CN114501696A - 用于超导带材制备的加热和走带系统 - Google Patents

用于超导带材制备的加热和走带系统 Download PDF

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CN114501696A CN202210139121.9A CN202210139121A CN114501696A CN 114501696 A CN114501696 A CN 114501696A CN 202210139121 A CN202210139121 A CN 202210139121A CN 114501696 A CN114501696 A CN 114501696A
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朱佳敏
高中赫
陈思侃
赵跃
姜广宇
袁海波
卞云杰
陈永春
吴蔚
王臻郅
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Abstract

本发明提供了一种用于超导带材制备的加热和走带系统，包括加热壳体和加热灯管，其中：所述加热灯管提供热量，为加热壳体供热；加热壳体与超导带材接触，并对超导带材加热，超导带材在加热壳体上滚动或者滑动；所述加热灯管包括加热灯管壳、设置在加热灯管壳里的导电丝和加热丝，加热丝设置有多个，多个加热丝通过导电丝串接，导电丝的两端伸出加热灯管壳，作为电源的连接接口。本发明结构合理、设计巧妙且操作方便。通过设置梯度加热灯管，解决了超导带材多道往复时不同厚度的膜层的受热温度不一致以及不同区域镀膜量不同的问题。本发明通过设置带槽加热壳体，提高了受热效率。

