[发明专利]适用于高温超导带材力学性能测试的装置及方法

说明书

本发明提供了一种适用于高温超导带材力学性能测试的装置及方法，包括：带材转弯直径测试部分和临界电流测量部分；待测超导带材卷绕在带材转弯直径测试部分上，带材转弯直径测试部分具有多个不同的转弯直径；临界电流测量部分包括：传感器，采集待测超导带材的电压信息或磁场强度信息；通过向待测超导带材提供时变电流，以及通过临界电流测量部分采集对应时刻下的电压信息或磁场强度信息；根据得到的电压信息或磁场强度信息，得到待测超导带材在对应转弯直径下的临界电流值；在临界电流值的退化不超过预设值的情况下，最小的转弯直径即为待测超导带材的临界转弯直径。本发明能够快速有效的测到真正转弯直径这个物理量的值。

技术领域

本发明涉及超导带材领域，具体地，涉及一种适用于高温超导带材力学性能测试的装置及方法。

背景技术

高温超导有着非常广泛的应用,领域涉及工业、电力系统、电机、医疗、高能物理、交通、航空航天、军事等。高温超导的强电应用主要涉及大电流和高磁场。具体的产品包括高温超导故障限流器、储能装置、变压器、发电机、核磁共振、磁分离设备、电机、磁悬浮、电缆、电流引线、感应加热、高能加速器、电磁弹射系统、电磁炮、发动机、π介质发生器等。在这些应用当中，用的最多的就是高温超导带材所绕成的线圈。

在一些大科学装置中，需要用超导线圈产生极高的磁场，而线圈的尺寸又非常之大，例如托克马克的D型线圈。绕制这样的线圈，为了降低电感，在同样的安匝数下，线缆需要高临界电流、高载流密度。同时具有良好的机械特性与磁体制造过程中的弯曲等变形需求。

专利文献CN 103493152A《超导电缆及其制造方法》详细介绍了CORC(ConductorOn Round Core)线缆的构造。超导电缆采用绕着骨架缠绕的一个或多个超导带材。紧凑的超导电缆被配置为使用具有小直径例如小于10毫米的骨架。柔韧的超导电缆被配置有由柔韧材料制成的骨架。超导带状导体绕着骨架缠绕，同时超导层在绕组的绕弯的内侧被压缩，以防止对超导体的不可逆转的损坏。超导带材上有一层焊剂或每一层中的带状导体之间缠绕了焊剂护套。一个或多个焊剂层或护套被熔化以导致焊剂在该结构中流动，以把一些或所有的超导带状导体结合在一起，并形成机械上坚固的电缆，且电缆中的带材之间具有增强的电连接程度。

第二代高温超导带材是CORC电缆的主要选择，其是一种涂层材料，一般由金属基带、缓冲层(过渡层)、超导层以及保护层组成。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。由于YBCO(钇钡铜氧，YBa₂Cu₃O₇)超导薄膜在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(RABiTS)技术，另一种为离子束辅助沉积(IBAD)技术。REBCO(REBa₂Cu₃O_x)超导层制备的常见技术分为多种，有脉冲激光沉积(PLD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、金属有机物分解(MOD)、磁控溅射(Magnetron sputtering)、反应共蒸发等(Co-evap)。最后一层是保护层，主要是用来保护超导层，一般在超导带材表面镀1-5um的银层。基于这样的结构，第二代高温超导带材抗压不抗拉，在弯曲的时候，晶粒能够承受较大的压应力，而不能承受较大的拉应力。因此通常弯曲的时候REBCO面向内，超导带材的临界转弯直径要小的多。所以一般情况下CORC电缆的超导带，也使用REBCO向内进行绕制。

为了提高线缆的临界电流密度，希望超导带材拥有更小的转弯直径，带材能够绕在更细的铜管上而不发生损坏。为此众多的高温超导带材生产厂商开发出了超薄的高温超导带材。为了消除带材弯曲后REBCO受到的应力，还开发了单面镀铜保护工艺，将超导层置于整个带材结构的几何中心。而这些带材能否用于在更细的铜棒载体上进行绕制，需要精密的去测试带材的临界转弯直径，即将带材进行弯曲后，临界电流的退化小于5％的直径临界值。