CN114038620A - 超导带材再包覆设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超导带材再包覆设备和方法，包括：进料导轮组、中间导轮组和封装装置；进料导轮组包括新上层封装带进料导轮、旧带进料导轮和新下层封装带进料导轮，分别用于新上层封装带、旧带和新下层封装带的进料；中间导轮组获取并分离旧带，导出旧上层封装带、超导带和旧下层封装带；封装装置获取超导带、新上层封装带和新下层封装带，并将超导带、新上层封装带和新下层封装带包覆在一起得到新带。本发明提供的超导带材封装方法能够拯救一半报废的带材，使得报废品成为良品。由于采用了新的包覆带材，剔除了一部分原来由于旧的包覆带材产生的缺陷。由于采用了一次新的封装过程，剔除了一部分由于原来封装过程中偶发产生的问题。

Description

超导带材再包覆设备和方法

技术领域

本发明涉及超导材料技术领域，具体地，涉及一种超导带材再包覆设备和方法。

背景技术

1911年荷兰莱顿大学的卡末林•昂纳斯教授在实验室首次发现超导现象以来，超导材料及其应用一直是当代科学技术最活跃的前沿研究领域之一。在过去的十几年间，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、超导磁悬浮、核磁共振等领域取得显著成果。超导带材分为铋系和钇系。铋系超导体即第一代超导材料，也称BSCCO超导体；钇系超导体即第二代超导材料，也称YBCO或ReBCO超导体。

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。金属基底的作用是为带材提供优良的机械性能。过渡层的作用一方面是防止超导层与金属基底发生元素间的相互扩散，另一方面最上方的过渡层需为超导层的外延生长提供好的模板，提高YBCO晶粒排列质量。制备超导性能优良的涂层导体，需要超导层具有一致的双轴织构。双轴织构是指晶粒在a/b轴和c轴（c轴垂直于a/b面）两个方向均有着近乎一致的排列。由于YBCO薄膜在a/b轴方向的排列程度（面内织构）相对较难实现，而面内织构较差会严重降低超导性能。因此需要YBCO超导薄膜在已经具有双轴织构和匹配晶格的过渡层上外延生长。制备实现双轴织构有两种主流的技术路线，一种是轧制辅助双轴织构基带技术，另一种为离子束辅助沉积技术。ReBCO超导层制备的常见技术分为多种，有脉冲激光沉积、金属有机物化学气相沉积、反应共蒸发等。保护层主要是用来保护超导膜层，一般在超导带材表面镀1-5um的银层。

然而这些超导带材，由于其本身材料或者制作工艺的限制还存在着有许多弱点，尤其在将其应用到具体的超导应用装置中，这些材料在加工中需要经过接头制作，绕制线圈，环氧浸渍，真空浇筑，在应用中需要急冷急热，大量冷热循环，受到大磁场所带来的应力，大电流的冲击等等复杂的工况环境。可以说纯粹经过初步保护的超导带材，其性能远远不能满足实际超导带材应用的工况，尤其是电学和力学方面的性能。由于第二代高温超导带材本身结构为非对称，且加工工艺最为复杂，本文就以第二代高温超导带材的保护进行说明，但不限于第二代高温超导带材。

仅仅经过银保护的第二代高温超导带材，通常不能满足应用的需求。国际上普遍的做法是对其进行表面镀铜处理，即在已经镀银的超导带材表面电镀1-80um的铜层。

经过电镀加强的超导带材能够适应一部分应用环境，但对于很多超导应用的工况仍然不能满足要求，其原因在于：

1、超导应用产品需要超导带材有更厚、更牢固保护层

此时，80um的镀铜层已经是电镀加工极限。如果镀的再厚会产生以下几个问题：1、超导带材整体发生脱膜现象，即银层和铜层整体脱落；2、带材生产的角度来说，电镀更厚的铜，所需要的加工时间，设备规模已经不能承受。