Description

用于超导带材制备的加热和走带系统
技术领域
本发明涉及超导材料领域，具体地，涉及一种用于超导带材制备的加热和走带结构和工艺。
背景技术
本文以PLD镀制REBCO膜层进行叙述但不限于REBCO一种超导材料或PLD一种方法。
在各种真空镀膜工艺的镀膜过程中，为保证基底上薄膜的质量，很多薄膜的制备都需要对镀膜的基底进行加热，并且对镀膜过程中基底的温度偏差范围有着严格的要求。因此，加热系统是镀膜设备中至关重要的部分。而对于窄且长的连续的柔性基底带材，在镀膜中常采用循环往复的卷对卷结构，以增加镀膜面积，提高镀膜效率。虽然在不同的设备中，加热系统的结构、尺寸、几何形状等有所不同，但对于近似二维的柔性基底的带材来说卷对卷的走带结构要求所采用加热系统所采用的加热面均温区的面积应足够大，以与增大的镀膜面积相匹配，使镀膜过程中带材的温度保持不变。综上所述，为了保证卷对卷连续带材的镀膜质量，加热系统需要在大面积的加热面上保证带材的温度均匀。另一方面，大规模工业化生产需要柔性基底具有高的走带速度，以满足其高产量的需求。加热板尺寸的限制和高的走带速度使得柔性基底带材的加热时间很短，如何在极短的时间内使带材的温度提高至目标温度，这又是对加热系统提出的新的需求。
沉积温度是超导层工艺中最为关键的参数之一。ReBCO薄膜的生长的温区十分的窄，一般只有20℃。通常要测量准确衬底的温度并不是很方便。原因在于测量温度和实际温度之间往往存在明显差异。使用热电偶来测试衬底温度，测试的稳定度依赖于两者的稳定接触，即使非常理想的接触，衬底底面与表面仍存在温度梯度，这就是差异的来源。
加热系统已经达到了热平衡，如果此时置于其中的基带是静态的，那么基带可以看作是处在热环境下的一个点。对于这个点来说由于做了较长时间的热交换，衬底容易达到热平衡状态。因此这一差异关系是稳定的，比较容易能确定相对的最佳沉积温度。
不同于静态工艺，在动态的走带系统中，基带每个点要经历整个路径上很多不同的位置。由于加热系统中存在着热梯度，因此在整个基带路径上的各点温度会高低起伏。基带以一定的速度走过这个路径，经过不同的温度区域，将会有不停的吸热和放热过程，温度始终不会固定。如果想控制基带在镀膜时处于最佳温度，最理想的情况希望基带走过的整个路径上的温度梯度越小越好。然而规模化的生产需镀膜面积越大越好，越大的面积越容易造成大的温度梯度，这与理想的控温情况之间产生了矛盾。
其中两个问题十分棘手：1、如何通过一系列的温度测试，得到镀膜区带材所在位置的温度分布。2、如何再次得到带材经过镀膜区的温度分布。
第一个问题比较困难，原因有以下两个方面：1、镀膜区中不能直接设置热电偶，会干涉镀膜，同时镀膜时产生的等离子体羽辉也会干扰测试。2、腔体内也无法使用激光等光学温度的测试，原因在于镀膜的粉尘会覆盖光学器件。
第二个问题更加的困难，基带表面的温度取决于进入镀膜区时刻本身的温度和在镀膜区吸放热的过程。各道基带进入镀膜区时刻的温度又取决于和加热板之间的传导加热以及反射墙之间的辐射加热过程。
由于加热结构和环境极为复杂，通常还会受到水冷、等离子体羽辉，加热滚筒缺陷等等因素的干扰，因此热电偶组在测量中失效概率极大。例如一根超导带材的测试结果显示带材一侧由于温度过低临界电流甚至衰减至了0A。从薄膜的晶体结构判断镀膜时温度至少跌出窗口下限50-100℃，然而热电偶组的测试数据发现温度波动幅度只有5-10℃。
镀膜的带材会多道往复的绕制在加热板或加热滚筒上，为了防止其道与道之间的带材打滑后碰到一起互相机械接触导致损坏，因此多道往复的带材道与道之间会间隔设置。
现有的加热系统存在诸多问题，包括镀膜区窗口温度窄，无法适应大面积镀膜，需要进一步的精细；加热面与带材接触，传导热量，导热不均；加热面维护困难，各批次之间变化复杂；带材镀制过程中容易发生卷边的情况；不能适应镀制薄基带的需求；不能做长带；带材由于在高温下拉伸过渡，截面形成拱形。
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用于超导带材制备的加热和走带系统。
根据本发明提供的一种用于超导带材制备的加热和走带系统，包括加热壳体和加热灯管，其中：
所述加热灯管提供热量，为加热壳体供热；
加热壳体与超导带材接触，并对超导带材加热，超导带材在加热壳体上滚动或者滑动；
所述加热灯管包括加热灯管壳、设置在加热灯管壳里的导电丝和加热丝，加热丝设置有多个，多个加热丝通过导电丝串接，导电丝的两端伸出加热灯管壳，作为电源的连接接口。
优选地，所述加热灯管的长度方向与超导带材的运动方向垂直，沿加热灯管的长度方向，加热丝的长度由X因素和Y因素确定，其中：
基于X因素，沿加热灯管长度方向，加热丝的长度递增；
基于Y因素，沿加热灯管长度方向，加热丝的长度先增加，后减小。
优选地，所述加热灯管为全透明灯管。
优选地，所述加热灯管距离加热壳体2cm以上。
优选地，所述加热壳体为陶瓷加热壳体。
优选地，所述加热壳体上设置有开槽，所述开槽槽比实际间距小10％，例如超导带材间设置的槽是1mm，但加热壳体上所开的槽为1.1mm。
优选地，所述加热壳体采用高导热材料。
优选地，所述加热壳体包括加热滚筒，当超导带材在加热滚筒上往复运动时，加热滚筒被抱起，加热滚筒和超导带材相对静止。
优选地，所述加热灯管设置有多个，多个加热灯管分布在所述超导带材的运动路径上。
优选地，所述加热壳体上设置有多条并排设置的导槽，相邻的导槽之间形成超导带材接触面。
优选地，所述超导带材接触面为并排设置的超导带材接触面。
优选地，所述加热壳体为加热滚筒，加热滚筒的径向方向设置有多个沿加热滚筒周向设置的导槽。
优选地，多个加热灯管沿加热滚筒的内部周向均匀分布。
优选地，所述加热壳体为加热板，加热板的宽度方向设置有多条沿所述加热板长度方向延伸的导槽。
优选地，所述加热灯管为条形状，所述加热灯管的加热丝在导电丝上呈阶梯分布。
优选地，沿加热灯管的长度方向，加热丝的长度递增或者递减。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明结构合理、设计巧妙且操作方便。
