一种加工超导导线接头连接体的设备和方法技术

一种加工超导导线接头连接体的设备及方法，该设备包括第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴，所述第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴的轴线互相平行，所述第一圆柱形滚轴和所述第二圆柱形滚轴之间具有用于装入第二代高温超导导线的间隙，所述第一圆柱形滚轴和所述第二圆柱形滚轴经控制朝相反的方向旋转并具有相同的线速度，第二代高温超导导线的靠近金属基底的第一面固定在所述第一圆柱形滚轴上，第二代高温超导导线的靠近超导层的第二面固定在所述第二圆柱形滚轴上，所述第二圆柱形滚轴的半径大于第二代高温超导导线的临界弯曲半径。本发明专利技术设备及方法能有效、可靠、低成本地实现获得连接体，并使所获得的连接体保持良好的超导性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温超导导线技术，具体涉及一种加工超导导线接头连接体的设备和方法。
技术介绍
稀土钡铜氧高温超导导线(REBa2Cu3O7-δ，其中RE为稀土元素，包括Y、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Eu、Sm、Nd、La等，也称为第二代高温超导导线)在液氮温度(77K)下具有优良的载流性能，应用前景广阔。稀土钡铜氧高温超导导线的基本结构包括四个主要部分：银稳定层、超导层、过渡层和金属基底。在上述的四个主要部分中，银保护层一般厚度为1～2微米，可以起到保护超导层的作用；超导层的厚度一般为1～2微米，起到传导超导电流的作用，是超导导线的核心部分；过渡层一般由若干层薄膜构成，可以起到阻隔超导层与金属基底之间的元素扩散、传导双轴织构等作用，总厚度一般在1微米以下；金属基底的厚度一般为50～100微米，一般使用镍基合金(如HastelloyC276)或不锈钢材料，起到提高超导导线机械性能的作用。一般在上述基本结构外面还会增加铜、不锈钢等材料构成的加强层以进一步增强超导导线机械性能，还有的超导导线的金属基底和增加铜或不锈钢之间有一层银层。本专利技术方法既适用于只包含四个基本结构的超导导线，也适用于含有加强层的超导导线。对于二代高温超导导线来说，上述结构主要以多层覆膜的方法实现，各层之间一般具有清晰的界面。在理想状态下，层与层之间紧密地结合在一起，但是在实际中，由于表面污染、应力集中、缺陷等因素，一些界面会出现粘附力降低的情况。而在实际的二代高温超导导线中，超导层与过渡层之间容易出现劈裂脱离的情况，这是该类超导导线应用中较为常见的一个问题。根据休斯顿大学的IbrahimKesgin等人研究的超导薄膜与粘附力之间的关系来看，超导层与过渡层之间在外力作用下是可以被劈裂开的(KesginI,KhatriN,LiuY,etal.Influenceofsuperconductorfilmcompositiononadhesionstrengthofcoatedconductors[J].SuperconductorScience&Technology,2015,29(1):015003.)。但是他们所劈裂的材料中超导层受外力破坏严重，出现波浪状形貌。其原因在于直接借助外力将超导层与过渡层撕开，在裂开点处超导层的弯曲半径非常小，低于超导层能够承受的临界弯曲半径，导致失去超导电流的传输能力。所谓的二代高温超导导线的临界弯曲半径是指当超导导线的弯曲半径大于一定值时，超导导线的临界电流不受弯曲程度的影响；当弯曲小于该值时，临界电流随着弯曲半径的减小而减小。超导带材在弯曲时的弯曲应变公式表示为：ε＝t/2R，式中ε、t、R分别表示弯曲应变、超导层厚度、弯曲半径。根据西南交通大学的研究(张婕.YBCO超导开关的特性研究[D].西南交通大学,2014.)，二代高温超导导线YBCO的临界弯曲应变为0.75％，同时作者张婕在实验中测量所得的临界弯曲半径为12mm。