镀制超导带材的图形板、制备方法、设备及使用方法

技术领域

本发明涉及超导材料领域，具体地，涉及一种镀制超导带材的图形板及制备方法。

背景技术

超导应用中，交流损耗对于任何一个交流设备的设计都非常重要，因为它直接决定了相应的冷却系统的容量和运行效率。对于导体材料来说，最有效降低交流损耗的方法是对导体进行换位或者进行窄丝化。历史上这些方法主要有：

Roebel线：1999年美国学者第一次提出罗贝尔电缆的概念以来，基于常规导体的罗贝尔换位线棒已经在诸如旋转电机等电力装备上得到了广泛的应用。这种拓扑结构的线棒能够有效的减少交流电流经导线时所产生的交流损耗。虽然能减小交流损耗，但其缺点也是特别的显著。罗贝尔的单根带材制备需要用到2倍宽度的带材，此后用冲压或分切的方式将带材多余部分裁去。这个过程几乎浪费了一半的超导带材，且制作工艺难度极大。稍有不慎弯角处受到应力就会损坏带材。此外对分切后的罗贝尔的单根带材进行后处理加工也非常的困难，需要经历镀铜和扭绞。

罗贝尔电缆虽然能减小交流损耗，但其缺点也是特别的显著。罗贝尔的单根带材制备需要用到2倍宽度的带材，此后用冲压或分切的方式将带材多余部分裁去。这个过程几乎浪费了一半的超导带材，且制作工艺难度极大。稍有不慎弯角处受到应力就会损坏带材。此外对分切后的罗贝尔的单根带材进行后处理加工也非常的困难，需要经历镀铜和扭绞。

专利文献CN201711451135.X公开了一种脉冲镀膜装置，通过脉冲光束打到靶材表面，从而将靶的材料通过溅射的方式镀制到带材上。然而，这种溅射的方式适用于大面积镀制，对于一些特定图形的精细镀制则可以考虑通过设置图形板的方式来实现，比如需要镀制Z字型的图形，则需要具有相应Z字型图案的图形板设置于靶材和带材之间。如图1所示，然而经过试验发现，虽然镀制得到了相应形状的超导层，但是这种方式镀制的超导层普遍质量较差，其原因在于超导带材是长条形的，无法一次性在长度较大的带材上进行统一镀膜，因此镀制的超导带材是动态移动的，镀制时候带材移动速度的变化，加上由于溅射、衍射作用的影响，会导致最终得到的形状与图形板4上的图案43不同，从而使超导带材产生缺陷。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种镀制超导带材的图形板、制备方法、设备及使用方法。

