CN103710521B - 一种用于改善涂层导体用长基带在线动态退火的辅助装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

一种用于改善涂层导体用长基带在线动态退火的辅助装置及实现方法属于超导材料制备领域。本装置由置于炉膛开口两侧的转向装置和导向装置组成；转向装置包括至少一对定滑轮，用以改变长基带在炉膛内部走带方向；导向装置为至少两对定滑轮，用以限制长基带在走带过程中的位置。将待退火的长基带从放带轮放出，用引带按照走带线路缠绕在转向装置和导向装置上，最后收于炉膛另一端的收带轮上；退火时，长基带在引带的牵引下，按走带路线若干次进出炉膛，达到满足完全再结晶的工艺参数要求后离开炉膛，在收带轮上盘圆，整个过程持续进行。该装置能够加装在已有装置上，提高炉膛空间利用率，减少长基带的热处理时间，节约能源和保护气氛，降低成本。

Description

一种用于改善涂层导体用长基带在线动态退火的辅助装置及实现方法

技术领域

本发明提供一种用于改善涂层导体用长基带在线动态退火的辅助装置及其实现方法，属于材料制备设备技术领域。

背景技术

伴随超导科技的飞速发展，应用领域对超导材料的需求日益增加，超导线带材的生产制备即将进入产业化进程。以YBCO（YBa₂Cu₃O_7-x）为代表的第二代高温超导体被认为是最有前景实现大规模应用的超导材料。由于YBCO属于陶瓷相超导体，需要涂覆于织构的金属韧性基带上才能实现大规模应用，加之超导线带材在接头处连接成本很高，因此采用压延辅助双轴织构（RABiTS）制备路线，量产单根长度较长（目前指标是百米级）织构的金属韧性基带，是推动超导材料应用的关键。

目前，机械加工环节通过优化工艺，可以制备出长度达到百米级的金属及其合金韧性带材，该带材需要经过完全再结晶退火，才能在其表面产生外延生长YBCO超导体所需的立方织构，成为符合涂层导体需求的金属韧性基带。对于此类基带短样品而言，在普通热处理炉中完成再结晶退火获得轧向分布均匀的立方织构相对容易。对于百米级长度的此类基带，则必须保证基带上各个部分经过完全相同的热处理工艺，才能得到轧向分布均匀的立方织构，而热处理过程中基带不可以堆叠并要保持良好的板型，这对于热处理炉和热处理工艺的设计都提出了更高的要求。国际上对此普遍认可的方法是采用卷到卷（Reel to Reel）在线动态退火技术，即一端放带轮持续放出基带，经过一定长度的均温炉膛，满足基带完成再结晶退火的热处理工艺，而后基带离开炉膛在另一端收带轮上盘圆，整个过程持续进行，直至长带全部完成热处理过程。由于整根长带上各个部分的动作效果一致，因此此种方法获得的长基带，其立方织构沿轧向均匀分布，质量可靠。

申请专利201210489278.0提出了一种百米级高温超导Ni-W合金基带的制造方法，其中对于百米级长度基带的再结晶退火，就是采用了立式动态退火装置，用于实现百米级长基带的热处理过程。该方法在生产应用中可确保长基带各个部分均满足再结晶退火的工艺参数，但其生产效率较低，需要消耗大量能源和保护气氛才能完成全部退火过程。例如，采用均温区长为0.9m的动态退火装置，完成100m长基带的动态退火，工艺参数为1100℃保温3h，则该长基带在动态退火过程中采用的走带速率为0.3m/h。忽略热处理炉升温和降温的时间，只计算以该走带速率完成整条基带热处理过程所需的时间大约是336.33h（从基带头部进入均温区到基带尾部离开均温区的时间），约合14天。由于在热处理过程中防止基带氧化，还要通入流动的混合还原气氛（如Ar-H₂、N₂-H₂等混合气，其中H₂体积含量小于爆炸极限），忽略热处理开始前的清洗炉膛的气体消耗和炉膛升温、降温过程中的流动消耗，只考虑整条基带完成热处理过程就需要流动消耗336.33h的混合还原气氛。因此如果对此种在线动态退火的方法加以改进，有效减少热处理时间，则可以节约大量能源和保护气氛，降低企业生产成本和人力成本。

