CN105390830A - 实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法及结构 - Google Patents

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Abstract

一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法及结构，该方法包括以下步骤：使一根超导导线沿着过渡层与超导层之间的界面裂开，将包括超导层和银稳定层的部分作为超导连接体；对另外两根超导导线的端部去除银层露出超导层；将这两根超导导线的端部相邻放置，焊接金属基底；将这两根超导导线的超导层上覆盖超导连接体；在低氧分压气氛下进行成相热处理，使超导连接体与超导导线的超导层的界面处生成缺氧态的稀土钡铜氧相；在高氧分压气氛下进行充氧热处理，使稀土钡铜氧相具备超导性质，从而实现超导连接体与超导导线的超导层之间超导连接。本发明实现的超导连接具有优良机械性能，并能降低充氧难度，缩短热处理时间，降低连接加工成本。

Description

实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法及结构
技术领域
本发明属于高温超导导线加工技术领域，具体涉及一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法及结构。
背景技术
稀土钡铜氧(REBa2Cu3O7-δ，其中RE为稀土元素，包括Y、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Eu、Sm、Nd、La等)高温超导导线在液氮温度(77K)下具有优良的载流性能，应用前景广阔。稀土钡铜氧高温超导导线的基本结构包括四个主要部分：银稳定层、超导层、过渡层和金属基底。一般在上述基本结构外面还会增加铜、不锈钢等材料构成的加强层以进一步增强超导导线机械性能，但加强层并不是超导导线必需的基本结构部分(在本发明的文字中所涉及的超导导线均为没有加强层的情况，或者在加工区域已经去除了加强层)。在上述的四个主要部分中，银保护层一般厚度为1～2微米，可以起到保护超导层的作用；超导层的厚度一般为1～2微米，起到传导超导电流的作用，是超导导线的核心部分；过渡层一般由若干层薄膜构成，可以起到阻隔超导层与金属基底之间的元素扩散、传导双轴织构等作用，总厚度一般在1微米以下；金属基底的厚度一般为50～100微米的厚度，一般使用哈氏合金(HastelloyC276)或不锈钢材料，起到提高超导导线机械性能的作用。
目前此类高温超导导线的生产长度一般为数百米至一千米，由于很多应用领域中需要用到更长的超导导线，如高场磁体绕制、超导电机制造、超导储能系统制造等，因此超导导线连接技术的开发具有重要意义。稀土钡铜氧超导导线连接技术的现有技术方案中，最常见的是使用银等低电阻介质进行直接连接，虽然最优的连接电阻可以达到纳欧姆以下，但是由于超导导线在应用当中一般需要承载数十到上百安培的大电流，而且必须使用在液氮温度甚至更低的温度环境下，因此连接处电阻所生成的焦耳热对于系统的安全运行构成了严重的潜在威胁。
现有的可以实现无电阻的超导连接的技术方案，主要是韩国KoreaUniversity的Park等人提出的激光打孔技术与机械加压热处理相结合的方法(NPGAsiaMaterials.2014,6:1-5；SuperconductorScience&Technology.2014,27:085008.)。在该技术方案中，将两根需要连接的超导导线的超导层面对面放置，通过低氧分压和机械加压下的热处理使超导层表面出现局域熔化，进而生成新的稀土钡铜氧晶粒连接两个超导层，该方法中需要使用激光打孔实现平均间距0.5毫米左右的密集孔洞阵列，以加快充氧热处理的氧扩散过程。但是，该技术方案的充氧热处理时间仍然长达350小时左右，而且激光打孔技术的使用也不利于产业化。而且，该技术方案得到的超导导线连接结构中，两个超导层之间新生成的稀土钡铜氧晶粒既作为超导连接又作为机械连接，该连接技术所得到的超导导线与母超导导线相比，机械性能会显著降低。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法及结构,具有优良机械性能，并降低充氧难度，缩短热处理时间，降低连接加工的成本。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法，包括以下步骤：
