一种含石墨烯新型YBCO涂层导体焊接接头及制备方法与流程

本发明属于ybco涂层导体焊接接头技术领域，涉及一种含石墨烯新型ybco涂层导体焊接接头及制备方法。

背景技术：

ybco涂层导体(也称ybcocc)因其所具有的高的转变温度、高磁场下优异的载流能力，及良好的力学性能成为目前高温超导材料研究热点，具有重要的应用前景。但是，受制于目前的制备工艺，可实现商业化生产的ybcocc最大长度不超过1km，在高场磁体绕制等应用中至少需要数千米以上的这类材料，因此，超导接头不可避免。

目前，常用的接头有超导接头和非超导接头两种。其中，超导接头通常采用高温扩散法制备，其工艺要领在于去除ybcocc表面的铜稳定性，在高温环境下使得两层超导材料扩散而形成。这种方法的优点在于接头电阻非常小，但是力学性能非常差，拉伸强度通常不及原始材料的1/2.对于非超导接头，通常选用粒径较小的焊接材料，在一定的压力和温度环境中实现焊接。采用这种方法获得的接头通常具有较好的机械强度，但是由于焊接层及铜保护层的存在会带来接头电阻，如何有效的降低接头电阻的同时使超导接头具有较好的机械性能成为学术界面临的一个难题。

二维石墨烯材料具有非常高的载流子浓度、优异的力学、电学性能一直占据低维材料研究的热点。最近，实验发现石墨烯材料在极低温下具有超导电性，因此，本发明提出采用含石墨烯材料制备ybcocc导体的焊接接头有望在获得高的机械性能基础上，大幅降低其接头电阻，进而进一步推动ybcocc的工业化应用。

技术实现要素：

为解决现有技术和实际情况中存在的上述问题，本发明提供了一种制备ybcocc导体的焊接接头的方法；包括以下步骤：

1）在焊膏中添加石墨烯粉末，通过机械搅拌及超声波搅拌使石墨烯粉末最终均匀分散在焊膏中，形成含石墨烯的新型焊料；

2）用砂纸打磨靠近超导层一侧的ybcocc表面，以去除样品表面氧化层；

3）用酒精清洗表面，并快速将含石墨烯的新型焊料涂抹于ybcocc打磨后的表面，以免打磨好的样品表面重新被氧化；

4）将需要焊接的ybcocc面对面贴合到一起，用纸裹附后放入焊接施压夹具定位槽内部，放入压块后将夹具置于材料压缩试验机平台，通过控制试验机，实现顶杆对焊接样品的横向预压缩，压力为1-3mpa，保持0.5-2分钟后，将外力移除；

5）取出样品将其平放在大块的金属平台上，开启可控温电烙铁，将温度设置为230℃，采用马蹄形焊头对焊接样品进行加热焊接，焊接过程中施加适当的压应力；最终制备到含石墨烯的新型ybco涂层导体焊接接头。

优选地，所述焊膏选用日本千住金属有限公司m705(sn-3.0ag-0.5cu)焊膏。

优选地，所述砂纸的粒径大小为15.3μm。

优选地，所述横向预压缩的压力为2mpa，压力保持时间为1分钟。

优选地，所述焊接施压夹具，包括紫铜夹具、压块、顶杆，所述紫铜夹具设有开口向一侧的定位槽，与所述定位槽相配设有压块，所述定位槽的上面设有圆孔，所述顶杆穿过所述圆孔，可上下移动，所述压块焊接施压时置于焊接件上面。

优选地，所述顶杆、压块的材质为不锈钢。

本发明同时公开了一种含石墨烯新型ybco涂层导体焊接接头，由上述方法制备而成，所述ybco涂层导体焊接接头焊缝中含有石墨烯材料。

通过本发明，利用含石墨烯的新型焊接材料制备ybco涂层导体焊接接头，可以有效降低接头电阻，减小接头在服役过程中发热及失超，同时不影响接头的力学性能，拓宽ybcocc的应用范围，进一步推动ybcocc的工业化应用。

