提高工程电流密度的高温超导导线制造技术

公开了一种超导体导线(100)，包括：高温超导体(HTS)层(78a)，具有两个盖层(72a、104a)，与其相对表面直接接触；第一层压层(96a)固定至第一盖层(104a)；稳定剂层(70)，固定至该第二盖层(72a)；第二层压层(96b)，固定到稳定剂的相对表面或第二类似HTS层(75b)的盖层(104)；以及第一和第二平缘(108a、108b)，沿着层压超导体的边缘设置。其制造方法涉及固定第一盖层到稳定剂，从HTS层去除基底，然后固定第二盖层和层压层。

High temperature superconducting wire for increasing engineering current density

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】提高工程电流密度的高温超导导线相关申请的交叉引用本申请要求2017年5月12日递交的美国技术申请No.15/593,835的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
本申请主要涉及长高温超导(“HTS”)导线，更具体地涉及提高工程电流密度的这种HTS导线。
技术介绍
自从发现HTS材料(即可以在液氮温度77K以上保持其超导特性的材料)以来，人们一直在努力利用这种HTS材料开发各种工程应用。在薄膜超导体器件和导线中，利用包括钇、钡、铜和氧的氧化物超导体，众所周知的的基本组成(以下称为Y123或YBCO)的器件制造取得了最大的进展，其仍然是许多应用的首选材料，包括用于军事、高能物理、材料加工、运输和医疗用途的电缆、电动机、发电机、同步调相器、变压器、限流器和磁体系统。基于这些YBCO材料的HTS导线(通常称为“涂层导体”或“第二代”(2G)线)以数百米或更长的连续长度制造，在77K时具有3MA/cm2或更高的临界电流密度Jc，并使用卷对卷生产线进行自场。考虑到基板和稳定剂材料的厚度，在长距离上实现了超过8MA/cm2的工程电流密度((Je)。为了继续使HTS导线更适合各种电源应用，增加工程电流密度非常重要。由于2G导线的结构已经建立了很长时间，并且具有高性能的2G导线需要这种2G导线的结构，基板上具有一个或多个缓冲层，在缓冲层上设置有HTS层，因此，人们一直将重点放在增加Jc以提高Je上。结果，由于基底和稳定剂层的厚度，HTS2G导线的整个横截面面积保持稳定，因此Je的增加幅度不大。另外，HTS导线中使用的某些基底(例如镍钨(Ni5W))具有磁性，导致在AC应用中的电气性能达不到最佳状态。努力集中在通过使用较少的磁性材料(例如，Ni9W)来降低这种基底中的磁性，但是在保持可比较的总体电性能特征方面仍然存在挑战。因此，需要提高工程电流密度的HTS导线以及在AC应用中具有改善电性能的HTS导线。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是生产一种提高工程电流密度的HTS导线。本专利技术的另一个目的是生产一种在交流电的应用中具有改善电性能的HTS导线。本专利技术的另一个目的是生产一种HTS导线，其中纹理基底在导线的制造过程中被去除，并且纹理基底可在另一去除纹理基底的HTS导线的生产中重复使用。在一个方面，本专利技术包括一种层压超导体导线组件，其包括第一高温超导体层，该第一高温超导体层具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面，以及第一导电盖层，其覆盖并与该第一高温超导体层的第一表面直接物理接触。还具有第二导电盖层，其覆盖并与该第一高温超导体层的第二表面直接物理接触，和第一层压层，其覆盖并固定在该第一导电盖层。还具有稳定剂层，该稳定剂层具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，该稳定剂层的第一表面覆盖并固定至该第二导电盖层。