一种制造超导电线的方法技术

本发明专利技术公开了一种制造电线的方法，包括使第一超导电线的第一端与第二超导电线的第二端接触，其中该超导电线包括含有超导组合物的超导细丝，该超导组合物包含二硼化镁；加热第一超导电线的第一端和第二超导电线的第二端的接触点以形成一个接点，其中该接点形成之后，含有超导组合物的超导细丝与超导细丝的其它任何部分都有连续的电接触。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超导电线及其制造方法以及由其形成的产品。
技术介绍
包含有多根细丝的超导电线常被用于各种电磁装置中，如磁体、发动机和变压器。最近发现二硼化镁(MgB2)具有超导性能。人们认为二硼化镁可以在20-30K和0-3T范围内替代普通的超导体，如钛化铌或铋、锶、钙、铜和氧(BSCCO)而制成导电带或导线。制造二硼化镁的方法是将硼细丝暴露在镁蒸汽中。这个方法并不能形成很长(大于500米)的超导电线。因此需要获得一种制造长度大于或等于约350,000英尺的二硼化镁电线的方法。
技术实现思路
本专利技术公开了一种制造电线的方法，包括将镁填充到金属管的孔中；密封管的端部；使管变形以增加其长度；使管与硼接触以使镁和硼反应而形成超导的二硼化镁。本专利技术还公开了一种制造超导电线的方法，包括使硼细丝、硼带、或者包含硼细丝或硼带的组合与熔融的镁接触，以形成二硼化镁电线。本专利技术还公开了一种制造电线的方法，包括使第一超导电线的第一端与第二超导电线的第二端接触，其中超导电线包括含有超导组合物的超导细丝，该超导组合物包括二硼化镁；在一点将第一超导电线的第一端和第二超导电线的第二端一起加热以形成焊接部位，其中在形成焊接部位之后，含有超导组合物的超导细丝与超导细丝的其它任何部分都有连续的电接触。本专利技术还公开一种制造电线的方法，包括挤压包含金属基质和至少一个细丝的预制坯；其中细丝包括含有二硼化镁的超导组合物以形成经挤压的预制坯；拉丝或旋锻(swaging)经挤压的预制坯以形成超导线。本专利技术还公开了使用上述方法和上述电线制造出的产品。附图说明下面参照附图详细描述本专利技术的其它特征。附图中类似的元件由相同的附图标记表示。图1是超导电线的横截面示意图；图2是由超导电线形成的多根电线电缆的侧面和横截面的剖面图；和图3是由超导电线构成的扁平带的横截面示意图。具体实施例方式上面描述了较长的超导电线的制造方法，其中所述电线包含二硼化镁细丝。该细丝通常被焊接在一起以形成长度大于或等于约350,000英尺，优选大于或等于约500,000英尺的电线，更优选形成大于或等于约1,000,000英尺的电线。它们连接的优选方法是电子束焊接和激光束焊接。所述电线可有利地形成其它类似的导电结构，例如扁平带和缠绕的多股电缆。超导电线被应用于电磁装置中，如超导磁体，、发动机、变压器和发电机。这些电磁装置可以被装在较大的系统中，例如装入磁共振成像系统。图1是超导电线100的一个实施例的横截面示意图。超导电线100包括至少一个具有超导组合物的细丝110。尽管图1中示出了七根这种细丝110，但本专利技术对超导电线100中包含的细丝数量没有限制。在图1所示的一个实施例中，至少一部分细丝被封闭在任选的金属基质120中，这有助于形成连续长度的超导细丝。在另一实施例中(未示出)，超导电线100不具有金属基质，并且基本由一个或多个包含超导组合物的细丝110组成。如上所述，细丝110包含有超导组合物。该超导组合物主要包括具有约39K的超导转变温度(TC)的二硼化镁(MgB2)。二硼化镁所具有的超临界传导温度TC比任何已知的无氧和无C60基化合物的传导温度几乎高2倍。二硼化镁超导组合物优选包含镁和硼的第一超导相，但可任意包含其它搀杂物，如金属相载体。在一个实施例中，第一超导相为二硼化镁。另外，第一超导相可以是介于二硼化镁和其它组合物之间的固溶体，如硼化钛和/或二硼化钛。所述超导组合物也可任意包括第二超导相，该相具有与二硼化镁相同或相关的晶体结构，并且具有可比的超导特性。搀杂物除了提供金属相载体以外，还可以改变晶格构形或间距，和/或提高超导特性。根据第一超导相的化学组成，可以加入的有用搀杂物包括铜、金、银、镁、锌、铅、镉、锡、铋、镓、汞和铟，或者是包含上述搀杂物中至少一个的组合物。在一个实施例中，二硼化镁包含附加的元素镁。元素镁通常是由于其惰性被加入其中的。不考虑超导组合物中的其它成分，该超导组合物具有一定体积比的超导相，该体积比在可操作的临界温度可有效提供超导特性。在一个实施例中，超导相的体积占总超导组合物的体积百分数为大于或等于约19。一般优选第一超导相占总超导组合物的的体积百分数大于或等于约25，更优选大于或等于约35，更优选大于或等于约50，更优选大于或等于约75。