发明内容

本发明的内容是提供一种用于改善涂层导体用长基带在线动态退火的辅助装置及其实现方法，该装置能够加装在已有动态退火装置上，提高炉膛空间的利用率，减少长基带的热处理时间，节约能源和保护气氛，降低企业生产成本和人力成本。同时，该装置结构简单，易于实现，可方便地与现有在线动态退火装置进行自由组合，以满足生产企业的不同需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于改善涂层导体用长基带在线动态退火的辅助装置，其特征在于：本装置由置于炉膛开口两侧的转向装置和导向装置组成；转向装置包括至少一对定滑轮，用以改变长基带在炉膛内部的走带方向，实现长基带在均温区内多线程同时退火；导向装置为至少两对定滑轮，用以限制长基带在走带过程中的位置，避免长基带相互接触从而影响表面质量；定滑轮的材料为刚玉，以减少退火过程中定滑轮自身损耗和对长基带表面的磨损。

本发明采用上述的辅助装置辅助涂层导体用长基带在线动态退火的方法，其特征在于：选用合适数量的转向装置和导向装置，并安装固定在炉膛开口两侧；合适数量的确定方法为在均温区空间足够的时候，通过增加转向装置和相应导向装置的数量来增加长基带在均温区中的往返次数，从而提高长基带的走带速率，减少热处理时间；将待退火的长基带从放带轮放出，用引带按照走带线路缠绕在转向装置和导向装置上，最后收于炉膛另一端的收带轮上；退火时，长基带在引带的牵引下，按照走带路线若干次进出炉膛，达到满足完全再结晶的工艺参数要求后离开炉膛，在收带轮上盘圆，整个过程持续进行，长基带尾部用引带进行延长，直至整条长基带全部完成在线动态退火过程。

本发明和现有技术相比有如下优点：

1.由于长基带在退火过程中多次反复进入炉膛均温区，等效于增加了均温区的长度（试验证明在反复过程中，出均温区后进行转向再进入均温区，即热处理中间的降温再升温过程对基带再结晶过程几乎没有影响，详见实施例），这可避免制备具有长均温区的热处理设备，减小设备体积和场地占用，并大大降低设备制造成本；

2.在满足相同的热处理工艺参数条件下，由于长基带多次反复进入炉膛，走带速率可相应提高数倍（使用n线程同时退火，走带速率即为单线程的n倍，用时则只需要单线程的n分之一，详见实施例），极大地节约了能源和保护气氛的消耗，降低企业生产成本和人力成本；

3.本装置作为涂层导体用长基带在线动态退火的辅助装置，结构简单，易于实现，可方便地与现有在线动态退火装置进行自由组合，以满足生产企业的不同需求。

附图说明

图1是采用一组转向装置实现长基带三线程同时在线动态退火的示意图；

图2是采用两组转向装置实现长基带五线程同时在线动态退火的示意图；

图3是满足背景技术中案例的工艺参数，采用普通单线程动态退火方法制备的Ni-5at.%W合金基带再结晶退火后表面（111）面极图；

图4是与背景技术中案例的工艺参数相同，采用三线程同时在线动态退火方法制备的Ni-5at.%W合金基带再结晶退火后表面（111）面极图；

图5是与背景技术中案例的工艺参数相同，采用五线程同时在线动态退火方法制备的Ni-5at.%W合金基带再结晶退火后表面（111）面极图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对照背景技术中的案例，对本发明内容做进一步的详细说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

如图1所示，将本发明的一组转向装置A1和A1*及导向装置B1和B1*、B2和B2*依设计需要安装在炉膛均温区外开口两侧，保证待退火的Ni-5at.%W合金长基带在走带过程中不发生相互接触。

为了达到对比效果，本实施例仍采用背景技术中案例的各项参数，即均温区长为0.9m，完成100m长基带的动态退火，工艺参数为1100℃保温3h。由于使用了一组转向装置，相当于该长基带是三线程同时在线动态退火，则其采用走带速率为0.9m/h，即进出一次均温区用时1h、共进出3次就可达到保温3h的工艺要求。与背景技术中案例的计时方法类似，仍旧忽略热处理炉升温和降温的时间，只计算以该走带速率完成整条基带热处理过程所需的时间大约是112.11h，不到5天，仅为单线程工作时间的三分之一。时间的缩短极大地减少了能源和保护气氛的消耗，从而降低企业生产成本和人力成本。