2、超导应用产品需要超导带材表面抗氧化

经过电镀加强的超导带材表面非常容易氧化，对于储存，加工超导带材增加了一定的难度。

3、超导应用产品需要超导带材均匀，机械尺寸一致

超导应用往往需要对超导带材进行二次加工，例如绕成线圈。如果机械尺寸不一致，带材宽度、厚度不均匀，在对超导带材进行二次加工时，极易产生新的缺陷，影响整体产品质量。如果镀铜更厚镀的再厚会产生以下几个问题：1、超导带材由于是扁平状，电镀带材截面产生不可接受“骨头型”；2、在超导带材表面产生大量铜毛刺。超导带材在后续绝缘加工过程中，毛刺会砸破绝缘，超导带材在使用环境下，毛刺会造成电场集中等问题。

4、超导应用产品需要超导带材有极少缺陷

超导应用产品加工中需要对超导带材进行接头制作，绕制线圈，环氧浸渍，真空浇筑，在应用中需要急冷急热，大量冷热循环，受到大磁场所带来的应力，大电流的冲击等等复杂的工况环境、超导带材保护层上的缺陷在这样复杂的工况下，会被放大，从而影响超导带材的性能，最终影响产品的性能。

5、部分超导应用产品需要超导带材有其他材质的保护层

超导电阻型限流器需主要考虑带材失超后有大电阻，且能对抗一定的力学冲击，此时保护层使用高导热、高强度、高电阻的材料为好，例如不锈钢。

因此需要对镀铜后的超导带材进行封装加强处理，用的包覆层通常为紫铜、黄铜、不锈钢。单侧包覆层的厚度通常为30-200um.

无论是包覆层的带材或是超导层的带材都很难做到完美。由于超导带材的生产工序非常繁多且复杂，带材在生产过程中，总会存在一些潜在的缺陷：卷边、折边、凹坑、毛边等，包覆带材也常常伴随这些问题；同时，由于带材表面很多时候采用紫铜材质，紫铜在空气中存放时间长后容易氧化，与焊锡的浸润性产生不良。上述的问题在封装过程中极易导致并新产生很多缺陷，例如局部的气泡，侧面的漏锡，带材的褶皱等等。

通常对于封装好的超导带材再次进行检测，总能发现20-30%的不良超导带材。用常规的方法很难对封装过的超导带材拆开，即使拆开后也会导致中间的超导层后续无法进一步加工使用。目前超导带材40-60万元/公里的售价，一旦一卷封装的带材出现了瑕疵，则进入报废流程，按照上水述不良率计算，一条带材产线每年累积下来的报废带材多达4-5千万元人民币，给企业和国家带来了巨大的经济、资源损失。

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超导带材再包覆设备和方法。

根据本发明提供的一种超导带材再包覆设备，包括：进料导轮组、中间导轮组和封装装置；

所述进料导轮组包括新上层封装带进料导轮、旧带进料导轮和新下层封装带进料导轮，分别用于新上层封装带、旧带和新下层封装带的进料；

所述中间导轮组获取并分离所述旧带，导出旧上层封装带、超导带和旧下层封装带；

所述封装装置获取所述超导带、所述新上层封装带和所述新下层封装带，并将所述超导带、所述新上层封装带和所述新下层封装带包覆在一起得到新带。

优选地，所述旧带进料导轮位于所述新上层封装带进料导轮和所述新下层封装带进料导轮之间。

优选地，所述中间导轮组包括：第一导轮组和第二导轮组；

所述第一导轮组在所述旧带的厚度方向上从两侧限位所述旧带；

所述第二导轮组在所述旧带的传输方向上位于所述第一导轮组的后端，并分别将所述旧带分离出的所述旧上层封装带、所述旧下层封装带以预设的角度导出。

优选地，所述预设的角度包括：将所述旧上层封装带相对于所述超导带呈45度夹角向所述超导带的上侧导出，将所述旧下层封装带相对于所述超导带呈45度夹角向所述超导带的下侧导出。