还具有第二高温超导体层，其具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面，以及第三导电盖层，其覆盖并与该第二高温超导体层的第一表面直接物理接触。还具有第四导电盖层，其覆盖并与该第二高温超导体层的第二表面直接物理接触，以及第二层压层，其覆盖并固定至该第四导电盖层。该稳定剂层的第二表面覆盖并固定到该第三导电盖层，并且包括第一平缘，其沿着该层压超导体导线组件的第一边缘设置，并且连接到该第一层压层和第二层压层。还具有第二平缘，其沿着该层压的超导体导线组件的第二边缘设置，并且连接到该第一层压层和第二层压层。在本专利技术的其它方面，可以包括以下一个或多个特征。该第一和第二高温超导体层的每一个可包括稀土-碱土-铜氧化物。该第一、第二、第三和第四导电盖层的每一个可包括银或银合金或银层和铜层。该第一和第二层压层的每一个可包括选自铝、铜、银、镍、铁、不锈钢、铝合金、铜合金、银合金、镍合金和铁合金的金属。该第一和第二层压层的宽度可以大于该第一和第二高温超导体层的宽度。该第一和第二层压层的宽度可以比该第一和第二高温超导体层的宽度大0.01至2mm。该稳定剂层可以包括选自铝、铜、银、镍、铁、不锈钢、铝合金、铜合金、银合金、镍合金和铁合金的金属。第二导电盖层可通过环氧树脂或焊料固定至该稳定剂层的第一表面，第四导电盖层可通过环氧树脂或焊料固定至该稳定剂层的第二表面，第一层压层可通过环氧树脂或焊料固定至该第一导电盖层，第二层压层可通过环氧树脂或焊料固定至该第四导电盖层；并且其中该第一和第二平缘可由环氧树脂或焊料形成。环氧树脂可掺杂材料以使该环氧树脂导电、导热或同时导电和导热。在另一方面，本专利技术的特征在于一种层压超导体导线组件，其包括高温超导体层，该高温超导体层具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面。还具有第一导电盖层，其覆盖并与该高温超导体层的第一表面直接物理接触。还具有第二导电盖层，其覆盖并与该高温超导体层的第二表面直接物理接触，和第一层压层，其覆盖并固定至该第一导电盖层。还具有稳定剂层，该稳定剂层具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，该稳定剂层的第一表面覆盖并固定至该第二导电盖层，第二层压层覆盖并固定至稳定剂层的第二表面上。还包括第一平缘，其沿着该层压超导体导线组件的第一边缘设置，并且连接到该第一层压层和第二层压层，还包括第二平缘，其沿着该层压的超导体导线组件的第二边缘设置，并且连接到该第一层压层和第二层压层。在本专利技术的其它方面，可以包括以下一个或多个特征。该高温超导体层可包括稀土-碱土-铜氧化物。该第一和第二导电盖层的每一个可包括银或银合金或银层和铜层。该第一和第二层压层的每一个可包括选自铝、铜、银、镍、铁、不锈钢、铝合金、铜合金、银合金、镍合金和铁合金的金属。该第一和第二层压层的宽度可以大于该第一和第二高温超导体层的宽度。该第一和第二层压层的宽度可以比该第一高温超导体层的宽度大0.01至2mm。该稳定剂层可以包括选自铝、铜、银、镍、铁、不锈钢、铝合金、铜合金、银合金、镍合金和铁合金的金属。第二导电盖层可通过环氧树脂或焊料固定至该稳定剂层的第一表面，第一层压可通过环氧树脂或焊料固定至该第一导电盖层，第二层压可通过环氧树脂或焊料粘结至该稳定剂层的第二表面；该第一和第二平缘可由环氧树脂或焊料形成。环氧树脂可掺杂材料以使该环氧树脂导电、导热或同时导电和导热。在一个方面，本专利技术包括一种制造层压超导体导线的方法。该方法包括提供第一超导体插入物，其具有第一高温超导体层，第一高温超导体层的第一表面覆盖并与第一双向纹理基底直接物理接触，第一导电盖层覆盖并与第一超导体层的第二表面直接物理接触。