本發(fā)明涉及超導(dǎo)材料制備領(lǐng)域，具體的講是采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊及制備方法。

背景技術(shù)：

目前，采用熔融織構(gòu)法生產(chǎn)的高溫超導(dǎo)塊材作為磁體應(yīng)用于高溫超導(dǎo)磁懸浮車、高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承等領(lǐng)域，但是高溫超導(dǎo)塊材的制備過程復(fù)雜，成品率不高，同時同一批次的產(chǎn)品差異性較大，并不適合批量化生產(chǎn)。高溫超導(dǎo)塊材的導(dǎo)熱性能很差，在復(fù)雜電磁場環(huán)境下產(chǎn)生的熱損耗不能有效地排出，導(dǎo)致磁場衰減并影響其使用。

高溫超導(dǎo)帶材由于工業(yè)批量化生產(chǎn)，成本和價格在不斷下降，同時隨著制造工藝水平的上升，高溫超導(dǎo)帶材在磁場下的臨界電流密度和電流均勻性得到有效提升，質(zhì)量能夠有效地控制。相比采用熔融織構(gòu)法生產(chǎn)的高溫超導(dǎo)塊材而言，高溫超導(dǎo)帶材的質(zhì)量可控、成本更低，磁場衰減周期長，更能實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

因此需要一種制備過程簡易，成本低，成品率高的高溫超導(dǎo)塊制備方法替換現(xiàn)有熔融織構(gòu)法制備高溫超導(dǎo)塊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有熔融織構(gòu)法制備高溫超導(dǎo)塊存在制備過程復(fù)雜，成品率不高，同時同一批次的產(chǎn)品差異性較大，并不適合批量化生產(chǎn)的問題，提供一種采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊及制備方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊包括2層以上的高溫超導(dǎo)帶材和防護(hù)層，高溫超導(dǎo)帶材從下往上依次疊加組成高溫超導(dǎo)塊，防護(hù)層包裹在高溫超導(dǎo)塊外表面。

進(jìn)一步的，高溫超導(dǎo)帶材每層尺寸相同。

進(jìn)一步的，高溫超導(dǎo)帶材每層豎直方向投影相互重疊。

通過這樣的結(jié)構(gòu)，高溫超導(dǎo)塊完全采用高溫超導(dǎo)帶材疊成，由于現(xiàn)有高溫超導(dǎo)帶材制造工藝水平高、成本低可以解決熔融織構(gòu)法制備高溫超導(dǎo)塊存在的制備過程復(fù)雜，成品率不高，同時同一批次的產(chǎn)品差異性較大，并不適合批量化生產(chǎn)的問題。同時高溫超導(dǎo)帶材在磁場下的臨界電流密度和電流均勻性得到有效提升，質(zhì)量能夠有效地控制，采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊與使用熔融織構(gòu)法制備的高溫超導(dǎo)塊在超導(dǎo)性能上趨于相同，由于不是一次成型，每層高溫超導(dǎo)帶材表面的金屬封裝層能夠有效導(dǎo)出內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，從而彌補了現(xiàn)有高溫超導(dǎo)塊導(dǎo)熱性能很差，在復(fù)雜電磁場環(huán)境下產(chǎn)生的熱損耗不能有效地排出，導(dǎo)致磁場衰減并影響其使用的缺陷。

可選的，防護(hù)層為環(huán)氧樹脂，防護(hù)層在小于0.1kpa的真空度環(huán)境下將由多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊通過環(huán)氧浸漬澆注，環(huán)氧樹脂將每層高溫超導(dǎo)帶材固定大幅降低使用中的機械位移，并且使之具有一定的整體機械強度，使采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊性能更穩(wěn)定，同時可以防護(hù)高溫超導(dǎo)帶材降低其使用中的磨損。

可選的，防護(hù)層為封裝殼，封裝殼通過機械封裝的方式封裝在由多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊的外表面，通過封裝將每層高溫超導(dǎo)帶材固定大幅降低使用中的機械位移，并且使之具有一定的整體機械強度，使采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊性能更穩(wěn)定，同時可以防護(hù)高溫超導(dǎo)帶材降低其使用中的磨損。

