CN107705920A - 镶铜型超导导体 - Google Patents

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施毅
刘方
马红军
张新涛
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Abstract

本发明公开了一种镶铜型超导导体，包括高RRR铜基体、多个薄超导带材、封装锡料，多个薄超导带材紧密整齐堆叠排列构成堆叠结构，堆叠结构镶入高RRR铜基体的凹槽中，并由封装锡料将堆叠结构封装在高RRR铜基体的凹槽中。本发明具有电流密度高、高热稳定性和较强力学性能的优点；导体制作工艺简单，可将一般低温超导复合导体Wire‑in‑Channel工艺的直接应用到该导体的制作中，利于大规模工业化生产。

Description

镶铜型超导导体
技术领域
本发明涉及超导磁体领域，具体是一种镶铜型超导导体。
背景技术
基于二代YBCO带材的高温超导导体相比于一代高温超导体具有高的不可逆磁场和机械强度的优点，是目前20T以上磁场应用下超导磁体的首选材料。与低温超导材料相比，高温超导导体还具备较高的运行温度且较高的稳定裕度，采用高温超导导体研制的磁体可以明显减少了低温系统的造价及运行成本，具有广阔的应用前景。
发明内容 本发明的目的是提供一种承载电流密度、机械及热稳定性能优良、结构简单、工艺简洁可靠的镶铜型超导导体。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
镶铜型超导导体，其特征在于：包括高RRR铜基体、多个薄超导带材、封装锡料，多个薄超导带材紧密整齐堆叠排列构成堆叠结构，堆叠结构中相邻薄超导带材的宽面紧密贴合，高RRR铜基体上设有凹槽，堆叠结构整体沿垂直于薄超导带材窄面方向镶入高RRR铜基体的凹槽中，并由封装锡料将堆叠结构封装在高RRR铜基体的凹槽中。
所述的镶铜型超导导体，其特征在于：多个薄超导带材紧密整齐堆叠排列后通过细铜丝进行扎紧限位固定构成堆叠结构。
所述的镶铜型超导导体，其特征在于：薄超导带材采用YBCO带材，将多个薄超导带材一层一层堆叠并由窄面形成所需求的截面。
所述的镶铜型超导导体，其特征在于：高RRR铜基体采用R>70的高RRR的铜材质制成。
所述的镶铜型超导导体，其特征在于：采用软钎焊工艺使封装锡料熔化，通过熔化的封装锡料将多个薄超导带材构成的堆叠结构封装焊接在高RRR铜基体的凹槽中。
所述的镶铜型超导导体，其特征在于：高RRR铜基体截面为圆形或矩形。
本发明中，薄超导带材紧密整齐地堆叠排列，堆叠完成后的薄超导带材在经过误差测量后需用细铜丝进行扎紧限位固定以方便进行运输和移动进行下一步的操作。高RRR铜基体作为支撑结构，堆叠而成的堆叠结构沿着垂直于带材的窄面方向镶入高RRR铜基体凹槽中，提升了导体运行的稳定性和力学特性；封装锡料采用软钎焊工艺熔化以将高RRR铜基体凹槽内的薄超导带材堆叠结构进行封装焊接，限制运行过程中导体的移动，改良导体的传热特性。
本发明中，薄超导带材采用0.1厚度的YBCO带材，其宽度可为4mm或者2mm亦可根据实际需求，将其一层一层堆叠成4 mm × 4mm或者2mm × 2mm或者需求所致的截面，堆叠过程应保证无尘、无油、无褶皱的三无原则，同时还应保证整个堆叠结构截面的致密性以保证具有较高的传输电流密度，侧面具有较一致的整齐性以保证每个薄超导带材与高RRR铜基体具有充分的电流分配。
本发明中，高RRR铜基体采用高RRR(R>70)的铜材质代替普通的无氧铜，减小了导体在低温运行环境下的失超转变过程中的发热功率，增大了导体抵抗外部热扰动的能力，从而提高的导体运行的稳定性。另外由于外部铜基体的加入，又可作为力学载荷的承载体，使得导体运行过程中超导带材上承载的电磁力有效地转移到基体铜上，极大的增加了导体的力学特性。
本发明中，薄超导带材构成的堆叠结构镶嵌入高RRR铜基体的方向与薄超导带材的窄面垂直，相比于传统的沿着宽面堆叠方法，该工艺更能保证带材整体的完整性和致密性。
本发明在高RRR铜基体凹槽内的封装采用软钎焊工艺，通过熔化的封装锡料将高RRR铜基体凹槽内的薄超导带材进行封装焊接，既限制运行过程中导体的移动，同时还能增加薄超导带材与高RRR铜基体接触面积，改良导体的传热特性。
本发明在77 K液氦运行温区下，可提供超过2 kA的传输电流，能够满足大型超导磁体对于高运行电流以及高稳定性高温超导导体的使用需求。
本发明的堆叠超导带材具有电流密度高的特点；采用高RRR铜作为基体，具有高热稳定性和较强力学性能的优点；导体制作工艺简单，可将一般低温超导复合导体Wire-in-Channel工艺的直接应用到该导体的制作中，利于大规模工业化生产，其中圆形截面导体可用于大型铠装CICC型超导磁体的研制，矩形截面的导体可用于密绕型超导磁体的研制。
附图说明
图1为本发明铜基体为圆形截面导体结构示意图。
图2是本发明铜基体为矩形截面导体结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，镶铜型超导导体，包括高RRR铜基体3、多个薄超导带材2、封装锡料1，多个薄超导带材2紧密整齐堆叠排列构成堆叠结构，堆叠结构中相邻薄超导带材2的宽面紧密贴合，高RRR铜基体3上设有凹槽，堆叠结构整体沿垂直于薄超导带材2窄面方向镶入高RRR铜基体3的凹槽中，并由封装锡料1将堆叠结构封装在高RRR铜基体3的凹槽中。
本发明中，多个薄超导带材2紧密整齐堆叠排列后通过细铜丝进行扎紧限位固定构成堆叠结构。
本发明中，薄超导带材2采用YBCO带材，将多个薄超导带材2一层一层堆叠并由窄面形成所需求的截面。
本发明中，高RRR铜基体3采用R>70的高RRR的铜材质制成。
本发明中，采用软钎焊工艺使封装锡料熔化，通过熔化的封装锡料1将多个薄超导带材2构成的堆叠结构封装焊接在高RRR铜基体3的凹槽中。
本发明中，高RRR铜基体3截面为圆形或矩形。
首先将0.1mm厚的薄超导带材平整的堆叠，经过压制等工艺形成一个完整的堆叠结构，经过误差测量后用特殊丝状材料进行扎紧限位固定以方便进行移动和进行下一步的操作；然后将堆叠结构沿着薄超导带材的窄面方向镶高RRR铜基体中，保证带材的平整性和致密性是该工艺的关键，最后用软锡焊方法将薄超导带材固定在高RRR铜基体中。

