氧化物超导线、螺线管、磁场发生装置及氧化物超导线的制造方法制造方法及图纸

包含多个氧化物超导丝的氧化物超导带状线材在芯部以旋转对称方式排列。该氧化物超导丝横截面平均厚度为３－２０μｍ，横截面的平均纵横比为２－１０。当将多芯带状线材填入作为最外层的第三金属外壳时，氧化物超导带状线材呈旋转对称排列。由于多芯带状线材以旋转对称方式排列，氧化物超导体的ｃ轴沿不同方向取向，这样不管所施加的磁场方向如何，都可以抑制临界电流的降低。另外，由于氧化物超导丝具有最佳的尺寸，可以增加临界电流密度（Ｊ↓［ｃ］）。该氧化物超导体优选为秘系氧化物超导体，特别优选具有Ｂｉ↓［２］Ｓｒ↓［２］Ｃａ↓［１］Ｃｕ↓［２］Ｏ↓［ｘ］的组成。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用氧化物超导体产生强磁场的装置。更具体地，本专利技术涉及新型氧化物超导线，该新型氧化物超导线适用于诸如科学仪器、核磁共振分析装置及医疗用核磁共振成像装置等需要均匀强磁场的装置中。本专利技术还涉及应用该氧化物超导线的螺线管、磁场发生装置及该氧化物超导线的制造方法。
技术介绍
一般地，超导磁装置应用在以下两种领域一种是只要产生磁场，不考虑磁场的均匀性及稳定性，另一种是磁场性能即磁场的均匀性和稳定性须作为一个重要考虑因素。通常在诸如物理性能测定的研究工作及医疗用磁场发生装置中需要后一种高均匀、高稳定磁场。所以高性能超导磁体技术是很有必要的。该超导磁体通常以诸如铌-锡超导体和铌-钛超导体的高精度加工线材制成，在严格质量管理下将超导线缠绕成螺线管，这样得到的超导磁体以超稳定电源或以永久电流方式运行，由此产生的磁场具有很高的时间稳定性和空间稳定性。近年来，已在可产生高均匀磁场的磁体方面取得重大进展。出现了磁场强度可达20T的磁体，满足了核磁共振分析装置的需求。但是，由于现有金属材料固有的临界磁场，传统方法可以产生的磁场强度限于约20T。为打破这个界线，必须应用氧化物超导体。如应用物理杂志第35卷，1996，第二部分，第L623-626页中所报道的，应用氧化物超导体的磁场发生装置中的线圈通过将带状线材缠绕成双层饼状而形成。该线圈适于产生22T以上的磁场，通过传统金属超导体不能得到这种磁场。但该线圈的缺点是不能产生均匀磁场。这种问题的原因是由于导体为带状，该带缠绕成饼状线圈，并且是多个线圈层叠。如材料科学杂志第30卷，1995，第3200-3206页中所报道的，解决这种问题的途径之一是使用圆形横截面的导体，并将其缠绕为螺线管以用作磁体。这种导体可产生相对较强、较均匀的磁场；但是，由于它的临界电流密度(Jc)仅为带状线材的五分之一以下，所以它不能产生所期望的磁场。通过将带状线材缠绕为螺线管易于得到强的磁场，但由于带状线材外部尺寸的精度的原因，它很难实现足够均匀的磁场。圆形横截面线材通常通过冲模进行拉延加工而制成，与带状线材相比，它具有较高的精度(微米级)，因此适合于产生均匀磁场。作为比较，通过压延加工形成带状线材，其加工精度(宽度与厚度)通常限于10微米级。因此，当它缠绕数千圈后，圈数会由于不均匀的外形加工精度而不同，导致产生不均匀的磁场。由于这种原因，需要可以同时满足高电流密度及高机械加工精度的用来产生强、均匀磁场的新型氧化物超导线。专利技术的公开本专利技术的目的是为了提供具有高形状精度并可产生均匀强磁场的氧化物超导线。本专利技术的另一个目的是为了提供由氧化物超导线制成的螺线管。术语“均匀磁场”意思是磁场变化小于0．1％，最好小于0．01％。术语“强磁场”意思是磁场强度在22T以上。过去，通过由氧化物超导线形成的磁体很难产生磁场，很难产生均匀强磁场。其主要原因是由于氧化物超导体为各向异性大的物质。当通过压延加工将其制成带状线材后，所得线材可以在10T以上的磁场中产生约为50-100A／mm2的线圈电流密度。但是，当通过拉延加工制成圆形线材后，所得到的线材仅能产生10-20的A／mm2电流密度。本专利技术的目的是为了提供具有高形状精度并且具有高临界电流密度的、可以产生均匀强磁场的氧化物超导线，并提供由氧化物超导线制成的螺线管及磁场发生装置。根据本专利技术，可以制成具有高形状精度的氧化超导线而无须降低其电流密度。本专利技术的第一方面是氧化物超导线，其特征在于该线材在垂直于其长度的方向上基本上为圆形横截面，该横截面包含若干单元，每个单元包含多个带状氧化物超导体，每个单元中的带沿垂直长度的方向在截面内以与带表面呈约60度的角度叠层。该单元在横截面内基本上为菱形，横截面内至少含有三个不同单元，该单元相对带叠层的方向以120度旋转对称方式排列，并且菱形的至少一个边与邻近单元接触。即，本专利技术中氧化物超导线的特征在于，该氧化物超导线在垂直于其长度的方向具有圆形横截面，且该横截面内包含氧化物芯件，该氧化物芯件为旋转对称排列。这种旋转对称在圆形横截面内可以为3次、4次或6次旋转对称。对于需紧密填充的氧化物，芯件优选为正三角形的对称性。可以理解，用具有3次对称性的菱形排列可以得到最密排比(即氧化物的横截面面积与总横截面面积之比)，其中，每个菱形包含两个正三角形。根据本专利技术，氧化物超导体为带状，并叠层构成导体。但是，由于带压延及带组装精度的限制，很难得到理想形状的导体。出于这种考虑，叠层方向的角度应约为60度或120度。越接近理想形状，性能就会越好。