GB/T 38842-2020 实用超导线的分类和检测方法 一般特性和指南 GB/T38842-2020 标准压缩包解压密码：www.bzxz.net

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ICS 17.220.20,29.050
中华人民共和国国家标准
GB/T38842—2020
实用超导线的分类和检测方法
一般特性和指南
Categories and test methods of practical superconducting wires-General characteristics and guidance(1IEC TR 61788-20:2014,Superconductivity—Part 20: Superconducting wires-Categories of practical supcrconducting wiresGeneral characteristics andguidance; IEC 61788-21:2015,Superconductivity—Part 21:Superconducting wires-Test methods for practical superconducting wires-General characteristics and guidance, MOD)2020-06-02发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2020-12-01实施
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规范性引用文件
术语和定义
实用超导线类别
实用超导线的特征属性
特性分类
标推规范的特性测最
8辅助实用超导线规范和使用的技术信息目
附录A（资料性附录）本标准与IEC TR 61788-20;2011和1EC 61788-21;2015相比的结构变化情况
附录B（资料性附录）实用超导线结构附录C（资料性附录）实用超导线分类附录D（资料性附录）实用超导线的特征属性附录E（资料性附录）辅助实用超导线规范和使用的技术信息GB/T38842—2020
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本标推按照GB/T1.1---2009给出的规则起草GB/T 38842--2020
本标准使用重新起草法修改采用IECTR61788-20：2014《超导电性第20部分：超导线实用超导线分类一般特性和指导原则》和IEC61788-21：2015《超导电性第21部分：超导线实用超导线测试方法一般特性和指导原则》。本标准与对应的国际标准章条编号对照一览表参见附录A。本标准与IECTR61788-20：2014和IEC61788-21:2015的技术性差异及其原因如下：关于规范性引用文件，本标准做了具有技术性差异的调整，以适应我国的技术条件，调整的情说集中反映在第2章“规范性引用文件”中，具体调整如下；*用等同采用国际标准的GB/T2900代替了1FC60050；·用等同采用国际标准的GB/T18502代替了IEC61788-3；?用等同来用国际标准的GB/T21227代替了IEC61788-13;*用等同采用国际标准的GB/T21546代替了IEC61788-1:用等同采用国际标准的GB/T22587代替了IEC61788-5；用等同来用国际标准的GB/T28871代替了IEC61788-2；*用等同采用国际标准的GB/T30109代替了IEC61788-8;?用等同采用国际标准的GB/T31522代替了IEC61788-12。用等同来用国际标准的GB/T31527代替了IEC61788-6；用等同采用国际标准的GB/T31780代替了IEC61788-10；?用等同采用国际标准的GB/T36611代替『IEC61788-18。本标准做了下列编辑性修改：
为与两个国际标准内容更相符，将标准的名称修改为“实用超导线的分类和检测方法一般特性和指南，
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标罹由中国科学院提山。
本标准由全国超导标准化技术委员会（SAC/TC265)归口。本标准起草单位：中国科学院电工研究所、西部超导材料科技股份有限公司、1海交通人学、1海人学、中国科学院物理研究所。
