[发明专利]一种高温超导带材临界电流特性测试用的样本架

说明书

技术领域

本发明涉及第2代高温超导带材临界电流特性的测试装置，特别涉及到YBCO超导带材在不同温度区间，在不同背景磁场及磁场方向下临界电流特性的测量装置中的样本架。

背景技术

1991年日本藤仓公司(Fujikura)采用离子束辅助沉积法(IBAD)，真空条件下在柔软非织构的金属(一般为镍合金)带上获得了一层高度织构钇稳定的氧化锆(YSZ)膜，接着又用脉冲激光沉积(PLD)工艺，在该基带涂层上外延沉积了钇系氧化物YBCO，宣告第2代高温超导带材的问世。随后，美国洛斯阿拉莫斯实验室(LANL)对这些工艺进行了优化，于1995年宣布制成在77K温度下超导临界电流密度达到1MA/cm²的短样，这一结果引起了世界范围的轰动，并吸引了越来越多的研究机构和科学家的介入。

较之第1代BSCCO高温超导带材，第2代YBCO高温超导带材具有一系列明显的优势：物理特性上电流密度更高，发生超导的临界温度有进一步提高的潜能；交流损耗低，较容易通过一定形式来限制故障电流；在液氮温区在较高的磁场下具有比第1代高温超导材料更好的载流能力，其超导电性的各向异性比较弱；最重要的是省去了贵金属银，理论成本远低于第一代。

在超导带材的整体性能中，临界电流特性是其中最重要的特性之一。YBCO超导带材的临界电流随温度、背景磁场和磁场方向的变化规律是高温超导应用的重要参量，也是衡量超导带材质量的重要技术指标。

YBCO高温超导带材的Jc-B-θ临界电流特性曲线，如图1所示。图2则是第1代高温超导带材的临界电流变化特性曲线。从图1和图2的比较可知，YBCO高温超导带材与第1代高温超导带材类似，它们的临界电流既是温度又是背景磁场和背景磁场方向的函数，同时临界电流还随温度和磁场的增加而下降。但YBCO高温超导带材有不同于第1代BSCCO高温超导带材的临界电流特性，它的临界电流值会在磁场方向与其带材表面夹角为40度附近减小到最小值，随后在夹角接近90度时，临界电流又会稍加增大。而对于第1代高温超导带材而言，仅当磁场方向与带材表面夹角为90度时它的临界电流才会减少到 最小值。

传统的测量超导带材临界电流的方法是四引线法，通常两条引线用于给超导带材通入一定直流电流，另外两条引线测量超导带材端电压，以1μV/cm为失超判据来确定该超导线的临界电流。图3为传统四引线法测量临界电流的示意图，图4是四引线法测量中，根据1μV/cm为失超判据确定临界电流的定义方法。

但是，四引线法测量临界电流特性时，并不能够对超导带材的性能做出完整的评测。尤其对于YBCO高温超导带材，由于具有不同于第1代高温超导带材的特殊的临界电流特性，其临界电流值不仅随环境温度变化，而且还受背景磁场及背景磁场方向变化的影响。传统的四引线法由于无法考虑这些因素带来的影响，所以并不适用。需要基于四引线法，设计一种新颖的装置，也即YBCO超导带材在不同温度区间，在不同背景磁场及磁场方向下临界电流特性的测量装置中的样本架，综合考虑环境温度、背景磁场和磁场方向变化的具体影响，测量YBCO高温超导带材的临界电流特性，从而获得较全面的YBCO高温超导带材临界电流性能参数，为高温超导磁体优化设计提供前提条件。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明设计了一种简单、快速、可以计算温度、背景磁场及其磁场方向变化的影响因素，YBCO超导带材在不同温度区间，在不同背景磁场及磁场方向下临界电流特性的测量装置中的样本架，适用于YBCO高温超导带材临界电流特性的测量。