a)对一根超导导线进行劈裂处理，使之沿着过渡层与超导层之间的界面裂开，将包括超导层和银稳定层的部分作为超导连接体；
b)对需要连接的两根超导导线的端部进行银层去除处理以露出超导层表面；
c)将经步骤b)处理的两根超导导线的端部相邻放置，焊接两根超导导线的金属基底以实现机械连接；
d)在经步骤c)处理的两根超导导线的超导层上覆盖超导连接体，将超导连接体的劈裂面覆盖在需要连接的两根超导导线的超导层上；
e)在适当的低氧分压气氛下进行成相热处理，使超导连接体与超导导线的超导层的界面处生成缺氧态的稀土钡铜氧相；
f)在适当的高氧分压气氛下进行充氧热处理，使稀土钡铜氧相具备超导性质，从而实现超导连接体与超导导线的超导层之间超导连接。
进一步地：
步骤a)中还对得到的超导连接体的劈裂面进行等离子体表面处理或离子束表面处理。
步骤a)使用的超导导线相对于步骤b)使用的超导导线在77K和自场下具有更高的临界电流值。
步骤b)中的银层去除处理为银层腐蚀处理，优选地，银层腐蚀处理使用NH3·H2O和H2O2的水溶液腐蚀银层，该溶液中NH3·H2O的体积分数为5％～50％，H2O2的体积分数为5％～50％。
步骤c)使用激光焊接或点焊方法实现金属基底之间的机械连接。
步骤d)中使超导连接体的劈裂面和需要连接的两根超导导线的超导层直接接触，并进行固定；或在超导连接体的劈裂面和两根超导导线的超导层之间放置可在热处理过程中生成稀土钡铜氧相的焊料，之后再固定，优选地，所述焊料发生反应的热处理温度低于所述超导导线的超导层的熔点。
步骤e)中使用的氧分压为0.001Pa～100Pa，热处理温度为500℃～900℃，热处理保温时间为0.1分钟～12小时，优选地，在机械加压下进行成相热处理，机械加压的压强范围为0.1MPa～100Mpa。
步骤f)中使用的氧分压为1×104Pa～1×107Pa，热处理温度为400℃～600℃，热处理保温时间为1小时～200小时。
步骤d)中，还使用银箔对超导连接体和两根超导导线进行包裹固定；步骤f)后，去除包裹的银箔，以得到完成连接的新超导导线。
一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法，包括以下步骤：
a)对一根超导导线进行劈裂处理，使之沿着过渡层与超导层之间的界面裂开，将包括超导层和银稳定层的部分作为超导连接体；
b)对需要连接的两根超导导线的端部进行银层去除处理以露出超导层表面；
c)将经步骤b)处理的两根超导导线的端部相邻放置；
d)在两根超导导线的超导层上覆盖超导连接体，将超导连接体的劈裂面覆盖在需要连接的两根超导导线的超导层上；
e)在适当的低氧分压气氛下进行成相热处理，使超导连接体与超导导线的超导层的界面处生成缺氧态的稀土钡铜氧相；
f)在适当的高氧分压气氛下进行充氧热处理，使稀土钡铜氧相具备超导性质，从而实现超导连接体与超导导线的超导层之间超导连接；
g)使用机械连接体，将其焊接在两根超导导线的金属基底连接处的表面以实现机械连接。
优选地，所述机械连接体为哈氏合金或不锈钢片。
一种实现稀土钡铜氧高温超导导线的超导连接的结构，包括端部相邻放置的两根超导导线和连接所述两根超导导线的超导连接体；所述两根超导导线端部的银层经去除而露出超导层表面；所述超导连接体是由一根超导导线进行劈裂处理，沿着过渡层与超导层之间的界面裂开而得到的具有超导层和银稳定层的部分，所述超导连接体的劈裂面覆盖在所述两根超导导线的超导层上并相结合，且在结合界面处生成有具备超导性质的稀土钡铜氧相；所述两根超导导线端部的金属基底直接焊接或者通过焊接在所述两根超导导线的金属基底连接处的表面的机械连接体而实现机械连接。
本发明的有益效果：