可選的，高溫超導(dǎo)帶材為第二代釔系列超導(dǎo)帶材。

進(jìn)一步的，還提供了采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊的制備方法，包括以下步驟：

a.在常溫常壓的環(huán)境中，根據(jù)高溫超導(dǎo)塊的材質(zhì)選用材質(zhì)相適配的高溫超導(dǎo)帶材；

b.在常溫常壓的環(huán)境中，根據(jù)高溫超導(dǎo)塊的尺寸，裁剪步驟a中高溫超導(dǎo)帶材使之長寬與高溫超導(dǎo)塊相適配；

c.將裁剪后的高溫超導(dǎo)帶材進(jìn)行平整處理，使之表面翹曲度低于0.2%；

d.將平整處理后的高溫超導(dǎo)帶材置于清潔度高于Sa2.5級的水平面上，根據(jù)高溫超導(dǎo)塊的厚度從下往上依次疊加高溫超導(dǎo)帶材，當(dāng)疊加后的高溫超導(dǎo)帶材厚度與高溫超導(dǎo)塊的厚度一致時停止疊加；

e.在由多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊的外表面添加防護(hù)層。

這樣做的目的在于，根據(jù)需要的高溫超導(dǎo)塊的材質(zhì)選取高溫超導(dǎo)帶材，使采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊在功能上趨近于所需的高溫超導(dǎo)塊。根據(jù)需要的高溫超導(dǎo)塊的尺寸選取高溫超導(dǎo)帶材，使采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊在結(jié)構(gòu)上趨近于所需的高溫超導(dǎo)塊。表面翹曲度低于0.2%可以保證高溫超導(dǎo)帶材的平整，大幅降低高溫超導(dǎo)帶材在疊加時因彎翹導(dǎo)致疊加不緊密的問題。清潔度高于Sa2.5級的水平面上， Sa是國際上針對表面清潔度的慣常通用標(biāo)準(zhǔn)，Sa2.5級是該標(biāo)準(zhǔn)的第三等級，是工業(yè)上普遍使用的并可以作為驗收技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)的級別，在這個清潔度等級的水平面上疊加高溫超導(dǎo)帶材可以增加采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊的平整度，同時提高接觸面的清潔度，使采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊的性能趨近于熔融織構(gòu)法制備高溫超導(dǎo)塊。

可選的，步驟e中，防護(hù)層為環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂在小于0.1kpa的真空度環(huán)境下將由多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊通過環(huán)氧浸漬澆注。

可選的，步驟e中，防護(hù)層為封裝殼，則防護(hù)層通過機械封裝的方式封裝在由多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊的外表面。

本發(fā)明的有益效果至少包括以下之一；

1、采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊解決了現(xiàn)有熔融織構(gòu)法生產(chǎn)的高溫超導(dǎo)塊制備過程復(fù)雜，成品率不高，同時同一批次的產(chǎn)品差異性較大，并不適合批量化生產(chǎn)的問題。

2、采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊在結(jié)構(gòu)和功能上與熔融織構(gòu)法生產(chǎn)的高溫超導(dǎo)塊趨于一致，為生產(chǎn)高溫超導(dǎo)塊提供了一個新的方向。

3、高溫超導(dǎo)帶材工藝成熟成本低，可以大幅降低生產(chǎn)高溫超導(dǎo)塊的成本。

4、通過在采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊外表面添加防護(hù)層，既保護(hù)了其中的高溫超導(dǎo)帶材又給整個高溫超導(dǎo)塊提供一定的機械強度使之更穩(wěn)定。

5、該方法能夠有效地將高溫超導(dǎo)塊的生產(chǎn)成品率從熔融織構(gòu)法的不到60%提高到95%以上，成本從3000元減低至不到1000元。

6、該方法在77 K溫度下產(chǎn)生相同甚至更高的中心捕獲磁場（>0.8 T）。

附圖說明

圖1為采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例2結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)記為：1為高溫超導(dǎo)帶材、2為高溫超導(dǎo)塊、3為環(huán)氧樹脂、4為封裝殼。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點能夠更加清晰明白，以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明保護(hù)內(nèi)容。

實施例1

如圖1所示，采用多層高溫超導(dǎo)帶材疊成的高溫超導(dǎo)塊結(jié)構(gòu)示意圖，包括2層以上的高溫超導(dǎo)帶材1和環(huán)氧樹脂3，其中高溫超導(dǎo)帶材1從下往上依次疊加組成高溫超導(dǎo)塊2，環(huán)氧樹脂3包裹在高溫超導(dǎo)塊2外表面。高溫超導(dǎo)帶材1每層尺寸相同，高溫超導(dǎo)帶材1每層豎直方向投影相互重疊。

