[发明专利]使用剥离型ReBCO的超导接头

说明书

根据本发明的第一方面，提供了一种在ReBCO带之间形成超导接头的方法。提供两个以上各自具有暴露的ReBCO区域的ReBCO带。提供桥，所述桥包括暴露的ReBCO层和在暴露的ReBCO层上的透氧性衬垫。通过在其中氧的分压足够低以使得ReBCO的熔点(T_R)小于银的熔点(T_Ag)的环境中加热至第一温度(T1)而将每个暴露的ReBCO区域与桥的暴露的ReBCO层结合，所述温度(T1)在ReBCO的熔点(T_R)和银的熔点(T_Ag)之间，(T_RT1T_Ag)。在其中氧的分压足以使ReBCO在第二温度(T2)再氧合的环境中，将所得到的接头在第二温度(T2)退火一段时间(t)，所述第二温度(T2)小于ReBCO的熔点(T_R)(T2T_R)。

发明领域

本发明涉及高温超导体领域。具体地，本发明涉及在ReBCO带之间形成超导接头的方法以及包括这样的接头的超导载流体。

背景

超导材料通常分为“高温超导体”(HTS)和“低温超导体”(LTS)。LTS材料如Nb和NbTi是其超导性可以通过BCS理论描述的金属或金属合金。所有低温超导体都具有低于约30K的临界温度(在高于该温度时即使在零磁场中材料也不能是超导性的温度)。HTS材料的行为无法通过BCS理论描述，并且这样的材料可以具有高于约30K的临界温度(但是应当指出，是在超导运行和组成方面的物理差异定义了HTS材料，而不是临界温度)。最常用的HTS是基于铜酸盐(含有铜氧化物基团的化合物)如BSCCO(“铋锶钙铜氧化物”)或ReBCO(“稀土钡铜氧化物”，其中Re是稀土元素，通常为Y或Gd)的“铜酸盐超导体”陶瓷。其他HTS材料包括铁磷属化物(例如FeAs和FeSe)和二硼酸镁(magnesium diborate,MgB₂)。

ReBCO通常被制造为具有如在图1中所示的结构的带。这样的带500通常为大约100微米厚，并且包括基底501(通常为大约50微米厚的电抛光哈氏合金(hastelloy))，在其上通过IBAD、磁控管溅射或其他适合的技术沉积具有0.2微米的大致厚度的、称为缓冲堆叠层502的一系列缓冲层。外延ReBCO-HTS层503(通过MOCVD或其他适合的技术沉积)覆盖15缓冲堆叠层，并且通常为1微米厚。通过溅射或其他适合的技术在HTS层上沉积1至2微米的银层504，并且通过电镀或其他适合的技术在带上沉积铜稳定剂层505，其通常将带完全包封。

基底501提供能够通过生产线供给并且允许后续层的生长的机械骨架。需要缓冲堆叠层502以提供在其上生长HTS层的双轴织构结晶模板，并且防止破坏其超导性质的元素从基底到HTS的化学扩散。需要银层504以提供从REBCO到稳定剂层的低电阻界面，并且在ReBCO的任一部分停止超导(进入“正常”状态)的情况下，稳定剂层505提供备选的电流路径。

在ReBCO带之间的接头是ReBCO系统中的重要组件。对于其中使用超导体的闭合回路承载恒定电流并且产生准永磁体的“持久模式”系统，需要接头以将回路闭合。对于所有ReBCO磁体来说，由于单一带的有限长度或几何形状要求，可能需要接头。每个接头的电阻增加了磁体的总电阻。对于持久模式运行来说，电阻应当小于5×10^-12欧姆，并且对于所有接头来说，较低的电阻将会得到较大的效率和降低的低温负载。低温超导体接头凭借常规制造技术可以具有10^-13欧姆以下的电阻，但是ReBCO接头的化学和结构要求意味着得到这样的低电阻要难得多。