2、本发明通过设置梯度加热灯管，解决了超导带材多道往复时不同厚度的膜层的受热温度不一致以及不同区域镀膜量不同的问题。
3、本发明通过设置带槽加热壳体，提高了受热效率。
4、本发明通过设置陶瓷滚筒，克服了超导带材变形现象，提高了超导带材品质。
5、本发明大幅度拓展了镀膜区窗口，成品率大幅提高。
6、本发明的加热面维护更为容易，大幅提高设备稼动率。
7、本发明克服带材形变现象，带材品质大幅提高。
8、本发明能镀制薄基带，带材工程临界电流密度大幅提高。
9、本发明实现单根带材长度大幅加长。
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为用于超导带材制备的加热和走带系统的结构示意图。
图2为本发明的加热滚筒的结构示意图。
图3为本发明的加热灯管的结构示意图。
图4为本发明的加热滚筒的透视图。
图5为本发明的加热滚筒的使用示意图。
图6为本发明的加热滚筒的剖面示意图。
图7为本发明的加热板的应用示意图。
图8为本发明的加热板的结构示意图。
图9为本发明的加热板背部加热灯管的结构示意图。
图10为本发明的加热板背部加热灯管的剖面示意图。
图中示出：
加热滚筒101
带槽加热滚筒102
带槽加热板103
超导带材104
前支撑架201
支撑轴承座202
支撑轴承203
支撑轴承轴204
导向轴承座205
导向轴承206
加热灯管301
加热灯管壳302
加热灯管导电丝303
加热灯管加热丝304
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至图10所示，根据本发明提供的一种用于超导带材制备的加热和走带系统，包括加热壳体和加热灯管，其中：所述加热灯管提供热量，为加热壳体供热；加热壳体与超导带材接触，并对超导带材加热，超导带材在加热壳体上滚动或者滑动；所述加热灯管包括加热灯管壳、设置在加热灯管壳里的导电丝和加热丝，加热丝设置有多个，多个加热丝通过导电丝串接，导电丝的两端伸出加热灯管壳，作为电源的连接接口。所述加热灯管设置有多个，多个加热灯管分布在所述超导带材的运动路径上。所述加热壳体上设置有多条并排设置的导槽，相邻的导槽之间形成超导带材接触面。所述超导带材接触面为并排设置的超导带材接触面。所述加热壳体为加热滚筒，加热滚筒的径向方向设置有多个沿加热滚筒周向设置的导槽。多个加热灯管沿加热滚筒的内部周向均匀分布。所述加热壳体为加热板，加热板的宽度方向设置有多条沿所述加热板长度方向延伸的导槽。多个加热灯管贴附在加热板的背面。所述加热灯管为条形状，所述加热灯管的加热丝在导电丝上呈阶梯分布。沿加热灯管的长度方向，加热丝的长度递增或者递减。
进一步具体说明，本发明以PLD镀制REBCO膜层进行叙述但不限于REBCO一种超导材料或PLD一种方法。如图1所示，本发明提供的实施例中，加热滚筒设置在前支撑架上，加热滚筒通过支撑轴承实现支撑，通过导向轴承实现导向作用。所述加热灯管设置在加热滚筒内，沿加热滚筒的内周均匀分布。进一步说明，支撑轴承模块设置有多个，且分布在滚筒两侧的周向，实现了滚筒的上下定位功能，每个支撑轴承模块设置有双轴承，保证了滚筒的运行，当其中一个轴承发生损坏时，另外一个轴承可以支撑滚筒至工作结束。滚筒的其中一侧设置有环形槽，该侧的支撑架上设置有导向轴承模块，导向轴承模块与环形槽配合，对滚筒的一侧进行轴向限位。
加热灯管的设置方向与所述加热滚筒的径向方向相同。每个加热灯管包括一加热灯管壳、一加热灯管导电丝，加热灯管导电丝上设置有多个加热灯管加热丝，加热灯导电丝呈U型设置，加热灯导电丝的首尾两端自所述加热灯管壳的一端伸出，作为电源连接部件，其余部分设置在加热灯管壳的内部，加热灯管导电丝上分布的多个加热灯管加热丝的功率，沿加热灯管导电丝的长度方向阶梯分布。具体的，导电丝的长度由两个考虑因素，第一个因素是超导带材多道往复，每一道相对于上一道的厚度都会递增，因此需要加热灯管的温度递增，保证镀膜效果。第二个因素是打靶时镀膜区域的中间区域的粒子相对于两边的粒子更多，因此沿加热灯管的长度方向，加热温度先增加，后减小。加热灯管的设置有上述两个因素综合决定。以9道带材为例说明：
对于X因素，第一道带材至最后一道带材感受到的灯管加热功率，依次为70％72％74％76％78％80％81％83％84％；对于Y因素，第一道带材至最后一道带材感受到的灯管加热功率，依次为70％78％83％86％88％86％83％78％70％；XY因素叠加，第一道带材至最后一道带材感受到的灯管加热功率，依次为65％75％83％89％94％94％91％87％78％。
所述加热滚筒的外侧设置有凹槽，凹槽设置有多个，多个凹槽等间距分布在加热滚筒的外侧，如图5所示，相邻的凹槽之间设置有与超导带材接触的超导带材接触面，多个超导带材接触面并排设置。超导带材接触面为环形面，超导带材接触面的宽度和超导带材的宽度一致。当超导带材在加热滚筒上往复运动时，加热滚筒被抱起，加热滚筒和超导带材相对静止。即除了进加热滚筒的超导带材和出加热滚筒的超导带材，中间区域的超导带材运动时与加热滚筒相对静止。
如图7所示，根据本发明提供的另一实施例，设置加热板代替加热滚筒，加热板上同样设置有沿加热板长度方向延伸的多条凹槽。相邻的凹槽之间形成超导带材接触面，超导带材自所述超导带材接触面滑过。加热板的背面设置有多个并排设置的加热灯管，加热灯管的长度方向与加热板的长度方向相垂直。
在上述两个实施例中，所述加热灯管内的加热丝在加热灯管长度方向成阶梯分布，具体的，加热灯管内的加热丝的长度与其对应位置的超导带材的膜层厚度有关联。超导带材多道往复，随着膜层的增厚，对镀膜时的温度需求也在逐步提高。因此膜层增厚的对应位置的加热丝的长度越长，保证加热温度。
本发明的加热滚筒或者平板采用轻型加热滚筒或平板，加热滚筒或者平板为陶瓷加热滚筒或平板，其表面优选设置有抠槽陶瓷加热滚筒。本发明的加热滚筒或者平板采用高导热材料，例如氮化碳材料。
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)

