CN107331470A - 一种高温Bi2212超导导体热处理方法 - Google Patents

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秦经刚
李建刚
武玉
戴超
刘沛航
郝清滨
李成山
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    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
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    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

本发明公开了一种高温Bi2212超导导体热处理方法，首先使超导线、铠甲对应端端部之间在轴向方向留出一定间隙；然后封住铠甲两端，仅连接流量可控的进、出气管；将Bi2212超导导体整体置于热处理炉中，并向铠甲内通入一段时间氧气；继续向铠甲内通气，通过控制进气管、出气管的流量，使Bi2212超导导体内部保持一定压强；最后启动热处理炉进行热处理。本发明解决了Bi2212高温超导导体热处理的难题，可以应用于大型Bi2212导体和磁体的热处理。

Description

一种高温Bi2212超导导体热处理方法
技术领域
本发明涉及超导导体热处理方法领域，具体是一种高温Bi2212超导导体热处理方法。
背景技术
清洁能源—聚变能的使用是人类的梦想之一，托卡马克型磁约束核聚变装置是产生聚变能的可靠装置，全超导托卡马克是实现聚变堆连续运行的重要保障。中国在成功建立并运行全超导非圆截面托克马克EAST（Experimental Advanced SuperconductingTokamak）的基础上，积极开展国际热核聚变实验堆ITER（International ThermonuclearExperimental Reactor）的建设工作。同进，各个国家也开始了下一代聚变堆的预研工作。超导超导线是托卡马克装置的重要部件，其技术是聚变工程的关键技术。下一代聚变堆的显著特点是，中心螺管线圈及纵场线圈的最高磁场都将超过12T。受低温超导线材上临界磁场的限制，采用传统低温超导材料不可能制备出更高磁场的磁体，绕制更高磁场的磁体要求材料在超过20T的磁场中仍能够保持较高临界电流密度。因此，寻求具有更为优良综合性能的超导材料和高场磁体是未来可控磁约束聚变示范堆和商业化过程中必须解决的问题。陶瓷氧化物高温超导材料因其在4.2K下具有极高的不可逆场和优异的磁场载流特性，因此是建造高场磁体的理想材料。在高温超导材料中，Bi2Sr2Ca1Cu2OX(Bi-2212)是唯一可制备成各向同性圆线的材料，其在4.2K即使外场高达45T依然能够承载具有实际应用意义的工程电流密度，因此是目前最具高场下(>20T)应用前景的高温超导材料。
热处理是导体制造中的重要环节，对于传统的低温超CICC导体，如：Nb3Sn，用其支撑CICC导体并绕制成线圈的最后一步便是热处理。通常热处理大型的Nb3Sn线圈需要很大的真空炉。但是，对于Bi2212这种高温超导材料，其反应过程需要氧气。其次，Bi2212反应的温度远高于Nb3Sn，接近900℃。因此，如果像热处理Nb3Sn导体那样热处理Bi2212导体几乎无法实现，因为普通材料在如此高的温度中，会被严重氧化，就算使用特殊材料来制造热处理炉，首先，技术难度很大，二是成本过高，难以实现。另外，由于Bi2212超导导体在铠甲内部，本身超导线与铠甲之间，超导线本身的空隙都很小，如果想要导体中间段的超导线与氧气充分的反应，就需要很长的热处理时间，而在大空间内，长时间保证温度的稳定和均匀也几乎难以实现，综上所述，传统的大型线圈热处理方法无法在Bi2212导体上实现。因此需要找到一种新的方法来实现Bi2212导体的热处理。
发明内容 本发明的目的是提供一种高温Bi2212超导导体热处理方法，以解决现有技术热处理方法无法对Bi2212超导导体进行热处理的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种高温Bi2212超导导体热处理方法，所述Bi2212超导导体由超导线及同轴套装在超导线外的铠甲构成，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、使超导线端部相对于铠甲对应端端部在轴向方向留出一定间隙；
（2）、封住铠甲两端，仅在铠甲一端留出进气口，铠甲另一端留出出气口，并在进气口上密封连接流量可控的进气管，出气口上密封连接流量可控的出气管；
（3）、将Bi2212超导导体整体置于热处理炉中，通过进气管向铠甲内通入一段时间氧气，以赶走Bi2212超导导体内的空气；
（4）、继续向铠甲内通气，通过控制进气管、出气管的流量，使Bi2212超导导体内部保持25~100MPa的压强；
5）、启动热处理炉按照Tmax=890 ℃ 高温热处理30分钟，然后以5 ℃/h的速率下降到830 ℃，在氧气环境中保持48小时的温度曲线开始升温，直至反应结束。
本发明解决了Bi2212高温超导导体热处理的难题。导体测试结果表明，运用此种方法热处理的导体，导体中的超导线可以与氧气充分反应，没有出现股线性能下降的问题，可以应用于大型Bi2212导体和磁体的热处理。
附图说明
图1为本发明热处理原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种高温Bi2212超导导体热处理方法， Bi2212超导导体由超导线1及同轴套装在超导线1外的铠甲2构成，包括以下步骤：
（1）、使超导线1端部相对于铠甲2对应端端部在轴向方向留出一定间隙3；
（2）、封住铠甲2两端，仅在铠甲2一端留出进气口，铠甲2另一端留出出气口，并在进气口上密封连接流量可控的进气管4，出气口上密封连接流量可控的出气管5；
（3）、将Bi2212超导导体整体置于热处理炉6中，通过进气管4向铠甲2内通入一段时间氧气，以赶走Bi2212超导导体内的空气；
（4）、继续向铠甲2内通气，通过控制进气管4、出气管5的流量，使Bi2212超导导体内部保持25~100MPa的压强；
5）、启动热处理炉按照Tmax=890 ℃ 高温热处理30分钟，然后以5 ℃/h的速率下降到830 ℃，在氧气环境中保持48小时的温度曲线开始升温，直至反应结束。

Claims (1)

1.一种高温Bi2212超导导体热处理方法，所述Bi2212超导导体由超导线及同轴套装在超导线外的铠甲构成，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、使超导线端部相对于铠甲对应端端部在轴向方向留出一定间隙；
（2）、封住铠甲两端，仅在铠甲一端留出进气口，铠甲另一端留出出气口，并在进气口上密封连接流量可控的进气管，出气口上密封连接流量可控的出气管；
（3）、将Bi2212超导导体整体置于热处理炉中，通过进气管向铠甲内通入一段时间氧气，以赶走Bi2212超导导体内的空气；
（4）、继续向铠甲内通气，通过控制进气管、出气管的流量，使Bi2212超导导体内部保持25~100MPa的压强；
（5）、启动热处理炉按照Tmax=890 ℃ 高温热处理30分钟，然后以5 ℃/h的速率下降到830 ℃，在氧气环境中保持48小时的温度曲线开始升温，直至反应结束。
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