CN111933348A - 一种超导体电线电缆的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超导体电线电缆的制备方法，包括由内而外依次将不锈钢波纹管、第一绝缘薄膜、加强层、第二绝缘薄膜、超导体层、第三绝缘薄膜、屏蔽层和护套组装起来的步骤，所述的不锈钢波纹管内填充液氮，所述的护套外层覆盖有耐腐蚀涂层，所述的超导体层的制备方法包括以下步骤：1)制备高品质的立方织构镍基合金；2)在步骤1)制备的镍基合金上制备YSZ缓冲层；3)用脉冲激光器产生的激光束照射YBCO原材，产生YBCO蒸气沉积在具有YSZ缓冲层的镍基合金上形成YBCO薄膜，从而制备YBCO超导层。本发明与现有技术相比的优点在于：有效提高耐腐蚀性、柔韧性、侧弯性和可加工性，进一步优化高效导电、快速传热以及稳定化等性能。

Description

一种超导体电线电缆的制备方法
技术领域
本发明涉及超导电缆技术领域，具体是指一种超导体电线电缆的制备方 法。
背景技术
超导技术是21世纪具有重大经济和战略意义的高新技术。超导材料具有 传输容量大、功率密度高、长距离、体积小、重量轻、传输损耗低、无火灾隐 患、环境友好等优点，因此在超导量子干涉器、滤波器、限流器、电机、储能 设备、变压器、磁体技术、医疗核磁共振成像、高能物理实验和高速交通输运 等领域具有重要的应用前景。但目前超导电缆的发展也面临一些技术问题，需 要进一步优化和提高，如：将超导带材制成超导电缆一般要将超导带材缠绕在 骨架上，因此需要进一步提高超导带材的机械强度、柔韧性、侧弯性和可加工 性，以便制造出的超导电缆具有一定的均匀性、性能稳定性。鉴于超导电缆系 统比较复杂，运行条件比较苛刻，当前结构的超导电缆明显存在有效抵抗及承 受故障电流冲击能力较弱的问题。人们为了克服这些技术缺陷，往往采用超导 体配合大量常规金属的技术，因此耗费常规金属量较多，也会使超导体偏大或 偏重。因此，当前超导电缆的结构及技术还面临需要解决及克服的系列缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服以上的技术缺陷，提供一种超导体电线电缆的制备方 法，有效提高外部的耐腐蚀性和防火性能，提升超导电缆的柔韧性、侧弯性和 可加工性，以及进一步优化改善高效导电、快速传热以及稳定化等性能。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种超导体电线电缆的 制备方法，包括由内而外依次将不锈钢波纹管、第一绝缘薄膜、加强层、第二 绝缘薄膜、超导体层、第三绝缘薄膜、屏蔽层和护套组装起来的步骤，所述的 不锈钢波纹管内填充液氮，所述的护套外层覆盖有耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂 层由金属原料、助剂、防火原料和热塑性树脂混料组成，所述的超导体层的制 备方法包括以下步骤：1)制备高品质的立方织构镍基合金；
2)在步骤1)制备的镍基合金上制备YSZ缓冲层；3)用脉冲激光器产生 的激光束照射YBCO原材，产生YBCO蒸气沉积在具有YSZ缓冲层的镍基合金上 形成YBCO薄膜，从而制备YBCO超导层。
进一步的，所述的制备高品质的立方织构镍基合金的方法如下：(1)在 室温下进行轧制变形，每次变形量为10％左右，多轧制几次，使总的变形量超 过95％；
(2)接着在真空度低于10.4Pa的高真空，950-1000摄氏度下退火5-10 小时。
进一步的，所述的步骤3)也可用溅射及电子束蒸发的方法产生YBCO蒸 气。
进一步的，所述的步骤2)制备YSZ缓冲层的具体方法为：A、选用镍基合 金625；
B、将镍基合金625带材清洁并放入IBAD室中；
C、用溅射枪和辅助离子枪在固定在带材驱动器上的基体环上制备模板薄 膜，一个可移动的法拉第监测器来监测离子电流，一个固定的石英晶体监测器 用来监测气相沉积，用一个防护罩来限制离子辅助沉积的区域，带材旋转的速 率为0.6Hz，16小时后可获得0.5um厚的YSZ薄膜。
