Способ изготовления сверхпроводящего провода и сверхпроводящий провод, изготовленный этим способом



Способ изготовления сверхпроводящего провода и сверхпроводящий провод, изготовленный этим способом
Способ изготовления сверхпроводящего провода и сверхпроводящий провод, изготовленный этим способом
Способ изготовления сверхпроводящего провода и сверхпроводящий провод, изготовленный этим способом
Способ изготовления сверхпроводящего провода и сверхпроводящий провод, изготовленный этим способом
Способ изготовления сверхпроводящего провода и сверхпроводящий провод, изготовленный этим способом

 


Владельцы патента RU 2613355:

САНАМ КО., ЛТД. (KR)

Предложен способ изготовления сверхпроводящего провода (варианты) и сверхпроводящий провод. Способ изготовления сверхпроводящего провода, согласно которому обеспечивают сверхпроводящую ленту, внешняя поверхность которой образована первой поверхностью, второй поверхностью, противоположной первой поверхности, и двумя боковыми поверхностями, соединяющими первую и вторую поверхности; формируют слой меди на внешней поверхности сверхпроводящей ленты и закрепляют первую металлическую ленту и вторую металлическую ленту соответственно на первой поверхности и второй поверхности сверхпроводящей ленты, на которой сформирован слой меди, причем формирование слоя меди содержит формирование методом физического осаждения защитного слоя меди, так чтобы покрыть первую поверхность, вторую поверхность и боковые поверхности; и формирование методом электроосаждения стабилизирующего слоя меди на защитном слое меди. Изобретение обеспечивает передачу большого электрического тока на единицу площади поперечного сечения и малую потерю мощности. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение, раскрытое в настоящей заявке, относится к сверхпроводящему проводу.

Уровень техники

Поскольку силовые установки с использованием сверхпроводящего провода могут повышать эффективность без потери вследствие сопротивления и обеспечивать возможность протекания большего тока через небольшую площадь, то наличие сверхпроводящего провода способствует уменьшению габаритов и снижению веса силовых установок. Недавно было проведено исследование сверхпроводящего провода (с оплеткой) второго поколения, проявляющего сверхпроводимость при высокой температуре и содержащего сверхпроводящую пленку на металлической подложке или тонкий промежуточный слой, включающий в себя биаксиально ориентированную текстурированную структуру. По сравнению с проводником из металла такой сверхпроводящий провод второго поколения может обеспечивать передачу гораздо большего электрического тока на единицу площади своего поперечного сечения. Указанный сверхпроводящий провод второго поколения может быть использован в сверхпроводящем кабеле с малой потерей мощности, предназначенном для передачи и распределения электроэнергии, в магниторезонансной томографии (МРТ), в поездах на магнитной подушке, в судах с двигательной установкой, выполненной на основе сверхпроводимости, и т.п.

Сущность изобретения

Техническая задача

В настоящем изобретении предложено изготовление слоев для сверхпроводящего провода.

Решение технической задачи

В примерах осуществления настоящего изобретения рассмотрены способы изготовления сверхпроводящего провода. Согласно предложенным способам обеспечивают сверхпроводящую ленту, имеющую внешнюю поверхность, которая образована первой поверхностью, второй поверхностью, противоположной первой поверхности, и двумя боковыми поверхностями, соединяющими первую и вторую поверхности; формируют слой меди на внешней поверхности сверхпроводящей ленты и закрепляют первую металлическую ленту и вторую металлическую ленту соответственно на первой поверхности и второй поверхности сверхпроводящей ленты, на которой сформирован слой меди, при этом при формировании слоя меди формируют методом физического осаждения защитный слой меди, так чтобы покрыть первую поверхность, вторую поверхность и боковые поверхности, и на защитном слое меди формируют стабилизирующий слой меди методом электроосаждения.

В некоторых примерах осуществления изобретения защитный слой меди может быть сформирован методом напыления, в процессе реализации которого сверхпроводящую ленту могут поворачивать так, что защитный слой меди полностью покрывает первую поверхность, вторую поверхность и боковые поверхности сверхпроводящей ленты.

В других примерах осуществления изобретения защитный слой меди на боковых поверхностях может быть сформирован более тонким, чем на первой и второй поверхностях.

В некоторых примерах осуществления изобретения формирование стабилизирующего слоя меди может включать разделение ионов водорода, образующихся при электроосаждении.

В других примерах осуществления изобретения при электроосаждении могут использовать электролизованный раствор серной кислоты.

В некоторых примерах осуществления изобретения формирование стабилизирующего слоя меди может включать спекание сверхпроводящей ленты.

В других примерах осуществления изобретения при электроосаждении могут подавать пузырьки кислорода, азота или воздуха с нижней стороны гальванического элемента для электроосаждения.

В некоторых примерах осуществления изобретения на слое меди, кроме того, могут формировать противоокислительный слой.

В других примерах осуществления изобретения противоокислительная пленка может быть выполнена в виде хромосодержащей пленки либо неорганической пленки на основе кварца.

