適用于釔系超導(dǎo)帶材生產(chǎn)、檢測、存放一體化設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及超導(dǎo)帶材技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種適用于釔系超導(dǎo)帶材生產(chǎn)、檢測、存放一體化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]第二代高溫超導(dǎo)帶材是一種鍍層材料，在生產(chǎn)檢測過程中需要有相當(dāng)多的工序。實用新型
[0003]由于高溫銅氧化物超導(dǎo)體相干長度短，原子級別的缺陷成為了釘扎中心，這也使得一些大的缺陷，比如大角度晶界成為了弱連接。外延生長的YBCO超導(dǎo)薄膜臨界電流密度很高，但薄膜質(zhì)量對臨界電流的影響卻非常大，尤其是晶粒間弱連接。相鄰的晶粒間的晶界角直接決定了超導(dǎo)體承載電流的大小。研宄發(fā)現(xiàn)對于YBCO來講，晶界的臨界值Θ c = 4°，Θ c超過后，帶材載流的能力就會大大的下降。這就要求超導(dǎo)層晶粒有相當(dāng)整齊的排列，另外再加上YBCO材料延展性低，成相溫度高(> 900°C )，織構(gòu)形成困難，因此采用常規(guī)加工手段很難形成有用的超導(dǎo)帶材，必須使用薄膜沉積方法進行制備。這也使得YBCO帶材被稱為涂層導(dǎo)體。
[0004]第二代高溫超導(dǎo)體是多層薄膜結(jié)構(gòu)，一般由基帶、隔離層、種子層、帽子層、超導(dǎo)層、保護層等組成。第二代高溫超導(dǎo)帶材的制備工藝步驟包括:1、將基帶進行電化學(xué)拋光處理；2預(yù)處理表面和沉積隔離層；3、沉積兩道緩沖層；4、沉積種子層；5、沉積帽子層；6、沉積超導(dǎo)層；7、鍍銀保護層；8、氧氣下熱處理；9、分切帶材；10、封裝帶材；11、纏繞絕緣。
[0005]帶材生產(chǎn)的第一步會使用到電拋光設(shè)備，第二步到第七步每一步都會使用真空鍍膜設(shè)備進行動態(tài)鍍膜，第八步會對帶材進行退火處理，第九步會使用帶材分切裝置對帶材進行剪切處理，第十步會將超導(dǎo)帶和上下包覆層帶材用熱浸鍍的方式進行封裝處理，第十一步會用絕緣膠帶對超導(dǎo)帶材進行繞包處理。
[0006]在帶材的生產(chǎn)和檢測過程中，通常會遇到一系列問題:
[0007]第一個問題是將原料帶完好無損并且高效的裝入生產(chǎn)所用的帶材盤。
[0008]第二代高溫超導(dǎo)帶材中的每層薄膜最薄的只有納米級別，最厚的也就是微米級另IJ，而且其材料為陶瓷氧化物，特性非常脆弱，因此超導(dǎo)帶材禁不起任何彎折。一旦彎折了超導(dǎo)帶材，將即刻損壞超導(dǎo)帶材。另外由于超導(dǎo)層晶粒間的晶界角直接決定了超導(dǎo)體承載電流的大小，超導(dǎo)帶材對于基帶表面和鍍膜的表面都有著極高的要求，表面的粗糙度要求幾乎在納米級別。因此任何帶材表面的彎折、坑紋都會對帶材的性能造成無法挽回的影響。