进一步的，所述的镍基合金625为25-100um厚，1cm宽，表面粗糙度为 100-300nm并且可以通过机械抛光减少到2-5nm。
进一步的，所述的溅射枪的直径为5cm，电压为550eV，所述的辅助离子 枪尺寸为23*2.5cm，电压为250eV。
进一步的，所述的带材可多次通过沉积区域以获得相对单一的面内取向织 构。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明提高了电缆的机械强度、侧弯 性和稳定性，提高了电缆的载流能力，超导薄膜采用改进的制备工艺，具有较 好的温度电阻特性及较高的超导化温度，同时具有较好的耐腐蚀性和防火性。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明。
实施例一
由内而外依次将不锈钢波纹管、第一绝缘薄膜、加强层、第二绝缘薄膜、 超导体层、第三绝缘薄膜、屏蔽层和护套组装起来，第一绝缘薄膜、加强层、 第二绝缘薄膜、超导体层和第三绝缘薄膜均设置有多层，不锈钢波纹管内填充 液氮，护套外层覆盖有耐腐蚀涂层，
制备超导体层的方法为：首先在室温下对100um厚，1cm宽，表面粗糙度 为300nm并且可以通过机械抛光减少到5nm的镍基合金625进行轧制变形，每 次变形量为10％左右，多轧制几次，使总的变形量超过95％，接着在真空度低 于10.4Pa的高真空，1000摄氏度下退火10小时制备高品质的立方织构镍基合 金；
将高品质的立方织构镍基合金带材清洁并放入IBAD室中，用直径为5cm， 电压为550eV的溅射枪和尺寸为23*2.5cm，电压为250eV的辅助离子枪在固定 在带材驱动器上的基体环上制备模板薄膜，一个可移动的法拉第监测器来监测 离子电流，一个固定的石英晶体监测器用来监测气相沉积，用一个防护罩来限 制离子辅助沉积的区域，带材旋转的速率为0.6Hz，16小时后可获得0.5um厚 的YSZ薄膜，从而使镍基合金具有YSZ缓冲层。
用脉冲激光器产生的激光束照射YBCO原材，产生YBCO蒸气沉积在具有 YSZ缓冲层的镍基合金上形成YBCO薄膜，从而制备YBCO超导层。
实施例二
由内而外依次将不锈钢波纹管、第一绝缘薄膜、加强层、第二绝缘薄膜、 超导体层、第三绝缘薄膜、屏蔽层和护套组装起来，第一绝缘薄膜、加强层、 第二绝缘薄膜、超导体层和第三绝缘薄膜均设置有多层，不锈钢波纹管内填充 液氮，护套外层覆盖有耐腐蚀涂层，
制备超导体层的方法为：首先在室温下对25um厚，1cm宽，表面粗糙度为 100nm并且可以通过机械抛光减少到2nm的镍基合金625进行轧制变形，每次 变形量为10％左右，多轧制几次，使总的变形量超过95％，接着在真空度低于 10.4Pa的高真空，950摄氏度下退火5小时制备高品质的立方织构镍基合金；
将高品质的立方织构镍基合金带材清洁并放入IBAD室中，用直径为5cm， 电压为550eV的溅射枪和尺寸为23*2.5cm，电压为250eV的辅助离子枪在固定 在带材驱动器上的基体环上制备模板薄膜，一个可移动的法拉第监测器来监测 离子电流，一个固定的石英晶体监测器用来监测气相沉积，用一个防护罩来限 制离子辅助沉积的区域，带材旋转的速率为0.6Hz，16小时后可获得0.5um厚 的YSZ薄膜，从而使镍基合金具有YSZ缓冲层。
用脉冲激光器产生的激光束照射YBCO原材，产生YBCO蒸气沉积在具有 YSZ缓冲层的镍基合金上形成YBCO薄 膜，从而制备YBCO超导层。
实施例三
由内而外依次将不锈钢波纹管、第一绝缘薄膜、加强层、第二绝缘薄膜、 超导体层、第三绝缘薄膜、屏蔽层和护套组装起来，第一绝缘薄膜、加强层、 第二绝缘薄膜、超导体层和第三绝缘薄膜均设置有多层，不锈钢波纹管内填充 液氮，护套外层覆盖有耐腐蚀涂层，
