Bi-2223/AgAu带材及应用进展

Bi-2223/AgAu 高温超导带材因为较低的热导率和较高的载流性能, 被认为是制备高温超导电流引线的最佳材料之一. 这篇文章简单介绍了高温超导电流引线的工作特点和不同包套 Bi-2223 带材的热导率, 在此基础上详细介绍了目前 Bi-2223/AgAu 带材和高温超导电流引线国内外研究进展, 最后展望了 Bi-2223 带材的发展趋势.     

Bi-2223/Ag高温超导带材临界电流实验研究

为了研究磁场、温度对Bi-2223/Ag带材超导性能的影响,建立了一套测量带材临界电流的实验装置,该装置能够提供稳定的背景磁场,控温精度最高可达±20m K,在零场、控温(77.3K)条件下样品的临界电流测量值与带材给定参数基本吻合,表明该装置测量精度满足要求;文中将高温超导带材放在特制控温罩中,使用He气冷技术和温控系统调节样品温度(4.2—80K),测量了在0—12T背场下高温超导带材的临界电流,并系统地分析了Bi-2223/Ag带材临界电流对温度和磁场的依赖关系。     

利用高压热处理技术提高Bi-2223/Ag高温超导带材临界电流

提高临界电流密度(Jc)对促进Bi-2223/Ag高温超导带材的应用有着重要意义.在常压热处理条件下所制备的带材中存在大量的裂纹、孔洞和第二相颗粒等,这些因素都会对带材的超导连接性能产生破坏作用.我们成功建立了一套可用氧气氛的热等静压设备,工作气压和温度可同时达到15MPa和850°C.通过引入裂纹愈合热处理过程,我们成功对带材进行了高压热处理,所得样品中第二相颗粒和裂纹数量大幅度降低,77K、自场下的临界电流相比常压热处理样品提高了20%左右.     

Bi-2223高温超导带材焊接接头电阻和过电流冲击性能实验研究

特变电工股份有限公司,昌吉831100采用自行研制的装置,对不锈钢加强Bi2223/Ag高温超导带材的焊接工艺进行了系统研究,得出最佳的焊接方案.实验测量高温超导带材焊接头的直流电阻,并对带材进行了交流过电流冲击实验,冲击时间为0.5秒,每次冲击的电流依次递增,并在每次冲击后测量焊接头的电阻,直到被测带材烧毁.根据实验数据对样品在过流冲击下的动态电阻进行实验研究,得到了具有实际意义的结果.     

铁磁材料作用于Bi-2223带材临界电流的研究

主要研究了铁磁材料对Bi-2223带材的临界电流的影响。通过计算铁磁材料在不同布局下对带材磁场分布的影响,进行了相应的临界电流测试实验。分析表明,将铁磁材料垂直放在带材边缘能有效地提高带材的临界电流。     

800A高温超导电流引线的研制

介绍了800A双磁体高温超导(HTS)电流引线的结构、设计参数及制做过程,论述了其加工、组装、实验及调试结果,进而验证该设计方案较为合理地满足双磁体运行要求。     

高温超导带材Bi-2223/Ag的焊接接头电阻研究

针对高温超导带材Bi-2223/Ag的焊接问题进行了研究.利用ANSYS建立焊接接头电阻特性的有限元计算模型,仿真和计算分析了焊料材料、搭接长度和焊锡层厚度对接头电阻值的影响,并进行了实验验证.实验表明:可通过减少焊料厚度,增加焊接搭接长度来减少接头电阻,当焊接长度在2～5cm,焊料厚度为0.5mm时,Bi-2223/...     