В некоторых примерах осуществления изобретения металлические ленты могут содержать нержавеющую сталь, медь, алюминий, никель или сплавы этих металлов.

В других примерах осуществления изобретения первую металлическую ленту и вторую металлическую ленту могут прикреплять путем обеспечения припоя между металлическими лентами и сверхпроводящей лентой, на которой сформирован слой меди.

В некоторых примерах осуществления изобретения для прикрепления первой металлической ленты и второй металлической ленты обеспечивают сверхпроводящую ленту, на которой сформирован слой меди, и металлические ленты между двумя обращенными друг к другу упругими телами и сжимают упругие тела для удаления остатка припоя.

В других примерах осуществления изобретения перед прикреплением первой и второй металлических лент к сверхпроводящей ленте, на которой сформирован слой меди, могут выравнивать первую сторону слоя меди на одной боковой поверхности сверхпроводящей ленты с первыми сторонами первой и второй металлических лент.

В некоторых примерах осуществления изобретения толщина припоя на одной боковой поверхности сверхпроводящей ленты, на которой сформирован слой меди, может отличаться от толщины припоя на другой боковой поверхности сверхпроводящей ленты, на которой сформирован слой меди.

В других примерах осуществления изобретения толщина припоя на одной боковой поверхности может быть меньше толщины припоя на другой боковой поверхности.

В некоторых примерах осуществления изобретения другие стороны первой и второй металлических лент могут выступать от другой стороны слоя меди, сформированного на другой боковой поверхности сверхпроводящей ленты.

Согласно предложенному способу обеспечивают сверхпроводящую ленту, внешняя поверхность которой образована первой поверхностью, второй поверхностью, противоположной первой поверхности, и двумя боковыми поверхностями, соединяющими первую и вторую поверхности; наносят покрытие из слоя меди на внешнюю поверхность сверхпроводящей ленты; помещают сверхпроводящую ленту со слоем меди между первой металлической лентой и второй металлической лентой; выравнивают первую сторону слоя меди на одной боковой поверхности сверхпроводящей ленты с первыми сторонами первой и второй металлических лент и закрепляют первую металлическую ленту и вторую металлическую ленту соответственно на первой поверхности и второй поверхности сверхпроводящей ленты, покрытой слоем меди.

В других примерах осуществления изобретения толщина припоя на одной боковой поверхности сверхпроводящей ленты, покрытой слоем меди, может быть меньше толщины припоя на другой боковой поверхности сверхпроводящей ленты, покрытой слоем меди.

В некоторых примерах осуществления изобретения другие стороны первой и второй металлических лент могут выступать от одной стороны слоя меди, покрывающего другую боковую поверхность сверхпроводящей ленты.

В примерах осуществления изобретения предложены сверхпроводящие провода. Сверхпроводящие провода могут содержать: сверхпроводящую ленту, внешняя поверхность которой образована первой поверхностью, второй поверхностью, противоположной первой поверхности, и двумя боковыми поверхностями, соединяющими первую и вторую поверхности; слой меди, покрывающий внешнюю поверхность сверхпроводящей ленты; первую и вторую металлические ленты, закрепленные соответственно на первой поверхности и второй поверхности сверхпроводящей ленты, покрытой слоем меди, и припой, выполненный между первой поверхностью сверхпроводящей ленты и первой металлической лентой и между второй поверхностью сверхпроводящей ленты и второй металлической лентой, при этом толщина припоя на одной боковой поверхности сверхпроводящей ленты отлична от толщины припоя на другой боковой поверхности сверхпроводящей ленты.

В некоторых примерах осуществления изобретения толщина припоя на одной боковой поверхности может быть меньше толщины припоя на другой боковой поверхности.

В других примерах осуществления изобретения другие стороны первой и второй металлических лент могут выступать от второй стороны слоя меди, сформированного на другой боковой поверхности сверхпроводящей ленты.

В некоторых примерах осуществления изобретения первая сторона слоя меди, покрывающего одну боковую поверхность сверхпроводящей ленты, может быть выровнена с первыми сторонами первой и второй металлических лент.

В других примерах осуществления изобретения сверхпроводящий провод, кроме того, может иметь противоокислительный слой на слое меди.

Технические результаты, достигаемые изобретением

Согласно концепции изобретения сверхпроводящая лента может быть легко выполнена посредством процесса изготовления слоев.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана структурная схема, иллюстрирующая способ изготовления сверхпроводящего провода согласно изобретению;

На фиг. 2 концептуально показана структура сверхпроводящей ленты;

На фиг. 3А концептуально показано схематическое изображение блока формирования защитного слоя меди согласно примеру осуществления изобретения.

Фиг. 3В иллюстрирует процесс подачи сверхпроводящей ленты к блоку формирования защитного слоя меди согласно примеру осуществления изобретения;

Фиг. 4 схематически иллюстрирует процесс формирования защитного слоя меди на сверхпроводящей ленте согласно примеру осуществления изобретения.

