本發(fā)明屬于超導(dǎo)磁體應(yīng)用領(lǐng)域，特別提出一種基于ReBCO涂層導(dǎo)體片的類比特超導(dǎo)磁體。

背景技術(shù)：

強磁場是科學(xué)研究的重要極端條件，研究不同磁場強度的強磁場試驗裝置，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供不同的實驗途徑。隨著超導(dǎo)技術(shù)的快速發(fā)展，不論是商業(yè)發(fā)展還是實驗設(shè)計上都需要越來越強的磁場強度來測試材料的各種特性。目前，不論在國際上還是在國內(nèi)，所設(shè)計的磁體能提供的磁場強度大多達不到45T，而且成本代價很高。根據(jù)比特磁體(Bitter‐magnet)和高溫超導(dǎo)ReBCO涂層導(dǎo)體的特性，將兩者的模型應(yīng)用到類比特超導(dǎo)磁體設(shè)計中，為高磁場強度的制備提供一種新型的方法。

比特磁體是研究不同磁場強度的強磁場的重要的實驗裝置，其在低溫條件下可以產(chǎn)生很強磁場。比特磁體制備強磁場所需的功率的數(shù)量級達到幾十兆瓦，而且，需要的電流達到幾萬安培，故比特磁體的功率損耗很大，成本代價很高，難以應(yīng)用推廣。近幾年來，ReBCO(稀土系鋇銅氧，Re為Y、Sm或Nd)涂層導(dǎo)體的制備技術(shù)取得了重大進展，ReBCO涂層導(dǎo)體具有上臨界磁場高、臨界電流密度大、交流損耗低等優(yōu)點，而且，ReBCO涂層導(dǎo)體在超導(dǎo)狀態(tài)下可以無阻的傳輸電流。故此，提出以ReBCO涂層導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的ReBCO涂層導(dǎo)體片作為類比特超導(dǎo)磁體傳輸電流的部分，利用類比特超導(dǎo)磁體制備強磁場，具有結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，參數(shù)易調(diào)整的優(yōu)點。因此提出一種基于ReBCO涂層的類比特超導(dǎo)磁體，包括類比特超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)，類比特超導(dǎo)磁體的焊接，類比特超導(dǎo)磁體的嵌套三部分。作為產(chǎn)生強磁場的裝置，類比特超導(dǎo)磁體不僅能夠輸出強的磁感應(yīng)強度，而且輸出的強磁場穩(wěn)定，同時還具有結(jié)構(gòu)緊湊、便于實現(xiàn)多級嵌套、常規(guī)絕緣容易處理等優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于ReBCO涂層導(dǎo)體片的類比特超導(dǎo)磁體，其特征在于，所述類比特超導(dǎo)磁體為圓柱體型，包括超導(dǎo)片、絕緣片、超導(dǎo)引線片和固定裝置，其中先在第一超導(dǎo)引線片下面按照絕緣片、超導(dǎo)片的順序依次堆疊數(shù)片，并且相鄰的超導(dǎo)片之間進行焊接，然后在最后一片超導(dǎo)片下面放置絕緣片，在下面絕緣片放置第二超導(dǎo)引線片，并最后一片超導(dǎo)片和第二超導(dǎo)引線片焊接，然后上下各加法蘭，將3根定位拉桿穿過各片的定位孔，將各片固定在一起形成完整的單個類比特超導(dǎo)磁體；或?qū)蝹€類比特超導(dǎo)磁體通過調(diào)整其內(nèi)外半徑的大小進行相互嵌套，從而實現(xiàn)將多級類比特超導(dǎo)磁體嵌套成一個組合超導(dǎo)磁體；所述超導(dǎo)片和絕緣片上有打定位孔或不打定位孔的2種實施方案。

所述超導(dǎo)片采用與第二代高溫超導(dǎo)涂層相同的襯底材料制作出方形的片狀襯底；按照尺寸將方形的片狀襯底切割成內(nèi)外半徑不同的圓環(huán)片狀，并對稱開定位孔或不打定位孔；沿徑向開切口，切口位置與超導(dǎo)片間的焊接角度相關(guān)，不同超導(dǎo)片的切口位置不同；接著采用現(xiàn)成的第二代高溫超導(dǎo)緩沖層制備工藝在圓環(huán)上沉積緩沖層；然后在緩沖層上采用現(xiàn)成的第二代高溫超導(dǎo)薄膜涂層技術(shù)在緩沖層上鍍上ReBCO薄膜，接著鍍銀、銅薄膜保護層，以此形成具有圓環(huán)片狀的超導(dǎo)片；其中襯底材料為Ni、NiW、哈氏合金板材料或不銹鋼材料；所述第二代高溫超導(dǎo)緩沖層制備工藝為現(xiàn)有的離子束輔助沉積技術(shù)(IBAD)或傾斜基底沉積(ISD)技術(shù)；所述第二代高溫超導(dǎo)薄膜涂層技術(shù)為現(xiàn)有的金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、脈沖激光沉積法(PLD)或濺射法。