1.一种用于超导带材制备的加热和走带系统，其特征在于，包括加热壳体和加热灯管，其中：
所述加热灯管提供热量，为加热壳体供热；
加热壳体与超导带材接触，并对超导带材加热，超导带材在加热壳体上滚动或者滑动；
所述加热灯管包括加热灯管壳、设置在加热灯管壳里的导电丝和加热丝，加热丝设置有多个，多个加热丝通过导电丝串接，导电丝的两端伸出加热灯管壳，作为电源的连接接口。
2.根据权利要求1所述的用于超导带材制备的加热和走带系统，其特征在于，所述加热灯管的长度方向与超导带材的运动方向垂直，沿加热灯管的长度方向，加热丝的长度由X因素和Y因素确定，其中：
基于X因素，沿加热灯管长度方向，加热丝的长度递增；
基于Y因素，沿加热灯管长度方向，加热丝的长度先增加，后减小。
3.根据权利要求1所述的用于超导带材制备的加热和走带系统，其特征在于，所述加热灯管为全透明灯管。
4.根据权利要求1所述的用于超导带材制备的加热和走带系统，其特征在于，所述加热灯管距离加热壳体2cm以上。
5.根据权利要求1所述的用于超导带材制备的加热和走带系统，其特征在于，所述加热壳体为陶瓷加热壳体。
6.根据权利要求1所述的用于超导带材制备的加热和走带系统，其特征在于，所述加热壳体上设置有开槽，所述开槽槽比实际间距大10％。
7.根据权利要求1所述的用于超导带材制备的加热和走带系统，其特征在于，所述加热壳体采用高导热材料。
8.根据权利要求1所述的用于超导带材制备的加热和走带系统，其特征在于，所述加热壳体包括加热滚筒，当超导带材在加热滚筒上往复运动时，加热滚筒被抱起，加热滚筒和超导带材相对静止。
9.根据权利要求1所述的用于超导带材制备的加热和走带系统，其特征在于，所述加热灯管设置有多个，多个加热灯管分布在所述超导带材的运动路径上。
10.根据权利要求1所述的用于超导带材制备的加热和走带系统，其特征在于，所述加热壳体上设置有多条并排设置的导槽，相邻的导槽之间形成并排设置的超导带材接触面。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115083688A (zh) * 2022-07-20 2022-09-20 上海超导科技股份有限公司 超导带材动态加热道数调节方法、镀膜方法及超导带材
CN115083688B (zh) * 2022-07-20 2022-10-21 上海超导科技股份有限公司 超导带材动态加热道数调节方法、镀膜方法及超导带材

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