[发明专利]超导线圈接头、制备方法及超导线圈

说明书

本发明提供了一种超导线圈接头、制备方法及超导线圈，包括：步骤S1：获取基带，对所述基带进行抛光；步骤S2：在所述基带上依次形成过渡层、超导层和银层，得到多层结构；步骤S3：对所述多层结构进行分切，得到所需的宽度；步骤S4：对所述多层结构进行预镀铜；还包括划刻步骤：过渡层、超导层或银层沿长度方向划刻两道第一划痕，沿宽度方向划刻多道第二划痕，所述第二划痕在厚度方向的投影位于所述两道第一划痕之间。本发明的接头向外转弯直径能达到5mm，大大减小了转弯直径。接头处处于磁场的最中心，受到洛伦兹力的影响最大，两侧的划痕阻隔了洛伦兹力对带材分切边缘产生的影响。

技术领域

本发明涉及超导技术领域，具体地，涉及一种超导线圈接头、制备方法及超导线圈。

背景技术

1911年荷兰莱顿大学的卡末林·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，以超导为主的超导电力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。超导带材分为铋系和钇系。铋系超导体即第一代超导材料，也称BSCCO超导体；钇系超导体即第二代超导材料，也称YBCO或ReBCO超导体。

第二代超导带材，由于其作为超导载流核心的ReBCO本身硬且脆，所以一般是在镍基合金基底上采用多层覆膜的工艺生产，所以又被成为涂层导体。第二代超导带材一般由基带、缓冲层(过渡层)、超导层以及保护层组成。金属基底的作用是为带材提供优良的机械性能。过渡层的作用一方面是防止超导层与金属基底发生元素间的相互扩散，另一方面最上方的过渡层需为超导层的外延生长提供好的模板，提高YBCO晶粒排列质量。制备超导性能优良的涂层导体，需要超导层具有一致的双轴织构。双轴织构是指晶粒在a/b轴和c轴(c轴垂直于a/b面)两个方向均有着近乎一致的排列。由于YBCO薄膜在a/b轴方向的排列程度(面内织构)相对较难实现，而面内织构较差会严重降低超导性能。因此需要YBCO超导薄膜在已经具有双轴织构和匹配晶格的过渡层上外延生长。制备实现双轴织构有两种主流的技术路线，一种是轧制辅助双轴织构基带技术，另一种为离子束辅助沉积技术。ReBCO超导层制备的常见技术分为多种，有脉冲激光沉积、金属有机物化学气相沉积、反应共蒸发等。保护层主要是用来保护超导膜层，一般在超导带材表面镀1-5um的银层。仅仅经过银保护的第二代高温超导带材，通常不能满足应用的需求。国际上普遍的做法是对其进行表面镀铜处理，即在已经镀银的超导带材表面电镀1-80um的铜层。

普通的超导线圈一般做成饼式线圈，饼式线圈又分为双饼或单饼线圈。单饼线圈，电流引线一根在中间一根在外侧，双饼线圈的电流引线两根都在线圈外侧。因此从实际工程的角度来考虑，大家更愿意使用双饼线圈的结构。HTS带材会同时发生两种弯曲形变：一是沿带面方向、由磁体内径(骨架外径)决定的弯曲形变；二是沿带宽方向的侧向弯曲。与线圈中只沿带面方向弯曲的其它匝相比，双饼线圈的第一匝是一个单饼向另一个单饼的过渡，HTS带材不仅要沿带面方向弯曲，而且还在线圈骨架轴上有一个带宽的移动，使带材产生侧向弯曲。双饼线圈的中间使用超导带材斜向过渡，一般用在大型线圈上。因为过渡距离够长，产生的侧向弯曲力也可接受。然而在小线圈上，这样的斜跨方式则会因为带材经受不住侧向弯曲应力导致失败。因此通常来说需要制作接头。当然双饼线圈一般不仅在内侧制作接头，外侧也会制作接头，内侧接头一般比较复杂，本申请针对于内侧接头进行设计。

超导带材由于是在轧制的哈氏合金上镀膜，超导带材沿宽度方向上的电流只有长度方向上的电流的1/3。如果沿宽度方向对带材做接头，接头电阻是沿长度方向对带材做接头的5倍以上。

超导带材由于是涂层材料，因此接头的制作必须考虑让带材超导面对超导面。超导面对超导面，目前工业级制备接头的水平在10nΩ等级，如果让超导面对另一根带材的背面，甚至超导带材背对背做接头，电阻都会达到μΩ等级，这样的电阻在要求较高的线圈中是无法接受的。