[發明專利]一種基于皮秒激光卷對卷制備REBCO多芯帶材的方法與裝置

在審

• 申請號: 202210161216.0
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114628081A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 周超;張展;李佐光;秦經剛;金環;李建剛
• 申請（專利權）人: 合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01B12/02;B23K26/38;B23K26/70
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發明公開了一種基于皮秒激光卷對卷制備REBCO多芯帶材的方法與裝置。該機械裝置包括：機柜，固定腳，光具座，皮秒激光器，激光頭，電動升降體，工件定位板；底座；支撐座，螺栓，線圈卡盤，伺服電機，放置板；定位塊，支撐鈑金，導向輪，導柱。超導帶材通過放置板上的伺服電機控制線圈卡盤的卷對卷放線與收線，導向輪用于帶材導向。帶材經過皮秒激光裝置的工件定位板時，通過裝置產生的皮秒激光對REBCO帶材超導層進行分割。本發明通過將已商業化的超導帶材沿長度方向對超導層進行均勻分割，確保制備的多芯帶材在超導磁體應用時性能下降處于可接受范圍內，同時降低其交流損耗，進一步擴大其應用范圍。

技術領域

本發明涉及超導帶材加工領域，尤其是一種基于皮秒激光卷對卷制備REBCO多芯帶材的方法與裝置，即REBCO超導帶材通過皮秒激光對Cu/Ag保護層和超導層等進行分割制備出多芯帶材。

背景技術

第二代高溫超導帶材REBCO作為近年來發展最快的高溫超導材料之一，因具有較高載流能力、較高機械強度、較高上臨界磁場以及生產成本較低等優勢，廣泛應用于電力、交通、能源、醫療、高能物理等各個領域。主要采用物理氣相沉積法制備，超導帶材的厚度約為100微米，寬度為4～12毫米，其中超導層的厚度僅約1～2微米。而高的寬徑比，會在應用表現出損耗，即“交流損耗”。交流損耗會極大的影響能量的傳輸以及儀器設備，從而限制了帶材在交流電中的應用。因此，為了最大程度的降低交流損耗，需要將帶材的超導層采用非超導的電阻屏障將超導層分隔成許多平行的超導細絲。目前，將REBCO帶材超導層分隔成許多超導細絲的方法包括機械研磨、化學蝕刻、機械壓制和激光處理等。但機械研磨和化學刻蝕法獲得的超導芯槽最小寬度約為0.2mm，從而導致臨界電流下降一半左右，并且破壞穩定層，導致帶材機械強度降低等問題。機械壓制法制備過程中，一方面要考慮刀具的精密程度和更換的頻率，同時也要考慮刀具經長時間切割產生的熱對材料本身的影響。而激光處理雖會導致穩定層的材料殘留在細芯之間的凹槽內，但由于紫外皮秒激光器，性能穩定，聚焦光斑極小，且加工熱影響區微乎其微，只要將加工的深度精確控制，那么制備出的多芯帶材不僅臨界性能下降處于可接受范圍，且能大大的降低交流損耗。因此，針對激光處理這一方法，亟需設計出一套基于皮秒激光卷對卷制備REBCO多芯帶材的裝置。

公開號CN211654416U的專利申請提供一種超導帶材，所述超導帶材上具有多個劃痕組，所有劃痕組沿所述超導帶材的長度方向分布，每個劃痕組中具有多根相互平行且均將超導帶材的超導面分割的劃痕，且相鄰劃痕組間具有間隔，相鄰劃痕組中的各劃痕相互錯位。在確保超導帶材的導通性前提下降低了交流損耗。相比本發明來說，該專利只提供了一種多芯帶材的制備方法，未基于加工裝置進行具體描述，而本發明是基于新型的高精尖皮秒激光裝置對REBCO超導帶材進行卷對卷的多芯制備。

公開號WO2016024528的國際專利申請公開了一種高溫超導多芯帶線的制造方法和制造裝置，該裝置主要包括：包括導向輥、硬質合金刀具、與導向輥相對的旋轉部件、以及用于在導向輥和旋轉構件之間輸送高溫超導帶材的收取部分和進料部分。相比本發明來說，該裝置不僅沒有設計出精密的控制系統用于控制刀具的切割深度和寬度，導致制備出的多芯帶材性能不均勻；此外，選擇硬質合金作為刀具的制備材料，長時間的切割帶材容易較快破損，不僅需要耗損刀具，還需費時更換刀具。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于皮秒激光卷對卷制備REBCO多芯帶材的方法與裝置，通過在現有的皮秒激光裝置中，經適當的改裝后，即可達到高精度的分割任務。該裝置與制備方法不僅能實現快速制備超導多芯帶材，還通過高端皮秒激光器制備出均勻分割深度和寬度的多芯帶材，由于皮秒激光波長短，聚焦光斑更小，可實現超精細加工；且加工幾乎沒有熱影響以及不需經常的更換刀具，大大提高了制備的效率和性能更優異的多芯帶材。