该方法还包括提供第二超导体插入物，其具有第二高温超导体层，该第二高温超导体层的第一表面覆盖并与第二双向纹理基底直接物理接触，第二导电盖层覆盖并与第二超导体层的第二表面直接物理接触。该方法还包括提供第二超导体插入物，其具有第二高温超导体层，该方法还包括将该第一超导体插入物的第一导电盖层固定至稳定剂层的第一表面，和将该第二超导体插入物的第二导电盖层固定至与该稳定剂层的第一表面相对的稳定剂层的第二表面。该方法另外包括从该第一超导体层去除该第一双向纹理基底以暴露出该第一超导体层的第一表面，和从该第二超导体层去除该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层压超导体导线组件，包括:/n第一高温超导体层，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；/n第一导电盖层，其覆盖所述第一高温超导体层的第一表面，并与所述第一高温超导体层的第一表面直接物理接触；/n第二导电盖层，其覆盖所述第一高温超导体层的第二表面，并与所述第一高温超导体层的第二表面直接物理接触；/n第一层压层，其覆盖并固定至所述第一导电盖层；/n稳定剂层，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述稳定剂层的所述第一表面覆盖并固定至所述第二导电盖层；/n第二高温超导体层，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；/n第三导电盖层，其覆盖所述第二高温超导体层的所述第一表面，并与所述第二高温超导体层的所述第一表面直接物理接触；/n第四导电盖层，其覆盖所述第二高温超导体层的所述第二表面，并与所述第二高温超导体层的所述第二表面直接物理接触；/n第二层压层，其覆盖并固定至所述第四导电盖层；/n其中，所述稳定剂层的所述第二表面覆盖并固定至所述第三导电盖层；并且/n其中，包括第一平缘和第二平缘，所述第一平缘沿着所述层压超导体导线组件的第一边缘设置，并且连接到所述第一层压层和第二层压层，所述第二平缘沿着所述层压超导体导线组件的第二边缘设置，并且连接到所述第一层压层和第二层压层。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170512 US 15/593,8351.一种层压超导体导线组件，包括:
第一高温超导体层，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
第一导电盖层，其覆盖所述第一高温超导体层的第一表面，并与所述第一高温超导体层的第一表面直接物理接触；
第二导电盖层，其覆盖所述第一高温超导体层的第二表面，并与所述第一高温超导体层的第二表面直接物理接触；
第一层压层，其覆盖并固定至所述第一导电盖层；
稳定剂层，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述稳定剂层的所述第一表面覆盖并固定至所述第二导电盖层；
第二高温超导体层，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
第三导电盖层，其覆盖所述第二高温超导体层的所述第一表面，并与所述第二高温超导体层的所述第一表面直接物理接触；
第四导电盖层，其覆盖所述第二高温超导体层的所述第二表面，并与所述第二高温超导体层的所述第二表面直接物理接触；
第二层压层，其覆盖并固定至所述第四导电盖层；
其中，所述稳定剂层的所述第二表面覆盖并固定至所述第三导电盖层；并且
其中，包括第一平缘和第二平缘，所述第一平缘沿着所述层压超导体导线组件的第一边缘设置，并且连接到所述第一层压层和第二层压层，所述第二平缘沿着所述层压超导体导线组件的第二边缘设置，并且连接到所述第一层压层和第二层压层。


