一種超導導線組件及其製備方法

2023-12-10 10:36:22 1

專利名稱：一種超導導線組件及其製備方法
技術領域：
本發明涉及 -種超導導線，尤其涉及一種超導導線組件及其製備方法。
背景技術：
高溫超導導線目前已在高溫超導電纜、高溫超導電機等電力器件上得到 了廣泛應用，但在實際應用中仍存在一些問題。由於高溫超導導線是帶狀，
其橫截面通常為矩形，包含四個面與面之間形成的約為90。的頂角，如圖l 所小，其中l為單根超導導線，2為頂角，3為絕緣層，上述頂角在實際應用 中會產生很多不利影響。例如，對於導線漆包絕緣過程，由於頂角處的曲率 半徑很小，塗覆時上漆比較困難，不易塗厚，使得頂角處的絕緣層厚度很 薄，由於超導導線的耐壓性能與其漆膜厚度有著直接的關係， 一般來說，隨 著漆膜厚度的減少，其擊穿電壓會相應降低，所以頂角處很薄的絕緣層會大 大降低導線表面的耐壓性能。另外，在高電壓應用場合，由於頂角處比較尖 銳，尖端處的電荷密度比較大，容易產生"尖端放電"，使得頂角處的絕緣 層容易被擊穿。基於上述情況，需要製備一種具有較高耐壓性能的超導導線 組件，以滿足製備超導器件的要求。

發明內容
本發明提出一種超導導線組件，該組件包含至少一根具有超導性能的單 根超導導線組成超導導線組，上述超導導線組的頂角為圓頂角，在上述超導 導線組的外表面覆蓋至少一層絕緣層，上述絕緣層至少局部覆蓋包含組件頂 角在內的超導導線組的外表面。超導導線組可以包括四個平面，這四個平面 之間通過四個圓頂角光滑連接，四個頂角處絕緣層的厚度可以大於或等於其
他平面部分絕緣層的厚度；超導導線組也可包括兩個平面、兩個圓頂角面和 兩個平滑的曲面，兩個平面互相平行，平面和曲面之.間通過圓頂角光滑連
接，問頂角面的曲率半徑為超導導線組整體厚度的0.075 0.5倍，其原因在 於如果曲率半徑小於超導導線組整體厚度的O. 075倍，根據理論和實踐結果 表明，容易在頂角附近形成過量的電荷密度，產生"尖端放電"，另一方 面，如果曲率半徑大於超導導線組整體厚度的O. 5倍，則導線組的圓頂角不
易與相鄰平面和曲面之間形成光滑連接；超導導線組還可包括兩個平面和兩
個平滑的曲面，兩個平面互相平行，曲面與相鄰平面之間光滑連接，如超導
導線組的寬度為D，厚度為H，則曲面的曲率半徑的範圍為O. 5D "，， 其原W在於曲率半徑在該範圍內容易實現曲面與相鄰平面之間的光滑連接。 單根超導導線可以是單芯或多芯超導導線，其包含至少一根具有超導性能的 超導芯和包在超導芯周圍的至少一種金屬基體，上述導線可利用金屬套管法 (powder-in-tube method,簡稱P工T法)製備；也可以是覆膜導體，其依次包 含至少一層襯底，至少一層阻擋層和至少一層具有超導性能的超導材料，如 YBCO覆膜導體。超導導線組的外表面與絕緣層之間可加入至少一層金屬層， 也可在單根超導導線之間夾有至少一層金屬帶材，超導導線組側邊部的金屬 層材料可為焊料，超導導線組的兩個寬度面可以分別覆蓋至少一條金屬帶。 超導導線組的外表面與金屬層之間可以電連接，如焊接或膠接，金屬層材料 可為銅或不鏽鋼。超導導線組中單根超導導線與金屬帶材之間可以電連接， 電連接的方式可以是焊接或膠接，上述的金屬帶材可以是銅或不鏽鋼，並且 金屬帶材的寬度可以大於超導導線組的寬度。如該超導導線組件包含兩根以 上具有超導性能的單根超導導線，這些單根超導導線之間可以通過電接觸形 成超導導線組。超導導線組中的超導導線之間形成電接觸的方式為固態擴
