一种基于ReBCO超导环片的超导磁体制造技术

本发明专利技术公开了属于超导磁体应用技术领域的一种基于ReBCO超导环片的超导磁体。该超导磁体包括1组或多组交替堆叠的N片超导环片、N+1片绝缘片，堆叠后经固定装置固定形成；其中N为正整数，N片超导环片均为方形环片或跑道形环片，N+1片绝缘片形状、尺寸与N片ReBCO超导环片均相同。本发明专利技术超导磁体内部各个ReBCO超导环片之间无需焊接、无需电源和电流引线，具有结构紧凑、可拆卸、稳定性高、制备工艺简单的优点，能稳定输出强磁场，拓展了ReBCO超导体应用于强磁场的范围，能够广泛应用于中大型超导磁体、热核聚变反应。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ReBCO超导环片的超导磁体
本专利技术属于超导磁体应用
，特别涉及一种基于ReBCO超导环片的超导磁体。
技术介绍
强磁场是科学研究的重要极端条件，研究不同磁场强度的强磁场试验装置，提供不同的实验条件，对科学技术的发展有重要的意义。ReBCO(稀土系钡铜氧，Re为Y、Sm或Nd)涂层导体，具有上临界磁场高、临界电流密度大、交流损耗低等优点。ReBCO超导体在强磁场中具有较高的载流能力，应用于大型超导磁体装置、高能加速器、核聚变磁体、超导电机等各个领域。目前实用的高温超导线材都是带状，高温超导磁体常用超导带材绕制成双饼式或螺管式结构。ReBCO超导材料大多制作为ReBCO超导带材，常用的制备工艺金属有机化学气相沉积(MOCVD)、脉冲激光沉积法(PLD)或溅射法。ReBCO超导带材常应用于高场磁体线圈，15T以上的磁体多用ReBCO超导带材绕制，但是ReBCO超导带材通常采用双饼式或层绕式，不可避免的ReBCO超导带材的接头处需要焊接，目前由于焊接工艺不成熟，导致ReBCO超导磁体无法实现闭环运行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于ReBCO超导环片的超导磁体，具体技术方案如下：一种基于ReBCO超导环片的超导磁体包括1个或多个堆叠体，所述堆叠体由N片ReBCO超导环片、N+1片绝缘片交替堆叠、固定得到；其中N为正整数；其中，N片ReBCO超导环片均为方形环片或跑道形环片，N+1片绝缘片形状、尺寸与N片ReBCO超导环片均相同。其中，方形环片或跑道形环片的内部切割有位置相离的2个圆孔，其中2个圆孔通过狭缝连通；或所述方形环片或跑道形环片的内部切割有位置相离的跑道形孔和圆孔，其中跑道形孔和圆孔通过狭缝连通。其中，方形环片或跑道形环片优选为轴对称环片。其中，位置相离的2个圆孔半径相等或不等，所述跑道形孔的两端半圆半径和与其位置相离的圆孔半径相等或不等。其中，N片ReBCO超导环片共有2种方形环片、2种跑道形环片即4种结构，分别与形状、尺寸完全相同的绝缘片水平或垂直依次堆叠，将所得1个堆叠组或多个堆叠组由固定装置固定，得到多种不同结构的超导磁体。其中，ReBCO超导环片由自下至上依次排列的衬底、缓冲层、ReBCO薄膜和保护层组成；其中，衬底材料为Ni、NiW、哈氏合金或不锈钢，缓冲层材料为绝缘性金属氧化物，保护层为银薄膜保护层或铜薄膜保护层。其中，缓冲层利用离子束辅助沉积技术或倾斜基底沉积技术沉积得到，ReBCO薄膜利用金属有机化学气相沉积、脉冲激光沉积法或溅射法沉积得到。其中，超导磁体中的N片ReBCO超导环片的堆叠方向均一致。其中，超导磁体中的绝缘片为有机绝缘片、牛皮纸或环氧薄片。其中，固定装置材料为不锈钢、环氧玻璃钢或环氧树脂；固定装置包括法兰、螺栓和螺母。其中，超导磁体利用磁通泵内部励磁，磁通泵包括脉冲电源和空心螺管线圈；具体为：将空心螺管线圈置入超导磁体内部孔内，脉冲电源提供交变电流，通过周期性励磁使超导磁体环片感应出电流，使得超导磁体磁场不断增大至期望值，然后关闭脉冲电流，超导磁体的电流保持恒定，维持稳定的磁场。其中，超导磁体采用液氮浸泡冷却的方式进行冷却。其中，所述空心螺管线圈的外半径小于超导环片的一个内部孔半径。其中，多个堆叠体沿环向组成的超导磁体为立式或卧式，多个堆叠体均匀分布。对于本专利技术提供的具有相离2个圆孔的ReBCO超导环片，只需在一侧的圆孔中插入螺线管进行整体的磁体励磁，在另一侧的圆孔中监测实际磁体的磁场值。而对于具有相离跑道形孔、圆孔的ReBCO超导环片，直接在一侧的圆孔中的插入螺线管进行励磁，在跑道形孔中产生稳定的强磁场，可以直接用于实际的超导旋转电机中，无需利用外部的永磁体进行励磁。因此，本专利技术超导磁体能够适用于不同的需要场合，在实际磁体的运行中，无需撤去螺线管，避免人为操作，磁体就可以产生稳定的磁场值。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的超导磁体内部各个ReBCO超导环片之间无需焊接、无需电源和电流引线，具有结构紧凑、可拆卸、稳定性高、制备工艺简单的优点；所得超导磁体通过磁通泵内部励磁的方式实现无电阻的闭环运行，具有较高磁体载流能力，结构紧凑、损耗小，能在强磁场下稳定运行、稳定输出强磁场，拓展了ReBCO超导体应用于强磁场的范围，能够广泛应用于中大型超导磁体、热核聚变反应。