优选地，还包括出料导轮组；

所述出料导轮组分别将所述旧上层封装带、所述旧下层封装带以及所述新带导出。

优选地，还包括张紧轮组；

所述张紧轮组分别对所述新上层封装带、所述旧带、所述超导带和所述新下层封装带进行张紧和导向。

优选地，所述进料导轮组、所述中间导轮组和所述出料导轮组的转速控制为同步。

优选地，所述封装装置中设置有液体或液相气体。

优选地，还包括升降炉，所述升降炉内设置有焊锡。

根据本发明提供的一种超导带材再包覆方法，采用所述的超导带材再包覆设备，执行包括：

步骤1：熔化并清理旧带表面的焊锡；

步骤2：将旧带的旧上层封装带、超导带和旧下层封装带分别焊接引带；

步骤3：将新上层封装带、旧带、和新下层封装带分别送入新上层封装带进料导轮、旧带进料导轮和新下层封装带进料导轮；

步骤4：将旧带内部的焊锡在升降炉中加热熔化，通过中间导轮组分离出旧上层封装带、超导带和旧下层封装带；

步骤5：将超导带、新上层封装带和新下层封装带送入封装装置包覆在一起得到新带。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的超导带材封装方法能够拯救一半报废的带材，使得报废品成为良品。

由于采用了新的包覆带材，剔除了一部分原来由于旧的包覆带材产生的缺陷。

由于采用了一次新的封装过程，剔除了一部分由于原来封装过程中偶发产生的问题。

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为本发明的正视图；

图2为本发明的立体图。

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。

如图1和图2所示，本发明提供的一种超导带材再包覆设备，包括：进料导轮组、中间导轮组、封装装置3、出料导轮组、张紧轮组和升降炉4。进料导轮组用于旧带和新封装带的进料，中间导轮组用于对进料的旧带进行分离，分离得到的超导带以及进料的新封装带被送入封装装置进行封装，分离得到的旧封装带和封装得到的新带通过出料导轮组导出。张紧轮组用于旧带和新封装带的张紧，升降炉中设置有焊锡，通过升降能够将焊锡浸没张紧轮组、中间导轮组和封装装置的一部分。

具体的，进料导轮组包括新上层封装带进料导轮11、旧带进料导轮12和新下层封装带进料导轮13，分别用于新上层封装带、旧带和新下层封装带的进料。旧带进料导轮位于新上层封装带进料导轮和新下层封装带进料导轮之间，以便于后续封装。

旧带表面由于存放或者使用过程中形成脏污，因此需要在进入升降炉4之间进行清理。在本发明中，可以在进入进料导轮组之前使用羊毛毡浸润清洁剂进行表面处理，从而保证升降炉4内的焊锡清洁程度，不影响封装效果。

中间导轮组获取并分离旧带，导出旧上层封装带、超导带和旧下层封装带。中间导轮组包括：第一导轮组21和第二导轮组22。第一导轮组21在旧带的厚度方向上从两侧限位旧带，用于避免旧带在分离过程中的上下位移。第二导轮组22在旧带的传输方向上位于第一导轮组的后端，并分别将旧带分离出的旧上层封装带、旧下层封装带以预设的角度导出。考虑到旧上层封装带、旧下层封装带在离开升降炉时会同时带出焊锡，因此需要在旧上层封装带、旧下层封装带在离开升降炉的位置设置刮刀，对旧上层封装带、旧下层封装带的表面进行刮锡处理，相较于不进行处理的工艺，可以节省50%的锡条消耗。

预设的角度包括：将旧上层封装带相对于超导带呈45度夹角向超导带的上侧导出，将旧下层封装带相对于超导带呈45度夹角向超导带的下侧导出。在本实施例中，第一导轮组21包括上下两个导轮，第二导轮组22同样也包括上下两个导轮，本发明对此不做限制。其中，为了避免旧带内部的焊锡未充分融化时就进行分离导致对超导带的破坏，中间导轮组设置的位置需要保证在旧带进入升降炉一段长度后再进入中间导轮组，在本实施例中，该长度取升降炉长度的三分之一。

封装装置获取超导带、新上层封装带和新下层封装带，并将超导带、新上层封装带和新下层封装带包覆在一起得到新带。在本发明中，封装装置采用冷却压紧装置，将浸没在焊锡中的新封装带和超导带进行压紧冷却，实现封装。封装装置中设置有液体或液相气体，实现急速封装。

张紧轮组分别对新上层封装带、旧带、超导带和新下层封装带进行张紧和导向，出料导轮组分别将旧上层封装带、旧下层封装带以及新带导出。需要说明的是，新上层封装带、旧带和新下层封装带均需要一定的张力，在本发明中，旧带上的张力是新上层封装带和新下层封装带张力的2-4倍，避免在后续中间导轮组、封装装置中的进料不稳定。