本标推主要起草人：霍春艳、冯再李始杰、蔡传兵、季清、王秋良，程军胜。亚
B/1138842--2020
超导线是很多重要工业产品的核心与保障。统一的超导线标准将有利于采购规范的制定、组件的设计和工程实现、质最认证、设备的操作说明以及工业技术的推广应用。白20世纪60年代后期，实用低温超导(1TS)线得到了泛应用(磁共振成像磁体、大科学装置以及前沿尖端科学仪器设备等方面）。1986年发现的高温超导体（HTS)，降低了超导技术对制冷系统的温度要求，从而降低了该技术的使用成本。这些新材料制成的超导线使得新的应用成为可能，包括一些低温超导线材根本无法涉足的应用。超导线材的许多制作流程和导体构型已经建立，这些工艺流程颇具普适性，成为材料1业化生产的基础。实用超导线外形与一般铜、铝导线相似。例如，低温超导线的外观与商用铜导线或镀锡铜导线相近，因为它们被金属稳定层或加强层所包。通常实用超导线材缠绕在线轴上，以长线方式提供，正因如此，在产品和应用中几乎可以视为普通导体来使用。然而，超导电性固有的技术属性要求在物资来购、设计制造、测试认证、质量控制和其他商业活动中做某些特殊考虑。为满足使用需求、维持超导工作条件及适应机械应力和应变，超导线材的规格设计需要考惠到超导线中不同组分的功能。依据所使用的超导材料和预期的工作条件或环境，制造商对超导线中各组元进行调整，发布了各种形式的超导线产品。使用超导线的设备在设计制造中也需考虑到超导线在运行中的独特性质。这些技术属性可能相当复杂，尽管超导线材供应商已尽最大的努力来营销他们的产品，但是非技术用户仍雄以使用实用超导线。就这一点而言，标化为超导技术提供了最重要特性公共的、无可争设的参考信息。值得注意的是，本标准给出了现阶段实用超导线一般性能参数，并不规范线材具体规格或线材加工工艺。本标准是实用超导线技术方面的指南，描述了不同种类超导线特点，给出了其关键性能的测量方法，对实用超导线产品的规范和使用至关重要。本标准作为超导技术领域生产商和用户的首要标，适用于测试、认证和质量控制等环节。遵循本标准有助于市场化发展和产品销售。-riKaeerkca
1范围
实用超导线的分类和检测方法
一般特性和指南
GB/T 38842—2020
本标准给出了实用超导线的一般特性，并提供了实用超导线的力学、电学和超导特性测试方法方面的应用指南。实用线指的是可以商业化批量连续制备成足够的长度，且能够用丁制造设备的线材。本标准尤其关注实用超导线不同于常规铜和错线的特性。本标雅适用于GB/T2900.100一2017中2.4描述的多种超导线，包含单芯，多芯超导线，复合超导体和涂层导体，以及其他一体化结构的复合超导线。本标准不适用于实用超导线以外的其他线（如原型、试样和开发中的线），以及多根线组成的导体（如电缆）。
2规范性引用文件
下列文件对丁本文件的应用是必不可少的。凡是注月期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2900（所有部分）电L术语［IEC60050（所有部分）」GB/T18502临界电流测量银和/或银合金包套Bi-2212和Bi-2223氧化物超导体的直流临界电流(GB/T18502—2018,IEC 61788-3:2006,IDT)GB/T21227交流损耗测最Cu/Nb-Ii多丝复合线磁滞损耗的磁强计測量法（GB/T212272007,IEC61788-13.2003,IDT)
GB/T21546
钛复合超导体的直流临界电流测量（GB/T21546—2008，IEC61788-1：2006，IDT)
GB/T22587基体与超导体体积比测量制-镜钛（Cu/Nb-Ti)复合超导体铜-超［体积比的测量(GB/T 225872017,IEC 61788-5:2013,IDT)GB/T28871锯三锅（Nb.Sn)复合超导体的直流临界电流测量（GB/T28871—2012.IEC617882:2006,DT)
GB/T30109交流损耗测量液氮温度下横向交变磁场中圆形截面超导线总交流损耗的探测线测量法(GB/T30109—2013,IEC61788-8.2010,IDT)GB/T 31522基体与超导体休积比测试Nb,Sn 复合超导线铜与非铜体积比(GB/T 31522-2015,IEC61788-12.2013,IDT)
GB/T31527力学性能测量NbTi/Cu复合超导线室温拉伸试验方法（GB/T31527—2015IEC 61788-6 :2011,1DT)