2.如权利要求1所述的导线，其中，所述第一和第二高温超导体层的每一个包括稀土-碱土-铜氧化物。


3.如权利要求1所述的导线，其中，所述第一、第二、第三和第四导电盖层的每一个包括银或银合金或银层和铜层。


4.如权利要求1所述的导线，其中，所述第一和第二层压层的每一个包括选自铝、铜、银、镍、铁、不锈钢、铝合金、铜合金、银合金、镍合金和铁合金的金属。


5.如权利要求3所述的导线，其中，所述第一和第二层压层的宽度大于所述第一和第二高温超导体层的宽度。


6.如权利要求5所述的导线，其中，所述第一和第二层压层的宽度比所述第一和第二高温超导体层的宽度大0.01至2mm。


7.如权利要求1所述的导线，其中，所述稳定剂层包括选自铝、铜、银、镍、铁、不锈钢、铝合金、铜合金、银合金、镍合金和铁合金的金属。


8.如权利要求1所述的导线，其中，所述第二导电盖层通过环氧树脂或焊料固定至所述稳定剂层的所述第一表面，所述第四导电盖层通过环氧树脂或焊料固定至所述稳定剂层的所述第二表面，所述第一层压层通过环氧树脂或焊料固定至所述第一导电盖层，并且所述第二层压层通过环氧树脂或焊料固定至所述第四导电盖层；并且其中所述第一和第二平缘可由环氧树脂或焊料形成。


9.如权利要求8所述的导线，其中，所述环氧树脂掺杂材料以使所述环氧树脂导电、导热或同时导电和导热。


10.一种层压超导体导线组件，包括:
高温超导体层，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
第一导电盖层，其覆盖所述高温超导体层的所述第一表面，并与所述高温超导体层的所述第一表面直接物理接触；
第二导电盖层，其覆盖所述高温超导体层的所述第二表面，并与所述高温超导体层的所述第二表面直接物理接触；
第一层压层，其覆盖并固定至所述第一导电盖层；
稳定剂层，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述稳定剂层的所述第一表面覆盖并固定在所述第二导电盖层；
第二层压层，其覆盖并固定至所述稳定剂层的所述第二表面；并且
其中，还包括第一平缘和第二平缘，所述第一平缘沿着所述层压超导体导线组件的第一边缘设置，并且连接到所述第一层压层和第二层压层，所述第二平缘沿着所述层压的超导体导线组件的第二边缘设置，并且连接到所述第一层压层和第二层压层。


11.如权利要求10所述的导线，其中，所述高温超导体层包括稀土-碱土-铜氧化物。


12.如权利要求10所述的导线，其中，所述第一和第二导电盖层的每一个包括银或银合金或银层和铜层。


13.如权利要求10所述的导线，其中，所述第一和第二层压层的每一个可包括选自铝、铜、银、镍、铁、不锈钢、铝合金、铜合金、银合金、镍合金和铁合金的金属。


14.如权利要求13所述的导线，其中，所述第一和第二层压层的宽度大于所述第一和第二高温超导体层的宽度。


15.如权利要求14所述的导线，其中，所述第一和第二层压层的宽度比所述第一高温超导体层的宽度大0.01至2mm。


16.如权利要求10所述的导线，其中，所述稳定剂层包括选自铝、铜、银、镍、铁、不锈钢、铝合金、铜合金、银合金、镍合金和铁合金的金属。


17.如权利要求10所述的导线，其中，所述第二导电盖层通过环氧树脂或焊料固定至所述稳定剂层的所述第一表面，所述第一层压通过环氧树脂或焊料固定至所述第一导电盖层，所述第二层压通过环氧树脂或焊料粘结至所述稳定剂层的所述第二表面；并且其中，所述第一和第二平缘由环氧树脂或焊料形成。


18.如权利要求17所述的导线，其中，所述环氧树脂掺杂材料以使所述环氧树脂导电、导热或同时导电和导热。


19.一种制造层压超导体导线的方法，所述方法包括：
提供第一超导体插入物，其具有第一高温超导体层和第一导电盖层，所述第一高温超导体层的第一表面覆盖第一双向纹理基底，并与所述第一双向纹理基底直接物理接触，所述第一导电盖层覆盖所述第一超导体层的第二表面，并与所述第一超导体层的所述第二表面直接物理接触；
提供第二超导体插入物，其具有第二高温超导体层和第二导电盖层，所述第二高温超导体层的第一表面覆盖第二双向纹理基底，并与所述第二双向纹理基底直接物理接触，所述第二导电盖层覆盖所述第二超导体层...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·W·鲁皮奇，
申请(专利权)人：美国超导公司，
类型：发明
国别省市：美国;US