由于目前高温超导导线的生产长度一般为数百米至一千米，由于很多应用领域中需要用到更长的超导导线，如高场磁体绕制、超导电机制造、超导储能系统制造等，因此超导导线连接技术的开发具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种加工超导导线接头连接体的设备和方法，使所获得的连接体保持良好的超导性能，该连接体可用于连接两个超导导线端口。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种加工超导导线接头连接体的设备，包括第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴，所述第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴的轴线互相平行，所述第一圆柱形滚轴和所述第二圆柱形滚轴之间具有用于装入第二代高温超导导线的间隙，所述第一圆柱形滚轴和所述第二圆柱形滚轴经控制朝相反的方向旋转并具有相同的线速度，第二代高温超导导线的靠近金属基底的第一面固定在所述第一圆柱形滚轴上，第二代高温超导导线的靠近超导层的第二面固定在所述第二圆柱形滚轴上，所述第二圆柱形滚轴的半径大于第二代高温超导导线的临界弯曲半径。所述第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴的半径可以相同或不同，具有相同的线速度即可。优选地，所述第二圆柱形滚轴的半径大于15mm。优选地，所述第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴之间的间距可调，更优选地，最大可调间距达到5mm。一种加工超导导线接头连接体的设备，包括第一平板和第二圆柱形滚轴，所述第一平板的表面和第二圆柱形滚轴的轴线互相平行，所述第一平板和所述第二圆柱形滚轴之间具有用于装入第二代高温超导导线的间隙，所述第一平板和所述第二圆柱形滚轴经控制以使所述第一平板的运动与所述第二圆柱形滚轴的旋转同步，且所述第一平板的运动速度与所述第二圆柱形滚轴的线速度相同，第二代高温超导导线的靠近金属基底的第一面固定在所述第一平板上，第二代高温超导导线的靠近超导层的第二面固定在所述第二圆柱形滚轴上，所述第二圆柱形滚轴的半径大于第二代高温超导导线的临界弯曲半径。优选地，所述第二圆柱形滚轴的半径大于15mm。优选地，所述第一平板和第二圆柱形滚轴之间的间距可调，更优选地，最大可调间距达到5mm。一种使用所述的设备加工超导导线接头连接体的方法，包括以下步骤：S1)截取一段优选长度为10-100mm、宽度为4-12mm的第二代高温超导导线；S2)在超导导线的一端，沿着过渡层和超导层之间的界面将导线分开优选为1-5mm的长度；S3)将超导导线的第一面固定在第一圆柱形滚轴表面，超导导线的第二面固定在第二圆柱形滚轴的表面；S4)调节第一圆柱形滚轴和的第二圆柱形滚轴间距与超导导线厚度相同，旋转第一圆柱形滚轴和的第二圆柱形滚轴，使超导导线沿着过渡层与超导层的界面完全分离；S5)将固定在第二圆柱形滚轴表面的超导层所在的部分取下，以得到连接体。优选地，在步骤S1)中，在超导导线的两侧分别切除0.1-0.5mm的宽度。带材两侧的边缘位置，各层的结合相对比较紧密，所以剪去这两侧可以利于带材的完整分开。所述第二代高温超导带材在金属基底和金属基底外侧的加强层之间具有银层，优选地，在步骤S3)之前还包括以下步骤：将所述银层连同加强层与金属基底彻底分离，只保留含有金属基底的部分，作为后续加工的材料。步骤S3)中，可以采取全覆盖或分段固定的形式固定超导导线的第一面和/或第二面，使用具有双向固定效果的胶水或以机械固定的方式进行固定，优选地，只在超导层与过渡层分离处固定第二面。一种使用所述的设备加工超导导线接头连接体的方法，包括以下步骤：S1)截取一段优选长度为10-100mm、宽度为4-12mm的第二代高温超导导线；S2)在超导导线的一端，沿着过渡层和超导层之间的界面将导线分开优选为1-5mm的长度；S3)将超导导线的第一面固定在第一平板表面，超导导线的第二面固定在第二圆柱形滚轴的表面；S4)调节第二圆柱形滚轴与第一平板的间距与超导导线厚度相同，旋转第二圆柱形滚轴的同时使第一平板同步运动，使超导导线沿着过渡层与超导层的界面完全分离；S5)将固定在第二圆柱形滚轴表面的超导层所在的部分取下，以得到连接体。