采用多层高温超导带材叠成的高温超导块及制备方法

摘要

本发明涉及超导材料制备领域，公开了一种采用多层高温超导带材叠成的高温超导块及制备方法，其技术要点是：包括2层以上的高温超导带材和防护层，高温超导带材从下往上依次叠加组成高温超导块，防护层包裹在高温超导块外表面，高温超导带材每层尺寸相同高温超导带材每层竖直方向投影相互重叠，制备时通过裁剪、平整、水平叠加、添加防护层的工艺得到与熔融织构法生产的高温超导块在结构和功能上相同的高温超导块，这种方法解决了现有熔融织构法生产的高温超导块制备过程复杂，成品率不高，同时同一批次的产品差异性较大，并不适合批量化生产的问题，提供了一个生产高温超导块新的方向。

说明书

技术领域

本发明涉及超导材料制备领域，具体的讲是采用多层高温超导带材叠成的高温超导块及制备方法。

背景技术

目前，采用熔融织构法生产的高温超导块材作为磁体应用于高温超导磁悬浮车、高温超导磁悬浮轴承等领域，但是高温超导块材的制备过程复杂，成品率不高，同时同一批次的产品差异性较大，并不适合批量化生产。高温超导块材的导热性能很差，在复杂电磁场环境下产生的热损耗不能有效地排出，导致磁场衰减并影响其使用。

高温超导带材由于工业批量化生产，成本和价格在不断下降，同时随着制造工艺水平的上升，高温超导带材在磁场下的临界电流密度和电流均匀性得到有效提升，质量能够有效地控制。相比采用熔融织构法生产的高温超导块材而言，高温超导带材的质量可控、成本更低，磁场衰减周期长，更能实现批量化生产。

因此需要一种制备过程简易，成本低，成品率高的高温超导块制备方法替换现有熔融织构法制备高温超导块。

发明内容

本发明针对现有熔融织构法制备高温超导块存在制备过程复杂，成品率不高，同时同一批次的产品差异性较大，并不适合批量化生产的问题，提供一种采用多层高温超导带材叠成的高温超导块及制备方法。

本发明解决上述技术问题，采用的技术方案是，采用多层高温超导带材叠成的高温超导块包括2层以上的高温超导带材和防护层，高温超导带材从下往上依次叠加组成高温超导块，防护层包裹在高温超导块外表面。

进一步的，高温超导带材每层尺寸相同。

进一步的，高温超导带材每层竖直方向投影相互重叠。

通过这样的结构，高温超导块完全采用高温超导带材叠成，由于现有高温超导带材制造工艺水平高、成本低可以解决熔融织构法制备高温超导块存在的制备过程复杂，成品率不高，同时同一批次的产品差异性较大，并不适合批量化生产的问题。同时高温超导带材在磁场下的临界电流密度和电流均匀性得到有效提升，质量能够有效地控制，采用多层高温超导带材叠成的高温超导块与使用熔融织构法制备的高温超导块在超导性能上趋于相同，由于不是一次成型，每层高温超导带材表面的金属封装层能够有效导出内部产生的热量，从而弥补了现有高温超导块导热性能很差，在复杂电磁场环境下产生的热损耗不能有效地排出，导致磁场衰减并影响其使用的缺陷。

可选的，防护层为环氧树脂，防护层在小于0.1kpa的真空度环境下将由多层高温超导带材叠成的高温超导块通过环氧浸渍浇注，环氧树脂将每层高温超导带材固定大幅降低使用中的机械位移，并且使之具有一定的整体机械强度，使采用多层高温超导带材叠成的高温超导块性能更稳定，同时可以防护高温超导带材降低其使用中的磨损。

可选的，防护层为封装壳，封装壳通过机械封装的方式封装在由多层高温超导带材叠成的高温超导块的外表面，通过封装将每层高温超导带材固定大幅降低使用中的机械位移，并且使之具有一定的整体机械强度，使采用多层高温超导带材叠成的高温超导块性能更稳定，同时可以防护高温超导带材降低其使用中的磨损。

可选的，高温超导带材为第二代钇系列超导带材。

进一步的，还提供了采用多层高温超导带材叠成的高温超导块的制备方法，包括以下步骤：

a.在常温常压的环境中，根据高温超导块的材质选用材质相适配的高温超导带材；

b.在常温常压的环境中，根据高温超导块的尺寸，裁剪步骤a中高温超导带材使之长宽与高温超导块相适配；

c.将裁剪后的高温超导带材进行平整处理，使之表面翘曲度低于0.2%；

d.将平整处理后的高温超导带材置于清洁度高于Sa2.5级的水平面上，根据高温超导块的厚度从下往上依次叠加高温超导带材，当叠加后的高温超导带材厚度与高温超导块的厚度一致时停止叠加；

e.在由多层高温超导带材叠成的高温超导块的外表面添加防护层。

这样做的目的在于，根据需要的高温超导块的材质选取高温超导带材，使采用多层高温超导带材叠成的高温超导块在功能上趋近于所需的高温超导块。根据需要的高温超导块的尺寸选取高温超导带材，使采用多层高温超导带材叠成的高温超导块在结构上趋近于所需的高温超导块。表面翘曲度低于0.2%可以保证高温超导带材的平整，大幅降低高温超导带材在叠加时因弯翘导致叠加不紧密的问题。清洁度高于Sa2.5级的水平面上， Sa是国际上针对表面清洁度的惯常通用标准，Sa2.5级是该标准的第三等级，是工业上普遍使用的并可以作为验收技术要求及标准的级别，在这个清洁度等级的水平面上叠加高温超导带材可以增加采用多层高温超导带材叠成的高温超导块的平整度，同时提高接触面的清洁度，使采用多层高温超导带材叠成的高温超导块的性能趋近于熔融织构法制备高温超导块。

