本發(fā)明屬于ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含石墨烯新型ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭及制備方法。

背景技術(shù)：

ybco涂層導(dǎo)體(也稱ybcocc)因其所具有的高的轉(zhuǎn)變溫度、高磁場(chǎng)下優(yōu)異的載流能力，及良好的力學(xué)性能成為目前高溫超導(dǎo)材料研究熱點(diǎn)，具有重要的應(yīng)用前景。但是，受制于目前的制備工藝，可實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的ybcocc最大長(zhǎng)度不超過(guò)1km，在高場(chǎng)磁體繞制等應(yīng)用中至少需要數(shù)千米以上的這類材料，因此，超導(dǎo)接頭不可避免。

目前，常用的接頭有超導(dǎo)接頭和非超導(dǎo)接頭兩種。其中，超導(dǎo)接頭通常采用高溫?cái)U(kuò)散法制備，其工藝要領(lǐng)在于去除ybcocc表面的銅穩(wěn)定性，在高溫環(huán)境下使得兩層超導(dǎo)材料擴(kuò)散而形成。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于接頭電阻非常小，但是力學(xué)性能非常差，拉伸強(qiáng)度通常不及原始材料的1/2.對(duì)于非超導(dǎo)接頭，通常選用粒徑較小的焊接材料，在一定的壓力和溫度環(huán)境中實(shí)現(xiàn)焊接。采用這種方法獲得的接頭通常具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，但是由于焊接層及銅保護(hù)層的存在會(huì)帶來(lái)接頭電阻，如何有效的降低接頭電阻的同時(shí)使超導(dǎo)接頭具有較好的機(jī)械性能成為學(xué)術(shù)界面臨的一個(gè)難題。

二維石墨烯材料具有非常高的載流子濃度、優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)性能一直占據(jù)低維材料研究的熱點(diǎn)。最近，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)石墨烯材料在極低溫下具有超導(dǎo)電性，因此，本發(fā)明提出采用含石墨烯材料制備ybcocc導(dǎo)體的焊接接頭有望在獲得高的機(jī)械性能基礎(chǔ)上，大幅降低其接頭電阻，進(jìn)而進(jìn)一步推動(dòng)ybcocc的工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)際情況中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種制備ybcocc導(dǎo)體的焊接接頭的方法；包括以下步驟：

1）在焊膏中添加石墨烯粉末，通過(guò)機(jī)械攪拌及超聲波攪拌使石墨烯粉末最終均勻分散在焊膏中，形成含石墨烯的新型焊料；

2）用砂紙打磨靠近超導(dǎo)層一側(cè)的ybcocc表面，以去除樣品表面氧化層；

3）用酒精清洗表面，并快速將含石墨烯的新型焊料涂抹于ybcocc打磨后的表面，以免打磨好的樣品表面重新被氧化；

4）將需要焊接的ybcocc面對(duì)面貼合到一起，用紙裹附后放入焊接施壓夾具定位槽內(nèi)部，放入壓塊后將夾具置于材料壓縮試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)，通過(guò)控制試驗(yàn)機(jī)，實(shí)現(xiàn)頂桿對(duì)焊接樣品的橫向預(yù)壓縮，壓力為1-3mpa，保持0.5-2分鐘后，將外力移除；

5）取出樣品將其平放在大塊的金屬平臺(tái)上，開(kāi)啟可控溫電烙鐵，將溫度設(shè)置為230℃，采用馬蹄形焊頭對(duì)焊接樣品進(jìn)行加熱焊接，焊接過(guò)程中施加適當(dāng)?shù)膲簯?yīng)力；最終制備到含石墨烯的新型ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭。

優(yōu)選地，所述焊膏選用日本千住金屬有限公司m705(sn-3.0ag-0.5cu)焊膏。

優(yōu)選地，所述砂紙的粒徑大小為15.3μm。

優(yōu)選地，所述橫向預(yù)壓縮的壓力為2mpa，壓力保持時(shí)間為1分鐘。

優(yōu)選地，所述焊接施壓夾具，包括紫銅夾具、壓塊、頂桿，所述紫銅夾具設(shè)有開(kāi)口向一側(cè)的定位槽，與所述定位槽相配設(shè)有壓塊，所述定位槽的上面設(shè)有圓孔，所述頂桿穿過(guò)所述圓孔，可上下移動(dòng)，所述壓塊焊接施壓時(shí)置于焊接件上面。

優(yōu)選地，所述頂桿、壓塊的材質(zhì)為不銹鋼。

本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)了一種含石墨烯新型ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭，由上述方法制備而成，所述ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭焊縫中含有石墨烯材料。

