本發(fā)明屬于超導(dǎo)線材領(lǐng)域，具體涉及一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法。

背景技術(shù)：

高溫超導(dǎo)帶材自發(fā)現(xiàn)以來，其研制和生產(chǎn)已取得顯著成果。目前，其批量化生產(chǎn)已基本實(shí)現(xiàn)。盡管高溫超導(dǎo)帶材擁有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)導(dǎo)體的載流能力，但是單根高溫超導(dǎo)線材的制備依然需要將多根高溫超導(dǎo)帶材通過堆疊、扭絞等方式組合在一起，以達(dá)到更好的載流能力和更高的物理強(qiáng)度。

常規(guī)的高溫超導(dǎo)電纜通常以柱形銅芯為依托，將高溫超導(dǎo)帶材繞制在銅芯表面，再以絕緣層包裹。當(dāng)發(fā)生事故電流時(shí)，銅芯可以構(gòu)成旁路，從而保證失超的高溫超導(dǎo)帶材得到保護(hù)。但是，該技術(shù)工藝程序復(fù)雜，操作難度較大。

超導(dǎo)線材在超臨界電流狀態(tài)下工作時(shí)極易損壞，所以在發(fā)生事故電流時(shí)，事故電流往往超過超導(dǎo)帶材的臨界電流，容易造成線材的永久性損壞。因此如何有效實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)線材在發(fā)生事故時(shí)的自我保護(hù)在超導(dǎo)線材的制備工藝中非常重要。

經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前尚沒有將第二代高溫超導(dǎo)帶材進(jìn)行混合堆疊以改善其性能的工藝和方法，亦無公開的專利和文獻(xiàn)。但有部分類似的專利和文獻(xiàn)，其主要內(nèi)容如下：

中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N00812272，專利名稱：《超導(dǎo)磁性線圈》。該專利自述為：超導(dǎo)線圈及其制造方法包括圍繞線圈的軸同心纏繞并沿該軸排置一種超導(dǎo)體帶,以限定一個(gè)具有沿軸方向從線圈的第一末端至第二末端尺寸遞減的開口。超導(dǎo)體帶的每一匝都具有保持基本與線圈的軸平行的寬表面。此專利把HTS層大致夾在整個(gè)結(jié)構(gòu)的中間，把兩個(gè)這樣的組件在各自的銅帶處粘合到一起形成單個(gè)HTS導(dǎo)線組件。

美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺?0/955801，專利名稱：《Stacked Filamentary Coated Superconductors》。此專利將四層Roebel結(jié)構(gòu)的帶材進(jìn)行堆疊。

文獻(xiàn)“Jikwang Lee,Seungwook Lee,Myungjin Park,and Gueesoo Cha,“Magnetization Loss in HTS Stacked Tapes by Various Directional External Magnetic Fields,”IEEE Trans.Appl.Superconduct.,vol.14,no.2,pp.630–633,2004.”研究了堆疊帶材和單層帶材由于屏蔽效應(yīng)產(chǎn)生的特性差異，對(duì)比在不同角度外部磁場(chǎng)環(huán)境下單層帶材和堆疊帶材的磁損耗，以及不同絕緣厚度下堆疊帶材的磁損耗。實(shí)驗(yàn)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。

文獻(xiàn)“Myungjin Park,Myeongseob Choi,Seungyong Hahn,Gueesoo Cha,and Jikwang Lee,“Effect of the Stack in HTS Tapes Exposed to External Magnetic Field,”IEEE Trans.Appl.Superconduct.,vol.14,no.2,pp.1106–1109,2004.”研究了不同層數(shù)堆疊帶材的磁損耗，以及不同絕緣厚度下堆疊帶材的磁損耗。以美超公司生產(chǎn)的4.1mm寬BSCCO-2223帶材為模型實(shí)驗(yàn)，堆疊層數(shù)由2、3增加至4時(shí)磁損耗逐漸減小，相同堆疊層數(shù)的帶材絕緣厚度越小磁損耗越小。

文獻(xiàn)“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.”研究了在堆疊帶材中由于相鄰帶材產(chǎn)生的屏蔽效應(yīng)，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(duì)比了不同層數(shù)堆疊帶材的臨界電流，及分別利用單層帶材和堆疊帶材的高溫超導(dǎo)餅式線圈的交流損耗。

