[发明专利]小弯曲直径的超导带材制备方法、超导带材及超导缆线

说明书

本发明提供了一种小弯曲直径的超导带材制备方法、超导带材及超导缆线，包括：缓冲层制备步骤：在超导基带上制备缓冲层；超导层制备步骤：在所述缓冲层上制备超导层，得到超导带材；镀铜步骤：在所述超导层上镀制铜层。通过本发明可以大幅度减小超导带材的转弯直径，从而提升超导带材的性能。

本申请是以下原申请的分案申请：

原申请的申请日：2022年06月06日

原申请的申请号：202210631380.3

原申请的发明创造名称：小弯曲直径的超导带材制备方法、超导带材及超导缆线

技术领域

本发明涉及超导材料领域，具体地，涉及一种小弯曲直径的超导带材制备方法、超导带材及超导缆线。

背景技术

1911年荷兰莱顿(Leiden)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。在过去的十几年间，以第二代高温超导带材为代表的高温超导电力和磁体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、超导磁悬浮、核磁共振等领域取得显著成果。

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REBCO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REBCO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REBCO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。REBCO超导层抗压缩，不抗拉伸。

保护层主要是用来保护超导膜层，一般在超导带材正反表面用磁控溅射或蒸镀的方式镀0.5～5μm的银层，为了追求更低的材料成本，超导面的银层通常设置在1～2μm，非超导面的银层通常设置在0.5～1μm。被随后根据具体应用对带材宽度的需求，将10～12㎜带材，分切成2～8㎜。最后进行镀铜或后续的封装加强处理。后续封装的带材镀铜厚度可以是1～10μm。镀铜加强的带材，单面镀铜的厚度在10～30μm，双面则达到了20～60μm。

对于磁体应用来说，近年来以紧凑型托克马克可控核聚变技术形成了热点。现有的基于ITER低温超导研发路线的整体目标基本上都规划2050-2060建成聚变商用堆，装置规模越来越大，建造成本、周期、风险都在急剧增加。二代高温超导带材的低温强场特性远超低温超导材料，由于托卡马克聚变堆单位体积的聚变功率密度正比于磁场强度的4次方，随着二代高温超导带材量产时代到来，基于高温超导技术路线的紧凑型托卡马克快速兴起，紧凑型聚变技术路线使得研发费用大幅降低，周期大幅缩短，规划2030-2040年形成商业应用。