通過(guò)本發(fā)明，利用含石墨烯的新型焊接材料制備ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭，可以有效降低接頭電阻，減小接頭在服役過(guò)程中發(fā)熱及失超，同時(shí)不影響接頭的力學(xué)性能，拓寬ybcocc的應(yīng)用范圍，進(jìn)一步推動(dòng)ybcocc的工業(yè)化應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的含石墨烯新型ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的含石墨烯新型ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭及制備方法的焊接施壓過(guò)程示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的含石墨烯新型ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭的制備方法的焊接施壓夾具結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、銅層，2、銀層，3、哈氏合金層，4、緩沖層，5、ybco超導(dǎo)層，6、含石墨烯的新型焊接層，7、壓縮試驗(yàn)機(jī)，8、試驗(yàn)機(jī)傳感器，9、試驗(yàn)機(jī)壓頭，10、焊接施壓夾具，11、不銹鋼頂桿，12、紫銅夾具，13、不銹鋼壓塊，14、ybco接頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明技術(shù)方案。

本發(fā)明利用石墨烯材料具有非常高的載流子濃度、優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)性能，申請(qǐng)人在原有日本千住金屬有限公司m705(sn-3.0ag-0.5cu)焊膏中添加石墨烯粉末，通過(guò)機(jī)械攪拌及超聲波攪拌使石墨烯粉末最終均勻分散在焊膏中，形成含石墨烯的新型焊料。

如圖1-3所示，以110mm的ybcocc短樣為例，接頭制備分為以下步驟：首先，從長(zhǎng)ybcocc樣品上剪下兩長(zhǎng)度為110mm的短樣，接著用砂紙（粒徑大小為15.3μm）打磨靠近超導(dǎo)層一側(cè)的ybcocc表面，以去除樣品表面氧化層。接著，用酒精清洗表面，并快速將含石墨烯的新型焊料涂抹于ybcocc打磨后的表面，以免打磨好的樣品表面重新被氧化。按照同樣的方法準(zhǔn)備另一樣品。最后，將需要焊接的ybcocc面對(duì)面貼合到一起，用紙裹附后放入焊接施壓夾具10定位槽內(nèi)部，放入壓塊13后將夾具置于材料壓縮試驗(yàn)機(jī)7平臺(tái)，通過(guò)控制試驗(yàn)機(jī)，實(shí)現(xiàn)頂桿11對(duì)焊接樣品的橫向預(yù)壓縮（壓力為2mpa），保持大約1分鐘后，將外力移除，取出樣品將其平放在大塊的金屬平臺(tái)上，開(kāi)啟可控溫電烙鐵，將溫度設(shè)置為230℃，采用馬蹄形焊頭對(duì)焊接樣品進(jìn)行加熱焊接，焊接過(guò)程中施加適當(dāng)?shù)膲簯?yīng)力。最終制備到含石墨烯的新型ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭14。

所述焊接施壓夾具10，包括紫銅夾具12、壓塊13、頂桿11，所述紫銅夾具12設(shè)有開(kāi)口向一側(cè)的定位槽，與所述定位槽相配設(shè)有壓塊13，所述定位槽的上面設(shè)有圓孔，所述頂桿11穿過(guò)所述圓孔，可上下移動(dòng)，所述壓塊13焊接施壓時(shí)置于焊接件上面。

所述頂桿、壓塊的材質(zhì)為不銹鋼。

一種含石墨烯新型ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭，由上述方法制備而成，所述ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭焊接層中含有石墨烯材料。

本設(shè)計(jì)方法利用石墨烯的優(yōu)異電學(xué)、力學(xué)性能，創(chuàng)新的加入到傳統(tǒng)焊接材料中，使得ybco涂層導(dǎo)體焊接接頭電阻降低，同時(shí)不影響其力學(xué)性能。

本發(fā)明提出采用含石墨烯材料制備ybcocc導(dǎo)體的焊接接頭有望在獲得高的機(jī)械性能基礎(chǔ)上，大幅降低其接頭電阻，進(jìn)而進(jìn)一步推動(dòng)ybcocc的工業(yè)化應(yīng)用。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種含石墨烯新型YBCO涂層導(dǎo)體焊接接頭及制備方法，在原有日本千住金屬有限公司M705(Sn?3.0Ag?0.5Cu)焊膏中添加石墨烯粉末，通過(guò)機(jī)械攪拌及超聲波攪拌使石墨烯粉末最終均勻分散在焊膏中，形成含石墨烯的新型焊料。通過(guò)本發(fā)明，利用含石墨烯的新型焊接材料制備YBCO涂層導(dǎo)體焊接接頭，可以有效降低接頭電阻，減小接頭在服役過(guò)程中發(fā)熱及失超，同時(shí)不影響接頭的力學(xué)性能，拓寬YBCO?CC的應(yīng)用范圍，進(jìn)一步推動(dòng)YBCO?CC的工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：張興義;王軍;張強(qiáng)強(qiáng);劉偉;周軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘭州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.28
技術(shù)公布日：2017.09.22