一种新型高温超导方形线的制备及基础特性研究

为了减小外界磁场对超导带材性能的影响,一些新型结构例如堆叠、换位、扭绞等高温超导线被广泛研究,在此基础上,提出一种制备新型高温超导方形线的工艺且制备了若干新型超导方形线样品。首先,将宽度为4mm的高温超导带材分切为1mm宽的超导窄带,同时将数根超导窄带堆叠、焊接成一根超导方形线。为了验证工艺的可行性,制备了若干高温超导方形线样品并对其基本特性进行了研究。结果表明,两组样品的临界电流分别为170A与255A,且临界电流曲线呈现出良好的超导特性。从椭圆和薄带方程的理论模型分析,其自场损耗的测试结果与理论结果基本一致。另外,同时对超导方形线的弯曲直径和轴向张力进行了测试,表明,样品的最小弯曲直径与最大轴向张力分别为60mm和350N。高温超导方形线的这些特性基本可以满足在高温超导电力设备的应用中。     

聚变堆磁体的堆叠型REBCO超导股线研制

第二代高温超导(REBCO)带材的载流能力高、临界磁场强,在磁约束聚变堆磁体领域拥有良好的应用前景。为实现REBCO超导股线在未来聚变堆磁体中的应用,介绍了采用2 mm宽超导带材的堆叠型股线结构,研究了堆叠型超导股线的制备工艺,并制备了多条超导股线样品。在液氮、自场条件下,测得20层堆叠型超导股线的平均临界电流约为948 A。通过研究堆叠型超导股线的电-力学性能,获得该股线临界电流下降至95%I_c时的弯曲半径、扭转节距及抗压强度分别为13.7 cm、100 cm和130 MPa。     

窄堆线的堆叠方式对高温超导管内电缆导体临界电流的影响

为了提高超导缆线的结构性能,将利用2mm宽的超导带材形成窄堆线,并将其嵌入到开槽铝管中,制备成一种基于窄堆线的高温超导管内电缆导体。通过临界电流测量实验,研究了不同带材根数和不同扭绞节距对高温超导管内电缆导体临界电流的影响。结果表明,扭绞节距一定时,带材堆叠根数越多,临界电流折损率越大;当扭绞节距最小为100mm时,超导窄堆线依旧能保持良好超导特性,且临界电流未发生较大折损。     

高温超导焊接堆叠缆的弯曲特性研究

由多根REBCO带材堆叠焊接而成的高温超导电缆是高载流电缆结构之一,有望在未来应用于高场磁体和超导装置。为了研究堆叠缆的弯曲特性,首先进行了不同半径下单根带材的弯曲测试,通过经验公式拟合得到了应变-电流关系曲线。超导层受压缩应变的弯曲性能优于受拉伸应变,且当应变大于临界应变时拟合良好。然后实验测量了不同弯曲半径下面对面和背靠背两种堆叠方式电缆的临界电流。计算了堆叠缆各超导层受到的应变,利用拟合方程分析了电缆的弯曲载流性能。结果表明,面对面堆叠缆的初始临界电流比背靠背堆叠缆更小,其临界弯曲半径也更小。缆弯曲载流的测试结果和计算结果吻合较好,利用应变-电流关系计算堆叠缆弯曲载流具有一定参考意义。     

双根并联高温超导方形线的电流分布研究

高温超导方形线(Soldered-Stacked-Square HTS wire)作为新型二代高温超导带材,凭借优越的电磁及机械特性,在电力领域具有可期应用前景。为进一步提升线材的通流能力,通常会将多根超导方形线并联使用。而临界电流与电流分布是影响并联结构性能的重要因素,因此本文通过实验测量比较了双根超导方形线接触并联与非接触并联时的临界电流,并利用有限元仿真模型与Simulink仿真模型对并联结构临界电流进行计算,详细分析了方形线间的电流分布及其影响因素。结果表明,超导方形线并联使用时接头接触电阻会引起并联结构中电流分布不均匀,若方形线间直接接触则面间接触电阻会造成并联结构电压整体抬升,此时1μV/cm的失超判据不再适用,可通过超导-正常态转换判据来确定临界电流。     

准各向同性高温超导股线的弯曲特性研究

主要研究了各向同性高温超导股线在77K、自场下的弯曲特性。首先阐述了各向同性高温超导股线的结构特点,分析了在弯曲状态下股线内部超导体不同区域的弯曲情况并建立了单根带材侧向弯曲的几何模型。在此基础上,对单根带材样品进行侧向弯曲实验,测量其在不同弯曲半径下的临界电流并分析其衰减情况,得到带材的临界弯曲半径。然后对各向同性高温超导股线样品进行弯曲特性实验,确定了超导股线的最小弯曲半径,该超导股线在电力传输及大型超导磁体方面具有潜在应用价值。     

