CN1228789C - 一种超导导线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超导导线，具体涉及的是一种高温超导导线及其制备方法，其包含超导芯及包在芯周围的银或银合金基体，其还包含通过涂敷而形成在超导基体外的一层或多层覆盖层，该超导导线能在超导导线表面增加各种覆盖层，以提高导线的防护能力，并且使这些导线表面具有各种适宜的物理和化学性能，同时还涉及制备该超导导线的方法。

Description

一种超导导线及其制备方法
技术领域
本发明涉及超导导线，具体涉及的是一种高温超导导线及其制备方法，利用该方法能在超导导线表面增加各种覆盖层，以提高导线的防护能力，并且使这些导线表面具有各种适宜的物理和化学性能。
背景技术
超导导线尤其是铋系高温超导导线发展至今已取得了很大的进展。典型的高温超导导线的制备采用金属套管法。该法中一般把银或银合金作为超导导线的基体，将超导材料装入银或银合金套管中，以补偿超导材料的脆性，提高超导导线的柔软性，并且还可以保护超导芯不受污染，在后续的机加工过程中发生较均匀的变形。选择银或银合金作为套管材料是因为它具有较高的延展性和导热性，它对超导材料有足够的化学反应惰性，并且它有较好的选择性透氧能力，因此，一般的高温超导导线是一种复合材料，它由硬度较高的超导芯及包在芯周围的银或银合金基体组成。
银或银合金作为高温超导导线的套管材料虽然有其优越性，但很难完全满足超导导线实际应用的要求。如在导线的实际应用中，要求导线表面具有较高的抗腐蚀和抗氧化能力，以加强导线表面的保护，提高导线抵御环境作用能力，从而增强利用该导线制备的超导器件的可靠性和稳定性。但是，银或银合金在潮湿空气中容易被硫的蒸气或硫化氢腐蚀，生成硫化银，使表面变黑。空气中的水气、二氧化碳或其它有害气体可能通过银或银合金包套的微裂纹渗入超导芯中，与超导材料发生化学反应，导致导线的性能降低。当把导线长时间地浸泡在液氮中时，液氮也可能通过银或银合金包套的微裂纹渗入超导芯中，如该导线随后经历减压或升温过程，液氮会转变成气体，增大超导芯的体积，在导线中形成气泡现象，导致超导导线临界电流显著降低，最终可能严重影响超导器件的性能。一般的银或银合金包套的表面易形成氧化物，不易焊接。在超导磁体的制作中，要求导线表面绝缘以避免短路。并且，在超导导线的各种不同的实际应用中，对导线表面的电学、热学、化学、机械性能等等物理和化学性能提出了不同的要求。基于上述情况，需要一种特殊的结构，以提高导线的防护能力，并使导线表面具有一些特殊功能，满足超导器件制备的要求。
目前已有的提高导线防护能力的方法一般是在导线表面加绝缘层。如在美国专利US5288697中描述了一种在氧化气氛下制备聚酰亚胺绝缘层的方法。
发明内容
本发明提供一种超导导线，其包含超导芯、包在芯周围的银或银合金基体和通过涂敷而形成在超导基体外的半导体层，其特征在于所述的半导层为利用碳粉制成的一层碳薄膜，或者是利用有机涂料里掺碳粉或石墨制成的覆盖膜。
一种制备超导导线的方法，其包含如下步骤：把超导粉装入银套管中并进行拉拔、轧制及热处理，制得超导导线；对导线表面进行研磨、抛光；还包含对导线表面进行表面处理；根据需要在导线表面形成半导体涂敷层，其特征在于所述的半导体层是利用碳粉制成的一层碳薄膜，或者是利用有机涂料里掺碳粉或石墨制成的覆盖膜。
基于以上情况，本发明的目的是在超导导线表面增加各种覆盖层，以提高导线的防护能力，并且使这些导线表面具有各种适宜的物理和化学性能。本发明可适用于各种超导材料，尤其适用于铋系高温超导材料。导线的形状和大小没有严格的限制。本发明中的覆盖层可以是各种材料，只需这些材料不与银、银合金或超导材料发生不良反应。覆盖层的数量可以不同，可以是一层，如一层金属或绝缘层；也可以是多层，如一层金属膜上再覆盖一层绝缘层、或一层金属膜上再覆盖一层不同材料的金属膜。覆盖层的涂敷可以在制备导线的形变热处理过程中进行，该情况下要求覆盖层有较高的透氧性能，并且在高温下不易热分解；也可以在制备导线的形变热处理过程之后再增加覆盖层，该情况下对覆盖层的透氧性能和高温热分解性能没有特殊的要求。可以采用各种涂敷的方法，如电镀、电刷镀、化学镀、涂装、热喷涂、塑料粉末涂敷等。涂敷前可以对导线表面进行表面处理。涂层的厚度需尽可能地薄，一般小于50μm，最好小于10μm，以减小利用该导线制作的超导器件的体积。
根据本发明，覆盖层主要分以下两类：
一、该覆盖层的作用主要是增强导线的防护能力。
该覆盖层有较强的阻挡空气、水、液氮或其他化学物质渗透的能力，并且与银或银合金有较好的粘附性，能保护导线，有效地防止导线超导性能的降低。该覆盖层可以是各种无机材料。
二、该覆盖层的作用主要是增加导线表面的一些特殊功能。
1、该覆盖层使导线表面具有适宜的导电性能。可以根据超导器件制备的需要，利用具有不同导电性能的材料在导线表面上制备覆盖层，使导线表面具有不同的导电性能。如下为举例说明：