На фиг. 5 показано схематическое изображение блока формирования стабилизирующего слоя меди согласно примеру осуществления изобретения.

На фиг. 6 схематично показано устройство образования пузырьков блока формирования стабилизирующего слоя меди согласно примеру осуществления изобретения.

Фиг. 7 схематически иллюстрирует процесс формирования стабилизирующего слоя меди на сверхпроводящей ленте согласно примеру осуществления изобретения.

Фиг. 8 схематически иллюстрирует процесс формирования противоокислительной пленки на сверхпроводящей ленте согласно примеру осуществления изобретения.

На фиг. 9 показан схематичный чертеж, концептуально иллюстрирующий блок изготовления слоев согласно примеру осуществления изобретения.

На фиг. 10А и 10В показаны виды в разрезе по линиям I-I и II-II, показанным на фиг. 9, соответственно.

На фиг. 11А и 11В схематично показаны сверхпроводящие провода, на которых закреплены металлические ленты, согласно примерам осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Ниже приведено подробное описание примеров осуществления настоящего изобретение со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако настоящее изобретение может быть воплощено в различных формах и не должно рассматриваться как ограниченное вариантами реализации изобретения, изложенными в данном описании. Скорее, эти варианты реализации изобретения представлены так, что данное описание выглядит полным и завершенным и полностью раскрывает объем изобретения специалистам в данной области. Кроме того, при рассмотрении примеров осуществления изобретения номера позиций, указанные согласно перечню описания, не ограничены данной последовательностью.

На фиг. 1 показана структурная схема, иллюстрирующая способ изготовления сверхпроводящего провода согласно изобретению. Согласно фиг. 1 обеспечивают сверхпроводящую ленту, имеющую внешнюю поверхность (S10). На внешней поверхности сверхпроводящей ленты формируют слой меди (S20). Процесс формирования слоя меди может включать в себя формирование защитного слоя меди методом физического осаждения (S21) и формирование стабилизирующего слоя меди методом электроосаждения на защитный слой меди (S22). Первую металлическую ленту и вторую металлическую ленту прикрепляют соответственно к первой поверхности сверхпроводящей ленты, на которой сформирован слой меди, и ко второй поверхности, противоположной первой поверхности (S30).

На фиг. 2 концептуально показана структура сверхпроводящей ленты. Внешняя поверхность 11 сверхпроводящей ленты 10 (фиг. 1 и 2) образована первой поверхностью 12, второй поверхностью 13 и двумя боковыми поверхностями 14 (S10). Вторая поверхность 13 противоположна первой поверхности 12, а две боковые поверхности 14 соединяют первую поверхность и вторую поверхность. Обе боковые поверхности 14 включают в себя первую боковую поверхность 14а и вторую боковую поверхность 14b. Сверхпроводящая лента 10 может содержать подложку 1, слой 2, нанесенный методом ионного ассистирования, промежуточный слой 3, сверхпроводящий слой 4 и защитный слой, последовательно наслаиваемые на подложку 1. Первой поверхностью 12 может служить верхняя поверхность защитного слоя 5, а второй поверхностью 13 может служить нижняя поверхность подложки 1.

Подложка 1 может иметь биаксиально ориентированную текстурированную структуру. Подложка 1 может быть выполнена в виде металлической подложки. Металлическая подложка может быть выполнена из горячекатаного металла с кубической решеткой, например, никеля (Ni), сплавов никеля (Ni-W, Ni-Cr, Ni-Cr-W, и т.д.), нержавеющей стали, серебра (Ag), сплавов серебра, сплавов серебра с никелем. Подложка 1 может иметь форму ленты для проводника с оплеткой.

На подложке 1 может быть сформирован слой 2, нанесенный методом ионного ассистирования (IBAD слой). IBAD слой 2 может включать в себя последовательно расположенные друг над другом слой ограничителя диффузии (например, Al2O3), зародышевый слой (например, Y2O3) и слой MgO. IBAD слой 2 формируют методом ионного ассистирования. Кроме того, на IBAD слое 2 может быть сформирован эпитаксиально выращенный слой homoepi-MaO. На IBAD слое 2 может быть сформирован промежуточный слой 3. Промежуточный слой 3 может содержать LaMnO3, LaAlO3 либо SrTiO33 и т.д. Промежуточный слой 3 может быть сформирован методом напыления. IBAD слой 2 и промежуточный слой 3 могут предотвращать реакцию между подложкой и сверхпроводящим материалом на подложке и переносят кристаллические свойства биаксиально ориентированной текстурированной структуры.

Сверхпроводящий слой 4 формируют на промежуточном слое 3. Формирование сверхпроводящего слоя 4 может включать в себя формирование сверхпроводящей первичной пленки с последующей ее термообработкой.

