高溫超導線的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫超導線的制備方法，采用熱浸鍍的方式將多根帶材疊在一起焊接成一條即得高溫超導線。所述制備方法具體包括以下步驟：將每根帶材分別固定在放線裝置上，定位帶材的中心線；采用盤裝放卷帶材的方法，分別將每根帶材輸送入錫爐；所有帶材在錫爐內(nèi)通過滾輪定位并焊接合并成一根后，出爐，即得所述的高溫超導線。本發(fā)明制備的高溫超導線為圓形或正方形，臨界電流高，且適合彎曲扭繞，具有更高的物理強度且不易損壞；制備的高溫超導線可以減少超導體所感受的外界磁場，并且可以降低臨界電流衰減和交流損耗，應用于大型超導電力設(shè)備中有著明顯的優(yōu)勢。
【專利說明】
高溫超導線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于超導線材領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高溫超導線的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于高溫超導材料遠遠超過常規(guī)導體的大電流承載能力，使人們對其在強電領(lǐng)域 中的應用報有極大的希望，BSCC0超導帶材的粉末裝管、社制、高溫退火的加工技術(shù)在二十 世紀九十年代早期首先取得突破，并很快實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。盡管其價格昂貴，但世界各國 都制定了大規(guī)模的研究計劃，且在超導儲能、超導電纜、超導限流器、超導變壓器等領(lǐng)域取 得顯著成果。
[0003] 然而在工業(yè)應用中，如高溫超導變壓器、高溫超導電機和高溫超導線纜中需要通 數(shù)百安培的大電流且對帶材的硬度需求高，為了滿足運些要求，首先，必須能制備出各種形 狀(如線材或膜材)的高溫超導體;另外，從應用的角度來看，超導體的載流能力還必須達到 一定的強度。要得到規(guī)定形狀和良好運載電流能力的高溫超導體，就必須要找到適當?shù)闹?備方法。
[0004] 如今解決的方法大多是采用復絲復合超導體結(jié)構(gòu)，然而現(xiàn)有的復絲復合超導體結(jié) 構(gòu)大多結(jié)構(gòu)復雜，不適宜彎曲，難W繞制成跑道型或圓形超導線圈。
[0005] 經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)，當前尚沒有制備方形或圓形窄絲化高溫超導線的制備工藝和方 法，亦無公開的專利和文獻。如中國專利號:CN1510698A，專利名稱:《超導電纜導體組合繞 制方法》。公開了一種超導電纜導體組合繞制方法，其包括步驟:按超導電纜對超導帶根數(shù) 和間距的要求，將多根原料超導帶平行排列成超導帶材組;制作帶狀的薄柔性襯底;將超導 帶材組附在薄柔性襯底上，并與薄柔性襯底連成一體，保持張力一致，制成超導電纜組合超 導帶;將制作好的超導電纜組合超導帶，W相對于電纜忍的繞制角度Θ，Κ螺旋方式不重疊 地繞制在電纜忍上，制成組合繞制的超導電纜導體，采用本方法使得超導電纜導體的繞制 簡單化，系統(tǒng)技術(shù)復雜性降低，同時在繞制過程中保護了超導帶，對超導帶的機械性能要求 降低，降低了超導體繞制中的超導帶的損傷率和斷帶率，提高了繞制的質(zhì)量和效率。此專利 描述了多根帶材繞制在電纜忍上的制備方法。
[0006] 中國專利申請?zhí)枺篊N204803386U，專利名稱:《一種銅帶涂錫機》。該專利公開了一 種銅帶涂錫機，包括沿銅帶前進方向依次設(shè)置的放線裝置、銅帶清洗設(shè)備、銅帶烘干設(shè)備、 助焊劑銅帶噴涂設(shè)備、銅帶涂錫設(shè)備、吹干設(shè)備、收線裝置和控制箱，放線裝置的放線軸為 加長型，并能夠在放線軸上加載寬銅帶原料，助焊劑銅帶噴涂設(shè)備設(shè)有助焊劑添加裝置，銅 帶涂錫設(shè)備設(shè)有銅帶涂錫層厚度檢測儀，并將檢測數(shù)據(jù)反饋到銅帶涂錫設(shè)備進行涂錫量的 調(diào)節(jié)，控制箱設(shè)有調(diào)速單元和智能溫控單元，調(diào)速單元對放線裝置的放線速度可調(diào)，智能溫 控單元對銅帶涂錫設(shè)備的錫爐溫度可調(diào)。本銅帶涂錫機能實現(xiàn)一次上料，可生產(chǎn)互連條30 盤、匯流帶12盤的涂錫成品，提高自動涂錫機的生產(chǎn)效率，涂錫成品厚薄均勻，品質(zhì)穩(wěn)定，大 大減少設(shè)備調(diào)試時間。此專利是針對普通銅帶進行涂錫的機器。
