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文檔簡介
ICS77.040.01,29.050
CCSH21,H60
中華人民共和國國家標準
GB/TXXXXX—
`
臨界彎曲直徑測量液氮溫區(qū)Bi-2223超導
帶材的臨界彎曲直徑測量
Criticalbendingdiametermeasurement——Criticalbendingdiametermeasurement
ofBi-2223superconductingwiresinliquidnitrogentemperature
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XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施
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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術語和定義.......................................................................................................................................................1
4原理...................................................................................................................................................................2
5裝置...................................................................................................................................................................2
概述...........................................................................................................................................................2
彎曲骨架材料...........................................................................................................................................3
彎曲骨架結構...........................................................................................................................................3
樣品測量組件...........................................................................................................................................3
U-I測量系統(tǒng)............................................................................................................................................3
6樣品準備和安裝...............................................................................................................................................3
樣品尺寸要求...........................................................................................................................................3
樣品的安裝...............................................................................................................................................4
7測試步驟...........................................................................................................................................................4
初始臨界電流值Ic0.................................................................................................................................4
彎曲狀態(tài)下臨界電流值Ic......................................................................................................................5
臨界彎曲直徑測定...................................................................................................................................5
多次冷熱循環(huán)的影響（可選）...............................................................................................................5
8結果計算...........................................................................................................................................................5
臨界電流計算...........................................................................................................................................5
n-值計算（可選）...................................................................................................................................6
臨界彎曲直徑計算...................................................................................................................................6
9測試報告...........................................................................................................................................................7
測試樣品詳情...........................................................................................................................................7
Ic測量主要參數.....................................................................................................錯誤！未定義書簽。
不同彎曲直徑下的Ic...............................................................................................................................7
多次冷熱循環(huán)對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量組件及其使用示例.....................................................................8
