一种基于高温超导材料的各向同性cicc导体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高溫超导领域，特别设及一种基于高溫超导材料的各向同性CICC导 体。
【背景技术】
[0002] 随着超导技术的不断发展，高溫超导材料成为研究热点，工作溫区和制备长度得 到了显著提高，尤其是第二代高溫超导材料ReBCO(稀±系领铜氧，Re为Y、Sm或Nd)涂层超导 体，可W在液氮溫区条件下体现高电流密度无阻载流特性，生产及应用成本快速下降，具有 上临界磁场高、临界电流密度大、交流损耗低等优点，预示着高溫超导技术在电力工程和强 磁场技术方面有着广阔的应用前景。
[0003] 目前基于超导材料的CICC导体(Cable in Conduit Conductor，导管电缆导体，W 下简称乂 ICC导体"），在高场磁体、超导电力装置等领域的应用非常广泛，如超导磁体、超导 限流器，都是W多级结构复合而成的CICC导体为基础。W超导材料在国际热核聚变试验堆 (International Thermal nuclear Experimental Reactor，ITER)装置中的应用为例，超 导磁体运行于大电流快速励磁W及等离子放电等瞬变电磁场中，会受到约12T的磁场作用， 运行时将通过45kA的电流，中屯、螺线管线圈导体会产生巨大的电动力。因此，作为高场磁 体、超导电力装置多级结构的基础元件，CICC导体能否承载大电流容量、大电动力、承受高 电压，对整个系统优化设计、安全稳定运行都是至关重要的。
[0004] 高溫超导材料自身也有缺点，其中强烈的各向异性是影响其稳定性的一个重要因 素。77K溫度下，在直流磁场中，临界电流I。随磁场大小B和方向变化0的函数关系是
[0006] 其中，B//和B丄分别是平行和垂直于超导带材表面的磁场分量的磁感应强度;0为磁 场与超导材料表面的夹角；1。(〇)为超导材料自场(零外磁场)下的临界电流;Bo、丫和a为拟 合常数。图1为高溫超导带材临界电流各向异性的典型曲线，其中小图是磁场相对超导带材 的方向，由图可知，垂直场对临界电流的影响比平行场影响要大得多。因此，强磁或强电领 域的CICC导体需要克服高溫超导材料的强烈的各向异性，W降低垂直场对临界电流的影 响。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种基于高溫超导材料的各向同性CICC导体，具体技术方案为：
[000引一种基于高溫超导材料的各向同性CICC导体，所述CICC导体的横截面为正方形结 构，由超导线忍、金属线忍和包覆层构成，超导线忍是股线的主体，金属线忍和包覆层作为 稳定基材，包覆层卷制包覆在超导线忍外，焊料在包覆层卷制缝内将包覆层焊接并形成焊 缝。
[0009] 所述超导线忍由四股截面积相等的二级线忍拼合而成，所述的拼合方式为：
[0010] (a)超导线忍由二级线忍I构成，右上和左下二级线忍I的超导带材水平排列，左上 和右下二级线忍I的超导带材竖直排列；每股二级线忍I由两种尺寸的带材堆叠而成，形成 了正方形截取一个方角的截面形状；四股二级线忍I拼合在一起后，中间留出一个正方形的 孔隙，得到了关于中屯、对称的"卧'字形截面；
[0011] (b)超导线忍由二级线忍n构成，上部和下部二级线忍n的超导带材水平排列，左 侧和右侧二级线忍n的超导带材竖直排列；每股二级线忍n只由一种尺寸的带材堆叠而 成，形成了长方形的截面形状；四股二级线忍n拼合在一起后，中间留出一个正方形的孔 隙，得到了关于中屯、对称的"卧'字形截面；
[0012] (C)超导线忍由二级线忍虹构成，上部和下部二级线忍虹的超导带材竖直排列，左 侧和右侧二级线忍虹的超导带材水平排列；每股二级线忍虹只由一种尺寸的带材堆叠而 成，形成了长方形的截面形状；四股二级线忍m拼合在一起后，中间留出一个正方形的孔 隙，得到了关于中屯、对称的"卧'字形截面。