Необходимо понимать, что сверхпроводящая первичная пленка находится в аморфном состоянии и не подвержена кристаллизации. Сверхпроводящая первичная пленка может содержать по меньшей мере один редкоземельный (RE) элемент, медь (Cu) и барий (Ba). Сверхпроводящую первичную пленку могут формировать различными способами. Например, сверхпроводящая первичная пленка может быть сформирована методом реактивного совместного напыления, методом лазерной абляции, методом химического осаждения в паровой фазе (CVD), методом осаждения из паров металлоорганических соединений (MOD) либо золь-гель-методом.

В примере осуществления изобретения сверхпроводящую первичную пленку могут формировать методом напыления. Для осаждения сверхпроводящей первичной пленки могут обеспечивать пары металла, образованные при облучении электронными лучами тигелей, в которых содержатся соответственно редкоземельный элемент, медь (Cu) и барий (Ba). Редкоземельный элемент может содержать по меньшей мере один из следующих элементов: иттрий (Y), лантанидовые элементы или их сочетание. К лантанидовым элементам относят лантан (La), неодимий (Nd), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Ho), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb) и лютеций (Lu).

В другом примере осуществления изобретения сверхпроводящую первичную пленку 50 могут формировать методом осаждения из паров металлоорганических соединений. Например, при подготовке раствора с прекурсорами металла растворяют ацетат редкоземельного элемента, ацетат бария и ацетат меди в растворителе, осуществляют выпаривание и дистилляцию раствора и отгонку дистиллированного пара. Раствор с прекурсорами металла может быть нанесен покрытием на подложку.

Термообработку подложки 1, на которой сформирована сверхпроводящая первичная пленка, осуществляют так, что на ней эпитаксиально вырастает сверхпроводящий слой 4.

На сверхпроводящем слое 4 формируют защитный слой 5. Защитный слой 5 может быть сформирован из серебра (Ag). Защитный слой выполнен с возможностью защиты сверхпроводящего слоя 4 от воздействий внешней окружающей среды.

На фиг. 3А показан схематичный чертеж блока 100 формирования защитного слоя меди согласно примеру осуществления изобретения, а фиг. 3В иллюстрирует процесс подачи сверхпроводящей ленты к блоку 100 формирования защитного слоя меди. Фиг. 4 иллюстрирует процесс формирования на сверхпроводящей ленте защитного слоя меди 21.

Блок 100 формирования защитного слоя меди (фиг. 3А и 3В) может содержать первый катушечный механизм 110 и осаждающий элемент 120. Осаждающий элемент 120 выполнен внутри рабочей камеры (не показана). Рабочая камера выполнена с возможностью обеспечения пространства для выполнения операции осаждения при формировании защитного слоя меди на сверхпроводящей ленте 10, а также с возможностью обеспечения давления (например, меньшее нескольких торр), которое меньше атмосферного давления.

Осаждающий элемент 120 может состоять из первого и второго осаждающих элементов 121 и 122, между которыми расположен первый катушечный механизм 110. В примере осуществления изобретения защитный слой 21 меди может быть сформирован на сверхпроводящей ленте 10 методом физического осаждения (например, напылением) с помощью первого и второго осаждающих элементов 121 и 122. В качестве примера первый и второй осаждающие элементы 121 и 122 соответственно могут быть выполнены в виде напыляемой мишени. Первый катушечный механизм 120 может обеспечивать вращение сверхпроводящей ленты 10. Таким образом формируют защитный слой 21 меди на первой поверхности 12 и второй поверхности 13. Кроме того, может быть сформирован защитный слой 21 меди на двух боковых поверхностях, соединяющих первую поверхность 12 и вторую поверхность 13. Толщина защитного слоя 21 меди может составлять примерно от 0,5 мм до 4,0 мм. Защитный слой 21 меди на боковых поверхностях 14 может быть выполнен более тонким, чем на первой поверхности 12 и второй поверхности 13 (см. фиг. 4).

На фиг. 5 схематично показан блок 200 формирования стабилизирующего слоя меди согласно примеру осуществления изобретения. Фиг. 6 иллюстрирует процесс формирования на сверхпроводящей ленте защитного слоя 22 меди.

Блок 200 формирования стабилизирующего слоя меди (фиг. 5) может содержать второй катушечный механизм 220 и гальванический элемент 230. Гальванический элемент 230 может состоять из первого и второго гальванических элементов 231 и 232. В примере осуществления изобретения первый и второй гальванические элементы 231 и 232 могут содержать положительный электрод 235, погруженный в раствор 234 для нанесения покрытий, в котором смешаны пентагидрат сульфата меди (II) и серная кислота. Положительным электродом 235 может служить фосфористая медь. Сверхпроводящую ленту 10 опускают в раствор для нанесения покрытий первого и второго гальванических элементов 231 и 232. Сверхпроводящая лента 10 служит отрицательным электродом. Как правило, сверхпроводящая лента 10 может быть повреждена раствором 234 для нанесения покрытий, содержащим серную кислоту, и/или в ходе процесса очистки. Согласно концепции изобретения защитный слой 21 меди может защищать сверхпроводящую ленту 10 от повреждения раствором 234 для нанесения покрытий и/или в ходе процесса очистки.