本发明提出一种用于稀土钡铜氧高温超导导线连接的方法，具有优良机械性能，并能够降低充氧难度，缩短热处理时间，降低连接加工的成本。基于该类超导导线内部结构特点，该方法对需要连接的两根超导导线的金属基底和超导层进行分别连接，使金属基底的连接具有保障超导导线机械性能的能力，使超导层的连接具有保障超导电流传导的能力。同时，利用该类超导导线可劈裂的特性，通过劈裂去除超导导线的金属基底和过渡层，将剩余的超导层和银稳定层部分作为超导连接体，从而可以在后续的充氧热处理中，使氧扩散主要发生在超导层厚度方向，有利于缩短充氧热处理所需的时间。相对于现有的超导导线超导连接方法，本发明对机械连接和超导连接进行分别处理，有效利用到该类超导导线本身具有功能分工的结构特点，可以分别保证超导导线的机械性能和超导性能；同时，本发明利用了该类超导导线可劈裂的特性，借此获得易于充氧的超导连接体来实现超导导线之间的有利连接，降低充氧难度，缩短热处理时间，降低连接加工的成本。
附图说明
图1是本发明实施例一中对一根稀土钡铜氧高温超导导线进行劈裂处理得到超导连接体的结构示意图；
图2是本发明实施例一中对需要连接的两根超导导线进行放置时的位置关系、以及激光焊接位置的结构示意图；
图3是本发明实施例一中超导连接体与需要连接的两根超导导线的位置关系的结构示意图；
图4是本发明实施例二中超导连接体、哈氏合金片与需要连接的两根超导导线的位置关系的结构示意图；
图5是本发明实施例三中超导连接体、焊料与需要连接的两根超导导线的位置关系的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图3，在一种实施例中，一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法，包括以下步骤：
a)对一根超导导线进行劈裂处理，使之沿着过渡层与超导层之间的界面裂开，将包括超导层和银稳定层的部分作为超导连接体；
b)对需要连接的两根超导导线的端部进行银层去除处理以露出超导层表面；
c)将经步骤b)处理的两根超导导线的端部相邻放置，焊接两根超导导线的金属基底以实现机械连接；
d)在经步骤c)处理的两根超导导线的超导层上覆盖超导连接体，将超导连接体的劈裂面覆盖在需要连接的两根超导导线的超导层上；
e)在适当的低氧分压气氛下进行成相热处理，使超导连接体与超导导线的超导层的界面处生成缺氧态的稀土钡铜氧相；
f)在适当的高氧分压气氛下进行充氧热处理，使稀土钡铜氧相具备超导性质，从而实现超导连接体与超导导线的超导层之间超导连接。
根据该实施例，本发明对需要连接的两根超导导线的端部进行银层去除处理以露出超导层表面，将两根超导导线的端部相邻放置，焊接金属基底实现机械连接，然后在超导层上覆盖超导连接体并进行固定，通过低氧分压下的机械加压热处理使连接体与超导导线的超导层的界面处形成缺氧态的稀土钡铜氧相，再进行高氧分压下的充氧热处理使稀土钡铜氧相具备超导性质，从而实现超导连接。
在另一种实施例中，也可以跳过步骤c)中的机械连接处理，而是在步骤f)完成后，使用一段哈氏合金或不锈钢片，将其焊接在两根超导导线的金属基底连接处的表面以实现两根超导导线的机械连接。
藉此，本发明的实施例提供了一种能够实现稀土钡铜氧高温超导导线之间连接的新方法，其利用超导导线结构的功能分工，分别对超导层和金属基底进行连接，使超导层的连接具有保障超导电流传导的能力，使金属基底的连接具有保障超导导线机械性能的能力。
超导连接体的加工方式是本发明实施例的另一优势。为了使超导导线在连接之后能够具备与初始超导导线相当的超导性能，而且使连接加工过程简单易行，选择合适的超导连接体非常重要，其技术要求包括易于充氧、体积小、载流能力强等特点。稀土钡铜氧高温超导导线的基本结构中，超导层和过渡层之间容易出现劈裂脱离的情况，特别是在受热不均匀时很容易发生，这是该类超导导线应用中较为常见的一个问题。但是，本发明将利用超导导线的这一特点，通过劈裂的方法去除不利于氧扩散的金属基底与过渡层，以剩余的超导层与银稳定层作为超导连接体，氧气在银内的扩散系数非常高，因此银稳定层内的氧扩散弛豫时间相对于超导层内的氧扩散弛豫时间可以忽略不计；此外该超导连接体厚度很小，而且保留了超导导线的载流能力，因此可以很好地满足前述的技术要求。
