CN113140371A - 提高超导带材疲劳强度的分切方法、超导带材 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高超导带材疲劳强度的分切方法、超导带材，包括：刻蚀步骤：在分切前，在哈氏合金层进行刻蚀，得到一道或多道沿哈氏合金层长度方向分布的刻蚀图形；其中，刻蚀方向具有沿哈氏合金层宽度和深度方向的分量；镀制步骤：在哈氏合金层的刻蚀图形所在面镀制缓冲层、超导层以及银保护层；分切步骤：对待分切超导带材进行分切，所述刻蚀图形位于每根被分切带材的边缘内侧。本发明刻蚀图形处会生成乱晶，分切时裂纹会在乱晶处截止，能有效控制二代高温超导带材分切裂纹扩展，采用该制备技术获得第二代高温超导带材抗疲劳强度提高5倍以上，且载流能力衰减在10％以下。

Description

提高超导带材疲劳强度的分切方法、超导带材
技术领域
本发明涉及超导材料领域，具体地，涉及一种通过对超导层进行处理从而提高超导带材疲劳强度的分切处理方法。
背景技术
高温超导材料分为一代和二代，一代主要以银包套的BSCCO材料组成，二代主要以ReBCO(Re为稀土元素)为超导层的镀层材料组成。以ReBCO为材料的第二代超导带材，也被称为涂层导体，因其具有相比铋系带材更强的载流能力、更高的磁场性能和更低的材料成本，在医疗、军事、能源等众多领域具备更广更佳的应用前景。
在超导应用中，使用宽的带材会给应用装置带来较大的交流损耗，因此超导应用普遍需要将宽带分切为窄带。目前二代高温超导带材大规模的分切的方式主要方式是机械分切，即用滚剪刀来分切带材。这样的分切的方式在二代高温超导带材分切的边缘的超导膜层上形成裂纹。由于超导带材在应用过程中会受到降温冷热循环的应力，以及在通电后受到电磁应力，在使用一段时间后，通常会由于发生疲劳而发生性能的退降进而发生损坏。
为了更好的研究该问题，发明人对带材进行单向拉伸实验，随后腐蚀掉表层的铜、银保护层，用SEM观察YBCO层表面，如图1所示。放大这些裂纹可以看到裂纹沿斜向向带材中间发展，如图2所示。如图3所示，随着拉伸应力增加，裂纹从边缘裂纹处开始扩展，增大到某一临界值，裂纹贯穿均布在带材表面。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提高超导带材疲劳强度的分切方法、超导带材。
根据本发明提供的一种提高二代高温超导带材疲劳强度的分切方法，包括：
刻蚀步骤：在分切前，在哈氏合金层进行刻蚀，得到一道或多道沿哈氏合金层长度方向分布的刻蚀图形；其中，刻蚀方向具有沿哈氏合金层宽度和深度方向的分量；
镀制步骤：在哈氏合金层的刻蚀图形所在面镀制缓冲层、超导层以及银保护层；
分切步骤：对待分切超导带材进行分切，所述刻蚀图形位于每根被分切带材的边缘内侧。
优选地，刻蚀的方式包括激光刻蚀或机械刻蚀。
优选地，刻蚀的深度不超出所述哈氏合金层的厚度。
优选地，切分后的超导带材上的刻蚀区域的宽度不超过切分后的超导带材宽度的5％。
优选地，刻蚀的形状包括：连续直线、间断直线或点状中的一种或多种。
优选地，刻蚀的区域位于切分后的超导带材边缘内30μm-100μm处。
优选地，分切后的超导带材具有1-8道刻蚀图形。
优选地，所述刻蚀图形在超导带材的宽度方向的截面上呈底面为弧形的沟道。
优选地，还包括：
镀膜步骤：对刻蚀后的超导带材进行镀膜，然后再进行分切步骤。
根据本发明提供的一种超导带材，采用上述的提高超导带材疲劳强度的分切方法对待分切超导带材进行分切而成。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明刻蚀图形处会生成乱晶，分切时裂纹会在乱晶处截止，能有效控制二代高温超导带材分切裂纹扩展，采用该制备技术获得第二代高温超导带材抗疲劳强度提高5倍以上，且载流能力衰减在10％以下；采用该制备技术制备第二代高温超导带材，对后续制备工艺无影响。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1至图3为超导带材在分切处的SEM图像；
图4为10mm宽的母带的电流示意图；
图5为4mm宽分切后的带材的电流示意图；
图6为MCorder磁测法的示意图；
图7为本发明的刻蚀示意图；
图8位本发明的超导带材在分切处的SEM图像。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
发明人给某研究机构提供YBCO超导带材，用于制作高场内插线圈。制作完12组双饼式高场线圈后，将其组合堆叠固定后放入在20T的背景场下，该组YBCO线圈的磁场达到了3.5T。整个高场内插线圈的中心磁场达到了23.5T。由于发明人想冲击一下磁体极限，进一步推高了内插线圈的临界电流。结果内插线圈发生了整体的失超。此时超导带材受到了巨大的电磁应力和热应力，结果磁体发生了损坏。
