Провод на основе оксидного сверхпроводника и сверхпроводящая катушка

Провод на основе оксидного сверхпроводника и сверхпроводящая катушка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к проводу на основе оксидного сверхпроводника и сверхпроводящей катушке.

Испрашивается приоритет заявки на патент Японии с порядковым № 2012-131927, поданной 11 июня 2012 года, содержание которой включено сюда посредством ссылки.

Предпосылки создания изобретения

[0002] Провод на основе металлического сверхпроводника, например, на основе NbTi, который используется в традиционном уровне техники, предлагается, например, круглого или углового сечения, и степень свободы для его формы высока.

С другой стороны, в оксидном сверхпроводнике на основе Bi (висмута), Y (иттрия) или тому подобного, у которого критическая температура составляет приблизительно 90-100К, слой оксидного сверхпроводника образуется из керамики.

Кроме того, предпочтительно, чтобы структура провода, образованного на основе такого оксидного сверхпроводника, имела форму ленты, имеющей высокое аспектное отношение.

Слой оксидного сверхпроводника образуется из одного вида керамики.

Провод на основе сверхпроводника на основе оксида редкоземельного элемента, который известен как оксид на основе иттрия, имеет структуру, в которой множество тонких пленок наслаивается на металлической подложке, предусмотренной в виде прочностного элемента.

Например, провод на основе оксидного сверхпроводника на основе оксида редкоземельного элемента имеет структуру, в которой слой оксидного сверхпроводника наслаивается на лентообразную металлическую подложку через промежуточный слой, имеющий управляемую кристаллическую ориентацию, а стабилизирующий слой, образованный из материала с высокой удельной электропроводностью, такого как Сu, наслаивается на упомянутый слой оксидного сверхпроводника.

[0003] Сверхпроводящую катушку производят, используя вышеописанный провод на основе сверхпроводника на основе оксида редкоземельного элемента.

Кроме того, после наматывания лентообразного провода на основе оксидного сверхпроводника, катушку упрочняют пропитывающей смолой для повышения прочности сверхпроводящей катушки.

Однако, металлическая подложка, на которую наносят провод на основе оксидного сверхпроводника, образуется из сплава никеля, который пригоден в качестве прочностного элемента, например, из сплава никеля HASTELLOY (торговое наименование, произведено Haynes International Inc.), а стабилизирующий слой образуется из материала с высокой удельной электропроводностью, такого как Сu.

В то же время пропитывающая смола, окружающая катушку, образуется из смолы.

Следовательно, из-за различия коэффициента линейного расширения или различия коэффициента усадки между этими материалами, генерируется напряжение.

Например, поскольку сверхпроводящую катушку охлаждают до температуры жидкого азота или ниже и используют при низкой температуре, коэффициенты линейного расширения этих материалов являются нелинейными.

Следовательно, когда сопоставление выполняют, используя коэффициент усадки, при котором отношение длины при комнатной температуре к длине при низкой температуре представляет собой процентное отношение, во время охлаждения прикладывается отслаивающее напряжение в направлении толщины провода на основе сверхпроводника.

Следовательно, когда изготавливают сверхпроводящую катушку, и она имеет структуру, пропитанную смолой, во время охлаждения прикладывается отслаивающее напряжение в направлении толщины провода со сверхпроводником.

В результате, после образования сверхпроводящей катушки, сверхпроводимость может ухудшиться.

[0004] Для того, чтоб избежать эту проблему отслаивающего напряжения, вызванную различием в коэффициенте усадки, Патентный документ 1 раскрывает технологию покрытия всей периферической поверхности провода на основе сверхпроводника слоем изолирующего покрытия и образования слоя разделительного материала только на части поверхности слоя изолирующего покрытия.

Фиг.9 иллюстрирует композитный провод 103 на основе сверхпроводника, раскрытый в Патентном документе 1, в котором вся периферия провода 100 на основе оксидного сверхпроводника, образованного из прямоугольного материала, покрывается слоем 101 изолирующего материала, и вдоль одной поверхности слоя 101 изолирующего материала предусматривается слой 102 разделительного материала.

