具有用于减轻重量的沿周向分布的铝块的NbTi超导体制造技术

本发明专利技术涉及一种超导线材(1；31)，包括NbTi超导材料和Cu，所述超导线材具有：一个密闭管道(2)，尤其是Cu密闭管道；至少三个Al块(3a-3c)，其在密闭管道(2)中沿周向分布设置；以及具有至少三个包含NbTi的部分（4a-4c)，它们同样在密闭管道(2)中沿周向分布设置，并且它们沿周向方向将Al块(3a-3c)相互隔离开，其中每个Al块(3a-3c)与它们相邻的包含NbTi的部分(4a-4c)形成大面积接触。本发明专利技术的目的是提出一种稳定的NbTi超导线材，它具有低重量，其可以以低成本制造，以及其中该超导线材具有降低的形成裂缝的风险(特别是在线材拉丝中)。

【技术实现步骤摘要】
具有用于减轻重量的沿周向分布的铝块的NbTi超导体
本专利技术涉及一种超导线材，包含NbTi超导材料和Cu。
技术介绍
铌-钛(NbTi)由于其优异的塑性变形性(对于最终材料及其前体都是)是一种重要的超导材料，其可以以多种方式配置，例如，以超导磁线圈(superconductingmagnetcoils)或超导电缆的方式。典型地，NbTi超导材料集成于超导线材中，其中多个NbTi细丝常常沿着超导线材的纵向方向延伸。作为拉丝工艺的一部分，线材制造程序通常包括在六角形外部截面中的塑性变形以使得单个NbTi细丝的打捆工艺简单化(或同样其他结构或中间结构)。因此，和US5088183A在介绍中提及的相比较，六边形元件可被很紧密的排布在例如铜密闭管道中。NbTi的超导特性只有在特别低的温度下低于大约9K能获得，因此必须例如采用液氦对超导体降温。而且，如果磁场强度或电流密度太高，将不能维持超导状态。NbTi超导线材典型的使用铜(Cu)通常是高纯度的铜来固定。在超导线材中铜与超导细丝平行延伸；例如铜可以组成用于超导NbTi细丝的矩阵。铜是良好的热导体，通过其可以获得对超导NbTi细丝的有效冷却。此外，铜还表现出高的导电性。如果超导线材的超导性局部地丧失，铜提供并行的电流路径，限制电阻的上升以及相关热产生。通过有效冷却，超导性可以局部恢复，通常地在超导体(稳定功能)的导电区域。即使超导体不能恢复，铜通过限制电阻的增加以及同样限制热产生而保护超导体不被损坏(“熔化的”)，同时也有效移除产生的热(淬火保护)。此外，铜改善了超导线的机械强度。铜不仅是一种昂贵的材料，也相对较重，具有大约8.9g/cm3的密度，这在很多应用中是不期望的。因此为了稳定NbTi超导体，需要寻找至少可以部分替代铜的替代材料。纯铝(Al)将是合适的材料，由于其热传导性和电阻，并且其比铜便宜，具有2.7g/cm3的密度，是相当轻的。WO2008/121764A1提出一种具有铜套管、Al芯以及位于它们之间的环中的多细丝NbTi杆的NbTi超导结构。但是Cu和NbTi都相对较硬并且在塑性形变时性质相似，Al比Cu和NbTi软很多。当包含Al结构特别是Al芯的线材被拉丝时，在NbTi超导线材中观察到横向于线材的纵向方向延伸的裂纹。对于超导应用来说，包含裂缝的导线是无用的。US5,189,386公开了一种超导结构，其中Al芯通过多个Cu-Ni合金层被分隔为六部分。该结构相对复杂。US4,652,697，其作为最接近的现有技术，公开了一种超导结构，其中三个Al线材和四个多细丝线材捆扎在一起，例如，具有NbTi细丝和Cu矩阵。一个多细丝线材设置在超导结构的中心。该结构由PbSn焊料固定在一起。在线材制作中施加焊料是困难的，并且作为一种附加材料，其会进一步加重裂缝变形的问题。