CN113611457A - 具有超高电流密度的超导带材结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有超高电流密度的超导带材结构，属于超导带材技术领域。该具有超高电流密度的超导带材结构包括超导层和设置在超导层两侧的稳定复合层，沿着距离超导层由近及远，稳定复合层包括层叠设置的银层和铜层。本发明能够在有限的空间尺寸内大幅提高电流密度，提高线圈性能。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种超导带材领域的技术，具体是一种具有超高电流密度的超导带材结构及其制备方法。
背景技术
1911年荷兰卡末林·昂纳斯教授首次发现了超导现象，到目前以未来超导材料及其应用都是科学技术最活跃的前沿研究领域之一。近年来，随着超导技术的不断发展，以超导为主的超导电力设备的研究飞速发展，在超导储能、超导电机、超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导同步调相机等领域取得显著成果。在诸多的应用中，超导线圈都是其核心部件。
常规超导线圈的工程临界电流密度是其最重要的指标之一。目前，在超导材料制备厂家和超导应用方，通过不同方法提高其临界电流密度。目前超导材料制备厂家可以通过使用更薄的哈氏合金基带，减小超导带材的横截面积，进而增加临界电流密度。2011年，哈恩提出了超导无绝缘线圈的概念。在这种线圈中，取缔了线圈匝间绝缘，即制备线圈的超导带材表面不喷涂绝缘物质，减小超导线匝间间距，提高电流密度。以上方法，在临界电流不变的情况下，能够提高的电流密度有限，但如何在有限的空间尺寸内大幅提高电流密度，提高线圈性能，仍然是值得研究的课题。
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种具有超高电流密度的超导带材结构及其制备方法，能够在有限的空间尺寸内大幅提高电流密度，提高线圈性能。
本发明涉及一种具有超高电流密度的超导带材结构，包括超导层和设置在超导层两侧的稳定复合层，沿着距离超导层由近及远，稳定复合层包括层叠设置的银层和铜层。
优选地，稳定复合层上远离超导层一侧设有铠装层，铠装层可以是金属材料或非金属材料，也可以同时包含金属材料和非金属材料。进一步优选地，铠装层为紫铜带、黄铜带、不锈钢带中的一种，具备一定的机械强度。
本发明涉及一种具有超高电流密度的超导带材结构的制备方法，包括以下步骤：
S1，在金属基带上生长缓冲层，在缓冲层上制作超导层，之后于超导层侧依次镀制银层和铜层；
S2，将金属基带和缓冲层一起从超导层上分离下来；
S3，在步骤S2分离后的超导层上远离铜层一侧依次镀制银层和铜层；
S4，在步骤S2分离后的缓冲层上重复步骤S1中的操作。
优选地，步骤S1和步骤S3还包括在铜层上设置铠装层。
技术效果
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1)提供了一种具有超高临界电流密度的超导带材，能够在有限的空间尺寸内大幅提高电流密度，提高线圈性能；
2)能够利用缓冲层重复制备超导带材；
3)可根据工程情况设计具有不同层结构的超导带材结构，满足不同工况下的机械性能、临界电流密度、绝缘等性能的要求。
附图说明
图1为实施例1中成品沿带材延伸方向(长度方向)的剖视图；
图2为实施例1成品沿宽度方向的剖视图；
图3为实施例1中A1结构示意图；
图4为实施例1中A2结构示意图；
图5为实施例2中成品结构示意图；
图6为实施例2中B1结构示意图；
图7为实施例2中B2结构示意图；
图8为实施例1、实施例2采用的剥离装置示意图；
图9为实施例1、实施例2中金属基带和缓冲层结构示意图；
图10为对比例1中成品沿带材延伸方向(长度方向)剖视图；
图11为对比例1成品沿宽度方向的剖视图；
图12为对比例2成品结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件进行。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例涉及一种具有超高电流密度的超导带材结构，包括依次设置的铠装层1、铜层2、银层3、超导层4、银层3、铜层2和铠装层1。
本实施例还涉及上述超导带材结构的制备方法，包括以下过程：