[0007] 文南犬''Magnetization Loss in HTS Stacked Tapes by Various Directional External Magnetic Fields''（Jikwang Lee,Seungwook Lee,Myungjin Park,and Gueesoo Qia, IE邸 TYans .Appl. Superconduct. , vol. 14,no. 2,pp.63〇-633,2004.)研究了堆疊帶材 和單層帶材由于屏蔽效應產(chǎn)生的特性差異，對比在不同角度外部磁場環(huán)境下單層帶材和堆 疊帶材的磁損耗，W及不同絕緣厚度下堆疊帶材的磁損耗。實驗及仿真結(jié)果表示堆疊帶材 能降低磁損耗，絕緣厚度越小損耗越低。文中采用了堆疊結(jié)構(gòu)，但材料為第一代高溫超導帶 材，寬度為4.1mm未經(jīng)分切。
[0008] 文南犬"A Method to Reduce Magnetization Losses in Assembled Conductors Made of YBCO Coated Conductors"(0.Tsukamoto,N.Sekine,M.Ciszek,and J.Ogawa, IE邸 Trans.Appl .Superconduct. ,vol. 15,no.2,pp.2823-2826,2005.)利用傾斜的光條紋 將帶材超導層分割成細絲，將兩個超導帶倒扣形成兩層的結(jié)構(gòu)，條紋形成交叉結(jié)構(gòu)大大降 低了磁損耗，但帶材臨界電流略有降低。文中提到扭繞帶材本身可W降低電磁禪合減小損 耗，但有機械強度惡化的缺點，且文中采用的是擬扭繞即傾斜光條紋切割的辦法。
[0009] 文獻乂onductor Qiaracterization of YBC0 Twisted Stacked-Tape Cables" (M.Takayasu,F.J.Mangiarotti,L.Chiesa,L.Bromberg,and J.V.Minervini,"Conductor Characterization of YBCO Twisted Stacked-Tape Cables," IEEE Trans.Appl .Superconduct. ,vol .23,no.3,2013.)公開了32根超導帶材利用銅絲固定后整 體扭繞，在彎曲直徑為140mm時臨界電流降低6%。但文中多根帶材平行重疊扭繞，非多根交 叉編織。
[0010] 文獻乂omparison of AC Losses of HTS Pancake Winding With Single Tape and Multi-Stacked Tape''（Seungwook Lee ,HeeJoon Lee ,Gueesoo Cha,and Jikwang Lee,"Comparison of AC Losses of HTS Pancake Winding With Single Tape and Multi-Stacked Tape IEEE Trans .Appl. Superconduct. ,vol. 15,no. 2,2005.)公開了在 堆疊帶材中由于相鄰帶材產(chǎn)生的屏蔽效應，臨界電流和交流損耗特性并非單純的各層帶材 特性值之和。文中對比了不同堆疊層數(shù)帶材的臨界電流，及分別研究了單層帶材和堆疊帶 材的高溫超導餅式線圈的交流損耗。文中認為在餅式線圈中堆疊帶材的結(jié)構(gòu)仍可有效的降 低交流損耗，且文中采用的為第一代高溫超導帶材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高溫超導線的制備方法;本發(fā) 明是在現(xiàn)有第二代高溫超導帶材的基礎(chǔ)上，提出一種全新的方形或圓形高溫超導線制備工 藝，通過組合并涂錫焊接多根1mm~2mm寬窄絲化的高溫超導帶材，來提高臨界電流，增強超 導線的物理強度。解決現(xiàn)有復絲復合超導線物理強度低下不利于大規(guī)模應用的問題。
[0012] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0013] 本發(fā)明提供了一種高溫超導線的制備方法，所述制備方法采用熱浸鍛的方式將多 根帶材疊在一起焊接成一條即得高溫超導線。
