一种高温超导材料的电缆的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高温超导材料的电缆的制造方法，包括以下步骤：铜线与超导线连接、一级缆绞制、二级缆绞制、三级缆绞制、三级缆紧压、银带叠包。本发明的高温超导材料的电缆将用于聚变堆大型超导导体的研发，发明的绞缆技术能够保证超导股线的完好无损，有效防止超导线材的断裂、压扁等现象。
【专利说明】
一种高温超导材料的电缆的制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及超导电缆及超导线材绞缆领域，具体涉及一种高温超导材料的电缆的 制造方法。
【背景技术】
[0002] 清洁能源一聚变能的使用是人类的梦想之一，托卡马克型磁约束核聚变装置是产 生聚变能的可靠装置，全超导托卡马克是实现聚变堆连续运行的重要保障。中国在成功建 立并运行全超导非圆截面托克马克EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)的基础上，积极开展国际热核聚变实验堆ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)的建设工作。同进，各个国家也开始了下一代聚变堆的预研工作。 超导电缆是托卡马克装置的重要部件，其技术是聚变工程的关键技术。下一代聚变堆的显 著特点是，中心螺管线圈及纵场线圈的最高磁场都将超过12T。受低温超导线材上临界磁场 的限制，采用传统低温超导材料不可能制备出更高磁场的磁体，绕制更高磁场的磁体要求 材料在超过20T的磁场中仍能够保持较高临界电流密度。因此，寻求具有更为优良综合性能 的超导材料和高场磁体是未来可控磁约束聚变示范堆和商业化过程中必须解决的问题。陶 瓷氧化物高温超导材料因其在4.2K下具有极高的不可逆场和优异的磁场载流特性，因此是 建造高场磁体的理想材料。在高温超导材料中，Bi2Sr2CalCu20X(Bi-2212)是唯一可制备成 各向同性圆线的材料，其在4.2K即使外场高达45T依然能够承载具有实际应用意义的工程 电流密度，因此是目前最具高场下(>20T)应用前景的高温超导材料。
[0003] 由于Bi-2212超导材料属于陶瓷材料，力学性能较差，低温运行过程中，由于热伸 缩和罗伦兹力的作用，超导材料的内部很容易出现芯丝断裂，从而导致临界性能的降低，这 就需要对Bi-2212超导电缆进行结构设计。Bi-2212超导电缆是多级绞缆结构，如按常规电 缆的绞制办法对此超导电缆的外径进行绞制，容易出现超导材料外护套的破裂，容易导致 热处理的过程中出现渗露，降低超导材料的临界性能。
【发明内容】
[0004] 本发明技术针对高场用超导电缆的需求，利用高温超导材料Bi-2212,设计了一种 Bi-2212超导电缆，根据电缆在生产中易出现的问题，提供了一种该超导电缆的制造方法， 解决了 Bi-2212超导电缆中易出现超导材料护套破裂的问题。
[0005] 本发明采用的技术方案是：
[0006] -种高温超导材料的电缆的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007] 步骤一:先用铜线与超导线进行对接，接头外径尺寸控制在2.0mm以内；
[0008] 步骤二:一级缆绞合，先将两根超导线在单绞机上进行绞合，为保证绞合中股线不 受损，各股线放线张力值控制在10N以内，收线张力控制在30N以内，绞合后超导丝表面镀层 完好、无损；
[0009] 步骤三:二级缆绞合，选用三根一级缆在低速笼绞机上进行绞合，使用四氟聚乙稀 材料的模具进行外径尺寸控制，同时避免材料损伤，二级缆张力值控制在20N以内，收线张 力控制在50N以内；
[0010]步骤四：三级缆绞合，选用二级缆在低速笼绞机上进行绞合，三级缆的绞制由六根 二级缆绞合，中间加一根二级缆作为缆芯，使用四氟聚乙稀材料的模具进行外径尺寸控制， 同时避免材料损伤，绞缆的张力控制在50N以内，缆芯的放线张力控制在30N以内；
[0011]步骤五:三级缆绞合后采用压轮进行紧压，具体选用聚四氟乙烯作为压轮材料，使 用横竖方向各一对压轮进行紧压，压轮的孔径为9mm;
[0012] 步骤六:三级缆绞制结束后，使用银带进行叠包，银带使用前，将进行热处理，降低 其硬度，叠包过程中，为了防止银带断裂，将绕包的张力控制在50N以内。
[0013] 所述的一种高温超导材料的电缆的制造方法，其特征在于，所述步骤二中单绞机 采用能主动放线、主动退扭、收线张力可控以及放线张力自动检测自动反馈自动控制的单 绞机。
