一种测量超导带材临界弯曲半径的装置和方法
阅读说明：本技术 一种测量超导带材临界弯曲半径的装置和方法 (Device and method for measuring critical bending radius of superconducting tape ) 是由 张展 刘啸 刘华军 宋云涛 施毅 刘方 秦经刚 王其其 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种测量超导带材临界弯曲半径的装置和方法。测量装置由一个变半径线圈模具、一个热处理卡装结构和一个样品杆组成,其中变半径线圈模具是核心部件,其包含不锈钢模具和铜模具两部分,形状都由多个不同半径大小的半圆环相接而成。带材在不锈钢模具上进行绕制,绕成的带材便在不同区段上具有不同的弯曲半径,然后将该部分放进卡装结构中进行热处理。取出热处理后的线圈,焊接在铜模具的缝隙中,然后将铜模具安装在样品杆上。半圆环之间的连接处为测量点,通过对这些点的测量便可知晓哪些圆环发生了失超,从而可以利用该发明装置来确定超导带材在设定条件下可允许的最小弯曲半径。(The invention discloses a device and a method for measuring the critical bending radius of a superconducting tape. The measuring device consists of a variable-radius coil mould, a heat treatment clamping structure and a sample rod, wherein the variable-radius coil mould is a core part and comprises two parts, namely a stainless steel mould and a copper mould, and the shape of the variable-radius coil mould is formed by connecting a plurality of semicircular rings with different radiuses. The strip was wound on a stainless steel die, the wound strip having different bend radii at different sections, and the section was then placed in a clamped configuration for heat treatment. And taking out the heat-treated coil, welding the heat-treated coil in a gap of a copper mold, and then mounting the copper mold on a sample rod. The joints between the semi-circular rings are measuring points, and the measuring of the points can know which circular rings are quenched, so that the device can be used for determining the minimum allowable bending radius of the superconducting strip under set conditions.)
技术领域
本发明涉及超导材料性能测量与测试技术领域，尤其是一种快速高效测量超导带材临界弯曲半径的装置和方法，应用于测量高温超导带材的临界弯曲半径。
背景技术
高温超导材料由于具有高临界温度、高临界磁场及高载流能力等优势，在超导电缆、高场磁体、加速器等领域具有广泛的应用前景，而超导带材在这些领域的实际应用当中，往往处于弯曲状态，但由于高温超导材料本身的层状结构及特性，带材弯曲会降低载流性能甚至失去超导性。
现有的高温带材临界弯曲半径测量方式，只有改变带材形状，来进行重复多次的测量，虽然对于YBCO线带材来说，采用该方式并非很复杂，但对于铁基、Bi2223这类需要热处理的超导材料来说，重复多次的进行组装、热处理、拆装、测量等流程就显得尤为复杂了，并且拆装往往会损坏到样品的质量。所以高效快速测量高温超导带材的临界弯曲半径，有利于进一步探究高温超导带材性能以促进高温超导带材在各个领域的发展。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于测量超导带材临界弯曲半径的装置和方法，尤其用于铁基、Bi2223等需要进行热处理的超导带材，可以高效快速地测出带材在设定条件下的临界弯曲半径范围。该装置包含变半径线圈模具、热处理卡装结构和一个样品杆，核心部件带材绕制模具由铜和不锈钢两部分组成，其外形为多个半径递增的半圆环组合而成，不同半径间连续光滑的过渡，带材绕制在不锈钢模具上，因此带材便在不同区段上具有不同的弯曲半径，进而可以测量出高温超导带材在设定条件下的临界弯曲半径范围。
本发明的技术方案如下：一种测量超导带材临界弯曲半径的装置，包括变半径线圈模具、热处理卡装结构和一个样品杆；所述的变半径线圈模具包括铜模具和不锈钢模具两部分，其外形为多个半径递增的半圆环组合而成，用于将带材绕制在不锈钢模具上面，绕成具有多个弯曲半径的螺旋线状带材；
所述卡装结构具有卡槽，用于安置绕制有带材的不锈钢模具进行热处理；
所述的变半径线圈模具中的铜模具安装在样品杆上部，铜模具设置有缝隙，用于嵌入热处理后的带材，带材焊接在铜模具的缝隙中；
