一种REBCO超导带材稳定层的制备方法

摘要

本发明公开了一种REBCO超导带材稳定层的制备方法，包括步骤：基带的一面上形成第一Ag稳定层，在基带的另一面上依次形成缓冲层、超导层、第二Ag稳定层；在第一Ag稳定层上形成第一金属稳定层，在第二Ag稳定层形成第二金属稳定层，第一金属稳定层和第二金属稳定层将其它各层包覆起来；Ag稳定层与金属稳定层之间以及边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层；再对金属稳定层的边沿采用热熔接技术进行加固形成热熔接焊接点。本发明解决了在超导层过流失超时发热而引起的金属稳定层与Ag稳定层之间以及上下金属稳定层边沿脱层的问题。

权利要求

1.一种REBCO超导带材稳定层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、准备基带，在所述基带的一面上形成第一Ag稳定层，在所述基带的另一面上形成缓冲层，在所述缓冲层上形成超导层，在所述超导层上形成第二Ag稳定层；

步骤二、在所述第一Ag稳定层上形成第一金属稳定层，在所述第二Ag稳定层形成第二金属稳定层，所述第一Ag稳定层、基带、缓冲层、超导层以及第二Ag稳定层的宽度比所述第一金属稳定层与第二金属稳定层的宽度窄，所述第一金属稳定层和第二金属稳定层将所述第一Ag稳定层、基带、缓冲层、超导层以及第二Ag稳定层包覆起来；

步骤三、所述第一Ag稳定层与所述第一金属稳定层之间通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层，所述第一Ag稳定层与所述第一金属稳定层的边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层；

所述第二Ag稳定层与所述第二金属稳定层之间过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层，所述第二Ag稳定层与所述第二金属稳定层的边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层；

步骤四、所述步骤三形成合金焊接层后，再对所述第一金属稳定层和第二金属稳定层的边沿采用热熔接技术进行加固形成热熔接焊接点，所述热熔接焊接点在所述第一金属稳定层和第二金属稳定层边沿呈等间距连续分布或密集成线状分布。

2.根据权利要求1所述的REBCO超导带材稳定层的制备方法，其特征在于，所述第一Ag稳定层与所述第二Ag稳定层的厚度均为2-5μm。

3.根据权利要求2所述的REBCO超导带材稳定层的制备方法，其特征在于，所述第一Ag稳定层与所述第二Ag稳定层的厚度与低熔点合金焊接的温度相配合，当所述第一Ag稳定层与所述第二Ag稳定层的厚度均为2-5μm时，所述低熔点合金焊接工艺的焊接温度为100-200℃。

4.根据权利要求3所述的REBCO超导带材稳定层的制备方法，其特征在于，所述第一Ag稳定层与所述第二Ag稳定层的厚度相等。

5.根据权利要求1或3所述的REBCO超导带材稳定层的制备方法，其特征在于，低熔点合金焊接形成所述合金焊接层，其中低熔点合金包括铅锡合金。

6.根据权利要求1所述的REBCO超导带材稳定层的制备方法，其特征在于，所述第一金属稳定层和第二金属稳定层包括Cu稳定层、覆Cu不锈钢稳定层。

7.根据权利要求1或6所述的REBCO超导带材稳定层的制备方法，其特征在于，对所述第一金属稳定层和第二金属稳定层边沿采用热熔接技术进行加固，热熔接焊接方式包括点焊、滚焊。

说明书

一种REBCO超导带材稳定层的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超导材料制备领域，具体涉及一种REBCO超导带材稳定层的制备方法。

背景技术

[0002] REBCO超导带材是近年发展起来的极具应用前景的高温超导带材，可广泛应用于制作超导限流器、超导磁体及电力电缆等。

[0003] REBCO超导带材的典型结构由基带、缓冲层、超导层和稳定层组成。其中，基带是整个超导带材的支撑体；缓冲层作用是为超导层的外延生长提供织构；超导层是电流的载体；稳定层作用是保护超导层，一般由Ag稳定层和金属稳定层组成，如图1所示。

[0004] 图1所示的是以传统粘合方法制备稳定层的超导带材的通常结构；其中，REBCO超导带材从上至下包括金属稳定层110、低熔点合金焊接层160、Ag稳定层120、基带130、缓冲层140、超导层150、Ag稳定层120、低熔点合金焊接层160、金属稳定层110，其中Ag稳定层120一般直接在基带130和超导层150上生长，金属稳定层110的宽度较其它各层宽，上下金属稳定层110可以将其它各层包覆起来，金属稳定层110与Ag稳定层120之间以及上下金属稳定层110边沿一般采用低熔点合金焊接层160焊接而成。