Кроме того, Патентный документ 1 описывает сверхпроводящую катушку 105, проиллюстрированную на Фиг.10, которая образуется посредством наматывания композитного провода 103 на основе сверхпроводника, проиллюстрированного на Фиг.9, и последующего упрочнения полученной катушки слоем 104 отвержденной смолы который пропитывается и отверждается с помощью термоотверждаемой синтетической смолы, такой как эпоксидная смола.

Патентный документ 1 раскрывает тот факт, что слой 101 изолирующего материала образуется из сложных полиэфиров или полиуретанов, и тот факт, что слой 102 разделительного материала образуется из восков, силиконовых масел или разнообразных смол.

Кроме того, Патентный документ 2 раскрывает технологию намотки катушки петлевым наматыванием, когда провод со сверхпроводником наматывают в катушку, при этом вокруг лентообразного провода на основе сверхпроводника наматывают изолирующую ленту.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

[0005] [Патентный документ 1]

Нерассмотренная заявка на патент Японии, первая публикация под порядковым номером № 2011-198469 [Патентный документ 2]

Нерассмотренная заявка на патент Японии, первая публикация под порядковым номером № 2010-267835.

Раскрытие изобретения

Проблема, решаемая с помощью изобретения

[0006] Предполагается, что технологии, раскрытые в Патентных документах 1 и 2, являются эффективными для случаев, когда сверхпроводимость сверхпроводящей катушки может ухудшаться из-за отслаивающего напряжения, которое прикладывается в направлении толщины провода на основе сверхпроводника во время охлаждения сверхпроводящей катушки.

Однако когда провод на основе сверхпроводника образуется в форме катушки, необходимо, чтобы заново образовался слой 102 разделительного материала. Поэтому число процессов во время наматывания увеличивается.

Кроме того, в технологии, раскрытой в Патентном документе 1, толщина слоя 102 разделительного материала не раскрывается. Однако, когда слой 102 разделительного материала толстый, коэффициент заполнения слоем 102 разделительного материала площади поперечного сечения сверхпроводящей катушки увеличивается, и исключительная площадь самого провода на основе сверхпроводника уменьшается соответствующим образом.

Следовательно, учитывается, что толщина слоя 102 разделительного материала предпочтительно меньше чем или равна приблизительно 10 мкм.

Однако, с точки зрения удобоукладываемости наматывания катушки, сложно наматывать слой 102 разделительного материала, имеющего толщину приблизительно 10 мкм или меньше, наряду с проводом на основе сверхпроводника во время наматывания катушки.

Кроме того, когда не находят способа образования однородного слоя 102 разделительного материала, имеющего толщину 10 мкм или меньше, в слое 102 разделительного материала смешиваются толстые и тонкие участки.

В результате деформация, вызванная отслаивающим напряжением, может быть локально сконцентрирована на части сверхпроводящей катушки.

Соответственно считается, что провод на основе сверхпроводника может ухудшиться.

[0007] Настоящее изобретение осуществлено с рассмотрением таких обстоятельств традиционного уровня техники и его задачей является обеспечение провода на основе оксидного сверхпроводника, имеющего структуру, в которой подавляется приложение напряжения к проводу на основе сверхпроводника, когда сверхпроводящая катушка используется в охлажденном состоянии, и при этом провод на основе оксидного сверхпроводника имеет структуру, при которой подавляется ухудшение сверхпроводимости; и обеспечение сверхпроводящей катушки, которая образуется с использованием провода на основе оксидного сверхпроводника.

Средства решения проблем

[0008] Для решения вышеописанной проблемы, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечивают провод на основе оксидного сверхпроводника, содержащий: слоистую структуру со сверхпроводником, который содержит подложку, которая образуется в форме ленты, и промежуточный слой, слой оксидного сверхпроводника и стабилизирующий слой металла, которые наслаивают на подложке; и слой изолирующего покрытия, который покрывает наружную поверхность слоистой структуры со сверхпроводником. Также либо вся наружная поверхность, либо вся внутренняя поверхность слоя изолирующего покрытия покрывается слоем покрытия, образованного из фторкаучука.

