高温超导体导线的结构制造技术

层叠的超导体导线包括超导体导线组件，其包含第一超导体插入物和第二超导体插入物，该第一超导体插入物包含覆盖在第一基片上的第一高温超导体层，该第二超导体插入物包含覆盖在第二基片上的第二高温超导体层。第一和第二超导体插入物在其各自的基片处结合在一起。导电结构体基本上围绕该超导体导线组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高温超导体领域。具体的，本专利技术涉及涂覆的导体，又称为 第二代高温超导体导线和带。
技术介绍
高温超导体(HTS)材料提供了一种用来以极低的损失来承载非常大量的 电流的装置。当HTS材料冷却到临界温度以下时，其失去了流过直流电流时 的全部阻抗以及流过交流电流时的近乎全部阻抗。使用这些材料的HTS导线 的发展(这里所使用的表述导线指各种导体，包括带状导体)提供了新一代 的高效、紧凑和环保的电子设备，其具有改革电力网、运输、材料处理以及 其它工业的潜能。但是，市售产品具有严格的工程需求，这些需求在商业应 用中使得技术实施方式复杂化。在第二代HTS导线技术中，目前所开发的HTS材料通常是多晶的稀土/碱 土/氧化铜，例如钇-钡-氧化铜(YBCO)。 HTS材料的电流承载能力与它的结晶 排列或晶体织构(texture)密切相关。已知由相邻结晶HTS晶粒的错位而形成的 晶粒边界对超导电流形成障碍，但是随着排列或织构程度的升高该障碍得以 降低。因此，为了使得该材料可应用于市售产品(例如，HTS导线)，该HTS材料必须在相对长的距离上保持高度的结晶排列或组织。否则，将限制超导 电流承载能力(临界电流强度)。可通过在柔性带状基片的顶部外延地生长材料薄层，在大面积上制造具 有高度结晶排列或织构的HTS材料，使其在其表面处具有高度的结晶织构。当在该表面上外延生长结晶HTS材料时，HTS材料的晶体排列与基片的质地 相匹配。换句话说，基片织构为晶体HTS材料的外延生长提供了模板。此外， 基片为HTS层提供了结构的整体性。可将基片构造成提供生产具有优秀的超导性能(例如高临界电流强度)的 外延HTS层的模板。可以使用例如镍、铜、银、铁、银合金、镍合金、铁合 金、不锈钢合金和铜合金等材料。可以使用变形工艺构造基片，例如包括对 基片进行旋转和再结晶退火的工艺。该工艺的例子是轧制辅助双轴织构基片 (RABiTS)工艺。该工艺中大量的金属通过变形处理和退火而被经济地处理并 获得高度的织构。迄今通过该方法生产例如宽4厘米的金属条，每一条可以被 切开为多个更小的导线(即，0.4cm的10条导线)。可在要在其上生长HTS材料的具有适当结晶模板的基片表面上沉积或生 长一个或多个缓冲层。缓冲层还能够提供以下额外作用防止原子随时间的 推移从基片材料扩散到HTS材料的晶格或防止氧原子随时间的推移扩散到基 片材料。该扩散，或者污染，能够破坏结晶排列并由此降低HTS材料的电 特性。缓冲层还能够为基片与HTS层之间增强的粘合力。此外，缓冲层能够 具有与超导材料的热膨胀系数良好匹配的热膨胀系数。为了该技术在商业应 用的实施，当导线被压迫时，该特征是令人满意的，因为它有助于防止HTS 层从基片的剥离。或者，可以使用非织构基片，例如哈斯特镍合金，并通过例如离子束辅 助器沉积(IBAD)或倾斜基片沉积(ISD)的方法沉积经织构的缓冲层。可以任选 地在IBAD或ISD层上外延地沉积额外的缓冲层，来为HTS层的外延沉积提供 最后的模板。通过将基片和一个或多个缓冲层的适当结合作为模板，可以外延生长具 有优秀结晶排列或织构的HTS层，其对模板表面也具有良好的粘合性，并对 来自基片的原子的污染具有充分的阻障力。HTS层能够通过各种方法中的任 一种来沉积，包括金属有机沉积(MOD)工艺、金属有机化学气相沉积 (MOCVD)、脉冲激光沉积(PLD)、热或电子束蒸发或其它合适的方法。最后，可在该多层组件上增加一个盖层，其有助于由上方防止HTS层受污染。盖层可以是例如银，可以例如溅射到HTS层上。示例性的多层HTS组件包括具有 5%钩合金的双轴织构镍基片；顺序沉积的￥203、 YSZ和Ce02外延层；YBCO 外延层；和Ag盖层。这些层的示例性厚度为约25-75微米的基片，各约75 纳米的缓冲层，约l微米的YBCO层和约l-3微米的盖层。