A.1概要...........................................................................................................................................................8
A.2測量組件...................................................................................................................................................8
A.2.1彎曲骨架材料...................................................................................................................................8
A.2.2彎曲骨架加工...................................................................................................................................8
I
GB/TXXXXX—
A.2.3測量組件示例...................................................................................................................................8
A.3U-I測量裝置............................................................................................................................................9
A.4測試過程.................................................................................................................................................10
A.4.1樣品準備.........................................................................................................................................10
A.4.2臨界電流測量.................................................................................................................................11
A.4.3結果計算.........................................................................................................................................12
附錄B（資料性）不確定度評定....................................................................................................................13
B.1概述.........................................................................................................................................................13
B.2循環(huán)比對試驗.........................................................................................................................................13
B.2.1概述.................................................................................................................................................13
B.2.2P1實驗室不同帶材樣品的測量結果比較...................................................................................13
B.2.3同一帶材樣品（TypeHT-CA）不同實驗室的測量結果比較....................................................14
B.3目標標準不確定度.................................................................................................................................15
B.4其他.........................................................................................................................................................16
參考文獻...............................................................................................................................................................17
圖1彎曲骨架結構示意圖..................................................................................................................................3
圖2樣品尺寸......................................................................................................................................................4
圖3約化臨界電流與彎曲直徑關系示例..........................................................................................................6
圖A.1彎曲骨架及臨界彎曲直徑測量組件.....................................................................................................9
圖A.2U-I測量裝置.........................................................................................................................................10
圖A.3調整彎曲直徑前是否吹干樣品對測試結果的影響...........................................................................11
表A.1A公司主要Bi-2223超導帶材的產品規(guī)格..........................................................................................8
表A.2典型U-I測量裝置的儀器設備..............................................................................................................9
表B.1P1實驗室TypeHT-CA帶材測量結果及不確定度............................................................................13
表B.2P1實驗室TypeH帶材測量結果及不確定度....................................................................................14
表B.3P1實驗室TypeSS帶材測量結果及不確定度..................................................................................14
