一种第二代高温超导带材的连接方法及超导线技术

本发明专利技术提供了一种第二代高温超导带材的连接方法及超导线，涉及超导电工领域。本发明专利技术的连接方法可以不破坏金属基带，同时又能提供氧扩散通道；最终得到的接头在液氮温区具备超导特性。具体的，本发明专利技术通过在超导层刻蚀出条纹状微槽提供大范围的氧扩散通道，缩短超导电性恢复时间；经过超导层熔融扩散可以使搭接的两个超导层界面的部分区域熔融并相互扩散紧密连接为一体，实现超导层之间的连接，使接头具备超导特性，形成超导接头。

【技术实现步骤摘要】
一种第二代高温超导带材的连接方法及超导线
本专利技术涉及超导电工领域，具体涉及一种第二代高温超导带材的连接方法及超导线。
技术介绍
第二代高温超导材料，即第二代高温超导带材具有优异的综合性能，在强磁场等强电领域有着广泛的应用，许多基于第二代高温超导带材的超导装置也在不断地研发当中。制备这些超导装置往往需要很长的超导带材，特别是大中型磁体的研制过程中，超导带材用量可能重达数吨。但由于工艺所限，制备的超导带材无法同时兼顾长度与整体性能，使用时需要通过制备接头来连接相对短的带材，从而满足使用长度的需求。超导带材接头处的导电能力和机械性能与超导带材相比都有较大程度的降低，因此，超导带材接头的性能是影响第二代高温超导材料实用化关键因素之一。目前，第二代高温超导带材的连接方法主要有：钎焊、超声焊、扩散焊及熔融扩散焊等。钎焊主要采用低温焊料连接超导带材的金属保护层，而超声焊和扩散焊分别是对带材铜层和银层的直接连接。接头区域的两个超导层之间存在着焊料层和带材本身的金属层，因此接头也将存在一定的电阻。要想实现无电阻的超导接头需要直接连接带材的超导层，通过熔融扩散焊连接超导层界面是目前可行方法之一。熔融扩散焊是一种使两个超导层界面的部分区域熔融并相互扩散紧密连接为一体，制备超导接头的方法。该种方法工艺十分复杂，主要是在不影响超导层性能的前提下去除带材的金属层，然后进行快速升温并在极短时间的高温中使超导层界面部分熔融连接为一体，最后通过氧化退火恢复超导电性。因为氧在第二代高温超导带材超导层中的扩散系数极低，导致氧化退火过程持续时间较长，极大的影响超导接头的制备效率，进而很难进行实际应用。因此，需要在不影响超导接头性能的前提下，对超导层提供氧扩散通道，从而极大的降低超导接头性能的恢复时间。实际应用中超导接头需要承受一定的拉伸应力与弯曲变形，而现在技术制备的超导接头是以陶瓷材料为本质的超导层之间的连接，十分脆弱，所以相对于传统的带有金属保护层的焊接方式制备的接头，其机械性能差，还需要进一步的提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种第二代高温超导带材的连接方法及超导线。本专利技术提供的连接方法在不损害金属基带的前提下实现超导层连接并提供较大范围的氧扩散通道来缩短接头制备时间；同时，克服了纯粹以超导层进行连接制备的超导接头机械性能差的缺陷。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种第二代高温超导带材的连接方法，包括以下步骤：将第二代高温超导带材的待连接区域的银层和超导层沿长度方向刻蚀形成均匀分布的条纹状微槽，去除所述条纹状微槽区域的银层，得到待焊接带材；将两根所述待焊接带材的条纹状微槽区域超导层重合搭接，并对所得超导层搭接区域进行熔融扩散焊，得到连接带材；将所述连接带材进行氧化退火。优选地，将第二代高温超导带材的待连接区域从端部开始依次命名为端部、中部和远端部；将第二代高温超导带材待连接区域端部和中部的银层和超导层沿长度方向刻蚀形成均匀分布的条纹状微槽，去除中部条纹状微槽区域的银层，得到待焊接带材。优选地，将两根所述待焊接带材的条纹状微槽超导层及其两侧剩余银层两两重合搭接，并对所得搭接区域进行熔融扩散焊，得到连接带材；所述搭接区域包括超导层搭接区域和银层搭接区域。优选地，所述刻蚀的具体过程为：用丙酮清洗所述第二代高温超导带材待连接区域的表面后，在待连接区域涂布光刻胶，经前烘、曝光、显影、清洗及后烘后，浸没于银刻蚀剂中刻蚀银层条纹状微槽使下方的超导层暴露出来；然后将所得第二代高温超导带材用去离子水冲洗后再浸没于稀磷酸中刻蚀超导层条纹状微槽。优选地，所述条纹状微槽的间隔为200～500μm，宽度为1～50μm。优选地，所述超导层搭接区域的熔融扩散焊参数包括：氧气分压PO2≤1000Pa，压力为1～50MPa，温度为750～950℃，时间为0.5～120min。优选地，所述银层搭接区域的熔融扩散焊参数包括：在氧气气氛下进行，压力为20～50MPa，温度为400～600℃，保温时间为1h。优选地，所述氧化退火的参数包括：氧分压为0.1～15MPa，温度400～600℃，时间为5～300h。本专利技术还提供了上述技术方案所述的连接方法得到的超导线。本专利技术提供的第二代高温超导带材的连接方法，可以不破坏金属基带。同时，通过在超导层刻蚀出条纹状微槽提供大范围的氧扩散通道，缩短超导电性恢复时间；经过超导层熔融扩散可以使搭接的两个超导层界面的部分区域熔融并相互扩散紧密连接为一体，实现超导层之间的连接，使接头具备超导特性，形成超导接头。进一步地，只去除待连接区域中部银层时，两侧剩余的银层通过熔融扩散焊连接，银层熔融扩散焊连接提高了接头机械强度；银层熔融扩散焊得到的接头具有低电阻，可通过电流，在超导层搭接界面失超时可以保持一定的低阻载流能力，起到一定的失超保护作用。附图说明图1为本专利技术第二代高温超导带材待连接区域端部、中部和远端部的划分情况示意图；图2为实施例1中对第二代高温超导带材刻蚀条纹状微槽的反应过程示意图；图3为图2中A部分的放大图；图4为图2中B部分的放大图；图5为图2中C部分的放大图；图6为图2中D部分的放大图；图7为实施例1中两根待焊接带材连接示意图，其中标示了待连接区域；图8为实施例4中对第二代高温超导带材刻蚀条纹状微槽的反应过程示意图；图9为图8中A部分的放大图；图10为图8中B部分的放大图；图11为图8中C部分的放大图；图12为图8中D部分的放大图；图13为本专利技术实施例4中两根待焊接带材连接示意图；图14为是本专利技术实施方案中接头部分的超导层直接连接和/或银层直接连接的区域的氧扩散机制示意图；图15为实施例1、实施例4、对比例1和对比例2制备的超导线接头在77K零场下通过四引线法测量得到的电压-电流(V-I)曲线；图16为实施例1和4制备的超导接头及单根第二代高温超导带材在77K温度下的机械拉伸应力应变曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种第二代高温超导带材的连接方法，包括以下步骤：将第二代高温超导带材的待连接区域的银层和超导层沿长度方向刻蚀形成均匀分布的条纹状微槽，去除所述条纹状微槽区域的银层，得到待焊接带材；将两根所述待焊接带材的条纹状微槽区域超导层重合搭接，并对所得超导层搭接区域进行熔融扩散焊，得到连接带材；将所述连接带材进行氧化退火。本专利技术将第二代高温超导带材的待连接区域的银层和超导层沿长度方向刻蚀形成均匀分布的条纹状微槽，去除所述条纹状微槽区域的银层，得到待焊接带材。在本专利技术中，所述第二代高温超导带材的结构优选为依次层叠设置的银层、哈氏合金基带、超导层和银层。在本专利技术中，所述第二代高温超导带材中的稀土元素优选为钇、钆、钐、镝、钬、铒、钕和铕中的一种或几种。本专利技术对所述第二代高温超导带材的来源没有特殊的限定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种第二代高温超导带材的连接方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将第二代高温超导带材的待连接区域的银层和超导层沿长度方向刻蚀形成均匀分布的条纹状微槽，去除所述条纹状微槽区域的银层，得到待焊接带材；/n将两根所述待焊接带材的条纹状微槽区域超导层重合搭接，并对所得超导层搭接区域进行熔融扩散焊，得到连接带材；/n将所述连接带材进行氧化退火。/n

