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

I I 2規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14原理 25測量裝置 25.1概述 2 2 36樣品準備和安裝 36.1樣品尺寸要求 3 7測量步驟 47.1初始臨界電流測量 47.2彎曲狀態(tài)下臨界電流測量 47.3臨界彎曲直徑測定 57.4多次冷熱循環(huán)的影響(可選) 58結(jié)果計算 58.1臨界電流計算 58.2n-值計算(可選) 8.3臨界彎曲直徑計算 68.4測量不確定度 6 79.1被測樣品詳情 7 79.4多次冷熱循環(huán)對I。的影響(可選) 7 7附錄A(資料性)一種臨界彎曲直徑測量組件及其使用示例 8附錄B(資料性)不確定度評定 Ⅲ本文件主要起草人：張國民、張東、杜曉紀、靖立偉、史越、楊立紅、顧晨、鄭金星、石晶、V目前，雖然對高溫超導(dǎo)體的臨界電流建立了一些測量標準，如GB/T18502—2018和1液氮溫區(qū)Bi-2223超導(dǎo)帶材的臨界彎曲直徑測量本文件適用于矩形截面、銀/銀合金包套且?guī)Р呐R界電流小于300A(77K,自場，1μV/cm)的Bi-GB/T2900.100—2017電工術(shù)語超導(dǎo)電性GB/T18502—2018臨界電流測量銀和/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GB/T42472—2023臨界電流測量銀包套Bi-2223超導(dǎo)線室溫雙彎曲后的保留臨界電流Ic注：常用的電場判據(jù)為E=10μV/m或E=100μV/m,電阻率判據(jù)為p=10-14Qm或p=10-13Q·m。n-值(超導(dǎo)體)n-value(ofasuperconductor)nDDBi-2223超導(dǎo)帶材的臨界彎曲直徑由帶材的臨界電流(I。)隨彎曲直徑(D)變化的曲線確定。根據(jù)Ic,直至Ic衰減到80%Ic以下。收縮不同引起的樣品應(yīng)變應(yīng)控制在±0.1%以內(nèi)。這種應(yīng)變可依據(jù)組成材料的熱膨脹系數(shù)進行評估。為23GB/T44371—2024GB/T18502—2018中表A.1推薦了適合于制作樣品彎曲骨架的材料，制作骨架時可選用其中任何圖1為彎曲骨架結(jié)構(gòu)示意圖，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，同心柱體直徑的范圍宜在10mm～100mm之間，直徑變化間距宜不大于10mm,寬標引符號說明：d——同心圓柱體寬度；測量時樣品能保持其彎曲狀態(tài)，且不產(chǎn)生額外的應(yīng)變，或確保總應(yīng)變控制在±0.1%的范圍內(nèi)。測量時U-I特性測量系統(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)字電壓表和上位機軟件)和液氮杜瓦容器。6樣品準備和安裝樣品的尺寸要求見公式(1)和公式(2)L=Li+2×L?+2×L?+2×L?≥5×W L?≥W,L?≥W,L?≥W 式中各部分長度L;(i=1～4)見圖2。4對于大載流容量樣品或窄帶樣品，L?應(yīng)大些。當需要高靈敏度的測量時，L?應(yīng)大些。當電流轉(zhuǎn)移電壓引線接點間的樣品應(yīng)處于圓柱體弧面上。測量過程中如有必要，可在保持L和L?不變的情況彎曲骨架中圓柱體的弧面上。電壓引線接點在樣品上的固定方式避免在彎曲過程中引入額外的帶材損電壓引線應(yīng)選用GB/T18502—2018規(guī)定的細線且雙絞至盡量接近接點(引線與樣品圍出的面積最小),接點應(yīng)置于沿樣品寬度方向的中間部分。