散、利用低熔點金屬及其合金焊接或使用導電膠連接。對於單芯或多芯帶材 來說，超導帶材之間的電接觸是通過帶材寬度面之間的連接，對於覆膜導體 來說，超導帶材之間的電接觸是通過其金屬層之間的連接，該金屬層可以是 其襯底，也可以是該覆膜導體的金屬覆蓋層。可以採用各種絕緣層材料，如 聚酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、有機矽樹脂、聚四氟乙烯、環氧樹脂、聚氨酯、 尼龍、聚丙烯或丙烯酸樹脂。絕緣的方式可以採用在超導組件外繞包絕緣 帶，或採用塗料進行塗覆，如採用紫外光固化塗料。絕緣層的厚度可根據需
要選定， 一般在O. 005-0. 20mm之間，最好為10-50iim。
本發明的另---目的是提供一種製備超導導線組件的方法，其包括如下步 驟將包含至少一-根具有超導性能的單根超導導線組成的超導導線組的頂角 採用如化學腐蝕、機械研磨、模具成型加工等化學或機械的方法進行修磨， 使上述頂角形成圓頂角，然後在其外表面覆蓋至少一層絕緣層，上述絕緣層 至少局部覆蓋包含組件頂角在內的超導導線的外表面。
本發明可適用於任何超導材料，尤其適用於鉍系高溫超導材料，單根超 導導線的形狀和大小沒有嚴格的限制。
本發明的超導導線組件外表面比較圓滑、無尖銳稜角，具有以下優點
頂角絕緣漆層的增厚有利於提高超導導線的耐壓性能；並且由於表面無 稜角，可以防止表面絕緣帶或絕緣漆層在應用中被刮破或硌破，保證超導組 件的絕緣性能。利用本發明製備的高溫超導導線組件尤其適合在高電壓場合 應用。


下面將結合附圖對本發明的具體實例進行詳細描述，其中 圖1為利用現有技術製備的高溫超導導線的截面示意圖； 圖2為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含一單根超 導導線，並且超導導線組外表面的四個平面間通過圓頂角連接；
圖3為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含-單根超
導導線，並且超導導線組的外表面的四個平面間通過圓頂角連接，且四個圓
頂角處絕緣層的厚度大於其他平面部分絕緣層的厚度；
圖4為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含兩根單根 超導導線且超導導線間塗有導電膠，超導導線組的外表面的四個平面間通過 圓頂角相連；
圖5為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含兩根單 根超導導線且超導導線間夾有一金屬帶材，超導導線組的外表面的四個平面
間通過圓頂角相連；
圖6為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含一單根超
導導線，超導導線組的厚度面為圓弧形面；
圖7為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含兩根單根 超導導線，超導導線組的厚度面為圓弧面；
圖8為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含有兩根單 根超導導線且超導導線間夾有一金屬帶材，超導導線組的厚度面為圓弧面；
圖9為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含一根單根 超導導線，超導導線組的厚度面為圓弧面且與寬度面間通過圓頂角面相連；
