包封的陶瓷超导体制造技术

本发明专利技术以超导体为特征，该超导体用于预先选择的液态冷冻剂中，该超导体包含一根复合陶瓷超导线，该超导线在沿其长度方向具有一个外表面；和一个密封结构，其气密地包封所述外表面，从而防止冷冻剂渗入导线并且降低其超导特性，即使在加压条件下。该超导体能够应用在超导电缆和超导线圈中。该密封结构可以通过下列步骤形成：把金属带层压到导线上；在导线外表面的周围围绕至少一个金属片；把多个金属片相互焊接，以围绕在导线的外表面上，或形成一个完全覆盖导线的外表面的聚合物涂层。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及复合陶瓷超导带和结构。这些带包括陶瓷，例如YBa2Cu3O7-δ(YBCO 123)、(Pb，Bi)2Sr2Ca2Cu3O(BSCCO 2223)和(Pb，Bi)2Sr2Ca1Cu2O(BSCCO 2212)，能在较高温度例如液氮温度下变成为超导，对于长距离传送电流来说，它们是很理想的。复合超导带通常包含位于导电金属基质(例如贵金属基质内的BSCCO细丝)内的超导陶瓷材料部分，或者涂在导体(例如导电衬底上支持的一层或多层YBCO或BSCCO)上的超导部分。支持结构如金属带能被层压到复合超导带上，以增强复合超导带的机械强度和弹性。在操作中，把超导件(例如超导带和支持结构)浸入液体冷冻剂(例如液氮、液氦或超临界氦)中延长的一段时间。该期间内，液体冷冻剂可能渗入超导陶瓷材料中。例如，当可为多孔的陶瓷材料的一部分直接与冷冻剂接触时，或者当复合材料内的一个或多个表面缺陷在冷冻剂和陶瓷材料之间提供了通道时，渗透就可能发生。该渗透可能是一个严重的问题，因为一旦加热该超导件，冷冻剂就能迅速气化，从而造成该超导件内部压力增大。例如，液态氮在77K时的密度比在环境条件下氮气的密度大700倍。超导件内增加的压力能够在超导陶瓷内造成大的物理缺陷并且显著地降低其超导特性(例如传输特性)，因而阻碍了超导件所期望的电性能。因为该缺陷使超导件的外部出现了凸出部分或气球，该问题称为“气球”问题。专利技术人认识到在复合陶瓷超导带内的表面缺陷能够在所用的金属涂层内造成交叉缺陷。例如，表面缺陷可以阻止焊料润湿缺陷，从而导致在所用的焊料涂层内形成多微孔缺陷。交叉缺陷能够提供冷冻剂渗入陶瓷材料的通道。例如，在由贵金属基质中的BSSCO细丝形成的带内，这样的表面缺陷能够由氧化物产生，该氧化物是在复合陶瓷带的管内粉末制造期间从BSSCO粉末上释放而来的。一般地说，复合陶瓷带和金属涂层内的缺陷可能在处理和应用制造期间产生。当金属涂层的相应尺寸太大(例如大于0.080″)时，在金属涂层冷却期间缩孔也能够引起金属涂层内的多微孔缺陷。据统计，在复合陶瓷带内的一些缺陷可以与金属涂层内的缺陷重叠，从而形成一个或多个通道，通过该通道，冷冻剂能够渗入陶瓷材料。通过沿超导带长度方向把超导带完全包封在一个密封结构内，本专利技术的实施方案基本上防止了这种冷冻剂渗透。密封结构把沿超导带长度方向上的整个表面(例如该带的顶面、底面和侧面)气密地密封而与冷冻剂浴隔开，从而防止了冷冻剂渗透。例如，在一个实施方案中，把第一不锈钢带层压到复合陶瓷带的顶面，把第二不锈钢带层压到复合陶瓷带的底面，从而把复合陶瓷带夹在中间。选择的不锈钢带比复合陶瓷条宽，从而不锈钢带伸出复合陶瓷带的侧面之外。然后，焊料嵌条能密封复合陶瓷带的侧面，因为焊料能湿润金属带的伸出部分并形成连续的覆盖复合陶瓷带侧面的表面。这样金属带与焊料嵌条结合形成了密封结构。密封结构通常能对复合陶瓷带提供机械加固，例如利用包括一个或多个金属压层。作为选择，密封结构可以与这样的支持结构隔开，例如它能包封已经有一个或多个金属压层的陶瓷带，所述金属压层结合在陶瓷带上，用于提供机械加固。