[0014] 優(yōu)選地，所述制備方法具體包括W下步驟：
[0015] 步驟一、將每根帶材分別固定在放線裝置上，定位帶材的中屯、線；
[0016] 步驟二、采用盤裝放卷帶材的方法，分別將每根帶材輸送入錫爐；
[0017] 步驟Ξ、所有帶材在錫爐內(nèi)通過滾輪定位并焊接合并成一根后，出爐，即得所述的 高溫超導線。
[0018] 優(yōu)選地，所述的帶材為窄絲化的第二代高溫超導帶材。
[0019] 與第一代高溫超導帶材相比，多根堆疊的方式由物理上直接堆疊發(fā)展到了焊錫焊 接方式，讓它成為正方形或圓形截面的超導線單元。結(jié)構(gòu)上的改變帶來的優(yōu)點是對后續(xù)的 多股超導線的鏈裝及包套工藝帶來極大的方便。
[0020] 優(yōu)選地，所述的帶材寬度為1mm或2mm中的至少一種。
[0021] 優(yōu)選地，所述制備的高溫超導線的橫截面為圓形或正方形。
[0022] 對于方形的高溫超導線，組合前的所有帶材有著相同的寬度，均為1mm或2mm的寬 度;對于圓形的高溫超導線，兩端的帶材寬度較小，中間的帶材寬度較大，例如六根帶材組 成的圓形高溫超導線中，可選取兩端1mm寬，中間四根2mm寬的超導帶材。同理也可W組合其 他寬度及根數(shù)的超導帶材構(gòu)成圓形高溫超導線。
[0023] 優(yōu)選地，步驟二中，所述每根帶材輸送入錫爐前需涂覆助焊劑。
[0024] 優(yōu)選地，所述助焊劑為昆山捷爾泰電子科技有限公司生產(chǎn)的NCF-1A、NCF-1B、NCF- 1C中的一種或多種。
[0025] 優(yōu)選地，步驟二中，所述帶材的輸送速度為0. l-3m/s。
[00%]優(yōu)選地，步驟Ξ中，所述焊接具體采用在溫度100-300°c下將帶材涂錫。控制溫度 在不破壞帶材超導特性的前提下進行涂錫。
[0027] 優(yōu)選地，所述焊接后的帶材需經(jīng)過錫爐中安裝的夾刀刮掉帶材表面多余的錫，使 制備出的高溫超導帶材形狀接近圓形或正方形。
[0028] 優(yōu)選地，所述錫爐采用鐵金屬制作。
[0029] 臨界電流是超導線在工程應用中最為核屯、和重要的參數(shù)指標，會直接影響到超導 電氣設(shè)備的性能、成本和效率。而物理強度決定了超導線能否廣泛的進行實際應用。
[0030] 在通流低于其臨界電流的超導態(tài)下，超導帶材會對交流表現(xiàn)出損耗，即"交流損 耗"。交流損耗會對極大的影響超導設(shè)備的效率，是超導電氣設(shè)備設(shè)計中著力優(yōu)化減小的參 量。普通結(jié)構(gòu)的復絲復合超導體結(jié)構(gòu)復雜，超導帶材的排列稀疏，所占體積較大，物理強度 有限。
[0031] 本發(fā)明經(jīng)過涂錫焊接后的1mm~2mm寬窄絲化高溫超導帶材排列緊密，整個超導線 的橫截面近似正方形或圓形，數(shù)根帶材封裝成一根后，寬度和厚度相近，所占體積小。和原 來較大縱寬比的普通帶材相比，此工藝制備成的高溫超導線適合彎曲扭繞，有更高的物理 強度且不易損壞。與其他結(jié)構(gòu)的超導線相比，此超導線不僅可W減少超導體所感受的外界 磁場，并且可W降低臨界電流衰減和交流損耗。應用于大型超導電力設(shè)備中有著明顯的優(yōu) 勢。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0033] 1、本發(fā)明經(jīng)過涂錫焊接后的1mm~2mm寬窄絲化高溫超導帶材排列緊密，整個超導 線的橫截面近似正方形或圓形，數(shù)根帶材封裝成一根后，寬度和厚度相近，所占體積小。
[0034] 2、本發(fā)明制備的高溫超導線適合彎曲扭繞，具有更高的物理強度且不易損壞。與 其他結(jié)構(gòu)的超導線相比，本發(fā)明的超導線不僅可W減少超導體所感受的外界磁場，并且可 W降低臨界電流衰減和交流損耗。應用于大型超導電力設(shè)備中有著明顯的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0035] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0036] 圖1為本發(fā)明制備高溫超導線的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。W下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進。運些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0038] 下述實施例所述的高溫超導線的制備方法，其工藝流程如圖1所示，采用熱浸鍛的 方式將多根帶材疊在一起焊接成一條即得高溫超導線。
