[发明专利]强化的超导导线的制造

说明书

在各个实施方案中，超导导线的特征在于嵌入导线基体内的包层复合丝和/或稳定的复合丝的组件。所述导线可包括一个或多个用于改善机械性能的稳定元件。

相关申请

本申请要求2015年7月14日提交的第62/192,321号美国临时专利申请的权益和优先权，其全部公开内容通过引用在此并入本文。

技术领域

在各个实施方案中，本发明涉及为了增加机械强度而强化的超导导线的形成和加工。

背景

超导材料在被冷却到其特征临界温度以下时表现出无电阻。尽管已经确定了临界温度高于氮的沸点77K的高温超导材料，但是这些材料通常是不稳定的(exotic)(例如钙钛矿陶瓷)，难以加工，且不适合高场应用。因此，对于需要导线和线圈及导线和线圈束的实际的超导应用，金属超导体Nb-Ti和Nb₃Sn是最经常使用的。尽管这些材料的临界温度低于77K，但是与基于陶瓷的解决方案相比时，这些材料相对容易加工，以及它们在强电流和高磁场下的工作能力已经实现了它们的广泛使用。

典型的金属超导导线的特征在于多条嵌入铜(Cu)导电基体内的超导相的线(或“丝”)。虽然这已成功实现了用于许多不同应用的金属超导导线的制造，但是得到的导线经常表现出不足的机械强度。虽然围绕超导丝的铜基体提供了一定的机械稳定性，但铜是一种非常易延展、易变形的材料。因此，存在对引入机械稳定剂的改善的金属超导导线的需要，其具有足够的延展性(并且因此可拉制成导线)并且在温度升高的热处理期间不会过度扩散到铜(或Cu基)导线基体中(并且因此损害其导电性)。

概述

根据本发明的各个实施方案，超导导线和/或其前体(例如用于形成导线的复合丝)的特征在于包含一种或多种金属、基本上由一种或多种金属组成、或由一种或多种金属组成的一个或多个稳定元件，所述金属的一种或多种机械性能(例如强度、屈服强度、拉伸强度、刚度、杨氏模量等)优于导线基体(其通常基于Cu以易于拉制成导线)和/或单丝(通常是Nb-基的)的机械性能，所述金属是超导的，或者随后将与一种或多种其它物质(例如Sn)反应以产生超导相。根据本发明的实施方案的示例性稳定元件可包含钽(Ta)或Ta合金，基本上由钽(Ta)或Ta合金组成，或由钽(Ta)或Ta合金组成。如上所述，稳定元件通常与含Nb的多条单丝和/或复合丝一起设置在Cu-基导线基体内。一个或多个稳定元件可大体上设置在复合丝或超导导线的中心处，和/或一个或多个稳定元件可设置为远离复合丝或超导导线的芯(例如邻近周边)。复合丝(和在各个实施方案中的稳定元件)可具有促进导线内的各个元件的有效堆叠的横截面形状(例如六边形、正方形、矩形、三角形)。根据本发明的实施方案，单丝可各自包括Cu-基基体内的Nb-基芯，基本上由Cu-基基体内的Nb-基芯组成，或由Cu-基基体内的Nb-基芯组成，并且单丝的堆叠组件可设置在Cu-基基体内并且被拉细以形成复合丝。因此，复合丝可各自包括Cu-基基体内的多条Nb-基单丝，基本上由Cu-基基体内的多条Nb-基单丝组成，或由Cu-基基体内的多条Nb-基单丝组成。像复合丝一样，单丝也可以具有促进复合丝内的有效堆叠的横截面形状(例如六边形、正方形、矩形)，并且该横截面形状可以与复合丝的横截面形状相同或不同。