CN113380458A - 适用于绞缆的超导带材制备方法、超导带材及超导电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于绞缆的超导带材制备方法、超导带材及超导电缆，包括：步骤S1、对基带进行抛光；步骤S2、对抛光后的所述基带进行切割，使所述基带具有直边部分和斜边部分；步骤S3、在切割后的所述基带上依次镀制缓冲层和超导层。本发明通过抛光解决了斜边部分电流受料痕影响的问题，同时使得斜边部分的电流能够和直线部分一致，有效解决了传统Roebel电缆电流损失的问题。此外，通过先对基带进行切割再进行镀膜，解决了由于切割裂纹扩散导致的带材整体损坏问题。

Description

适用于绞缆的超导带材制备方法、超导带材及超导电缆
技术领域
本发明涉及超导技术领域，具体地，涉及一种适用于绞缆的超导带材制备方法、超导带材及超导电缆。
背景技术
第二代超导带材，由于其作为超导载流核心的ReBCO本身硬且脆，所以一般是在镍基合金基底上采用多层覆膜的工艺生产，所以又被成为涂层导体。第二代超导带材一般由基带、缓冲层(过渡层)、超导层以及保护层组成。超导带材的厚度一般为50～300微米，宽度一般为4～12毫米。因此，二代高温超导带材是一种有着超高纵宽比的带状结构。单根高温超导带材的载流能力是有限的，工程应用中为了产生更大的载流能力，往往需要将多跟超导带材并在一起做成集束导线，这个被称为超导电缆。Roebel电缆就是其中一种。Roebel线缆结构由Ludwig Roebel于1912年提出，其首先对单根高温超导带材进行切割，然后将多根进行换位纽绞编织在一起。由于通过扭绕能够显著的降低带材的交流损耗，同时也能降低磁体中的屏蔽电流。
然而Roebel电缆的制造非常的麻烦，由于需要对二代高温超导带材进行冲压或切割成异型，整个工艺过程中会造成Roebel带材边角的损坏。在实际制备过程中发现，对带材的后切割，尤其是机械切割会造成切口处的裂纹。尤其对于不规则形的Roebel带材，后续的镀铜扭绞过程，由于需要施加张力，带材局部的裂纹会进一步受应力扩展从而损伤超导带材各层结构。
更重要的是带材的斜边的临界电流大幅小于直边电流。这让Roebel电缆在制作完后，电流有大幅度的损失。其原因如图1所示，超导带材的基带采用哈氏合金，表面沿其长度方向具有料痕，由于常规的超导带材为直线型，因此长度方向的料痕对电流传输的影响有限，然而在Roebel电缆中，每个超导带材都需要切割为图2所示的直边+斜边的结构，电流从直边传输至斜边时就会受到料痕的影响，从而造成电流损失。
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适用于绞缆的超导带材制备方法、超导带材及超导电缆。
根据本发明提供的一种适用于绞缆的超导带材制备方法，包括：
步骤S1、对基带进行抛光；
步骤S2、对抛光后的所述基带进行切割，使所述基带具有直边部分和斜边部分；
步骤S3、在切割后的所述基带上依次镀制缓冲层、织构层、超导层、银保护层、铜保护层，得到超导带材；或者，包括：
步骤S1、对基带进行抛光；
步骤S2、所述基带上依次镀制缓冲层、织构层、超导层和银保护层，得到超导带材；
步骤S3、对镀制后的所述超导带材进行切割，使所述超导带材具有直边部分和斜边部分；
步骤S4、对切割后的超导带材镀制铜保护层。
优选地，织构层织构度和粗糙度小于预设值，使得通过所述超导带材的电流的保有度在90％以上。
优选地，在缓冲层50μm×50μm的尺度下，起伏不超过200nm，织构层织构度Δω小于3.2°。
优选地，所述直边部分和所述斜边部分的连接处的转角包括弧形。
优选地，所述斜边部分的宽度大于所述直边部分的宽度。
优选地，对所述基带进行切割的方式包括激光切割或冲压切割。
优选地，所述抛光采用机械抛光。
优选地，所述抛光采用先进行机械抛光再进行电化学抛光的方式实现。
根据本发明提供的一种超导带材，采用所述的适用于绞缆的超导带材制备方法制备得到。
根据本发明提供的一种超导电缆，采用多个所述的超导带材扭绞得到。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过抛光解决了斜边部分电流受料痕影响的问题，同时使得斜边部分的电流能够和直线部分一致，有效解决了传统Roebel电缆电流损失的问题。此外，通过先对基带进行切割再进行镀膜，解决了由于切割裂纹扩散导致的带材整体损坏问题。
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为传统超导带材的基带的电子显微镜图；
图2为Roebel电缆的局部结构示意图；
图3为本发明超导带材的局部结构示意图；
图4为样品的扫描测试示意图；
图5为抛光次数与斜边电流的关系示意图；
图6为本发明超导电缆的结构示意图。
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。
本发明提供的一种适用于绞缆的超导带材制备方法，包括：
步骤S1、对基带进行抛光，从而去除基带表面的料痕。抛光的方式可以采用机械抛光，或者采用先机械抛光再电化学抛光的方式实现。抛光的次数可以为多次，在机械抛光中，也可以采用先粗抛光再精抛光的方式，粗抛光轮的转向与在基带上的前进方向相反，而精抛光轮的转向与在基带上的前进方向相同。
步骤S2、对抛光后的基带进行切割，使基带具有直边部分和斜边部分。切割的方式包括激光切割或冲压切割。如图3所示，直边部分和斜边部分的连接处的转角包括弧形。在本实施例中，设置内转角为弧形，在其他实施例中，也可以同时设置外转角也为弧形。转角处的弧形过渡，使得电流在从直边部分传输至斜边部分时能够更加顺畅。在本发明中，斜边部分的宽度a大于直边部分的宽度b，避免电流在从质变部分传输到斜边部分时的损失。
步骤S3、在切割后的基带上依次镀制缓冲层和超导层，此外还可以在超导层上镀制银层，并镀铜封装。该步骤中的工艺和常规超导带材的原理相同，本发明对此不作赘述。如图4所示，在基带基础上继续镀制缓冲层的CeO2，对CeO2的面外扫描测试发现，随着打磨次数的增加，织构层织构度Δω逐步变小，说明样品的面外织构逐步得到改善。当将样品旋转了90°再次进行扫描测试，发现5组样品的Δω较小且数值一致，说明面外织构在不同平面的存在各向异性，Δω变大的原因的确来自于基带的料痕。抛光次数与斜边电流的关系如图5所示，可见抛光的次数为1至5次为宜。抛光使得镀制在基带上的织构层织构度和粗糙度小于预设值，使得通过所述超导带材的电流的保有度在90％以上。在缓冲层50μm×50μm的尺度下，起伏不超过200nm，织构层织构度Δω小于3.2°。
X射线衍射(XRD)在薄膜结构分析中是最重要的方法之一，常用来分析薄膜的晶胞参数，外延质量，外延关系，结晶取向等。XRD具有两种扫描方式：θ-2θ扫描和
Figure BDA0003108878950000041
扫描。常规的θ-2θ扫描时，样品与入射光线的夹角为θ，旋转样品角度的同时接收器也会跟着同步旋转，接收器与入射光线的夹角始终保持在2θ，最终得到了薄膜的θ-2θ图谱。通过图谱中的特征峰可以看到薄膜晶粒沿c轴方向生长的情况，沿χ方向对特征峰的积分得到的半高宽(FWHM)越小，说明薄膜沿c轴方向生长的一致性就越好。
Figure BDA0003108878950000042
扫描主要是为了得到薄膜晶粒在a-b面内取向以及薄膜与基片的外延关系情况。CeO2和ReBCO晶粒外延在四方晶格上，测试过程中样品绕自身法线旋转，因此
Figure BDA0003108878950000043
扫描的衍射峰具有90°的旋转对称性，理想的图谱具有4个相隔90°的窄峰。
Figure BDA0003108878950000044
扫描的半高宽(FWHM)越小，说明薄膜面内a-b面内取向一致性就越好。本发明采用Bruker公司的D8 discover型X射线衍射仪。
在本发明的其他实施例中，抛光完成还还包括对基带进行清洗，从而去除抛光产生的残余物质。
如图6所示，本发明还提供一种超导电缆，采用多个上述方法制备得到的超导带材扭绞得到。
在其他实施例中，一种适用于绞缆的超导带材制备方法包括：
步骤S1、对基带进行抛光。
步骤S2、所述基带上依次镀制缓冲层、织构层、超导层和银保护层，得到超导带材。
步骤S3、对镀制后的所述超导带材进行切割，使所述超导带材具有直边部分和斜边部分。
步骤S4、对切割后的超导带材镀制铜保护层。
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)

