[發明專利]一種超導導線結構及其應用方法

無效

• 申請號: 00132746.1
• 申請日: 2000-11-16
• 公開（公告）號: CN1354483A
• 公開（公告）日: 2002-06-19
• 發明（設計）人: 韓征和
• 申請（專利權）人: 北京英納超導技術有限公司
• 主分類號: H01B12/00
• 分類號: H01B12/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 劉曉峰

本發明涉及利用高溫超導材料制備的高溫超導導線，具體涉及的是利用新型的導線排列結構有效地保護高溫超導導線的超導電性的方法。

高溫超導材料發展至今已取得了令人矚目的成果，如利用高溫超導材料制造的輸電電纜、變壓器、電動機和超導磁懸浮列車等。Bi系2223相高溫超導導線是利用Bi系2223相高溫超導材料制備的導線，其臨界溫度高、電流密度高、成形好，且具有良好的加工性能，從而成為目前高溫超導材料中具有廣闊發展前景的一種產品。一般制備Bi系2223相高溫超導導線是利用Ag套管填充Bi系氧化物粉末法，簡稱PIT法。利用該法制備的導線由超導體芯及包在芯周圍的銀或銀合金基體組成，這樣制成的導線通常也被稱為銀帶。在高溫超導導線的使用過程中，導線的某處可能出現斷裂缺陷，某些芯可能會斷開，導致導線的其余芯承擔總的電流，這一總電流如超過這些芯的電流輸運能力，超過的部分將由基體分流，使基體成為電流的旁路，一般基體的材料為銀或銀合金，這樣的基體有可能經不住導線中大的分流電流，如100安的電流，致使外套燒毀，從而使導線斷開，甚至使導線著火，危害整個超導器件，這種情形就給高溫超導導線的實際電力應用帶來了障礙。基于上述情況，需要一種特殊方法對高溫超導導線的超導電性進行保護，當導線中有斷裂缺陷、某些芯斷開或在某處導線斷開時，電流還存在其他通道，不至于燒掉導線，從而保證超導器件的穩定運行。

目前已有的導線的結構主要有以下幾種類型：

(1)單芯導線

如圖1所示，在美國專利US?5006671中涉及了這種結構，其中1為超導體，2為玻璃纖維管。單芯導線具有簡單的結構，高的填充因子(FF)，FF＞0.4-0.5，其中FF＝[超導體]/([超導體]+[Ag])，與其他種類結構的導線相比具有較高的臨界電流密度，從而也具有較高的工程電流密度。單芯導線的另一種形式是P.Kovac等人(P.Kov?et?al，Supercond.Sci.Technol.，13(2000)，378-384)提出的Bi-2223/Ag/阻擋層/Ag的復合結構，如圖2所示，其中1為Bi-2223相超導體，2為Ag，3為阻擋層，4為Ag，這種結構有一些優點，如可減小導線的交流損耗。

盡管單芯導線具有一些獨特的優點，但單芯導線只有一個超導區，當其中某點斷開，通過該處的總電流將全部加在銀或銀合金基體上，基體可能經不住導線中大的分流電流，致使外套燒毀，從而使導線斷開，導致整個電路的斷路，影響超導器件的穩定性。

(2)多芯導線

在美國專利US?5869430和參考文獻(林玉寶等，低溫物理學報，Vol.21(1999)，No.2,122-130)中涉及了這種結構。如圖3所示的導線，其中1為超導體，2為貴金屬或貴金屬合金，3為管的縫隙，可在這些縫隙中加入超導體，4為銀或銀合金套管，這樣的導線經過軋制成為如圖4所示的高溫超導導線，其中1為超導體芯，2為銀或銀合金套管。在多芯導線中貴金屬或貴金屬合金包圍每一根超導芯，每根芯為帶狀，在銀帶的橫截面上超導芯均勻地分布，貴金屬或其合金在每根芯之間有相同的厚度。這種導線具有較高的臨界電流密度和很好的機械強度，臨界彎曲應變ε_c＞0.3％，但是由于繞在每根芯周圍的銀，使得填充因子較小(FF≤0.3)，因而降低了臨界電流密度。N.V.Vo等人(Journal?ofMagnetic?Materials，188(1998)，145-152)提出了另一結構的超導帶，它是根據I_c與B的關系曲線，磁場從線圈中心由內向外降低，線圈所用的導線在向外的半徑方向橫截面面積可逐漸減小，較薄的導線能用來運輸同樣大小的臨界電流，采用這種結構可減少材料的用量，降低成本。這種結構從理論上來看比較合理，但難以大規模生產。P.Kov等人(P.Kov?et?al，Supercond.Sci.Technol.13(2000)378-384)還提出了多芯的Bi-2223/Ag/阻礙層/Ag復合結構，該結構與同樣結構的單芯導線的性能類似，也存在著電流密度低的缺點，難以實用化。

(3)同心的導線