表B.4P2實驗室TypeHT-CA帶材測量結果及不確定度............................................................................14
表B.5P3實驗室TypeHT-CA帶材測量結果及不確定度............................................................................15
表B.6三個實驗室Ic0測量結果及不確定度..................................................................................................15
表B.7三個實驗室TypeHT-CA帶材Dc測量結果及不確定度.....................................................................15
II
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引言
高溫超導體的研發(fā)是國際上面向應用的研究熱點問題，涉及高場磁體、低損耗電能傳輸、磁懸浮、
微波濾波器和其他技術方面[1]。
氧化物高溫超導體的制備技術對其應用及其重要。目前，Bi-2223在制備成具有一定長度且超導特
性良好的實用帶材方面較為成功。帶材形式的超導體在高場磁體、低損耗電能傳輸等應用中，一般均需
要繞制成線圈或者螺旋通電導體形式加以使用[2-4]。氧化物高溫超導體為陶瓷材料，機械性能較差，制
備成超導帶材或線材時通過復合其他金屬材料其機械強度得以加強，但仍然不能和銅或鋁相比，從而限
制了其使用范圍。超導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]。
對于氧化物高溫超導體，目前國內外已經有了一些測量方法標準，如GB/T18502–2018《臨界電流
測量銀和/或銀合金包套Bi-2212和Bi-2223氧化物超導體的直流臨界電流》（IEC61788-3:2006，IDT）
和GB/T42472–2023《臨界電流測量銀包套Bi-2223超導線室溫雙彎曲后的保留臨界電流》（IEC
61788-24:2018，IDT）。另外，國內外很多從事超導方面研究的技術人員也發(fā)表了大量關于Bi系氧化物
超導體的基礎特性如彎曲特性、拉伸特性等研究工作的論文。但尚無關于Bi-2223超導帶材臨界彎曲直
徑的測量標準。
本文件旨在現有臨界電流測量標準以及彎曲特性研究成果的基礎上，描述液氮溫區(qū)Bi-2223帶材的
臨界彎曲直徑的測量方法，以期為從事超導應用研究的工程技術人員就帶材臨界電流直徑測量工作提供
一定的指導。
IV
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臨界彎曲直徑測量液氮溫區(qū)Bi-2223超導帶材的臨界彎曲直徑測
量
1范圍
本文件描述了在液氮溫區(qū)確定Bi-2223超導帶材臨界彎曲直徑的測試方法，給出了在通常測試中所
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層的、矩形截面、多芯銀/銀合金包套Bi-2223超導帶材樣品臨界彎曲直徑的
確定，帶材臨界電流小于300A。測試在無外加磁場的條件下進行。測量過程中被測樣品浸泡在液氮中。
本文件不適用于加壓、真空等非標準大氣壓液氮冷卻條件下的測試情況。
2規(guī)范性引用文件
下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，
僅該日期對應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電工術語超導電性
GB/T18502-2018臨界電流測量銀和/或銀合金包套Bi-2212和Bi-2223氧化物超導體的直流臨界
電流（IEC61788-3:2006，IDT）
GB/T42472-2023臨界電流測量銀包套Bi-2223超導線室溫雙彎曲后的保留臨界電流（IEC
61788-24:2018,IDT）
3術語和定義
GB/T2900.100-2017和GB/T18502-2018界定的以及下列術語和定義適用于本文件。
臨界電流criticalcurrent
Ic
在超導體中，被認為是無阻通過的最大直流電流。
注：Ic是磁場強度和溫度的函數。
[來源：GB/T2900.100-2017,815-12-01]
臨界電流判據criticalcurrentcriterion
Ic判據Iccriterion
根據電場強度E或電阻率ρ確定臨界電流Ic的判據。
注：常用的電場判據為E=10μV/m或E=100μV/m，電阻率判據為ρ=10-14Ω·m或ρ=10-13Ω·m
[來源：GB/T2900.100-2017,815-12-02]
n-值（超導體）n-value<superconductor>
n
1
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在特定的電場強度和電阻率區(qū)間，超導體的電壓-電流曲線U(I)可近似表示為U∝In，其中I的冪指
數就是超導體的n-值。
注：對于氧化物高溫超導體，U∝In方程不適用于寬的電壓區(qū)間。
[來源：GB/T2900.100-2017,815-12-10,有修改]
彎曲骨架bendingmandrel
樣品測量組件上具有測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試時保
持其彎曲狀態(tài)。
彎曲直徑bendingdiameter
D
彎曲骨架的柱體直徑。
注：彎曲直徑原則上應為彎曲骨架直徑與帶材厚度之和，但在工程上一般認為是帶材纏繞骨架直徑。
臨界彎曲直徑criticalbendingdiameter
Dc
當超導帶材呈彎曲狀態(tài)時，其臨界電流衰減至未彎曲時臨界電流的95%對應的彎曲直徑。
Bi-2223氧化物超導體Bi-2223superconductor
具有含CuO2面的層狀結構，化學分子式為(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox（x約等于10）的氧化物超導體。
注：Bi-2223超導帶材是基于銀包套的粉末裝管法制造的，具有多芯結構，許多Bi-2223細絲鑲嵌在銀基體。
[來源：GB/T18502-2018,3.9]
4原理
Bi-2223超導帶材的臨界彎曲直徑是通過測量帶材的臨界電流（Ic）隨彎曲直徑（D）的變化曲線來
確定的。即根據測量得到的超導帶材彎曲狀態(tài)下的Ic和彎曲直徑的關系曲線，確定Ic為95%Ic0時所對應的
彎曲直徑為超導帶材的臨界彎曲直徑Dc。
注：按照GB/T18502–2018的規(guī)定測量Bi-2223超導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、液氮浸泡下測量其臨界電流值，測量過程中避免樣品受彎曲應力之外的其他應力
的作用。改變彎曲直徑時需將樣品回溫。按彎曲直徑從大到小的順序，依次測量超導帶材的臨界電流值Ic，直
至Ic衰減到80%Ic0以下。
5測試裝置
概述
測試超導帶材臨界彎曲直徑的裝置由三部分構成：
——彎曲骨架測量組件；
——液氮低溫容器；
——符合GB/T18502-2018的U-I特性測量系統(tǒng)。
2
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彎曲骨架材料
彎曲骨架應不引起樣品局部過量應變。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
起的樣品熱應變應控制在±0.1%以內。這種熱應變可依據組成材料的熱膨脹系數進行評估。為了使熱應
變最小化，彎曲骨架應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生過大的應變，應注明該Ic值是在何種骨架
材料引起的過度應變狀態(tài)下測定的。
GB/T18502–2018中表A.1推薦了適合于制作樣品彎曲骨架的材料，制作骨架時可以選用其中任何
一種。
彎曲骨架結構
如圖1所示，典型的彎曲骨架結構由一組不同彎曲直徑的同心柱體組成。根據現有商用帶材的規(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彎曲骨架結構示意圖
同心柱體臺階的寬度應大于商業(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。
超導帶材電壓引線接點宜靠近樣品彎曲部位。
樣品測量組件
樣品測量組件一般由樣品、測量骨架和固定結構組成。測量時樣品測量組件應浸沒于液氮中。
測量組件上應提供適當的帶材固定手段，以保證液氮下測量時樣品能保持其彎曲狀態(tài)，且不產生額
外的應變，或確保總應變控制在±0.1%的范圍內。
電流引線接頭應牢靠地固定在測量組件上，以避免電流引線接頭與樣品彎曲骨架間過渡區(qū)域的應力
集中。
附錄A提供了一種帶有彎曲骨架的樣品測量組件示例。
U-I特性測量系統(tǒng)
U-I特性測量系統(tǒng)應符合GB/T18502–2018中9.1、9.2和9.5的要求，主要包括直流電源、數據采集
與處理系統(tǒng)（包括傳感器、數字電壓表、上位機軟件）。
6樣品準備和安裝
樣品尺寸要求
樣品的尺寸要求如下：
3
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···································(1)
=