【技术特征摘要】
1.一种第二代高温超导带材的连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将第二代高温超导带材的待连接区域的银层和超导层沿长度方向刻蚀形成均匀分布的条纹状微槽，去除所述条纹状微槽区域的银层，得到待焊接带材；
将两根所述待焊接带材的条纹状微槽区域超导层重合搭接，并对所得超导层搭接区域进行熔融扩散焊，得到连接带材；
将所述连接带材进行氧化退火。


2.根据权利要求1所述的连接方法，其特征在于，将第二代高温超导带材的待连接区域从端部开始依次命名为端部、中部和远端部；将第二代高温超导带材待连接区域端部和中部的银层和超导层沿长度方向刻蚀形成均匀分布的条纹状微槽，去除中部条纹状微槽区域的银层，得到待焊接带材。


3.根据权利要求2所述的连接方法，其特征在于，将两根所述待焊接带材的条纹状微槽超导层及其两侧剩余银层两两重合搭接，并对所得搭接区域进行熔融扩散焊，得到连接带材；所述搭接区域包括超导层搭接区域和银层搭接区域。


4.根据权利要求1或2所述的连接方法，其特征在于，所述刻蚀的具体过程为：用丙酮清洗所述第二代高温超导带材待连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄大兴，丁发柱，古宏伟，商红静，谢波玮，李太广，邹琪，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11