一种用于高温超导块材的充磁方法技术

一种用于高温超导块材的充磁方法，包括如下步骤：(1)将超导块材置于低温液氮容器中；(2)把装有超导块材的低温液氮容器置于电磁铁的极头之间可产生匀强磁场的区域；(3)调节电磁铁的励磁电流到场强为2.0-2.5T；(4)在低温液氮容器中注入液氮；(5)待超导块材完全冷却到液氮温度时，以速率3-15mT/s缓慢降场；(6)完全去除外磁场后，把装有磁化好的超导块材的低温液氮容器从电磁铁中移出。该方法采用场强较高(2.0-2.5T)的电磁铁对高温超导块材进行磁化，这从根本上实现了超导块材充磁的实用和便捷性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温超导块材的磁化方法，具体涉及一种用场强较高(2.0-2.5T)的电磁铁对高温超导块材进行磁化的方法。
技术介绍
REBCO(RE：Y，Gd，Eu，Sm，Nd)超导块材作为高温超导材料研究的一个分支，由于具有优越的超导性能，如自稳定磁悬浮特性和高场磁通俘获能力。在磁悬浮轴承、飞轮储能、磁分离装置等领域有广阔的应用前景。目前，用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺已经可以制备高性能大尺寸的高温超导块材，其实际应用也日益成熟。高温超导块材的应用主要基于块材的两个宏观性能，即磁悬浮力与俘获磁场，高温超导块材励磁后，可以俘获磁通，充当高场超导磁体。通常的永久磁体，如NdFeB永磁体，表面磁场一般在0.5T，而高温超导块材在77K下的俘获场最高能够达到3T，因此，高温超导块材的高场应用备受关注。对于高温超导块材的高场应用，充磁手段是必不可少的。通常采用的充磁方式有以下几种：(1)低温超导高场磁体(5.0T以上稳恒磁场)；(2)高温超导线材绕制磁体(1.0T左右稳恒磁场)；(3)脉冲磁场；(4)NdFeB永磁体。超导磁体充磁的优点在于励磁场场强高，且是稳恒磁场，升降场速率可控，其缺点是设备和运行费用高。脉冲磁场充磁很难充到较高的磁场，而且俘获磁场不是很均匀，这是因为在脉冲充磁过程中，由于升降场速率不可控，导致磁通急剧运动，从而产生很大的温升。在采用NdFeB永磁体充磁过程中，虽然操作简便，费用低廉，但是充磁磁场最高只能达到0.5T。
技术实现思路
针对现有技术的上述问题，本专利技术提供了一种用场强较高(2.0-2.5T)的电磁铁对高温超导块材进行磁化的方法，解决了在超导块材充磁过程中的实用和便捷问题。为实现上述目的，本专利技术包括如下技术方案：一种用于高温超导块材的充磁方法，包括如下步骤：(1)将超导块材置于低温液氮容器中；(2)把装有超导块材的低温液氮容器置于电磁铁的极头之间可产生匀强磁场的区域；(3)调节电磁铁的励磁电流到场强为2.0-2.5T；(4)在低温液氮容器中注入液氮；(5)待超导块材完全冷却到液氮温度时，以速率3-15mT/s缓慢降场；(6)完全去除外磁场后，把装有磁化好的超导块材的低温液氮容器从电磁铁中移出。如上所述的充磁方法，优选地，所述低温液氮容器由黄铜容器、隔热泡沫和隔热胶带组成；该黄铜容器是由厚度为0.2～1.0mm的黄铜片焊接而成的无盖长方体容器，黄铜容器外部包裹厚度为0.5～1.5mm的隔热泡沫，隔热泡沫外缠绕厚度为0.2～0.8mm的隔热胶带。如上所述的充磁方法，优选地，所述黄铜容器的内部尺寸为(15～20)×(17～50)×(40～50)mm。如上所述的充磁方法，优选地，所述黄铜金属片的厚度为0.3mm，隔热泡沫的厚度为1.0mm，隔热胶带的厚度为0.5mm。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的方法是采用场强较高(2.0-2.5T)的电磁铁对高温超导块材进行磁化，这从根本上实现了超导块材充磁的实用和便捷性。附图说明图1为低温液氮容器结构示意图。图2为用电磁铁对超导块材充磁装配示意图。图3为实施例1表面俘获磁场分布图。图4为实施例4表面俘获磁场分布图。图5为对比例1表面俘获磁场分布图。具体实施方式实施例1现有电磁铁极头间距为2cm，极头间直径8cm范围内的匀强磁场可达2.5T，因此要求低温容器在平行于磁场方向的尺寸必须小于20mm。超导块材样品直径30mm，厚度为11-17mm，设计制作的低温液氮容器如图1所示。