一种REBCO高温超导带材的低阻连接装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于高温超导材料技术领域，尤其涉及一种REBCO高温超导带材的低阻连接装置。包括两个超导带材层，所述两个超导带材层的表面均覆盖有金属保护层；其特征在于，所述两个超导带材层之间具有一个通过过渡式焊接层连接的连接面；所述过渡式焊接层从上到下依次为高熔焊料层、低熔焊料层、高熔焊料层。本发明专利技术还提供一种所述连接装置的制备方法，包括以下步骤：S1：表层预处理、S2：预涂高熔焊料层、S3：预处理高熔焊料层、S4：焊接低熔焊料层、S5：冷却连接区域。本发明专利技术提供的REBCO高温超导带材的低阻连接装置及制造方法具有连接结构电阻小，连接处机械强度高等优点。

A low resistance connection device for REBCO high temperature superconducting strip and its manufacturing method

The invention belongs to the technical field of high temperature superconducting materials, in particular to a low resistance connection device for REBCO high temperature superconducting strip. Including the two superconducting layer, the surface of the two layer of the superconducting tapes are covered with a metal protective layer; characterized by having a transition type welding layer connecting surface between the two superconducting layer; the transition welding layer from top to bottom for high melt solder layer and a low melting solder layer, high melt solder layer. The invention also provides a preparation method of the connection device, including the following steps: S1: surface pretreatment, S2: pre coating high melting solder layer, S3: pretreatment of high melting solder layer, S4: welding low melting solder layer, S5: cooling connection area. The low resistance connection device and manufacturing method of the REBCO high temperature superconducting strip provided by the invention have the advantages of small resistance of connection structure and high mechanical strength at the connection.