[0005] 采用传统的低熔点合金焊接技术，一方面由于低熔点合金的熔点较低，在超导层150过流失超时往往容易发热而使金属稳定层110与Ag稳定层120之间以及上下金属稳定层
110边沿在低熔点合金焊接层160处脱层，金属稳定层110与Ag稳定层120之间结合紧密程度较差。

[0006] 另一方面，有些超导应用(如超导限流器)需要超导带材的室温电阻控制在一定的范围内，通常室温电阻不能过低，并且需要经受大电流冲击(远远超过超导带材的临界电流)。大冲击电流的绝大部分需要通过金属稳定层110进行分流以保护超导层150，采用传统的低熔点合金焊接技术，大电流在经过具有较高室温电阻的金属稳定层110时容易发热而使金属稳定层110与Ag稳定层120以及上下金属稳定层110边沿在低熔点合金焊接层160处脱层并损坏带材，无法满足稳定性及可靠性的要求。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种REBCO超导带材稳定层的制备方法，本发明的制备方法对Ag稳定层的厚度和低熔点合金焊接技术进行优化，防止低熔点合金破坏Ag稳定层，有效的解决由于低熔点合金焊接技术和大冲击电流条件使金属稳定层与Ag稳定层脱层而损坏带材的问题。

[0008] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

[0009] 一种REBCO超导带材稳定层的制备方法，包括以下步骤：

[0010] 步骤一、准备基带，在所述基带的一面上形成第一Ag稳定层，在所述基带的另一面上形成缓冲层，在所述缓冲层上形成超导层，在所述超导层上形成第二Ag稳定层；

[0011] 步骤二、在所述第一Ag稳定层上形成第一金属稳定层，在所述第二Ag稳定层形成第二金属稳定层，所述第一Ag稳定层、基带、缓冲层、超导层以及第二Ag稳定层的宽度比所述第一金属稳定层与第二金属稳定层的宽度窄，所述第一金属稳定层和第二金属稳定层将所述第一Ag稳定层、基带、缓冲层、超导层以及第二Ag稳定层包覆起来；

[0012] 步骤三、所述第一Ag稳定层与所述第一金属稳定层之间通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层，所述第一Ag稳定层与所述第一金属稳定层的边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层；

[0013] 所述第二Ag稳定层与所述第二金属稳定层之间过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层，所述第二Ag稳定层与所述第二金属稳定层的边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层；

[0014] 步骤四、所述步骤三形成合金焊接层后，再对所述第一金属稳定层和第二金属稳定层的边沿采用热熔接技术进行加固形成热熔接焊接点，所述热熔接焊接点在所述第一金属稳定层和第二金属稳定层边沿呈等间距连续分布或密集成线状分布。

[0015] 优选地，所述第一Ag稳定层与所述第二Ag稳定层的厚度均为2-5μm。

[0016] 优选地，所述第一Ag稳定层与所述第二Ag稳定层的厚度与低熔点合金焊接的温度相配合，当所述第一Ag稳定层与所述第二Ag稳定层的厚度均为2-5μm时，所述低熔点合金焊接工艺的焊接温度为100-200℃。

[0017] 优选地，所述第一Ag稳定层与所述第二Ag稳定层的厚度相等。

[0018] 优选地，低熔点合金焊接形成所述合金焊接层，其中低熔点合金包括铅锡合金。

[0019] 优选地，所述第一金属稳定层和第二金属稳定层包括Cu稳定层、覆Cu不锈钢稳定层。

[0020] 优选地，对所述第一金属稳定层和第二金属稳定层边沿采用热熔接技术进行加固，热熔接焊接方式包括点焊、滚焊。

[0021] 本发明的有益效果是:

[0022] 其一、本发明涉及的REBCO超导带材稳定层的制备方法，相比传统的低熔点合金焊接技术，通过对金属稳定层边沿采用热熔接技术进行加固，可以解决在超导层过流失超时发热而引起的金属稳定层与Ag稳定层之间以及上下金属稳定层边沿脱层的问题。

[0023] 其二、本发明涉及的REBCO超导带材稳定层的制备方法，相比传统的低熔点合金焊接技术，通过对金属稳定层边沿采用热熔接技术进行加固，特别是在应用于对室温电阻以及大冲击电流有要求的场合下，可以满足其稳定性及可靠性的要求。

[0024] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0026] 图1是由传统超导带材稳定层制备方法制备的带材的结构示意图；