采用物理或化学的方法在平整的金属基带6上先后镀制缓冲层5和超导层4，使用磁控溅射镀银或蒸发镀银的方式镀制银层3，使用电化学或其它合适的方式镀制铜层2，使用锡焊的方式或其它合适的方式焊接铠装层1，制得半成品A1，如图3所示；
将半成品A1置于图8所示剥离装置中，将半成品A1绕制在放线盘12中，然后起头，将半成品A1上缓冲层5和金属基带6剥离下来，得到如图4所示半成品A2，以及如图9所示缓冲层5和金属基带6，将剥离下来的半成品A2绕制在收线盘14中，将剥离下来的缓冲层5和金属基带6绕制在收线盘11中；剥离过程中应保证足够大的弯曲半径，合适的张力，防止破坏超导层4和缓冲层5；目前可以做到剥离后的超导层相比剥离前，临界电流保留率在80％以上；
使用磁控溅射镀银或蒸发镀银的方式在半成品A2的超导层裸露面上镀制银层3，使用电化学或其它合适的方式镀制铜层2，使用锡焊的方式或其它合适的方式焊接铠装层1，制得如图1和图2所示成品。
优选地，铠装层宽约5mm、厚约25μm，金属基带宽约4mm、厚约60μm，超导层厚度约2μm，银层厚度约2μm，铜层厚度5μm。
设置对比例1，与实施例1相比，对比例1未剥离缓冲层和金属基带，直接在金属基材的裸露一侧表面依次镀制银层和铜层，得到成品如图10和图11所示。
实施例1和对比例1经性能测试，得到表1。
表1超高临界电流密度的铠装超导带材临界电流密度提升
根据表1可知，本实施例临界电流密度比一般的铠装超导带材提升了约49％。
实施例2
如图5所示，本实施例涉及一种具有超高电流密度的超导带材结构，包括依次设置的铜层2、银层3、超导层4、银层3和铜层2。
本实施例还涉及上述超导带材结构的制备方法，包括以下过程：
采用物理或化学的方法在平整的金属基带6上先后镀制缓冲层5和超导层4，使用磁控溅射镀银或蒸发镀银的方式镀制银层3，使用电化学或其它合适的方式镀制铜层2，制得半成品B1，如图6所示；
将半成品B1置于图8所示剥离装置中，将半成品B1绕制在放线盘12中，然后起头，将半成品B1上缓冲层5和金属基带6剥离下来，得到如图7所示半成品B2，以及如图9所示缓冲层5和金属基带6，将剥离下来的半成品B2绕制在收线盘14中，将剥离下来的缓冲层5和金属基带6绕制在收线盘11中；剥离过程中应保证足够大的弯曲半径，合适的张力，防止破坏超导层4和缓冲层5；目前可以做到剥离后的超导层相比剥离前，临界电流保留率在70％以上；
使用磁控溅射镀银或蒸发镀银的方式在半成品B2的超导层裸露面上镀制银层3，使用电化学或其它合适的方式镀制铜层2，制得如图5所示成品。
优选地，金属基带宽约4mm、厚约60μm，超导层厚度约2μm，银层厚度约2μm，铜层厚度约15μm。
设置对比例2，与实施例2相比，差异仅在于对比例2未剥离缓冲层和金属基带，直接在金属基材的裸露一侧表面依次镀制银层和铜层，得到成品如图12所示。
实施例2和对比例2经性能测试，得到表1。
表2超高临界电流密度的镀铜超导带材临界电流密度提升
根据表2可知，本实施例临界电流密度比一般的铠装超导带材提升了约75％。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种具有超高电流密度的超导带材结构，其特征在于，包括超导层和设置在超导层两侧的稳定复合层，沿着距离超导层由近及远，稳定复合层包括层叠设置的银层和铜层。
2.根据权利要求1所述具有超高电流密度的超导带材结构，其特征是，稳定复合层上远离超导层一侧设有铠装层，铠装层采用金属材料和非金属材料中至少一种制成。
3.根据权利要求2所述具有超高电流密度的超导带材结构，其特征是，铠装层为紫铜带、黄铜带、不锈钢带中的一种。
4.一种具有超高电流密度的超导带材结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在金属基带上生长缓冲层，在缓冲层上制作超导层，之后于超导层侧依次镀制银层和铜层；
S2，将金属基带和缓冲层一起从超导层上分离下来；
S3，在步骤S2分离后的超导层上远离铜层一侧依次镀制银层和铜层。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征是，在步骤S2分离后的缓冲层上重复步骤S1中的操作。
6.根据权利要求4所述制备方法，其特征是，步骤S1和步骤S3还包括在铜层上设置铠装层。
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