低温液氮容器由黄铜容器1、隔热泡沫2和隔热胶带3组成。黄铜容器是由厚度为0.3mm的黄铜片焊接而成的无盖长方体容器，黄铜容器外部包裹厚度为1.0mm的隔热泡沫，隔热泡沫外缠绕厚度为0.2mm的隔热胶带。黄铜容器的内部尺寸为50×17×50mm。超导块材4放置于黄铜容器内部。用电磁铁对超导块材充磁装配示意图如图2所示，充磁设备包括机柜5、霍尔探头6和电磁铁7，低温液氮容器8放置在电磁铁极头间。首先，打开电磁铁冷却水与电源开关，预热30分钟；然后，保证超导样品的上下表面平行，把单畴GdBCO超导样品(直径30mm，厚度17mm)放入低温容器中并固定，确保样品的上表面在进行充磁时与磁场方向垂直。接着把装有超导块材的低温液氮容器置入电磁铁的极头之间可产生匀强磁场的区域；第三：以0.02T/s的速率调节电磁铁的励磁电流到2.3T的场强；第四，在低温液氮容器中注入液氮；第五，待超导块材完全冷却到液氮温度时，以0.015T/s的速率缓慢降场；第六，完全去除外磁场后，把装有磁化好的超导块材的低温液氮容器从电磁铁中移出，然后进行表面俘获磁场分布测量。表面俘获磁场分布结果如图3所示。从图中可以看出，磁场分布呈单峰，最大表面俘获磁场达到0.44T，另外，在充磁过程中发现，所设计制作的简易低温容器保温效果较好，容器外表面尽管与极头有机玻璃保护套紧密接触，但基本无结霜现象。实施例2所用低温液氮容器和电磁铁同实施例1，实验过程也与实施例1类似，不同之处在于，第三步的磁场最高升到2.0T和第五步的降场速率为0.003T/s。表面俘获磁场分布呈单峰，最大表面俘获磁场达到0.45T，结果表明，随着降场速率的减缓，对表面俘获磁场的分布和最大俘获场并没有明显影响。实施例3所用低温液氮容器和电磁铁同实施例1，实验过程也与实施例1类似，不同之处在于第三步的升场速率为0.03T/s。表面俘获磁场分布结果显示，磁场分布呈单峰，最大表面俘获磁场达到0.45T，结果表明，随着升场速率的提高，对表面俘获磁场的分布和最大俘获场并没有明显影响。实施例4所用低温液氮容器和电磁铁同实施例1，实验过程也与实施例1类似，不同之处在于GdBCO超导样品直径30mm，厚度11mm，第五步的降场速率为0.2T/s。表面俘获磁场分布结果如图4所示。从图中可以看出，磁场分布呈多峰，显然，由于降场速率过快，洛仑兹力过大导致样品破裂。综上所述，对于采用场强2T以上的电磁铁对高温超导块材充磁来说，方法可行。在充磁过程中，一方面低温容器的保温效果要好，确保在较短的时间内使超导样品冷却到液氮温度，而且在实验过程中能够一直保持在液氮温度；另一方面，降场速率对样品的俘获磁场有较大影响，如果速率过快(如0.02T/s)，将会导致样品破裂，较适宜的降场速率范围为0.003-0.015T/s。另外，升场速率对俘获磁场...

【技术保护点】
一种用于高温超导块材的充磁方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将超导块材置于低温液氮容器中；(2)把装有超导块材的低温液氮容器置于电磁铁的极头之间可产生匀强磁场的区域；(3)调节电磁铁的励磁电流到场强为2.0‑2.5T；(4)在低温液氮容器中注入液氮；(5)待超导块材完全冷却到液氮温度时，以速率3‑15mT/s缓慢降场；(6)完全去除外磁场后，把装有磁化好的超导块材的低温液氮容器从电磁铁中移出。

【技术特征摘要】
1.一种用于高温超导块材的充磁方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)将超导块材置于低温液氮容器中；(2)把装有超导块材的低温液氮容器置于
电磁铁的极头之间可产生匀强磁场的区域；(3)调节电磁铁的励磁电流到场强为
2.0-2.5T；(4)在低温液氮容器中注入液氮；(5)待超导块材完全冷却到液氮温度
时，以速率3-15mT/s缓慢降场；(6)完全去除外磁场后，把装有磁化好的超导块
材的低温液氮容器从电磁铁中移出。
2.如权利要求1所述的充磁方法，其特征在于，所述低温液氮容器由黄铜容<...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦玉磊，郑明辉，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11