[发明专利]多芯高温超导带材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导带材，尤其涉及一种多芯高温超导带材及其制备方法。 

背景技术

目前工业化的超导导线为高温超导带材，其已在高温超导电缆、高温超导电机等电力器件上得到了广泛应用，这些应用都需要超导带材具有较高的电学性能和机械性能。 

制备高温超导带材的方法一般采用金属套管法，该法通常包括制备单芯超导导线、装多芯、拔制、轧制和热处理等过程。 

1、制备单芯超导导线  该单芯超导导线包含一根具有超导性能的超导芯和包在超导芯周围的至少一种金属基体。目前大多数单芯线的截面形状为圆形或正六边形。 

2、装多芯  将上述制得的单芯超导导线截成多段，然后将它们装入外套管中形成多芯结构，每段单芯超导导线之间沿着长度方向互相平行，在横截面上主要采用以一段单芯超导导线的中心为对称中心，其余各段分层排列的结构。这种多芯的方式增大了超导粉与金属基体的界面，同时也增强了导线的机械性能，如拉应变特性和弯曲应变特性。 

3、拔制  把上述制得的多芯线拔制成所需尺寸和截面形状。 

4、轧制  通过轧制可以把线材加工成扁平的带材，以减小弯曲应力、增大比表面积(表面积/体积)、增加致密度、优化晶粒取向、减小厚度和增加宽度，并且通过轧制使套管与超导芯更紧密地机械结合，从而使它们之间有更好的电、热接触。 

5、热处理  一般指在800-900℃下进行热处理。这一过程的作用主要是 改善反应引起的氧化超导体的织构，增强超导颗粒的异向生长，形成合适的超导相。 

利用目前工艺制备的高温超导带材的结构仍存在一些有待改善的方面，例如，从图1所示的超导带材横截面显微形貌来看，根据超导芯的密度差异可大致分为3个区：1区为带材中超导芯的内层所在区域，该区超导芯的形状较细长，超导芯的平均横截面积最小，平均密度最大；2区位于带材的边缘并靠近带材的高度面，该区超导芯的形状较短粗，超导芯平均横截面积最大，平均密度最低；3区为带材中超导芯的外层所在区域且接近带材的宽度面，超导芯的平均横截面积和密度居于1区和2区之间。由于超导芯的密度在很大程度上影响超导带材的电学性能，密度较大的超导芯与较高的电学性能密切相关，因此，上述3区尤其是2区的较低的密度分布会严重降低整个超导带材的载流能力。 

分析造成上述超导芯密度不均匀分布的主要原因可以发现，在轧制过程中，沿带材厚度方向上的变形、应力和金属流动分布都不均匀。1区产生的应变最大，2区由于带材的自由表面产生的应变最小，3区产生的应变居于1区和2区之间。因此，超导芯在1区的密度最大，2区的密度最小。 

基于上述情况，需要根据超导带材在轧制过程中的应力-应变状态，提出一种超导带材结构来提高超导带材中超导芯密度分布的均匀性，从而提高整个超导带材的电学性能。 

发明内容

本发明提出一种多芯高温超导带材，其包含至少两类单芯超导导线和包在它们周围的最外层金属基体材料，第1类单芯超导导线包含具有超导性能的超导芯和包在其周围的第一导电基体，第2类单芯超导导线包含具有超导性能的超导芯和包在其周围的第二导电基体，第一导电基体的强度小于第二导电基体的强度，单芯超导导线之间沿着长度方向互相平行，在横截面上分层密排，第1类单芯超导导线位于带材的内层，第2类单芯超导导线位于带材的外层。如带材还包括第3类单芯超导导线，其包含具有超导性能的超导芯和包在其周围的第三导电基体，则可将带材的横截面分成3个区，1区为带材中超导 芯的内层所在区域；2区位于带材的边缘并靠近带材的高度面；3区为带材中超导芯的外层所在区域且接近带材的宽度面。可将第1类单芯超导导线置于1区，第2类单芯超导导线置于2区，第3类单芯超导导线置于3区。第一导电基体的强度可小于或等于第三导电基体的强度，第三导电基体的强度可小于或等于第二导电基体的强度，不同导电基体的强度差可大于20MPa。第一导电基体的厚度可大于或等于第二和第三导电基体的厚度，第三导电基体的厚度可大于或等于第二导电基体的厚度，不同导电基体的厚度差可大于1微米。2区单芯导电基体的厚度可以比其他区域的小，由于较薄的材料硬化较大，易产生较大的硬度值，从而利用具有较高硬度的导电基体驱动超导芯发生变形，有利于提高2区超导芯的密度。最外层金属基体材料可以选用各种银合金，如银镁镍。第一导电基体材料可为纯银，第二导电基体可为银合金或内层为银、外层为银合金的复合层，第三导电基体可为纯银、银合金或内层为银、外层为银合金的复合层。