所述絕緣片采用現(xiàn)有的PPLP絕緣材料、有機絕緣薄膜、牛皮紙或環(huán)氧薄片；絕緣片的大小與超導(dǎo)片相同，同樣地，也在絕緣片上打有和超導(dǎo)片一樣的中心孔；也在絕緣片上打或不打定位孔，絕緣片表面切口，切口的角度以相鄰超導(dǎo)片的焊接留出一定的位置為準。

所述超導(dǎo)引線片為內(nèi)外半徑與超導(dǎo)片一樣的圓環(huán)片狀結(jié)構(gòu)，制作工藝與超導(dǎo)片相同，且在圓環(huán)部分的外側(cè)一端伸出矩形端，焊接電源引線，其中，在襯底1上沉積緩沖層1‐3；然后在緩沖層上鍍上ReBCO薄膜1‐2，接著鍍銀、銅薄膜保護層1‐1。

一種基于ReBCO涂層導(dǎo)體片的類比特超導(dǎo)磁體，其特征在于，所述超導(dǎo)片和絕緣片上打有定位孔的結(jié)構(gòu)方案；首先，在上法蘭9下面放置第一超導(dǎo)引線片1，將第一超導(dǎo)引線片1涂有ReBCO層的一面朝下，再將第一絕緣片2插入超導(dǎo)引線片1下面，第一絕緣片2的切口12的一邊對準第一超導(dǎo)引線片1電流傳輸向下側(cè)的切口10，將第一超導(dǎo)片3涂有ReBCO層的一面朝上，并放在第一絕緣片2下面；將第一超導(dǎo)片3涂有ReBCO層的一面與第一超導(dǎo)引線片1涂有ReBCO層的一面“面對面”焊接，焊接位置為第一絕緣片2的切口位置；將第二絕緣片4插在第一超導(dǎo)片3下面，第二絕緣片4的切口的一邊對準第一超導(dǎo)片3電流傳輸向下側(cè)的切口，再將第二超導(dǎo)片5插在第二絕緣片4下面，第二超導(dǎo)片5涂有ReBCO層的一面朝下，穿過第二絕緣片4的切口，使第二超導(dǎo)片涂5有ReBCO層的一面與第一超導(dǎo)片涂有ReBCO層的一面“面對面”焊接；第二絕緣片4的切口位置較第一絕緣片2的切口位置旋轉(zhuǎn)了一定的角度；第三絕緣片6放在第二超導(dǎo)片5下面，依此類推，同樣地按照一片超導(dǎo)片與一絕緣片堆疊數(shù)片，并進行超導(dǎo)片的焊接，到最后一組超導(dǎo)片、絕緣片時，在其絕緣片下面接著堆疊第二超導(dǎo)引線片7和下法蘭8，并將最后一片超導(dǎo)片涂有ReBCO的一面和第二超導(dǎo)引線片7涂有ReBCO的一面“面對面”焊接；然后將3根定位拉桿10穿過各片的定位孔11，將各片固定在一起形成完整的類比特超導(dǎo)磁體。

