[發明專利]一種稀土鋇銅氧高溫超導帶材的接頭連接方法

有效

• 申請號: 201610716190.6
• 申請日: 2016-08-24
• 公開（公告）號: CN106229074B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 王文濤;趙勇;劉連;王明江;霍堡壘
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01B12/00
• 分類號: H01B12/00;H01B13/00;H01R4/68;H01R43/02
• 代理公司: 成都博通專利事務所51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及一種高溫超導帶材的接頭連接方法。

背景技術

稀土鋇銅氧(REBCO)高溫超導帶材以其在液氮溫區較高的臨界電流密度和不可逆場，在超導輸電、超導儲能、超導磁體、超導故障限流器等方面有著廣闊的應用前景。但大尺度、高性能的REBCO帶材制備難度相當大，限制了帶材的規模化應用。因此，將有限長度的REBCO帶材實現有效而高質量的相互銜接對其實際應用至關重要。

目前，國內外普遍采用低熔點的金屬焊料如Sn、In/Bi、In/Sn、Sn/Ag等焊接REBCO帶材。由于焊料、銅保護層、銀保護層，以及層與層之間的界面均具有電阻，導致接頭處的接觸電阻較大，產生較大的能量耗散。為了進一步減小接頭處的接觸電阻，日本科學家采取了銀擴散法焊接二代帶材的接頭。即將帶材的銅保護層剝離，將兩部分帶材的銀保護層加壓銜接，再進行低溫退火處理，得到接觸電阻進一步減小的接頭。但上述手段獲得的超導帶材接頭均存在電阻、不具有超導特性。通過這些接頭進行連接的超導帶材，工作時，接頭處有熱損耗，從而導致整個超導帶材必須在外加電流源的條件下才能工作。使得超導帶材在應用時并不具有完全的超導性質，限制了超導帶材的應用。尤其是在應用于超導儲能時，時間稍長接頭處的熱損耗就會損耗掉儲存的能量，導致帶接頭的超導帶材不能應用于超導儲能。

發明內容

本發明的內容在于克服現有技術的不足，提供一種稀土鋇銅氧高溫超導帶材的接頭連接方法，該方法形成的接頭為超導接頭，在液氮溫度下接頭處具有超導特性，不存在電阻，避免了稀土鋇銅氧高溫超導帶材接頭處的熱損耗，提高了高溫超導系統的效率，擴大了稀土鋇銅氧高溫超導帶材的應用范圍，尤其適用于超導儲能的應用。

本發明實現其發明目的，所采用的技術方案是：一種稀土鋇銅氧高溫超導帶材的接頭連接方法，其具體做法是：

A、剝離保護層：將稀土鋇銅氧高溫超導帶材的連接端部垂直浸入氨水和雙氧水的混合腐蝕液中1min以上，且浸入深度1cm以上，以去除帶材表面的銅和銀保護層，露出帶材內部的超導層；

B、熔融擴散：將A步處理后的兩根帶材的連接端部搭接并用夾具夾緊，然后將兩根帶材置于熱壓爐中，并使兩根帶材的連接端部置于熱壓爐的壓力裝置的正下方；再密封爐膛并對其抽真空，相對真空度為-400Pa到-10Pa之間；隨后通過熱壓爐的壓力裝置對兩根帶材的連接端部進行持續加壓；同時將爐溫升至800-1000℃，并保溫1-10min，使接頭部分的超導層表面局部熔融；

C、織構融合：將爐溫降至700-800℃，并保溫1-10h，即獲得具有單晶織構且緊密銜接的超導層界面；

D、超導電性再生：去掉兩根帶材的連接端部的夾具，然后采用激光熔融技術在兩根帶材的連接端部形成滲氧通孔，再將兩根帶材置于高壓熱處理設備，并充入氧氣，升溫至300-600℃，并保溫100-400h，即完成稀土鋇銅氧高溫超導帶材的接頭連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一本發明B步的熔融擴散，通過真空條件下對接頭部位進行高壓、800-1000℃的高溫熔融熱處理，使接頭部分的超導層表面局部熔融，兩部分超導層界面之間的原子擴散。隨后C步在700-800℃的中溫條件下，使接頭處兩部分超導層在局部熔融相和超導層外延生長的熱動力學條件的聯合驅動下，實現界面的織構融合即獲得具有單晶織構且緊密銜接的超導層界面。最后在D步的滲氧處理，將高溫熔融熱處理及中溫織構融合中丟失的氧重新通過滲氧通孔滲入接頭內部，最終獲得具有超導特性的稀土鋇銅氧高溫超導接頭。

二與傳統的非超導接頭相比，采用本發明制得的超導接頭具有超導性能，接頭處接觸電阻為零；提高了高溫超導系統的效率，擴大了稀土鋇銅氧高溫超導帶材的應用范圍。以其制作的超導線圈無需額外供電，可實現超導帶材閉環的持續電流模式應用，尤其適用于超導儲能的應用。

進一步，本發明的稀土鋇銅氧高溫超導帶材中的稀土為：釔(Y)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)中的一種或者是一種以上的組合。

進一步，本發明的稀土鋇銅氧高溫超導帶材為具有銀保護層或銅、銀保護層的稀土鋇銅氧高溫超導帶材。

進一步，本發明的B步中通過熱壓爐的壓力裝置對兩根帶材的連接端部進行持續加壓的壓力為20-120MPa。

進一步，本發明的D步中滲氧通孔的密度為每平方厘米200-600個孔，每個孔的直徑為10-50微米。

進一步，本發明的混合腐蝕液中氨水和雙氧水的質量比為1：0.3-3。