[0039] 所述制備方法具體包括W下步驟：
[0040] 步驟一、將每根帶材分別固定在放線裝置上，定位帶材的中屯、線；
[0041] 步驟二、采用盤裝放卷帶材的方法，分別將每根帶材輸送入錫爐；
[0042] 步驟Ξ、所有帶材在錫爐內(nèi)通過滾輪定位并焊接合并成一根后，出爐，即得所述的 高溫超導線。
[0043] 所述的帶材為窄絲化的第二代高溫超導帶材。
[0044] 所述的帶材寬度為1mm或2mm中的至少一種。
[0045] 所述制備的高溫超導線的橫截面為圓形或正方形。
[0046] 步驟二中，所述每根帶材輸送入錫爐前需涂覆助焊劑。
[0047] 所述助焊劑為NCF-1A、NCF-1B、NCF-1C中的一種或多種。
[004引步驟二中，所述帶材的輸送速度為0. l-3m/s。
[0049] 步驟Ξ中，所述焊接具體采用在300度溫度下將帶材涂錫?？刂茰囟仍诓黄茐膸Р?超導特性的前提下進行涂錫。
[0050] 所述焊接后的帶材需經(jīng)過錫爐中安裝的夾刀刮掉帶材表面多余的錫。
[0051] 所述錫爐采用鐵金屬制作。
[0化。實施例1
[0053] 本實施例提供了一種方形高溫超導線的制備方法，具體步驟如下：
[0054] 1)將6-8根寬度為1mm的窄絲化的高溫超導帶材分別固定在放線裝置上，對帶材的 中屯、線進行定位，采用盤裝放卷帶材的方法，由多臺減速電機加電位器分別變頻控制每一 個放卷軸。用PP耐腐蝕材料做浸助焊劑槽，每根帶材獨立；
[0055] 2)帶材涂錫部分，進錫爐前各帶材分離，在錫爐內(nèi)通過滾輪定位并涂錫合并成一 根。錫爐采用鐵金屬制作。錫爐內(nèi)由溫控表控溫，檢測實際溫度?？刂茰囟仍诓黄茐膸Р某?導特性的前提下進行涂錫。爐具中安裝夾刀，刮掉帶材表面多余的焊錫，使帶材表層光滑；
[0056] 3)將合并后正方形的高溫超導線繞制在轉(zhuǎn)盤上，即可。
[0057] 所述助焊劑為NCF-1A;帶材的輸送速度為0.5m/s;錫爐焊接溫度為100度。
[005引 實施例2
[0059] 本實施例提供了一種圓形高溫超導線的制備方法，具體步驟如下：
[0060] 1)將2根寬度為1mm和4根寬度為2mm的窄絲化的高溫超導帶材分別固定在放線裝 置上，對帶材的中屯、線進行定位，采用盤裝放卷帶材的方法，由多臺減速電機加電位器分別 變頻控制每一個放卷軸。用PP耐腐蝕材料做浸助焊劑槽，每根帶材獨立。
[0061 ] 2)帶材涂錫部分，進錫爐前各帶材分離，在錫爐內(nèi)通過滾輪定位并涂錫合并成一 根。錫爐采用鐵金屬制作。錫爐內(nèi)由溫控表控溫，檢測實際溫度?？刂茰囟仍诓黄茐膸Р某?導特性的前提下進行涂錫。爐具中安裝夾刀，刮掉帶材表面多余的焊錫，使帶材表層光滑。
[0062] 3)將合并后圓形的高溫超導線繞制在轉(zhuǎn)盤上，即可。
[0063] 所述助焊劑為NCF-1A;帶材的輸送速度為0.3m/s;錫爐焊接溫度為300度。
[0064] 實施例3
[0065] 本實施例提供了一種方形高溫超導線的制備方法，具體步驟如下：
[0066] 1)將6根寬度為2mm的窄絲化的高溫超導帶材分別固定在放線裝置上，對帶材的中 屯、線進行定位，采用盤裝放卷帶材的方法，由多臺減速電機加電位器分別變頻控制每一個 放卷軸。用PP耐腐蝕材料做浸助焊劑槽，每根帶材獨立；
[0067] 2)帶材涂錫部分，進錫爐前各帶材分離，在錫爐內(nèi)通過滾輪定位并涂錫合并成一 根。錫爐采用鐵金屬制作。錫爐內(nèi)由溫控表控溫，檢測實際溫度?？刂茰囟仍诓黄茐膸Р某?導特性的前提下進行涂錫。爐具中安裝夾刀，刮掉帶材表面多余的焊錫，使帶材表層光滑；
[0068] 3)將合并后正方形的高溫超導線繞制在轉(zhuǎn)盤上，即可。
[0069] 所述助焊劑為NCF-1B;帶材的輸送速度為1.5m/s;錫爐焊接的溫度為180度。
[0070] 對比例1
[0071] 與實施例1的制備方法相同，不同之處僅在于:所述助焊劑為恒松8803。
[007。 對比例2
[0073] 與實施例1的制備方法相同，不同之處僅在于:帶材的輸送速度為3.5m/s。