带材两端与测试平台上的电流引线相连，在带材上的测量点上接有信号线，设定载荷后便能够进行带材各区段上U-I曲线的测量。
进一步的，所述不锈钢模具由多个可拆分的半圆环小段组成，便于带材的绕制与取出，各个半圆环小段半径不同，各个小段的半圆环通过两端的螺纹孔进行连接，形成螺旋结构。
进一步的，所述带材两侧各缠绕上一层玻璃丝带，防止带材热处理之后粘附在不锈钢模具上。
进一步的，所述铜模上设置有螺旋结构的缝隙，具用于固定带材，铜模具上有孔，通过螺栓将铜模具连接在样品杆上的安装平台上。
进一步的，半圆环小段之间是以相切形式过度的，从而使带材在弯曲过程中连续光滑过渡，各切点设置为带材的测量点。
进一步的，所述的样品杆包含安装平台、电流引线和信号线，其中电流引线端口放置在安装平台上的正负极处，正负极分别与带材绕制模具的中心和外端口相连，信号线接在带材的测量点上；样品杆最外端的圆盘为安装平台，上端有两个孔，用于铜模具的安装固定。
根据本发明的另一方面，提出一种测量超导带材临界弯曲半径的方法，包括步骤：
步骤1)带材的绕制阶段，首先在不锈钢模具上进行绕制一层玻璃丝带，然后再绕制带材，最后绕上一层玻璃丝带，然后将小段之间的螺栓与螺母进行预紧，固定好整个不锈钢模具；
步骤2)带材的热处理阶段，将绕制有带材的不锈钢模具一并放在炉子里进行热处理，完成热处理后，不锈钢模具通过螺栓拆分成多个小段，将带材取出；
步骤3)设备组装阶段，将热处理后的带材从不锈钢模具拆卸下来，焊接到铜模具上，并在带材与铜模具之间填充上云母；铜模具上有孔，通过螺栓将其与样品杆的安装平台连接到一起，将铜模具中心和带材外端分别点焊到样品杆上的正负极处，与电流引线相连；
步骤4)测量阶段，不同半径圆环相连处的切点设定为测量点，将样品杆上的信号线点焊到测量点上，进行各半圆环上电压的测量，从而判断出哪些半圆环发生了失超，便由此得出带材的临界弯曲半径范围。
本发明相较于现有技术的有益效果在于：
本发明不局限于某种特定的材料，热处理阶段不需如传统方法一样重复多次的进行封装、烧制、拆装等流程，只需一个流程便可完成带材的热处理工艺。
本发明装置热处理后的带材取出方便，只需将不锈钢模具小段之间的螺栓螺母取出，便可得到完整带材，从而不会损伤到带材的质量。
本发明不需要绕制多个带材样品，只需要一个工装便可快速高效的完成线带材临界弯曲半径范围的测定，节省了大量的时间与成本。
附图说明
图1为本发明装置中的不锈钢模具；
图2为本发明装置中的铜模具；
图3为样品杆；
图4为卡装结构；
图5为样品杆与铜模具的装配体。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有的技术方案，下面将对现有技术和实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
根据本发明的实施例，提出一种测量超导带材临界弯曲半径的装置，包括变半径线圈模具、热处理卡装结构和一个样品杆；所述的变半径线圈模具包括铜模具和不锈钢模具两部分，其外形为多个半径递增的半圆环组合而成，不同半径间连续光滑的过渡，用于将带材绕制在不锈钢模具上面，绕成具有多个弯曲半径的螺旋线状带材，在铜模具上进行测试；
所述热处理卡装结构具有卡槽，用于安置绕制有带材的不锈钢模具进行热处理；
所述的变半径线圈模具中的铜模具安装在样品杆上部，铜模具设置有缝隙，用于嵌入热处理后的带材，带材焊接在铜模具的缝隙中；
带材两端与测试平台上的电流引线相连，在带材上的测量点上接有信号线，设定载荷后便能够进行带材各区段上U-I曲线的测量。
根据本发明的一个实施例，如图1，为本发明装置中的绕制带材的不锈钢模具，不锈钢模具由多个半圆环小段相接而成，这样便于带材的绕制与拆卸，半圆环小段之间是以相切形式过度的，从而使带材在弯曲过程中连续光滑过渡，各切点设置为带材的测量点。带材经过热处理并拆卸下来后，焊接在铜模具的缝隙中，并且在带材和其内层铜模具之间填充云母绝缘。最后通过铜模具上的两个小孔，将铜模具与样品杆进行装配。
图3为样品杆，包含安装平台、电流引线和信号线。电流引线端口放置在安装平台上的正负极处，正负极与带材绕制模具的中心和外端口相连，信号线接在带材的测量点上。样品杆最外端的圆盘为安装平台，上端有两个孔，用于铜模具的安装固定。
图4为卡装结构，上面有若干螺栓孔和螺栓，内部的槽可与带材绕制模具进行装配。卡装结构内部有个开口小圆，可以将槽略微放大，便于模具的安装，外端通过螺栓螺母来进行预紧。
根据本发明的一个实施例，还提出一种利用前述装置测量超导带材临界弯曲半径的方法，包括如下步骤：
步骤1)带材的绕制阶段，首先在不锈钢模具上进行绕制一层玻璃丝带，然后再绕制带材，最后绕上一层玻璃丝带，然后将小段之间的螺栓与螺母进行预紧，固定好整个不锈钢模具；
步骤2)带材的热处理阶段，将绕制有带材的不锈钢模具一并放在炉子里进行热处理，该装置的热处理是其一个大的优点，传统方式需要进行多个的封装、热处理和拆装，拆装过程往往容易损坏到样品，而该装置在完成热处理后，不锈钢骨架可通过螺栓拆分成多个小段，便于带材取出，并且不会粘附在不锈钢模具上；
步骤3)设备组装阶段中，将热处理后的带材从不锈钢模具拆卸下来，焊接到铜模具上，并在带材与铜模具之间填充上云母；铜模具上有孔，通过螺栓将其与样品杆的安装平台连接到一起，将铜模具中心和带材外端分别点焊到样品杆上的正负极处，与电流引线相连；
步骤4)测量阶段中，不同半径圆环相连处的切点设定为测量点，将样品杆上的信号线点焊到测量点上，进行各半圆环上电压的测量，从而判断出哪些半圆环发生了失超，便由此得出带材的临界弯曲半径范围。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。