[發明專利]全陶瓷高溫超導線圈及其制造方法

在審

• 申請號: 201710844964.8
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107578878A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 霍德璇;趙春葉;陳玉青;封林;蘇昆朋;王海歐
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01F6/06
• 分類號: H01F6/06;H01F41/04
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司33272
• 代理人: 王佳健

1.全陶瓷高溫超導線圈，其特征在于：至少有一匝絕緣陶瓷材料包覆的高溫超導線圈；超導線用的高溫超導材料、匝間的絕緣材料和線圈骨架材料均為陶瓷材料，全陶瓷高溫超導線圈的工作溫度在80 K以下。

2.權利要求1所述的全陶瓷高溫超導線圈，其特征在于：所述的高溫超導材料為YBa₂Cu₃Ox（YBCO）或Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_X (Bi2223)中的一種。

3.權利要求1所述的全陶瓷高溫超導線圈，其特征在于：所述的匝間的絕緣材料為Al₂O₃，MgO，BN，AlN或ZrO₂中的一種。

4.權利要求1所述的全陶瓷高溫超導線圈，其特征在于：所述的線圈骨架材料為Al₂O₃，MgO，BN，AlN或ZrO₂中的一種。

5.權利要求1所述的全陶瓷高溫超導線圈，其特征在于：直接采用高溫超導粉末材料制作，不需要先制作線材或帶材再繞制線圈。

6.權利要求1所述的全陶瓷高溫超導線圈，其特征在于：高溫超導線和絕緣包覆層采用雙噴頭打印的方法,同時制作在陶瓷線圈骨架上。

7.制造權利要求1所述的全陶瓷高溫超導線圈的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1. 建立線圈3D模型與陶瓷骨架選擇：根據所設計線圈的尺寸和線圈中心磁場的要求，確定高溫超導線圈的線直徑Φ、線圈長度L以及長度方向上單位長度線圈匝數n和絕緣層的厚度d；利用3D建模軟件建立目標線圈的打印模型，選擇與其相匹配的陶瓷骨架材料與尺寸；

步驟2. 根據步驟1中確定的線圈參數選擇相應的高溫超導材料和絕緣材料，包括材料的種類、粉末顆粒的粒徑；

步驟3. 根據步驟2中選擇的高溫超導材料特性配制第一類3D打印基料，將高溫超導材料粉末、絮凝劑、流變增強劑與水混合，經過超聲震蕩0.1 - 1小時，使其均勻地分散，形成第一類3D打印基料；

步驟4. 根據步驟2中選擇的絕緣材料特性配制第二類3D打印基料，將絕緣材料粉末、絮凝劑、流變增強劑與水混合，經過超聲震蕩0.1 - 1小時，使其均勻地分散，形成第二類3D打印基料；

步驟5. 打印過程中工藝參數的控制：將步驟3、4配制好的兩類打印基料分別裝入可以控制壓力的容器中；采用選擇3D打印快速成型技術打印基料獲得高溫超導線圈胚體；

步驟6. 熱處理：將成型好的全陶瓷線圈坯體放在氧氣分壓可以調制的高溫爐中進行熱處理；熱處理溫度為800℃-1250℃，熱處理時間為1-16小時。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于：所述的高溫超導材料為粒度100納米至5微米的粉末材料，高溫超導材料粉末在第一類3D打印基料中的重量比在75.5 - 80%之間；所述的匝間的絕緣材料為粒度10納米至5微米的粉末材料，絕緣材料粉末在第二類3D打印基料中的重量比在75.5-85%之間。

9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于：步驟5中的打印是指按照步驟1設計的3D模型的數字圖形信息，利用軟件生成相應的加工軌跡，選擇性地將兩類打印基料逐層擠壓噴射快速成型；打印制造在室溫下進行，兩類打印基料的容器壓力控制在0.1 - 0.35 MPa的范圍內。

10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于：在制作層數較多的線圈時，將打印和熱處理交替進行，先打印內部的數層并進行熱處理，然后再打印制作外邊的數層接著再熱處理。