[发明专利]超导线圈及制作方法

说明书

本发明提供了一种超导线圈及制作方法，包括：导线线圈本体和填充包封结构；所述导线线圈本体采用超导带材和并绕材料并行绕制而成，匝间具有匝间空隙；所述填充包封结构局部或整体包封于所述导线线圈本体的所述匝间空隙中；所述包封结构的材料包括环氧。并绕材料的层间结合力低于超导带材的层间结合力或超导带材与所述包封结构之间的结合力，或者并绕材料与所述包封结构之间的结合力低于超导带材的层间结合力或超导带材与所述包封结构之间的结合力。本发明通过在超导线圈中加入了比超导带材更容易层间剥离的并绕材料，且并绕材料与环氧的结合截面也更容易被剥离，因而不会使超导带材本身的多层结构产生剥离和损毁。

技术领域

本发明涉及超导材料领域，具体地，涉及一种超导线圈及制作方法。

背景技术

1911年荷兰莱顿(Leiden)大学的卡末林•昂纳斯教授在实验室首次发现超导现象以来，超导材料及其应用一直是当代科学技术最活跃的前沿研究领域之一。在过去的十几年间，以第二代高温超导带材为代表的高温超导电力和磁体设备的研究飞速发展，在超导储能、超导电机、超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导磁悬浮、核磁共振等领域取得显著成果。

超导导体的材料属性决定了其本身比较脆弱，材料受到一定的弯折、拉伸、扭曲等应力后，十分容易损坏超导导体本身，使其临界电流大幅下降。超导线圈正常工作时，超导导体在磁场的作用下常会受到较大的电磁应力。此外超导线圈受到的外部机械振动，会传导给超导导体。尤其在超导电机、超导磁悬浮的这样的应用环境下，共振、抖动不可避免。每匝产生位移，匝间出现摩擦生热，最终导致导体失超。此外超导线圈在绕制过程中匝间会不可避免地留有缝隙，这也会影响超导磁体的冷却效率。

目前常规超导线圈在应用时通常会用石蜡或者环氧树脂对其进行真空浸渍，但这种工艺会带来的一个严重的问题在于，工艺本身有可能会对导体本身具有破坏作用。如图1所示，其破坏的机理在于石蜡或者环氧树脂和超导导体组成的材料，在低温下热胀冷缩系数不同，超导导体两侧的石蜡或者环氧树脂极易在冷却期间垂直沿剥离方向对超导导线施加剥离应力。尤其钇系超导导体是一种多层镀层材料，层间结合力弱于剥离应力时，导体性能将发生巨大的折损。即使一开始真空浸渍后没有出现此问题，但在超导线圈应用时多次冷热循环以后，此问题也将会出现。

环氧浸渍目前已经成为了业界最难以攻克的问题。

为此行业内想了很多方式：

欧洲的C Barth等人在《Degradation free epoxy impregnation of REBCOcoils and cables》中使用了在环氧胶中掺入石英的方式来调整环氧胶和超导带材的热胀冷缩率。

中国的叶新羽等人在CN112143175A《一种超导磁体用环氧树脂复合材料及其制备方法》制备了一种热膨胀系数、高热导率、高弹性模量的树脂基复合材料用来浸渍线圈。

日本东芝公司的H. Miyazaki等人在《Delamination Stresses of DifferentTypes of REBCO-Coated Conductors and Method for Reducing Radial ThermalStresses of Impregnated REBCO Pancake Coils》中使用了扎带分段控制应力的方法来防止累积应力撕开带材。

韩国的HyungSeop Shin等人在《Characterization of transverse tensilestress response of critical current and delamination behaviour in GdBCOcoated conductor tapes by anvil test》中发展了毡头测试的方法，来表征超导带材的抗脱层应力。