附图说明附图1为ReBCO超导薄片的结构示意图；标号说明：1-ReBCO超导薄片；101-衬底；102-缓冲层；103-ReBCO薄膜；104-保护层；附图2为ReBCO超导环片结构示意图；标号说明：201-第Ⅰ圆孔；202-第Ⅱ圆孔；203-第Ⅰ狭缝；204-第Ⅲ圆孔；205-第Ⅰ跑道形孔；206-第Ⅱ狭缝；207-第Ⅳ圆孔；208-第Ⅴ圆孔；209-第Ⅲ狭缝；210-第Ⅵ圆孔；211-第Ⅱ跑道形孔；212-第Ⅳ狭缝；附图3为绝缘片结构示意图；附图4为实施例4超导磁体结构示意图；附图5为实施例5超导磁体结构示意图；附图6为实施例6超导磁体结构示意图；附图7为实施例7超导磁体结构示意图；附图8为实施例8超导磁体结构示意图；附图9为实施例9超导磁体结构示意图；附图10为实施例10超导磁体结构示意图；附图11为实施例11超导磁体结构示意图；标号说明：4-法兰；5-定位孔；6-螺栓；7-螺母；8-空心螺管线圈；9-脉冲电源；10-固定装置；Ⅰ-ReBCO方形超导环片Ⅰ；Ⅱ-ReBCO方形超导环片Ⅱ；Ⅲ-ReBCO跑道形超导环片Ⅲ；Ⅳ-ReBCO跑道形超导环片Ⅳ；Ⅴ-方形绝缘片Ⅴ；Ⅵ-方形绝缘片Ⅵ；Ⅶ-跑道形绝缘片Ⅶ；Ⅷ-跑道形绝缘片Ⅷ。具体实施方式本专利技术提供了一种基于ReBCO超导环片的超导磁体，下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。实施例1制备如附图1所示的ReBCO超导薄片，具体过程如下：(1)采用与第二代高温超导涂层相同的衬底材料制作出片状衬底101，其中衬底材料为Ni、NiW、哈氏合金或不锈钢；(2)在衬底101上，采用第二代高温超导缓冲层制备工艺沉积缓冲层102，其中缓冲层为绝缘性金属氧化物；(3)在缓冲层102上，采用第二代高温超导薄膜涂层技术镀上ReBCO薄膜103；(4)在ReBCO薄膜103上镀上保护层104，其中保护层104为银薄膜保护层或铜薄膜保护层，即得到ReBCO超导薄片1。其中第二代高温超导缓冲层制备工艺为离子束辅助沉积技术(IBAD)或倾斜基底沉积(ISD)技术；所述第二代高温超导薄膜涂层技术为金属有机化学气相沉积(MOCVD)、脉冲激光沉积法(PLD)或溅射法。实施例2制备如图2所示的ReBCO方形超导环片，具体过程如下：其中，图2-a所示内部切割有位置相离2个圆孔的ReBCO方形超导环片Ⅰ具体制备过程为：将实施例1所得ReBCO超导薄片上切割为长度为a、宽度为b的方形片，然后在方形片内部优选中心位置切割出位置相离的半径为r1的第Ⅰ圆孔201和半径为r2的第Ⅱ圆孔202，同时在第Ⅰ圆孔201和第Ⅱ圆孔202圆心连线处切割出宽度为w1，长度为l1的第Ⅰ狭缝203，以连通第Ⅰ圆孔201和第Ⅱ圆孔202，即得到如图2-a所示的ReBCO方形超导环片Ⅰ。其中，图2-b所示的内部切割有位置相离的跑道形孔和圆孔的ReBCO方形超导环片Ⅱ具体制备过程为：将实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ReBCO超导环片的超导磁体，其特征在于，包括1个或多个堆叠体，所述堆叠体由N片ReBCO超导环片、N+1片绝缘片交替堆叠、固定得到；其中N为正整数；所述N片ReBCO超导环片均为方形环片或跑道形环片，N+1片绝缘片形状、尺寸与N片ReBCO超导环片均相同。

【技术特征摘要】
1.一种基于ReBCO超导环片的超导磁体，其特征在于，包括1个或多个堆叠体，所述堆叠体由N片ReBCO超导环片、N+1片绝缘片交替堆叠、固定得到；其中N为正整数；所述N片ReBCO超导环片均为方形环片或跑道形环片，N+1片绝缘片形状、尺寸与N片ReBCO超导环片均相同。2.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述方形环片或跑道形环片的内部切割有位置相离的2个圆孔，其中2个圆孔通过狭缝连通；或所述方形环片或跑道形环片的内部切割有位置相离的跑道形孔和圆孔，其中跑道形孔和圆孔通过狭缝连通。3.根据权利要求2所述的超导磁体，其特征在于，所述方形环片或跑道形环片为轴对称环片。4.根据权利要求2所述的超导磁体，其特征在于，所述位置相离的2个圆孔半径相等或不等，所述跑道形孔的两端半圆半径和与其位置相离的圆孔半径相等或不等。5.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述ReBCO超导环片由自下至上依次排列的衬底、缓冲层、ReBCO薄膜和保护层组成；所述衬底材料为Ni、NiW、哈氏合金或不锈钢；所述缓冲层为绝缘性金属氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁茜，王银顺，陈浩，胡一丹，皮伟，李继春，夏芳敏，
申请(专利权)人：华北电力大学，富通集团天津超导技术应用有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11