臨界彎曲半徑測(cè)量 液氮溫區(qū)Bi-2223超導(dǎo)帶材的臨界彎曲半徑測(cè)量

ICS77.040.01,29.050

CCSH21,H60

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/TXXXXX—

`

臨界彎曲直徑測(cè)量液氮溫區(qū)Bi-2223超導(dǎo)

帶材的臨界彎曲直徑測(cè)量

Criticalbendingdiametermeasurement——Criticalbendingdiametermeasurement

ofBi-2223superconductingwiresinliquidnitrogentemperature

(點(diǎn)擊此處添加與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致性程度的標(biāo)識(shí))

（征求意見(jiàn)稿）

（本草案完成時(shí)間：2023.4.15）

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XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

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目次

前言.....................................................................................................................................................................III

引言.......................................................................................................................................................................IV

1范圍...................................................................................................................................................................1

2規(guī)范性引用文件...............................................................................................................................................1

3術(shù)語(yǔ)和定義.......................................................................................................................................................1

4原理...................................................................................................................................................................2

5裝置...................................................................................................................................................................2

概述...........................................................................................................................................................2

彎曲骨架材料...........................................................................................................................................3

彎曲骨架結(jié)構(gòu)...........................................................................................................................................3

樣品測(cè)量組件...........................................................................................................................................3

U-I測(cè)量系統(tǒng)............................................................................................................................................3

6樣品準(zhǔn)備和安裝...............................................................................................................................................3

樣品尺寸要求...........................................................................................................................................3

樣品的安裝...............................................................................................................................................4

7測(cè)試步驟...........................................................................................................................................................4

初始臨界電流值Ic0.................................................................................................................................4

彎曲狀態(tài)下臨界電流值Ic......................................................................................................................5

臨界彎曲直徑測(cè)定...................................................................................................................................5

多次冷熱循環(huán)的影響（可選）...............................................................................................................5

8結(jié)果計(jì)算...........................................................................................................................................................5

臨界電流計(jì)算...........................................................................................................................................5

n-值計(jì)算（可選）...................................................................................................................................6

臨界彎曲直徑計(jì)算...................................................................................................................................6

9測(cè)試報(bào)告...........................................................................................................................................................7

測(cè)試樣品詳情...........................................................................................................................................7

Ic測(cè)量主要參數(shù).....................................................................................................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。

不同彎曲直徑下的Ic...............................................................................................................................7

多次冷熱循環(huán)對(duì)Ic的影響（如有）......................................................................................................7

其他信息...................................................................................................................................................7

附錄A（資料性）一種臨界彎曲直徑測(cè)量組件及其使用示例.....................................................................8

A.1概要...........................................................................................................................................................8

A.2測(cè)量組件...................................................................................................................................................8

A.2.1彎曲骨架材料...................................................................................................................................8

A.2.2彎曲骨架加工...................................................................................................................................8

I

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A.2.3測(cè)量組件示例...................................................................................................................................8

A.3U-I測(cè)量裝置............................................................................................................................................9

A.4測(cè)試過(guò)程.................................................................................................................................................10

A.4.1樣品準(zhǔn)備.........................................................................................................................................10

A.4.2臨界電流測(cè)量.................................................................................................................................11

A.4.3結(jié)果計(jì)算.........................................................................................................................................12

附錄B（資料性）不確定度評(píng)定....................................................................................................................13

B.1概述.........................................................................................................................................................13

B.2循環(huán)比對(duì)試驗(yàn).........................................................................................................................................13

B.2.1概述.................................................................................................................................................13

B.2.2P1實(shí)驗(yàn)室不同帶材樣品的測(cè)量結(jié)果比較...................................................................................13

B.2.3同一帶材樣品（TypeHT-CA）不同實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果比較....................................................14

B.3目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)不確定度.................................................................................................................................15

B.4其他.........................................................................................................................................................16

參考文獻(xiàn)...............................................................................................................................................................17

圖1彎曲骨架結(jié)構(gòu)示意圖..................................................................................................................................3

圖2樣品尺寸......................................................................................................................................................4

圖3約化臨界電流與彎曲直徑關(guān)系示例..........................................................................................................6