测试了里面12个双饼线圈发现几乎全部发生了损坏。解开线圈，发现超导带材都发生了重大的形变。测试了所有的带材，发现绝大部分带材已经发生了严重的损坏。不过在所有带材中找到了一段没有损坏的带材，发明人起初以为是制备工艺的差异所导致，但是翻阅了所有带材的出厂报告和工艺记录文件，发现这几批带材的制备工艺都是一样的，百思不得其解。
之后在偶然的发现这根4mm宽的超导带材的母带，也就是10mm宽超导带材的磁测法的临界，在这个段出现了异常一段台阶式下降，如图4所示。然而在带材被分切成4mm后，台阶式下降消失了，如图5所示。
当MCorder磁测法的局限性逐步被揭开的时候，我们发现，实际上磁测法测试长带临界电流，电流分布曲线中，异常一段台阶式下降，对应着这根带材的沿长度方向上的划痕。虽然这个划痕没有造成带材的电流的大幅折损，但是会造成磁测显示电流的台阶式下降。
发明人猜测这一批带材中的那根带材有可能曾经被沿长度方向划伤过，而其他带材没有被沿长度方向划伤过。但是划伤的通常教导应该是临界电流的衰减，不会是这个原因导致这段带材没有被电磁应力和热应力损坏。如果在超导带材表面划刻，后续的镀铜肯定会使超导层被腐蚀。
但是发明人还是决定进行一次试验，在哈氏合金上进行划刻实验，沿超导带材长度方向上的划痕，到带材的边缘距离分别是1mm-5mm(标号1-5)，如图6所示，实测这些带材电流(圆点)并没有衰减，但是发现Mcorder会显示出来台阶式下降的低段，低段的电流与划痕在带材上所在的位置有关。如图7、图8所示，实验结果为：划刻过超导带材镀膜后，划刻的地方长了乱晶。对这种带材进行滚剪分切，并且拉伸，侧面的裂纹在乱晶处截止了。没有被划刻过的带材随着拉伸应力增加，裂纹从边缘裂纹处开始扩展，增大到某一临界值，裂纹贯穿均布在带材表面。这也还原了前述失超的过程，终于确定了正是在哈氏合金上划刻产生了意想不到的技术效果。
本发明提供的一种提高超导带材疲劳强度的分切方法，包括：
刻蚀步骤：在分切前，在待分切超导带材表面的哈氏合金层进行刻蚀，得到一道或多道沿哈氏合金层长度方向分布的刻蚀图形；其中，刻蚀方向具有沿哈氏合金层宽度和深度方向的分量。
镀膜步骤：对刻蚀后的哈氏合金进行镀制缓冲层、超导层以及银保护层，然后再进行分切步骤。
分切步骤：对待分切超导带材进行分切，所述刻蚀图形位于每根被分切带材的边缘内侧。
后续处理步骤：对分切后的超导带材进行镀铜、封装。
在本发明中，刻蚀的方式包括激光刻蚀或机械刻蚀，刻蚀的深度不超出所述哈氏合金层的厚度。切分后的超导带材上的刻蚀区域的宽度不超过切分后的超导带材宽度的5％。刻蚀的形状包括：连续直线、间断直线或点状中的一种或多种。刻蚀的区域位于切分后的超导带材边缘内30μm-100μm处。分切后的超导带材具有1-5道刻蚀图形。所述刻蚀图形在超导带材的宽度方向的截面上呈底面为弧形的沟道。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种提高超导带材疲劳强度的分切方法，其特征在于，包括：
刻蚀步骤：在分切前，在哈氏合金层进行刻蚀，得到一道或多道沿哈氏合金层长度方向分布的刻蚀图形；其中，刻蚀方向具有沿哈氏合金层宽度和深度方向的分量；
镀制步骤：在哈氏合金层的刻蚀图形所在面镀制缓冲层、超导层以及银保护层；
分切步骤：对待分切超导带材进行分切，所述刻蚀图形位于每根被分切带材的边缘内侧。
2.根据权利要求1所述的提高超导带材疲劳强度的分切方法，其特征在于，刻蚀的方式包括激光刻蚀或机械刻蚀。
3.根据权利要求1所述的提高超导带材疲劳强度的分切方法，其特征在于，刻蚀的深度不超出所述哈氏合金层的厚度。
4.根据权利要求1所述的提高超导带材疲劳强度的分切方法，其特征在于，切分后的超导带材上的刻蚀区域的宽度不超过切分后的超导带材宽度的5％。
5.根据权利要求1所述的提高超导带材疲劳强度的分切方法，其特征在于，刻蚀的形状包括：连续直线、间断直线或点状中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的提高超导带材疲劳强度的分切方法，其特征在于，刻蚀的区域位于切分后的超导带材边缘内30μm-100μm处。
7.根据权利要求1所述的提高超导带材疲劳强度的分切方法，其特征在于，分切后的超导带材具有1-8道刻蚀图形。
8.根据权利要求1所述的提高超导带材疲劳强度的分切方法，其特征在于，所述刻蚀图形在超导带材的宽度方向的截面上呈底面为弧形的沟道。
9.根据权利要求1所述的提高超导带材疲劳强度的分切方法，其特征在于，还包括：
镀膜步骤：对刻蚀后的超导带材进行镀膜，然后再进行分切步骤。
10.一种超导带材，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的提高超导带材疲劳强度的分切方法对待分切超导带材进行分切而成。
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