根据本发明提供的一种镀制超导带材的图形板，包括：图形板主体，所述图形板主体上设置有预设形状的镂空图案；

其中，所述镂空图案的边缘转角处设置有补偿形状；

所述补偿形状包括：实体形状和镂空形状；

所述实体形状设置于所述镂空图案的边缘转角小于180度的内侧，填充所述镂空图案的边缘转角中小于180度的镂空部分；

所述镂空形状设置于所述镂空图案的边缘转角大于180度的外侧，向外扩大所述镂空图案中的边缘转角大于180度的镂空部分。

优选地，所述实体形状与所述图形板主体一体成型。

优选地，所述镂空形状与所述镂空图案一体成型。

根据本发明提供的一种上述的镀制超导带材的图形板的制备方法，包括：

步骤1：根据所需镀制图形绘制第一镂空图案；

步骤2：根据第一镂空图案在第一图形板主体上进行镂空处理，得到第一图形板；

步骤3：采用第一图形板进行镀制超导带材，获取实际镀制图形；

步骤4：将实际镀制图形的轮廓与所需镀制图形的轮廓进行比对，得到实际镀制图形的轮廓中需要向外扩展和/或需要向内缩减的补偿形状；

步骤5：根据补偿形状对第一镂空图案进行补偿，得到第二镂空图案。

优选地，还包括：

步骤6：将所述第二镂空图案在第二图形板主体上进行镂空处理，得到第二图形板；或者根据第二镂空图案直接在第一图形板上进行补偿处理。

根据本发明提供的一种镀制超导带材的设备，包括上述的镀制超导带材的图形板。

优选地，还包括超导源和同质非导电源；

所述超导源和所述同质非导电源设置于所述图形板的一侧，基带设置于所述图形板的另一侧；

所述超导源和所述同质非导电源射出的物质，经过所述图形板在所述基带上镀制对应的超导层和同质非导电层。

优选地，还包括加热机构，对所述基带进行加热。

优选地，还包括走带机构，所述基带设置于所述走带机构上，通过所述走带机构驱动所述基带移动。

根据本发明提供的一种镀制超导带材的方法，采用上述的镀制超导带材的装置，执行包括：

通过辐照所述超导源和同质非导电源，使所述超导源和所述同质非导电源射出物质，射出的物质经过所述图形板在所述基带上镀制对应的超导层和同质非导电层。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过对图形板的图案进行补偿设计，使得镀制在超导带材上的超导层图形符合所需的形状，避免超导带材失效的情况发生。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为传统图案板及其镀制超导带材的形状的示意图；

图2为本发明图案板及其镀制超导带材的形状的示意图；

图3为本发明实施例1镀制超导带材的装置的立体图；

图4为本发明实施例1镀制超导带材的装置的侧视图；

图5为本发明实施例1中图形板的仰视图；

图6为本发明实施例2镀制超导带材的装置的立体图；

图7为本发明实施例2镀制超导带材的装置的侧视图；

图8为本发明实施例2中图形板的仰视图；

图9和图10为本发明镀制的第一种立体结构超导带材的结构示意图；

图11和图12为本发明镀制的第二种立体结构超导带材的结构示意图；

图13和图14为本发明镀制的不同图案的立体结构超导带材的结构示意图；

图15为本发明镀制的超导层和同质非导电层换位结构超导带材的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图2所示，本发明提供的一种镀制超导带材的图形板，包括：图形板主体41，图形板主体41上设置有预设形状的镂空图案43。其中，镂空图案43的边缘转角处设置有补偿形状。补偿形状可以包括：实体形状和镂空形状，实体形状设置于镂空图案的边缘转角小于180度的内侧(如图1∠A内)，填充镂空图案的边缘转角中小于180度的镂空部分。镂空形状设置于镂空图案的边缘转角大于180度的外侧(如图1∠B外)，向外扩大镂空图案中的边缘转角大于180度的镂空部分。

实体形状、镂空形状可以是与图形板主体41一体成型，也可以是后期再加工(再镂空、焊接上去)。

根据本发明提供的一种上述的镀制超导带材的图形板的制备方法，包括：

步骤1：根据所需镀制图形绘制第一镂空图案；

步骤2：根据第一镂空图案在第一图形板主体上进行镂空处理，得到第一图形板；

步骤3：采用第一图形板进行镀制超导带材，获取实际镀制图形；

步骤4：将实际镀制图形的轮廓与所需镀制图形的轮廓进行比对，得到实际镀制图形的轮廓中需要向外扩展和/或需要向内缩减的补偿形状；

步骤5：根据补偿形状对第一镂空图案进行补偿，得到第二镂空图案；

步骤6：将第二镂空图案在第二图形板主体上进行镂空处理，得到第二图形板；或者根据第二镂空图案直接在第一图形板上进行补偿处理。

为了进一步降低镀制图形在角落处的变形，在镀制角落处时，带材的移动速度降低，而在镀制其余部分时，带材匀速移动。

实施例1

如图3和图4所示，本实施例提供的一种镀制具有任意平面或立体结构的超导带材的装置，主要包括：图形板4、超导源6和/或同质非导电源7。超导源6和同质非导电源7根据实际的需求进行选择，可以只有其中的一个，也可以是两个同时采用。

超导源6和/或同质非导电源7设置于图形板4的一侧，基带1设置于图形板4的另一侧。超导源6和/或同质非导电源7射出的物质8，经过图形板4上的图案在基带1上镀制对应的超导层和/或同质非导电层。为了使物质8更好的镀制到基带1上，本实施例还设置了加热机构5，对所述基带1进行加热。为了避免超导源6和同质非导电源7射出的物质8混合，因此需要在超导源6和同质非导电源7之间设置隔板10进行分隔。