文獻(xiàn)“K.Ryu,B.J.Choi,and Y.H.Chun,“Magnetization Loss Characteristics in a Stack of Bi-2223Tapes,”IEEE Trans.Appl.Superconduct.,vol.13,no.2,2003”首先測(cè)量了單根帶材的磁損耗以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，對(duì)比了單根帶材和堆疊帶材分別在平行、垂直和縱向磁場(chǎng)下的磁損耗。

上述現(xiàn)有技術(shù)中，均未公開將高溫超導(dǎo)帶材與其他金屬帶材混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法。在現(xiàn)有第二代高溫超導(dǎo)帶材的基礎(chǔ)上，提出一種全新的工藝方法，通過分切帶材并組合堆疊超導(dǎo)細(xì)帶和其他金屬帶材，從而獲得具有所需臨界電流值的超導(dǎo)線材，在提高超導(dǎo)體的載流能力的同時(shí)，增強(qiáng)其物理強(qiáng)度和事故保護(hù)能力。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，包括以下步驟：

S1、將高溫超導(dǎo)帶材和其它金屬帶材進(jìn)行切割；

S2、將切割后的高溫超導(dǎo)帶材和其它金屬帶材進(jìn)行面對(duì)面堆疊；

S3、將堆疊好的帶材進(jìn)行封裝，即得所述高溫超導(dǎo)線。

優(yōu)選地，所述高溫超導(dǎo)帶材為第二代高溫超導(dǎo)帶材。

優(yōu)選地，步驟S2中，所述切割后的高溫超導(dǎo)帶材和其它金屬帶材的寬度均各為1-2mm。

優(yōu)選地，步驟S2中，所述金屬帶材包括紫銅帶材、黃銅帶材、不銹鋼帶材中的至少一種。

優(yōu)選地，所述切割方法具體包括如下步驟：將4mm寬的超導(dǎo)帶材放入分條機(jī)中，分條機(jī)切割成4根1mm寬的帶材。

優(yōu)選地，步驟S2中，所述切割后的高溫超導(dǎo)帶材的厚度為0.04-0.06mm；其它金屬帶材的厚度為0.08-0.1mm。

優(yōu)選地，步驟S2中，所述堆疊過程中，高溫超導(dǎo)帶材的層數(shù)與金屬帶材的層數(shù)的比為2:1。金屬帶材層數(shù)過多，會(huì)導(dǎo)致不能滿足載流要求，并導(dǎo)致電阻值過大，影響線材的超導(dǎo)特性；過少則會(huì)導(dǎo)致失去本專利的設(shè)計(jì)價(jià)值，線材物理特性和事故保護(hù)能力較弱。

優(yōu)選地，步驟S2中，所述堆疊方式包括：高溫超導(dǎo)帶材位于中間，高溫超導(dǎo)帶材上、下均堆疊其它金屬帶材。

優(yōu)選地，所述的面對(duì)面堆疊具體采用以下步驟：

根據(jù)堆疊方式將每一根切割后的超導(dǎo)帶材和其它金屬帶材分別固定在焊錫裝置的放線裝置上，將所有帶材同時(shí)輸送入錫爐中，通過滾輪定位進(jìn)行焊接即可。

優(yōu)選地，所述每根帶材輸送入錫爐前需涂覆助焊劑；

所述助焊劑為NCF-1A、NCF-1B、NCF-1C中的一種或多種；

所述帶材的輸送速度為0.1-3m/s；

所述焊接具體采用在100-300℃溫度下將帶材涂錫。控制溫度在不破壞帶材超導(dǎo)特性的前提下進(jìn)行涂錫。

優(yōu)選地，步驟S3中，所述封裝采用的方法包括將堆疊好的帶材裹以絕緣層即可。

本發(fā)明采用焊錫裝置在將帶材進(jìn)行堆疊的同時(shí)進(jìn)行焊錫，極大的簡(jiǎn)化了帶材堆疊的步驟。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明基于現(xiàn)有的超導(dǎo)帶材生產(chǎn)工藝，在基本不改變帶材生產(chǎn)成本和研發(fā)費(fèi)用的情況下，通過對(duì)超導(dǎo)線材宏觀結(jié)構(gòu)的改變，改變其堆疊的成分，實(shí)現(xiàn)線材的自我保護(hù)能力，同時(shí)增強(qiáng)它的物理特性。