Кроме того, ионы водорода, содержащиеся в растворе 234 для нанесения покрытий, могут оставаться на сверхпроводящей ленте 10. Эти ионы водорода могут повредить сверхпроводящую ленту 10. Таким образом, предпочтительно удалять ионы водорода во время и/или после формирования стабилизирующего слоя 22 меди. Удаление ионов водорода могут осуществлять различными способами.

В примере осуществления изобретения количество ионов водорода, остающихся на сверхпроводящей ленте 10, может быть уменьшено за счет подачи пузырьков кислорода, азота или воздуха с нижних поверхностей первого и второго гальванических элементов 231 и 232 (см. фиг. 6). На фиг. 6 показан барботер 237 для подачи пузырьков кислорода, азота или воздуха, расположенный под положительным электродом 235, который погружен в раствор 234 для нанесения покрытий. Подъем пузырьков кислорода, азота или воздуха к верхней поверхности раствора 234 для нанесения покрытий осуществляется через поверхность сверхпроводящей ленты 10.

В примере осуществления изобретения вместо обычной серной кислоты используют электролизированную серную кислоту. Приведено описание процесса приготовления электролизированной серной кислоты. Проведение электролиза раствора серной кислоты, в котором смешаны серная кислота и вода, осуществляют по следующей формуле.

Согласно концепции изобретения подразумевают, что электролизированная серная кислота содержит . Ионизированный водород (например, H+), образованный в процессе проведения электролиза серной кислоты, может быть преобразован в H2 и удален. Например, ионизированный водород может быть удален в виде газообразного водорода (H2), сконцентрированного вблизи отрицательного электрода.

В примере осуществления изобретения сверхпроводящую ленту 10 с покрытием спекают. Процесс спекания могут выполнять при давлении в диапазоне от 10-6 торр до атмосферного давления и температуре не ниже комнатной температуры. Процесс спекания могут выполнять, например, при давлении примерно 1 мторр и температуре примерно при 200°. Посредством спекания могут удалять водород, оставшийся на сверхпроводящей ленте 10.

На защитный слой 21 меди наносят методом электроосаждения стабилизирующий слой 22 меди (фиг. 7). Защитный слой 21 меди может служить зародышевым слоем при электроосаждении стабилизирующего слоя 22 меди. Стабилизирующий слой 22 меди может быть сформирован равномерно на первой поверхности, второй поверхности и боковых поверхностях сверхпроводящей ленты 10. Толщина защитного слоя 21 меди может составлять примерно от 15 до 20 мм.

Слой 20 меди может содержать защитный слой 21 меди, на который нанесен стабилизирующий слой 22 меди. Слой 20 меди полностью охватывает внешнюю поверхность 11 сверхпроводящей ленты 10, чтобы обеспечить ее герметизацию. Таким образом могут создавать устойчивую защиту сверхпроводящей ленты 10. Согласно примерам осуществления изобретения слой меди может быть сформирован более плотным для устойчивой защиты сверхпроводящей ленты от проникновения постороннего газа или токсичных веществ.

Далее могут формировать противоокислительный слой 25, покрывающий слой 20 меди (фиг. 8). Противоокислительный слой 25 формируют методом хроматирования. Хроматирование может обеспечивать возможность формирования на слое меди тонкой пленки, основным компонентом которой является хромат хрома. Тонкую пленку формируют путем проведения главной реакции, в ходе которой медь растворяют кислотой в растворе, основным компонентом которого является хромовая кислота или бихромат, и снижают концентрацию ионов водорода на границе зерен меди для уменьшения ионов бихромата и т.д. Таким образом формируют на поверхности меди покрытие и хромовокислую пленку с комплексными составляющими. После высушивания для удаления влаги пленка становится твердой и имеет тонкие трещины. Таким противоокислительным слоем 25 может служить хромосодержащая пленка. В отличие от этого противоокислительным слоем 25 может служить неорганическая пленка на основе кварца. Неорганическая пленка на основе кварца может содержать, например, соединение лития, соединение кремния и примеси. По меньшей мере часть неорганической пленки на основе кварца можно удалить в зависимости от требований последующего процесса.

Противоокислительный слой 25 может защищать поверхность слоя 20 меди от окисления, а следовательно, и от увеличения контактного сопротивления между слоем 20 меди и другим проводом, контактирующим со слоем 20 меди. Хотя противоокислительный слой 25 не показан на приведенных ниже чертежах, согласно концепции изобретения он может присутствовать на слое 20 меди.

В описании и приведенной ниже формуле изобретения сверхпроводящей лентой 10 могут именовать сверхпроводящую ленту 10, на которой сформирован слой 20 меди. В связи с этим одна сторона 20а слоя 20 меди, покрывающего сверхпроводящую ленту 10, расположена на одной боковой поверхности 14а сверхпроводящей ленты 10, а вторая сторона 20b этого слоя 20 меди расположена на другой боковой поверхности 14b сверхпроводящей ленты 10. Кроме того, при наличии противоокислительного слоя 25 стороны 20а и 20b слоя меди могут служить указанием одной и второй сторон противоокислительного слоя 25 соответственно.