一種基于ReBCO涂層導(dǎo)體片的類比特超導(dǎo)磁體，其特征在于，其特征在于，所述超導(dǎo)片和絕緣片上不打定位孔的結(jié)構(gòu)方案；將第一超導(dǎo)引線片1涂有ReBCO層的一面朝下，再將第一絕緣片2插入超導(dǎo)引線片1下面，第一絕緣片2的切口10的一邊對準第一超導(dǎo)引線片1電流傳輸向下側(cè)的切口10，將第一超導(dǎo)片3涂有ReBCO層的一面朝上，并放在第一絕緣片2下面；將第一超導(dǎo)片3涂有ReBCO層的一面與第一超導(dǎo)引線片1涂有ReBCO層的一面“面對面”焊接，焊接位置為第一絕緣片2的切口位置；將第二絕緣片4插在第一超導(dǎo)片3下面，第二絕緣片4的切口的一邊對準第一超導(dǎo)片3電流傳輸向下側(cè)的切口，再將第二超導(dǎo)片5插在第二絕緣片4下面，第二超導(dǎo)片5涂有ReBCO層的一面朝下，穿過第二絕緣片4的切口，使第二超導(dǎo)片涂5有ReBCO層的一面與第一超導(dǎo)片涂有ReBCO層的一面“面對面”焊接；第二絕緣片4的切口位置較第一絕緣片2的切口位置旋轉(zhuǎn)了一定的角度，以切口位置來實現(xiàn)各片的定位；再將第三絕緣片6放在第二超導(dǎo)片5下面，依此類推，同樣地按照一片超導(dǎo)片與一絕緣片堆疊數(shù)片，并進行超導(dǎo)片的焊接，到最后一組超導(dǎo)片、絕緣片時，在其絕緣片下面接著堆疊第二超導(dǎo)引線片7，并將最后一片超導(dǎo)片涂有ReBCO的一面和第二超導(dǎo)引線片7涂有ReBCO的一面“面對面”焊接；然后將上法蘭9放置在第一超導(dǎo)引線片1上面，將下法蘭8放置在第二超導(dǎo)引線片7下面；其中上下法蘭上面的定位孔圓的直徑大于超導(dǎo)片的外徑，3根定位拉桿12穿過上下法蘭的定位孔14將組成組裝的類比特超導(dǎo)磁體的各片壓緊固定。

所述上下法蘭的內(nèi)半徑的尺寸與超導(dǎo)片的內(nèi)半徑的尺寸相同，外半徑的尺寸比超導(dǎo)片要略大一些，在其比超導(dǎo)片的表面積多的外圍面積處，對稱開3個定位孔。

一種基于ReBCO涂層導(dǎo)體片的類比特超導(dǎo)磁體的嵌套組合，其特征在于，將類比特超導(dǎo)磁體設(shè)計為不同的內(nèi)外半徑，通過調(diào)整類比特超導(dǎo)磁體的內(nèi)外半徑的大小，得到不同尺寸的類比特超導(dǎo)磁體；將內(nèi)類比特超導(dǎo)磁體嵌套于內(nèi)半徑大于內(nèi)類比特超導(dǎo)磁體外半徑的外類比特超導(dǎo)磁體內(nèi)，即實現(xiàn)不同內(nèi)外半徑的單個類比特超導(dǎo)磁體的組合嵌套，依次類推，能夠?qū)崿F(xiàn)多個類比特超導(dǎo)磁體的嵌套。

所述類比特超導(dǎo)磁體的固定裝置包括固定超導(dǎo)片和絕緣片中的定位拉桿和上下法蘭；選擇常用的不銹鋼、環(huán)氧玻璃鋼作為磁體的固定裝置的材料，在拉桿的外層包裹環(huán)氧樹脂薄膜或絕緣漆作為絕緣層。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用ReBCO涂層材料制作超導(dǎo)圓環(huán)片，拓展了高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用范圍；類比特超導(dǎo)磁體不僅能產(chǎn)生強的磁感應(yīng)強度，輸出穩(wěn)定，而且能在更高的電流密度下運行，并產(chǎn)生更高的磁場梯度；另外，類比特超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，在大空間產(chǎn)生高磁場而只消耗很少的電能，類比特超導(dǎo)磁體在超導(dǎo)磁體方面具有廣泛的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為超導(dǎo)片和絕緣片上打定位孔(方案1)的單個類比特超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為超導(dǎo)片和絕緣片上不打定位孔(方案2)的單個類比特超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為類比特超導(dǎo)磁體的嵌套組合結(jié)構(gòu)示意圖，其中a為俯視圖；b為剖面圖。

圖4為超導(dǎo)片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為超導(dǎo)引線片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為絕緣片的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種基于ReBCO涂層導(dǎo)體片的類比特超導(dǎo)磁體。本發(fā)明類比特超導(dǎo)磁體為圓柱體型，包括超導(dǎo)片、絕緣片、超導(dǎo)引線片和固定裝置，其中先在第一超導(dǎo)引線片下面按照絕緣片、超導(dǎo)片的順序依次堆疊數(shù)片，并且相鄰的超導(dǎo)片之間進行焊接，然后在最后一片超導(dǎo)片下面放置絕緣片，在下面絕緣片放置第二超導(dǎo)引線片，并最后一片超導(dǎo)片和第二超導(dǎo)引線片焊接，然后上下各加法蘭，將3根定位拉桿穿過各片的定位孔，將各片固定在一起形成完整的單個類比特超導(dǎo)磁體；或?qū)蝹€類比特超導(dǎo)磁體通過調(diào)整其內(nèi)外半徑的大小進行相互嵌套，從而實現(xiàn)將多級類比特超導(dǎo)磁體嵌套成一個組合超導(dǎo)磁體；所述超導(dǎo)片和絕緣片上有打定位孔或不打定位孔的2種實施方案。下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1，超導(dǎo)片和絕緣片上打有定位孔的結(jié)構(gòu)方案