JP09282953A公开了一种Nb3Al超导线材，其中Nb3Al细丝嵌入于Cu矩阵中。由Nb或Ta形成的嵌入的附加结构可以用于加固。在一个实施例中，提出了一种在Cu管中具有Al棒的附加结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种稳定的NbTi超导线材，其具有低重量，可以以低成本制造，其中超导线材具有降低的裂缝变形(特别是在线材拉丝中)的风险。本目的采用一种包含NbTi超导材料和Cu的超导线材来实现，具有，-一个密闭管道，尤其是Cu密闭管道，-在密闭管道中沿周向分布设置的至少三个Al块，-以及同样在密闭管道中沿周向分布设置的至少三个包含NbTi的部分，并且包含NbTi的部分在周向方向上将Al块相互隔离开，其中每个Al块与它们相邻的包含NbTi的部分形成大面积接触。根据本专利技术，在超导线材中使用铝来部分替代铜以达到稳定性的目的，其中通常提供三个Al块。在线材横截面中(垂直于线材的纵向)，该铝块沿周向分布设置并且被包含NbTi的部分相互间隔开，即Al块和包含NbTi的部分在周向方向上交替。Al块远轻于同样体积的Cu材料，并且也比较便宜。特别是，每米的重量(也就是，超导线材在纵向上每个长度的重量)与为了超导材料的稳定性而仅使用铜的情况相比可有极大的减少。通过本专利技术的在包含NbTi的部分和Al块之间的大面积接触，保证了良好的直接的热和电流的传导；典型地，在横截面上的大面积接触，形成为在大致半径方向上、沿着包含NbTi的部分和Al块的边界表面，超过线材直径的至少20％。这获得了一个非常良好的稳定功能，并且同样保证了超导线材的整体结构保持简单。密闭管道也可以提高稳定性，特别是，如果其是由Cu组成的密闭管道。而且，所述密闭管道同时适当地将Al块和包含NbTi的部分保持在一起。本专利技术的超导线材可以在没有焊料(特别是，没有PbSn焊料的)的情况下容易地构成。特别地，不需要焊料来实现Al块和包含NbTi的部分中的NbTi超导材料之间的充分的热传导或电流传导接触；同样的，不需要焊料来将超导线材的整体结构保持在一起。在本专利技术的范围内，由外来物体带来的超导线材的污染物可以保持为很低。Al块由固体铝材料构成，典型的具有99原子％纯度或更高纯度。本专利技术的超导线材的横截面表面典型的具有至少10％比例的铝，优选至少20％的铝。包含NbTi的部分优选只由Nb、Ti和Cu(除小于1原子％的掺杂或杂质以外)形成。每个包含NbTi的部分包含至少一个细丝，然而典型地包括多个NbTi细丝，其在超导线材的纵向方向延伸。超导线材中的铜(Cu)结构典型的也具有高纯度(优选>99原子％Cu)；然而，它们也可以由包含铜的合金(铜合金中优选≥80原子％Cu，更优选≥90原子％Cu)构成；典型的，这些可应用于Cu密闭管道、Cu成型管道、Cu填充盘以及Cu块(参见下文)的情况。具有不同变形性质的材料之间的接触表面(一面为铝并且另一面为铜和铌-钛)在按方位角分配(在周向方向)的至少3个Al块之间被创造性地分隔开。结果，由预制工艺(例如，在线材拉丝中)在整个超导线材的周向方向上产生的内建机械应力相应地被减少了很多倍，其阻止了裂缝的形成。另一方面，来自固体材料的Al块的构造减少了对铝的接触表面；Al块内的材料几乎不涉及内建应力。实践中证明本专利技术的结构能够阻止裂缝的形成。特别是，通过较少数量的方向角分布的Al块(不超过6块，优选3个或者4个Al块)、不多于一个附加中心Al块(直径小于或等于超导导线的直径的30％，优选小于或等于超导导线的直径的25％)以及典型的在超导线材中无附加Al结构，达到了非常好的效果。