氧气在稀土钡铜氧超导层中的扩散过程具有显著的各向异性，其中表面方向(即a-b面内方向)的扩散系数比厚度方向(即晶体结构的c轴方向)大10000倍以上。典型的超导导线中，超导层的厚度为1微米，宽度为4毫米。由于氧扩散的弛豫时间大致与扩散方向的材料尺度的平方成正比，与扩散系数成反比，因此充氧热处理中，本发明的氧扩散主要发生在厚度方向。相比于氧扩散主要发生在表面方向的现有技术方案，充氧热处理时间可以明显缩短。
因此，本发明实施例的超导导线连接方法中，将两根超导导线中的金属基底和超导层分别进行连接，发挥了该类超导导线内部各部分具有功能分工的结构特点，可以分别保证超导导线的机械性能和超导性能。而且，本发明实施例利用了该类超导导线可劈裂的特性，可以获得易于充氧的超导连接体，也有利于加快充氧热处理过程，不需要使用激光打孔技术。因此，相对于现有技术，本发明的方法具备明显的性能分工优势和加工成本优势。
在一些实施例中，步骤d)中使超导连接体的劈裂面和需要连接的两根超导导线的超导层直接接触，并进行固定。
在更优选的实施例中，在超导连接体的劈裂面和两根超导导线的超导层之间放置可在热处理过程中生成稀土钡铜氧相的焊料，之后再固定，更优选地，所述焊料发生反应的热处理温度低于所述超导导线的超导层的熔点。
在一些实施例中，所用焊料为稀土钡铜氧粉末，优选还加入作为助剂的银粉，更优选地，银粉占粉末焊料的质量分数范围为0.1％～20％。
在另一些实施例中，所用焊料为包括稀土元素氧化物粉末、氧化钡或碳酸钡粉末、氧化铜粉末的混合物，优选地，粉末焊料为包括氧化钇粉末、碳酸钡或氧化钡粉末、氧化铜粉末与作为助剂的KOH粉末的混合物，更优选地，粉末焊料中钇、钡、铜三种元素的物质的量之比为1：2：3，KOH粉末的质量占粉末焊料质量分数可为5％～50％。
参阅图3至图5，在另一种实施例中，一种实现稀土钡铜氧高温超导导线的超导连接的连接结构，包括端部相邻放置的两根超导导线和连接所述两根超导导线的超导连接体；所述两根超导导线端部的银层经去除而露出超导层表面；所述超导连接体是由一根超导导线进行劈裂处理，沿着过渡层与超导层之间的界面裂开而得到的具有超导层和银稳定层的部分，所述超导连接体的劈裂面覆盖在所述两根超导导线的超导层上并相结合，且在结合界面处生成有具备超导性质的稀土钡铜氧相；所述两根超导导线端部的金属基底直接焊接或者通过焊接在所述两根超导导线的金属基底连接处的表面的机械连接体而实现机械连接。
以下通过更具体的实施例进行说明。
实施例一
本实施例将结合图1至图3进行描述，一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法包括以下几个步骤：
S1：对一根超导导线进行劈裂处理，使之沿着过渡层与超导层之间的界面裂开，将包括超导层和银稳定层的部分作为超导连接体；
S2：对需要连接的两根超导导线的端部进行银层腐蚀处理以露出超导层表面；
S3：将两根超导导线的端部相邻放置，焊接金属基底实现机械连接；
S4：在两根超导导线的超导层上覆盖超导连接体，并使用银箔进行包裹固定；
S5：在低氧分压气氛和机械加压下进行成相热处理，使超导连接体与超导导线的超导层的界面处生成稀土钡铜氧相；
S6：在高氧分压气氛下进行充氧热处理，使稀土钡铜氧相具备超导性质，从而实现超导连接体与超导导线的超导层之间超导连接；
S7：去除包裹银箔，得到完成连接的新超导导线。
其中，本实施例中需要连接的两根超导导线，以及用来加工超导连接体的超导导线，宽度可为4～12毫米，由于大部分的超导导线产品宽度为4毫米左右，本实施例使用4毫米宽度的超导导线进行操作。
用来加工超导连接体的超导导线长度可为2～20厘米，本实施例优选地使用10厘米长度。对于需要连接的两根超导导线没有长度要求。
步骤S1的内容可结合图1进行描述，图1所示的超导导线包括：超导导线的银稳定层1-1、超导导线的超导层1-2、超导导线的过渡层1-3、超导导线的金属基底1-4。虚线框1-5所示为劈裂操作后得到的超导连接体。