一种连接两个超导导线端口的方法，包括以下步骤：S1)使用所述加工超导导线接头连接体的方法，获得具有层叠的加强层、银稳定层和超导层的超导连接体；S2)对需要连接的两根超导导线的端部进行银层腐蚀处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工超导导线接头连接体的设备，其特征在于，包括第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴，所述第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴的轴线互相平行，所述第一圆柱形滚轴和所述第二圆柱形滚轴之间具有用于装入第二代高温超导导线的间隙，所述第一圆柱形滚轴和所述第二圆柱形滚轴经控制朝相反的方向旋转并具有相同的线速度，第二代高温超导导线的靠近金属基底的第一面固定在所述第一圆柱形滚轴上，第二代高温超导导线的靠近超导层的第二面固定在所述第二圆柱形滚轴上，所述第二圆柱形滚轴的半径大于第二代高温超导导线的临界弯曲半径。

【技术特征摘要】
1.一种加工超导导线接头连接体的设备，其特征在于，包括第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴，所述第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴的轴线互相平行，所述第一圆柱形滚轴和所述第二圆柱形滚轴之间具有用于装入第二代高温超导导线的间隙，所述第一圆柱形滚轴和所述第二圆柱形滚轴经控制朝相反的方向旋转并具有相同的线速度，第二代高温超导导线的靠近金属基底的第一面固定在所述第一圆柱形滚轴上，第二代高温超导导线的靠近超导层的第二面固定在所述第二圆柱形滚轴上，所述第二圆柱形滚轴的半径大于第二代高温超导导线的临界弯曲半径。2.如权利要求1所述的加工超导导线接头连接体的设备，其特征在于，所述第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴的半径相同或不同，优选地，所述第二圆柱形滚轴的半径大于15mm，优选地，所述第一圆柱形滚轴和第二圆柱形滚轴之间的间距可调，更优选地，最大可调间距达到5mm。3.一种加工超导导线接头连接体的设备，其特征在于，包括第一平板和第二圆柱形滚轴，所述第一平板的表面和第二圆柱形滚轴的轴线互相平行，所述第一平板和所述第二圆柱形滚轴之间具有用于装入第二代高温超导导线的间隙，所述第一平板和所述第二圆柱形滚轴经控制以使所述第一平板的运动与所述第二圆柱形滚轴的旋转同步，且所述第一平板的运动速度与所述第二圆柱形滚轴的线速度相同，第二代高温超导导线的靠近金属基底的第一面固定在所述第一平板上，第二代高温超导导线的靠近超导层的第二面固定在所述第二圆柱形滚轴上，所述第二圆柱形滚轴的半径大于第二代高温超导导线的临界弯曲半径。4.如权利要求3所述的加工超导导线接头连接体的设备，其特征在于，所述第二圆柱形滚轴的半径大于15mm，优选地，所述第一平板和第二圆柱形滚轴之间的间距可调，更优选地，最大可调间距达到5mm。5.一种使用如权利要求1至2任一项所述的设备加工超导导线接头连接体的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)截取一段优选长度为10-100mm、宽度为4-12mm的第二代高温超导导线；S2)在超导导线的一端，沿着过渡层和超导层之间的界面将导线分开，优选为1-5mm的长度；S3)将超导导线的第一面固定在第一圆柱形滚轴表面，超导导线的第二面固定在第二圆柱形滚轴的表面；S4)调节第一圆柱形滚轴和的第二圆柱形滚轴间距与超导导线厚度相同，旋转第一圆柱形滚轴和的第二圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯峰，瞿体明，符其树，康钰豪，张向松，卢弘愿，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44