圖1所示為超導(dǎo)片和絕緣片上打定位孔(方案1)的單個類比特超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中所示，在上法蘭9下面放置第一超導(dǎo)引線片1，將第一超導(dǎo)引線片1涂有ReBCO層的一面朝下，再將第一絕緣片2插入超導(dǎo)引線片1下面，第一絕緣片2的切口10的一邊對準第一超導(dǎo)引線片1電流傳輸向下側(cè)的切口10，將第一超導(dǎo)片3涂有ReBCO層的一面朝上，并放在第一絕緣片2下面；將第一超導(dǎo)片3涂有ReBCO層的一面與第一超導(dǎo)引線片1涂有ReBCO層的一面“面對面”焊接，焊接位置為第一絕緣片2的切口位置；將第二絕緣片4插在第一超導(dǎo)片3下面，第二絕緣片4的切口的一邊對準第一超導(dǎo)片3電流傳輸向下側(cè)的切口，再將第二超導(dǎo)片5插在第二絕緣片4下面，第二超導(dǎo)片5涂有ReBCO層的一面朝下，穿過第二絕緣片4的切口，使第二超導(dǎo)片涂5有ReBCO層的一面與第一超導(dǎo)片涂有ReBCO層的一面“面對面”焊接；第二絕緣片4的切口位置較第一絕緣片2的切口位置旋轉(zhuǎn)了一定的角度；第三絕緣片6放在第二超導(dǎo)片5下面，第三絕緣片6下面接著堆疊第二超導(dǎo)引線片7和下法蘭8，并將第二超導(dǎo)片5涂有ReBCO的一面和第二超導(dǎo)引線片7涂有ReBCO的一面“面對面”焊接；然后將3根定位拉桿12穿過各片的定位孔14，將各片固定在一起形成完整的類比特超導(dǎo)磁體。

實施例2，超導(dǎo)片和絕緣片上不打定位孔的結(jié)構(gòu)方案

圖2所示為超導(dǎo)片和絕緣片上不打定位孔的單個類比特超導(dǎo)磁體(方案2)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中所示，將第一超導(dǎo)引線片1涂有ReBCO層的一面朝下，再將第一絕緣片2插入超導(dǎo)引線片1下面，第一絕緣片2的切口10的一邊對準第一超導(dǎo)引線片1電流傳輸向下側(cè)的切口10，將第一超導(dǎo)片3涂有ReBCO層的一面朝上，并放在第一絕緣片2下面；將第一超導(dǎo)片3涂有ReBCO層的一面與第一超導(dǎo)引線片1涂有ReBCO層的一面“面對面”焊接，焊接位置為第一絕緣片2的切口位置；將第二絕緣片4插在第一超導(dǎo)片3下面，第二絕緣片4的切口的一邊對準第一超導(dǎo)片3電流傳輸向下側(cè)的切口，再將第二超導(dǎo)片5插在第二絕緣片4下面，第二超導(dǎo)片5涂有ReBCO層的一面朝下，穿過第二絕緣片4的切口，使第二超導(dǎo)片涂5有ReBCO層的一面與第一超導(dǎo)片涂有ReBCO層的一面“面對面”焊接；第二絕緣片4的切口位置較第一絕緣片2的切口位置旋轉(zhuǎn)了一定的角度，以切口位置來實現(xiàn)各片的定位；再將第三絕緣片6放在第二超導(dǎo)片5下面，在絕緣片6下面接著堆疊第二超導(dǎo)引線片7，并將第二超導(dǎo)片涂有ReBCO的一面和第二超導(dǎo)引線片7涂有ReBCO的一面“面對面”焊接；然后將上法蘭9放置在第一超導(dǎo)引線片1上面，將下法蘭8放置在第二超導(dǎo)引線片7下面；其中上下法蘭的內(nèi)半徑的尺寸與超導(dǎo)片的內(nèi)半徑的尺寸相同，外半徑的尺寸比超導(dǎo)片要略大一些，在其比超導(dǎo)片的表面積多的外圍面積處，對稱開3個定位孔。3根定位拉桿12穿過上下法蘭的定位孔14將組成組裝的類比特超導(dǎo)磁體的各片壓緊固定。

實施例3，類比特超導(dǎo)磁體的嵌套組合結(jié)構(gòu)