在考虑效率提高的同时，还要保证长基带在线动态退火的质量。图3是采用普通单线程动态退火方法制备的Ni-5at.%W合金基带再结晶退火后表面（111）面极图，图4是本实施例实现三线程同时在线动态退火方法制备的Ni-5at.%W合金基带再结晶退火后表面（111）面极图，可以看出二者的织构的强度和取向集中度非常相近，这说明三次进出均温区达到热处理工艺标准的多次退火工艺与原来一次达到热处理工艺标准的单次退火工艺相比，对长基带表面织构的形成几乎没有影响。

实施例2

如图2所示，将本发明的两组转向装置A1和A1*、A2和A2*及导向装置B1和B1*、B2、B3、B4和B4*依设计需要安装在炉膛均温区外开口两侧，保证待退火的Ni-5at.%W合金长基带在走带过程中不发生相互接触。

与实施例1相似，本实施例仍采用背景技术中案例的各项参数，以达到对比效果。由于使用了两组转向装置，相当于该长基带是五线程同时在线动态退火，则其采用走带速率为1.5m/h，即进出一次均温区用时0.6h、共进出5次就可达到保温3h的工艺要求。仍旧忽略热处理炉升温和降温的时间，只计算以该走带速率完成整条基带热处理过程所需的时间大约是67.27h，不到3天，仅为单线程工作时间的五分之一。时间的进一步缩短更多地减少了能源和保护气氛的消耗，有效降低企业生产成本和人力成本。

图5是本实施例实现五线程同时在线动态退火方法制备的Ni-5at.%W合金基带再结晶退火后表面（111）面极图，对比图3可以看出二者的织构的强度和取向集中度也非常相近，这说明五次进出均温区达到热处理工艺标准的多次退火工艺与原来一次达到热处理工艺标准的单次退火工艺相比，对长基带表面织构的形成也几乎没有影响。

本发明不局限于实施例中举例使用的Ni-5at.%W合金基带，也不局限于使用三线程或五线程同时在线退火。在均温区空间足够的时候，可以通过增加转向装置和相应导向装置的数量来增加长基带在均温区中的往返次数，从而提高长基带的走带速率，减少热处理时间，降低能源和保护气氛的消耗。但伴随走带速率的增加，对长基带的机械强度要求也会相应提高，因此在应用中企业应根据自己产品的实际情况优化本发明辅助装置的使用数量，以提高良品生产效率，降低企业成本。

Claims (1)

1.一种采用辅助装置辅助涂层导体用长基带在线动态退火的方法，其特征在于：所述辅助装置由置于炉膛均温区外开口两侧的转向装置和导向装置组成；转向装置包括至少一对定滑轮，用以改变长基带在炉膛内部的走带方向，实现长基带在均温区内多线程同时退火；导向装置为至少两对定滑轮，用以限制长基带在走带过程中的位置，避免长基带相互接触从而影响表面质量，其中转向装置和导向装置所使用的定滑轮的材料为刚玉，以减少退火过程中定滑轮自身损耗和对长基带表面的磨损；所述方法为选用合适数量的转向装置和导向装置，并安装固定在炉膛开口两侧；合适数量的确定方法为在均温区空间足够的时候，通过增加转向装置和相应导向装置的数量来增加长基带在均温区中的往返次数，从而提高长基带的走带速率，减少热处理时间；将待退火的长基带从放带轮放出，用引带按照走带线路缠绕在转向装置和导向装置上，最后收于炉膛另一端的收带轮上；退火时，长基带在引带的牵引下，按照走带路线若干次进出炉膛，达到满足完全再结晶的工艺参数要求后离开炉膛，在收带轮上盘圆，整个过程持续进行；其中，长基带尾部用引带进行延长，保证整条长基带全部完成在线动态退火过程；其中，所述多线程为三线程或五线程，当为三线程同时在线退火时，走带速率为0.9m/h，当为五线程同时在线退火时，走带速率为1.5m/h。