Если провод на основе оксидного сверхпроводника содержит слой покрытия, образованного из фторкаучука, в случае, когда наружная поверхность провода на основе оксидного сверхпроводника покрывается пропитывающей смолой, сила сцепления между слоем покрытия и пропитывающей смолой может быть уменьшена.

В результате этого, если слой оксидного сверхпроводника используют в сверхпроводящем состоянии, благодаря охлаждению слоя оксидного сверхпроводника, напряжение, генерируемое под влиянием усадки пропитывающей смолы, может быть снято с помощью отслаивания на границе раздела между слоем покрытия и пропитывающей смолой.

То есть отслаивающая сила, приложенная в направлении толщины слоистой структуры с оксидным сверхпроводником, может быть подавлена.

Следовательно, можно обеспечить провод на основе оксидного сверхпроводника, в котором подавляется ухудшение сверхпроводимости при использовании в охлажденном состоянии.

[0009] Кроме того, предпочтительно, чтобы как вся наружная поверхность, так и вся внутренняя поверхность слоя изолирующего покрытия была покрыта слоем покрытия.

Кроме того, предпочтительно, чтобы слой изолирующего покрытия был образован посредством наматывания изолирующей ленты вокруг слоистой структуры со сверхпроводником, причем эта изолирующая лента является покрытой слоем покрытия.

Если слой покрытия образуется как на внутренней поверхности, так и на наружной поверхности слоя изолирующего покрытия, границе раздела между слоистой структурой со сверхпроводником и слоем изолирующего покрытия может быть придано свойство скольжения в дополнение к вышеописанному эффекту релаксации напряжений, полученному, когда наружная поверхность покрыта пропитывающей смолой.

Соответственно часть напряжений, которые прикладываются к слоистой структуре со сверхпроводником, может также быть снята с использованием слоя покрытия, образованного на внутренней поверхности.

Кроме того, предполагается случай, когда слой изолирующего покрытия образуется посредством наматывания изолирующей ленты вокруг наружной поверхности слоистой структуры со сверхпроводником. В этом случае, если слой изолирующего покрытия наматывают вокруг наружной поверхности слоистой структуры со сверхпроводником и совмещают, используя наматывающее устройство и наматывающий шаблон, даже если металлические части наматывающего устройства и наматывающего шаблона трутся об изолирующую ленту, операции наматывания и совмещения конечной поверхности могут быть выполнены без разрезания изолирующей ленты.

Следовательно, по вышеописанной схеме можно обеспечить провод на основе оксидного сверхпроводника, содержащий слой изолирующего покрытия, которое образуется из изолирующей ленты, не имеющего нерегулярного наматывания, поврежденных участков и малых дефектов.

[0010] Кроме того, предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна прослойка изолирующей ленты наматывалась вокруг слоистой структуры со сверхпроводником с тем, чтобы покрывать всю его наружную поверхность.

Кроме того, предпочтительно, чтобы толщина слоя покрытия составляла 1-10 мкм.

Если слой покрытия образуется из фторкаучука посредством погружения, то с использованием фторкаучука может быть образован однородный слой покрытия, имеющий толщину, которая составляет часть толщины слоя изолирующего покрытия, например, составляет приблизительно 1-10 мкм.

Следовательно, если провод на основе оксидного сверхпроводника образуется в форме катушки для образования сверхпроводящей катушки, может быть уменьшен коэффициент заполнения слоем покрытия площади поперечного сечения катушки и отношение площади слоя оксидного сверхпроводника к площади поперечного сечения слоистой структуры с оксидным сверхпроводником может быть закреплено на высоком соотношении.

Следовательно, ухудшение плотности тока, вызванное обеспечением слоя покрытия, может быть подавлено.

Кроме того, если слой покрытия образуется с помощью погружения, его толщина может быть проще сделана однородной.

Следовательно, вероятность того, что напряжение может быть сконцентрировано на участках слоя покрытия, имеющего неоднородную толщину, также снижается.

Если толщина слоя покрытия, образованного с помощью погружения, находится в диапазоне от 1 до 10 мкм, толщина слоя покрытия является однородной, что является благоприятным с учетом стоимости.