步骤S1中所述的劈裂操作，可以使用电烙铁等方式加热该超导导线的一端，温度范围约为100～300℃，可以使端部沿着1-2和1-3之间的界面裂开，然后停止加热，施加合适的拉力将裂缝扩展到超导导线内部，最终将整个超导导线完全劈裂，保留虚线框1-5所示的包含超导层与银稳定层的超导连接体。在劈裂操作之前，可以使用电镀银或银膜真空沉积的方法进一步增加银稳定层的厚度，以利于劈裂操作以及后续对超导连接体的操作。较佳地，劈裂操作得到的超导连接体厚度范围为1微米～50微米，本实施例中的优选厚度为5微米。优选地，对超导连接体的劈裂面，可以进行等离子体表面处理或离子束表面处理，以提高其光洁程度。
优选地，步骤S1中使用的超导导线相对于需要连接的两根超导导线，在77K和自场下具有更高的临界电流值。
步骤S2中所述的银层腐蚀操作，可以使用含有NH3·H2O和H2O2的水溶液，该溶液中NH3·H2O的体积分数为5％～50％，H2O2的体积分数为5％～50％。在银层腐蚀过程中，超导体材料并没有被腐蚀，因此不影响超导层的超导性。
步骤S3的内容可结合图2进行描述，图2所示的连接结构包括：第一根超导导线在端部银层腐蚀处理之后，超导导线内部未被腐蚀的银稳定层2-1；第一根超导导线的超导层2-2；第一根超导导线的过渡层2-3；第一根超导导线的金属基底2-4；第二根超导导线在端部银层腐蚀处理之后，超导导线内部未被腐蚀的银稳定层2-5；第二根超导导线的超导层2-6；第二根超导导线的过渡层2-7；第二根超导导线的金属基底2-8；虚线框2-9内表示进行焊接操作的两根超导导线界面处。
步骤S3中所述的焊接操作，可以使用激光焊接或点焊等方法，本实施例中使用激光焊接方法，使虚线框2-9内所示的界面处的金属基底局域熔化进而连接，以实现两根超导导线之间的机械连接。
步骤S4的内容可结合图3进行描述，图3所示的连接结构包括：第一根超导导线在端部银层腐蚀处理之后，超导导线内部未被腐蚀的银稳定层3-1；第一根超导导线的超导层3-2；第一根超导导线的过渡层3-3；第一根超导导线的金属基底3-4；第二根超导导线在端部银层腐蚀处理之后，超导导线内部未被腐蚀的银稳定层3-5；第二根超导导线的超导层3-6；第二根超导导线的过渡层3-7；第二根超导导线的金属基底3-8；超导连接体的银稳定层3-9，超导连接体的超导层3-10。本实施例中，使超导连接体的劈裂面和需要连接的两根超导导线的超导层直接接触，优选地，还使用银箔进行包裹固定，所用银箔厚度可为10微米～100微米。
步骤S5中所述的成相热处理操作，使用的气氛氧分压可为0.001Pa～100Pa，本实施例优选的氧分压为1Pa；机械加压的压强可为0.1MPa～100Mpa，本实施例优选的压强为20Mpa；热处理温度可为500℃～900℃，本实施例的优选热处理温度为850℃；热处理保温时间可为0.1分钟～12小时，本实施例的优选保温时间为1分钟。使用这一热处理过程，可以使两根超导导线的超导层表面与超导连接体的劈裂面出现局域熔化，进而生成新的稀土钡铜氧晶粒连接这些表面。
步骤S6中所述的充氧热处理操作，使用的气氛氧分压可为1×104Pa～1×107Pa，本实施例优选的氧分压为1×105Pa；热处理温度可为400℃～600℃，本实施例优选的热处理温度为500℃；热处理保温时间可为1小时～200小时，本实施例优选的保温时间为100小时。
本实施例完成连接的新超导导线，在液氮温度和自场下的超导临界电流为原始超导导线其中一根的临界电流的10％～100％。
另外，新超导导线的连接部分还可以进行后续的镀银处理，以保护超导相；也可以对整根新超导导线包裹铜单质、铜合金、不锈钢等材料作为加强层，以进一步增强其机械性能。
实施例二
本实施例将结合图4进行描述，一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法包括以下几个步骤：
S1：对一根超导导线进行劈裂处理，使之沿着过渡层与超导层之间的界面裂开，将包括超导层和银稳定层的部分作为超导连接体；
S2：对需要连接的两根超导导线的端部进行银层腐蚀处理以露出超导层表面；
S3：将两根超导导线的端部相邻放置，在两根超导导线的超导层上覆盖超导连接体，并使用银箔进行包裹固定；
S4：在低氧分压气氛和机械加压下进行成相热处理，使超导连接体与超导导线的超导层的界面处生成稀土钡铜氧相；