高温超导带材的弯曲通流特性研究

高温超导带材的弯曲通流特性决定了超导线圈的临界电流大小。文中针对典型的铋系和钇系高温超导带材,设计了一套测量其弯曲通流能力的装置,研究了77K、自场下高温超导带材在不同弯曲直径下的临界电流,以及双面弯曲再拉直情况下临界电流的恢复特性,并对实验结果进行了分析。     

新型高温超导扭绞缆线的临界电流评估方法及其特性研究

高温超导缆线是研究各种大电流高温超导应用的基础.将超导材料通过不同方式组合成复合导体,不仅可以让缆线的载流量得到提升,更可以在机械强度和电磁特性等方面得到改善.在国内外众多研究缆线的团队中,上海交通大学超导团队提出了一种基于YBCO高温超导带材的新型高温超导扭绞缆线结构.这种结构在理论上不仅实现了载流量和机械强度的平衡,还通过扭绞改善了电磁特性[4-5].但是目前对于这种缆线的研究还处于起步阶段,特别是对其临界电流特性的研究.因此为了研究新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性,本文从新型高温超导扭绞缆线的结构出发,通过仿真和实验两个角度对新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性进行研究.在仿真方面,用H方程法计算缆线的临界电流,并探究扭绞节距是否会对临界电流的衰减产生影响.在实验方面,研究出了一种最适合于该缆线结构的临界电流评估方法“SVWE-copperwire-TU”.并用该方法测量了新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性.本研究的结论对于后续制作更大电流的新型高温超导扭绞缆线具有重要意义.     

具有不同扭距的堆叠扭绞型复合导体临界电流特性分析

根据高温超导堆叠扭绞型复合导体的结构参数,研究堆叠带材根数及扭绞节距对其临界电流特性的影响。首先阐述了堆叠扭绞型复合导体的结构特点,据此设计并制作实验样品。在77K、自场下,对采用不同根数超导带材复合而成的导体样品,分别测试其在多个扭绞节距下的临界电流。通过实验测试可得,随着扭转角度的增大,导体的临界电流不断衰减,且堆叠带材的数量越多,导体的临界节距越大。     

窄丝化工艺对第二代高温超导带材临界电流特性的影响

超导带材应用于超导电力设备时,其临界电流特性受外界交变磁场大小和方向的影响,展现出明显的各向异性.为了减小外场对超导带材的影响,本文通过窄丝化工艺将4 mm宽的高温超导带材分切成2 mm宽的高温超导细丝.本文通过冷热循环疲劳测试实验和带材显微观察两个角度相互验证,对2 mm超导细丝临界电流性能做了具体评估.创新性地提出...     

高温超导方形线分块均一化H模型的数值研究

在对高温超导方形线的电磁特性进行有限元仿真时,针对方形线区域电流密度差异较大这一特征,在现有均一化技术的基础上提出了分块均一化方法,通过建立基于H方程的二维数值模型,从临界电流和交流损耗两个角度对其效果进行了评估,结果表明不同均一化模型得到的临界电流结果相近,但分块均一化模型得到的交流损耗结果具有更高的精度,验证了该方法的可行性,为后续方形线的三维复杂结构仿真提供了一种简化方法。     

MgB_2/Nb/Cu多芯线材的力学性能研究

实验中对采用原位法粉末装管工艺(in-situ PIT)制备的Nb芯增强,6芯、12芯和36芯等多种导体结构的Nb/Cu复合包套MgB2多芯超导线材的力学性能进行了针对性地研究;设计并加工了一套专门用于低温下MgB2线带材弯曲应力测试的样品架;研究了MgB2线带材的临界电流随弯曲应力的变化性能;同时研究了室温及低温条件下的拉伸对MgB2线材超导电性的影响。力学性能分析表明,所制备的Nb芯增强6芯MgB2超导线材在弯曲直径为80mm以上时,超导临界传输电流没有出现明显的退降,同时该线材的拉伸力学性能也比未增强线材有明显的改善。     

Bi-2212超导线临界性能研究

Bi-2212高温超导线是目前高温超导材料中唯一可以制成圆线的超导材料,这为使用其绞制超导电缆,制备CICC导体提供了可能性。因此,需要研究其各种性能,为今后导体设计和运行参数设定提供依据。临界电流和n值是衡量超导线性能的主要参数,采用四引线法测量了西北有色金属研究院使用粉末穿管法(PIT)制备的Bi-2212超导线在0-12T背景磁场中临界电流和n值,用Asterisk给出的定标率公式对临界电流随磁场变化率关系进行了拟合并加以分析。     

国产MOCVD-YBCO带材高温超导线圈研制与磁场温度特性研究

超导磁体的场强与超导材料的载流能力、磁体口径和低温环境有密切关系.为了在中高温区域实现高磁场强度的超导磁体,采用国产第二代高温超导带材,成功绕制出内直径为100 mm的高温超导线圈.该超导线圈在77,65,55和46 K不同温区下进行了性能测试,其最大运行电流分别为65,147,257和338 A,对应的中心磁场强度分别为0.78,1.77,3.1和4.08 T.所研制的超导线圈的中平面上磁场基本一致.     