[0009]第二代高溫超導(dǎo)帶材所用的原料是哈氏合金或者鎳鎢合金作為的基帶，帶材的長度在50m-1000米，帶材的寬度在10mm-12mm，帶材的厚度在50um-100um，第二代高溫超導(dǎo)帶材封裝所用帶材長度在50m-1000米，帶材的寬度在4mm-12mm，帶材的厚度在50um-100um，材料有紫銅、黃銅、不銹鋼等多種材料。超導(dǎo)帶材在生產(chǎn)過程中一般放入帶材盤中，如圖1所示。而買來的原料帶材包括氏合金或者鎳鎢合金作為的基帶，或者是紫銅、黃銅、不銹鋼等多種材料作為的封裝包覆層材料都是如圖2所示捆扎運送而來。由于生產(chǎn)廠商，生產(chǎn)線的不同每一圈帶材的中心圈大小都不一樣，而且這些帶材也沒有裝盤。因此如何將這些原料帶材高效迅速地導(dǎo)入第二代高溫超導(dǎo)帶材生產(chǎn)使用的帶材盤，且要求整個過程中杜絕帶材的損傷，這成為了帶材生產(chǎn)過程中的一個重要的問題。一般水平式對水平式的倒帶機結(jié)構(gòu)，帶材會刮蹭帶材盤的下邊緣造成一定的損傷。立式對立式的倒帶機結(jié)構(gòu)，原料帶材又無法安放。
[0010]第二個問題是帶材的動態(tài)檢測問題
[0011]第二代高溫超導(dǎo)帶材基帶拋光以后，以及每一層的薄膜通常都會用光學(xué)顯微鏡、原子力顯微鏡、臺階儀、X射線衍射儀、反射高能衍射儀等設(shè)備對樣品進行檢測表征。由于超導(dǎo)帶材制作工藝中第二步到第七步每一步都會使用真空鍍膜設(shè)備進行動態(tài)鍍膜，而真空鍍膜設(shè)備在實際應(yīng)用的狀態(tài)下，多多少少都會出現(xiàn)濺射靶打火放電的現(xiàn)象，而此類電弧放電的直接后果是導(dǎo)致薄膜在受到電弧沖擊下，表面出現(xiàn)凹凸不平，從而產(chǎn)生壞點，而這些凹凸不平甚至肉眼可見。因此我們通常會在每一道工序之后對帶材表面的薄膜進行視頻的監(jiān)測，以測出這些壞點在所在帶材上的位置。
[0012]第二個冋題是帶材的存放冋題
[0013]帶材在每道工藝之間都需要進行暫時的保存，而這樣的保存也是有一定的要求，首先要盡量的潔凈，恒溫恒濕并且干燥。此時帶材卷繞在帶材盤上，生產(chǎn)車間中會有非常多的繞著帶材的帶材盤，而且這些帶材盤都非常的重。如果將這些帶材盤簡單的疊起來存放，會出現(xiàn)以下的問題:首先疊放的帶材盤要拿取堆疊在下層的帶材盤非常困難，需要把上面一盤盤帶材全都移開。另外時間長了以后這些帶材盤都會由于長時間受到壓力而變形。其變形會導(dǎo)致，帶材在后續(xù)的生產(chǎn)過程中刮蹭到帶材盤的邊緣，造成表面看似不大，但超導(dǎo)性能巨大的損壞。
[0014]第四個問題是帶材的擦拭問題
[0015]帶材在第十道工序封裝工序以后需要將表面進行擦拭，原因在于封裝工藝使用熱浸鍍，熱浸鍍過程中不可避免的會使用到一些助焊劑。這些助焊劑往往會殘留在帶材的表面，需要通過用酒精的清洗或者擦拭去除。
[0016]第五個問題是帶材的分揀問題
[0017]帶材在整體性能測試進行連續(xù)測試，主要是帶材的臨界電流連續(xù)測量以后，會形成一系列數(shù)據(jù)。通常此時就需要對帶材進行分揀，分揀的目的在于將帶材的壞點剪出來。此時根據(jù)連續(xù)臨界電流的測試結(jié)果，會得到帶材在幾米處有斷點或性能不好等信息。此時就需要一臺設(shè)備精確的將此段不好帶材定位出來，讓檢測人員快速準(zhǔn)確實現(xiàn)分揀。另外分揀好的每根帶材的長度也是不一樣的，在出售的時候，需要再次的定位分揀，剪出所能滿足客戶需要的帶材段。
[0018]第六個問題是帶材厚度的測試問題
[0019]帶材的機械尺寸是帶材的一個重要的指標(biāo)，因為帶材往往會被用來繞制線圈。而繞制線圈對于機械尺寸的要求特別的嚴(yán)格，因為這關(guān)系到所繞制線圈的電磁性能、力學(xué)性能、熱學(xué)性能等等。由于寬度是定死的，所以對于使用帶材來說，尤其關(guān)心帶材厚度的尺寸，希望知道整個帶材厚度的信息。而厚度的突變也往往也預(yù)示著帶材上存在問題的根源，因此準(zhǔn)確的測試帶材厚度也是十分重要的問題。