Claims (6)

1.镶铜型超导导体，其特征在于：包括高RRR铜基体、多个薄超导带材、封装锡料，多个薄超导带材紧密整齐堆叠排列构成堆叠结构，堆叠结构中相邻薄超导带材的宽面紧密贴合，高RRR铜基体上设有凹槽，堆叠结构整体沿垂直于薄超导带材窄面方向镶入高RRR铜基体的凹槽中，并由封装锡料将堆叠结构封装在高RRR铜基体的凹槽中。
2.根据权利要求1所述的镶铜型超导导体，其特征在于：多个薄超导带材紧密整齐堆叠排列后通过细铜丝进行扎紧限位固定构成堆叠结构。
3.根据权利要求1所述的镶铜型超导导体，其特征在于：薄超导带材采用YBCO带材，将多个薄超导带材一层一层堆叠并由窄面形成所需求的截面。
4.根据权利要求1所述的镶铜型超导导体，其特征在于：高RRR铜基体采用R>70的高RRR的铜材质制成。
5.根据权利要求1所述的镶铜型超导导体，其特征在于：采用软钎焊工艺使封装锡料熔化，通过熔化的封装锡料将多个薄超导带材构成的堆叠结构封装焊接在高RRR铜基体的凹槽中。
6.根据权利要求1所述的镶铜型超导导体，其特征在于：高RRR铜基体截面为圆形或矩形。
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