临界弯曲半径测量 液氮温区Bi-2223超导带材的临界弯曲半径测量-编制说明

1工作简况

1.1任务来源

国际上对氧化物高温超导体广泛的应用开发。应用研究在不断进行中，涉及

高场磁体、低损耗电能传输、电子学和其他技术等方面。高温氧化物超导体的制

备技术对于应用及其重要。就目前氧化物高温超导体的发展而言，Bi-2223超导

体在制备成一定实用长度且具有良好超导特性的带材方面都较为成功。高温超导

带材在高场磁体、低损耗电能传输等应用中，一般均需要绕制成线圈或者螺旋通电导体形

式加以使用。高温氧化物超导体为陶瓷材料，机械性能较差，制备成超导带材或

线材时候加入了其他的金属材料进行加强，但是仍然不能和常规的铜或铝相比，

超导线材或带材本身存在机械使用限制。超导材料存在临界弯曲直径，一旦弯曲

直径小于该值，其临界电流大幅下降。

对于高温氧化物超导体，国内外很多从事超导方面研究的技术人员发表了很

多关于Bi-2223超导材料的基础特性如弯曲特性、拉伸特性等研究工作的论文，

但尚无关于Bi-2223超导带材临界弯曲直径的标准。因此，建立标准的测量方法

十分必要且具有重大意义。

为了更好的规范Bi-2223超导带材临界弯曲直径的测量方法，全国超导标准

化技术委员会（SAC/TC265）向国家标准化管理委员会提出自主制定我国《临界

弯曲直径测量液氮温区Bi-2223超导带材的临界弯曲直径测量》国家标准。2022

年6月7日，国家市场监督管理总局标准技术管理司委托全国超导标准化技术委

员会和中国科学院电工研究所“临界弯曲半径测量液氮温区Bi-2223超导带材的

临界弯曲直径测量”国家标准制定项目，合同编号T-XXJS-2022-227-001，进入标

准起草阶段，截止日期为2023年10月15日。

1.2项目主要内容

弯曲对超导带材临界电流的影响特性对超导装置的设计至关重要，超导带材

的临界弯曲直径是超导带材的重要指标。在超导带材生产及使用过程，需要液氮

温区下Bi-2223超导带材的临界弯曲直径。

本标准将建立液氮温区下Bi-2223超导带材的临界弯曲直径测量方法标准，

建立临界电流测试系统及同心弯曲装置，实现对超导线带材弯曲后的临界电流测

量。标准将介绍适用范围、专用名词定义与测试原理等，描述测试装置及样品的

处理规范，陈述测量步骤进行规范，给出测试报告。

1.3协作单位及主要起草人

2021年10月正式成立标准起草工作组，起草单位为中国科学院电工研究所，

参与单位包括：中国科学院等离子体物理研究所、上海电缆研究所、华北电力大

学、华中科技大学、清华大学、广东电网有限责任公司、苏州新材料研究所、中

国科学院物理研究所。张国民任组长，主要起草人包括：张国民、张东、杜晓纪、

靖立伟、史越、杨立红、郑金星、韩云武、皮伟、石晶、顾晨、宋萌、王玉山、

吴奕龙、贾士奇。

1.4主要工作过程

前期工作阶段：

2022年6月，成立工作组，完成工装制作和样品寄送，开始循环比对测试；

测试结果稳定可靠，测试报告见附件。

2023年2月17日，向工作组全体成员发出工作组内部讨论稿。

2023年2月24日，收到工作组成员的修改意见。

2023年3月7日，召开工作组内部讨论会，对标准文稿的内容修改、项目

进度进行讨论。

2023年4月7日，形成第二版工作组讨论稿，并完成了相关附件（编制说

明和测试报告）的起草工作。将标准文稿及相关附件提交TC265秘书处进行审

核。

2023年4月14日，收到秘书处对标准文稿及其相关附件的修改意见。

2023年4月24日，项目负责人将标准文稿及其相关附件进一步修改后，形

成第一版征求意见稿，提交秘书处进行审核。

征求意见阶段：

2023年5月12日，向本领域内9个单位的9位专家正式发出征求意见稿。