迄今已使用例如上 述工艺制造了100米长的HTS导线。在该组件中，基片的底部可被认为是该组 件的背部，而盖层的顶部则被认为是前部。使用期间，能够承受弯曲应力的HTS导线是理想的。弯曲引起了该弯曲 的凸起外表面上的拉伸应变和该弯曲的凹进内表面上的压縮应变，由此取决 于导线弯曲方向地使得HTS层遭受拉伸或压缩应变。虽然适度的压应力能够 实际地提高HTS层的电流承载能力，通常使整个组件承受应力(特别是重复地 应力)会使导线处于机械损坏的危险中。例如，HTS层中会形成裂隙并蔓延， 减低了导线的机械和电性能，或者各种层会彼此分离或从基片剥离。美国专利No.6,745，059和美国专利No.6,828,507(例如)描述了降低HTS层中应力的方法。例如，可将经选择具有和基片相似厚度和机械特征的铜带粘 合到插入物的上表面上。如此把HTS层大致上夹在整个结构的中间，因此如 果该结构弯曲，HTS层既不在弯曲的外表面也不在弯曲的内表面。可以把两 个这样的组件在各自的铜带处粘合到一起形成单个HTS导线组件。在这种情 况下，两个基片面朝外，铜带处于组件的中间。此时，第二个组件的加入提 供了额外的电流承载能力；但是，与HTS层的电接触需要接合导线开口或部 分地去除接触部分中的插入物之一。涂覆的导体HTS导线的另一个问题是使用导线时环境对其的污染。暴露 于外界将缓慢地降低HTS层的电性能。而且，当存在与导线接触的低温液体 (诸如液氮)时，液体将扩散到导线内的孔中，并在受热时形成会破坏导线的 气球。需要密封导线来防止HTS层暴露在外界中或低温液体进入到导线中。 美国专禾ljNo.6,444，917(例如)中描述了对HTS组件的密封。专利技术概述所述的多层高温超导体(HTS)导线具有改进的电流分配、良好的机械性 能、HTS组件与外界环境的高度隔离、与外部电连接或接点更高效的电接触， 和/或提升的电稳定性。还描述了具有电稳定性的HTS导线，该电稳定性可在过电流(即超过HTS层的临界电流的电流)时保护HTS层。过电流将导致HTS 层变得有电阻，并产生热。当在HTS层局部区域中流过的电流被裂隙或其它 缺陷阻断时，电稳定性提供了可替换的电流通路。依照本专利技术的一个方面的叠层的超导体导线，包括具有长度和宽度的超 导体导线组件。该组件包括第一超导体插入物和第二超导体插入物，所述第 一超导体插入物具有覆盖第一基片的第一高温超导体层，所述第二超导体插 入物具有覆盖第二基片的第二高温超导体层。第一和第二超导体插入物在其 各自的基片处结合在一起。还包括基本围绕该超导体导线组件的导电结构体。在本专利技术的一个方面中，导电结构体包括第一导电带和第二导电带，超 导体导线组件插入其中并与第一和第二导电带电接触。该结构体还包括基本 上无孔的导电填充物。该填充物在第一和第二导电带之间沿着超导体导线组 件的长度延伸。在一个或多个实施方式中，第一和第二导电带具有大于超导 体导线组件的宽度。在本专利技术的另一方面中，导电结构体包括至少在三个侧面，部分地围绕 并电接触超导体导线组件的导电层。该结构体还包括基本上无孔的导电填充 物，其中填充物基本上围绕超导体导线组件并将其接合到导电层。在一个或 多个实施方式中，基本上无孔的导电填充物基本上填充超导体导线组件中以 及位于超导体导线组件与导电层之间的空隙。在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层叠的超导体导线，其包括：　　　　超导体导线组件，所述组件具有长度和宽度，所述组件包含第一超导体插入物和第二超导体插入物，该第一超导体插入物包含覆盖在第一基片上的第一高温超导体层，该第二超导体插入物包含覆盖在第二基片上的第二高温超导体层，其中该第一和第二超导体插入物在其各自的基片处结合在一起；和　　　　基本上围绕该超导体导线组件的导电结构体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-7-29 11/193,2621.