Кроме того, возможно обеспечение провода на основе оксидного сверхпроводника, содержащего изолирующий слой, где нет разрезанных или порванных участков в тех случаях, когда провод на основе оксидного сверхпроводника трется о металлические части устройств для манипуляции с проводом.

Кроме того, если слой изолирующего покрытия содержит слой покрытия, который образуется с помощью погружения, как на внутренней, так и на наружной поверхности его, даже если на слое изолирующего покрытия имеются микроотверстия, слои покрытия на обеих поверхностях могут закрыть собой эти микроотверстия, тем самым образуя слой покрытия без дефектов.

[0011] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечивается сверхпроводящая катушка, содержащая тело катушки, которая образуется посредством наматывания вкруговую провода на основе оксидного сверхпроводника согласно первому аспекту.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения обеспечивается сверхпроводящая катушка, содержащая тело катушки, которая образуется посредством наматывания провода на основе оксидного сверхпроводника согласно первому аспекту, при этом отношение наружного диаметра сверхпроводящей катушки к внутреннему диаметру сверхпроводящей катушки больше чем или равно 2.

Предпочтительно, чтобы тело катушки было покрыто пропитывающей смолой.

Предполагается случай, когда сверхпроводящая катушка содержит слой покрытия из фторкаучука, который образуется на наружной поверхности провода на основе оксидного сверхпроводника, а слой пропитывающей смолы обеспечивается снаружи этого слоя покрытия.

В этом случае, если сверхпроводящую катушку используют посредством охлаждения ниже критической температуры сверхпроводящего слоя, даже если к проводу на основе оксидного сверхпроводника прикладывается напряжение в направлении отслаивания из-за усадки слоя пропитывающей смолы, вызванной охлаждением, происходит отслаивание на границе раздела между слоем покрытия и пропитывающей смолой и напряжение снимается.

Соответственно напряжение, которое прикладывается к проводу на основе оксидного сверхпроводником, может быть снято.

Следовательно, возможно обеспечение сверхпроводящей катушки, в которой не происходит ухудшения сверхпроводимости во время охлаждения.

Эффекты изобретения

[0012] В соответствии с вышеописанными аспектами настоящего изобретения слой покрытия, образованный из фторкаучука, образуется на всей наружной поверхности слоя изолирующего покрытия, который покрывает всю наружную поверхность слоистой структуры со сверхпроводником.

Соответственно если наружная поверхность сверхпроводящей катушки покрывается пропитывающей смолой, сила сцепления между слоем покрытия и пропитывающей смолой может быть уменьшена.

В результате, когда слой оксидного сверхпроводника используют в сверхпроводящем состоянии, благодаря охлаждению слоя оксидного сверхпроводника, напряжение, сгенерированное усилием усадки пропитывающей смолы, может быть снято отслаиванием на границе раздела между слоем покрытия и пропитывающей смолой.

То есть отслаивающая сила, прикладываемая в направлении толщины слоистой структуры с оксидным сверхпроводником, может быть подавлена.

Следовательно, когда сверхпроводящая катушка образуется из провода на основе оксидного сверхпроводника, упрочняется пропитывающей смолой и используется в охлажденном состоянии, возможно создание провода на основе оксидного сверхпроводника, в котором ухудшение сверхпроводимости подавляется.

Краткое описание чертежей

[0013] Фиг.1 представляет собой общий вид, иллюстрирующий пример структуры сверхпроводящей катушки, которая образуется с использованием провода на основе оксидного сверхпроводника в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой поперечное сечение, схематически иллюстрирующее часть сверхпроводящей катушки, проиллюстрированной на Фиг.1.

Фиг.3 представляет собой поперечное сечение, иллюстрирующее провод на основе оксидного сверхпроводника в соответствии с первым вариантом осуществления, который применяется в сверхпроводящей катушке, проиллюстрированной на Фиг.1.

Фиг.4 представляет собой поперечное сечение в перспективе, иллюстрирующее часть провода на основе оксидного сверхпроводника в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, который применяется в сверхпроводящей катушке, проиллюстрированной на Фиг.1.