圖A.1彎曲骨架及臨界彎曲直徑測(cè)量組件.....................................................................................................9

圖A.2U-I測(cè)量裝置.........................................................................................................................................10

圖A.3調(diào)整彎曲直徑前是否吹干樣品對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響...........................................................................11

表A.1A公司主要Bi-2223超導(dǎo)帶材的產(chǎn)品規(guī)格..........................................................................................8

表A.2典型U-I測(cè)量裝置的儀器設(shè)備..............................................................................................................9

表B.1P1實(shí)驗(yàn)室TypeHT-CA帶材測(cè)量結(jié)果及不確定度............................................................................13

表B.2P1實(shí)驗(yàn)室TypeH帶材測(cè)量結(jié)果及不確定度....................................................................................14

表B.3P1實(shí)驗(yàn)室TypeSS帶材測(cè)量結(jié)果及不確定度..................................................................................14

表B.4P2實(shí)驗(yàn)室TypeHT-CA帶材測(cè)量結(jié)果及不確定度............................................................................14

表B.5P3實(shí)驗(yàn)室TypeHT-CA帶材測(cè)量結(jié)果及不確定度............................................................................15

表B.6三個(gè)實(shí)驗(yàn)室Ic0測(cè)量結(jié)果及不確定度..................................................................................................15

表B.7三個(gè)實(shí)驗(yàn)室TypeHT-CA帶材Dc測(cè)量結(jié)果及不確定度.....................................................................15

II

GB/TXXXXX—

引言

高溫超導(dǎo)體的研發(fā)是國(guó)際上面向應(yīng)用的研究熱點(diǎn)問(wèn)題，涉及高場(chǎng)磁體、低損耗電能傳輸、磁懸浮、

微波濾波器和其他技術(shù)方面[1]。

氧化物高溫超導(dǎo)體的制備技術(shù)對(duì)其應(yīng)用及其重要。目前，Bi-2223在制備成具有一定長(zhǎng)度且超導(dǎo)特

性良好的實(shí)用帶材方面較為成功。帶材形式的超導(dǎo)體在高場(chǎng)磁體、低損耗電能傳輸?shù)葢?yīng)用中，一般均需

要繞制成線圈或者螺旋通電導(dǎo)體形式加以使用[2-4]。氧化物高溫超導(dǎo)體為陶瓷材料，機(jī)械性能較差，制

備成超導(dǎo)帶材或線材時(shí)通過(guò)復(fù)合其他金屬材料其機(jī)械強(qiáng)度得以加強(qiáng)，但仍然不能和銅或鋁相比，從而限

制了其使用范圍。超導(dǎo)帶材存在臨界彎曲直徑，一旦彎曲直徑小于該值，其臨界電流大幅下降（如下降

到初始值的95%或更低）[5-7]。

對(duì)于氧化物高溫超導(dǎo)體，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了一些測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T18502–2018《臨界電流

測(cè)量銀和/或銀合金包套Bi-2212和Bi-2223氧化物超導(dǎo)體的直流臨界電流》（IEC61788-3:2006，IDT）

和GB/T42472–2023《臨界電流測(cè)量銀包套Bi-2223超導(dǎo)線室溫雙彎曲后的保留臨界電流》（IEC

61788-24:2018，IDT）。另外，國(guó)內(nèi)外很多從事超導(dǎo)方面研究的技術(shù)人員也發(fā)表了大量關(guān)于Bi系氧化物

超導(dǎo)體的基礎(chǔ)特性如彎曲特性、拉伸特性等研究工作的論文。但尚無(wú)關(guān)于Bi-2223超導(dǎo)帶材臨界彎曲直

徑的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。

本文件旨在現(xiàn)有臨界電流測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)以及彎曲特性研究成果的基礎(chǔ)上，描述液氮溫區(qū)Bi-2223帶材的

臨界彎曲直徑的測(cè)量方法，以期為從事超導(dǎo)應(yīng)用研究的工程技術(shù)人員就帶材臨界電流直徑測(cè)量工作提供

一定的指導(dǎo)。

IV

GB/TXXXXX—

臨界彎曲直徑測(cè)量液氮溫區(qū)Bi-2223超導(dǎo)帶材的臨界彎曲直徑測(cè)

