[发明专利]一种ReBCO高温超导带材CICC导体及其制造方法

说明书

本发明公开了一种ReBCO高温超导带材CICC导体及其制造方法，所述CICC导体包括各向同性ReBCO超导电缆、电缆保护层以及金属护套；所述的ReBCO超导电缆由多组各向同性的一级超导电缆或者多组二级超导电缆围绕一个中心冷却管纽绞而成；所述的中心冷却管为圆形截面；在所述ReBCO超导电缆外面包裹有电缆保护层；在所述电缆保护层外面包裹有金属护套。ReBCO超导带材绕制成的一级电缆和二级电缆也都具有各向同性，电缆外层采用保护层避免了导体制造装配过程中可能对ReBCO超导电缆造成损伤，制造工艺可采用辊压变形，简单易实现。本发明给各向异性的ReBCO超导带材应用于大型高场超导磁体提供了一种方法，且其同时具有高的电学性能稳定性和优异的机械性能。

技术领域

本发明涉及大型高场磁体用超导导体技术领域，具体是一种ReBCO超导带材的CICC导体设计与制造方法。

背景技术

超导技术在电工、医疗、交通、科学实验等领域都具有重要应用，如粒子加速器、核聚变装置、磁流体发电等领域，高磁场、大电流是其显著特点。其中磁约束核聚变装置就要求在数十米的空间内产生10T量级的磁场，且目前国内外设计的下一代聚变堆均要求中心螺管磁体及纵场磁体的最高场高于12T(中国聚变实验反应堆CFETR中心螺管线圈要求最高场约17T，载流要求约60kA)。同样，对于下一代粒子加速器，其要求磁场高于16T，甚至会达到18-20T。由于高磁场、大电流的运行环境，还要求磁体具有优异的机械性能，以克服运行过程中的电磁负载。因此，由于具有高效冷却、高稳定性、高的机械强度等优点，管内电缆导体(以下简称CICC导体)被大型超导磁体广泛应用。然而，截至目前为止应用于大型高场磁体的CICC导体主要采用4.2K环境下上临界场分别为20T和11T的Nb₃Sn、NbTi等低温超导线材，但由于受线材结构及生产工艺等条件的限制，目前实现商业化应用的Nb₃Sn超导线材的载流性能随磁场的增加衰减明显，对于12T以上的大型磁体其应用受限。因此，寻求在高场下仍然具有高载流性能的超导材料是发展大型高场磁体的关键因素。

根据现有实用化超导材料的发展现状，在4.2K环境下具有极高不可逆场以及优异的磁场载流特性的ReBCO超导带材被人们所关注，其在4.2K且磁场强度高于20T下仍具有满足应用需求的载流性能。但由于是带材结构，具有各向异性，不能沿用具有各向同性的低温超导线材的导体结构设计与制造工艺。基于此问题，有人提出采用ReBCO超导带材堆叠成正方形的超导线芯，并加以填充材料和圆形套管形成股线的CICC导体设计，但其在应用于大型磁体上存在缺陷，磁体绕制过程中部分带材将受到比较极端的应力应变状态，会引起载流性能的衰退。因为ReBCO属于氧化物陶瓷材料，具有一定的应力应变敏感特性。因此，ReBCO超导带材的CICC导体设计与制造过程中不仅要解决带材的各向异性问题，还要避免应力应变引起的载流性能衰退问题。

发明内容

针对上述由于ReBCO超导带材的各向异性以及应力应变敏感特性而不能沿用低温超导CICC导体设计与制造的问题，本发明提供一种基于ReBCO超导带材的CICC导体及其制造方法，以解决ReBCO超导带材的各向异性和应力应变敏感特性给其在大型超导磁体应用中带来的问题。所述ReBCO超导带材CICC导体为具有各向同性的圆截面或方形截面结构，主要由金属护套、多股ReBCO超导带材螺旋绕制的圆截面超导股线扭绞而成的超导电缆、电缆保护层以及中心冷却管组成。超导电缆与金属护套采用间隙装配后通过冷挤压成型CICC导体，操作过程简便，易控制，为适用于77K-4.2K的高温超导ReBCO带材应用于大型高场磁体提供了方法。

本发明提供一种ReBCO高温超导带材CICC导体，所述CICC导体包括各向同性ReBCO超导电缆、电缆保护层以及金属护套；

所述的ReBCO超导电缆由多组各向同性的一级超导电缆或者多组二级超导电缆围绕一个中心冷却管纽绞而成；所述的中心冷却管为圆形截面；

在所述ReBCO超导电缆外面包裹有电缆保护层；

在所述电缆保护层外面包裹有金属护套。