一种层叠的超导体导线，其包括超导体导线组件，所述组件具有长度和宽度，所述组件包含第一超导体插入物和第二超导体插入物，该第一超导体插入物包含覆盖在第一基片上的第一高温超导体层，该第二超导体插入物包含覆盖在第二基片上的第二高温超导体层，其中该第一和第二超导体插入物在其各自的基片处结合在一起；和基本上围绕该超导体导线组件的导电结构体。2. 如权利要求l所述的导线，其特征在于，所述第一和第二超导体层包括稀土 -碱土-铜氧化物。3. 如权利要求2所述的导线，其还包括插入在第一超导体层和第一基片之间 的第一缓冲层，和插入在第二超导体层和第二基片之间的第二缓冲层。4. 如权利要求3所述的导线，其还包括插入在第一超导体层和导电结构体之 间的并与它们电接触的第一导电盖层，和插入在第二超导体层和导电结构体之间 的并与它们电接触的第二导电盖层。5. 如权利要求4所述的导线，其特征在于，接合材料将第一基片和第二基片接合在一起。6. 如权利要求5所述的导线，其特征在于，所述接合材料包含选自下组的材 料导电材料和非导电材料。7. 如权利要求5所述的导线，其特征在于，所述第一基片和第二基片具有被 处理为提供基片之间的电接触的表面。8. 如权利要求5所述的导线，其特征在于，所述接合材料包含至少一层导电 材料和至少一层非导电材料。9. 如权利要求5所述的导线，其特征在于，第一基片和第二基片具有相应的 第一和第二润湿层，所述润湿层沉积在与HTS层覆盖的表面相反的基片表面上。10. 如权利要求5所述的导线，其特征在于，所述导电结构体包括 第一导电带和第二导电带，其中超导体导线组件插入到第一和第二导电带之间并与它们电接触；和基本上无孔的导电填充物，其中填充物在第一和第二导电带之间沿着超导体 导线组件的长度延伸。11. 如权利要求10所述的导线，其特征在于，所述第一和第二导电带包括独立 地选自下组的单种金属铝，铜，银，镍，铁，不锈钢，铝合金，铜合金，银合金， 镍合金和铁合金。12. 如权利要求10所述的导线，其特征在于，所述第一和第二导电带具有比超 导体导线组件更大的宽度。13. 如权利要求12所述的导线，其特征在于，所述第一和第二导电带的宽度比超导体导线组件宽度大0.01-2mm。14. 如权利要求10所述的导线，其特征在于，所述第一和第二导电带具有 0.01-2mm之间的厚度。15. 如权利要求10所述的导线，其特征在于，所述基本上无孔的导电填充物沿 着超导体导线组件的侧面具有0.005-lmm之间的厚度。16. 如权利要求10所述的导线，其特征在于，所述基本上无孔的导电填充物包 含选自下组的材料悍料，金属，金属合金，金属汞合金和导电聚合物。17. 如权利要求10所述的导线，其特征在于，所述接合材料包含基本上无孔的 导电填充物。18. 如权利要求10所述的导线，其还包括基本上围绕超导体导线组件的一个导 电材料层。19. 如权利要求18所述的导线，其特征在于，所述导电材料层选自下组材料 金属，导电聚合物，填充有细金属粉末的聚合物和导电胶。20. 如权利要求10所述的导线，其特征在于，所述导电结构体包括 沿至少三侧部分地围绕超导体导线组件并与该导线组件电接触的导电层，和 基本上无孔的导电填充物，其中填充物基本围绕超导体导线组件并将其接合到导电层。21. 如权利要求20所述的导线，其特征在于，所述导电层包括选自下组的金属 铝、铜、银、镍、铁、不锈钢、铝合金、铜合金、银合金、镍合金和铁合金。22. 如权利要求20所述的导线，其特征在于，所述导电层具有0.0001-lmm的厚度。23. 如权利要求20所述的导线，其特征在于，所述基本上无孔的导电填充物基 本上填充超导体导线组件中的空隙以及超导体导线组件与导电层之间的空隙。24. 如权利要求20所述的导线，其特征在于，所述基本上无孔的导电填充物包 含选自下组的材料焊料，金属，金属合金，金属汞合金和导电聚合物。25. 如权利要求20所述的导线，其特征在于，所述导电材料层选自金属，导 电聚合物，填充有细金属粉末的聚合物和导电胶。26. 如权利要求10所述的导线，其特征在于，所述导电结构体包含基本上围绕超导体导线组件并与之电...

【专利技术属性】
技术研发人员：CLH蒂姆，AP马洛莫夫，MW鲁皮奇，UD肖普，ED汤普森，D韦别利，
申请(专利权)人：美国超导公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]