S5：在高氧分压气氛下进行充氧热处理，使稀土钡铜氧相具备超导性质，从而实现超导连接体与超导导线的超导层之间超导连接；
S6：去除包裹的银箔，使用一段与超导导线等宽的哈氏合金或不锈钢片，将其焊接在两根超导导线的金属基底连接处的表面实现机械连接，得到完成连接的新超导导线。
本实施例的上述步骤，与实施例一在大部分环节的操作过程及其参数可以是相同的，下面只对存在差异的过程进行详细描述。
图4展示的是本实施例最终的超导导线连接位置的结构示意图，图4所示的连接结构包括：第一根超导导线在端部银层腐蚀处理之后，超导导线内部未被腐蚀的银稳定层4-1；第一根超导导线的超导层4-2；第一根超导导线的过渡层4-3；第一根超导导线的金属基底4-4；第二根超导导线在端部银层腐蚀处理之后，超导导线内部未被腐蚀的银稳定层4-5；第二根超导导线的超导层4-6；第二根超导导线的过渡层4-7；第二根超导导线的金属基底4-8；超导连接体的银稳定层4-9，4-10为超导连接体的超导层；机械连接体4-11，其可以是哈氏合金或不锈钢片等。
步骤S6中所述的焊接操作，可以使用哈氏合金或不锈钢片作为机械连接体4-11，本实施例中使用哈氏合金片；该机械连接体的厚度范围可为10微米～100微米，本实施例优选使用的厚度为50微米；该机械连接体长度可为1厘米以上，最长的情况可与完成连接的新超导导线相同，即作为加强层，本实施例优选使用的长度为15厘米。
实施例三
本实施例将结合图5进行描述，一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法包括以下几个步骤：
S1：对一根超导导线进行劈裂处理，使之沿着过渡层与超导层之间的界面裂开，将包括超导层和银稳定层的部分作为超导连接体；
S2：对需要连接的两根超导导线的端部进行银层腐蚀处理以露出超导层表面；
S3：将两根超导导线的端部相邻放置，焊接金属基底实现机械连接；
S4：在两根超导导线的超导层上覆盖超导连接体，在其界面中均匀置入可在热处理过程中生成稀土钡铜氧相的焊料，然后使用银箔进行包裹固定；
S5：在低氧分压气氛和机械加压下进行成相热处理，使超导连接体与超导导线的超导层的界面处生成稀土钡铜氧相；
S6：在高氧分压气氛下进行充氧热处理，使稀土钡铜氧相具备超导性质，从而实现超导连接体与超导导线的超导层之间超导连接；
S7：去除包裹银箔，得到完成连接的新超导导线。
本实施例的上述步骤，与实施例一在大部分环节的操作过程及其参数可以是相同的，下面只对存在差异的过程进行详细描述。
图5展示的是本实施例最终的超导导线连接位置的结构示意图，图5所示的连接结构包括：第一根超导导线在端部银层腐蚀处理之后，超导导线内部未被腐蚀的银稳定层5-1；第一根超导导线的超导层5-2；第一根超导导线的过渡层5-3；第一根超导导线的金属基底底；第二根超导导线在端部银层腐蚀处理之后，超导导线内部未被腐蚀的银稳定层5-5；第二根超导导线的超导层5-6；第二根超导导线的过渡层5-7；第二根超导导线的金属基底5-8；超导连接体的银稳定层5-9；超导连接体的超导层5-10；可以生成稀土钡铜氧相的焊料5-11。
步骤S4中所述的焊料，其特征为可以在步骤S5的成相热处理中反应生成稀土钡铜氧超导晶粒，连接第一根超导导线的超导层5-2、第二根超导导线的超导层5-6与超导连接体的超导层5-10。本实施例中使用的焊料成分包括氧化钇、氧化钡、氧化铜、氢氧化钾等，其摩尔比例为1:2:3:5。
步骤S5中所述的成相热处理中，烧结温度在本实施例中优选值为600℃，保温时间在本实施例中优选值为10小时，其他参数与实施例一相同。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)对一根超导导线进行劈裂处理，使之沿着过渡层与超导层之间的界面裂开，将包括超导层和银稳定层的部分作为超导连接体；
b)对需要连接的两根超导导线的端部进行银层去除处理以露出超导层表面；
c)将经步骤b)处理的两根超导导线的端部相邻放置，焊接两根超导导线的金属基底以实现机械连接；
d)在经步骤c)处理的两根超导导线的超导层上覆盖超导连接体，将超导连接体的劈裂面覆盖在需要连接的两根超导导线的超导层上；
