高温超导窄丝结构及其加工方法与流程

本发明属于高温超导领域，特别是一种高温超导磁体性能的窄丝结构及其加工方法。

背景技术：

第二代高温超导带材是目前主流的超导导体应用发展方向。在高外部磁场强度的情况下，第二代高温超导带材具有比低温超导导体相对更高的临界电流密度。因此，在高磁场磁体应用中，二代高温超导带材有着很大的应用前景。然而，由于二代高温超导带材是扁平薄的几何结构，在磁体线圈应用中，交流损耗和屏蔽电流场都会降低线圈性能。屏蔽电流场会导致超导磁体中心磁场减小并产生磁场的时间漂移。由于磁体产生磁场的均匀性和稳定性对于实际的核磁共振成像(mri)和加速器等超导磁体应用是十分重要的，因此二代高温超导带材的实际磁体应用还存在着一定的困难。

现有技术1，中国发明专利《超导磁性线圈》(申请号：00812272.5)公开了超导线圈及其制造方法包括围绕线圈的轴同心缠绕并沿该轴排置一种超导体带,以限定一个具有沿轴方向从线圈的第一末端至第二末端尺寸递减的开口。超导体带的每一匝都具有保持基本与线圈的轴平行的宽表面。

但是，现有技术1描述的是具有圆锥形或渐缩轮廓的超导线圈和扁平超导线圈。

现有技术2，中国发明专利《高温超导体导线的结构》(申请号：200680027034.3)公开了层叠的超导体导线包括超导体导线组件，其包含第一超导体插入物和第二超导体插入物，该第一超导体插入物包含覆盖在第一基片上的第一高温超导体层，该第二超导体插入物包含覆盖在第二基片上的第二高温超导体层。第一和第二超导体插入物在其各自的基片处结合在一起。导电结构体基本上围绕该超导体导线组件。

但是，现有技术2把hts层大致夹在整个结构的中间，把两个这样的组件在各自的铜带处粘合到一起形成单个hts导线组件。

现有技术3，美国专利《stackedfilamentarycoatedsuperconductors》(申请号：10/955801)公开了anelongatedarticlecomprisingafirstlayerofoxidesuperconductorfilamentsextendingsubstantiallyalongthelengthoftheelongatedarticleandspacedapartfromoneanotheracrossthewidthoftheelongatedsubstrate；asecondlayerofoxidesuperconductorfilamentsextendingsubstantiallyalongthelengthoftheelongatedarticleandspacedapartfromoneanotheracrossthewidthoftheelongatedarticle,whereinthefirstfilamentlayerispositionedabovethesecondfilamentlayer；andabarrierlayerpositionedbetweenthefirstandsecondfilamentlayers,whereinthefilamentsofthefirstandsecondfilamentlayersarepositionedsuchthatatleastonefilamentofthefirstlayercrossesatleastonefilamentofthesecondlayer.

但是，现有技术3将四层roebel结构的带材进行堆叠。

现有技术4，jikwanglee,seungwooklee,myungjinpark,andgueesoocha,“magnetizationlossinhtsstackedtapesbyvariousdirectionalexternalmagneticfields,”ieeetrans.appl.superconduct.,vol.14,no.2,pp.630–633,2004。主要内容：研究了堆叠带材和单层带材由于屏蔽效应产生的特性差异，对比在不同角度外部磁场环境下单层带材和堆叠带材的磁损耗，以及不同绝缘厚度下堆叠带材的磁损耗。实验及仿真结果表示堆叠带材能降低磁损耗，绝缘厚度越小损耗越低。

现有技术5，myungjinpark,myeongseobchoi,seungyonghahn,gueesoocha,andjikwanglee,“effectofthestackinhtstapesexposedtoexternalmagneticfield,”ieeetrans.appl.superconduct.,vol.14,no.2,pp.1106–1109,2004。主要内容：研究了不同层数堆叠带材的磁损耗，以及不同绝缘厚度下堆叠带材的磁损耗。以美超公司生产的4.1mm宽bscco-2223带材为模型实验，堆叠层数由2、3增加至4时磁损耗逐渐减小，相同堆叠层数的带材绝缘厚度越小磁损耗越小。

现有技术6，seungwooklee,heejoonlee,gueesoocha,andjikwanglee,“comparisonofaclossesofhtspancakewindingwithsingletapeandmulti-stackedtape,”ieeetrans.appl.superconduct.,vol.15,no.2,2005。主要内容：在堆叠带材中由于相邻带材产生的屏蔽效应，临界电流和交流损耗特性并非单纯的各层带材特性值之和。文中对比了不同层数堆叠带材的临界电流，及分别利用单层带材和堆叠带材的高温超导饼式线圈的交流损耗。

现有技术7，k.ryu,b.j.choi,andy.h.chun,“magnetizationlosscharacteristicsinastackofbi-2223tapes,”ieeetrans.appl.superconduct.,vol.13,no.2,2003。主要内容：首先测量了单根带材的磁损耗以验证实验的准确性，对比了单根带材和堆叠带材分别在平行、垂直和纵向磁场下的磁损耗。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种解决上述技术问题的高温超导窄丝结构及其加工方法。