GB/T31780临界温度测量电阻法测复合超导体临界温度（GB/T317802015，IEC61788-102006,IDT)
GB/T36611力学性能测量Ag和/或Ag合金包套Bi-2223和Bi-2212复合超导体室温拉伸试验方法(GB/T 366112018,IEC 61788-18:2013,IDT)IEC61788-1超导电性第4部分：剩余电阻比测量Nb-Ti和Nb:Sn复合超导体剩余电阻比测最(Superconductivity--Part 4:Residual resistance fatio fneasurement-Residual resistance ratio of1
T1YGB/T138842—202CwwW.bzxz.Net
Nb-Tiand Nb,Sn composite superconductors)IEC61788-19超导电性第19部分：力学性能测量Nb;Sn复合超导体室溢拉伸试验方法(Superconductivity-Part l9: Mechanical properties measurement---Room temperaturc tcnsile tcst ofreacted Nb, Sn composite superconductors)3术语和定义
GB/T2900.100界是的衣语和定文道用于本文件。4实用超导线类别
GB/T2900.100将1业用超导材料分为两类：一类为临界温度低于25K的低温超导材料，典型的有Nb-Ti合金和 NbsSn金属间化合物。另一类为高温超导材料，例如 BSCCO、REBCO氧化物陶瓷和Mg金属间化合物。在本标准中，上述五类超导材料制成的超导线统称为实用超导线，每一类实用超导线都可以再细分，其细节参见附录B和附录C。如果将来有新的超导材料能够工业化生产，则宜修订本标准，将其作为一种新的实用超导线。5实用超导线的特征属性
导线的主要作用是传输电流。作为导线，超导线比常规导线裁流能力高2个数量级至3个数量级。本标准中阐述了超导线载流能力（即临界电流）的判定方法，以及特殊情况下实用超导线需考虑的其他特性，例如力学特性,热学特性以及磁场环境中的特性。具体描述参见附录D。6特性分类
超导线特性分类如下：
a）渺及超导线运行的特性，如初始冷却至运行温区、连续运行和故障状态下呈现的性能：b）实际工程化应用相关特性，例如设备制造和安装过程中呈现的性能。针对上述两类特性的主要测试方法国家标推已经建立，详见第7章。7标准规范的特性测量
7.1总则
超导类国家标准规范了-些特性，这些特性的测试方法将用于解决分歧。当新的测试标准建立后，也将囊括在本章中。
7.2涉及超导线运行的特性
出于协商的国的，与特定属性相关的现行国家标准用于解决分歧。它们分为如下几类：a）临界温度：
电阻法测复合超导休临界温度(GB/T31780)；临界温度测量「
b）临界电流：
—临界电流测量锯钛复合超导体的直流临界电流测量（GB/T21546）：2
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GB/T38842—2020
-临界电流测量锯三镊（NbSn）复合超导体的直流临界电流测量（GB/T28871）.-临界电流测量银和/或银合金包套Bi-2212和Bi-2223氛化物超导体的直流临界电流(GB/T18502)：
c）交流损耗：
交流损耗测量液氮温度下横向交变磁场中圆形截面超导线总交流损耗的探测线圈测最法(GB/T30109);
交流损耗测量Cu/Nb-Ti多丝复合线磁滞损耗的磁强计测量法（GB/T21227）。7.3实际工程化应用相关特性
出丁协商的目的，与实际工程化应用相关的国际和国家标准用于解决分歧。它们分为如下几类：a）基体与超导体体积比：
一基体与超导体体积比测量Cu/Nb-Ti复合超导体铜-超「休积］比的测量（GB/T22587）：-基体与超导体体积比测试Nb:Sn复合超导线铜与非铜体积比（GB/T31522)；b）剩余电阻比：
剩余电阻比测量Nb-Ti和Nb:Sn复合超导体剩余电阻比测量（IEC61788-4）；c）力学性能：
——力学性能测量NbTi/Cu复合超导线室温拉伸试验方法(GB/T31527)；--力学性能测量Ag和/或Ag合金包套Bi-2223和Bi-2212复合超导体室温拉仲试验方法(GB/T 36611);