制备超导体层的方法为：首先在室温下对50um厚，1cm宽，表面粗糙度为 200nm并且可以通过机械抛光减少到3nm的镍基合金625进行轧制变形，每次 变形量为10％左右，多轧制几次，使总的变形量超过95％，接着在真空度低于 10.4Pa的高真空，970摄氏度下退火8小时制备高品质的立方织构镍基合金；
将高品质的立方织构镍基合金带材清洁并放入IBAD室中，用直径为5cm， 电压为550eV的溅射枪和尺寸为23*2.5cm，电压为250eV的辅助离子枪在固定 在带材驱动器上的基体环上制备模板薄膜，一个可移动的法拉第监测器来监测 离子电流，一个固定的石英晶体监测器用来监测气相沉积，用一个防护罩来限 制离子辅助沉积的区域，带材旋转的速率为0.6Hz，16小时后可获得0.5um厚 的YSZ薄膜，从而使镍基合金具有YSZ缓冲层。
用脉冲激光器产生的激光束照射YBCO原材，产生YBCO蒸气沉积在具有 YSZ缓冲层的镍基合金上形成YBCO薄膜，从而制备YBCO超导层。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的结 构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本 发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及 实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超导体电线电缆的制备方法，其特征在于，包括由内而外依次将不锈钢波纹管、第一绝缘薄膜、加强层、第二绝缘薄膜、超导体层、第三绝缘薄膜、屏蔽层和护套组装起来的步骤，所述的不锈钢波纹管内填充液氮，所述的护套外层覆盖有耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层由金属原料、助剂、防火原料和热塑性树脂混料组成，所述的超导体层的制备方法包括以下步骤：1)制备高品质的立方织构镍基合金；
2)在步骤1)制备的镍基合金上制备YSZ缓冲层；3)用脉冲激光器产生的激光束照射YBCO原材，产生YBCO蒸气沉积在具有YSZ缓冲层的镍基合金上形成YBCO薄膜，从而制备YBCO超导层。
2.根据权利要求1所述的一种超导体电线电缆的制备方法，其特征在于，所述的制备高品质的立方织构镍基合金的方法如下：(1)在室温下进行轧制变形，每次变形量为10％左右，多轧制几次，使总的变形量超过95％；
(2)接着在真空度低于10.4Pa的高真空，950-1000摄氏度下退火5-10小时。
3.根据权利要求1所述的一种超导体电线电缆的制备方法，其特征在于：所述的步骤3)也可用溅射及电子束蒸发的方法产生YBCO蒸气。
4.根据权利要求1所述的一种超导体电线电缆的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)制备YSZ缓冲层的具体方法为：A、选用镍基合金625；
B、将镍基合金625带材清洁并放入IBAD室中；
C、用溅射枪和辅助离子枪在固定在带材驱动器上的基体环上制备模板薄膜，一个可移动的法拉第监测器来监测离子电流，一个固定的石英晶体监测器用来监测气相沉积，用一个防护罩来限制离子辅助沉积的区域，带材旋转的速率为0.6Hz，16小时后可获得0.5um厚的YSZ薄膜。
5.根据权利要求4所述的一种超导体电线电缆的制备方法，其特征在于：所述的镍基合金625为25-100um厚，1cm宽，表面粗糙度为100-300nm并且可以通过机械抛光减少到2-5nm。
6.根据权利要求4所述的一种超导体电线电缆的制备方法，其特征在于：所述的溅射枪的直径为5cm，电压为550eV，所述的辅助离子枪尺寸为23*2.5cm，电压为250eV。
7.根据权利要求4所述的一种超导体电线电缆的制备方法，其特征在于：所述的带材可多次通过沉积区域以获得相对单一的面内取向织构。
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