在本发明中，需要控制进料导轮组、中间导轮组和出料导轮组的转速同步，以免封装时出现部分带材扭曲等情况发生。

上述超导带材再包覆设备的再包覆方法包括：

步骤1：熔化并清理旧带表面的焊锡。该步骤可在设备外部提前完成，包括加热后用羊毛毡或刮刀，或者用电烙铁，本发明对此不做限制。

步骤2：将旧带的旧上层封装带、超导带和旧下层封装带分别焊接引带，以便于超导带材再包覆设备内各个导轮的传输。

步骤3：将新上层封装带、旧带、和新下层封装带分别送入新上层封装带进料导轮、旧带进料导轮和新下层封装带进料导轮。

步骤4：将旧带内部的焊锡在升降炉中加热熔化，通过中间导轮组分离出旧上层封装带、超导带和旧下层封装带。

步骤5：将超导带、新上层封装带和新下层封装带送入封装装置进行压紧和冷却，从而包覆在一起得到新带。通过出料导轮组分别将旧上层封装带、旧下层封装带以及新带导出。

在封装之前，若需要在超导带上制作接头，则需要将升降炉进行下降，时使超导带露出焊锡进行接头制作。制作完成后，上升升降炉浸没带材后继续进行封装。

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)

1.一种超导带材再包覆设备，其特征在于，包括：进料导轮组、中间导轮组和封装装置；

所述进料导轮组包括新上层封装带进料导轮、旧带进料导轮和新下层封装带进料导轮，分别用于新上层封装带、旧带和新下层封装带的进料；

所述中间导轮组获取并分离所述旧带，导出旧上层封装带、超导带和旧下层封装带；

所述封装装置获取所述超导带、所述新上层封装带和所述新下层封装带，并将所述超导带、所述新上层封装带和所述新下层封装带包覆在一起得到新带。

2.根据权利要求1所述的超导带材再包覆设备，其特征在于，所述旧带进料导轮位于所述新上层封装带进料导轮和所述新下层封装带进料导轮之间。

3.根据权利要求1所述的超导带材再包覆设备，其特征在于，所述中间导轮组包括：第一导轮组和第二导轮组；

所述第一导轮组在所述旧带的厚度方向上从两侧限位所述旧带；

所述第二导轮组在所述旧带的传输方向上位于所述第一导轮组的后端，并分别将所述旧带分离出的所述旧上层封装带、所述旧下层封装带以预设的角度导出。

4.根据权利要求3所述的超导带材再包覆设备，其特征在于，所述预设的角度包括：将所述旧上层封装带相对于所述超导带呈45度夹角向所述超导带的上侧导出，将所述旧下层封装带相对于所述超导带呈45度夹角向所述超导带的下侧导出。

5.根据权利要求1所述的超导带材再包覆设备，其特征在于，还包括出料导轮组；

所述出料导轮组分别将所述旧上层封装带、所述旧下层封装带以及所述新带导出。

6.根据权利要求1所述的超导带材再包覆设备，其特征在于，还包括张紧轮组；

所述张紧轮组分别对所述新上层封装带、所述旧带、所述超导带和所述新下层封装带进行张紧和导向。

7.根据权利要求5所述的超导带材再包覆设备，其特征在于，所述进料导轮组、所述中间导轮组和所述出料导轮组的转速控制为同步。

8.根据权利要求1所述的超导带材再包覆设备，其特征在于，所述封装装置中设置有液体或液相气体。

9.根据权利要求1所述的超导带材再包覆设备，其特征在于，还包括升降炉，所述升降炉内设置有焊锡。

10.一种超导带材再包覆方法，其特征在于，采用权利要求1所述的超导带材再包覆设备，执行包括：

步骤1：熔化并清理旧带表面的焊锡；

步骤2：将旧带的旧上层封装带、超导带和旧下层封装带分别焊接引带；

步骤3：将新上层封装带、旧带、和新下层封装带分别送入新上层封装带进料导轮、旧带进料导轮和新下层封装带进料导轮；

步骤4：将旧带内部的焊锡在升降炉中加热熔化，通过中间导轮组分离出旧上层封装带、超导带和旧下层封装带；

步骤5：将超导带、新上层封装带和新下层封装带送入封装装置包覆在一起得到新带。

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