蛋白質核磁共振數(shù)據(jù)，其磁體的磁場強度達到了28t以上?？梢詮膱D1中看到，核磁共振譜儀中，有無高溫超導成像的清晰度有巨大差別。

7、高場磁體在逼近極限時候，通常帶材會受到巨大的電磁應力，很多磁體在失超還沒有到來之前，由于局部的帶材扛不住如此大的應力，使得磁體出現(xiàn)損壞情況。美國高場實驗室解剖了內插于31t磁場中運行中損壞的基于rebco高溫超導帶材的內插磁體，發(fā)現(xiàn)其中大部分的帶材臨界電流都發(fā)生了整體性的退化，如圖2所示。其中黑線是超導帶材在使用前的性能，藍線是磁體損壞后超導帶材的性能。超導帶材展開后可以看到已經(jīng)發(fā)生了極大的扭曲，如圖3所示。美國國家高場實驗室經(jīng)過分析后，認為在高徑向磁場區(qū)域，rebco高溫超導帶材邊緣裁切的裂紋是最后磁體損壞的主因，因為裂紋在洛倫茲力作用下容易擴展，最后成為瓶頸點，如圖4所示。

8、突破人類磁場極限的意義非常巨大，作為實現(xiàn)可控聚變能發(fā)電最有希望途徑的托卡馬克磁約束核聚變裝置，高度依賴于強磁場來約束高溫等離子體發(fā)生聚變反應，其單位體積聚變功率密度正比于磁場強度的四次方（p∝b4），因此，提高超導磁體系統(tǒng)的磁場強度能夠極為高效地提升單位體積聚變功率密度并且大大縮小托卡馬克聚變裝置的尺寸，極大地降低了整個系統(tǒng)的工程難度，并有望顯著加快商業(yè)化可用的可控核聚變技術發(fā)展進程。在高能粒子加速器領域也是同樣的重要。對于下一代歐洲核子中心（cern）設計的繆子對撞機甚至提出了材料要工作在55t（目前人類還未達到），為了提高裝置性能或者省成本的剛性要求，磁場的提高成為了必然。

9、目前，市面上的rebco高溫超導帶材生產(chǎn)廠商都生產(chǎn)12mm寬的超導帶材，雖然12mm寬超導帶材直接在高場中用，能有效的避免邊緣裂紋。但是如此寬的超導帶材難以承受高場下的屏蔽電流效應。高場下屏蔽電流效應的問題可見《multifilamentary?coatedconductors?for?ultra-high?magnetic?field?applications》。因此目前高場磁體的應用單位，普遍能接受的帶材寬度在3-4mm。因此在高磁場的剛性的要求中，rebco高溫超導帶材生產(chǎn)廠商在美國高場實驗室的引領下，都開始嘗試用激光分切來將12mm寬分切成4mm寬，如圖5所示。美國高場實驗室還通過詳細的實驗對比了各主流廠商激光分切的切口，并開始研究激光分切工藝對高場磁體的影響，如圖6所示。包括使用了最先進的磁光設備研究在拉伸應力作用下的激光分切切口力學作用的機理，如圖7所示?？梢哉f整個行業(yè)都在做12mm寬帶材，再用激光分切避免邊緣裂紋，來突破人類磁場極限。然而無論用紫外還是紅外激光分切，切割的裂口總是與原先超導帶材的材質有區(qū)別，如圖8所示，多多少少影響超導帶材使用。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高場磁體用rebco高溫超導帶材及制備方法。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種高場磁體用rebco高溫超導帶材,包括帶材本體，所述帶材本體的直線度小于等于8mm，所述帶材本體的寬度為3mm至5mm，所述帶材寬度方向的邊緣為光滑無切割痕跡的整體結構；所述帶材本體自然放置拱起的幅度不大于0.3毫米。

3、優(yōu)選地，所述帶材本體制成的高場磁體的磁場強度范圍大于等于20特斯拉。

4、優(yōu)選地，所述帶材本體的直線度為6mm，所述帶材本體的寬度為4mm。

5、根據(jù)本發(fā)明提供的一種高場磁體用rebco高溫超導帶材的制備方法,制備方法包括如下步驟：

6、步驟s1、將金屬基底分切成目標寬度的帶狀材料；

7、步驟s2、在帶狀材料上鍍制目標寬度的緩沖層；

8、步驟s3、在帶狀材料的緩沖層上鍍制目標寬度的種子層；

9、步驟s4、在帶狀材料的種子層鍍制目標寬度的帽子層；

10、步驟s5、在帶狀材料的帽子層上鍍制目標寬度的超導層；

11、步驟s6、在帶狀材料的超導層上鍍制目標寬度的銀保護層；

12、步驟s7、在帶狀材料的銀保護層上鍍制目標寬度的銅保護層。

13、優(yōu)選地，步驟s1、將哈氏合金基底分切成目標寬度的帶狀材料；

14、步驟s2、用卷對卷磁控濺射鍍膜設備在帶狀材料上鍍制目標寬度的緩沖層；

15、步驟s3、用卷對卷離子束輔助沉積（ibad）或離子束輔助蒸發(fā)鍍膜（ibe）或傾斜襯底沉積（isd）設備在帶狀材料的緩沖層上鍍制目標寬度的種子層；

16、步驟s4、用卷對卷磁控濺射（ms）或脈沖激光鍍膜（pld）設備在帶狀材料的種子層鍍制目標寬度的帽子層；

17、步驟s5、用卷對卷金屬有機鹽沉積法（mod）或金屬有機化學氣相沉積法（mocvd）或脈沖激光沉積法（pld）或反應共蒸發(fā)法（rce）鍍膜設備在帶狀材料的帽子層上鍍制目標寬度的超導層；

18、步驟s6、用卷對卷蒸鍍或磁控濺射鍍膜設備在帶狀材料的超導層上鍍制目標寬度的銀保護層；

19、步驟s7、用電化學鍍銅或卷對卷蒸鍍或磁控濺射鍍膜設備在帶狀材料的銀保護層上鍍制目標寬度的銅保護層。

20、優(yōu)選地，所述卷對卷結構包括滾筒以及帶輪，所述帶輪用于收放卷，所述帶狀材料卷對卷繞設滾筒并將滾筒抱起。

21、優(yōu)選地，所述滾筒上設置有間隔的凸起，所述帶狀材料繞設在凸起上，所述凸起的寬度允許帶狀材料的寬度覆蓋。

22、優(yōu)選地，所述卷對卷結構還包括間隔梳子，任一道所述帶狀材料均穿過間隔梳子。

23、優(yōu)選地，所述帶材本體在一定溫度下動態(tài)走帶鍍制而成，且?guī)Р谋倔w在鍍制時的繞卷不超過二十道。

24、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

25、1、本發(fā)明通過限定帶材本體自然放置拱起的幅度不大于0.3毫米，帶材寬度方向的邊緣為光滑無切割痕跡的整體結構，能夠獲得相對于現(xiàn)有技術中切割得到的超導帶材性能更好的寬度在3mm至5mm的帶材產(chǎn)品。