超导线圈测试制造技术

一种测试在超导材料层中形成的超导线圈路径的方法。在具有大体曲表面的模架（６）上提供所述材料。该方法包括扫描所述层以检测所述层中的缺陷的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于超导线圈制作的测试步骤，并涉及这样制作的超导线圈。用来制作超导线圈的现有方法在欧洲专利申请02755238.9中有描述，该专利申请于2003年3月6日作为PCT专利被首次公布，申请号为PCT/GB02/03898，题目为“Superconducting CoilFabrication(超导线圈制作)”。该申请公开了一种制作超导线圈的方法。该方法包括第一步骤在具有大体曲表面的模架上的各个沉积层中，利用膜沉积和构图技术通过就地沉积、整形和织构超导材料制作各个线圈轨道。该方法还包括就织构或超导性能就地测试每个线圈轨道的步骤和制作各线圈轨道的步骤，从而在层沉积之前或之后通过掩模或划线操作构图每个沉积层。其中描述的测试步骤在制作过程的规定步骤中使用。然而，它只用来测试线圈是否超导、或者对具有超导特性而言线圈是否具有合适的织构。因此，每个线圈要么通过该测试步骤，要么通不过该测试步骤。即使制作通不过该测试的线圈轨道的可能性低，但超导线圈中具有一个或多个失效线圈轨道的机会随着线圈的层数增加而增加，因此降低了所制作线圈的功效且增加了制作过程中产生的浪费。如果线圈轨道包括一个严重缺陷，则该超导线圈轨道可能通不过该测试步骤。该缺陷可以是若干类型的缺陷可修复缺陷；不可修复缺陷；以及可修复或不可修复形式的、依靠复制过程通过连续层传播的缺陷。因此，如果一个层具有传播缺陷，则通过现有方法制作的线圈不能用，因为所有其它层会具有这一相同的缺陷并通不过测试步骤。由所制作的超导线圈产生的场还由线圈的布置限定，因此也由构成线圈的线圈轨道以及通过线圈的电流限定。为使电流通过线圈，每个线圈轨道的所有部分必须提供该电流的通路；也就是说，构成每个线圈轨道的轨道组成部分是串联的。可以通过线圈的最终电流由线圈中的最弱连线(link)限制。线圈中的弱连线是由层中的缺陷连同其它原因(诸如线圈轨道之间的弱连接之类)一起造成的。此外，具有特定几何形状和缺陷的线圈轨道所产生的场的几何形状与具有完全相同特性、但没有缺陷的线圈轨道所产生的场不同。场之所以不同，不仅因为通过线圈轨道的电流不同，还因为在缺陷所在位置处两个线圈轨道的可比较部分的物理几何形状不同，并且该缺陷可能包括化学杂质或者缺陷所在位置处的材料可能具有与线圈轨道中其它材料不同的晶体结构或晶格结构。在超导状态下，该缺陷可能导致线圈轨道呈现出与没有缺陷的线圈轨道不同的物理特性。因此，当在模架上形成连续线圈轨道时，在每个线圈轨道具有它自己独特的缺陷的情况下，该线圈所产生的场的形状与从不具有任何缺陷的线圈轨道形成的线圈所产生的场的形状不同。如果改变线圈轨道的路径以避开其层中的不可修复缺陷，则由该线圈在超导状态下产生的场的形状也改变。然而，因为可以将一个给定的线圈轨道限定到其层上以避开缺陷，所以可以调整该线圈轨道的路径以矫正由该线圈轨道在超导状态下产生的场的形状以及产生于该线圈轨道之下的其它线圈轨道的场的形状。尽管已知方法提到了在继续制作线圈之前针对每个线圈轨道的测试步骤，但该测试仅用来确定线圈轨道是否工作，而不用来定位线圈轨道中的缺陷供修复或避开。不对层中的缺陷进行识别或修复。另外，不改变限定到层上或层中的线圈轨道的路径以避开弱连线、不可修复缺陷和矫正所产生的超导场，而是提供线圈布置的特定几何形状。通过以下制作过程，可以改进该已知的制作过程以增加所制作的工作线圈轨道的比例，即，通过识别层中存在的每个缺陷是否是可修复的；修复可修复缺陷；选择避开不可修复缺陷的线圈轨道的路径；计算对该线圈轨道所产生的超导场的几何形状的影响，以矫正与下面的线圈轨道相对应的超导场的形状；修补所选择的线圈轨道的路径，以计及对所产生的超导场的这些影响；以及，将该路径限定到层上或层中以形成线圈轨道。此外，在该制作工序继续沉积另一层之前，只要该层是超导层就可以测试该线圈轨道以确保其超导。本专利技术的目的是借助测试步骤提供这样一种改进的制作超导线圈的方法。在本说明书中，以下术语旨在具有如这里定义的特定含义。线圈轨道的布置指线圈轨道的三维几何形状，其具体指线圈的路径，并且在线圈轨道的互连方案中其可以在不止一层上。复制指复制下面的层的织构，即复制模板。复制过程指应用这一复制的过程。限定指确定层中一个特征的边界或范围、或刻划层的特征的形态。因此限定包括写、复制、印刷和印刷。外场指起源于除了目前正在制作的线圈的另一个源的场。一般来说，这些外场的源是电气设备或电机的线圈，而该正在制作的线圈旨在构成该电气设备或电机的部分。这些其它线圈与该正在制作的线圈相邻并靠近它，或者将与该正在制作的线圈相邻并靠近它。层指单次沉积膜，优选地为薄膜，其在模架表面上(对于初始层的沉积)或在模架上最顶层的表面上(对于后续层的沉积)。路径或线圈路径指以其为基础进行计算、以限定超导线圈的最优轨道的路线。因此，它是虚拟轨道。构图指在特定的几何形状中去除或增加材料，包括在层中限定路径。印刷指并行写入。织构指关于粗糙度的物理外观及表面特征的形状；在显微镜检查下它与微结构特征有关，如晶粒形状、相分布、晶界特性和晶体取向之类。更准确地说，在该应用中它指晶体结构或优选的晶体取向。关于超导材料，超导材料样本的织构表明该样本的超导特性。材料的织构，如薄膜超导体的织构之类，一般通过x射线或中子衍射、电子背散射衍射以及如电子显微镜之类的利用电子束的其它技术来检测。另一技术是RHEED(反射高能电子衍射)。织构指将一下面的层的织构复制到层中，或者在初始层的情况下，它指织构膜的生长。轨道指限定到超导层中的线圈路径。一圈指围绕具有大体曲表面的模架的单环。弱区，也被称作坏区，指下降到所要求特性的阈值以下的区域。绕组指单个线圈轨道，在本说明书这里，它不是通过物理绕线过程形成的。写指通过放下或去除材料用几何学局部地限定路径或轨道。写可以包括蚀刻法、划线法和平版印刷(lithographic)法。根据本专利技术的第一方面，提供了一种测试在用于超导线圈的薄膜材料层中形成的路径的方法，所述层在具有大体曲表面的模架上形成，该方法包括扫描所述层以检测所述层中的缺陷的步骤。