概括地说，在一个方面，本专利技术以超导陶瓷导体为特征，该导体用于预先选择的液态冷冻剂中，其包含复合陶瓷超导线，其沿长度方向有一外表面；密封结构，其气密地密封在该外表面的周围，以防止冷冻剂渗入该导线而降低该导线的超导特性。超导体可以包括下述特征中的任一种。该导线和包围的密封结构的长度可以大于50米。导线可以包含支持多个超导陶瓷细丝的金属基质。作为选择，该导线可以包含至少一个超导陶瓷层和至少一个金属衬底，该衬底支持至少一个超导陶瓷层。密封结构可以是金属的。密封结构能够防止冷冻剂在加压条件下通过外表面渗入导线，例如加压条件可能超过约10atm，且液态冷冻剂可以是液氮。此外，该导线可以是复合陶瓷超导带，其具有一个顶面、一个底面和侧面，其中外表面为顶面、底面和侧面。例如，密封结构可以包含一条第一金属带，其被层压到复合带的顶面；一条第二金属带，其被层压到复合带的底面，第一和第二金属带伸出复合带的侧面之外；邻近复合带侧面的无孔的焊料嵌条，其充满金属带之间的空间。金属带可以包括不锈钢、Cu-Be合金、铝、铜、镍或Cu-Ni合金。第一和第二金属带可以比复合带至少宽5％，从而能伸出复合带的侧面之外。对导体来说，复合带和密封结构能够限定一个大于约5的宽厚比。作为选择，密封结构可以包含一条第一金属带，其被层压到复合带的顶面，并且有些部分伸出复合带的侧面；和一条第二金属带，其被层压到复合带的底面，并且有些部分伸出复合带的侧面，其中邻近每一个侧面，第一金属带的伸出部分焊接到第二金属带的伸出部分上。在其它实施方案中，密封结构可以包含一个可延展的金属片，其包围在导线的外表面上，其中金属片的相对侧面上的区域相互焊接。作为选择，密封结构可以是固化的聚合物层，该聚合物层包围在导线的外表面上。在任一情况下，该导体可以进一步包含一条金属带，其被层压到导线上用于机械加固，同时可延展的金属片或固化的聚合物层包围在导线和金属带上。固化的聚合物层可以包括导电介质，例如分散在聚合物层中的金属元素。在导线基本上具有长方形横截面的位置，导电介质能够允许聚合物层在至少沿平行于导线厚度的方向上导电。在另一方面，本专利技术以超导电缆为特征，该电缆包含上述的超导陶瓷导体。在进一步的方面，本专利技术以超导线圈为特征，该线圈包含上述的超导陶瓷导体。在进一步的方面，本专利技术以低温冷却装置为特征，该装置包含一个容纳液态冷冻剂的容器；一种液态冷冻剂；和至少部分地浸入液态冷冻剂的超导件，该超导件包含上述的超导陶瓷导体，该导体与液态冷冻剂直接接触。在一些实施方案中，该装置可以进一步包含一个制冷设备和一个循环泵，所述制冷设备用于冷却液态冷冻剂，所述循环泵用于把冷冻剂传输通过制冷单元。在操作期间，循环泵能够导致容器内的冷冻剂液体的压力超过1atm或者甚至超过10atm。概括地说，在另一方面，本专利技术以超导体为特征，该超导体用于预先选择的液态冷冻剂中。该导体包含复合超导线，其具有一个外表面，该外表面沿其长度方向包围该导线；和一个密封结构，该密封结构气密地包围在外表面上以允许超导陶瓷导体经受热循环而不会降低超导陶瓷带的电流传输能力10％以上，在热循环中，液态冷冻剂处于加压条件下。例如，加压条件可以超过约2巴(例如在约10-33巴的范围内)，液态冷冻剂可以是液氮。概括地说，在另一方面，本专利技术以制造超导体的方法为特征，所述超导体用于预先选择的液态冷冻剂中。该方法包括提供沿陶瓷超导线长度方向具有一个外表面的复合陶瓷超导线；及用密封结构气密地包围在外表面上，以防止冷冻剂渗入导线并降低其超导特性。该方法的实施方案包括下述特征的任一种。所提供的导线可以通过对容器进行至少一序列机械变形和后续的热处理而形成，所述容器包含超导陶瓷前体。气密地包围步骤可以包括把金属带层压到导线上，在导线的外表面的周围包围至少一个金属片，相互焊接多个金属片以便围绕在导线的外表面上，或者形成完全包覆导线外表面的一个聚合物涂层。