[0013] 优选地，所述二级线忍I、二级线忍n、二级线忍虹的制作材料均为高溫超导涂层 带材，带材的宽度和数量按照二级线忍的截面形状选取，然后堆叠；
[0014] 二级线忍I的超导带材宽度为1/化和1/2化-1)，数量分别为l/2a-l)/m和l/21/m; 二级线忍n的超导带材宽度为1/2(L+1)，数量为l/2a-l)/m;二级线忍虹的超导带材宽度 为1/2化-1)，数量为l/2(L+l)/m;其中L为正方形截面的边长，1为金属线忍的正方形截面边 长，m为超导带材的厚度。
[0015] 所述金属线忍为空屯、的、截面为正方形的管材，或实屯、的、截面为正方形的棒材， 嵌入超导线忍的中间空隙。
[0016] 优选地，所述包覆层为金属带材或者高溫超导带材，包覆层材料采用高溫超导带 材时，超导薄膜面向内侧。
[0017] 本发明的原理为:将超导带材按照一定规律排列组合，水平排列和竖直排列的超 导带材数量相等，对于整个股线来说在任何方向磁场作用下，磁场的水平分量和垂直分量 均相等，消除了高溫超导材料的各向异性，使CICC导体具有各向同性的特征；中间嵌入金属 管材或者棒材线忍W增加机械强度，承载大的电动力，金属管材线忍的中空结构还可W作 为冷却通道;外层W金属带材作为包覆层，采用焊接方式包覆保护内部线忍，最终采用激光 焊接技术焊接。通过调整正方形截面的边长，采用不同的二级线忍，可W获得不同尺寸的 CICC导体，满足实际几何参数需求W及电学参数需求。
[0018] 本发明的有益效果为:本发明所述的各向同性CICC导体，拓展了高溫超导材料的 应用范围，可W作为高场磁体、超导电力装置的基础元件，能够满足大工程电流密度、高机 械强度、各向同性的工程要求，同时还具有损耗低、冷却良好、便于实现多级绞缆、常规绝缘 容易处理等优点。金属线忍和包覆层材料为铜、侣、侣合金或超导带材的CICC导体适合应用 于超导电缆、超导变压器、超导电机、超导磁体;金属线忍和包覆层材料为不诱钢材料的股 线适合应用于电流引线、超导限流器。
【附图说明】
[0019] 图1为高溫超导带材临界电流各向异性的典型曲线；
[0020]图2A为二级线忍I+金属线忍I构成的各向同性CICC导体截面图；
[0021 ]图2B为二级线忍1+金属线忍n构成的各向同性CICC导体截面图；
[0022] 图3A为二级线忍n+金属线忍I构成的各向同性CICC导体截面图；
[0023] 图3B为二级线忍n+金属线忍n构成的各向同性CICC导体截面图；
[0024] 图4A为二级线忍虹+金属线忍I构成的各向同性CICC导体截面图；
[0025] 图4B为二级线忍虹+金属线忍n构成的各向同性CICC导体截面图；
[00%]图中各编号的具体含义为：1-二级线忍I、2-金属线忍I、3-金属线忍n、4-包覆层、 5-二级线忍n、6-二级线忍虹。
【具体实施方式】
[0027] 图2A和图2B、图3A和图3B、图4A和图4BS组图给出了六种不同结构的各向同性 CICC截面结构示意图，下面在每组示意图中选择一个作为实施例对本发明作进一步说明。 实施例1二级线忍1+金属线忍n构成的各向同性CICC导体
[0028] 二级线忍1+金属线忍n构成的各向同性CICC导体截面结构如图2B所示，横截面为 正方形结构，由超导线忍、金属线忍和包覆层构成。超导线忍由四股截面积相等的二级线忍 I拼合而成，右上和左下二级线忍I的超导带材水平排列，左上和右下二级线忍I的超导带材 竖直排列，每股二级线忍I由两种尺寸的带材堆叠而成，形成了正方形截取一个方角的截面 形状，四股二级线忍I拼合在一起后，中间留出一个正方形的孔隙，得到了关于中