一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，包括高温超导股线和导体包壳，还包括冷却管；所述冷却管，用作高温超导股线的缠绕骨架，冷却管的内部通道用于流通冷媒；所述高温超导股线缠绕在冷却管上；所述导体包壳包覆在高温超导股线外；所述冷却管的管壁上开设有若干冷却孔，所述冷却孔用于连通冷却管内部通道和高温超导股线之间的空隙。本实用新型专利技术设计利于使高温超导导体能够承受更高的交流热损耗。的交流热损耗。的交流热损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体


[0001]本技术涉及高温超导
，具体涉及一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体。

技术介绍

[0002]超导磁体技术是实现磁约束可控核聚变的关键瓶颈技术之一，目前国际上面向未来商用聚变堆的研究方向主要有基于ITER低温超导磁体技术的大型堆和基于高温超导磁体技术的紧凑堆。大型高温超导强磁场磁体是紧凑型聚变堆的关键部件之一，其特点是磁场强度高(最高磁场预计超过20T)、磁体工程电流密度高(同等规模低温超导磁体的数倍)、磁体储能高，特别是中心螺线管线圈需要达到较高的励磁速率(例如3T/s)，因此对高温超导导体的载流能力、机械强度和热稳定性提出了极高的要求。
[0003]基于低温超导线材的管内电缆导体(CICC导体)，因其具有优异的载流能力、机械强度、冷却效率和热稳定性，被广泛应用于大型强磁场磁体。低温超导线材一般为直径1mm左右的金属细丝，具有较强的机械强度，易于绞缆成型。而第二代高温超导材料是一种宽度在2mm以上，厚度一般为0.06mm
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0.2mm多层复合材料，特别是高温超导层是一种氧化物陶瓷材料，具不可忽视的机械性能各向异性，容易在剪切应力的作用下破坏超导层而失去超导电性，因此，一般先将其制备为具有一定机械强度的圆线(股线)，再进一步绞制为CICC导体。高温超导圆线一般线径在3mm以上，作为CICC导体的股线，会引起以下问题：
[0004]1)高温超导CICC导体面临的磁场强度和电流密度更高，股线间的点接触或线接触容易造成应力集中而使超导带材承受过大的剪切应力，从而引起超导电性衰退。
[0005]2)低温下铜铝等导电材料电阻率极低，容易造成CICC导体股线间交流耦合损耗急剧增加，从而引起导体热损耗过高。