圖10為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含兩根單 根超導導線且超導導線間塗有導電膠，超導導線組的厚度面為圓弧面且與寬 度面間通過圓頂角面相連；
圖11為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含兩根單 根超導導線、超導導線間夾有一金屬帶材，超導導線組的厚度面為圓弧面且 與寬度面間通過圓頂角面相連；
圖12為一超導導線組件截面示意圖，該組件中超導導線組包含-一單根 超導導線，超導導線組的外表面的四個平面間通過圓頂角連接，且絕緣層局 部覆蓋包含超導導線組頂角在內的超導導線組的外表面。
具體實施例方式
實施例1
將兩條銅帶通過低熔點的Sn-Ag合金分別焊接在一單根61芯Bi-2223 高溫超導導線的兩個寬度面上，同時厚度面間縫隙用熔融的Sn-Ag合金填 滿，然後將四個頂角通過機械研磨成圓角，此時超導導線組包括四個平面， 並且上述的四個平面通過四個圓頂角光滑連接，在超導導線組的外面再繞包 聚醯亞胺膠帶，形成如圖2所示的超導導線組件，其中1為一單根61芯Bi-2223高溫超導導線，寬為4.2mm，厚度為0.24mm， 4為銅帶，寬為 4. 50mm，厚度為0. 05mm， 5為Sn-Ag合金層，3為聚醯亞胺膠帶形成的絕 緣G，厚為0.01mm。製得的超導導線組件的耐ilV性能達300V。
將兩條銅帶通過低熔點的Sn-Ag合金分別焊接在一單根61芯Bi-2223 高溫超導導線的兩個寬度面上，同時厚度面間縫隙用熔融的Sn-Ag合金填 滿，然後將四個頂角通過機械研磨成圓角，此時超導導線組包括四個平面， 並且上述的四個平面通過四個圓頂角光滑連接，在超導導線組的外表面再塗 覆光固化塗料，形成如圖3所示的超導導線組件，其中1為一單根61芯 Bi-2223高溫超導導線，寬為4. 2mm，厚度為0. 24mm， 4為銅帶，寬為 4. 50mm，厚度為0. 05ram， 5為Sn-Ag合金層，3為絕緣層，超導導線組平 面部分絕緣層的厚度為O.Olmm，四個圓頂角處絕緣層的厚度大於其他平面 部分絕緣層的厚度。
將兩根單根61芯Bi-2223高溫超導導線間通過銀導電膠連接後，將兩根 銅帶利用低熔點的Sn-Ag-Cu合金分別焊接在兩根超導導線的兩個寬度面 上，同時厚度面間縫隙用熔融的Sn-Ag-Cu合金填滿，然後將四個頂角通過 機械研磨成圓角，此時超導導線組包括四個平面，並且上述的四個平面通過 四個圓頂角光滑連接，最後在超導導線組的外面繞包聚四氟乙烯膠帶，形成 如圖4的超導導線組件，其中1為一單根61芯Bi-2223高溫超導導線，寬 為4, 2mm，厚度為0. 24mm， 4為銅帶，寬為4. 50mm，厚度為0. 05ram， 5為 Sn-Ag-Cu合金層，3為聚四氟乙烯膠帶形成的絕緣層，厚為0.05mm。
實施例2
實施例3
兩根單根超導導線之間通過低熔點Sn-Ag焊接一根不鏽鋼帶後，在其寬 度面再分別焊接兩根不鏽鋼帶，同時厚度面間縫隙用熔融的Sn-Ag合金填滿， 然後將四個頂角通過機械研磨成圓頂角，此時超導導線組包括四個平面，並 且上述的四個平面通過四個圓頂角光滑連接，最後在超導導線組的外面繞包 聚四氟乙烯膠帶，形成如附圖5所示的超導導線組件，其中1為一單根超導 導線，寬為4. 2mm，厚度為0. 24mm， 4為不鏽鋼帶，寬為4. 50mm，厚度為 0. 05誦，5為Sn-Ag合金層，3為聚四氟乙烯膠帶絕緣層，厚為0. 005mm。
實施例5