Фиг.5 представляет собой поперечное сечение в перспективе, иллюстрирующее часть провода на основе оксидного сверхпроводника в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, который применяется в сверхпроводящей катушке, проиллюстрированной на Фиг.1.

Фиг.6 представляет собой поперечное сечение в перспективе, иллюстрирующее часть провода на основе оксидного сверхпроводника в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, который применяется в сверхпроводящей · катушке, проиллюстрированной на Фиг.1.

Фиг.7 представляет собой поперечное сечение в перспективе, иллюстрирующее часть провода на основе оксидного сверхпроводника в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения, который применяется в сверхпроводящей катушке, проиллюстрированной на Фиг.1.

Фиг.8 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример технологии, которую применяют, когда тонкий провод на основе сверхпроводника покрывают слоем изолирующего покрытия.

Фиг.9 представляет собой поперечное сечение, иллюстрирующее в состоянии при приложенном напряжении провод на основе сверхпроводника из традиционного уровня техники, содержащего разделительный слой.

Фиг.10 представляет собой поперечное сечение, иллюстрирующее часть примера сверхпроводящей катушки, которая образуется с использованием провода на основе сверхпроводника по Фиг.9, содержащего разделительный слой.

Варианты осуществления выполнения изобретения

[0014] В дальнейшем в этом документе провод на основе оксидного сверхпроводника и сверхпроводящая катушка в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения будут описаны на основе чертежей.

[Первый вариант осуществления]

Фиг.1 иллюстрирует сверхпроводящую катушку 1, которая образуется посредством наматывания провода на основе оксидного сверхпроводника в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. В этом примере сверхпроводящая катушка 1 образуется как двухслойная дисковая катушка, в которой наслаиваются тело 2 дисковой катушки на верхней стороне и тело 3 дисковой катушки на нижней стороне.

Каждое из тел 2 и 3 катушки образуется посредством наматывания лентообразного провода 5 на основе оксидного сверхпроводника, имеющего структуру поперечного сечения, проиллюстрированную на Фиг.2, в форме спирали, так что одна ее поверхность представляет собой внутреннюю поверхность, а другая поверхность представляет собой наружную поверхность.

В примере на Фиг.1 тело 2 катушки на верхней стороне образуется посредством наматывания провода 5 на основе оксидного сверхпроводника по часовой стрелке, а тело 3 катушки на нижней стороне образуется посредством наматывания провода 5 на основе оксидного сверхпроводника против часовой стрелки.

Кроме того, как проиллюстрировано на Фиг.2, провод 5 на основе оксидного сверхпроводника снабжается слоем 6 покрытия, описанным ниже, на наружной поверхности.

Наружная поверхность каждого из тел 2 и 3 катушки покрывается пропитывающей смолой 7, имеющей заданную толщину.

Однако на Фиг.1 пропитывающая смола 7, которая предусматривается на наружной поверхности, не иллюстрируется, а иллюстрируются только каждое из тел 2 и 3 катушки.

[0015] В проводе 5 на основе оксидного сверхпроводника, имеющем структуру поперечного сечения, проиллюстрированную на фигурах 2 и 3, промежуточный слой 11, слой 12 оксидного сверхпроводника, первый стабилизирующий слой 13 металла и второй стабилизирующий слой 14 металла образуются на одной поверхности лентообразной подложки 10 с образованием слоистой структуры 15 со сверхпроводником.

Дополнительно образуется слой 17 изолирующего покрытия с тем, чтобы покрывать всю наружную поверхность слоистой структуры 15 со сверхпроводником, а слой 6 покрытия образуется как на внутренней, так и на наружной поверхностях слоя 17 изолирующего покрытия.

Первый стабилизирующий слой 13 металла образуется на слое 12 оксидного сверхпроводника.

Второй стабилизирующий слой 14 металла образуется с тем, чтобы покрывать всю наружную поверхность структуры, в которой наслаиваются подложка 10, промежуточный слой 11, слой 12 оксидного сверхпроводника и стабилизирующий слой 13 металла.

Дополнительно образуется слой 17 изолирующего покрытия с тем, чтобы покрывать наружную периферию второго стабилизирующего слоя 14.