1.一种适用于绞缆的超导带材制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1、对基带进行抛光；
步骤S2、对抛光后的所述基带进行切割，使所述基带具有直边部分和斜边部分；
步骤S3、在切割后的所述基带上依次镀制缓冲层、织构层、超导层、银保护层、铜保护层，得到超导带材；或者，包括：
步骤S1、对基带进行抛光；
步骤S2、所述基带上依次镀制缓冲层、织构层、超导层和银保护层，得到超导带材；
步骤S3、对镀制后的所述超导带材进行切割，使所述超导带材具有直边部分和斜边部分；
步骤S4、对切割后的超导带材镀制铜保护层。
2.根据权利要求1所述的适用于绞缆的超导带材制备方法，其特征在于，织构层织构度和粗糙度小于预设值，使得通过所述超导带材的电流的保有度在90％以上。
3.根据权利要求1所述的适用于绞缆的超导带材制备方法，其特征在于，在缓冲层50μm×50μm的尺度下，起伏不超过200nm，织构层织构度Δω小于3.2°。
4.根据权利要求1所述的适用于绞缆的超导带材制备方法，其特征在于，所述直边部分和所述斜边部分的连接处的转角包括弧形。
5.根据权利要求1所述的适用于绞缆的超导带材制备方法，其特征在于，所述斜边部分的宽度大于所述直边部分的宽度。
6.根据权利要求1所述的适用于绞缆的超导带材制备方法，其特征在于，对所述基带进行切割的方式包括激光切割或冲压切割。
7.根据权利要求1所述的适用于绞缆的超导带材制备方法，其特征在于，所述抛光采用机械抛光。
8.根据权利要求1所述的适用于绞缆的超导带材制备方法，其特征在于，所述抛光采用先进行机械抛光再进行电化学抛光的方式实现。
9.一种超导带材，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的适用于绞缆的超导带材制备方法制备得到。
10.一种超导电缆，其特征在于，采用多个权利要求9所述的超导带材扭绞得到。
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