[發明專利]基于ReBCO涂層超導體和NbTi低溫超導體的圓截面復合超導線

有效

• 申請號: 201210231014.5
• 申請日: 2012-07-04
• 公開（公告）號: CN102779580A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 王銀順;長谷川隆代;薛馳;皮偉;青木裕治;陸偉;陳雷;小泉勉;張建民
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;昭和電線電纜系統株式會社;江蘇中天科技股份有限公司
• 主分類號: H01B12/00
• 分類號: H01B12/00;H01B12/02;H01B12/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱印康

技術領域

本發明屬于實用超導材料領域，特別涉及基于ReBCO涂層超導體和NbTi低溫超導體的圓截面復合超導線。

背景技術

超導體包括高溫超導體和低溫超導體。由超導態向正常態的轉變對于高溫超導體和低溫超導體存在很大的差異。尤其是對于低溫超導材料，其從超導態過渡到正常態非常迅速，也即其n值較大；而高溫超導材料由超導態向正常態的轉變較低溫超導材料慢得多，其n值相對較小。實際超導材料的電流電壓超導特性（V-I特性）由兩參數的冪指數經驗公式（1）來近似描述：

E=Ec(IIc)n---(1)]]>

I和I_c分別為電流和臨界電流，E_c為失超時的電場（一般以1μV/cm作為標準判據）；n值為擬合指數。一般情況下，I_c和n值是溫度T和磁場B的單調遞減函數。臨界電流I_c和n值是描述超導體超導特性的兩個重要參量。圖1為典型的高溫和低溫超導材料V-I特性曲線。

目前繞制低溫超導電纜、磁體常用的傳統實用低溫超導材料如NbTi臨界溫度9.5K，?Nb₃Sn，Nb₃Al等，臨界溫度在25K以下，n值很高，一般在30以上。一般運行在液氦溫區。因此根據磁場和溫度的要求來選擇不同的超導材料。而目前實用高溫超導材料以Bi系和Y系為主，其臨界溫度在液氮溫區以上，但n值較低溫超導材料低很多。在低溫高場下，高溫超導材料臨界電流隨磁場的增加而減小的程度比傳統的低溫超導材料要小。所以在制造高于25T以上的高場超大磁體時，通常采用磁體結構，高溫超導磁體置于最內層。

由于低溫超導材料價格便宜，目前實用的超導磁體仍以低溫超導磁體為主。但是由于低溫超導體轉變溫度窄、n值高、工作溫區小、熱導高、失超傳播速度快，最小失超能小，使得傳統的低溫超導磁體/電纜在很小的機械、溫度等擾動下會迅速地從超導態轉變為正常態。而高溫超導體轉變溫度很寬、n值低、工作溫區大、熱導低、失超傳播速度慢，最小失超能大，使得高溫超導磁體/電纜抗機械、溫度等干擾能力強。因此采用合適的穩定措施，以保證超導磁體安全、可靠地運行成為設計超導磁體/電纜的關鍵技術之一。目前主要通過超導體細絲和高熱導率和電導率金屬與超導體組合成復合導體來穩定超導體；傳統的低溫超導線（帶）材采用銅或銅合金等作為基材，高溫超導線材或高溫超導帶材以銀、銀合金、及合金加不銹鋼作為基材?，F有的實用低溫超導材料有圓線、扁帶等結構，如NbTi、Nb₃Sn、Nb₃Al、MgB₂等以銅或銅鎳合金、鐵等為基體的復合材料；現有的實用高溫超導材料一般為扁帶結構，如ReBCO（稀土系鋇銅氧，Re為Y、Sm或?Nd）以雙織構合金材料等作為基體材料的復合體。通過使用高熱導率和高電導率的金屬（如銅、銀、及合金等）與超導體組成復合導體雖然提高了磁體的穩定性，但是這種金屬的大量使用會使超導工程電流密度降低，同時當金屬基材分流時，會產生焦耳熱。如果不能及時傳出，低溫超導體溫度會迅速升高，導致超導體的失超。因此，需要一種基于高溫超導體和低溫超導體n值差異特性的復合超導線，用該復合超導線繞制的超導磁體具有動態穩定性、分流溫度、工程電流密度均提高的特性，適合于高場磁體和制冷機直接冷卻超導磁體。

發明內容

本發明的目的是為了解決背景技術中所述的基于高溫超導體和低溫超導體n值差異特性的復合超導線，進一步提高現有的用于低溫超導磁體的低溫超導線或復合導線的穩定性，提高低溫超導磁體的運行電流和效率，增加超導填充系數，提高工程電流密度，增加磁體的抗干擾能力，以提高磁體的長時間穩定運行能力。