[发明专利]用于超导线圈的模板

说明书

技术领域

本发明涉及一种在基本弯曲的模型上制造用于超导线圈的模板的方法，以及涉及一种在基本弯曲的模型上制造用于超导线圈的模板的装置。 

背景技术

在名称为“Superconducting Coil Fabrication(超导线圈制造)”的欧洲专利申请No.1421592中介绍了一种在模型上直接制造超导线圈的在先公开方法。此申请公开了一种制造超导线圈的方法。该方法包括通过在具有基本弯曲表面的模型上的各个沉积层上原位沉积、成形以及织构超导材料来制造各个线圈轨道的步骤。此申请还公开了用来产生其上形成线圈的最初织构层的许多过程。那些过程包括使用例如所谓的IBAD(离子束辅助沉积)、IAD(离子辅助沉积)或者ISD(倾斜基体沉积)方法或这些方法的变体，沉积用于随后的织构超导材料的模板层。 

在IBAD沉积方法中，必须以高度磨光的表面开始并且在存在以特定角度撞击在基体上的离子束下沉积例如YSZ(钇稳定氧化锆)，该离子束具有在正生成的YSZ膜上感生纹理的作用。在另一个技术中(有时称作ISD)，实现了织构层的蒸发或者脉冲激光沉积，还是以特定角度，但不需要离子束。也已研究了使用溅射来在表面生成所需条件的方案——IAD是一个例子，分子束溅射(MBS)是另一个例子。目标总是相同的：产生织构层，在该织构层之上可以生成例如YBCO(钇钡铜氧化物)的高超导膜。如欧洲专利申请No.1421592中所描述的，通过连续地沉积交替的超导和非超导层，可以这些膜制造到超导线圈中。通过连续的层复制线圈的结构。但是，层中存在的严重缺陷可能破坏线圈的结构，以致它可以使得测试步骤不能测出线圈是否超导。 

已经改进了该已知的制造方法来增加所制造的工作线圈轨道的比例以及提高它们的超导性能。在名称为“Superconducting CoilTesting(超导线圈测试)”的欧洲专利申请No.1604377中完整地介绍了对该制造过程的改进。改进包括绘制最外层的表面以检测缺陷、选择避免缺陷的路径以及在将路径限定在层中或在层上来产生线圈轨道之前计算对期望的超导场的影响。因而改进的方法使得线圈轨道的结构在线圈中的连续层之间变化。 

在模型上制造超导线圈的另一种方法使用以带形缠绕在模型上的织构柔性基体，例如RABiTS(轧制辅助双轴织构基体)。RABiTS材料是通过交叉进行热处理的连续轧制变形(reduction)过程生产的。最终结果是在轧制基体的平面和在轧制方向上都具有期望的晶粒(grain)排列的结构。因此，带形基体是双轴织构。 

纹理的程度可以由XRD(X射线衍射)或者EBSD(电子反向散射衍射)确定。目的是产生最好的纹理，即通过减少大角度晶界的数量在晶粒之间产生最少的定向误差。这通常在平面或非平面内表示为所选的X射线峰值的或EBSD技术的定向误差柱状图中的FWHM(半峰全宽(full width half-maximum))。这些是规定好的过程。 

注意，形成RABiTS带的技术已经发展到可以控制晶粒的形状和尺寸的程度。例如，可以形成具有等轴晶粒的RABiTS，其中晶体晶粒的尺寸在材料“ab”平面的两个方向上基本相等。替代地，所生成的晶粒的形状可以是各向异性的，使得可以改变晶粒延长度。最近在2005年9月10-15日奥地利维也纳的EUCAS2005上，Eichemeyer等人已经报告使用诸如将受控量的杂质引入到开始材料中的技术来增加对这些参数的控制。 

以未织构基体开始的优点是，与RABiTS相比该基体机械地可以非常结实，因此可以更薄。因此，对于相同的YBCO膜性能，工程电流密度可以比RABiTS覆盖的导体的更高。尽管由于这些原因RABiTS型材料不能生成与使用IBAD技术生成的基体一样好的基体，但是生产它更快更便宜。 

在制造使用例如由RABiTS材料制成的织构带基体的线圈时，待涂层的带必须织构良好，即它的结构应该尽可能接近单晶体的结构。所有晶粒的“c”轴必须在基本相同的方向对准，接近膜沉积的平面的法线，并且也必须减小在“ab”平面内的大角度晶界的数目。因为带的纹理被复制到随后沉积的层中，所以大角度晶界充当“弱连接”或者充当随后沉积的超导线圈的渗透超电流的阻碍。因此，要避免这种阻碍，这是因为它们减小超电流。