На фиг. 9 схематично показан блок 300 изготовления слоев согласно примеру осуществления изобретения. На фиг. 10А и 10В показаны виды в разрезе по линиям I-I и II-II, показанным на фиг. 9, если смотреть со стороны подвода сверхпроводящей ленты 10, первой и второй металлических лент 31 и 32. Блок 300 изготовления слоев (фиг. 9, 10А и 10В) может содержать головку 310 для припоя, третий катушечный механизм и прессующий элемент 330.

В головке 310 содержится припой 35. Припой 35 может состоять из олова (62%), свинца (36%) и/или серебра (2%).

Третий катушечный механизм может содержать первую и вторую катушки 321 и 322 для подачи первой и второй металлических лент 31 и 32, третью катушку 323 для подачи сверхпроводящей ленты 10 и четвертую катушку 324 для намотки сверхпроводящего провода 40. Третья катушка 323 выполнена с возможностью подачи сверхпроводящей ленты 10 между первой и второй металлическими лентами 31 и 32, поступающими с первой катушки 321 и второй катушки 322. Сверхпроводящую ленту 10 и первую и вторую металлические ленты 31 и 32 окунают в припой 35 головки 310 для удержания в них припоя, получают сверхпроводящий провод 40, который далее подают на четвертую катушку 324. Припой 35 размещают между первой металлической лентой 31 и первой поверхностью сверхпроводящей ленты 10, а также между второй металлической лентой 32 и второй поверхностью сверхпроводящей ленты 10. Толщина первой и второй металлических лент 31 и 32 может составлять примерно от 40 до 120 мм. Первая и вторая металлические ленты 31 и 32 могут содержать металл или сплав металла. Первая и вторая металлические ленты 31 и 32 могут содержать, например, нержавеющую сталь, медь, алюминий, никель или их сплав.

Напротив прессующего элемента 330 может быть расположена направляющая 320. Направляющая 320 направляет сверхпроводящую ленту 10, вставленную между первой и второй металлическими лентами 31 и 32, к прессующему элементу 330. Направляющая 320 выполнена с возможностью обеспечения выравнивания между собой первой стороны 20а слоя меди на одной боковой поверхности 14а сверхпроводящей ленты 10 и первых сторон 31а и 32а первой и второй металлических лент 31 и 32. Например, обеспечивают контакт направляющей 320 с первой стороной 20а слоя меди на одной боковой поверхности 14а сверхпроводящей ленты 10 и первыми сторонами 31а и 32а первой и второй металлических лент 31 и 32. Таким образом, первая и вторая металлические ленты 31 и 32 полностью покрывают первую поверхность 12 и вторую поверхность 13 сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой меди. Таким образом могут обеспечивать устойчивую защиту первой поверхности 12 и второй поверхности 13 сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди. В случае если ширина первой и второй металлических лент 31 и 32 превышает ширину сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди, другие стороны 31b и 32b первой и второй металлических лент могут выступать от второй стороны 20b слоя 20 меди на другой боковой поверхности 14b сверхпроводящей ленты 10. При отсутствии направляющей 320 сверхпроводящая лента 10 не может быть выровнена с первой и второй металлическими лентами 31 и 32. Например, сверхпроводящая лента 10 может отступать по меньшей мере от одной стороны первой и второй металлических лент 31 и 32.

Прессующий элемент 330 устанавливают внутри головки 310 между катушками с первой по третью 321, 322, 323 и четвертой катушкой 324. Прессующий элемент 330 может состоять из двух основных корпусов 331 и 332 прессующего элемента, между которыми расположены два упругих тела 334 и 335 (например, из силиконового каучука). С помощью прессующего элемента 330 спрессовывают сверхпроводящую ленту 10 и первую и вторую металлические ленты 31 и 32 для их скрепления между собой. Кроме того, с помощью прессующего элемента 330 удаляют ненужный остаток припоя на одной боковой поверхности 14а и/или другой боковой поверхности 14b сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди, таким образом, что припой 35 остается между первой поверхностью 12 сверхпроводящей ленты 10 и первой металлической лентой 31, а также между второй поверхностью 13 сверхпроводящей ленты 10 и второй металлической лентой 32. Удаленный остаток припоя может быть убран в головку 310 и использован повторно.

На фиг. 11А и 11В показан сверхпроводящий провод 40, к обеим поверхностям которого прикреплены металлические ленты 31 и 32.