一力学性能测量NbsSn复合超导体室温拉伸试验方法(IEC 61788-19)。8辅助实用超导线规范和使用的技术信息供应商和用户在合同或采购订单中约定的通用条款以及规范性能参数的其他条款参见附录E。技术文件可以执行。
-TYGB/138842—2020
附录A
（资料性附录）
本标准与IECTR 61788-202014和IEC61788-21:2015根比的结构变化情况本标准与1ECTR61788-20：2014和IEC61788-21:2015相比，章条编号发生了变化，具体对照情况见表A,1。
表A.1本标准与[ECTR61788-20：2014和LEC61788-21:2015的章条编号对照情况本标准的章条编号
附求A
附录
附录C
附录 D
附录 E
对应标准章条编号
IFC TR 61788 20:2014
2、参考文献
附录 A
附录 13
7、8、9、10、11,12、13.附录 ℃IEC61788-21:2015
附录A
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B.1总则
附录B
（资料性附录）
实用超导线结格
GB/T 38842—2020
实用超导线通过专业人员的材料选择和结构设计，成为复合导体结构以满足所需程性能指标要求。超导线具有复杂的内部结构，其组成包括超导材料和其他功能组分，如金属基体材料、稳定体或加强体。功能组分的设计使得超导线的电气和机械性能紧密结合，适应设备加工和运行工况。超导材料的种类概述和功能组分的作用分别在B.2和B.3中进行阐述。如正文提到的，低温超导线外观与标准铜线极其相似。实用高温超导线则有各种形状，根据制备工艺，其横截面星现扁平或圆形。有些高温超寻线同时覆着有稳定或加强层。附录C介绍了低温和高温超导线的结构，包括典型功能组分的选材。B.2超导材料概述
五种超导材料属于实用超导线，其细节描述参见附录C。实用超导线的使用温度足够低于其本征临界温度，工作磁场低于其不可逆磁场。实用超导线与常规导线不同之处在于，实用超导线载流能力比相同直径铜线的载流能方高2个数量级至3个数量级。在这种条件下，以电流及其磁场形式储存的能量可以超过热力学性能极限，从而有可能发生自发不可控的能量释放。由于每单位体积的电磁能与超导体的物理尺寸成止比，通常的做法是将超导材料细分成更小的体积。因此，实用超导线通常以多股平行芯丝的方式在结构上分割超导材料，形成多芯超导线。
有些实用超导线在便用中要求电流随时间变化或在变化的外磁场中承载电流。在这种情况下会产生一定的损耗，可通过恐丝或般线围绕导体输线旋转形成一种螺旋形状，使得损耗最小，B.3功能组分概述
B.3.1基体材料
通带，复合线中多数超导材料以芯丝或薄膜形式呈现。芯丝直径范围从亚微米级到数十或数百微米，薄膜厚度范围从一微米到数十徽米。超导芯丝嵌人并互直接与基体材料接触。基体材料对芯丝有多重功能，包括：机械支撑，便于成型、供导电连接，促进热向低温环境传导、和/或防止超导性能的退化。对于MgB2，超导芯丝被包套、外层包套和/或阻隔材料包裹。对于REBCO系（参见附录C中的C.5),基体由基底、缓冲层,覆盖层和保护层组成。各种超导线的细节在附录C中的 C.5 中有更精准的述。
B.3.2稳定体
稳定体可吸收焦耳热，并使得电流可绕过局部失超处回到超导体。在如4.2K的极低温度下，稳定体具有更大的必要性，因为所有材料的热容随温度的下降而减小，即使电阻也随湿度而改变。实用超导线冷却至临界温度以下进人超导态。良好的热导体称为稳体，需要将热传导到制冷剂或其他冷媒中。因为好的电导体也是好的热导体，复合超导体中纯铜，银或铝组分也被充当稳定体。另5
TB/38842-2020
外，由于在大多数应用中冷剂包覆导线，稳定体通常构戚导线外层。在所有实用超导线的设计中稳定体都流过电流。因此，可以将处于正常态的导体称为稳定体。如1所递，稳定体设计对超导线是非常重要的。通常涉及下列参数：一一例如稳定体为时，铜体积占比和超导体体积占比，用来描述复合线各组分的体积点比，例如稳定体为铜时，铜与非铜体积比利铜超体积比，用来描述复合线中稳定体与其他组分的体积比。
如果是Nh-Ti线，为了改善热和/或磁通跳跃稳定性以及降低耦合损耗，用铜合金，如Cu-Ni和/或铝合金作为稳定体。
如果是MgBz线，稳定体组分可由位于包套内部和/或外部的材料和/或电解沉积或焊接在包套外表面的材料提供。
B.3.3加强体
