扩散焊银层连接ybco高温超导薄膜带材工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超导材料的连接方法，特别是涉及一种高温超导薄膜带材的焊接连接方法，适用于第二代高温超导薄膜带材构成的超导电缆、超导电机、以及超导变压器等，属于超导电工技术领域。
【背景技术】
[0002]第二代高温超导YBCO薄膜带材因很好的应用前景得到广泛的关注，其中带材的连接工艺是研宄重点之一。现有的连接工艺以钎焊为主，因其操作简单高效且机械性能较好，基本满足超导电工领域技术需求。但钎焊因其中间加入一层焊料，从而引入了带材保护层与焊料的接触电阻以及焊料层本身的电阻。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种扩散焊银层连接YBCO高温超导薄膜带材工艺，在连接夹具加压下，采用带材银保护层直接扩散的方式来连接超导带材，避免了使用中间焊料，保证较小的接头电阻及良好的机械性能，易于实现连接电阻值的数量级达到10_7 Ω，并且有较高的重复率及很好的稳定性。
[0004]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案:
一种扩散焊银层连接YBCO高温超导薄膜带材工艺，具体工艺步骤为:
1)根据待连接的YBCO高温超导薄膜带材表面形貌区分带材的超导面和基底面，判定方法为:若只有一面镀有银保护层，则该面为超导面；若两面均镀有银保护层，则使用电烙铁和焊锡丝将表面银层去除，其中乌黑发亮的一面为超导面；若两边均镀有铜保护层则根据带材弯曲方向，向内的一面为超导面；
2)将两根待连接的超导带材以“超导面对超导面”形式放置在连接夹具中，连接长度为至少1cm，保持两根带材对齐叠放，然后使用夹具对两根待连接的超导带材进行持续加压，使两根待连接的超导带材的重叠搭接部分完全处于均匀加压的环境中，压力以夹紧两根待连接的带材并且不会导致带材晃动为准；
3)将夹具及其所夹持的两根待连接的超导带材的重叠搭接部分一同放入管式长炉中，然后对管式长炉进行密封并抽真空至250Pa以下，然后从炉体一侧向管式长炉中通入氧气至炉内常压，然后将向管式长炉中输送的氧气气流量调至接近400ml/min，打开管式长炉的炉体另一侧阀门，保持管式长炉内压强始终为常压；
4)将管式长炉内加热至接近400°C，控制升温速率为1800°C/h，加热时间为I小时；
5)加热停止后，先关闭管式长炉炉体一侧的阀门，再停止向管式长炉中输入氧气，然后密封管式长炉，使炉内气体静止不流动，再将管式长炉冷却10个小时后，打开炉子将夹具及其所夹持的两根待连接的超导带材的重叠部分一同取出，再打开夹具，取出连接好的具有不小于Icm连接接头长度的超导带材。
[0005]作为优选的技术方案，在所述步骤4)中的整个加热过程中和在所述步骤5)中的整个冷却过程中，夹具持续均匀加压，直到冷却过程结束后打开夹具。
[0006]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明采用基于超导带材本体材料的扩散焊连接工艺，没有引入了带材保护层与焊料的接触电阻以及焊料层本身的电阻，保证较小的接头电阻及良好的机械性能，易于实现连接电阻值的数量级达到ιο_7ω ；
2.本发明制备的带材接头具有较高的重复率及很好的稳定性；
3.本发明超导带材的连接工艺操作便捷，连接接头质量稳定，适合工业化应用。
【附图说明】
[0007]图1是本发明优选实施例制备的高温超导带材接头的1-V曲线图。
【具体实施方式】
[0008]本发明的优选实施例详述如下:
在本实施例中，参见图1，一种扩散焊银层连接YBCO高温超导薄膜带材工艺，具体工艺步骤为:
1)根据待连接的YBCO高温超导薄膜带材表面形貌区分带材的超导面和基底面，判定方法为:若只有一面镀有银保护层，则该面为超导面；若两面均镀有银保护层，则使用电烙铁和焊锡丝将表面银层去除，其中乌黑发亮的一面为超导面；若两边均镀有铜保护层则根据带材弯曲方向，向内的一面为超导面；
2)将两根待连接的超导带材以“超导面对超导面”形式放置在连接夹具中，连接长度为1cm，保持两根带材对齐叠放，然后使用夹具对两根待连接的超导带材进行持续加压，使两根待连接的超导带材的重叠搭接部分完全处于均匀加压的环境中，压力以夹紧两根待连接的带材并且不会导致带材晃动为准；