2标准编制原则和主要内容确定依据

2.1标准编制原则

本标准的编制原则是：

1）依据GB/T1.1-2020规则起草；

2）标准中的名词和定义遵循以下标准：

GB/T2900.100-2017电工术语超导电性；

GB/T18502-2018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。

3）结合实践过程开展标准的起草，与现有超导类标准保持一致性，编写测

试报告，优化和完善测试报告和标准。

2.2标准主要内容确定依据

2.2.1测量原理

Bi-2223超导带材的临界弯曲直径是通过测量带材的临界电流（Ic）随弯曲直

径（D）的变化曲线来确定的。即根据测量得到的超导带材弯曲状态下的Ic和弯

曲直径的关系曲线，确定Ic为95%Ic0时所对应的弯曲直径为超导带材的临界弯曲

直径Dc。

按照GB/T18502–2018的规定测量Bi-2223超导带材短直样品液氮下的初始

临界电流值Ic0。在室温中将带材样品安装于弯曲骨架上，在自场、液氮浸泡下测

量其临界电流值，测量过程中避免样品受弯曲应力之外的其他应力的作用。改变

弯曲直径时需将样品回温。按弯曲直径从大到小的顺序，依次测量超导带材的临

界电流值Ic，直至Ic衰减到80%Ic0以下。

2.2.2临界弯曲直径的测量装置

1)工装材料的选定：

弯曲骨架应不引起样品局部过量应变。从室温冷却到液氮温度，样品和弯曲

骨架之间的热收缩差引起的样品热应变应控制在±0.1%以内。这种热应变可依据

组成材料的热膨胀系数进行评估。为了使热应变最小化，弯曲骨架应由具有类似

样品热收缩特性的材料制成。

如果样品弯曲骨架和样品热收缩特性不同而在降温后产生过大的应变，应注

明该Ic值是在何种骨架材料引起的过度应变状态下测定的。

GB/T18502–2018中表A.1推荐了适合于制作样品弯曲骨架的材料，制作骨

架时可以选用其中任何一种。

2）弯曲骨架结构

如图1所示，典型的弯曲骨架结构由一组不同弯曲直径的同心柱体组成。根

据现有商用带材的规格，推荐弯曲直径的范围在100mm~10mm之间，变化间

距不大于10mm。

图1弯曲骨架结构示意图

同心柱体台阶的宽度应大于商业带材的宽度，推荐不小于5mm。柱体直径

加工精度优于±0.02mm。

超导带材电压引线接点宜靠近样品弯曲部位。

3主要验证实验及分析

本标准的实验测试工作先后在中国科学院电工研究所、中国科学院等离子研

究所和清华大学进行，测试样品为日本住友电工生产的typeHT-CA，typeHT-SS

和typeH三种带材。通过实验对该标准文稿规范的测试过程进行了验证。

具体验证实验过程及测试结果详见附件-《临界弯曲直径测量液氮温区

Bi-2223超导带材的临界弯曲直径测量》循环比对试验报告。

4与国际、国外同类标准技术内容的对比情况

目前国际上尚无同类检测标准。

5与有关法律、行政法规及相关标准的关系

经查，本标准与现有标准及制定中的标准无交叉重复，不涉及国内外专利，

与有关的现行法律、法规和强制性国家标准无冲突。

6重大分歧意见的处理经过和依据

本标准的制定过程不存在重大意见分歧。

7涉及专利的有关说明

无。

8实施国家标准的要求

本标准的实施，为我国临界弯曲直径测量液氮温区Bi-2223超导带材的临界

弯曲直径测量提供了依据，不仅有助于提高国内产业化的检验技术水平，更为我

国高温超导电力电工装备的研制提供有力支持，对我国的经济起到了一定的促进

作用。

9其他应当说明的事项

无。

2023年4月21日

1工作简况

1.1任务来源

国际上对氧化物高温超导体广泛的应用开发。应用研究在不断进行中，涉及

高场磁体、低损耗电能传输、电子学和其他技术等方面。高温氧化物超导体的制

