[发明专利]用于高温超导带材力学性能测试的装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及超导带材技术领域，具体地，涉及一种适用于超导带材力学性能测试设备。

背景技术

高温超导有着非常广泛的应用,领域涉及工业、电力系统、电机、医疗、高能物理、交通、航空航天、军事等。高温超导的强电应用主要涉及大电流和高磁场。具体的产品包括高温超导故障限流器、储能装置、变压器、发电机、核磁共振、磁分离设备、电机、磁悬浮、电缆、电流引线、感应加热、高能加速器、电磁弹射系统、电磁炮、发动机、π介质发生器等。在这些应用当中，用的最多的就是高温超导带材所绕成的线圈。

高温超导带材有着三项最基本的临界参数，包括临界电流、临界温度和临界磁场。一般材料确定后，临界温度和临界磁场就被确定了下来，而临界电流是表征带材质量的重要参数，因为其限定了带材所能承载的电流，其体现了带材的电学性能。高温超导带材是一种镀层结构，整根带材是不允许进行弯折或者是弯曲半径过小，不能受到过大的轴向应力、脱层应力或者剪切应力，否则会破坏超导层中原子的排列，最终导致超导性能的折损或丧失。

然而无论带材在制作成线圈的过程中还是使用的过程中，一直会承受外部的应力。带材在绕制线圈的过程中，为了避免带材在以后使用中通入电流后受到电磁力而使带材产生的位移，往往在机械上将带材进行固定，通常采用环氧树脂浸渍的方法来紧固这些高温超导带材。环氧树脂由液体变为固体的过程中会局部膨胀收缩，此时带材受到脱层应力或者是剪切应力，如果超导层承受不住这样的力,则会在微观上被撕开，虽然这样的撕裂在肉眼上无法分别，但足以影响超导带材的临界电流性能。在实际应用中带材会通入很大的电流，形成较大的磁场。而这个磁场反过来对超导带材会产生很大的应力，尤其是在超导带材因电流太大而失超变成非超导态时，带材受到的应力是非常巨大的。如果带材不能经受这样的力，或者是由于受到应力而折损性能，从而导致连锁的失超传播，这对于超导设备来说其后果是不可想象的。因此除了超导带材的临界电流性能，我们还会对超导带材本身的力学性能非常的关注。通常会测试其在受到应力的情况下其临界电流性能的变化值，以判断带材的加工方式和应用场合。

通常高温超导带材的力学表征指标有三个：分别为转弯半径、轴向应力和脱层应力。

转弯半径表征的是带材柔性的程度，由于高温超导材料是一种陶瓷氧化物，超导层只有微米级别，如果将带材弯折，超导层将发生不可逆的损坏。超导带材可弯曲的程度可以用最小转弯半径的值进行量化。转弯半径则是指将超导带材弯曲成圆形后，这个圆的半径大小。最小转弯半径则是指带材的电学性能小于5％的衰减的情况下，其转弯半径最小的临界值。这个值代表的意义是此类带材能绕制多小的线圈。

轴向应力表征的是带材在轴向上的所能承受的力。超导带材在使用的过程中，往往受到横向的电磁力，比如两根位置平行的载流带材会互相排斥或吸引。此时带材在轴向上会承受较大的应力，如果带材承受不住，其性能将出现折损。临界轴向拉伸应力指带材的电学性能小于5％的衰减的情况下，最大的轴向拉伸应力。这个值代表的意义是此类带材在性能不衰减的情况下能承受的最大轴向拉伸应力。

脱层应力表征的是带材在横向上的所能承受的力。超导带材在绕制线圈的过程中，通常用环氧树脂进行浸渍处理。镶嵌在带材层中的环氧树脂由液体变为固体的过程中会收缩，这样带材上下两个表面就会受到拉力，如果力过大，就会把带材撕开，通常我们把这种力叫做带材承受的脱层应力。临界脱层应力指带材的电学性能小于5％的衰减的情况下，最大的脱层应力。这个值代表的意义带材在性能不衰减的情况下能承受的最大脱层应力。

对于高温超导带材力学性能对于超导带材的应用至关重要，因此设计一套高温超导带材的电学和力学性能测试装置非常的重要。

发明内容

本发明针对带材力学性能检测的需要，提供了一种高温超导带材的力学性能测试装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于高温超导带材力学性能测试的装置，其包括四引线控制装置(1)、带材临界电流测试架(2)、带材转弯半径测试架(3)、带材拉伸应力测试架(4)，所述四引线控制测试系统(1)用于整个测量过程中的提供所需的实验要求(定量的拉力，定量的电流)以及数据处理。所述带材临界电流测试架(2)用于测量各式长度带材的临界电流；所述带材转弯半径测试架(3)用于测量不影响带材性能的情况下带材最大的转弯半径；所述带材拉伸应力测试架(4)用于测量带材的轴向应力以及带材的脱层应力。