带聚酰亚胺层与无聚酰亚胺层制备的 REBCO 多分支导线评估

《Cryogenics》：Evaluation of REBCO multi-branch wires fabricated with and without polyimide layer

　　

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  制造了带有和不带有聚酰亚胺层的 REBCO 多分支导线。
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  在多分支导线中观察到 REBCO 层上存在微米级长度的人工裂纹。
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  带有聚酰亚胺层制造的多分支导线的交流损耗得到了显著改善。
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  在没有绝缘层的情况下，0.7 T 下的临界电流几乎保持不变，交流损耗大幅改善。

引言

近年来，稀土钡铜氧化物 (REBCO) 涂层导体的开发取得了进展，这些导体在液氦中的高磁场下表现出高临界电流。然而，涂层导体在实际应用方面存在一些问题，例如磁化滞后中的交流损耗以及两个涂层导体连接相关的问题。特别是，众所周知，单芯 REBCO 涂层导体由于 REBCO 层的单带结构而具有较大的交流损耗 [1], [2], [3]。

为了减少交流损耗，已经开发了多芯结构 [1]。多芯结构的制造包括激光刻划和化学蚀刻等工艺。已经制造出具有细丝的的多芯导线，交流损耗得到良好改善 [1], [4], [5], [6]。然而，临界电流通常会大幅下降 [1]。例如，少于 10 芯的多芯导线的临界电流约为原始涂层导体的 50%。对于实际应用，涂层导体在高磁场下应保持高临界电流。

Yanagisawa 等人 [2] 研究了多芯结构的影响。他们的实验是针对直流应用进行的，例如核磁共振磁体。单芯结构具有较大的屏蔽电流，这会影响磁场中的稳定性。在关于具有几根细丝的的多芯导线的实验中，在线圈中测量到了由小屏蔽电流诱导的磁场。

最近，我们提出了一种在 REBCO 层中带有微小裂纹的多分支 REBCO 涂层导体 [7]。该导线使用硬质切割垫和多个切割器通过多分割器制造。在加载过程中，切割器下方的导线陶瓷 REBCO 层中产生了小裂纹。在本研究中，我们评估了带有和不带有软聚酰亚胺层制造的 REBCO 多分支导线的交流损耗和临界电流。由于市售 REBCO 涂层导体既有带聚酰亚胺层的也有不带聚酰亚胺层的，评估聚酰亚胺层的影响对于了解最佳制造条件很重要，结果将对实际应用有用。此外，由于这种制造方法适用于带有和不带有聚酰亚胺层的原始 REBCO 涂层导体，结果可能提供信息以确定多分支结构的制造是在绝缘工艺之前还是之后进行。

章节摘要

样品制备装置和方法

使用图 1 所示的多分割器制备样品。使用三组切割器，每组有 37 个辊式切割器（共 111 个切割器），在 REBCO 层中制造多分支结构。使用不锈钢制成的导向辊为每组切割器向样品施加 10 N 的载荷。该载荷值被认为更适合本研究，因为在最近我们的研究中，使用该值制造的多分支导线获得了最高临界电流

表面观察

图 5、图 6 分别显示了样品 1 和样品 2 的 Ag 层表面。在两个样品中，沿导线纵向都产生了多条短而细的滚压线。这些有意形成的滚压线是在刀片施加的小载荷下形成的。虽然这些线不直接表明 REBCO 层中有裂纹，但它们是裂纹形成的前提条件。考虑到 REBCO 陶瓷的脆性材料以及在过程中 REBCO 层的弯曲

结论

在本研究中，我们制造了带有和不带有聚酰亚胺层的 REBCO 多分支导线。在两个样品中都确认了 REBCO 层上存在宽度约为 30 μm 的人工裂纹。带有聚酰亚胺层制造的样品的交流损耗得到了显著改善。不带聚酰亚胺层制造的样品的临界电流大部分保持，交流损耗有所改善。两个样品的总体收益同样很高。

CRediT 作者贡献声明

Yuto Nakanishi: 撰写 – 初稿，数据整理，概念化。Shintetsu Kanazawa: 撰写 – 审查与编辑。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能被认为影响了本论文报告的工作。

Yuto Nakanishi|Shintetsu Kanazawa