2、本發(fā)明提出一種全新的高溫超導(dǎo)線材的制作工藝。該工藝在實(shí)現(xiàn)多根相同寬度的超導(dǎo)帶材面對(duì)面堆疊的基礎(chǔ)上，在其中加入數(shù)根相同寬度的其他金屬材料的帶材，如紫銅、黃銅、不銹鋼帶，并制備成方形或圓形超導(dǎo)線材。所述的圓形為一種近似圓形，即邊長(zhǎng)很小的正方形在尺寸上近似于小的圓形

3、該類型的方形或圓形超導(dǎo)線，制作工藝操作簡(jiǎn)便，制備的線材結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一體成型，機(jī)械強(qiáng)度高。在相同的截面積條件下，該種高溫超導(dǎo)線材工程載流能力更好。這種制作工藝制程的高溫超導(dǎo)線材可以應(yīng)用于大型電力設(shè)備中。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明堆疊制備高溫超導(dǎo)線的工藝流程示意圖；

圖2為本發(fā)明制備的高溫超導(dǎo)線的臨界電流測(cè)定結(jié)果示意圖；

圖3為本發(fā)明制備的高溫超導(dǎo)線的交流損耗測(cè)定結(jié)果示意圖；

圖4為本發(fā)明制備高溫超導(dǎo)線的焊錫裝置圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)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，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

以下實(shí)施例提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，包括以下步驟：

S1、將高溫超導(dǎo)帶材和其它金屬帶材進(jìn)行切割；

S2、將切割后的高溫超導(dǎo)帶材和其它金屬帶材進(jìn)行面對(duì)面堆疊；

S3、將堆疊好的帶材進(jìn)行封裝，即得所述高溫超導(dǎo)線。

所述高溫超導(dǎo)帶材為第二代高溫超導(dǎo)帶材。

步驟S2中，所述切割后的高溫超導(dǎo)帶材和其它金屬帶材的寬度為1-2mm。

步驟S2中，所述金屬帶材包括紫銅帶材、黃銅帶材、不銹鋼帶材中的至少一種。

步驟S2中，所述切割后的高溫超導(dǎo)帶材的厚度為0.04-0.06mm；其它金屬帶材的厚度為0.08-0.1mm。

步驟S2中，所述堆疊過程中，高溫超導(dǎo)帶材的層數(shù)與金屬帶材的層數(shù)的比為2:1。金屬帶材層數(shù)過多，會(huì)導(dǎo)致不能滿足載流要求，并導(dǎo)致電阻值過大，影響線材的超導(dǎo)特性；過少則會(huì)導(dǎo)致失去本專利的設(shè)計(jì)價(jià)值，線材物理特性和事故保護(hù)能力較弱。

步驟S2中，所述堆疊方式包括：高溫超導(dǎo)帶材位于中間，高溫超導(dǎo)帶材上、下均堆疊其它金屬帶材。

所述的面對(duì)面堆疊具體采用以下步驟：

根據(jù)堆疊方式將每一根切割后的超導(dǎo)帶材和其它金屬帶材分別固定在焊錫裝置(如圖4所示)的放線裝置上，將所有帶材同時(shí)輸送入錫爐中，通過滾輪定位進(jìn)行焊接即可。

所述每根帶材輸送入錫爐前需涂覆助焊劑；

所述助焊劑為NCF-1A、NCF-1B、NCF-1C中的一種或多種；

所述帶材的輸送速度為0.1-3m/s；

所述焊接具體采用在100-300℃溫度下將帶材涂錫。

步驟S3中，所述封裝采用的方法包括將堆疊好的帶材裹以絕緣層即可。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，其工藝流程如圖1所示，包括以下步驟：