[0074] 對比例3
[0075] 與實施例1的制備方法相同，不同之處僅在于:錫爐焊接的溫度為320°C。
[0076] 效果比較：
[0077] 將實施例和對比例制備的高溫超導線進行檢測，包括臨界電流、強度、臨界電流衰 減、交流損耗。
[0078] 所述臨界電流、臨界電流衰減和交流損耗的測定方法為:傳統(tǒng)的四引線電測法。
[0079] 所述強度的測定方法為:對高溫超導線施加張力及扭力，測量臨界電流衰減5%時 的張力及扭力作為臨界張力及扭力。
[0080] 結(jié)果如表1所示。
[0081 ] 表1實施例和對比例制備的高溫超導線檢測結(jié)果
[0082]

[0083] 綜上所述，本發(fā)明制備的高溫超導線適合彎曲扭繞，具有更高的物理強度且不易 損壞。與其他結(jié)構(gòu)的超導線相比，本發(fā)明的超導線不僅可W減少超導體所感受的外界磁場， 并且可W降低臨界電流衰減和交流損耗。應用于大型超導電力設(shè)備中有著明顯的優(yōu)勢。
[0084] 本發(fā)明具體應用途徑很多，W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應當指出，W上 實施例僅用于說明本發(fā)明，而并不用于限制本發(fā)明的保護范圍。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進，運些改進也應視為本發(fā) 明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種高溫超導線的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟:采用熱浸鍍 的方式將多根帶材疊在一起焊接成一條即得高溫超導線。2. 如權(quán)利要求1所述的高溫超導線的制備方法，其特征在于，所述制備方法具體包括以 下步驟： 步驟一、將每根帶材分別固定在放線裝置上，定位帶材的中心線； 步驟二、采用盤裝放卷帶材的方法，分別將每根帶材輸送入錫爐； 步驟三、所有帶材在錫爐內(nèi)通過滾輪定位并焊接合并成一根后，出爐，即得所述的高溫 超導線。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導線的制備方法，其特征在于，所述的帶材為窄絲 化的第二代高溫超導帶材。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導線的制備方法，其特征在于，所述的帶材寬度為 1mm或2mm中的至少一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導線的制備方法，其特征在于，所述制備的高溫超 導線的橫截面為圓形或正方形。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫超導線的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述每根帶 材輸送入錫爐前需涂覆助焊劑。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫超導線的制備方法，其特征在于，所述助焊劑為NCF-1A、 NCF-1B、NCF-1C中的一種或多種。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫超導線的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述帶材的 輸送速度為〇. l-3m/s。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫超導線的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述焊接具 體采用在溫度100-300°C下將帶材涂錫。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的高溫超導線的制備方法，其特征在于，所述焊接后的帶材需 經(jīng)過錫爐中安裝的夾刀刮掉帶材表面多余的錫。
【文檔編號】H01B12/02GK105869782SQ201610211086
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】李柱永
【申請人】上海交通大學