一种用于多级扭绞和外加护套的Bi-2212 CICC导体热处理方法

摘要

本发明公开了一种用于多级扭绞和外加护套的Bi‑2212CICC导体热处理方法，包括：将Bi‑2212超导导体热处理前进行端部密封处理；热处理时铠甲内部通入高压氧氩混合气(＞3MPa)；铠甲外部通入高纯氩气(导体外压力要求高于导体内压力)；气体进入导体前预热处理(预热温度与热处理曲线同步)；PLC控制器控制进气、出气流量，保持导体内部压力稳定(波动小于1％)；导体前后端氧气浓度检测，实时计算氧气消耗量。温度曲线优化，大型导体运用低速率热处理工艺，保证温度平稳升降。本发明为大型Bi2212导体乃至于导体热处理提供了一种高效新颖的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及超导导体热处理方法领域，具体是一种用于多级扭绞和外加护套的Bi-2212 CICC(铠装电缆导体Cable in conduit conductor)导体热处理工艺。

背景技术

中国聚变工程实验堆(CFETR)是基于中国自主设计研制、成功建成运行先进实验超导托卡马克装置(EAST)和加入国际热核聚变实验堆(ITER)计划建设的开展受控核聚变研究的超导托卡马克装置，它对我国开发聚变能源、应对能源危机具有重要意义。超导线是托卡马克装置的重要部件，其技术是聚变工程的关键技术。下一代聚变堆的显著特点是，中心螺管线圈及纵场线圈的最高磁场都将超过12T。受低温超导线材上临界磁场的限制，采用传统低温超导材料不可能制备出更高磁场的导体，绕制更高磁场的导体要求材料在超过20T的磁场中仍能够保持较高临界电流密度。因此，寻求具有更为优良综合性能的超导材料和高场导体是未来可控磁约束聚变示范堆和商业化过程中必须解决的问题。陶瓷氧化物高温超导材料因其在4.2K下具有极高的不可逆场和优异的磁场载流特性，因此是建造高场导体的理想材料。在高温超导材料中，Bi2Sr2Ca1Cu2OX(Bi-2212)是唯一可制备成各向同性圆线的材料，其在4.2K即使外场高达45T依然能够承载具有实际应用意义的工程电流密度，因此是目前最具高场下(>20T)应用前景的高温超导材料。

热处理是导体和导体制造中的重要环节，对于传统的低温超导材料的CICC导体及其绕制的导体，如：Nb

发明内容

本发明的目的是提供一种用于多级扭绞和外加护套的Bi-2212 CICC导体热处理方法，以解决现有技术热处理方法无法对Bi-2212超导导体进行热处理的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

1、一种用于多级扭绞和外加护套的Bi-2212 CICC导体热处理方法，所述Bi-2212CICC导体由Bi-2212的CICC超导电缆绕制而成，导体包括1500根以内的超导线，CICC超导导体超导线及同轴套装在超导线外的铠甲，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、热处理方式：导体内部通入4.5MPa-5.5MPa高压氧氩混合气；

(1)、热处理方式：导体外部通入9.5MPa-10.5MPa高压氩气；

(2)、热处理前导体两端扭绞的超导线解开并密封；

(3)、用内径大于电缆外径1-4mm的空心Bi-2212导体铠甲将密封好的线头装入并将铠甲两端无缝焊接；

(4)、导体进出气端放置在低温区或者在热处理设备外用保温材料包裹；

(5)、气体进入热处理炉前进行气体预加热；

(6)、温度600℃-890℃进行不低于24小时的保温；

(7)、流速控制，达到最高温度Tmax＝890℃之前加大进出口气体流速，2小时内快速置换内部气体；

(8)、所有阶段升温速率小于50℃/h；

(9)、最高温度Tmax＝890℃保温阶段关闭气体预加热设备，通入常温气体，下降到840℃前，控制降温速率不超过20℃/h；

(10)、Bi-2212超导粉末熔融阶段整体不超过8小时。

具体地，一种用于多级扭绞和外加护套的Bi-2212 CICC导体热处理方法，所述Bi-2212超导导体由超导线及同轴套装在超导线外的铠甲构成，包括以下步骤：

(1)、热处理方式：导体内部通入高压氧氩混合气，外部通入相同高压氩气保护；

(2)、端部处理：热处理前导体两端扭绞的超导线解开并密封；

(3)、导体转接处设计：用口径较大的空心Bi-2212导体铠甲将密封好的线头装入并将铠甲两端无缝焊接焊接；

(4)、热处理工艺参数设计如下：

1.气体进入热处理炉前进行气体预加热；2.导体开始升温后第一阶段700℃-850℃进行不低于4小时的保温；3.流速控制：温度到达850℃后最高温度Tmax＝890℃之前加大进出口气体流速位50L/min，保证2小时内快速置换导体内部气体；4.所有阶段升温速率小于50℃/h；5.最高温度Tmax＝890℃保温阶段关闭气体预加热设备，通入常温气体，下降到840℃前，控制降温速率不超过20℃/h；

