[发明专利]高温超导体场线圈

说明书

一种用一个或多个HTS条带制造高温超导体HTS场线圈的方法。每个HTS条带包括HTS材料层。所述方法包括：围绕轴线缠绕所述一个或多个HTS条带以形成包括HTS条带的绕组的场线圈；和围绕所述绕组中的一个或多个绕组的至少一部分从所述HTS条带中的一个或多个HTS条带的轴向边缘去除材料，以减小所述一个或多个HTS条带沿所述场线圈的所述轴线的范围。

技术领域

本发明涉及高温超导体(High Temperature Superconductor，HTS)场线圈。特别地，本发明涉及包括HTS条带的HTS场线圈。

背景技术

超导材料典型地分为“高温超导体(HTS)”和“低温超导体(LTS)”。诸如Nb和NbTi之类的LTS材料是其超导性可以用BCS理论描述的金属或金属合金。所有低温超导体具有低于约30K的临界温度(高于此温度时，即使在零磁场中该材料也不能超导)。不通过BCS理论描述HTS材料的行为，并且此类材料可以具有高于约30K的临界温度(尽管应注意，定义HTS和LTS材料的是成分和超导操作中的物理差异，而不是临界温度)。最常用的HTS材料是“铜酸盐超导体(cuprate superconductor)”——基于铜酸盐(含有氧化铜基团的化合物)的陶瓷，诸如BSCCO或ReBCO(其中Re是稀土元素，通常是Y或Gd)。其他HTS材料包括铁磷族元素材料(iron pnictides)(例如，FeAs和FeSe)和二硼化镁(MgB₂)。

ReBCO典型地被制造为条带，具有如图1所示的结构。此类条带100通常为约100微米厚，并且包括衬底101(典型地为电抛光镍钼合金，如哈氏合金TM，约50微米厚)，通过离子束辅助沉积(Ion Beam Assisted Deposition，IBAD)、磁控溅射(magnetron sputtering)或其他合适的技术在该衬底101上沉积厚度约0.2微米的一系列缓冲层(被称为缓冲堆102)。(通过金属氧化物化学气相沉积(Metal Oxide Chemical Vapour Deposition，MOCVD)或其他合适的技术所沉积的)外延ReBCO-HTS层103覆盖在缓冲堆上，并且典型地为1微米厚。通过溅射或其他合适的技术在HTS层上沉积1微米至2微米的银层104，并且通过电镀或其他合适的技术在条带上沉积铜稳定剂层105。银层104和铜稳定剂层105也沉积在条带100和衬底101的侧面上，使得这些层围绕条带100的周围连续地延伸，从而允许从条带100的任一面与ReBCO-HTS层103进行电连接。因此，这些层104、105也可以被称为“包层(cladding)”。典型地，银包层在条带的两侧和边缘上具有约1微米至2微米的均匀厚度。在HTS层103与铜层105之间提供银层104防止了HTS材料接触铜，HTS材料接触铜可能导致HTS材料受到铜的毒害。为了清楚起见，在图1中未示出条带100的侧面上的银层104和铜稳定剂层105的部分，但是在图9中提供的横截面视图中示出了该部分。图1也未示出在衬底101下方延伸的银层104，这是常规情况(例如参见图9)。银层104与ReBCO层103形成低电阻率电界面，并且围绕ReBCO层103形成气密保护的密封，而铜层105使得与条带进行外部连接(例如，允许焊接)，并为电稳定提供平行的导电路径。

衬底101提供了机械主干，该机械主干可以通过制造线来馈送并且允许后续层的生长。缓冲堆102提供了双轴线纹理晶体模板，在其上生长HTS层，并且防止元素从衬底向HTS的化学扩散，该化学扩散损伤HTS的超导属性。银层104提供从ReBCO-HTS层103到稳定剂层105的低电阻界面，并且稳定剂层105在ReBCO的任何部分停止超导(进入“正常”状态)的情况下提供了替代的电流路径。

此外，可以制造“剥离的”HTS条带，其缺少衬底(例如，哈氏合金TM的衬底)和缓冲堆，但典型地具有银的“包围涂层”，即HTS层的两侧和边缘的层。具有衬底的条带将被称为“带衬底的”HTS条带。