CN115331884A - 一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构及制备工艺 - Google Patents

一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构及制备工艺 Download PDF

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CN115331884A CN202211077851.7A CN202211077851A CN115331884A CN 115331884 A CN115331884 A CN 115331884A CN 202211077851 A CN202211077851 A CN 202211077851A CN 115331884 A CN115331884 A CN 115331884A
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陶书
徐先锋
马红军
吴磊
韩厚祥
郭亮
刘方
刘华军
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Abstract

本发明公开了一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构及制备工艺，高温超导导体结构部分包括超导带材、铜盖、铜底和铜包套；所述的超导带材由多根REBCO高温超导带材堆叠排列，形成截面为矩形或正方形的堆叠结构；所述的铜盖和铜底用于封装超导带材，共同扭转后穿入所述的铜包套中，最后通过锡焊法制备成超导导体。本发明的制备工艺流程包括带材堆叠、带材入槽、导体扭转、导体穿管缩径和导体焊接。本发明具有电流密度高、机械强度高、制备工艺简单可靠以及易于实现百米量级以上长导体的制备等优点，可应用于各种电力装备及大科学装置超导磁体领域。

Description

一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构及制备工艺
技术领域
本发明涉及电力装备及大科学装置超导磁体领域，具体为一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构及制备工艺。
背景技术
相比于一代高温超导带材，以REBCO为代表的二代高温超导带材具有较高的临界电流密度以及优越的机械性能和电磁特性，经过十几年的发展，制备工艺研究趋于成熟，在超导电力装备、核聚变及强磁场等大科学装置超导磁体领域有着广阔的应用前景。目前已经实现商用化的REBCO高温超导带材厚度约为0.1mm，宽度2～12mm，由于单根超导带材载流能力有限，制备电缆导体使用多根带材并联时必然会带来扭绞和换位的技术难题，因此需要开发新的导体结构形式和制备工艺。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构及制备工艺，以实现电流密度高、机械强度高、制备工艺简单可靠以及易于百米量级以上长导体的制备。
本发明提供如下的技术方案：
一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构，所述高温超导导体结构包括超导带材、铜盖、铜底和铜包套；所述的超导带材由多根REBCO高温超导带材堆叠排列，形成截面为矩形或正方形的堆叠结构；所述的铜盖和铜底用于封装超导带材，共同扭转后穿入所述的铜包套中，最后通过锡焊法制备成超导导体。
一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构制备工艺，所述制备工艺部分包括带材堆叠、带材入槽、导体扭转、导体穿管缩径、导体焊接等。
本发明还提出一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体的制备工艺，具体步骤如下：
步骤1：将多根REBCO高温超导带材整齐堆叠排列，形成截面矩形或正方形的堆叠结构；
步骤2：将堆叠好的带材放入铜盖与铜底之间的铜槽里，形成截面为圆形的块状体结构；
步骤3：将块状体结构的端部固定，沿着中心线方向以预定的节距进行扭转，得到扭转后的导体；
步骤4：将扭转后的导体穿入铜包套中，并对铜包套进行缩径；
步骤5：最后通过锡焊法在超导带材与铜盖和铜底之间、铜盖与铜底之间、块状体结构与铜包套之间填充有焊锡，制备成坚固的超导导体。
进一步地，所述步骤1包括：
所述REBCO高温超导带材选用厚度为0.1mm，宽度为3mm或所需求的尺寸，堆叠成截面尺寸为3×3mm的堆叠结构，并用铜包带等间距紧密缠绕，防止带材之间相对滑动。
进一步地，所述步骤2包括：
所述上铜盖与铜槽直径为6mm，材料均选用无氧铜材，所述铜槽的截面尺寸为3.2×3mm或所需求的尺寸，保证超导带材能够顺利地放入并进行扭转。
进一步地，所述步骤3包括：
固定块状体结构两端并同时扭绞，扭绞的节距需要大于高温超导带材所能承受的临界节距。
进一步地，所述步骤4包括：
铜包套在缩径过程中，所设计的台阶型铜盖和铜底可以较好地定位，降低对超导带材的横向挤压，最大限度的保持带材自身的性能；
进一步地，所述步骤5包括：
所述锡焊法是用一定的压力使焊锡融化后充分填满高温超导堆叠导体内部的空隙，焊接的温度控制在200℃以内。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
1.堆叠型超导带材经过一定节距的扭绞，有效的降低了自身的交流损耗，提高了临界电流，具有高传输电流密度的特点；
2.超导导体外部加入的铜包套，可以更好的保护芯部带材和铜盖铜底形成的铜棒，并且通过锡焊封装，提高了导体的机械强度；
3.铜棒的引入增大了导体铜金属比例，可以起到分流的作用，另外可以将超导带材在通电过程中产生的热量传递到冷却介质中，增强了导体的热稳定性；
4.设计的台阶型铜盖和铜底可以较好地定位，便于后续开展导体穿管缩径和焊接工艺，降低铜包套在缩径过程中对超导带材的横向挤压，最大限度的保持带材自身的性能；