將兩根銅帶利用低熔點的Sn-Ag-Cu合金在270。C下分別焊接在單根55 芯Bi-2223高溫超導導線的寬度面上，同時厚度面上的縫隙利用熔融的Sn-Ag-Cu合金填滿後，利用孔型模具將厚度面修飾成圓弧狀面，此時超導導線 組包括兩個平面和兩個平滑的曲面，兩個平面互相平行，曲面與相鄰平面之 間光滑連接，超導導線組中曲面的曲率半徑為2.26mm，最後在超導導線組 的外表面塗覆光固化塗料，形成如圖6所示的超導導線組件，其中l為一單 根55芯Bi-2223高溫超導導線，寬為4. 2腿，厚度為0. 24腿，4為銅帶， 寬為4. 50mm，厚度為0. 05mm， 5為Sn Ag_Cu合金層，3為絕緣層，厚為 0. 2mm。
實施例6
兩根單根YBCO覆膜導體間在300°C 、 5小時條件下熱處理形成穩定連接 後，將兩根銅帶利用低熔點的Sn-Ag-Cu合金分別焊接在兩根YBCO覆膜導體 的兩個寬度面上，同時厚度面間縫隙用熔融的Sn-Ag-Cu合金填滿，然後利 用孔型模具將厚度面加工成圓弧狀面，此時超導導線組包括兩個平面和兩個 平滑的曲面，兩個平面互相平行，曲面與相鄰平面之間光滑連接，超導導線 組中曲面的曲率半徑為2.25mm，最後在超導導線組的外面繞包聚醯亞胺膠 帶，形成如附圖7所示的超導導線組件，其中1為一單根YBCO覆膜導體，寬
為4. 2mm，厚度為0. 24mm， 4為銅帶，寬為4. 50mm，厚度為0. 05mm， 5為 Sn-Ag-Cu合金層，3為聚醯亞胺膠帶絕緣層，厚為O. 02mm。
實施例7
兩根單根超導導線中間通過低熔點Sn-Ag焊接一根銅帶後，在其寬度面 再分別焊接兩根銅帶，同時厚度面間縫隙用熔融的Sn-Ag合金填滿後，禾lj用 孔型模具將厚度面加工成圓弧狀面，此時超導導線組包括兩個平面和兩個平 滑的曲面，兩個平面互相平行，曲面與相鄰平面之間光滑連接，超導導線組 中曲而的曲率半徑為2.255mm，最後在超導導線組的外表面塗覆光固化塗 料，形成如附圖8所示的超導導線組件，其中1為一單根超導導線，寬為 4. 2mm，厚度為0. 24mm， 4為銅帶，寬為4. 50腿，厚度為0. 05mm， 5為Sn-Ag 合金層， 3為絕緣層，厚為O. 03mm。
實施例8
將兩條銅帶通過低熔點的Sn-Pb合金分別焊接在在單根超導線的兩個寬 度面上，同時厚度面間縫隙用熔融的Sn-Pb合金填滿後，利用孔型模具將厚 度面修飾成圓弧狀面，此時超導導線組包括兩個平面、兩個圓頂角面和兩個 平滑的曲面，兩個平面互相平行，平面和曲面之間通過圓頂角光滑連接，超 導導線組中圓頂角面的曲率半徑為0.026mm，最後在超導導線組的外表面塗 覆光固化塗料，形成如附圖9所示的超導導線組件，其中其中l為一單根超 導導線，寬為4.2mm，厚度為0. 24mm， 4為銅帶，寬為4. 50mm，厚度為 0. 05mm，5為Sn-Pb合金層，3為絕緣層，厚為0. lmm。
實施例9
兩根超導導線間通過銀導電膠連接後，將兩根銅帶利用低熔點的Sn-Pb 合金分別焊接在兩根超導導線的兩個寬度面上，同時厚度面間縫隙用熔融的 Sn-Pb合金填滿後，利用孔型模具將厚度面加工成圓弧狀面，此時超導導線 組包括兩個平面、兩個圓頂角面和兩個平滑的曲面，兩個平面互相平行，平 面和曲面之間通過圓頂角光滑連接，超導導線組中圓頂角面的曲率半徑為
0. 17mm，最後在超導導線組的外面繞包聚四氟乙烯膠帶，，形成如附圖10所 示的超導導線組件，其中1為一單根超導導線，寬為4.2mm，厚度為 0.24mm， 4為銅帶，寬為4. 50誦，厚度為0. 05mm， 5為Sn-Pb合金層，3 為聚四氟乙烯膠帶絕緣層，厚為0. Olmm。