(1)导线表面为良导体：导线表面可增加一层金属层，如Au、Ag、Cu、Pt、Al、Fe、Ni、Cr、Pb、Zn、Sn。
(2)导线表面为不良导体：该种导线表面的电阻率至少比银套管材料的电阻率高10倍，该不良导体层可以是各种无机材料(如贵金属、过渡金属、半导体)。
2、该覆盖层使导线表面具有特殊的热学性能：如覆盖层可具有较好的导热性，该覆盖层的材料可以是各种金属。另如该层也可有一定的导热性能和一定的绝缘作用，传热性能比绝缘体好，这种覆盖层可以是利用碳粉制成的一层碳薄膜，也可以是利用有机涂料里掺碳粉或石墨制成的覆盖膜。
3、该覆盖层使导线表面具有较好的化学性能：如耐蚀、防沾污、抗氧化。在工业环境中除了氧和水蒸气外，还可能存在CO2、SO2、NO2等各种污染气体，该覆盖层能有效地保护超导导线的性能。该覆盖层的材料可以是各种金属。
4、该覆盖层能增强导线的机械强度：该覆盖层的材料可以是各种金属。
5、该覆盖层能提高导线的焊接性能：该覆盖层的材料可以是各种金属。
6、根据需要，超导导线的覆盖层可以是上述各种覆盖层的组合，使导线表面具有各项适宜的功能。
7、根据需要，还可在上述具有特殊功能覆盖层的外表面再增加利用有机材料制成的覆盖层，该覆盖层可以具有一定的颜色、图形和文字，从而达到使导线表面绝缘、增加导线表面的润滑性能和标注导线以对导线进行有效地分类的目的。
本发明具有以下优点：方法简单、成本低，而且能有效地提高导线的防护能力，增加导线表面的一些特殊功能。
附图说明
下面将结合附图对本发明的具体实例进行详细的描述，其中：
图1为根据本发明制备超导导线的工艺流程示意图；
图2为一种超导导线结构的示意图。
具体实施方式
实施例1
镀钯
如图1所示，根据金属套管法，把超导粉装入银套管中并进行拉拔、轧制及热处理，制得工程临界电流密度为8000A/cm2(77K，自场)的超导导线，然后采用300目砂布轮对导线表面进行研磨，砂布轮的直径为60mm，转速为10000转/分，用800目布轮对导线表面抛光，砂布轮的转速为20000转/分，接着用丙酮对导线表面除油，再经冷、热水冲洗后，对表面用浓度为16mL/L的硫酸在常温下进行弱腐蚀，时间为5秒，再采用氯化钯溶液在导线表面电镀一层钯，电解液中氯化钯溶液的含量为3.7g/L，磷酸氢二钠的含量为100g/L，磷酸氢二铵的含量为20g/L，苯甲酸的含量为2.5g/L电镀过程中温度为50℃、电流密度为0.25A/dm2，最后用温水清洗、烘干。这样，在导线的表面就获得了一层钯薄膜，它能有效地增强导线的抗氧化能力、抗渗透性、机械强度和焊接能力。
实施例2
镀锡
根据金属套管法，把超导粉装入银套管中并进行拉拔、轧制及热处理，制得工程临界电流密度为7000A/cm2(77K，自场)的超导导线，然后采用300目砂布轮对导线表面进行研磨，砂布轮的直径为60mm，转速为10000转/分，再用600目砂布轮对导线表面抛光，砂布轮的转速为36000转/分，接着用酒精除油，然后用浓度为20mL/L的硫酸在常温下弱腐蚀，时间为4秒，再依次用温水、冷水清洗，然后电镀锡，电解液为70g/L硫酸亚锡、160g/L硫酸和40g/L的光亮剂，最后用温水清洗、烘干。这样，在导线的表面就获得了一层锡薄膜，它能有效地增强导线的抗氧化能力、抗渗透性、机械强度和焊接能力。
实施例3
涂锡和环氧树脂
根据金属套管法，把超导粉装入银套管中并进行拉拔、轧制及热处理，制得工程临界电流密度为8000A/cm2(77K，自场)的超导导线，然后采用300目砂布轮对导线表面进行研磨，砂布轮的直径为60mm，转速为10000转/分，再用600目砂布轮对导线表面抛光，砂布轮的转速为36000转/分，接着用酒精除油，然后用浓度为20mL/L的硫酸在常温下弱腐蚀，时间为4秒，再依次用温水、冷水清洗，然后电镀锡，电解液为70g/L硫酸亚锡、160g/L硫酸和40g/L的光亮剂，最后用温水清洗、烘干。把制得的导线再在有机环氧树脂溶液中浸涂，在240℃下空气中进行固化5分钟，从而在超导导线上形成树脂层。这样，就得到了一根如图2所示的超导导线，其中1为Bi-2223超导导线，2为锡薄膜，3为环氧树脂层。

Claims (2)

1.一种超导导线，其包含超导芯、包在芯周围的银或银合金基体和通过涂敷而形成在超导基体外的半导体层，其特征在于所述的半导体层为利用碳粉制成的一层碳薄膜，或者是利用有机涂料里掺碳粉或石墨制成的覆盖膜。
2.一种制备超导导线的方法，其包含如下步骤：
把超导粉装入银套管中并进行拉拔、轧制及热处理，制得超导导线；
对导线表面进行研磨、抛光；还包含：
对导线表面进行表面处理；
根据需要在导线表面形成半导体涂敷层，其特征在于所述的半导体层是利用碳粉制成的一层碳薄膜，或者是利用有机涂料里掺碳粉或石墨制成的覆盖膜。
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