量

1范圍

本文件描述了在液氮溫區(qū)確定Bi-2223超導(dǎo)帶材臨界彎曲直徑的測(cè)試方法，給出了在通常測(cè)試中所

允許的儀器偏差以及其他具體限定。

本文件適用于帶有加強(qiáng)層的、矩形截面、多芯銀/銀合金包套Bi-2223超導(dǎo)帶材樣品臨界彎曲直徑的

確定，帶材臨界電流小于300A。測(cè)試在無(wú)外加磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行。測(cè)量過(guò)程中被測(cè)樣品浸泡在液氮中。

本文件不適用于加壓、真空等非標(biāo)準(zhǔn)大氣壓液氮冷卻條件下的測(cè)試情況。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T2900.100-2017電工術(shù)語(yǔ)超導(dǎo)電性

GB/T18502-2018臨界電流測(cè)量銀和/或銀合金包套Bi-2212和Bi-2223氧化物超導(dǎo)體的直流臨界

電流（IEC61788-3:2006，IDT）

GB/T42472-2023臨界電流測(cè)量銀包套Bi-2223超導(dǎo)線室溫雙彎曲后的保留臨界電流（IEC

61788-24:2018,IDT）

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T2900.100-2017和GB/T18502-2018界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

臨界電流criticalcurrent

Ic

在超導(dǎo)體中，被認(rèn)為是無(wú)阻通過(guò)的最大直流電流。

注：Ic是磁場(chǎng)強(qiáng)度和溫度的函數(shù)。

[來(lái)源：GB/T2900.100-2017,815-12-01]

臨界電流判據(jù)criticalcurrentcriterion

Ic判據(jù)Iccriterion

根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度E或電阻率ρ確定臨界電流Ic的判據(jù)。

注：常用的電場(chǎng)判據(jù)為E=10μV/m或E=100μV/m，電阻率判據(jù)為ρ=10-14Ω·m或ρ=10-13Ω·m

[來(lái)源：GB/T2900.100-2017,815-12-02]

n-值（超導(dǎo)體）n-value<superconductor>

n

1

GB/TXXXXX—

在特定的電場(chǎng)強(qiáng)度和電阻率區(qū)間，超導(dǎo)體的電壓-電流曲線U(I)可近似表示為U∝In，其中I的冪指

數(shù)就是超導(dǎo)體的n-值。

注：對(duì)于氧化物高溫超導(dǎo)體，U∝In方程不適用于寬的電壓區(qū)間。

[來(lái)源：GB/T2900.100-2017,815-12-10,有修改]

彎曲骨架bendingmandrel

樣品測(cè)量組件上具有測(cè)試所需的一組彎曲直徑的同心柱體，能使帶材彎曲到指定直徑并在測(cè)試時(shí)保

持其彎曲狀態(tài)。

彎曲直徑bendingdiameter

D

彎曲骨架的柱體直徑。

注：彎曲直徑原則上應(yīng)為彎曲骨架直徑與帶材厚度之和，但在工程上一般認(rèn)為是帶材纏繞骨架直徑。

臨界彎曲直徑criticalbendingdiameter

Dc

當(dāng)超導(dǎo)帶材呈彎曲狀態(tài)時(shí)，其臨界電流衰減至未彎曲時(shí)臨界電流的95%對(duì)應(yīng)的彎曲直徑。

Bi-2223氧化物超導(dǎo)體Bi-2223superconductor

具有含CuO2面的層狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)分子式為(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox（x約等于10）的氧化物超導(dǎo)體。

注：Bi-2223超導(dǎo)帶材是基于銀包套的粉末裝管法制造的，具有多芯結(jié)構(gòu)，許多Bi-2223細(xì)絲鑲嵌在銀基體。

[來(lái)源：GB/T18502-2018,3.9]

4原理

Bi-2223超導(dǎo)帶材的臨界彎曲直徑是通過(guò)測(cè)量帶材的臨界電流（Ic）隨彎曲直徑（D）的變化曲線來(lái)