實施例10
兩根單根超導導線中間通過低熔點Sn-Ag-Cu合金焊接一根銅帶後，在其 寬設而再分別焊接兩根銅帶，同時厚度而間縫隙用熔融的Sn-Ag-Cu合金填 滿後，利用孔型模具將厚度面加工成圓弧狀面，此時超導導線組包括兩個平 面、兩個圓頂角面和兩個平滑的曲面，兩個平面互相平行，平面和曲面之間 通過圓頂角光滑連接，超導導線組中圓頂角面的曲率半徑為0. lmm，最後在 超導導線組的外面繞包聚四氟乙烯膠帶，形成如附圖11所示的超導導線組 件，其中1為一單根超導導線，寬為4.2mm，厚度為0. 24腿，4為銅帶，寬 為4. 50腿，厚度為O. 05mm， 5為Sn-Ag-Cu合金層，3為聚四氟乙烯膠帶絕 緣層，厚為O. Olmm。
實施例11
將兩條銅帶通過低熔點的Sn-Ag合金分別焊接在一單根61芯Bi-2223 高溫超導導線的兩個寬度面上，同時厚度面間縫隙用熔融的Sn-Ag合金填滿 後，將四個頂角通過機械研磨成圓角，此時超導導線組包括四個平面，並且 所述的四個平面通過四個圓頂角光滑連接，最後在超導導線組的外面繞包聚 醯亞胺膠帶，形成如圖12所示的超導導線組件，其中1為一單根61芯Bi-2223高溫超導導線，寬為4.2腿，厚度為0.24腿，4為銅帶，寬為 4. 50誦，厚度為0. 05腿，5為Sn-Ag合金層，3為聚醯亞胺膠帶形成的絕 緣層，厚為O.Olmm，絕緣層覆蓋超導導線組的外表面，但超導導線組的局 部上表面除外。將這樣製得的兩根超導導線組件的未有絕緣層的部分用低熔 點的Sn-Ag合金焊接在一起繞制線圈。
權利要求
1、一種超導導線組件，該組件包含至少一根具有超導性能的單根超導導線組成超導導線組，在所述超導導線組的外表面覆蓋至少一層絕緣層，其特徵在於所述超導導線組的頂角為圓頂角，所述絕緣層至少局部覆蓋包含超導導線組頂角在內的超導導線組的外表面。
2、 根據權利要求1所述的超導導線組件，其特徵在於所述的超導導線 組包括四個平面，並且所述的四個平面通過四個圓頂角光滑連接。
3、 根據權利要求2所述的超導導線組件，其特徵在於所述的四個圓頂 角處絕緣層的厚度大於或等於其他平面部分絕緣層的厚度。
4、 根據權利要求1所述的超導導線組件，其特徵在於所述的超導導線 組包括兩個平面、兩個圓頂角面和兩個平滑的曲面，兩個平面互相平行，平 面和曲面之間通過圓頂角光滑連接。
5、 根據權利要求4所述的超導導線組件，其特徵在於所述的圓頂角面 的曲率半徑為超導導線組整體厚度的0. 075 0. 5倍。
6、 根據權利要求1所述的超導導線組件，其特徵在於所述的超導導線 組包括兩個平面和兩個平滑的曲面，兩個平面互相平行，曲面與相鄰平面之 間光滑連接。
7、 根據權利要求6所述的超導導線組件，其特徵在於所述的超導導線 組中曲面的曲率半徑的範圍為0.5D "2+/^ ，其中D為超導導線組的寬度，H為超導導線組的厚度。
8、 根據權利要求1所述的超導導線組件，其特徵在於所述的單根超導 導線是單芯或多芯超導導線，其包含至少一根具有超導性能的超導芯和包在 超導芯周圍的至少一種金屬基體。
9、 根據權利要求8所述的超導導線組件，其特徵在於所述的單根超導 導線為Bi系咼溫超導導線。
10、 根據權利要求1所述的超導導線組件，其特徵在於所述的單根超導導線是覆膜導體，其依次包含至少一層襯底，至少一層阻擋層和至少-一層具 有超導性能的超導材料。
11、 根據權利要求1所述的超導導線組件，其特徵在於所述的超導導線 組的外表面與絕緣層之間至少含有一層金屬層和/或在單根超導導線之間夾有至少一層金屬帶材。