[0027] 图2是由本发明的方法制备的带材的结构示意图；

[0028] 图3是图2的俯视图；

[0029] 其中，110-金属稳定层，110a-第一金属稳定层，110b-第二金属稳定层，120-Ag稳定层，120a-第一Ag稳定层，120b-第二Ag稳定层，130-基带，140-缓冲层，150-超导层，160-合金焊接层，170-热熔接焊接点。

具体实施方式

[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0031] 实施例1

[0032] 如图2-3所示，实施例1中公开了一种REBCO超导带材稳定层的制备方法，包括以下步骤：

[0033] 步骤一、准备基带，在上述基带130的其中一面上形成第一Ag稳定层120a，在上述基带130的另一面上形成缓冲层140，在上述缓冲层140上形成超导层150，在上述超导层150上形成第二Ag稳定层120b。

[0034] 其中，上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b的厚度相等，上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b的厚度为2μm。

[0035] 步骤二、在上述第一Ag稳定层120a上形成第一金属稳定层110a，在上述第二Ag稳定层120b形成第二金属稳定层110b，上述第一Ag稳定层120a、基带130、缓冲层140、超导层150以及第二Ag稳定层110b的宽度比上述第一金属稳定层110a与第二金属稳定层110b的宽度窄，并且上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b将上述第一Ag稳定层120a、基带130、缓冲层140、超导层150以及第二Ag稳定层110b包覆起来。

[0036] 在本实施例中，上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b为Cu稳定层。并且上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b边沿的宽度可调，以增加焊接的可靠性。

[0037] 步骤三、上述第一Ag稳定层120a与上述第一金属稳定层110a之间通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160，上述第一Ag稳定层120a与上述第一金属稳定层110a的边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160；上述第二Ag稳定层120b与上述第二金属稳定层110b之间过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160，上述第二Ag稳定层120b与上述第二金属稳定层110b的边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160。

[0038] 步骤四、上述步骤三形成合金焊接层160后，再对上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b的边沿采用热熔接技术进行加固形成热熔接焊接点170，上述热熔接焊接点170在上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b边沿呈等间距连续分布，在本实施例中，热熔接焊接技术可以是点焊方式。

[0039] 在本实施例中，步骤三中的低熔点合金焊接技术采用的低熔点合金为铅锡合金，因为上述Ag稳定层的厚度与低熔点合金焊接技术的工艺有关，因此，对上述Ag稳定层的厚度与低熔点合金焊接技术的工艺进行优化，防止低熔点合金破坏Ag稳定层。

[0040] 当上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b厚度偏薄时，比如小于2um时，在焊接时低熔点合金很容易与Ag层发生反应形成合金，进而破坏Ag稳定层与超导层150的有效接触，使超导层150失效。

[0041] Ag稳定层当足够厚时，如果温度过高，比如高于230℃，此时低熔点合金也容易与Ag层发生反应形成合金，进而破坏Ag稳定层与超导层150的有效接触，使超导层失效。

[0042] 因此需要对Ag稳定层的厚度以及低熔点合金焊接技术进行工艺优化，防止低熔点合金破坏Ag稳定层。

[0043] 在本实施例中，选择上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b的厚度为2μm，低熔点合金焊接技术的温度为100℃。

[0044] 实施例2

[0045] 实施例2中公开了一种REBCO超导带材稳定层的制备方法，包括以下步骤：

[0046] 步骤一、准备基带，在上述基带130的其中一面上形成第一Ag稳定层120a，在上述基带130的另一面上形成缓冲层140，在上述缓冲层140上形成超导层150，在上述超导层150上形成第二Ag稳定层120b。

[0047] 其中，上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b的厚度相等，上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b的厚度为3μm。

[0048] 步骤二、在上述第一Ag稳定层120a上形成第一金属稳定层110a，在上述第二Ag稳定层120b形成第二金属稳定层110b，上述第一Ag稳定层120a、基带130、缓冲层140、超导层150以及第二Ag稳定层110b的宽度比上述第一金属稳定层110a与第二金属稳定层110b的宽度窄，并且上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b将上述第一Ag稳定层120a、基带130、缓冲层140、超导层150以及第二Ag稳定层110b包覆起来。

[0049] 在本实施例中，上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b为覆Cu不锈钢稳定层。并且上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b边沿的宽度可调，以增加焊接的可靠性。

[0050] 步骤三、上述第一Ag稳定层120a与上述第一金属稳定层110a之间通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160，上述第一Ag稳定层120a与上述第一金属稳定层110a的边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160；上述第二Ag稳定层120b与上述第二金属稳定层110b之间过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160，上述第二Ag稳定层120b与上述第二金属稳定层110b的边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160。

