[发明专利]一种超导导线结构及其应用方法

说明书

本发明涉及利用高温超导材料制备的高温超导导线，具体涉及的是利用新型的导线排列结构有效地保护高温超导导线的超导电性的方法。

高温超导材料发展至今已取得了令人瞩目的成果，如利用高温超导材料制造的输电电缆、变压器、电动机和超导磁悬浮列车等。Bi系2223相高温超导导线是利用Bi系2223相高温超导材料制备的导线，其临界温度高、电流密度高、成形好，且具有良好的加工性能，从而成为目前高温超导材料中具有广阔发展前景的一种产品。一般制备Bi系2223相高温超导导线是利用Ag套管填充Bi系氧化物粉末法，简称PIT法。利用该法制备的导线由超导体芯及包在芯周围的银或银合金基体组成，这样制成的导线通常也被称为银带。在高温超导导线的使用过程中，导线的某处可能出现断裂缺陷，某些芯可能会断开，导致导线的其余芯承担总的电流，这一总电流如超过这些芯的电流输运能力，超过的部分将由基体分流，使基体成为电流的旁路，一般基体的材料为银或银合金，这样的基体有可能经不住导线中大的分流电流，如100安的电流，致使外套烧毁，从而使导线断开，甚至使导线着火，危害整个超导器件，这种情形就给高温超导导线的实际电力应用带来了障碍。基于上述情况，需要一种特殊方法对高温超导导线的超导电性进行保护，当导线中有断裂缺陷、某些芯断开或在某处导线断开时，电流还存在其他通道，不至于烧掉导线，从而保证超导器件的稳定运行。

目前已有的导线的结构主要有以下几种类型：

(1)单芯导线

如图1所示，在美国专利US 5006671中涉及了这种结构，其中1为超导体，2为玻璃纤维管。单芯导线具有简单的结构，高的填充因子(FF)，FF＞0.4-0.5，其中FF＝[超导体]/([超导体]+[Ag])，与其他种类结构的导线相比具有较高的临界电流密度，从而也具有较高的工程电流密度。单芯导线的另一种形式是P.Kovac等人(P.Kov et al，Supercond.Sci.Technol.，13(2000)，378-384)提出的Bi-2223/Ag/阻挡层/Ag的复合结构，如图2所示，其中1为Bi-2223相超导体，2为Ag，3为阻挡层，4为Ag，这种结构有一些优点，如可减小导线的交流损耗。

尽管单芯导线具有一些独特的优点，但单芯导线只有一个超导区，当其中某点断开，通过该处的总电流将全部加在银或银合金基体上，基体可能经不住导线中大的分流电流，致使外套烧毁，从而使导线断开，导致整个电路的断路，影响超导器件的稳定性。

(2)多芯导线

在美国专利US 5869430和参考文献(林玉宝等，低温物理学报，Vol.21(1999)，No.2,122-130)中涉及了这种结构。如图3所示的导线，其中1为超导体，2为贵金属或贵金属合金，3为管的缝隙，可在这些缝隙中加入超导体，4为银或银合金套管，这样的导线经过轧制成为如图4所示的高温超导导线，其中1为超导体芯，2为银或银合金套管。在多芯导线中贵金属或贵金属合金包围每一根超导芯，每根芯为带状，在银带的横截面上超导芯均匀地分布，贵金属或其合金在每根芯之间有相同的厚度。这种导线具有较高的临界电流密度和很好的机械强度，临界弯曲应变ε_c＞0.3％，但是由于绕在每根芯周围的银，使得填充因子较小(FF≤0.3)，因而降低了临界电流密度。N.V.Vo等人(Journal ofMagnetic Materials，188(1998)，145-152)提出了另一结构的超导带，它是根据I_c与B的关系曲线，磁场从线圈中心由内向外降低，线圈所用的导线在向外的半径方向横截面面积可逐渐减小，较薄的导线能用来运输同样大小的临界电流，采用这种结构可减少材料的用量，降低成本。这种结构从理论上来看比较合理，但难以大规模生产。P.Kov等人(P.Kov et al，Supercond.Sci.Technol.13(2000)378-384)还提出了多芯的Bi-2223/Ag/阻碍层/Ag复合结构，该结构与同样结构的单芯导线的性能类似，也存在着电流密度低的缺点，难以实用化。

(3)同心的导线