CN108806879A - 一种快热快冷法制备Nb3Al超导线材的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快热快冷法制备Nb3Al超导线材的装置，包括：线材(10)的放线端缠绕在放线轮(1)上，线材(10)的收线端整理轮一(2)及压线轮(2a)、铜电极轮(3)及压线轮二(3a)、下部浸没于镓液槽(6)的镓液中的整理轮二(4)和收线轮(5)；压线轮二(3a)与加热电源(7)的一电极相连、镓液槽(6)与加热电源(7)的另一电极相连；其特征在于：所述的收线轮(5)侧面固定有同轴的皮带轮一(5a)，铜电极轮(3)的侧面固定有同轴的皮带轮二(3b)；皮带轮一(5a)和皮带轮二(3b)之间连接有皮带。该装置制备的线材合格率高、制备效率高且制备成本低。

Description

一种快热快冷法制备Nb3Al超导线材的装置
技术领域
本发明涉及一种Nb3Al超导线材的制备装置。
背景技术
Nb3Al超导材料在高磁场下具有良好的临界电流密度和机械性能，在高磁场领域有着广阔的应用前景，是制作可控核聚变反应堆磁体最佳的超导材料。制备高性能Nb3Al超导长线的主要方法是快热快冷法(RHQ)，其装置的组成及工作过程是：真空环境下,线材的收线端缠绕在有驱动力的收线轮上，通过收线轮的旋转依次拉动整理轮二及其压线轮、铜电极轮、整理轮一及其压线轮和放线轮上的前驱线材进行收线和放线。同时，整理轮二的下部浸没于镓液槽的镓液中，铜电极轮、镓液槽与加热电源的电极相连；铜电极轮、铜电极轮与整理轮2之间的前驱线材、整理轮二、镓液槽的镓液通过加热电源形成回路；在收线、放线过程中，加热电源向回路施加数十安的强电流，使得铜电极轮与整理轮2之间的前驱线材在约0.1秒的时间内升温至2000℃，对前驱线材进行高温热处理；然后前驱线材进入镓液中，迅速冷却至常温，对前驱线材进行淬火处理，淬火处理后的线材卷绕至收线轮上，完成线材的制备。其存在的问题是：收线、放线过程中，是由收线轮作为主动轮拉动线材的运动，前驱线材存在很大的拉应力。而电极轮与整理轮2之间的前驱线材温度高达2000℃，其机械性能差，线材在此处容易变细、以至断线；导致线材的制备合格率低，设备频繁重启，制备效率低，制备成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种快热快冷法制备Nb3Al超导线材的装置，该装置制备的线材合格率高、制备效率高且制备成本低。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种快热快冷法制备Nb3Al超导线材的装置，包括：线材的放线端缠绕在放线轮上，线材的收线端整理轮一及压线轮、铜电极轮及压线轮二、下部浸没于镓液槽的镓液中的整理轮二和收线轮；压线轮二与加热电源的一电极相连、镓液槽与加热电源的另一电极相连；其特征在于：
所述的收线轮侧面固定有同轴的皮带轮一，铜电极轮的侧面固定有同轴的皮带轮二；皮带轮一和皮带轮二之间连接有皮带。
所述的一种Nb3Al超导线材的制备装置，所述的收线轮的平均收线半径小于等于铜电极轮半径与皮带轮一半径的乘积再除以皮带轮二半径；所述的收线轮的平均收线半径等于放线轮上的线材全部缠绕于收线轮上后,线材的总长度除以线材在收线轮上的圈数与2π的乘积。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
收线、放线过程中，与收线轮同轴的皮带轮一带动皮带轮二转动，进而带动铜电极轮转动，铜电极轮处的前驱线材受到铜电机轮与压线轮二的夹持摩擦牵引力，铜电极轮与放线轮之间的前驱线材受到该牵引力的拉动，而另一方向的线材受到该牵引力的推动；转动的收线轮同时将铜电极轮推送来的线材卷绕收起。也即将线材的拉力始端由收线轮前移至铜电极轮，铜电极轮与整理轮二之间的温度高达2000℃的前驱线材不再承受拉力，避免了机械性能差的高温线材受到强拉力作用，容易变细、以至断线的缺陷；减少了设备的重启与停机频率，有效提高了线材的制备合格率，制备效率高，制备成本低。
