无铅焊料制备的Y0.5Gd0.5Ba2Cu3O7-z涂层超导带材搭接接头的机电性能研究

由于单根Y0.5Gd0.5Ba2Cu3O7-z(YGdBCO)涂层超导带材的长度有限,因此在制造高温超导(HTS)器件时不可避免地需要接头。HTS设备的稳定运行在很大程度上取决于接头的品质,因为接头的机电性能通常低于母材。本研究应用Sn42Bi58焊料制作YGdBCO涂层超导带材搭接接头。与传统的Sn60Pb40焊料相比,无铅Sn42Bi58焊料对环境友好,且熔点降低了40℃,因此可在低于150℃的低温下进行焊接操作,有助于抑制超导带材在连接过程中的性能下降。通过测量自场和液氮温度下的电压-电流曲线,研究了加载压力,加压速度和搭接长度对YGdBCO接头临界电流,电阻和n值的影响。通过优化焊接技术,可在12.5 MPa的压强和50 N/s的加压速度下重复获得与母材临界电流相当的25 cm长的低阻接头,其电阻为4.35~5.58 nΩ。还对轴向拉伸作用下接头的力学行为进行了研究,单根带材和接头部分的临界轴向拉伸力分别为213和212 N。上述结果表明,与传统焊接技术相比,采用优化的无铅Sn42Bi58焊料制备低电阻、高拉伸特性的焊接接头的稳定性和重复性明显提升,为YGdBCO超导带材大规模运用的接头连接提供了一种有前景的选择。