[发明专利]超导带材再包覆设备和方法

说明书

本发明提供了一种超导带材再包覆设备和方法，包括：进料导轮组、中间导轮组和封装装置；进料导轮组包括新上层封装带进料导轮、旧带进料导轮和新下层封装带进料导轮，分别用于新上层封装带、旧带和新下层封装带的进料；中间导轮组获取并分离旧带，导出旧上层封装带、超导带和旧下层封装带；封装装置获取超导带、新上层封装带和新下层封装带，并将超导带、新上层封装带和新下层封装带包覆在一起得到新带。本发明提供的超导带材封装方法能够拯救一半报废的带材，使得报废品成为良品。由于采用了新的包覆带材，剔除了一部分原来由于旧的包覆带材产生的缺陷。由于采用了一次新的封装过程，剔除了一部分由于原来封装过程中偶发产生的问题。

技术领域

本发明涉及超导材料技术领域，具体地，涉及一种超导带材再包覆设备和方法。

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。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、超导磁悬浮、核磁共振等领域取得显著成果。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。

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，所以又被成为涂层导体。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。

然而这些超导带材，由于其本身材料或者制作工艺的限制还存在着有许多弱点，尤其在将其应用到具体的超导应用装置中，这些材料在加工中需要经过接头制作，绕制线圈，环氧浸渍，真空浇筑，在应用中需要急冷急热，大量冷热循环，受到大磁场所带来的应力，大电流的冲击等等复杂的工况环境。可以说纯粹经过初步保护的超导带材，其性能远远不能满足实际超导带材应用的工况，尤其是电学和力学方面的性能。由于第二代高温超导带材本身结构为非对称，且加工工艺最为复杂，本文就以第二代高温超导带材的保护进行说明，但不限于第二代高温超导带材。

仅仅经过银保护的第二代高温超导带材，通常不能满足应用的需求。国际上普遍的做法是对其进行表面镀铜处理，即在已经镀银的超导带材表面电镀1-80um的铜层。

经过电镀加强的超导带材能够适应一部分应用环境，但对于很多超导应用的工况仍然不能满足要求，其原因在于：

1、超导应用产品需要超导带材有更厚、更牢固保护层

此时，80um的镀铜层已经是电镀加工极限。如果镀的再厚会产生以下几个问题：1、超导带材整体发生脱膜现象，即银层和铜层整体脱落；2、带材生产的角度来说，电镀更厚的铜，所需要的加工时间，设备规模已经不能承受。

2、超导应用产品需要超导带材表面抗氧化

经过电镀加强的超导带材表面非常容易氧化，对于储存，加工超导带材增加了一定的难度。

3、超导应用产品需要超导带材均匀，机械尺寸一致