【技术实现步骤摘要】
一种REBCO高温超导带材的低阻连接装置及其制造方法
本专利技术属于高温超导材料
，尤其涉及一种REBCO高温超导带材的低阻连接装置及制造方法。
技术介绍
稀土钡铜氧REBCO(RE为Y、Gd、Sm、Nd、Dy等稀土元素)是近十几年发展起来的极具应用前景的高温超导带材，由于其具有高临界温度、高临界电流以及在磁场中更好的超导性能，可广泛应用于制作超导电缆、超导限流器以及超导磁体等。然而，由于REBCO第二代高温超导带材制备工艺本身的限制，现有加工工艺能制备出几百米到千米量级的超导带材。一方面为了得到低成本的电流均匀分布的千米级带材，往往需要对带材制备过程中的缺陷进行修补；另一方面，由于带材长度的限制，在超导电缆、超导限流器以及超导磁体的工程实践中，所用的REBCO超导带材都不是单根带材，必须通过某种合理的工艺技术将多根超导带材连接起来。目前REBCO超导带材的接头制备技术主要有三种：REBCO超导层连接、Ag扩散熔融焊接以及软钎焊接工艺。前两种方法在实验室中能得到较低的电阻或完全超导连接，但都不适用于封装好的成品超导带材，且工艺复杂。软钎焊接工艺实施方法最为简单，直接采用焊料将两根超导带材连接起来，可以适用于镀有银稳定层的半成品带材以及带有铜保护层的成品带材。本专利也是基于这种软钎焊接工艺提出的一种的REBCO高温超导带材的低阻连接方法。由于REBCO高温超导带材自身材料的特性，在使用软钎焊接工艺进行超导带材连接的过程中存在如下的问题：1)采用高熔焊料(熔点高于180℃)进行带材连接时，焊接温度较高，并且需要在较大的压力下维持一定的时间以形成优异的电接触。超导带材往往会产生诸多的问题，比如REBCO材料容易失氧、铜保护层容易被氧化、以及银稳定层和铜保护层容易与焊料过度合金化，从而使超导带材性能、超导连接工艺的可靠性和重复性下降。专利CN104167487A通过优化工艺方法降低高温焊接(大于220℃)时间，避免了以上提到的高温下带材及接头存在的问题；然而其缺点在于，接触电阻相对较大(8m长度时接头电阻为2.25×10-9Ω，IEEETRANSACTIONSONAPPLIEDSUPERCONDUCTIVITY,VOL.25,NO.3,2015,6600705)，另外该工艺不适用于带有铜保护层的超导带材的连接。2)采用低熔焊料(熔点低于160℃)进行带材连接时(专利CN104710186B和CN105826789A)，可以使用较低的焊接温度，避免超导带材出现以上的问题，然而其最大问题是超导带材保护层银以及裸铜与低熔焊料做焊接得到的连接械性能较差，结合力非常小，难以满足实用化需求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有存在的技术问题，本专利技术提供一种REBCO高温超导带材的低阻连接装置及其制造方法，解决了现有技术中的连接结构电阻大、连接机械强度低等问题。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种REBCO高温超导带材的低阻连接装置，包括两个超导带材层，所述两个超导带材层的表面均覆盖有金属保护层，所述两个超导带材层之间具有一个通过过渡式焊接层连接的连接面；所述过渡式焊接层从上到下依次为高熔焊料层、低熔焊料层、高熔焊料层。优选地，所述高熔焊料层包括高熔焊料本身以及高熔焊料与金属保护层之间所形成的金属间合金化合物层。优选地，所述低熔焊料层包括低熔焊料本身以及低熔焊料与高熔焊料层之间所形成的金属间合金化合物层。优选地，所述两个超导带材层为两条不同线路的超导带材。优选地，所述两个超导带材层中至少一个为补丁超导带材和/或带有缺陷的超导带材；所述连接面完全覆盖所述补丁超导带材的补丁区域和所述带有缺陷的超导带材的缺陷区域。另外，本申请还提供一种用于制造上述任一种技术方案所述的REBCO高温超导带材的低阻连接装置的制备方法，包括以下步骤：S1、表层预处理：对连接区域的超导带材的金属保护层表面抛光，并去除杂质；S2、预涂高熔焊料层：将S1中处理后的连接区域预涂高熔焊料层；S3、预处理高熔焊料层：将连接区域的高熔焊料层表面抛光，并去除杂质；S4、焊接低熔焊料层：在两个预处理后的高熔焊料层之间焊接低熔焊料层；S5、冷却连接区域：将焊接完成后的低熔焊料层冷却至室温，获得低阻连接装置。优选地，所述S2中高熔焊料层采用熔点在180℃以上的Sn基合金焊料。优选地，S4中低熔焊料层采用熔点低于160℃的低熔焊料。优选地，所述低熔焊料包含In、Sn、Ag、Bi和Pb中的多种元素。优选地，所述S2中预涂高熔焊料层用时介于0s-5s之间。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种REBCO高温超导带材的低阻连接装置及其制造方法具有以下有益效果：1、本专利技术由于低温焊接过程温度、压力、时间均可大幅度调整，在过渡式焊接层各界面处都能形成厚度可控的焊料层和金属间化合物层，因此可以实现极低的接触电阻(在接头长度为1m时其电阻低至10-10Ω量级)以及较强的机械性能，满足实用化的需求。2、本专利技术通过引入过渡式焊接层结构设计，解决了现有的高温软钎焊接工艺中存在的REBCO材料容易失氧、铜保护层容易被氧化、以及银稳定层和铜保护层容易与焊料过度合金化的问题。3、本专利技术通过引入过渡式焊接层结构设计，解决了现有的低温软钎焊接工艺中存在的带材连接处机械性能差的问题。4、本专利技术由于高温焊接过程时间极短，因此超导带材连接可重复性和成品率极高。5、本专利技术制备工艺相对简单，可同时适用于市场上两种常规结构的超导带材(电镀覆铜封装以及锡焊铜带封装)。附图说明图1为实施例一中制备电镀覆铜封装REBCO高温超导带材连接装置结构示意图；图2为实施例二中修复电镀覆铜封装REBCO高温超导带材缺陷连接装置结构示意图；图3为实施例三中制备锡焊铜带封装REBCO高温超导带材连接装置结构示意图；图4为实施例四中修复锡焊铜带封装REBCO高温超导带材缺陷连接装置结构示意图；图5为实施例三中锡焊铜带封装REBCO高温超导带材连接装置在长度为1m时的I-V测试曲线图；图6为实施例一所涉及的采用过渡式焊接层技术所制备的连接装置与常规低温合金焊接技术所制备的接头的剥离力测试对比曲线图。【附图标记说明】1：电镀铜下保护层；2：超导带材层；3：电镀铜上保护层；4：高熔焊料层；5：低熔焊料层；6：带材缺陷；7：锡焊铜带封装带材表面粗糙的高熔焊料层；8：锡焊铜带下保护层；9：锡焊铜带上保护层；10：补丁超导带材。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。实施例一如图1所示，本实施例提供了一种电镀覆铜封装REBCO高温超导带材的低阻连接装置及其制备方法。该低阻连接装置从上至下包括电镀铜下保护层1、超导带材层2、电镀铜上保护层3、高熔焊料层4、低熔焊料层5、高熔焊料层4、电镀铜上保护层3、超导带材层2、电镀铜下保护层1。本实施例中所述的超导带材层2包括金属基带、多层结构的过渡层、REBCO超导层、银稳定层。本实施例中所述高熔焊料层4包括高熔焊料本身以及与电镀铜之间所形成的金属间合金化合物层，高熔焊料采用熔点在180℃以上的Sn基合金焊料。本实施例中所述的低熔焊料层5包括低熔焊料本身以及低熔焊料与高熔焊料层4之间所形成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种REBCO高温超导带材的低阻连接装置，包括两个超导带材层，所述两个超导带材层的表面均覆盖有金属保护层，其特征在于，所述两个超导带材层之间具有一个通过过渡式焊接层连接的连接面；所述过渡式焊接层从上到下依次为高熔焊料层(4)、低熔焊料层(5)、高熔焊料层(4)。

【技术特征摘要】
1.一种REBCO高温超导带材的低阻连接装置，包括两个超导带材层，所述两个超导带材层的表面均覆盖有金属保护层，其特征在于，所述两个超导带材层之间具有一个通过过渡式焊接层连接的连接面；所述过渡式焊接层从上到下依次为高熔焊料层(4)、低熔焊料层(5)、高熔焊料层(4)。2.如权利要求1所述的REBCO高温超导带材的低阻连接装置，其特征在于，所述高熔焊料层(4)包括高熔焊料本身以及高熔焊料与金属保护层之间所形成的金属间合金化合物层。3.如权利要求1所述的REBCO高温超导带材的低阻连接装置，其特征在于，所述低熔焊料层(5)包括低熔焊料本身以及低熔焊料与高熔焊料层(4)之间所形成的金属间合金化合物层。4.如权利要求1-3任一项所述的连接装置，其特征在于，所述两个超导带材层为两条不同线路的超导带材。5.如权利要求1-3任一项所述的连接装置，其特征在于，所述两个超导带材层(2)中至少一个为补丁超导带材(10)和/或带有缺陷的超导带材；所述连接面完全覆盖所述补丁超导带材(10)的补丁区域和所述带有缺陷的...

【专利技术属性】
技术研发人员：章曙东，徐世伟，陈一民，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21