采用飞秒激光制备REBCO超导带材微桥结构的研究

采用飞秒激光器制备了基于第二代高温超导带材(REBCO)的微桥结构。激光共聚焦显微镜以及扫描电镜进行表征,结果表明微桥刻蚀区超导层被完全刻蚀,可以有效约束电流的通路。此外,开展了液氮温区自场条件下临界电流测试,临界电流成比例缩小,n值稍有减少。研究结果表明,采用飞秒激光器制备高质量高鲁棒性的微桥,可以极大的提高效率,为后续进一步在极端条件下测试具有较高载流能力的高温超导带材样品奠定基础。     

新型高温超导复合导体的磁场仿真与实验分析

针对兆伏安级容量的超导变压器,通过绕组初步设计,考虑导体的电流密度、载流量和交流损耗,提出面向大容量超导变压器应用的新型超导复合导体结构,介绍了含内外超导层的新型高温超导复合导体的结构。引入电流矢量T和磁矢量势A的方法,考虑临界电流密度J_c和磁场B的关系,建立了导体不对称三维数值载流模型,计算分析了不同结构参数对导体临界电流的影响规律。通过绕制的新型高温超导复合导体短样,在液氮环境下对其自场临界电流进行了测量,计算结果和实验结果基本吻合,验证了模型的合理性。     

背景磁场下Y系超导带材临界电流的测量

高温超导电力装置一般工作于低磁场情况下,测量超导带材在低场下的临界电流特性非常重要.文中通过自行设计的实验平台,采用四引线法对Y系超导带材低场下的临界电流特性进行了测量,得到了带材临界电流随外加磁场变化的曲线,并与Bi系带材低场下的临界电流特性进行比较.     

不同温区下准各向同性超导股线传输损耗研究

对第二代高温超导带材堆叠的准各向同性高温超导股线进行仿真，研究其在不同温区下的交流损耗。首先采用自洽模型获得20 K至77.5 K下超导股线的自场临界电流和磁场分布，然后通过T-A算法计算超导股线在不同温区下的传输不同幅值、频率的传输交流损耗。仿真结果表明，准各向同性高温超导股线在不同温区下的传输交流损耗与传输电流大小成正比，且温度越低传输交流损耗越大；不同温区下超导股线的传输损耗与频率无关。这对准各向同性超导股线应用于高场强磁体的冷却系统效率及热负荷的预估具有重要的参考意义。     

高阶高温超导量子干涉器件平面式梯度计的设计

设计了一种高温超导平面式梯度计的探测线圈，利用这种探测线圈与超导量子干涉器件(SQ UID)耦合，可以制成二阶或更高阶的高温超导SQUID平面式磁场梯度计.设计的探测线 圈由两个闭合环路组成，每个闭合环路是由若干个环路通过细小的连接通道连接而成.两个 闭合环路由一条超导窄带分割，将SQUID与这条超导窄带耦合可以测出超导窄带上的电流大 小.通过调整各个环路的形状、面积和位置，可以使超导窄带上的电流与磁场的高阶梯度成 正比，从而测得磁场的高阶梯度. 通过计算，得到了各个环路的面积、电感以及位置的关 系，在理 关键词： 高阶平面式磁场梯度计 高温超导薄膜     

不同热处理条件下Bi-2212超导线材的临界性能研究

Bi-2212高温超导材料在4.2K具有优异的磁场载流性能,并且是目前高温超导材料当中唯一可制备成各向同性圆线的材料,可以绞制成大电流的CICC电缆,也是大型超强磁场磁体的首选材料之一。高压热处理技术可以大幅提高材料超导性能。临界电流与n值是超导导线的主要性能参数。本文测量了两组分别经过常压和高压热处理的超导线在不同背景磁场中的临界电流和n值。测试所用Bi-2212导线是以Ag和Ag/Mg合金为基体,采用粉末装管法制备而成,两组导线在890℃下经不同压强热处理。从对比的数据中定性地分析热处理压强和超导线性能之间的关系。