3)将夹具及其所夹持的两根待连接的超导带材的重叠搭接部分一同放入管式长炉中，然后对管式长炉进行密封并抽真空至250Pa以下，然后从炉体一侧向管式长炉中通入氧气至炉内常压，然后将向管式长炉中输送的氧气气流量调至400ml/min，打开管式长炉的炉体另一侧阀门，保持管式长炉内压强始终为常压；
4)将管式长炉内加热至400°C，控制升温速率为1800°C/h，加热时间为I小时；
5)加热停止后，先关闭管式长炉炉体一侧的阀门，再停止向管式长炉中输入氧气，然后密封管式长炉，使炉内气体静止不流动，再将管式长炉冷却10个小时后，打开炉子将夹具及其所夹持的两根待连接的超导带材的重叠部分一同取出，再打开夹具，取出连接好的具有Icm连接接头长度的超导带材。并且从图1中可以看出，在电流为临界电流以下，测量的超导带材接头的ι-v曲线线性斜率，通过曲线拟合接头电阻线性方程可知，线性方程的斜率为5.32634E-7，实现连接电阻值的数量级达到10_7 Ω，可知超导带材接头的电阻极低。
[0009]在本实施例整个加热过程和冷却过程中，夹具持续均匀加压，直到冷却过程结束后打开夹具。本实施例待连接的超导带材在连接夹具的持续加压条件下，扩散带材外银保护层实现连接，避免了使用中间焊料，得到具有Icm连接接头长度的超导带材，连接工艺操作便捷，连接接头质量稳定，具有很好的应用前景。
[0010]上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明扩散焊银层连接YBCO高温超导薄膜带材工艺的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种扩散焊银层连接YBCO高温超导薄膜带材工艺，其特征在于，具体工艺步骤为: 1)根据待连接的YBCO高温超导薄膜带材表面形貌区分带材的超导面和基底面，判定方法为:若只有一面镀有银保护层，则该面为超导面；若两面均镀有银保护层，则使用电烙铁和焊锡丝将表面银层去除，其中乌黑发亮的一面为超导面；若两边均镀有铜保护层则根据带材弯曲方向，向内的一面为超导面； 2)将两根待连接的超导带材以“超导面对超导面”形式放置在连接夹具中，连接长度为至少1cm，保持两根带材对齐叠放，然后使用夹具对两根待连接的超导带材进行持续加压，使两根待连接的超导带材的重叠搭接部分完全处于均匀加压的环境中，压力以夹紧两根待连接的带材并且不会导致带材晃动为准； 3)将夹具及其所夹持的两根待连接的超导带材的重叠搭接部分一同放入管式长炉中，然后对管式长炉进行密封并抽真空至250Pa以下，然后从炉体一侧向管式长炉中通入氧气至炉内常压，然后将向管式长炉中输送的氧气气流量调至接近400ml/min，打开管式长炉的炉体另一侧阀门，保持管式长炉内压强始终为常压； 4)将管式长炉内加热至接近400°C，控制升温速率为1800°C/h，加热时间为I小时； 5)加热停止后，先关闭管式长炉炉体一侧的阀门，再停止向管式长炉中输入氧气，然后密封管式长炉，使炉内气体静止不流动，再将管式长炉冷却10个小时后，打开炉子将夹具及其所夹持的两根待连接的超导带材的重叠部分一同取出，再打开夹具，取出连接好的具有不小于Icm连接接头长度的超导带材。
2.根据权利要求1所述扩散焊银层连接YBCO高温超导薄膜带材工艺，其特征在于:在所述步骤4)中的整个加热过程中和在所述步骤5)中的整个冷却过程中，夹具持续均匀加压，直到冷却过程结束后打开夹具。
【专利摘要】本发明公开了一种扩散焊银层连接YBCO高温超导薄膜带材工艺，属于超导电工技术领域。本发明的特点是在连接夹具加压下，扩散带材外银保护层实现连接。连接温度为400℃，升温速率为1800℃/h，气氛为氧气，气流量为400ml/min，连接长度1cm。加热完成后，需关闭氧气保证管内氧气静止，自然冷却10个小时候打开夹具，取出样品。通过以上参数可使连接长度为1cm时接头电阻为10-7Ω。本发明待连接的超导带材在连接夹具的持续加压条件下，扩散带材外银保护层实现连接，避免了使用中间焊料，得到具有1cm连接接头长度的超导带材，连接工艺操作便捷，连接接头质量稳定，具有很好的应用前景。
【IPC分类】C04B37-00
【公开号】CN104671818
【申请号】CN201410790299
【发明人】蔡传兵, 张子辰, 马洪良
【申请人】上海大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月19日