[發明專利]超導線

有效

• 申請號: 201310124166.X
• 申請日: 2013-04-11
• 公開（公告）號: CN103378284B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: A·蘇爾齊克
• 申請（專利權）人: 布魯克EAS有限公司
• 主分類號: H01L39/14
• 分類號: H01L39/14
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 張濤

技術領域

本發明涉及超導線，含有NbTi超導材料和Cu，包括多個六邊形元件，所述多個六邊形元件在沿垂直于超導線的縱向方向的截面中看去時具有至少大約六邊形外部輪廓。

背景技術

US 5,088,183A中公開了這種超導線。

鈮鈦（NbTi）是重要的超導材料，其由于其良好的塑性變形（作為最后的材料以及作為其前體）能夠以多種方式部署在例如超導磁體線圈或超導電纜中。NbTi超導材料結合到超導線中，其中多根NbTi絲線通常沿超導線的縱向方向延伸。

線材制造過程通常包括（作為拉拔過程的一部分）塑性變形為六邊形外部截面以簡化單獨NbTi絲線（或者其他結構和中間結構）的成束過程。所生成的六邊形元件隨后能夠非常緊湊地設置在例如銅包封管中，如以上參照的US 5,088,183。

NbTi的超導特性僅僅在特別低的溫度（例如大約9K）下獲得，使得超導體必須例如利用液氦冷卻。此外，如果磁場強度或電流密度太高，則超導條件不能被維持。

NbTi超導線通常利用銅（Cu）（通常具有很高的純度）來穩定化。銅平行于超導線中的超導絲線延伸；例如，銅能夠構成用于超導NbTi絲線的基體。銅是良好的熱導體，通過銅能夠實現超導NbTi絲線的有效冷卻。另外，銅具有較高的電導率。如果在超導線中的超導性局部丟失，則銅提供并聯的電流路徑，從而限制電阻和關聯熱量產生的增大。利用有效的冷卻，超導性能夠被恢復到在超導體中的局部正常導電區域（穩定功能）。即使超導性不能被恢復，銅通過限制電阻增大并且由此限制熱量產生保護超導體免受破壞（“熔化”）。此外，銅改進超導性的機械強度。

銅不僅是昂貴的材料，而且其較重，具有大約8.9g/cm³的密度，這對于很多應用來說是不理想的。由此尋求用于穩定NbTi超導體的可選材料，其能夠至少部分地替代銅。純鋁（Al）就熱導率和電阻而言將是合適的材料，并且比銅更便宜，具有2.7g/cm³的密度，顯著更輕。

WO 2008/121764A1提出了具有Cu套管、Al芯部、和以環設置在它們之間的多根NbTi桿的超導體結構。

Cu和NbTi均較硬并且當塑性變形時以相似的方式表現，而Al比NbTi和Cu軟很多。當含有Al結構（具體地為Al芯部）的線材被拉拔時，在NbTi超導線中已經觀察到橫向于線材的縱向方向延伸的裂紋。含有裂紋的線材對于超導體應用是無用的。

US 5,189,386公開了超導體結構，其中Al芯部由Cu-Ni合金層分成六個部段。該結構較復雜。

US 4,652,697描述了超導體結構，其中三根Al線和四根多絲線材例如與NbTi絲線和銅基體成束。多根線材中的一根設置在超導體結構的中央。在線材生產中難于處理焊料，并且作為另外的材料，其能夠另外地加劇裂紋形成的問題。

JP09282953描述了Nb₃Al超導體結構，其中Nb₃Al絲線嵌入到銅基體內。由Nb或Ta制成的嵌入的另外的結構能夠用于加強。在一個實施例中，具有在Cu管中的Al桿的另外的結構能夠被提出。

發明目的

本發明的目的是提出穩定的NbTi超導線，其具有較低的重量并且其在制造過程中特別是在線材拉拔期間減小裂紋形成的風險。

發明內容

該目的通過上述類型的超導線實現，其特征在于，所述六邊形元件的至少一部分構成為Cu-Al復合元件，其中，在垂直于所述超導線的縱向方向的截面中，所述Cu-Al復合元件各自由Al芯部和圍繞所述Al芯部的Cu鞘套構成。

本發明提出了利用鋁部分地替代銅以用于穩定NbTi超導材料，其中，提出了特別的混合構造，其在當NbTi超導線被拉拔時發生的塑性變形的情況下特別適于再成型并且防止或避免裂紋的形成。

根據本發明，鋁被引入到所述Cu-Al復合元件內，其中，鋁構成芯部，而銅完全圍繞所述Al芯部（如在垂直于所述線材的縱向方向的截面中觀察）。所述Cu-Al復合元件也能夠被稱為Cu包覆Al元件。所述Cu-Al復合元件結合到本發明的超導線中。