(5)、Bi-2212超导粉末熔融阶段(870℃以上阶段)整体不超过8小时；

本发明解决了Bi-2212高温超导导体热处理的难题。运用此种方法热处理的超导导体，导体中的超导线可以与氧气充分反应，没有出现股线性能下降的问题，可以应用于大型Bi2-212超导导体的热处理。

附图说明

图1为导体热处理系统示意图；

图中，1-供气系统、2-二元气体混配仪、3-气体预加热控温系统、4-PC控制端、5-压力控制模块、6-导体、7-高温高压炉、8-流量控制器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例的叙述，本领域的技术人员是可以完全实现本发明权利要求的全部内容。

图1为导体热处理系统示意图。如图1所示，导体热处理系统包括供气系统1、二元气体混配仪2、气体预加热控温系统3、PC控制端4、压力控制模块5、导体6、高温高压炉7和流量控制器8。所述导体6为Bi-2212导体。

所述的导体热处理系统使用方法如下：

(1)将绞制好的导体端部15cm铠甲去除，将者15cm电缆沿着绞缆顺序从包带和五级电缆一级一级解开到超导线，对超导线进行密封，采用银线缠绕，高温喷火枪(大于等于1000℃)加热融化使其密封。

(2)所有超导线密封后用包带缠绕，穿入内径大于电缆外径0.5-1mm的铠甲内，铠甲两端焊接。

(3)铠甲端部用2mm的不锈钢板焊丝，不锈钢板中心钻孔6-10mm。

(4)不锈钢板中心孔焊接一根6-10mm不锈钢管，连接外部压力控制器。

供气系统1是氧气与氩气供应源，通常是液氦罐或者是钢瓶气，阀门打开供气。

二元气体混配仪2，打开二元气体混配仪，用于氧气与氩气比例与流量控制。

气体预加热控温系统3，打开气体预加热控温系统，通常由螺旋管道、加热带与热电偶组成。气体预加热控温系统3包括气体预加热设备。

PC控制端4，打开电脑信息控制端，用于二元气体混配仪参数设定，气体加热系统调节与各系统信息采集。

压力控制模块5，打开压力控制模块，用于热处理时导体内压力平衡和维持。

Bi-2212导体是导体样品，气体通入导体，并置换内部空气1小时。

高温高压炉7为热处理炉，是管式炉。高温高压炉7是INCONEL617不锈钢炉体，用于样品加热，打开加热开关，开始热处理。

流量控制器8是流量控制器，用于流速控制。

首先打开氧气，氩气阀门，将压力调节至15kg，然后打开二元气体混配仪2，开启气体预加热控温系统3，开启控制程序将控制混配气体比例；打开压力控制模块5和流量控制器8，将导体内部气体置换为混配后的气体。设定好压力和流量后打开高温高压炉7加热开关，进行导体热处理。

如图1所示，一种用于多级扭绞、外加护套的Bi2212 CICC导体热处理工艺，Bi2212超导导体是由CICC结构的超导导体构成，CICC超导导体是由超导线及同轴套装在超导线外的铠甲构成。

一种用于多级扭绞、外加护套的Bi2212 CICC导体热处理工艺，包括以下步骤：

热处理前将热处理炉内各处用酒精清洗干净，保证无杂质污染；

(1)、导体两端留出20-100cm使进出气端放置在低温区或者在热处理炉外用保温材料包裹；

(2)、热处理前导体两端扭绞的超导线解开并密封，沿着绞揽顺序，从包带到五级电缆，一级一级拆解到超导线，用银线缠绕并密封。

(3)、用口径大于密封后的电缆外径0.5mm-1mm的空心Bi-2212导体铠甲将密封好的电缆装入并将铠甲两端焊接上，将进气端口与空心铠甲另一端焊接。

(4)、向导体内部通入5MPa高压氧氩混合气(其中体积百分比为：氧气2％，氩气98％)，外部通入10MPa高压氩气保护；保证导体内和热处理炉内空气被置换，用氧分析仪观察和记录氧气浓度。

(5)、热处理前气体预加热设备开启，预加热设备与管式炉设备使用相同控温程序保证温度输出一致；

(6)、开始加热，所有阶段升温速率小于50℃/h；

(7)、当温度在温度700℃-850℃进行不低于4小时的保温；

(8)、流速控制，达到最高温度Tmax＝890℃之前加大进出口气体流速，2小时内快速置换内部气体；

(9)、最高温度Tmax＝890℃保温阶段关闭气体预加热设备，通入常温气体，下降到840℃前，控制降温速率不超过20℃/h；

(10)、Bi-2212超导粉末熔融阶段整体不超过8小时(875℃以上为融化阶段)，等待程序和工件温度降温至100℃一下，实验结束，关闭仪器系统。

本发明解决了Bi2212高温超导导体热处理的难题。运用此种方法热处理的超导导体，导体中的超导线可以与氧气充分反应，没有出现股线性能下降的问题，可以应用于大型Bi2212超导导体的热处理。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。