有利地，通过扫描所述层以检测所述层中存在的缺陷的步骤可以检测所述层中的每个缺陷，这样在将路径限定到所述层中或所述层上之前以及在继续沉积多层线圈中的下一层之前可以使路径最优化。所述模架可以限定大体直圆柱表面，线圈路径绕所述模架限定大体准螺旋形(spiral)轨道。有利地，模架的对称旋转轴促进多层线圈中连续绕组的制造，因此促进制作这样一个线圈的容易程度。优选地，扫描的步骤包括至少一个探测步骤，用于探测构成所述层的材料的物理特性，执行所述探测步骤或每个探测步骤而不在所述层中限定线圈路径。有利地，可以确定每个缺陷的位置和物理特性。扫描的步骤可以包括多个探测步骤，在进行每个探测步骤的过程中探测所述材料的不同物理特性。所述探测步骤或每个探测步骤可以提供所述层的物理特性的数据集，每个数据集可处理以形成相应布局图，所述相应布局图具有表明整个所述层上物理特性的变化的特征。有利地，每个数据集可以与类似的数据集进行比较。类似的数据集可以是先前沉积在所述模架上的层的数据集或从类似线圈的早期制造中获得的数据集。因为同一装置被用来制造许多线圈，所以通过比较这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测试在用于超导线圈的薄膜材料层中形成的路径的方法，所述层在具有大体曲表面的模架上形成，该方法包括扫描所述层以检测所述层中的缺陷的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2003-3-6 0305146.31.一种测试在用于超导线圈的薄膜材料层中形成的路径的方法，所述层在具有大体曲表面的模架上形成，该方法包括扫描所述层以检测所述层中的缺陷的步骤。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模架限定大体直圆柱表面，所述线圈路径绕所述模架限定大体准螺旋形轨道。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述扫描步骤包括至少一个探测步骤，用于探测构成所述层的材料的物理特性，执行所述探测步骤或每个探测步骤而不在所述层中限定线圈路径。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述扫描步骤包括多个探测步骤，在进行每个探测步骤的过程中探测所述材料的不同物理特性。5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述探测步骤或每个探测步骤提供所述层的物理特性的数据集，每个数据集可处理以形成相应布局图，所述相应布局图具有表明整个所述层上相应物理特性的变化的特征。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将每个布局图与一个或多个其它布局图组合以提供合成布局图。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当组合每个布局图以提供合成布局图时，相对于每个其它布局图将所述每个布局图加权。8.如权利要求5-7中任一项所述的方法，其特征在于，分析每个布局图(包括合成布局图)的特征以识别和定位所述层中的缺陷。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括步骤a)识别每个缺陷是否是可修复缺陷；和b)修复每个可修复缺陷。10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，该方法还包括步骤a)识别每个缺陷是否是不可修复的；和b)计算避开不可修复缺陷的线圈路径；和c)在所述层中写入或构图所述路径以限定线圈轨道的路径。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，计算所述线圈路径的步骤包括调整线圈轨道的路径使得线圈轨道产生预定磁场的步骤。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，调整线圈路径以矫正由线圈轨道产生的场的形状的步骤还计及由构成线圈的每个其它已有线圈轨道产生的每个场。13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，调整线圈路径以矫正由线圈轨道产生的场的形状的步骤还计及线圈外部的每个场。14.如权利要求8-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述层是超导材料薄膜，并且该方法还包括在线圈的部分包括太多将可修复或可避开的缺陷、或者丢弃比修复或避开更容易的情况下丢弃所述层的每个所述部分的步骤。15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述层是超导材料薄膜，并且扫描的步骤包括测试在所述层中形成的线圈路径是否限定了超导的线圈轨道的步骤。16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，通过二分查找法测试线圈轨道以定位线圈轨道中不具有预定超导特性的部分。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，二分查找法利用在迭代过程中移动的触点电刷定位所述有缺陷的区域或每个有缺陷的区域。18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，二分查找法利用探头局部地扰动超导特性。19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，通过探头点方法测试线圈轨道以定位线圈轨道中不具有预定超导特性的部分。20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，利用动态测试技术测试线圈轨道以定位线圈轨道中非超导的部分，所述动态测试技术依赖至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：E马厄，
申请(专利权)人：涂层导体柱体有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]