使用些金属组分是为了提高强度。高强度薄层可分布于低温超导线内部。也可使用金属薄片，焊接或电镀在线材表面，以提高高温超导体的强度。B.3.4绝缘体
实用超线表面通常涂覆绝缘树脂或缠绕绝缘带，以防止因线材和周围导电物质接触产生短路，以及根据超导应用产品的电压要求，避免绝缘击穿或产生电弧。实用超导线可带有绝缘，用于普避导线的绝缘材料也可用于实用超导线。其他绝缘材料的选择取决于实用超导线的热处理和最终使用条件。6
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C.1 Nb-Ti 系
附录C
（资料性附录）
实用超导线分类
GB/T38842—2020
Nb-Ti实用超导线通常包含两种组分：超导Nb-Ti芯丝和铜基体，如表C.1所示。大多数实用Nb-Ti合金是简单的Nb-Ti两元合金系统，钛质量百分占比46%～48%，但是针对特殊应用，人们开发出三元或多元合金，如 Nb-Ti-Hf和Nb-Ti-Ta-Zr。基体的作用是提供导电通路和促进将热传递或传导至冷环境：如多芯复合线中，铜与Nb-Ti芯丝直接接触。为了改善热和/或磁通跳肤稳定性以及降低耦合损耗，用铜合金，如Cu-Ni和/或铝合金作为稳定体。Nb-Ti线的制备工艺适用于普通导线，使用相似的机加J.艺，包括锻造、旋锻、轧制、挤压和拉拔，热处理可用于辅助成型过程，超导材料的特殊性质一般决定了下述热处理1.艺的适用性。在制备实用超导线伊始，原材料规范适用于Nb-Ti合金系。这些规范也规定了制备方法、化学组分、物理和力学性能、产品尺寸和重量、工艺和外观、公差和偏差以及实用超导线供应商和原材料供应商直接贸易的其他事项。
表C.1Nb-Ti系超导线构成
超导体
稳定体
绝缘体
C.2 Nb,Sn 系
Nb-Ti合金
钢或钢合金
铝、铜或铜合金
涂疆树脂
编织纤维包套
该类超导体属于A15型金属间化合物，包括NbsSn，Nb，Al等。人们开发了几种制备工艺，其中包括青铜法、内/外扩散法、包卷法和粉末装管法。NbSn实用超导线构成如表C.2所示，Cu-Sn合金和锯基体直接与超导体接触。为了稳定运行，高导电用作稳定体，在基体与铜稳定体之间插入锯或银薄层作为扩散屏障，防止在热处理过程中铜稳定体被基体污染。由于制备过程中最后的高溢热处理工艺，实用超导线变得较软。为增加机械强度，实用超导线增加铜合金作为加强体。由于Nb.Sn化合物的脆性，很多情况下采用先绕后反应方法，即先将未反应的线材绕成产品所需要的最终形状，然后再热处理形成Nb.Sn化合物。
已有一些锯、铜和铜-锡合金（青铜）原材料标准规范，这些规范规定了实用超导线供应商和原材料供应商真接贸易的很多事项。
实用Nb.Sn线分三小类：内锡法线、肯铜法线和粉未装管法线。火多数情况下，小类的细节不影响其最终使用。
TTIGB9TK38842—2020
所有小类的实用Nb,Sn超导线均要求热处理，通过锡和锯扩散反应形成金属间化合物。由于线在热处理后会变脆，所有Nb,Sn线都在热处理前交付。卖方宜就热处理的时阅-温度表以及可接受的热处理环境提供建议，
表C.2NbaSn系超导线构成
超导体
扩散阻隔层
稳定体
加强体
绝缘体
Nb,Al金属间化合物或Nb,Sn金属间化合物铜、铜合金或
锯或银
铜合金
涂覆树瞻
缠绕带
编织纤维包套
MgB，实用超导线采用原位法或离位法制备，原材料为镁和翻的前驱物或MgB反应化合物。如表 C.3 所示,与 MgE32 线芯直接接触并形成单芯的材料,宜与 Mg,B和 MgBz 不反应或反应完全可控。通常，完全不反应的材料可作为阻隔层。目前，MgB，线主要使用的材料见表C.3。MgBz实用超导线可热处理或未经热处理交付。表C.3MgBz超导线/带构成
超导体
稳定体
绝缘体
C.4BSCOo 系
包套或外包套
阻隔层
MgBz或掺杂 MgBz
铁、镍，镍合金、锯、不锈钢或钛或
或铜合金
涂覆树脂
缠绕带
两类铋基氧化物超导体均是实用超导线。化学式为[(Bi，Ph)SrzCa,Cu,O2l4，式中：n=2或n=3,如表 C,4所示。在任何一种情况,都是超导芯丝埋人纯银基体。Bi-2223
对于Bi-2223线，银合金外包套包度基体以增加机械强度。Bi-2223线仅制成扁带形状。为改善临界电流与应变的依赖关系及机械性能，商品化线材在超导带两面焊接有铜合金或不锈钢薄带。-Bi-2212
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