S1、將第二代高溫超導(dǎo)帶材和黃銅帶材進(jìn)行切割；

S2、將切割后的高溫超導(dǎo)帶材4根與黃銅帶材2根進(jìn)行面對(duì)面的堆疊，其中是第1、6層為黃銅帶材，2-5層為超導(dǎo)帶材；

S3、將堆疊好的帶材進(jìn)行封裝、鍍錫等工藝完成其成型，即得所述高溫超導(dǎo)線。

對(duì)本實(shí)施例制備的高溫超導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。30cm的制備品在77K溫度下，測(cè)得臨界電流為185A，證明該制品超導(dǎo)特性得以保留，臨界電流大小符合預(yù)期。同時(shí)，對(duì)該超導(dǎo)線進(jìn)行了交流損耗的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，橢圓模型和結(jié)果更接近于實(shí)際結(jié)果，實(shí)際自場(chǎng)損耗的頻率依賴較小。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，其工藝流程如圖1所示，包括以下步驟：

S1、將第二代高溫超導(dǎo)帶材和紫銅帶材進(jìn)行切割；

S2、將切割后的高溫超導(dǎo)帶材4根與紫銅帶材2根進(jìn)行面對(duì)面的堆疊，其中是第1、6層為紫銅帶材，2-5層為超導(dǎo)帶材；

S3、將堆疊好的帶材進(jìn)行封裝、鍍錫等工藝完成其成型，即得所述高溫超導(dǎo)線。

對(duì)本實(shí)施例制備的高溫超導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。30cm的制備品在77K溫度下，測(cè)得臨界電流為186A，證明該制品超導(dǎo)特性得以保留，臨界電流大小符合預(yù)期。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，其工藝流程如圖1所示，包括以下步驟：

S1、將第二代高溫超導(dǎo)帶材和不銹鋼帶材進(jìn)行切割；

S2、將切割后的高溫超導(dǎo)帶材4根與不銹鋼帶材2根進(jìn)行面對(duì)面的堆疊，其中是第1、6層為不銹鋼帶材，2-5層為超導(dǎo)帶材；

S3、將堆疊好的帶材進(jìn)行封裝、鍍錫等工藝完成其成型，即得所述高溫超導(dǎo)線。

對(duì)本實(shí)施例制備的高溫超導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。30cm的制備品在77K溫度下，測(cè)得臨界電流為183A，證明該制品超導(dǎo)特性得以保留，臨界電流大小符合預(yù)期。

對(duì)比例1-1

本對(duì)比例提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，與實(shí)施例1的方法基本相同，不同之處僅在于：黃銅帶材的位置從第1、6層變?yōu)榈?、4層。

本實(shí)施例制備的高溫超導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，結(jié)果為30cm的制備品在77K溫度下，測(cè)得臨界電流為169A。

對(duì)比例1-2

本對(duì)比例提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，與實(shí)施例1的方法基本相同，不同之處僅在于：黃銅帶材根數(shù)變成3根，位置為第1、3、6層。

本實(shí)施例制備的高溫超導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，結(jié)果為30cm的制備品在77K溫度下，測(cè)得臨界電流為140A。

對(duì)比例2-1

本對(duì)比例提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，與實(shí)施例2的方法基本相同，不同之處僅在于：紫銅帶材的位置從第1、6層變?yōu)榈?、4層。

本實(shí)施例制備的高溫超導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，結(jié)果為30cm的制備品在77K溫度下，測(cè)得臨界電流為165A。

對(duì)比例2-2

本對(duì)比例提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，與實(shí)施例2的方法基本相同，不同之處僅在于：紫銅帶材根數(shù)變成3根，位置為第1、3、6層。

本實(shí)施例制備的高溫超導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，結(jié)果為30cm的制備品在77K溫度下，測(cè)得臨界電流為141A。

對(duì)比例3-1

本對(duì)比例提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，與實(shí)施例3的方法基本相同，不同之處僅在于：不銹鋼帶材的位置從第1、6層變?yōu)榈?、4層。

本實(shí)施例制備的高溫超導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，結(jié)果為30cm的制備品在77K溫度下，測(cè)得臨界電流為169A。

對(duì)比例3-2

本對(duì)比例提供了一種混合堆疊制備高溫超導(dǎo)線的方法，與實(shí)施例3的方法基本相同，不同之處僅在于：不銹鋼帶材根數(shù)變成3根，位置為第1、3、6層。

本實(shí)施例制備的高溫超導(dǎo)線進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，結(jié)果為30cm的制備品在77K溫度下，測(cè)得臨界電流為137A。

表1實(shí)施例和對(duì)比例制備的高溫超導(dǎo)線檢測(cè)結(jié)果

本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)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(hù)范圍。對(duì)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，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。