應(yīng)確保電壓引線接點之間的樣品始終貼合在彎曲骨架中應(yīng)按GB/T18502—2018的第8章規(guī)定的步驟測量在自場、液氮中超導(dǎo)帶材短直樣品的初始臨界電選擇測量組件中彎曲直徑最大的圓柱體(見附錄A中圖A.1),按照6.2的要求安裝固定超導(dǎo)帶材GB/T44371—2024帶材樣品可是經(jīng)過7.1測量后回溫的樣品，也可是同一批次的其他樣品。如是經(jīng)過7.1測量的樣品，除非特殊說明，臨界電流測量將按照GB/T18502—2018中第8章、第9章和GB/T42472—2023中將測量組件緩慢浸入敞口低溫容器的液氮中，冷卻時間不少于10min,直至冷卻充分(例如樣品區(qū)域液氮無明顯氣泡產(chǎn)生、樣品測量電壓無明顯波動等)。液氮的溫度應(yīng)通過合適的溫度傳感器監(jiān)測并記到I的時間不少于10s;當采用升流—恒流—升流法采樣時，在設(shè)定點之間的升流速率應(yīng)低于相應(yīng)在會造成調(diào)整過程中不確定應(yīng)力的產(chǎn)生，導(dǎo)致測量結(jié)果不準確。每次應(yīng)把測量裝置上的超導(dǎo)帶材回溫(推根據(jù)廠商提供的帶材規(guī)格參數(shù)，按彎曲骨架直徑從大到小的順序，例如100mm、90mm、減到Ico的80%以下?？衫米詣踊蚴謩友b置改變樣品的彎曲直徑，應(yīng)保證樣品與彎曲骨架貼合，同時張力不應(yīng)對樣品7.4多次冷熱循環(huán)的影響(可選)由于本文件規(guī)定改變樣品的彎曲直徑是在室溫下進行(考慮工程實際情況),因此臨界電流隨彎曲除非特殊說明，臨界電流的確定按照GB/T18502—2018中10.1和GB/T42472—2023中8.1的規(guī)56GB/T44371—20248.2n-值計算(可選)0.67b)每個彎曲直徑下臨界電流的測量值、平均值以及相對標準不確定度，不確定度評定示例見9.4多次冷熱循環(huán)對I的影響(可選)8采用本文件方法測量液氮溫區(qū)Bi—2223超導(dǎo)帶材的臨界彎曲直徑，需要使用帶有彎曲骨架的測量組件，并使用U-I特性測量系統(tǒng)測量和讀取臨界電流值。本附錄介紹了一種臨界彎曲直徑測量組件及在本測量方法中，樣品的拉伸應(yīng)變應(yīng)控制至小于0.1%。在0T、77K時，0.1%的應(yīng)變不會導(dǎo)致明顯的測量偏差，而當應(yīng)變大于0.3%時臨界電流就會明顯下降。應(yīng)變的主要來源是彎曲骨架和樣品在冷GB/T18502—2018中表A.1給出了Bi-2223帶材和一些骨架備選材料的熱膨脹數(shù)據(jù)，制作彎曲骨A.2.2彎曲骨架加工流值在170A～200A之間，臨界拉伸強度大于130MPa,臨界彎曲直徑在40mm～80mm范圍。表A.1列出了A公司主要Bi—2223超導(dǎo)帶材產(chǎn)品的規(guī)格。類別TypeHTypeHT-SS寬度/mm厚度/mm0.230.290.3477K下臨界拉伸強度/MPa室溫下的臨界彎曲直徑/mm因此5.3中推薦彎曲骨架的一組同心柱體的直徑范圍為10mm～100mm,臺階的寬度不小于5mm,柱體直徑變化間隔值不大于10mm,可保證每次測量獲得不少于7個有效數(shù)據(jù)點。圖A.1所示為帶有彎曲骨架的測量組件的一個例子，包括結(jié)構(gòu)框架(圖中標號(圖中標號5和7)、彎曲骨架(圖中標號1)和支撐板(圖中標號4)等部件。通過兩根向下延伸的支9328典型U-I特性測量系統(tǒng)的儀器設(shè)備見表A.2。圖A.2所示為U-I特性測量系統(tǒng)照片，基于Labview編序號儀器設(shè)備名稱精度等級及型號作用1直流電源Cryogenic,600A/10V超導(dǎo)磁體電源為樣品提供直流電流2電壓測量儀表Keithley2182納伏表，8位測量樣品的電壓3電流測量儀表Keithley2000型數(shù)字萬用表，6位半測量分流器兩端的電壓信號4分流器0.5級，75mV/200A將電流轉(zhuǎn)化為電壓信號A.4測量過程A.4.1樣品準備可提高測量準確性。