e)在适当的低氧分压气氛下进行成相热处理，使超导连接体与超导导线的超导层的界面处生成缺氧态的稀土钡铜氧相；
f)在适当的高氧分压气氛下进行充氧热处理，使稀土钡铜氧相具备超导性质，从而实现超导连接体与超导导线的超导层之间超导连接。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)中还对得到的超导连接体的劈裂面进行等离子体表面处理或离子束表面处理。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)使用的超导导线相对于步骤b)使用的超导导线在77K和自场下具有更高的临界电流值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)中的银层去除处理为银层腐蚀处理，优选地，银层腐蚀处理使用NH3·H2O和H2O2的水溶液腐蚀银层，该溶液中NH3·H2O的体积分数为5％～50％，H2O2的体积分数为5％～50％。
5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤c)使用激光焊接或点焊方法实现金属基底之间的机械连接。
6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，步骤d)中使超导连接体的劈裂面和需要连接的两根超导导线的超导层直接接触，并进行固定；或在超导连接体的劈裂面和两根超导导线的超导层之间放置可在热处理过程中生成稀土钡铜氧相的焊料，之后再固定，优选地，所述焊料发生反应的热处理温度低于所述超导导线的超导层的熔点。
7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，步骤e)中使用的氧分压为0.001Pa～100Pa，热处理温度为500℃～900℃，热处理保温时间为0.1分钟～12小时，优选地，在机械加压下进行成相热处理，机械加压的压强范围为0.1MPa～100Mpa；步骤f)中使用的氧分压为1×104Pa～1×107Pa，热处理温度为400℃～600℃，热处理保温时间为1小时～200小时。
8.如权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，步骤d)中，还使用银箔对超导连接体和两根超导导线进行包裹固定；步骤f)后还去除包裹的银箔，以得到完成连接的新超导导线。
9.一种实现稀土钡铜氧高温超导导线之间超导连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)对一根超导导线进行劈裂处理，使之沿着过渡层与超导层之间的界面裂开，将包括超导层和银稳定层的部分作为超导连接体；
b)对需要连接的两根超导导线的端部进行银层去除处理以露出超导层表面；
c)将经步骤b)处理的两根超导导线的端部相邻放置；
d)在两根超导导线的超导层上覆盖超导连接体，将超导连接体的劈裂面覆盖在需要连接的两根超导导线的超导层上；
e)在适当的低氧分压气氛下进行成相热处理，使超导连接体与超导导线的超导层的界面处生成缺氧态的稀土钡铜氧相；
f)在适当的高氧分压气氛下进行充氧热处理，使稀土钡铜氧相具备超导性质，从而实现超导连接体与超导导线的超导层之间超导连接；
g)使用机械连接体，将其焊接在两根超导导线的金属基底连接处的表面以实现机械连接，优选地，所述机械连接体为哈氏合金或不锈钢片。
10.一种实现稀土钡铜氧高温超导导线的超导连接的结构，其特征在于，包括端部相邻放置的两根超导导线和连接所述两根超导导线的超导连接体；所述两根超导导线端部的银层经去除而露出超导层表面；所述超导连接体是由一根超导导线进行劈裂处理，沿着过渡层与超导层之间的界面裂开而得到的具有超导层和银稳定层的部分，所述超导连接体的劈裂面覆盖在所述两根超导导线的超导层上并相结合，且在结合界面处生成有具备超导性质的稀土钡铜氧相；所述两根超导导线端部的金属基底直接焊接或者通过焊接在所述两根超导导线的金属基底连接处的表面的机械连接体而实现机械连接。
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