为了解决上述技术问题，本发明高温超导窄丝结构，包括：窄丝，多个窄丝沿线圈轴向分布；其中窄丝包括多条窄带。

优选地，窄丝的尺寸为1.1毫米×0.33毫米。

优选地，窄丝包括三条窄带。

优选地，窄带的尺寸为1.0毫米×0.1毫米。

一种高温超导窄丝结构的加工方法，包括如下步骤：

步骤1，通过机械切割得到窄带；

步骤2，将窄带整合为窄丝；

步骤3，将多个窄丝沿线圈的轴向方向布置。

优选地，步骤2包括：

步骤2.1，将多条窄带经由助焊剂黏接；

步骤2.2，将黏接后的窄带放入炉内进行加热；

步骤2.3，对经加热后的窄带进行固定，得到窄丝。

优选地，步骤2.1中，将三条窄带经由助焊剂黏接。

优选地，步骤2.2中，将黏接后的窄带放入充满焊锡的锡炉内进行加热。

优选地，步骤2.3中，由焊锡完成固定，得到窄丝。

优选地，步骤2.3中，由冷却的焊锡完成固定。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：基于窄化堆叠技术，较便捷地优化了超导线圈结构，不降低二代超导带材的性能优点，基本不增加带材生产成本和研发费用。通过新型的线圈结构，显著地减小了交流损耗和屏蔽电流场。为二代高温超导带材在线圈磁体线圈方面的应用提供了更好的性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明交流损耗测量；

图3为本发明屏蔽电流场测量；

图4为本发明加工流程图。

图中：

1-窄带2-窄丝3-线圈

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提出一种基于二代带材性能优化的新型磁体线圈结构。该线圈能够在保留二代高温超导带材高场下性能的同时，改善其存在的缺点，有效地减小交流损耗和屏蔽电流场。具体实现为针对常规宽度较大的二代高温超导带材进行窄化堆叠，在保持超导带材临界电流基本一致的基础上，绕制匝间结构更加密集的新型线圈。

如图1～图4所示，本发明通过机械切割技术窄化常规的二代高温超导带材，得到超导窄带1，其具体尺寸为1.0毫米×0.1毫米。

通过堆叠技术，将超导窄带1经由助焊剂，通过充满焊锡的锡炉，后由冷却的焊锡完成固定，实现超导窄带1整合为窄丝2。同一批次生产的超导带材临界电流与带材宽度是成正比的，超导窄带1由于宽度窄化会导致临界电流的下降，不能满足应用要求。因此，通过使用整合多根超导窄带1为超导窄丝2的方式保证了整体临界电流与常规超导宽带的临界电流基本一致。由三条超导窄带1构成的窄丝2尺寸为：1.1毫米×0.33毫米。

相对于现有技术1，本发明是针对超导线圈扁带引起的负面影响进行的本质结构优化；而现有技术1是具有圆锥形或渐缩轮廓的超导线圈和扁平超导线圈。

相对于现有技术2，现有技术2把hts层大致夹在整个结构的中间，把两个这样的组件在各自的铜带处粘合到一起形成单个hts导线组件；而本发明是一种新的线圈优化结构，有效改善超导线圈在实际应用中存在的缺陷。

相对于现有技术3，现有技术3将四层roebel结构的带材进行堆叠；而本发明是为了对线圈结构进行修正，使用的是窄化堆叠的思想来优化超导线圈性能。

相对于现有技术4，现有技术4采用了堆叠结构，但材料为第一代高温超导带材，并且也并未涉及实际的线圈结构。

相对于现有技术5，现有技术5采用了堆叠结构，但材料为第一代高温超导带材，未运用窄化技术，也没有实际的线圈结构优化探索。

相对于现有技术6，现有技术6在饼式线圈中堆叠带材的结构仍可有效的降低交流损耗，采用的为第一代高温超导带材，并未运用窄化技术，也没有实际的线圈结构优化探索。

相对于现有技术7，堆叠带材在较小的垂直场下可有效降低磁损耗，现有技术7采用的为第一代高温超导带材，并未运用窄化技术，也没有实际的线圈结构优化探索。

绕制结构更加紧凑优越的新型超导线圈：与常规超导线圈相比，由于超导带材宽度变化，原来可容纳1匝的空间内，现可容纳4匝到5匝，线圈3轴向每层匝数增多；因而在总匝数保持不变的情况下，径向匝数也可减少为原来的四分之一以下。线圈结构更紧凑，能集中产生更高的中心磁场。

窄丝结构可保有满足实际应用需求的临界电流值，其产生的整体磁场可保持与常规超导线圈基本一致；同时，由于带材的宽度窄化，窄丝结构有效遏制了带材超导层中有害涡流的流动，使得交流损耗和屏蔽电流场均可有效降低80％，这一结果是与带材的宽度成正比的。通过改善超导磁体应用中的有害效应，窄丝结构加强了超导磁体的空间均匀性和时间稳定性，明显提高了超导磁体性能。

本发明经过实际测试，验证了对交流损耗和屏蔽电流场的出色减小效果，明显提高了磁体线圈性能，在高温超导磁体应用中存在着很大的潜力。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。