[0014] 所述的一种高温超导材料的电缆的制造方法，其特征在于，所述步骤三、四中低速 笼绞机采用全退扭、收线张力可控、放线张力自动检测自动反馈自动控制的低速笼绞机。
[0015] 本发明的优点是：
[0016] 本发明的高温超导材料的电缆将用于聚变堆大型超导导体的研发，发明的绞缆技 术能够保证超导股线的完好无损，有效防止超导线材的断裂、压扁等现象。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的流程图。
[0018] 图2为本发明的方法制造的电缆的结构示意图。
[0019] 图3为压轮紧压三级缆的示意图。
【具体实施方式】
[0020] 由于M2212超导材料，价格昂贵，在绞制过程中要尽量的节省超导线材。在绞制过 程中，使用铜线与其对接。另外，Bi2212超导材料属于陶瓷性材料，比较脆，过大的拉力会导 致材料内部结构出现断裂，影响材料的性能。在绞缆过程中，将严格控制张力。
[0021] 如图1-3所示，一种高温超导材料的电缆的制造方法，包括以下步骤：
[0022] 步骤一:先用铜线与超导线进行对接，接头外径尺寸控制在2.0mm以内；
[0023] 步骤二:一级缆绞合，先将两根超导线在单绞机上进行绞合，为保证绞合中股线不 受损，各股线放线张力值控制在10N以内，收线张力控制在30N以内，绞合后超导丝表面镀层 完好、无损;单绞机采用能主动放线、主动退扭、收线张力可控以及放线张力自动检测自动 反馈自动控制的单绞机；
[0024]步骤三:二级缆绞合，选用三根一级缆在低速笼绞机上进行绞合，使用四氟聚乙稀 材料的模具进行外径控制，二级缆张力值控制在20N以内，收线张力控制在50N以内；低速笼 绞机采用全退扭、收线张力可控、放线张力自动检测自动反馈自动控制的低速笼绞机 [0025]步骤四：三级缆绞合，选用二级缆在低速笼绞机上进行绞合，三级缆的绞制由六根 二级缆绞合，中间加一根二级缆作为缆芯，使用四氟聚乙稀材料的模具进行外径控制绞缆 的张力控制在50N以内，缆芯的放线张力控制在30N以内；低速笼绞机采用全退扭、收线张力 可控、放线张力自动检测自动反馈自动控制的低速笼绞机
[0026] 步骤五:三级缆绞合后采用压轮进行紧压，具体选用聚四氟乙烯作为压轮材料，使 用横竖方向各一对压轮进行紧压，压轮的孔径为9mm;
[0027] 步骤六:三级缆绞制结束后，使用银带进行叠包，银带使用前，将进行热处理，降低 其硬度，叠包过程中，为了防止银带断裂，将绕包的张力控制在50N以内。
[0028] 高温超导材料的电缆结构参数见下表1:
[0029] 表 1
[0030]
【主权项】
1. 一种高温超导材料的电缆的制造方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一:先用铜线与超导线进行对接，接头外径尺寸控制在2. Omm以内； 步骤二:一级缆绞合，先将两根超导线在单绞机上进行绞合，各股线放线张力值控制在 10N以内，收线张力控制在30N以内，绞合后超导丝表面镀层完好； 步骤三:二级缆绞合，选用三根一级缆在低速笼绞机上进行绞合，使用四氟聚乙稀材料 的模具进行外径尺寸控制，同时避免材料损伤，二级缆张力值控制在20N以内，收线张力控 制在50N以内； 步骤四：三级缆绞合，选用二级缆在低速笼绞机上进行绞合，三级缆的绞制由六根二级 缆绞合，中间加一根二级缆作为缆芯，使用四氟聚乙稀材料的模具进行外径尺寸控制，同时 避免材料损伤，绞缆的张力控制在50N以内，缆芯的放线张力控制在30N以内； 步骤五:三级缆绞合后采用压轮进行紧压，具体选用聚四氟乙烯作为压轮材料，使用横 竖方向各一对压轮进行紧压，压轮的孔径为9mm; 步骤六：三级缆绞制结束后，使用银带进行叠包，银带使用前，进行热处理，降低其硬 度，叠包过程中，为了防止银带断裂，将绕包的张力控制在50N以内。2. 根据权利要求1所述的一种高温超导材料的电缆的制造方法，其特征在于，所述步骤 二中单绞机采用能主动放线、主动退扭、收线张力可控、放线张力自动检测自动反馈自动控 制的单绞机。3. 根据权利要求1所述的一种高温超导材料的电缆的制造方法，其特征在于，所述步骤 三、四中低速笼绞机采用全退扭、收线张力可控、放线张力自动检测自动反馈自动控制的低 速笼绞机。
【文档编号】H01B13/00GK105989930SQ201610068873
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】秦经刚, 戴超, 刘沛航, 刘勃, 张守华
【申请人】中国科学院等离子体物理研究所