制備方法，在常溫常壓的環(huán)境中，根據(jù)高溫超導(dǎo)塊2的材質(zhì)選用材質(zhì)相適配的高溫超導(dǎo)帶材1，其材質(zhì)為YBCO（釔鋇銅氧），在常溫常壓的環(huán)境中，根據(jù)高溫超導(dǎo)塊2的尺寸，裁剪步驟a中高溫超導(dǎo)帶材1使之長寬與高溫超導(dǎo)塊2相適配，將裁剪后的高溫超導(dǎo)帶材1進(jìn)行平整處理，使之表面翹曲度為0.18%，將平整處理后的高溫超導(dǎo)帶材1置于清潔度高于Sa2.5級的水平面上，根據(jù)高溫超導(dǎo)塊2的厚度從下往上依次疊加厚度為0.1 mm的高溫超導(dǎo)帶材1，當(dāng)疊加后的高溫超導(dǎo)帶材1厚度與高溫超導(dǎo)塊2的厚度一致時停止疊加，高溫超導(dǎo)塊2的厚度為1cm，共需要100層0.1 mm的高溫超導(dǎo)帶材1，由多層高溫超導(dǎo)帶材1疊成的高溫超導(dǎo)塊2的外表面在真空度小于0.1kpa的環(huán)境下通過浸漬澆注的方式添加環(huán)氧樹脂3，使高溫超導(dǎo)塊2具有一定機械強度。

通過這種方法制作的高溫超導(dǎo)塊與熔融織構(gòu)法制作的高溫超導(dǎo)塊，臨界溫度完全一致能夠在高于液態(tài)氮氣的沸點（77K）的溫度下保持超導(dǎo)特性，臨界磁場和臨界電流也完全一致甚至更佳。

使用熔融織構(gòu)法制備該尺寸的高溫超導(dǎo)塊2成品率為54%，單位體積的成本約為3800元，使用本發(fā)明方法采用多層高溫超導(dǎo)帶材1疊成的高溫超導(dǎo)塊2成品率為99%，較之熔融織構(gòu)法有實質(zhì)性的提升，單位體積的成本約為900元，較之熔融織構(gòu)法有實質(zhì)性的降低。

實施例2

如圖2所示，實施例2結(jié)構(gòu)示意圖，將包裹在高溫超導(dǎo)塊2外表面的封裝殼4半剖開，包括2層以上的高溫超導(dǎo)帶材1和封裝殼4，其中高溫超導(dǎo)帶材1從下往上依次疊加組成高溫超導(dǎo)塊2，環(huán)氧樹脂3包裹在高溫超導(dǎo)塊2外表面。高溫超導(dǎo)帶材1每層尺寸相同，高溫超導(dǎo)帶材1每層豎直方向投影相互重疊。

制備方法，在常溫常壓的環(huán)境中，根據(jù)高溫超導(dǎo)塊2的材質(zhì)選用材質(zhì)相適配的高溫超導(dǎo)帶材1，其材質(zhì)為YBCO（釔鋇銅氧），在常溫常壓的環(huán)境中，根據(jù)高溫超導(dǎo)塊2的尺寸，裁剪步驟a中高溫超導(dǎo)帶材1使之長寬與高溫超導(dǎo)塊2相適配，將裁剪后的高溫超導(dǎo)帶材1進(jìn)行平整處理，使之表面翹曲度為0.18%，將平整處理后的高溫超導(dǎo)帶材1置于清潔度高于Sa2.5級的水平面上，根據(jù)高溫超導(dǎo)塊2的厚度從下往上依次疊加厚度為0.1mm的高溫超導(dǎo)帶材1，當(dāng)疊加后的高溫超導(dǎo)帶材1厚度與高溫超導(dǎo)塊2的厚度一致時停止疊加，高溫超導(dǎo)塊2的厚度為2cm，共需要200層0.1 mm的高溫超導(dǎo)帶材1，在由多層高溫超導(dǎo)帶材1疊成的高溫超導(dǎo)塊2的外表面通過機械封裝的方式添加封裝殼4，使高溫超導(dǎo)塊2具有一定機械強度。

通過這種方法制作的高溫超導(dǎo)塊與熔融織構(gòu)法制作的高溫超導(dǎo)塊，臨界溫度完全一致能夠在高于液態(tài)氮氣的沸點（77K）的溫度下保持超導(dǎo)特性，臨界磁場和臨界電流也完全一致甚至更佳。

使用熔融織構(gòu)法制備該尺寸的高溫超導(dǎo)塊2成品率為50%，單位體積的成本約為3900元，使用本發(fā)明方法采用多層高溫超導(dǎo)帶材1疊成的高溫超導(dǎo)塊2成品率為98%，較之熔融織構(gòu)法有實質(zhì)性的提升，單位體積的成本約為780元，較之熔融織構(gòu)法有實質(zhì)性的降低。