EAST装置15kA高温超导电流引线研发

低温超导磁体采用高温超导电流引线能显著降低制冷系统的造价和运行费用．正在建造中的大型超导托卡马克核聚变试验装置（EAST）需要一对16kA和12对15kA电流引线．所研发的电流引线采用美国超导（AMSC）公司提供的Bi-2223／Ag-Au带材，每5条超导带组成单元叠，与不锈钢支撑圆筒表面50个槽软钎焊成超导段．支撑筒两端铜接头，温端与铜电流引线段丝扣连接并低温钎焊;冷端与100根NbTi／Cu超导线直接锡铅钎焊．冷端采用4K超临界氮流冷却;温端正常运行温度为78K，用液氮冷却．设计要求在此冷却条件下的临界电流大于16kA.78-290K铜电流引线采用3头螺旋槽换热器，冷氮气冷却．为提高电流引线的安全性，在高温超导段温端贮存适量液氮作为热沉，大大增加电流引线被烧毁的时间常数．     

Bi-2223/Ag高温超导带临界电流各向异性的实验测量及分析

本文介绍了Bi-2223/Ag高温超导带临界电流各向异性的实验测量方法及原理,指出了在不同磁场方向(与超导带面夹角)下,Bi-2223/Ag带临界电流随直流背景磁场的变化规律以及实验应注意的问题.Bi-2223/Ag带材的各向异性决定了其临界电流对垂直于带材表面的磁场非常敏感,这是该带材在高温超导磁体等强电应用方面的不利因素.     

EAST装置15kA高温超导电流引线研发

低温超导磁体采用高温超导电流引线能显著降低制冷系统的造价和运行费用.正在建造中的大型超导托卡马克核聚变试验装置(EAST)需要一对16kA和12对15kA电流引线.所研发的电流引线采用美国超导(AMSC)公司提供的Bi-2223/Ag-Au带材, 每5条超导带组成单元叠,与不锈钢支撑圆筒表面50个槽软钎焊成超导段.支撑筒两端铜接头,温端与铜电流引线段丝扣连接并低温钎焊;冷端与100根NbTi/Cu超导线直接锡铅钎焊.冷端采用4K超临界氦流冷却;温端正常运行温度为78K,用液氮冷却.设计要求在此冷却条件下的临界电流大于16kA.78～290K铜电流引线采用3头螺旋槽换热器,冷氮气冷却.为提高电流引线的安全性,在高温超导段温端贮存适量液氮作为热沉,大大增加电流引线被烧毁的时间常数.     

Bi2223/Ag高温超导带材在脉冲电流下电磁特性分析

对高温超导带材在脉冲电流下的电磁特性进行了实验与仿真研究。实验部分对不同频率过电流下的伏安特性进行了测量,仿真部分运用有限元方法分析了电流和磁场分布特点。结果表明:在超导丝中,电流会因为频率的升高而呈现集肤效应,频率越高电流越向带材边缘集中,但与常规导体所不同的是,由于超导体各向异性的特点,边缘的非平行自场使该区域临界电流下降,导致电流密度最大的地方不是在带材的边缘,而是趋向于分布在磁场较弱的带材中部。     

Experiment of enhancing critical current and reducing ac loss in pancake coil comprised of Ni-coated Bi-2223/Ag tape

An approach of realizing high performance HTS coil comprised of ferromagnetic material-coated BSCCO tape is proposed. The concept of influencing critical current and ac loss is based on the magnetic shielding effect resulting in redirection of self-field flux-lines. In the previous article, ac performance of Ni-coated tape was demonstrated where the Ni-coating was introduced at the edge-regime of the finished tape in order to redirect the perpendicular component of self-field lines. In order to investigate the shielding effect on ac performance in HTS coil, a two-turn pancake coil comprised of Ni-coated Bi-2223/Ag tape is demonstrated in the present article. About 6.4% of critical current was enhanced and 30% of transport current ac loss was reduced by means of 40 μm thick and 0.3 mm long (from the edge toward center of the tape) Ni-coating. This result suggests that additional ferromagnetic loss could be compensated well by the shielding effect of the partial Ni-coating. The degree of enhancement in critical current as well as ferromagnetic impact on ac losses depend on the volume and geometry of ferromagnetic coating introduced. Therefore, it is very important to control the parameter of ferromagnetic coating of the tape in order to balance the critical current and ac loss for optimum coil performance.     