如图5所示，图形板4上与超导源6和/或同质非导电源7相对应的位置设置有超导源图案41和/或同质非导电源图案42，从而用以在基带1形成相应形状的超导层和/或同质非导电层。在本实施例中，超导源6和/或同质非导电源7在带材1的行进方向上前后设置，因此超导源图案41和同质非导电源图案42也是前后设置。

为了在整个长条形的基带1上镀制超导层和/或同质非导电层，本实施例中设置了走带机构，基带1设置于走带机构上，通过走带机构驱动基带1移动来分段镀制。在镀制一段基带1时，走带机构停止运动，在镀制完成后继续运动至下一段并暂停，继续下一次镀制。

走带机构包括：收料盘11、放料盘12和走带导轮9。基带1从放料盘12经过走带导轮9在图形板4的另一侧拉直为一条或多条平行结构进行镀制，再通过收料盘11回收。

实施例2

如图6和图7所示，考虑到一些特定的图案长度较长，无法实施例1所示的固定式的图形板无法一次镀制完成。因此，在本实施例中，设计了移动图形板机构13，移动图形板机构包括多个导轮14，图形板4设置于导轮14上。

其镀制的原理与实施例1相同，在镀制一段基带1时，走带机构和移动图形板机构停止运动，在镀制完成后走带机构和移动图形板机构继续同向及同速移动至下一段并暂停，继续下一次镀制。

如图8所示，图形板4上与超导源6和/或同质非导电源7相对应的位置设置有超导源图案41和/或同质非导电源图案42，从而用以在基带1形成相应形状的超导层和/或同质非导电层。在本实施例中，超导源6和/或同质非导电源7在带材1的行进方向上并排设置，因此超导源图案41和同质非导电源图案42也是并排设置。所述超导源6指利用相应的镀制方法时射出超导材料的地方；所述同质非导电源7指利用相应的镀制方法时射出同质非导电材料的地方。

如图9和图10所示的超导带材，在基带1的基础上镀制了多层连续或间断的超导层2，这种立体结构的超导带材可以用实施例1来镀制。超导源6开始工作时，超导源6射出的物质8穿过图形板4的超导源图案镀制到了基带1上，从而形成超导层。若图形板4的超导源图案为连续的形状，则一次走带就会在基带1表面镀制一层连续的超导层2；若图形板4的超导源图案为间隔的形状，则一次走带就会在基带1表面镀制一层间隔的超导层2。在对基带1进行一次完整的镀膜后，可以将收料盘11作为放料盘，将放料盘12作为收料盘进行反向走带，从而在第一层超导层2的基础上再镀制第二层超导层2。镀制超导层2的功率大于镀制同质非导电层3的功率。每层超导层的厚度在0.1-1um，同质非导电层的厚度在0.01um-0.3um。

同样的，如图11和图12所示，其镀制的原理与图7相同。先通过一次走带镀制一层超导层2，再经过一次反向走带镀制一层同质非导电层3，然后再反向走带镀制第二层超导层2，如此类推，就可以得到多层超导层2、同质非导电层3间隔的立体结构超导带材。镀制的功率、频率与镀制的超导层2和/或同质非导电层3的厚度成正比，同质非导电层3包括：STO、CeO

如图13和图14所示，层超导层2和同质非导电层3的形状是根据图形板4上所设置的图案得到的，用户可以根据实际需求设置不同的图案。

如图15所示，是一种具有交换结构的超导带材，采用类似图4、图5所示的装置，先镀制一层左右弯曲的同质非导电层3，紧接着再镀制一层左右弯曲的超导层2，即得到了具有交换结构的超导带材。

镀制超导层2的方法包括以下任一种：

MOCVD有机源气相沉积法；

MOD化学溶剂法；

PLD脉冲激光镀膜沉积法；

RCE反应电子束共蒸发法；

Sputtering磁控溅射法。

在其他实时方式中，在镀制过程中，掩膜版4与基带1也可以是同速运动。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。