Согласно примеру осуществления изобретения сверхпроводящий провод 40 (фиг. 2 и 11А) содержит сверхпроводящую ленту 10, на внешней поверхности которой сформирован слой 20 меди, а к поверхностям 12 и 13 которой соответственно прикреплены первая 31 и вторая 32 металлические ленты, а между первой поверхностью 12 сверхпроводящей ленты 10 и первой металлической лентой 31 и поверхностью 13 сверхпроводящей ленты 10 и второй металлической лентой 32 расположен припой 35. Внешняя поверхность 11 сверхпроводящей ленты 10 образована первой поверхностью 12, противоположной ей второй поверхностью 13 и двумя боковыми поверхностями, соединяющими первую поверхность 12 и вторую поверхность 13.

Толщина припоя 35 на одной боковой поверхности 14а сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди, может отличаться от толщины припоя на другой боковой поверхности 14b сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди. Например, толщина припоя 35 на одной боковой поверхности 14а сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди, может быть меньше толщины припоя на другой боковой поверхности 14b сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди. Кроме того, припой 35 по существу можно удалить с одной боковой поверхности 14а сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди, и можно оставить между другими сторонами 31b и 32b и другой стороной 20b слоя 20 меди на другой боковой поверхности 14b сверхпроводящей ленты 10. На фиг. 11А рассмотрен случай, когда ширина первой металлической ленты 31 и второй металлической ленты 32 превышает ширину сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди.

В другом примере осуществления изобретения (фиг.2 и 11В) припой 35 по существу могут удалить с одной боковой поверхности 14а и другой боковой поверхности 14b сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди. Припой 35 могут оставить между первой поверхностью 12 сверхпроводящей ленты 10 и первой металлической лентой 31, а также между второй поверхностью 13 сверхпроводящей ленты 10 и второй металлической лентой 32. На фиг. 11В рассмотрен случай, когда ширина первой металлической ленты 31 и второй металлической ленты 32 равна ширине сверхпроводящей ленты 10, на которой сформирован слой 20 меди.

1. Способ изготовления сверхпроводящего провода, согласно которому: обеспечивают сверхпроводящую ленту, внешняя поверхность которой образована первой поверхностью, второй поверхностью, противоположной первой поверхности, и двумя боковыми поверхностями, соединяющими первую и вторую поверхности;

формируют слой меди на внешней поверхности сверхпроводящей ленты и закрепляют первую металлическую ленту и вторую металлическую ленту соответственно на первой поверхности и второй поверхности сверхпроводящей ленты, на которой сформирован слой меди;

причем формирование слоя меди содержит:

формирование методом физического осаждения защитного слоя меди, так чтобы покрыть первую поверхность, вторую поверхность и боковые поверхности; и

формирование методом электроосаждения стабилизирующего слоя меди на защитном слое меди.

2. Способ по п. 1, согласно которому защитный слой меди формируют методом напыления, а сверхпроводящую ленту поворачивают во время напыления таким образом, что защитный слой меди полностью покрывает первую поверхность, вторую поверхность и боковые поверхности сверхпроводящей ленты.

3. Способ по п. 2, согласно которому защитный слой меди на двух боковых поверхностях формируют более тонким, чем на первой и второй поверхностях.

4. Способ по п. 1, согласно которому формирование стабилизирующего слоя меди включает разделение ионов водорода, образующихся при электроосаждении.

5. Способ по п. 4, согласно которому при электроосаждении используют электролизованный раствор серной кислоты.

6. Способ по п. 4, согласно которому формирование стабилизирующего слоя меди включает спекание сверхпроводящей ленты.

7. Способ по п. 4, согласно которому электроосаждение включает подачу пузырьков кислорода, азота или воздуха с нижней стороны гальванического элемента для электроосаждения.

8. Способ по п. 1, согласно которому на слое меди формируют противоокислительный слой.

9. Способ по п. 8, согласно которому противоокислительный слой выполняют в виде хромосодержащей пленки или неорганической пленки на основе кварца.

10. Способ по п. 1, согласно которому металлические ленты содержат нержавеющую сталь, медь, алюминий, никель или сплавы этих металлов.

11. Способ по п. 1, согласно которому этап прикрепления первой металлической ленты и второй металлической ленты включает обеспечение припоя между металлическими лентами и сверхпроводящей лентой, на которой сформирован слой меди.

12. Способ по п. 11, согласно которому прикрепление первой металлической ленты и второй металлической ленты содержит:

обеспечение сверхпроводящей ленты, на которой сформирован слой меди, и металлических лент между двумя обращенными друг к другу упругими телами и

сжимание упругих тел для удаления остатка припоя.

13. Способ по п. 11, согласно которому, кроме того, выравнивают одну сторону слоя меди на одной боковой поверхности сверхпроводящей ленты с одними из сторон первой и второй металлических лент до прикрепления этих лент к сверхпроводящей ленте, на которой сформирован слой меди.

14. Способ по п. 13, согласно которому толщина припоя на одной боковой поверхности сверхпроводящей ленты, на которой сформирован слой меди, отличается от толщины припоя на другой боковой поверхности сверхпроводящей ленты, на которой сформирован слой меди.