Indirect measurement of AC current distributions in HTS tapes by a pickup coil method

It is necessary to develop HTS conductors with a large current capacity and low AC loss characteristics for practical use of HTS power devices. For large capacity power applications, HTS tapes such as Bi-2223 tapes and YBCO coated conductors are assembled. So, it is important to evaluate the characteristics of current distributions in such assembled HTS tapes. However, an adequate measurement method has not been established. In this study, we have tried the development of an indirect measurement method to evaluate the current distributions in stacked HTS tapes. In this method, the current distributions are indirectly found from the results of the field distributions measured by a pickup coil located around the surface of the sample tapes. To confirm the accuracy and the sensitivity of this method, current distributions in a test conductor made of copper tapes are measured. Numerical and measured current distributions are compared. Using this method, the current distributions in stacked Bi-2223 tapes are measured at room temperature and 77 K. On the basis of the obtained results, the characteristics of the AC current distributions in the HTS tapes are discussed.     

Bi2223/Ag带HTS双饼线圈中的接头焊接

降低双饼线圈间的搭接电阻 ,可有效提高 HTS磁体的稳定性并降低制冷费用。文中在分析影响搭接电阻因素的基础上 ,对双饼线圈间的焊接工艺和接头性能进行了实验研究 ,结果表明所用焊接技术满足磁体稳定运行的要求     

Bi2223/Ag带小型高温超导实验磁体设计

Bi2223／Ag带材的强各向异性决定了其临界电流对垂直于带材表面的磁场非常敏感，这是该带材在高温超导磁体等强电应用方面的不利因素。我们从减小磁体最大径向场BRmax对磁体运行电流的影响、充分利用超导材料的原则出发，讨论了高温超导磁体的设计方法。在小型Bi2223／Ag实验磁体的设计中，根据对径向磁场的计算、分析，确定了磁体的工作点。     

Bi-2223带材有阻焊接接头电阻特性的研究

本文针对Bi-2223/Ag带材接头有阻焊接展开研究,考虑大电流时超导I~V特性非线性影响,建立焊接接头电阻特性的有限元计算模型,总结出不同搭接距离和焊锡层厚度对接头电阻的影响规律,并着重分析了接头电阻对临界电流的影响,最终通过实验验证了理论分析得到的一些基本规律.为降低Bi-2223/Ag带材接头电阻对高温超导磁体运行时的不利影响,实际焊接时搭接距离应保证在7~10cm以上.     

电磁优化对提高Bi2223/Ag超导磁体性能的研究

在Bi2223/Ag超导磁体里,磁场的径向分量是限制其超导带临界电流和性能的主要因素之一.我们用有限元方法分析了螺线管超导磁体场强的分布,发现磁体两端磁场的径向分量最大,通过在其两端增加铁磁性导磁结构,优化其磁场分布,降低磁体端部径向磁场强度,提高了磁体的临界电流,增强了超导磁体承受过电流脉冲冲击的能力,并有效地加速了磁体在过电流冲击后的恢复速度.     

控轧控冷技术应用在Bi-2223／Ag超导带材制备过程中的研究

控轧控冷技术在钢铁中厚板材的应用已趋成熟，采用控轧控冷技术制备的中厚板材具有组织均匀、晶粒细小、机械性能高等优点．Bi-2223／Ag超导带材制备过程需经过多次反复的热处理和中间轧制过程，本文结合控轧控冷工艺特点，通过控制带材中间轧制制度和控制热处理冷却速度，研究了压下量和冷却条件对Bi-2223相变和其微观结构的影响，并借助SEM、XRD等方法对带材样品进行了观察，实验结果表明：合理的控轧控冷条件能够改善Bi-2223／Ag的微观结构并能够有效提高其电性能．这为控轧控冷技术在Bi-2223／Ag超导带材制备中的应用提供了初步理论依据，同时为形变热处理工艺提供了新的优化方向．