5.超导导体的制备工艺简单可靠，更加适用于大规模工业化生产及百米量级以上长导体制备；
6.该高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构亦可作为超导电缆的子缆，适用于高场用大型铠装电缆或卢瑟福电缆型超导磁体，具有较强的可扩展性。
附图说明
图1为本发明的一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体的结构示意图；
图2为本发明的一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体的横截面示意图；
图3为本发明的一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体的制备工艺示意图。
图中：1-铜包套，2-铜盖，3-超导带材，4-铜底。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，本发明的一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构及制备工艺，高温超导导体结构包括超导带材3、铜盖2、铜底4和铜包套1；所述的超导带材3由多根REBCO高温超导带材堆叠排列，形成截面为矩形或正方形的堆叠结构；所述的铜盖2和铜底4用于封装超导带材3，共同扭转后穿入所述的铜包套1中，最后通过锡焊法制备成超导导体。
如图3所示，一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体的制备工艺包括带材堆叠、带材入槽、导体扭转、导体穿管缩径、导体焊接等。
具体的工艺流程如下：
步骤1、带材堆叠：选用REBCO高温超导带材厚度为0.1mm，宽度为3mm或所需求的尺寸，整齐堆叠排列成截面尺寸为3×3mm的堆叠结构，并用厚度0.05mm、宽度4mm的铜包带以20mm螺距紧密缠绕，防止超导带材3之间相对滑动。
步骤2、带材入槽：将堆叠好的带材放入铜盖2与铜底4之间的铜槽里，形成截面为圆形的块状体结构，铜盖2与铜底4直径为6mm，材料均选用无氧铜材，所述铜槽的截面尺寸为3.2×3mm或所需求的尺寸，保证超导带材3能够顺利地放入并进行扭转。
步骤3、导体扭转：固定块状体结构两端并沿着中心线方向扭绞，扭绞的节距需要大于高温超导带材3所能承受的临界节距。
步骤4、导体穿管缩径：将扭转后的导体穿入铜包套1中，并对铜包套1进行适当的缩径，设计的台阶型铜盖2和铜底4可以较好地定位，便于开展导体穿管缩径工艺，降低铜包套1在缩径过程中对超导带材的横向挤压，最大限度的保持带材自身的性能。
步骤5、导体焊接：通过锡焊法，既可以保证带材之间无相对滑动增加了机械强度，又可以增强带材间电流再分配的能力，具体的方法是用一定的压力使焊锡融化后充分填满在超导带材3与铜盖2、铜底4之间、铜盖2与铜底4之间、块状体结构与铜包套1之间的空隙，从而制备成坚固的超导导体，焊接的温度控制在200℃以内。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构，其特征在于：
所述高温超导导体结构包括超导带材、铜盖、铜底和铜包套；所述的超导带材由多根REBCO高温超导带材堆叠排列，形成截面为矩形或正方形的堆叠结构；所述的铜盖和铜底用于封装超导带材，共同扭转后穿入所述的铜包套中，最后通过锡焊法制备成超导导体。
2.一种如权利要求1所述的高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构的制备工艺，其特征在于：包括带材堆叠、带材入槽、导体扭转、导体穿管缩径和导体焊接。
3.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将多根REBCO高温超导带材整齐堆叠排列，形成截面矩形或正方形的堆叠结构；
步骤2：将堆叠好的带材放入铜盖与铜底之间的槽里，形成截面为圆形的块状体结构；
步骤3：将块状体结构的端部固定，沿着中心线方向以预定的节距进行扭转，得到扭转后的导体；
步骤4：将扭转后的导体穿入铜包套中，并对铜包套进行缩径；
步骤5：最后通过锡焊法在超导带材与铜盖、铜底之间、铜盖与铜底之间、块状体结构与铜包套之间填充有焊锡，从而制备成所述的高强度复合包套堆叠型高温超导导体结构。
4.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：所述步骤1包括：
所述REBCO高温超导带材选用厚度为0.1mm，宽度为3mm或所需求的尺寸，堆叠成截面尺寸为3×3mm的堆叠结构，并用铜包带等间距缠绕，防止带材之间相对滑动。
5.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：所述步骤2包括：
所述铜盖与铜底直径为6mm，材料均选用无氧铜材，所述铜槽的截面尺寸为3.2×3mm或所需求的尺寸，保证超导带材能够放入并扭转。
6.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：所述步骤3包括：
固定块状体结构两端并同时扭绞，扭绞的节距需要大于高温超导带材所能承受的临界节距。
7.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：所述步骤4包括：
铜包套在缩径过程中，所设计的台阶型铜盖和铜底结构可以定位，降低对超导带材的横向挤压，最大限度的保持带材自身的性能。
8.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：所述步骤5包括：
所述锡焊法是用压力使焊锡融化后充分填满高温超导堆叠导体内部的空隙，焊接的温度控制在200℃以内。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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