確定的。即根據(jù)測(cè)量得到的超導(dǎo)帶材彎曲狀態(tài)下的Ic和彎曲直徑的關(guān)系曲線，確定Ic為95%Ic0時(shí)所對(duì)應(yīng)的

彎曲直徑為超導(dǎo)帶材的臨界彎曲直徑Dc。

注：按照GB/T18502–2018的規(guī)定測(cè)量Bi-2223超導(dǎo)帶材短直樣品液氮下的初始臨界電流值Ic0。在室溫中將帶材樣品

安裝于彎曲骨架上，在自場(chǎng)、液氮浸泡下測(cè)量其臨界電流值，測(cè)量過(guò)程中避免樣品受彎曲應(yīng)力之外的其他應(yīng)力

的作用。改變彎曲直徑時(shí)需將樣品回溫。按彎曲直徑從大到小的順序，依次測(cè)量超導(dǎo)帶材的臨界電流值Ic，直

至Ic衰減到80%Ic0以下。

5測(cè)試裝置

概述

測(cè)試超導(dǎo)帶材臨界彎曲直徑的裝置由三部分構(gòu)成：

——彎曲骨架測(cè)量組件；

——液氮低溫容器；

——符合GB/T18502-2018的U-I特性測(cè)量系統(tǒng)。

2

GB/TXXXXX—

彎曲骨架材料

彎曲骨架應(yīng)不引起樣品局部過(guò)量應(yīng)變。從室溫冷卻到液氮溫度，樣品和彎曲骨架之間的熱收縮差引

起的樣品熱應(yīng)變應(yīng)控制在±0.1%以內(nèi)。這種熱應(yīng)變可依據(jù)組成材料的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行評(píng)估。為了使熱應(yīng)

變最小化，彎曲骨架應(yīng)由具有類似樣品熱收縮特性的材料制成。

如果樣品彎曲骨架和樣品熱收縮特性不同而在降溫后產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)變，應(yīng)注明該Ic值是在何種骨架

材料引起的過(guò)度應(yīng)變狀態(tài)下測(cè)定的。

GB/T18502–2018中表A.1推薦了適合于制作樣品彎曲骨架的材料，制作骨架時(shí)可以選用其中任何

一種。

彎曲骨架結(jié)構(gòu)

如圖1所示，典型的彎曲骨架結(jié)構(gòu)由一組不同彎曲直徑的同心柱體組成。根據(jù)現(xiàn)有商用帶材的規(guī)格，

推薦彎曲直徑的范圍在100mm~10mm之間，變化間距不大于10mm。

圖1彎曲骨架結(jié)構(gòu)示意圖

同心柱體臺(tái)階的寬度應(yīng)大于商業(yè)帶材的寬度，推薦不小于5mm。柱體直徑加工精度優(yōu)于±0.02mm。

超導(dǎo)帶材電壓引線接點(diǎn)宜靠近樣品彎曲部位。

樣品測(cè)量組件

樣品測(cè)量組件一般由樣品、測(cè)量骨架和固定結(jié)構(gòu)組成。測(cè)量時(shí)樣品測(cè)量組件應(yīng)浸沒(méi)于液氮中。

測(cè)量組件上應(yīng)提供適當(dāng)?shù)膸Р墓潭ㄊ侄?，以保證液氮下測(cè)量時(shí)樣品能保持其彎曲狀態(tài)，且不產(chǎn)生額

外的應(yīng)變，或確?？倯?yīng)變控制在±0.1%的范圍內(nèi)。

電流引線接頭應(yīng)牢靠地固定在測(cè)量組件上，以避免電流引線接頭與樣品彎曲骨架間過(guò)渡區(qū)域的應(yīng)力

集中。

附錄A提供了一種帶有彎曲骨架的樣品測(cè)量組件示例。

U-I特性測(cè)量系統(tǒng)

U-I特性測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)符合GB/T18502–2018中9.1、9.2和9.5的要求，主要包括直流電源、數(shù)據(jù)采集

與處理系統(tǒng)（包括傳感器、數(shù)字電壓表、上位機(jī)軟件）。

6樣品準(zhǔn)備和安裝

樣品尺寸要求

樣品的尺寸要求如下：

3

GB/TXXXXX—

···································(1)

=