[0020]帶材生產(chǎn)過程中除了應(yīng)用各種大型生產(chǎn)設(shè)備和檢測設(shè)備以外，以上的這些問題占據(jù)了絕大部分的問題的來源。因此設(shè)計一套一體化的設(shè)備有效的解決以上的問題，將對超導(dǎo)帶材的生產(chǎn)產(chǎn)生非常重要且深遠的影響。
【實用新型內(nèi)容】
[0021]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)帶材生產(chǎn)、檢測、存放中產(chǎn)生的各類問題，根據(jù)實際各工序的需要，提供了一種適用于釔系超導(dǎo)帶材生產(chǎn)、檢測、存放一體化設(shè)備。
[0022]本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0023]一種適用于釔系超導(dǎo)帶材生產(chǎn)、檢測、存放一體化設(shè)備，包括帶材存放箱3以及設(shè)置于帶材存放箱3上的水平式放卷機構(gòu)I和立式倒帶機構(gòu)2，所述水平式放卷機構(gòu)I和立式倒帶機構(gòu)2之間形成倒帶部分；其中:
[0024]所述帶材存放箱3用于存放帶材盤；
[0025]所述水平式放卷機構(gòu)I用于帶材放卷；
[0026]所述立式倒帶機構(gòu)2用于對水平式放卷機構(gòu)I放卷后輸出的帶材盤進行倒帶以及在倒帶過程中進行帶材擦拭、測厚和圖像分析。
[0027]優(yōu)選地，所述水平式放卷機構(gòu)I與立式倒帶機構(gòu)2高度一致、垂直方向以及放置位置一致，以保證帶材收卷時避免帶材刮蹭帶材盤。
[0028]優(yōu)選地，所述帶材存放箱3內(nèi)部設(shè)有至少一個帶材盤收納架，用于存放帶材盤，所述帶材存放箱3的內(nèi)壁上設(shè)置有恒溫恒濕裝置301。
[0029]優(yōu)選地，所述帶材盤收納架包括如下任一種或任多種結(jié)構(gòu):
[0030]-三角架式結(jié)構(gòu)，通過圓管焊接形成，相鄰兩根圓管之間設(shè)有用于帶材盤插入的間隙；
[0031]-水平盤式結(jié)構(gòu)，通過鋼板折疊形成，折疊后鋼板上開有用于帶材盤插入的插槽。
[0032]優(yōu)選地，所述水平式放卷機構(gòu)I包括:水平式放卷機構(gòu)底座101、磁粉離合器102、十字固定結(jié)構(gòu)103、帶止推滾珠的滾珠軸承104、傳動軸105、帶料托盤106、帶料內(nèi)徑固定卡扣107、帶料蓋板108、快速拆卸卡扣109、導(dǎo)向桿角度自動調(diào)節(jié)裝置110、導(dǎo)向桿111、導(dǎo)向桿支架112、延長支架113和固定手柄114 ;其中:
[0033]所述磁粉離合器102通過十字固定結(jié)構(gòu)103固定于水平式放卷機構(gòu)底座101上；
[0034]所述帶止推滾珠的滾珠軸承104裝配在十字固定結(jié)構(gòu)103上；
[0035]所述傳動軸105貫穿磁粉離合器102和帶止推滾珠的滾珠軸承104，并與磁粉離合器102相連；
[0036]所述帶料托盤106設(shè)置于傳動軸105的上方并與傳動軸105固定；
[0037]所述帶料內(nèi)徑固定卡扣107固定于帶料托盤106上；