如果形状偏离理想状态，氧化物的性能就会降低。角度的容许偏差范围为约5度。如果超过该限度，其性能就会降低1／2-1／3。本专利技术的第二方面为具有圆形横截面的氧化物超导线，在垂直于其长度方向的横截面上包含三个单元，每个单元包含叠层的带状氧化物导体，该单元的集合体在的横截面的中心形成密排形状，所有带至少有一端部与构成线材外周的外壳材料接触。只要在三个邻近单元中形成上述旋转对称，就可认为是满意的，没有必要所有单元在横截面内形成旋转对称。对称性可以防止在横截面各向同性收缩的线加工过程中破坏形状。三单元的对称不是必需的，但它最容易形成。与外壳材料的接触与本专利技术没有直接关系，这里仅从几何学的角度略加提及。根据本专利技术，带状氧化物超导体可以由多芯线材制成。根据本专利技术，带状氧化物超导体可以由多芯线材制成，并被缠绕。根据本专利技术，带状氧化物超导体可以由多芯线材制成，并被缠绕，并且其间可以含有高电阻层。根据本专利技术，带状氧化物超导体可以由缠绕的多芯线材制成，并且其间可以含有高电阻层，并且该超导线为缠绕状。根据本专利技术，上述氧化物超导线的特征在于，其中氧化物超导体应优选为Bi2Sr2Ca1Cu2Ox。这种氧化物超导体可以由其它诸如(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox和铊系超导体材料替代。本专利技术可以使用的氧化物超导体例子包括Bi-Sr-Ca-Cu-O型Bi1．5-2．2-Sr1．5-2．2-Cu0．5-1．3-O5-7，Bi1．5-1．2-Sr1．5-2．2-Ca0．5-1．3-Cu1．5-2．3-O7-9，Bi1．5-2．2-Sr1．5-2．3-Ca1．5-2．3-Cu2．5-3．3-O9-11，Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O型(Biy-Pb1-y)1．5-2．2-Sr1．5-2．2-Cu0．5-1．3-O5-7，(Biy-Pb1-y)1．5-1．2-Sr1．5-2．2-Ca0．5-1．3-Cu1．5-2．3-O7-9，(Biy-Pb1-y)1．5-2．2-Sr1．5-2．3-Ca1．5-2．3-Cu2．5-3．3-O9-11。其中y＝0．1-0．9。本专利技术的第三方面为氧化物超导线，其特征在于，该线的横截面为圆形。并且该横截面包含若干单元，每个单元包含以菱形形状叠层的带状超导体，它们排列后整体上形成六边形。具体地讲，氧化物超导线在垂直于其长度方向具有圆形横截面。在横截面平面内，氧化物超导体包含若干单元，每个单元包含多个叠层的带状超导体。该叠层的带形成近似于菱形形状。在该横截面平面内，至少包含三个单元，该单元在带的叠层方向与邻近单元呈旋转对称。菱形至少有一边与邻近单元相对。本专利技术的第四方面为氧化物超导线，该氧化物超导线包含金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化物超导线，其中，该线的垂直于其长度方向的横截面基本为圆形，该横截面包含若干个由多个带状氧化物超导体叠层而成的单元，每个单元中的所述带在横截面内以相对带表面约６０度的角度沿垂直于其长度的方向以台阶状叠层，在所述横截面内所述单元基本为菱形形状，所述横截面至少包含有三个单元，各单元和其邻近单元排列为相对带的叠层方向具有约１２０度的几何旋转对称性，并使得所述菱形的至少一边与邻近单元相接触。

【技术特征摘要】
JP 1997-12-10 339630/971．一种氧化物超导线，其中，该线的垂直于其长度方向的横截面基本为圆形，该横截面包含若干个由多个带状氧化物超导体叠层而成的单元，每个单元中的所述带在横截面内以相对带表面约60度的角度沿垂直于其长度的方向以台阶状叠层，在所述横截面内所述单元基本为菱形形状，所述横截面至少包含有三个单元，各单元和其邻近单元排列为相对带的叠层方向具有约120度的几何旋转对称性，并使得所述菱形的至少一边与邻近单元相接触。2．一种具有圆形横截面的氧化物超导线，其中，该氧化物超导线在垂直于长度方向的横截面中包含三个由叠层的带状氧化物超导体构成的单元，所述单元的集合体在横截面的中心组装为最密排形状，在该组合中每条带至少有一个端部与构成线材外周的外壳材料接触。3．如权利要求1或2所述的氧化物超导线，其中，带状氧化物超导体由多芯线材构成。4．如权利要求1或2所述的氧化物超导线，其中，带状氧化物超导体由多芯线材构成，并被缠绕。5．如权利要求1或2所述的氧化物超导线，其中，带状氧化物超导体由多芯线材构成，并被缠绕，且各带之间有高电阻层。6．如权利要求1或2所述的氧化物超导线，其中，带状氧化物超导体由多芯线材构成并被缠绕，并且各带之间和各单元之间有高电阻层，并且该线材被缠绕。7．如权利要求1或2所述的氧化物超导线，其中，该带状氧化物超导体为Bi2Sr2Ca1Cu2Ox。8．一种氧化物超导线，其中，该线的横截面为圆形，且在该横截面中，带状超导体基本以菱形形状叠层而构成群，所述群组装起来使得它们整体上呈六边形。9．一种螺线管，其中该螺线管由如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中和英，岡田道哉，福岛敬二，和久田毅，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]