圖A.3中比較了不吹干(樣品1)和吹干(樣品2)兩種不同操作得到的臨界彎曲化臨界電流化臨界電流樣品20A.4.2臨界電流測量盡管常用的焊料Pb-60%Sn和Pb-70%Sn是適用的，但低熔點的銦、銦合金和鉍合金更優(yōu)。同時樣品移動會感生噪聲。樣品彎曲骨架應(yīng)緊固在支撐結(jié)構(gòu)上，同時支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)固定牢靠以避免因電 (資料性)果的變異系數(shù)(標準偏差除以臨界電流測量平均值)小于5%。為確定本測量方法的目標標準不確定度，2022年10月工作組組織了國內(nèi)三家單位參加的循環(huán)比對試驗。參加單位分別為P1、P2和P3。樣品為A公司生產(chǎn)的Bi-2223帶材，型號分別為TypeHT-CA、還包括C公司和D公司生產(chǎn)的YBCO超導(dǎo)帶材。表B.1～表B.3所示為P1實驗室分別對TypeHT-CA、Type-H和TypeHT-SS3種帶材的臨界彎彎曲直徑臨界電流臨界電流臨界電流平均值相對標準不確定度彎曲直徑D/mm臨界電流臨界電流臨界電流平均值相對標準不確定度XRsu/%彎曲直徑D/mm臨界電流臨界電流臨界電流平均值相對標準不確定度XRsu/%O0.07570.01540.98560.01170.96780.04110.92080.01330.85580.01510.75160.11520.657039.4239.4039.4439.420.02930.2583D/mm臨界電流臨界電流臨界電流平均值相對標準不確定度XRsu/%O0.03720.01050.96960.01800.93880.03860.87620.00790.85930.00400.84730.01230.82230.00830.811980.6080.9080.3080.600.21490.4722GB/T44371—2024彎曲直徑D/mm臨界電流平均值相對標準不確定度XRsu/%Ic/īc?O0.01210.14630.99340.00460.97000.34730.88260.52670.84510.44410.77960.32640.659338.4538.5038.6938.550.18970.1938彎曲直徑D/mm臨界電流臨界電流臨界電流平均值相對標準不確定度XRsu/%Ic/īc?O0.18070.20820.98630.25070.98010.09330.97280.15550.95640.09940.95230.14150.91050.17640.80950.20370.69670.19770.6235觀察表B.1～表B.5Ic測量結(jié)果的Xrsu最大值為0.5267%(見表B.4),對應(yīng)變異系數(shù)為系數(shù)為0.24%,考慮到3個實驗室的測量樣品并非同一根帶材，這個數(shù)據(jù)實際上還包含了樣品不均勻性AAAA相對標準不確定度XRsu/%%0.140.24D.—P1mmD.—P2mmD.—P3mmmm相對標準不確定度XRsu/%%67.860.07[1]GOODRICHLF,STRIVASTAVAAN,STAUFFERTC.Simulatorsofsuperconductorcriticalcurrent:design,characterization,andconstruction.JournalofResearchoftheNationalInsti-tuteofStandards&.Technology,1991(96):703-724.[2]ZHANGGM,SCHWARTZJ,PAMIDIS,etal.TheeffectsofbendingstrainonthecriticalcurrentandAClossofBSCCO/Agtapes[J].SuperconductorScienceandTechnology,2004,17(8):1018-1021.[2]SHINHS,OHSS,HADW.Degradationbehavioro