总之，本专利技术的超导线材典型的具有近乎圆形的横截面，但是选择性地其可以具有例如六角形轮廓的(外部)轮廓。总之，本专利技术可以提供具有低制造成本、重量减小的NbTi基超导线材，其仅在一面为铝并且另一面为铜和铌-钛之间形成小边界表面，因此保持了低裂缝风险的良好预制性能(尤其是在通过挤压和拉丝进行预制的过程中)。在制造工艺中，包含外来颗粒的风险也低，一方面降低淬火风险，并且另一方面允许由Al和Cu形成的保护结构的高热量和电流传导性。在本专利技术超导线材的一个优选实施例中，包含NbTi的部分由一个或更多个钻有深孔的Cu块构成，其中NbTi结构被插入一个或多个Cu块的孔中，每个NbTi结构均包含一个或更多个NbTi细丝。这样，包含NbTi的部分可以以非常简单和低成本的方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导线材（1；31)，包括NbTi超导材料和Cu，所述超导线材具有：一个密闭管道(2)，尤其是Cu密闭管道，在密闭管道(2)内沿周向分布设置的至少三个Al块(3a?3c)，以及同样在密闭管道(2)内沿周向分布设置的至少三个包含NbTi的部分(4a?4c)，所述包含NbTi的部分在周向方向上将所述Al块(3a?3c)相互隔离开，其中每个Al块(3a?3c)与其相邻的包含NbTi的部分形成大面积接触。

【技术特征摘要】
2012.06.25 DE 102012210770.31.一种超导线材(1；31)，包括NbTi超导材料和Cu，所述超导线材具有：一个密闭管道(2)，在密闭管道(2)内沿周向分布设置的至少三个Al块(3a-3c)，以及同样在密闭管道(2)内沿周向分布设置的至少三个包含NbTi的部分(4a-4c)，所述包含NbTi的部分在周向方向上将所述Al块(3a-3c)相互隔离开，其中每个Al块(3a-3c)与其相邻的包含NbTi的部分形成大面积接触,其中，所述超导线材(1；31)不包含焊料，并且其中，所述包含NbTi的部分(4a-4c)和所述Al块(3a-3c)之间的平面接触位于所述包含NbTi的部分(4a-4c)和所述Al块(3s-3c)之间的边界表面处，在横截面上贯穿线材半径(Rges)的至少40％，其中所述边界表面大致沿半径方向延伸。2.根据权利要求1所述的超导线材(1；31)，其特征在于，所述包含NbTi的部分(4a-4c)由一个或更多个钻有深孔的Cu块(6；6a-6c)构成，其中在每种情况下均包含一个或更多个NbTi细丝的NbTi结构(8)被插入在一个或更多个Cu块(6；6a-6c)的孔(7)中。3.根据权利要求2所述的超导线材(1；31)，其特征在于，所述包含NbTi的部分(4a-4c)仅由一个钻有深孔的Cu块(6)构成，其中该Cu块(6)具有至少三个沿径向向内延伸的沟槽(10)，每个沟槽包含一个Al块(3a-3c)。4.根据权利要求2所述的超导线材(1；31)，其特征在于，每一个包含NbTi的部分(4a-4c)均由一个钻有深孔的Cu块(6a-6c)构成，并且设置有一个中央Cu成型管(11)，所述Al块(3a-3c)以及所述Cu块(6a-6c)与所述Cu成型管相邻接，其中所述Cu成型管(11)包括附加Al块(12)。5.根据权利要求1所述的超导线材(1；31)，其特征在于，每一个包含NbTi的部分(4a-4c)构造为具有相邻接的NbTi六角形元件(35)的簇(34a-34c...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·苏尔齐克，
申请(专利权)人：布鲁克EAS有限公司，
类型：发明
国别省市：