[0051] 步骤四、上述步骤三形成合金焊接层160后，再对上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b的边沿采用热熔接技术进行加固形成热熔接焊接点170，上述热熔接焊接点170在上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b边沿呈密集成线状分布，在本实施例中，热熔接焊接技术可以是滚焊方式。

[0052] 在本实施例中，步骤三中的低熔点合金焊接技术采用的低熔点合金为铅锡合金，因为上述Ag稳定层的厚度与低熔点合金焊接技术的工艺有关，因此，对上述Ag稳定层的厚度与低熔点合金焊接技术的工艺进行优化，防止低熔点合金破坏Ag稳定层。

[0053] 当上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b厚度偏薄时，比如小于2um时，在焊接时低熔点合金很容易与Ag层发生反应形成合金，进而破坏Ag稳定层与超导层150的有效接触，使超导层150失效。

[0054] Ag稳定层当足够厚时，如果温度过高，比如高于230℃，此时低熔点合金也容易与Ag层发生反应形成合金，进而破坏Ag稳定层与超导层150的有效接触，使超导层失效。

[0055] 因此需要对Ag稳定层的厚度以及低熔点合金焊接技术进行工艺优化，防止低熔点合金破坏Ag稳定层。

[0056] 在本实施例中，选择上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b的厚度为3μm，低熔点合金焊接技术的温度为150℃。

[0057] 实施例3

[0058] 实施例3中公开了一种REBCO超导带材稳定层的制备方法，包括以下步骤：

[0059] 步骤一、准备基带，在上述基带130的其中一面上形成第一Ag稳定层120a，在上述基带130的另一面上形成缓冲层140，在上述缓冲层140上形成超导层150，在上述超导层150上形成第二Ag稳定层120b。

[0060] 其中，上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b的厚度相等，上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b的厚度为5μm。

[0061] 步骤二、在上述第一Ag稳定层120a上形成第一金属稳定层110a，在上述第二Ag稳定层120b形成第二金属稳定层110b，上述第一Ag稳定层120a、基带130、缓冲层140、超导层150以及第二Ag稳定层110b的宽度比上述第一金属稳定层110a与第二金属稳定层110b的宽度窄，并且上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b将上述第一Ag稳定层120a、基带130、缓冲层140、超导层150以及第二Ag稳定层110b包覆起来。

[0062] 在本实施例中，上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b为Cu稳定层。

[0063] 步骤三、上述第一Ag稳定层120a与上述第一金属稳定层110a之间通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160，上述第一Ag稳定层120a与上述第一金属稳定层110a的边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160；上述第二Ag稳定层120b与上述第二金属稳定层110b之间过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160，上述第二Ag稳定层120b与上述第二金属稳定层110b的边沿通过低熔点合金焊接技术形成合金焊接层160。

[0064] 步骤四、上述步骤三形成合金焊接层160后，再对上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b的边沿采用热熔接技术进行加固形成热熔接焊接点170，上述热熔接焊接点170在上述第一金属稳定层110a和第二金属稳定层110b边沿呈密集成线状分布，在本实施例中，热熔接焊接技术可以是滚焊方式。

[0065] 在本实施例中，步骤三中的低熔点合金焊接技术采用的低熔点合金为铅锡合金，因为上述Ag稳定层的厚度与低熔点合金焊接技术的工艺有关，因此，对上述Ag稳定层的厚度与低熔点合金焊接技术的工艺进行优化，防止低熔点合金破坏Ag稳定层。

[0066] 当上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b厚度偏薄时，比如小于2um时，在焊接时低熔点合金很容易与Ag层发生反应形成合金，进而破坏Ag稳定层与超导层150的有效接触，使超导层150失效。

[0067] Ag稳定层当足够厚时，如果温度过高，比如高于230℃，此时低熔点合金也容易与Ag层发生反应形成合金，进而破坏Ag稳定层与超导层150的有效接触，使超导层失效。

[0068] 因此需要对Ag稳定层的厚度以及低熔点合金焊接技术进行工艺优化，防止低熔点合金破坏Ag稳定层。

[0069] 在本实施例中，选择上述第一Ag稳定层120a和第二Ag稳定层120b的厚度为5μm，低熔点合金焊接技术的温度为200℃。

[0070] 相比传统的低熔点合金焊接技术，上述实施例中通过对金属稳定层边沿采用热熔接技术进行加固，可以解决在超导层过流失超时发热而引起的金属稳定层与Ag稳定层之间以及上下金属稳定层边沿脱层的问题。

[0071] 相比传统的低熔点合金焊接技术，上述实施例中通过对金属稳定层边沿采用热熔接技术进行加固，特别是在应用于对室温电阻以及大冲击电流有要求的场合下，可以满足其稳定性及可靠性的要求。

[0072] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。