圖3所示為類比特超導(dǎo)磁體的嵌套組合結(jié)構(gòu)示意圖，其中a為俯視圖；b為剖面圖；圖中所示，將類比特超導(dǎo)磁體設(shè)計為不同的內(nèi)外半徑，通過調(diào)整類比特超導(dǎo)磁體的內(nèi)外半徑的大小，得到不同尺寸的類比特超導(dǎo)磁體；實現(xiàn)將不同內(nèi)外半徑的單個類比特超導(dǎo)磁體的組合嵌套，依次類推，能夠?qū)崿F(xiàn)多個類比特超導(dǎo)磁體的嵌套。本實施例以內(nèi)類比特超導(dǎo)磁體CT1和外類比特超導(dǎo)磁體CT2的嵌套為例進行說明：CT1嵌套在CT2內(nèi)，實現(xiàn)2個類比特超導(dǎo)磁體的嵌套。首先，制作出2個內(nèi)外半徑不同的類比特超導(dǎo)磁體，內(nèi)類比特超導(dǎo)磁體CT1的外半徑r7要略小于外類比特超導(dǎo)磁體CT2的內(nèi)半徑r8，兩個類比特超導(dǎo)磁體的間距d1即是r8‐r7的差值，在幾毫米左右；r6‐-內(nèi)類比特超導(dǎo)磁體的內(nèi)半徑；r9‐-外類比特超導(dǎo)磁體的外半徑；r10為各類比特超導(dǎo)磁體的定位孔的半徑；然后，將第2個磁體套在第1個的外部。

所述類比特超導(dǎo)磁體的固定裝置包括固定超導(dǎo)片和絕緣片中的定位拉桿12和上法蘭9，下法8；選擇常用的不銹鋼、環(huán)氧玻璃鋼作為磁體的固定裝置的材料，在定位拉桿12的外層包裹環(huán)氧樹脂薄膜或絕緣漆作為絕緣層。

圖4所示為超導(dǎo)片的結(jié)構(gòu)示意圖。所述超導(dǎo)片采用與第二代高溫超導(dǎo)涂層相同的襯底材料制作出方形的片狀襯底；按照尺寸將方形的片狀襯底切割成內(nèi)外半徑為r1和r2的圓環(huán)片狀，并對稱開3個半徑為r3的定位孔14，沿徑向切口10，切口角度與超導(dǎo)片間的焊接角度相關(guān)，切口的寬度為并對稱開定位孔或不打定位孔14；沿徑向開切口10，切口位置與超導(dǎo)片間的焊接角度相關(guān)，不同超導(dǎo)片的切口位置不同；接著采用現(xiàn)成的第二代高溫超導(dǎo)緩沖層制備工藝在圓環(huán)上沉積緩沖層1‐3；然后在緩沖層上采用現(xiàn)成的第二代高溫超導(dǎo)薄膜涂層技術(shù)在緩沖層上鍍上ReBCO薄膜1‐2，接著鍍銀、銅薄膜保護層1‐1，以此形成具有圓環(huán)片狀的超導(dǎo)片；其中襯底材料為Ni、NiW、哈氏合金板材料或不銹鋼材料；所述第二代高溫超導(dǎo)緩沖層制備工藝為現(xiàn)有的離子束輔助沉積技術(shù)(IBAD)或傾斜基底沉積(ISD)技術(shù)；所述第二代高溫超導(dǎo)薄膜涂層技術(shù)為現(xiàn)有的金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、脈沖激光沉積法(PLD)或濺射法。

圖5所示為超導(dǎo)引線片的結(jié)構(gòu)示意圖。所述超導(dǎo)引線片為內(nèi)外半徑與超導(dǎo)片一樣的圓環(huán)片狀結(jié)構(gòu)，制作工藝與超導(dǎo)片相同，長度為g，寬度為h；在襯底1表面上沉積緩沖層1‐3；然后在緩沖層上采用現(xiàn)成的第二代高溫超導(dǎo)薄膜涂層技術(shù)在緩沖層上鍍上ReBCO薄膜1‐2，接著鍍銀、銅薄膜保護層1‐1。在超導(dǎo)引線片的圓環(huán)部分上打3個定位孔14，切口10角度與超導(dǎo)片的切口角度相同為

圖6所示為絕緣片的結(jié)構(gòu)示意圖。所述絕緣片采用現(xiàn)有的PPLP絕緣材料、有機絕緣薄膜、牛皮紙或環(huán)氧薄片；絕緣片的大小與超導(dǎo)片相同，同樣地，也在絕緣片上打有和超導(dǎo)片一樣的中心孔；也在絕緣片上打或不打定位孔，絕緣片表面切口，切口的角度以相鄰超導(dǎo)片的焊接留出一定的位置為準。