[发明专利]超导带材临界电流测试装置和测试方法

说明书

本发明提供了一种超导带材临界电流测试装置和测试方法，其中测试装置用于测试不含铜稳定层的稀土钡铜氧化物超导带材(5)的临界电流，包括电流接入立柱(1)，临界电流测试架(2)，刚性电流导板(3)以及柔性电流引线(4)。本发明提供的装置结构简单、成本低、测试效率高，能够简易快速的获得超导带材短样上的临界电流值；本发明提供的测试方法，有效的提高了测试的成功率，降低了超导带材测试的损耗，极大的节约了人力资源成本。

技术领域

本发明涉及超导技术领域，具体地，涉及一种超导带材临界电流测试装置和测试方法，尤其涉及一种适用于不含铜稳定层的稀土钡铜氧化物超导带材的临界电流测试装置及测试方法。

背景技术

1911年荷兰莱顿大学的卡末林·昂纳斯教授在实验室首次发现超导现象以来，超导材料及其应用一直是当代科学技术最活跃的前沿研究领域之一。1986年1月在美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室中工作的科学家柏诺兹和缪勒，首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，很快在1-2年的时间里，超导体的临界转变温度被世界上各个研究组提高到了液氮温度以上，从而摆脱了超导体对昂贵液氦制冷的需求。在过去的十几年间，以超导为主的超导电力设备的研究飞速发展，在超导储能、超导电机、超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导同步调相机等领域取得显著成果。

目前进入商业化的高温超导带材分为铋系和钇系。铋系超导体即第一代超导材料，也称BSCCO超导体；钇系超导体即第二代超导材料，也称YBCO或ReBCO超导体。

以BSCCO为材料的第一代超导带材，采用银包套生产工艺，具有较高的超导转变温度(T_c～110K)。特别是其层状的晶体结构导致的片状晶体很容易在应力的作用下沿铜－氧面方向滑移。所以，利用把铋－2223先驱粉装入银管加工的方法(PIT 法)，经过拉拔和轧制加工，就能得到很好的织构。另外，在铋－2223相成相热处理时，伴随产生的微量液相能够很好地弥合冷加工过程中产生的微裂纹，从而在很大程度上克服了弱连接的影响。正由于这两个基本特性，使人们通过控制先驱粉末、加工工艺及热处理技术，成功地制备出了高性能长带。

以ReBCO(Re为稀土元素)为材料的第二代超导带材，也被称为涂层导体，因其具有相比铋系带材更强的载流能力、更高的磁场性能和更低的材料成本，在医疗、军事、能源等众多领域具备更广更佳的应用前景。第二代超导带材，由于其作为超导载流核心的ReBCO本身硬且脆，所以一般是在镍基合金基底上采用多层覆膜的工艺生产，所以又被称为涂层导体。第二代超导带材一般由基带、缓冲层(过渡层)、超导层以及保护层组成。金属基底的作用是为带材提供优良的机械性能。过渡层的作用一方面是防止超导层与金属基底发生元素间的相互扩散，另一方面最上方的过渡层需为超导层的外延生长提供好的模板，提高YBCO晶粒排列质量。制备超导性能优良的涂层导体，需要超导层具有一致的双轴织构。双轴织构是指晶粒在a/b轴和c轴(c轴垂直于a/b面)两个方向均有着近乎一致的排列。由于YBCO薄膜在 a/b轴方向的排列程度(面内织构)相对较难实现，而面内织构较差会严重降低超导性能。因此需要YBCO超导薄膜在已经具有双轴织构和匹配晶格的过渡层上外延生长。制备实现双轴织构有两种主流的技术路线，一种是轧制辅助双轴织构基带技术，另一种为离子束辅助沉积技术。ReBCO超导层制备的常见技术分为多种，有脉冲激光沉积、金属有机物化学气相沉积、反应共蒸发等。保护层主要是用来保护超导膜层，一般在超导带材表面镀1-5um的银层。随后进行镀铜或后续的封装加强处理。

镀银是必须的一道工艺，涉及整个超导带材制备工艺，是不可替代的。它不但满足后续的带材需要褪火工艺的需求，可以允许氧原子更够有效的进入超导层，使带材真正具备超导电性；同时与超导层有很强的结合力，不易脱膜；满足在褪火的高温下不与超导层发生反应；电阻率很低；具备良好导电性等等特性。如果需要更好的过流性能，机械性能，即使想要加镀其他保护层也必须在银带的基础上进行加工，目前没有任何比银更便宜的金属可以在超导层上直接代替银做保护层。且镀银后的超导带材仍然可以按照设定的要求进行再次切割，这是后续其他保护层封装不具备的特点。