12、 根據權利要求ll所述的超導導線組件，其特徵在於超導導線組的側邊部的金屬層材料為焊料。
13、 根據權利要求ll所述的超導導線組件，其特徵在於所述的超導導 線組的兩個寬度面分別覆蓋至少一條金屬帶。
14、 根據權利要求11所述的超導導線組件，其特徵在於所述的超導導 線組的外表面與金屬層之間電連接。
15、 根據權利要求14所述的超導導線組件，其特徵在於電連接的方式 緒接。
16、 根據權利要求14所述的超導導線組件，其特徵在於電連接的方式為膠接。
17、 根據權利要求ll所述的超導導線組件，其特徵在於所述的金屬層 材料為銅或不鏽鋼。
18、 根據權利要求11所述的超導導線組件，其特徵在於所述的超導導 線組中單根超導導線與金屬帶材之間電連接。
19、 根據權利要求18所述的超導導線組件，其特徵在於電連接的方式 為焊接。
20、 根據權利要求18所述的超導導線組件，其特徵在於電連接的方式 為膠接。
21、 根據權利要求11所述的超導導線組件，其特徵在於所述的金屬帶 材是銅帶或不鏽鋼帶。
22、 根據權利要求11所述的超導導線組件，其特徵在於所述的金屬帶 材的寬度大於超導導線組的寬度。
23、 根據權利要求1所述的超導導線組件，其特徵在於所述的超導導線 組包含兩根以上具有超導性能的單根超導導線，這些單根超導導線之間通過 電接觸形成超導導線組。
24、 根據權利要求23所述的超導導線組件，其特徵在於所述的超導導 線組中的單根超導導線之間形成電接觸的方式為固態擴散、利用低烙點金屬 及其合金焊接或使用導電膠連接。
25、 根據權利要求1所述的超導導線組件，其特徵在於所述的絕緣層材料為聚酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、有機矽樹脂、聚四氟乙烯、環氧樹脂、聚氨 酯、尼龍、聚丙烯或丙烯酸樹脂。
26、根據權利要求l所述的超導導線組件，其特徵在於所述的絕緣的方
27、 根據權利要求26所述的超導導線組件，其特徵在於所述的塗覆的 塗料為紫外光固化塗料。
28、 根據權利要求l所述的超導導線組件，其特徵在於所述的絕緣層厚 度的範圍為0. 005-0. 20mm。
29、 根據權利要求28所述的超導導線組件，其特徵在於所述的絕緣層 厚度的範圍為10-50um。
30、 一種製備權利要求l所述的超導導線組件的方法，包括如下步驟 將包含至少一根具有超導性能的單根超導導線組成的超導導線組的外表面覆 蓋至少一層絕緣層，其特徵在於在加絕緣層之前先將超導導線組的頂角採用 化學或機械的方法進行修磨，使上述頂角形成圓頂角，然後使所述絕緣層至 少局部覆蓋包含組件頂角在內的超導導線的外表面。
31、 根據權利要求30所述的製備超導導線組件的方法，其特徵在於採用 化學腐蝕、機械研磨或模具成型加工的方法對超導導線組的頂角進行修磨。
全文摘要
本發明涉及一種超導導線組件及其製備方法，其包含至少一根具有超導性能的單根超導導線組成超導導線組，上述超導導線組的頂角為圓頂角，在上述超導導線組的外表面上至少有一層絕緣層，上述絕緣層至少局部覆蓋包含組件頂角在內的超導導線組的外表面，利用該方法製備的超導導線組件具有較高的耐壓性能和絕緣性能。
文檔編號H01B12/00GK101178952SQ200710179020
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月10日 優先權日2007年12月10日
發明者丁士育 申請人:北京英納超導技術有限公司