通常当短距离发射电流并且对磁性性能感兴趣时应用低体积比的第一超导相。超导电线包括至少一个具有细丝特征尺寸的细丝，其中所述细丝是连续的，并且包含大量二硼化镁颗粒，而且大量二硼化镁颗粒的平均颗粒尺寸小于或等于细丝特征尺寸的约10％。超导电线还包含围绕并接触该至少一个细丝的金属基质，其中该金属基质在低于约20K的温度下导电，并且其热膨胀系数具有基本等于或大于二硼化镁的热膨胀系数。特征尺寸是细丝的最小尺寸，例如具有圆形横截面的细丝的直径，或者具有椭圆形横截面细丝的短轴。在一个实施例中，超导组分中的二硼化镁颗粒的平均尺寸小于或等于约500纳米，优选小于等于约300纳米，更优选小于等于约200纳米，更优选小于等于约100纳米。所述尺寸是二硼化镁颗粒的最大尺寸。金属基质材料120是任选的，但使用时更适宜在深冷温度(例如低于约77K)时导电。为了避免电线100在室温和深冷温度之间循环的过程中破损，金属基质具有与形成至少一个细丝110的大量超导组合物颗粒一致的热膨胀系数。当金属基质120具有与超导组合物基本相同的热膨胀系数时，至少一个细丝110被施加零应力。当金属基质120的热膨胀系数大于超导组合物的热膨胀系数时，至少一个细丝110被施加可增加至少一个细丝110和超导电线100的临界电流的压缩应力。如果金属基质120的热膨胀系数小于超导组合物的，至少一个细丝110被施加可降低至少一个细丝110和超导电线100的临界电流的拉伸应力。这样，金属基质120应该具有与超导组合物的热膨胀系数基本相同或大于其的热膨胀系数。金属基质一般包括能够承受热处理过程中的高温的材料。金属基质优选是导电的。金属基质包括铜或铜合金，或者金属基质选自不锈钢、钽、镁或者氧化物散布强化铜和镍合金。金属基质还可以是具有孔的管子，钢坯等，不论是超导组合物还是超导组合物的前体(例如镁和硼)都可以沉淀在孔中。在任选的实施例中，金属基质由铜或铜合金和设置于超导组合物和铜之间的第二金属层构成。第二金属层是阻挡层或高电阻层。在一个实施例中，阻挡层选自钽、铌、镍、镍合金、铁、钨、钼和其组合。在另一实施例中，电阻层选自钴、锰、镍钽合金或镍锆合金。如果管子具有多个孔，则一般希望孔具有相同的平均半径。但单个孔的半径不必彼此相同。另外，孔也可以具有任何所需要的几何形状。例如当一个孔的横截面几何形状是圆形时，另一个孔可以是椭圆形，等等。任何一个孔的半径与管子的半径比值约为0.1-约0.99。在这个范围中，所希望的比值是大于或等于约0.15，优选的是大于或等于约0.2，更优选是大于或等于约0.25。具有超导组合物的细丝也可以由多个不同的方法制造。在将超导组合物形成电线的制造方法的一个实施例中，贯穿其长度带有至少一个圆柱形孔的金属管由超导组合物填充，随后经过变形处理，以减少管的横截面积，同时增加其长度。在一个实施例中，超导组合物包括二硼化镁。所述超导组合物也可基本由二硼化镁组成。金属管可具有任意数量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造电线的方法，其包括：将镁填充到金属管的孔中；密封管的端部；使管变形以增加管长；和使管与硼接触，以使镁和硼反应形成超导二硼化镁。

【技术特征摘要】
US 2003-10-22 10/6913681.一种制造电线的方法，其包括将镁填充到金属管的孔中；密封管的端部；使管变形以增加管长；和使管与硼接触，以使镁和硼反应形成超导二硼化镁。2.根据权利要求1的方法，其中镁的形态为镁棒、镁球、镁粉、镁颗粒、镁片或其组合，并且其中该金属管含铜、铜合金、不锈钢、钽、镁或铌合金。3.根据权利要求1的方法，其中在变形之前，孔的半径与金属管的半径比为约0.1-约0.99，并且其中金属管不与硼反应，并且进一步其中金属管允许硼扩散。4.根据权利要求1的方法，其中金属管还包括从金属管的第一端贯穿到金属管的第二端的附加的非交叉的孔，并且其中在变形之前至少一个该孔由镁填充。5.根据权利要求1的方法，其中通过挤压、锻造、轧制、旋锻、拉伸或包含上述至少一种方式的组合方式进行变形，并且其中该变形导致金属管的单位长度在变形后增加大于或等于约10％。6.根据权利要求1的方法，其中硼的形态为蒸汽或液体。7.根据权利要求1的方法，其进一步包括在大于或等于约600℃的温度下热处理电线大于或等于约1小时。8.一种制造超导电线的方法，其包括使硼细丝，带或者细丝和带的组合与熔融的镁接触以形成二硼化镁电线。9.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：TR拉伯，JS马特，ET拉斯卡里斯，SM劳雷罗，RJ扎巴拉，BA克努德森，KM阿姆，BC阿姆，JW布拉伊，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]