技术实现思路

[0006]本技术所要解决的技术问题是：低温下铜铝等导电材料电阻率极低，容易造成CICC导体股线间交流耦合损耗急剧增加，从而引起导体热损耗过高，本技术提供了解决上述问题的一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，利于降低热损耗。
[0007]本技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，包括高温超导股线和导体包壳，还包括冷却管；所述冷却管，用作高温超导股线的缠绕骨架，冷却管的内部通道用于流通冷媒；所述高温超导股线缠绕在冷却管上；所述导体包壳包覆在高温超导股线外；所述冷却管的管壁上开设有若干冷却孔，所述冷却孔用于连通冷却管内部通道和高温超导股线之间的空隙。
[0009]本技术提供的高温超导CICC导体，冷却管的内通道作为冷媒主通道，通入液氦、冷氦气等冷媒，用以降低流阻、提高流量，管壁的冷却孔用于连通超导股线间空隙与冷却管的内部通道，实现超导股线间冷媒与冷却管内冷媒的流通交换，提高换热效率。导体包
壳、高温超导股线及冷却管间的空隙形成冷媒通道，通入液氦、冷氦气等冷媒，实现对高温超导导体的冷却，超导股线间的间隙极大的增加了冷媒与导体的换热面积和换热效率，同时冷却管提供了充分的冷媒流量，使高温超导导体能够承受更高的交流热损耗。
[0010]进一步可选地，所述冷却管壁厚为0.3R
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0.5R，冷却孔的孔径为0.1R
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0.2R，其中R为冷却管的管道外半径。
[0011]进一步可选地，所述冷却管的材质为铜合金或不锈钢。
[0012]进一步可选地，所述高温超导股线在冷却管上缠绕的奇数层与偶数层两者的缠绕方向相反；缠绕截距为50D/n
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200D/n；其中，D为超导股线直径，n为每层缠绕的股线数量。
[0013]进一步可选地，所述高温超导股线由内向外依次包括：由多条高温超导带堆叠而成的堆叠线、填充材料、第一股线包壳和第二股线包壳；所述第一股线包壳采用硬态材质，用于为堆叠线提供抗挤压变形强度支撑；所述第二股线包壳采用软态或半软态材质，用于吸收对堆叠线的挤压应力；所述填充材料填充在堆叠线与最内层股线包壳之间的空隙。
[0014]本技术通过刚性包壳和软塑包壳结合的股线结构，能够有效解决CICC导体的在塑性成型过程中挤压内部股线，容易造成超导电性衰退的问题，股线软塑包壳吸收CICC导体包壳缩径变形传递到内部的应变，而股线刚性包壳能够有效维持高温超导带材结构。
[0015]进一步可选地，所述第一股线包壳的材料包括铜合金；和/或第一股线包壳的壁厚与内半径比为0.3
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0.5。
[0016]进一步可选地，所述第二股线包壳包括包壳I和包壳II，包壳I位于内层、靠近第一股线包壳；包壳I的导电率大于包壳II的导电率。
[0017]进一步可选地，所述包壳I的变形量为3
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10％，包壳I的壁厚与内半径比为0.1
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0.3；和/或所述包壳II的变形量为3
‑
10％，包壳II的壁厚与内半径比为0.03
‑
0.05。
[0018]进一步可选地，所述包壳I的材料包括软态纯铜或软态纯铝；和/或所述包壳II的材料包括软态铋基钎料。
[0019]进一步可选地，所述填充材料包括铅、锡及其合金组成的低温焊料；所述填充材料的熔点不高于250℃。
[0020]本技术具有如下的优点和有益效果：
[0021]1、本技术提供的一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，通过刚性包壳和软塑包壳结合的股线结构，能够有效解决CICC导体的在塑性成型过程中挤压内部股线，容易造成超导电性衰退的问题，股线软塑包壳吸收CICC导体包壳缩径变形传递到内部的应变，而股线刚性包壳能够有效维持高温超导带材结构。
[0022]2、本技术提供的一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，高温超导股线的包壳I，为高导电率包壳，为导体临界和失超时提供有效的电流转移通道；包壳II为低导电率包壳，降低了导体环向电阻，同时结合多层交错缠绕能够有效降低导体的交流损耗；开孔冷却管与挤压预留空隙的结构，能够明显提高高温超导的换热效率和转移热量的能力，上述三种优势的共同作用下使本导体能够承受更高的升流速率。
[0023]3、本技术提供的一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，成型后的导体内部股线间、股线与包壳、股线与冷却管的接触均为面接触，有效减少高场、大电流下的电磁应力集中，避免股线间因电磁应力造成过度挤压变形而发生超导电性衰退，使的导体能够承受更高的磁场和电流密度。
附图说明
[0024]此处所说明的附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术实施例的限定。在附图中：
[0025]图1为本技术的基于多层包壳股线的高温超导CICC导体的径向截面结构示意图。
[0026]图2为图1的局部A结构示意图。
[0027]图3为本技术的基于多层包壳股线的高温超导CICC导体的局部立体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，包括高温超导股线和导体包壳(9)，其特征在于，还包括冷却管(6)；所述冷却管(6)，用作高温超导股线的缠绕骨架，冷却管(6)的内部通道用于流通冷媒；所述高温超导股线缠绕在冷却管(6)上；所述导体包壳(9)包覆在高温超导股线外；所述冷却管(6)的管壁上开设有若干冷却孔(10)，所述冷却孔(10)用于连通冷却管内部通道和高温超导股线之间的空隙。2.根据权利要求1所述的一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，其特征在于，所述冷却管(6)壁厚为0.3R
‑
0.5R，冷却孔(10)的孔径为0.1R
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0.2R，其中R为冷却管的管道外半径。3.根据权利要求1所述的一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，其特征在于，所述冷却管(6)的材质为铜合金或不锈钢。4.根据权利要求1所述的一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，其特征在于，所述高温超导股线在冷却管(6)上缠绕的奇数层与偶数层两者的缠绕方向相反；缠绕截距为50D/n
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200D/n；其中，D为超导股线直径，n为每层缠绕的股线数量。5.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于多层包壳股线的高温超导CICC导体，其特征在于，所述高温超导股线由内向外依次包括由多条高温超导带堆叠而成的堆叠线(1)、填充材料(4)、第一股线包壳(2)和第二股线包壳(3)；所述第一股线包壳(2)采用硬态材质，用于为堆叠线提供抗挤压变形强度支撑；...

【专利技术属性】
技术研发人员：左佳欣，李鹏远，赖小强，张腾，陈辉，邓华林，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：新型
国别省市：