超导材料_可制作超导电缆的超导材料有哪些?_上海胜华电缆集团
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超导材料_可制作超导电缆的超导材料有哪些?_上海胜华电缆集团

可制作超导电缆的超导材料有哪些?


答:现在市场上可以得到的用来制造超导电缆的材料主要是银包套的铋系高温超导材料的多芯带材(通常被称为第一代高温超导带材),由数十根内部含有(Bi,Pb)2Sr2 Ca2Cu301o超导芯棒的银管组合后再加上外套银管,经多次拉拔达到需要的截面后再通过辊压轧制成扁平的带状,在特定气氛里高温烧制、回火而成(其拉拔和辊压后的截面照片及成品照片见图2-13)。铋系超导带材的标准尺寸为宽4~4.5mm,厚0.2~0.25mm,制造商可以提供的单线长度可以达到500m以上。铋系超导带材的超导临界转变温度为105~
110K,目前不同制造商产品的临界工程电流密度范围为12000~20000A/cm2,市场上提供的铋系超导带材最高的临界电流约为200A(77.8K,无外磁场)。
另外一种可以制作超导电缆的高温超导材料是在金属基带上外延织构生长的稀土系膜导体(有人称之为稀土系涂层导体),也被称为第二代高温超导带材。这种材料是先在镍或镍合金的基带上镀上有利于晶构延展的化学稳定层,在高温和特定气氛条件下晶格取向一致地镀上高温超导材料RBa₂Cu3O,(R代表某一稀土元素,最常用的是Y),然后再镀上银或铜的保护层(其结构示意图及成品照片见图2-14)。目前制造商可以提供宽12mm的第二代高温超导带材,但是多数情况下出厂时还是裁制成4mm宽。这类超导带材的厚度一般在0.2mm以下。制造商可以提供的单线长度也可以达到500m以上。稀土系超导带材的超导临界转变温度为90-93K,目前不同制造商产品的超导临界工程电流密度为10000~22000A/cm2,市场上4mm宽稀土系超导带材最高的临界电流约为110A(77.8K,无外磁场)。

与第一代高温超导带材相比,第二代高温超导带材的性能优势主要是在一定的工作温度区间(目前有实验数据的是液氮温度及以下几十度的范围内)在中等强度(几个特斯拉)以下的垂直磁场中其临界电流的衰减程度要比第一代高温超导带材小得多。然而,在中等强度以下的平行磁场下,第一代高温超导带材的临界电流的衰减程度明显小于第二代高温超导带材。
超导电缆导体所受的磁场较弱,一般小于0.05T,方向近于平行磁场,因此,用来制作超导电缆导体,第一代高温超导带材在导电性能和加工工艺方面比第二代高温超导带材更加具有优势。
当前第一代高温超导带材的市场价格是100~120美元/(kA·m),第二代高温超导带材是300~400美元/(kA·m)。第一代高温超导带材的自场(只有由自身电流产生的磁场,没有外部磁场)临界电流远高于第二代高温超导带材,这样对于制造同样额定电流的电缆,所需要材料的数量就会远小于使用第二代高温超导带材。材料数量减少的直接结果就是电缆质量、体积和损耗的减小。所以,无论从性能还是从经济成本上来讲,目前第一代高温超导带材应是制作超导电缆的优先选择。

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