备技术对于应用及其重要。就目前氧化物高温超导体的发展而言，Bi-2223超导

体在制备成一定实用长度且具有良好超导特性的带材方面都较为成功。高温超导

带材在高场磁体、低损耗电能传输等应用中，一般均需要绕制成线圈或者螺旋通电导体形

式加以使用。高温氧化物超导体为陶瓷材料，机械性能较差，制备成超导带材或

线材时候加入了其他的金属材料进行加强，但是仍然不能和常规的铜或铝相比，

超导线材或带材本身存在机械使用限制。超导材料存在临界弯曲直径，一旦弯曲

直径小于该值，其临界电流大幅下降。

对于高温氧化物超导体，国内外很多从事超导方面研究的技术人员发表了很

多关于Bi-2223超导材料的基础特性如弯曲特性、拉伸特性等研究工作的论文，

但尚无关于Bi-2223超导带材临界弯曲直径的标准。因此，建立标准的测量方法

十分必要且具有重大意义。

为了更好的规范Bi-2223超导带材临界弯曲直径的测量方法，全国超导标准

化技术委员会（SAC/TC265）向国家标准化管理委员会提出自主制定我国《临界

弯曲直径测量液氮温区Bi-2223超导带材的临界弯曲直径测量》国家标准。2022

年6月7日，国家市场监督管理总局标准技术管理司委托全国超导标准化技术委

员会和中国科学院电工研究所“临界弯曲半径测量液氮温区Bi-2223超导带材的

临界弯曲直径测量”国家标准制定项目，合同编号T-XXJS-2022-227-001，进入标

准起草阶段，截止日期为2023年10月15日。

1.2项目主要内容

弯曲对超导带材临界电流的影响特性对超导装置的设计至关重要，超导带材

的临界弯曲直径是超导带材的重要指标。在超导带材生产及使用过程，需要液氮

温区下Bi-2223超导带材的临界弯曲直径。

本标准将建立液氮温区下Bi-2223超导带材的临界弯曲直径测量方法标准，

建立临界电流测试系统及同心弯曲装置，实现对超导线带材弯曲后的临界电流测

量。标准将介绍适用范围、专用名词定义与测试原理等，描述测试装置及样品的

处理规范，陈述测量步骤进行规范，给出测试报告。

1.3协作单位及主要起草人

2021年10月正式成立标准起草工作组，起草单位为中国科学院电工研究所，

参与单位包括：中国科学院等离子体物理研究所、上海电缆研究所、华北电力大

学、华中科技大学、清华大学、广东电网有限责任公司、苏州新材料研究所、中

国科学院物理研究所。张国民任组长，主要起草人包括：张国民、张东、杜晓纪、

靖立伟、史越、杨立红、郑金星、韩云武、皮伟、石晶、顾晨、宋萌、王玉山、

吴奕龙、贾士奇。

1.4主要工作过程

前期工作阶段：

2022年6月，成立工作组，完成工装制作和样品寄送，开始循环比对测试；

测试结果稳定可靠，测试报告见附件。

2023年2月17日，向工作组全体成员发出工作组内部讨论稿。

2023年2月24日，收到工作组成员的修改意见。

2023年3月7日，召开工作组内部讨论会，对标准文稿的内容修改、项目

进度进行讨论。

2023年4月7日，形成第二版工作组讨论稿，并完成了相关附件（编制说

明和测试报告）的起草工作。将标准文稿及相关附件提交TC265秘书处进行审

核。

2023年4月14日，收到秘书处对标准文稿及其相关附件的修改意见。

2023年4月24日，项目负责人将标准文稿及其相关附件进一步修改后，形

成第一版征求意见稿，提交秘书处进行审核。

征求意见阶段：

2023年5月12日，向本领域内9个单位的9位专家正式发出征求意见稿。

2标准编制原则和主要内容确定依据

2.1标准编制原则

本标准的编制原则是：

1）依据GB/T1.1-2020规则起草；

2）标准中的名词和定义遵循以下标准：

GB/T2900.100-2017电工术语超导电性；

GB/T18502-2018临界电流测量