进一步，本发明的收线轮的平均收线半径小于等于铜电极轮半径与皮带轮一半径的乘积再除以皮带轮二半径；所述的收线轮的平均收线半径等于放线轮上的线材全部缠绕于收线轮上后,线材的总长度除以线材在收线轮上的圈数与2π的乘积。
这样,确保了在整个制备过程中，高温线材均不会受到拉紧力的作用，进一步确保了线材制备的合格率：
根据皮带轮(线轮)的传动原理可知，当收线轮只绕一圈，其收线半径(收线轮上当前线材卷绕圈的半径)等于铜电极轮半径与皮带轮一半径的乘积再除以皮带轮二半径时，线材既不会被拉紧，产生拉应力；也不会产生松弛耸拉现象。
在收放线前期，收线轮的收线半径小于铜电极轮半径与皮带轮一半径的乘积再除以皮带轮二半径，此时，收线速度小于铜电极轮的送线速度，线材会产生松弛、耸拉现象，随着收线过程的进行，线材的松弛、耸拉的总量会累积增加，但每一圈的耸拉增量会逐渐减少。当收线轮的收线半径等于铜电极轮半径与皮带轮一半径的乘积再除以皮带轮二半径时，耸拉增量等于零。随后，也即收放线的后期，耸拉增量为负。由于收线轮的平均收线半径等于放线轮上的线材全部缠绕于收线轮上后,线材的总长度除以线材在收线轮上的圈数与2 π的乘积，保证了前期耸拉正增量的累积量与后期的耸拉负增量相等，每次制备的线材收完时，线材小于或刚达到产生拉紧力的临界点，整个制备过程中，高温区域的线材均不会受到拉紧力的作用；而仅有并不影响线材正常收卷的耸拉现象。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例
图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种快热快冷法制备Nb3Al超导线材的装置，包括：线材10的放线端缠绕在放线轮1上，线材10的收线端整理轮一2及压线轮2a、铜电极轮3及压线轮二3a、下部浸没于镓液槽6的镓液中的整理轮二4和收线轮5；压线轮二3a与加热电源7的一电极相连、镓液槽6与加热电源7的另一电极相连；其特征在于：
所述的收线轮5侧面固定有同轴的皮带轮一5a，铜电极轮3的侧面固定有同轴的皮带轮二3b；皮带轮一5a和皮带轮二3b之间连接有皮带。
本例的收线轮5的平均收线半径小于等于铜电极轮3半径与皮带轮一1a半径的乘积再除以皮带轮二5a半径；所述的收线轮5的平均收线半径等于放线轮上的线材全部缠绕于收线轮上后,线材的总长度除以线材在收线轮5上的圈数与2π的乘积。

Claims (2)

1.一种快热快冷法制备Nb3Al超导线材的装置，包括：线材(10)的放线端缠绕在放线轮(1)上，线材(10)的收线端整理轮一(2)及压线轮(2a)、铜电极轮(3)及压线轮二(3a)、下部浸没于镓液槽(6)的镓液中的整理轮二(4)和收线轮(5)；压线轮二(3a)与加热电源(7)的一电极相连、镓液槽(6)与加热电源(7)的另一电极相连；其特征在于：
所述的收线轮(5)侧面固定有同轴的皮带轮一(5a)，铜电极轮(3)的侧面固定有同轴的皮带轮二(3b)；皮带轮一(5a)和皮带轮二(3b)之间连接有皮带。
2.根据权利要求1所述的一种快热快冷法制备Nb3Al超导线材的装置，所述的收线轮(5)的平均收线半径小于等于铜电极轮(3)半径与皮带轮一(1a)半径的乘积再除以皮带轮二(5a)半径；所述的收线轮(5)的平均收线半径等于放线轮上的线材全部缠绕于收线轮上后,线材的总长度除以线材在收线轮(5)上的圈数与2π的乘积。
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