[发明专利]一种提高传热效率的Bi-2212超导材料热处理方法及系统

说明书

本发明公开一种提高传热效率的Bi‑2212超导材料热处理方法及系统，包括以下步骤：将Bi‑2212超导磁体置于热处理炉中，热处理炉膛为氦气的保护气氛，磁体中通入一定比例的氧‑氦混合气体；在风机的作用下，炉膛为强对流热风循环环境；开始升温对Bi‑2212进行高温高压热处理；停止向炉膛中通入气体并关闭强对流循环系统，待排气泄压后即可取出Bi‑2212超导磁体。本发明通过采用氧‑氦混合气体氛围和热风强对流传热两大途径可以有效解决传统热处理过程中存在的传热不均和温度滞后的问题。本发明公布的热处理方法将Bi‑2212超导材料的热处理效率提高了8倍以上。

技术领域

本发明属于超导材料热处理方法领域，具体涉及一种提高传热效率的Bi-2212超导材料热处理方法及系统。

背景技术

可控核聚变是彻底解决未来人类社会能源短缺问题的重要途径，而超导托卡马克装置是最有希望实现核聚变可控利用的装置之一。超导磁体系统是托卡马克装置中必不可少的核心系统之一。目前，用于制造超导磁体的超导材料主要是低温超导材料NbTi和Nb₃Sn。随着可控核聚变事业的不断突破，低温超导材料制备的超导磁体已逐渐逼近其性能上限，无法满足未来聚变堆大电流、强磁场的显著特点。实用化高温超导材料中，Bi-2212在4.2K温度下，其上临界磁场可达100T。此外，Bi-2212不仅具有优异的高场载流特性而且还是目前已知唯一的可以制备成各向同性圆线的高温超导材料，适合发展大型CICC(cablein conduit conductor)聚变堆用超导磁体。

Bi-2212超导股线内部为超导粉末，外层为银镁合金套管。对Bi-2212高温超导材料而言，高温高压热处理后形成的致密且均匀的陶瓷型晶体对超导线的载流特性有着举足轻重的影响。Bi-2212超导材料热处理具有升温速率快(160℃/h)、保温时间短(30min)、温度均匀性要求苛刻(±3℃)、高压富氧等特点。因此，Bi-2212的导体和磁体热处理技术难度极大，风险极高，最突出的问题主要体现在当前已有的技术难以满足未来导体特别是磁体的热处理要求，因为热处理传热效率极差，造成温度均匀性难以保证。

发明内容

为解决现有热处理制度下Bi-2212大尺寸超导磁体热处理温度均匀性差和温度滞后的问题，本发明提供一种提供传热效率的Bi-2212超导材料热处理方法及系统，提高炉内热传导效率，在炉内填充氦气，氦气的传热效率是其他气体的8倍，用氦气与氧气进行配比，既能满足Bi-2212超导材料成相对氧气的需求，又可以有效提高炉内温度均匀性。此外，在风机的搅拌作用下，炉内的传热效率将进一步提高，温度均匀性将更优。鉴于此，本发明将炉内的传热效率提高了8倍以上，经分析可以满足未来的Bi-2212超导磁体热处理需求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高传热效率的Bi-2212超导材料热处理方法，包括以下步骤：

步骤(1)气体配置：将氧气和氦气两者气体按照98％氦气和2％氧气的比例进行混合，配成氧-氦混合气体；

步骤(2)增压及预抽真空：将超导磁体内部气体通过真空泵机组抽空至1×10^-2atm以下，将混配好的气体通过增压泵，增压值5.5MPa以上；

步骤(3)校检：校正增压泵内的氧分压为2±0.1％，达标后通入抽好真空的超导磁体内部；

步骤(4)气体搅拌：启动热处理炉风机对热处理炉的炉膛内的保护气氛进行强对流循环；