在后一种实施方案中，该方法可以进一步包括在包覆导体的外表面之前把导电介质加入聚合物涂层。在此使用的复合陶瓷超导线包含支持超导陶瓷部分的金属基质，或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导陶瓷导体，用于预先选择的液态冷冻剂中，其包含：一根复合陶瓷超导线，其沿其长度方向具有一个外表面；和一个密封结构，其气密地包封所述外表面，以防止冷冻剂渗入所述导线而降低其超导特性。

【技术特征摘要】
US 1999-7-23 09/360,3181.一种超导陶瓷导体，用于预先选择的液态冷冻剂中，其包含一根复合陶瓷超导线，其沿其长度方向具有一个外表面；和一个密封结构，其气密地包封所述外表面，以防止冷冻剂渗入所述导线而降低其超导特性。2.根据权利要求1所述的导体，其中所述导线为具有顶面、底面和侧面的复合陶瓷带，其中所述外表面为顶面、底面和侧面。3.根据权利要求1所述的导体，其中所述导线和包封的密封结构的长度都大于50米。4.根据权利要求1所述的导体，其中所述密封结构是金属的。5.根据权利要求1所述的导体，其中所述导线包含一个金属基质，所述金属基质支持多个超导陶瓷细丝。6.根据权利要求1所述的导体，其中所述导线包含一个至少一个超导陶瓷层和至少一个金属衬底，所述金属衬底支持至少一个所述超导陶瓷层。7.根据权利要求1所述的导体，其中所述密封结构防止冷冻剂在加压条件下通过所述外表面渗入所述导线。8.根据权利要求7所述的导体，其中所述加压条件超过约10atm，并且液态冷冻剂为液氮。9.根据权利要求2所述的导体，其中所述密封结构包含一条第一金属带，其被层压到所述复合带的所述顶面，一条第二金属带，其被层压到所述复合带的所述底面，所述第一和第二金属带伸出所述复合带的所述侧面；和无孔焊料嵌条，其邻近所述复合带的所述侧面并且充满所述金属带之间的空间。10.根据权利要求9所述的导体，其中所述金属带包括不锈钢、Cu-Be合金、铝、铜、镍或Cu-Ni合金。11.根据权利要求9所述的导体，其中所述第一和第二金属带至少比所述复合带宽5％。12.根据权利要求9所述的导体，其中所述复合带和所述密封结构限定导体的宽厚比约大于5。13.根据权利要求2所述的导体，其中所述密封结构包含一条第一金属带，其被层压到所述复合带的所述顶面，并且它的一部分伸出所述复合带的所述侧面；和一条第二金属带，其被层压到所述复合带的所述底面，并且它的一部分伸出所述复合带的所述侧面，其中靠近每一侧面，所述第一金属带的所述伸出的部分被焊接到所述第二金属带的所述伸出的部分上。14.根据权利要求1所述的导体，其中所述密封结构包含一围绕在所述导线的所述外表面上的可延展的金属片，其中所述金属片的相对侧面上的区域被相互焊接。15.根据权利要求14所述的导体，其进一步包含被层压到所述导线上的金属带和所述可延展的金属片，该金属片围绕在所述导线和所述金属带上。16.根据权利要求1所述的导体，其中所述密封结构为围绕在所述导线的所述外表面上的固化的聚合物层。17.根据权利要求16所述的导体，其进一步包含被层压到所述复合带上的金属带和所述固化的聚合物层，该聚合物层围绕在所述复合带和所述金属带上。18.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰D斯库迪尔，戴维M布科泽克，史蒂文弗莱施勒，德里克帕特里克戴利，里卡德E哈诺伊斯，斯蒂芬R诺曼，保拉卡拉西诺，马尔科纳西，塞尔焦斯普雷菲科，
申请(专利权)人：美国超导体公司，皮雷利卡维耶系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]