15. Способ по п. 14, согласно которому толщина припоя на одной боковой поверхности меньше толщины припоя на другой боковой поверхности.

16. Способ по п. 13, согласно которому другие стороны первой и второй металлических лент выступают от другой стороны слоя меди, сформированного на другой боковой поверхности сверхпроводящей ленты.

17. Способ изготовления сверхпроводящего провода, согласно которому: обеспечивают сверхпроводящую ленту, внешняя поверхность которой образована первой поверхностью, второй поверхностью, противоположной первой поверхности, и двумя боковыми поверхностями, соединяющими первую и вторую поверхности;

покрывают внешнюю поверхность сверхпроводящей ленты слоем меди и помещают сверхпроводящую ленту, покрытую слоем меди, между первой металлической лентой и второй металлической лентой;

выравнивают одну сторону слоя меди на одной боковой поверхности сверхпроводящей ленты с одними из сторон первой и второй металлических лент и

закрепляют первую металлическую ленту и вторую металлическую ленту соответственно на первой поверхности и второй поверхности сверхпроводящей ленты, покрытой слоем меди,

причем толщина припоя на одной боковой поверхности сверхпроводящей ленты, покрытой слоем меди, меньше толщины припоя на другой боковой поверхности сверхпроводящей ленты, покрытой слоем меди.

18. Способ по п. 17, согласно которому другие стороны первой и второй металлических лент сформированы так, чтобы выступать от другой стороны слоя меди, сформированного на другой боковой поверхности сверхпроводящей ленты.

19. Сверхпроводящий провод, содержащий:

сверхпроводящую ленту, внешняя поверхность которой образована первой поверхностью, второй поверхностью, противоположной первой поверхности, и двумя боковыми поверхностями, соединяющими первую и вторую поверхности;

слой меди, покрывающий внешнюю поверхность сверхпроводящей ленты; первую и вторую металлические ленты, закрепленные соответственно на первой поверхности и второй поверхности сверхпроводящей ленты, покрытой слоем меди; и

припой, размещенный между первой поверхностью сверхпроводящей ленты и первой металлической лентой, а также между второй поверхностью сверхпроводящей ленты и второй металлической лентой,

причем толщина припоя на одной боковой поверхности сверхпроводящей ленты отличается от толщины припоя на другой боковой поверхности сверхпроводящей ленты.

20. Сверхпроводящий провод по п. 19, в котором толщина припоя на одной боковой поверхности меньше толщины припоя на другой боковой поверхности.

21. Сверхпроводящий провод по п. 19, в котором другие стороны первой и второй металлических лент выступают от другой стороны слоя меди, сформированного на второй боковой поверхности сверхпроводящей ленты.

22. Сверхпроводящий провод по п. 19, в котором одна сторона слоя меди, покрывающего одну боковую поверхность сверхпроводящей ленты, выровнена с одними из сторон первой и второй металлических лент.

23. Сверхпроводящий провод по п. 19, который, кроме того, содержит противоокислительный слой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Сверхпроводящий провод, содержащий cверхпроводящую слоистую структуру, включающую подложку и промежуточный слой, сверхпроводящий слой и металлический стабилизирующий слой, которые наслоены на подложку; и изолирующий покрывающий слой, покрывающий внешнюю поверхность сверхпроводящей слоистой структуры и сформированный посредством спекания материала смолы.

Изобретение относится к области прикладной сверхпроводимости и может быть использовано при изготовлении сверхпроводящих обмоток, сверхпроводящих накопителей энергии, дипольных и квадрупольных магнитов для ускорителей заряженных частиц.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к теплостабилизированным сверхпроводникам на основе соединения Nb3Sn и способах их изготовления. .
Изобретение относится к металлургическим способам изготовления сверхпроводящих проводов, лент для использования в линиях электропередач, магнитных системах, электрогенераторах, накопителях энергии.
Изобретение относится к области создания композитов с улучшенной токонесущей способностью и может быть использовано, в частности, для создания обмоток сверхпроводящих магнитов.
Изобретение относится к области создания композиционных сверхпроводников с улучшенной токонесущей способностью и может быть использовано, в частности, для создания обмоток сверхпроводящих магнитов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к сверхпроводящему кабелю, способному поглощать тепловое сжатие сверхпроводящего провода. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к сверхпроводящему кабелю, который содержит каркас (2), слой (3) сверхпроводящего проводника, сформированный вокруг внешней окружности каркаса (2), электроизоляционный слой (4), сформированный вокруг внешней окружности слоя (3) проводника, экранирующий слой (6), сформированный вокруг внешней окружности изоляционного слоя (4), и нормально-проводящий металлический слой (5), сформированный между изоляционным слоем (4) и экранирующим слоем (6).

Изобретение относится к области прикладной сверхпроводимости и может быть использовано при изготовлении сверхпроводников для сильно механически нагруженных сверхпроводящих обмоток, работающих в переменных режимах, например сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии, дипольных и квадрупольных магнитов для ускорителей заряженных частиц.
Наверх