可选的，步骤e中，防护层为环氧树脂，环氧树脂在小于0.1kpa的真空度环境下将由多层高温超导带材叠成的高温超导块通过环氧浸渍浇注。

可选的，步骤e中，防护层为封装壳，则防护层通过机械封装的方式封装在由多层高温超导带材叠成的高温超导块的外表面。

本发明的有益效果至少包括以下之一；

1、采用多层高温超导带材叠成的高温超导块解决了现有熔融织构法生产的高温超导块制备过程复杂，成品率不高，同时同一批次的产品差异性较大，并不适合批量化生产的问题。

2、采用多层高温超导带材叠成的高温超导块在结构和功能上与熔融织构法生产的高温超导块趋于一致，为生产高温超导块提供了一个新的方向。

3、高温超导带材工艺成熟成本低，可以大幅降低生产高温超导块的成本。

4、通过在采用多层高温超导带材叠成的高温超导块外表面添加防护层，既保护了其中的高温超导带材又给整个高温超导块提供一定的机械强度使之更稳定。

5、该方法能够有效地将高温超导块的生产成品率从熔融织构法的不到60%提高到95%以上，成本从3000元减低至不到1000元。

6、该方法在77 K温度下产生相同甚至更高的中心捕获磁场（>0.8 T）。

附图说明

图1为采用多层高温超导带材叠成的高温超导块结构示意图；

图2为实施例2结构示意图；

图中标记为：1为高温超导带材、2为高温超导块、3为环氧树脂、4为封装壳。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点能够更加清晰明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明保护内容。

实施例1

如图1所示，采用多层高温超导带材叠成的高温超导块结构示意图，包括2层以上的高温超导带材1和环氧树脂3，其中高温超导带材1从下往上依次叠加组成高温超导块2，环氧树脂3包裹在高温超导块2外表面。高温超导带材1每层尺寸相同，高温超导带材1每层竖直方向投影相互重叠。

制备方法，在常温常压的环境中，根据高温超导块2的材质选用材质相适配的高温超导带材1，其材质为YBCO（钇钡铜氧），在常温常压的环境中，根据高温超导块2的尺寸，裁剪步骤a中高温超导带材1使之长宽与高温超导块2相适配，将裁剪后的高温超导带材1进行平整处理，使之表面翘曲度为0.18%，将平整处理后的高温超导带材1置于清洁度高于Sa2.5级的水平面上，根据高温超导块2的厚度从下往上依次叠加厚度为0.1 mm的高温超导带材1，当叠加后的高温超导带材1厚度与高温超导块2的厚度一致时停止叠加，高温超导块2的厚度为1cm，共需要100层0.1 mm的高温超导带材1，由多层高温超导带材1叠成的高温超导块2的外表面在真空度小于0.1kpa的环境下通过浸渍浇注的方式添加环氧树脂3，使高温超导块2具有一定机械强度。

通过这种方法制作的高温超导块与熔融织构法制作的高温超导块，临界温度完全一致能够在高于液态氮气的沸点（77K）的温度下保持超导特性，临界磁场和临界电流也完全一致甚至更佳。

使用熔融织构法制备该尺寸的高温超导块2成品率为54%，单位体积的成本约为3800元，使用本发明方法采用多层高温超导带材1叠成的高温超导块2成品率为99%，较之熔融织构法有实质性的提升，单位体积的成本约为900元，较之熔融织构法有实质性的降低。

实施例2

如图2所示，实施例2结构示意图，将包裹在高温超导块2外表面的封装壳4半剖开，包括2层以上的高温超导带材1和封装壳4，其中高温超导带材1从下往上依次叠加组成高温超导块2，环氧树脂3包裹在高温超导块2外表面。高温超导带材1每层尺寸相同，高温超导带材1每层竖直方向投影相互重叠。

制备方法，在常温常压的环境中，根据高温超导块2的材质选用材质相适配的高温超导带材1，其材质为YBCO（钇钡铜氧），在常温常压的环境中，根据高温超导块2的尺寸，裁剪步骤a中高温超导带材1使之长宽与高温超导块2相适配，将裁剪后的高温超导带材1进行平整处理，使之表面翘曲度为0.18%，将平整处理后的高温超导带材1置于清洁度高于Sa2.5级的水平面上，根据高温超导块2的厚度从下往上依次叠加厚度为0.1mm的高温超导带材1，当叠加后的高温超导带材1厚度与高温超导块2的厚度一致时停止叠加，高温超导块2的厚度为2cm，共需要200层0.1 mm的高温超导带材1，在由多层高温超导带材1叠成的高温超导块2的外表面通过机械封装的方式添加封装壳4，使高温超导块2具有一定机械强度。

通过这种方法制作的高温超导块与熔融织构法制作的高温超导块，临界温度完全一致能够在高于液态氮气的沸点（77K）的温度下保持超导特性，临界磁场和临界电流也完全一致甚至更佳。

使用熔融织构法制备该尺寸的高温超导块2成品率为50%，单位体积的成本约为3900元，使用本发明方法采用多层高温超导带材1叠成的高温超导块2成品率为98%，较之熔融织构法有实质性的提升，单位体积的成本约为780元，较之熔融织构法有实质性的降低。