附图说明

图1是本发明实施例的含石墨烯新型ybco涂层导体焊接接头的结构示意图。

图2是本发明实施例的含石墨烯新型ybco涂层导体焊接接头及制备方法的焊接施压过程示意图。

图3是本发明实施例的含石墨烯新型ybco涂层导体焊接接头的制备方法的焊接施压夹具结构示意图。

图中，1、铜层，2、银层，3、哈氏合金层，4、缓冲层，5、ybco超导层，6、含石墨烯的新型焊接层，7、压缩试验机，8、试验机传感器，9、试验机压头，10、焊接施压夹具，11、不锈钢顶杆，12、紫铜夹具，13、不锈钢压块，14、ybco接头。

具体实施方式

下面结合附图详细介绍本发明技术方案。

本发明利用石墨烯材料具有非常高的载流子浓度、优异的力学、电学性能，申请人在原有日本千住金属有限公司m705(sn-3.0ag-0.5cu)焊膏中添加石墨烯粉末，通过机械搅拌及超声波搅拌使石墨烯粉末最终均匀分散在焊膏中，形成含石墨烯的新型焊料。

如图1-3所示，以110mm的ybcocc短样为例，接头制备分为以下步骤：首先，从长ybcocc样品上剪下两长度为110mm的短样，接着用砂纸（粒径大小为15.3μm）打磨靠近超导层一侧的ybcocc表面，以去除样品表面氧化层。接着，用酒精清洗表面，并快速将含石墨烯的新型焊料涂抹于ybcocc打磨后的表面，以免打磨好的样品表面重新被氧化。按照同样的方法准备另一样品。最后，将需要焊接的ybcocc面对面贴合到一起，用纸裹附后放入焊接施压夹具10定位槽内部，放入压块13后将夹具置于材料压缩试验机7平台，通过控制试验机，实现顶杆11对焊接样品的横向预压缩（压力为2mpa），保持大约1分钟后，将外力移除，取出样品将其平放在大块的金属平台上，开启可控温电烙铁，将温度设置为230℃，采用马蹄形焊头对焊接样品进行加热焊接，焊接过程中施加适当的压应力。最终制备到含石墨烯的新型ybco涂层导体焊接接头14。

所述焊接施压夹具10，包括紫铜夹具12、压块13、顶杆11，所述紫铜夹具12设有开口向一侧的定位槽，与所述定位槽相配设有压块13，所述定位槽的上面设有圆孔，所述顶杆11穿过所述圆孔，可上下移动，所述压块13焊接施压时置于焊接件上面。

所述顶杆、压块的材质为不锈钢。

一种含石墨烯新型ybco涂层导体焊接接头，由上述方法制备而成，所述ybco涂层导体焊接接头焊接层中含有石墨烯材料。

本设计方法利用石墨烯的优异电学、力学性能，创新的加入到传统焊接材料中，使得ybco涂层导体焊接接头电阻降低，同时不影响其力学性能。

本发明提出采用含石墨烯材料制备ybcocc导体的焊接接头有望在获得高的机械性能基础上，大幅降低其接头电阻，进而进一步推动ybcocc的工业化应用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种含石墨烯新型YBCO涂层导体焊接接头及制备方法，在原有日本千住金属有限公司M705(Sn‑3.0Ag‑0.5Cu)焊膏中添加石墨烯粉末，通过机械搅拌及超声波搅拌使石墨烯粉末最终均匀分散在焊膏中，形成含石墨烯的新型焊料。通过本发明，利用含石墨烯的新型焊接材料制备YBCO涂层导体焊接接头，可以有效降低接头电阻，减小接头在服役过程中发热及失超，同时不影响接头的力学性能，拓宽YBCO CC的应用范围，进一步推动YBCO CC的工业化应用。

技术研发人员：张兴义;王军;张强强;刘伟;周军
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：2017.06.28
技术公布日：2017.09.22