В этом варианте осуществления слой 17 изолирующего покрытия содержит слой 6 покрытия, который образуется как на внутренней, так и на наружной поверхностях слоя 17 изолирующего покрытия.

Однако слой 6 покрытия может быть образован либо на наружной поверхности, либо на внутренней поверхности слоя 17 изолирующего покрытия.

Кроме того, на боковой поверхности слоя 17 изолирующего покрытия не обязательно образуется слой 6 покрытия.

В этой детализации наружная поверхность относится к поверхности каждого слоя (элемента), а именно к дальней от подложки, а внутренняя поверхность относится к поверхности каждого слоя (элемента), а именно к ближней к подложке.

[0016] Как правило, подложка 10 не является особо ограниченной при условии, что она может быть использована в качестве подложки для провода на основе сверхпроводника.

Предпочтительно, чтобы подложка имела форму гибкой ленты и была образована из термостойкого металла.

Среди термостойких металлов предпочтительным является сплав никеля (Ni).

Среди сплавов никеля предпочтительным является HASTELLOY (торговое наименование, произведено Haynes International Inc.) как имеющийся в продаже продукт.

Например, может быть использован любой из сплавов HASTELLOY В, С, G, N и W, имеющих различные количества элементов, таких как молибден (Mo), хром (Cr), железо (Fe) и кобальт (Со).

Кроме того, ориентированная металлическая подложка, в которой в сплав никеля включается текстура, или что-либо подобное, может использоваться в качестве подложки 10, а промежуточный слой 11 и слой 12 оксидного сверхпроводника могут быть образованы на ориентированной металлической подложке.

Предпочтительно, чтобы толщина подложки 10 была соответствующим образом отрегулирована в соответствии с целью.

Как правило, толщина предпочтительно составляет от 10 до 500 мкм, а более предпочтительно от 20 до 200 мкм.

[0017] Промежуточный слой 11 функционирует как буферный слой для уменьшения различий в физических свойствах (например, коэффициента теплового расширения и постоянной решетки) между подложкой 10 и слоем 12 оксидного сверхпроводника, который образуется на промежуточном слое 11.

Предпочтительно, чтобы промежуточный слой 11 был оксидом металла, имеющим значения физических свойств, промежуточные между подложкой 10 и слоем 12 оксидного сверхпроводника.

Конкретные примеры оксида металла, который может использоваться в качестве промежуточного слоя 11, включают Gd₂Zr₂O₇, MgO, ZrO₂-Y₂O₃ (YSZ), SrTiO₃, CeO₂, Y₂O₃, Al₂O₃, Gd₂O₃, Zr₂O₃, Ho₂O₃ и Nd₂O₃.

Промежуточный слой 11 может состоять из единственного слоя или множества слоев.

Если промежуточный слой 11 является многослойным, предпочтительно, чтобы по меньшей мере крайний слой (слой, который является самым близким к слою 12 оксидного сверхпроводника) имел такую же кристаллическую ориентацию, как и ориентация монокристалла.

Промежуточный слой 11 может иметь многослойную структуру, в которой слой основания предусматривается на той стороне, где обеспечена подложка 10.

Необязательно предусмотренный слой основания образуется, например, из оксида иттрия (У ₂ О ₃ ) , нитрида кремния (Si₃N₄) или оксида алюминия (Al₂O₃, также упоминается как "окись алюминия").

Толщина слоя основания составляет, например, 10-200 нм.

[0018] Более того, в настоящих вариантах осуществления, промежуточный слой 11 может иметь многослойную структуру, в которой слой предотвращения диффузии и слой основания наслаиваются на подложку 10.

В этом случае слой предотвращения диффузии располагается между подложкой 10 и слоем основания.

Слой предотвращения диффузии имеет однослойную или многослойную структуру, которая образуется, например, из нитрида кремния (Si ₃ N ₄ ), оксида алюминия (Al₂O₃) или оксида редкоземельного металла, и его толщина составляет, например, 10-400 нм.

Промежуточный слой 11 может иметь многослойную структуру, в которой верхний защитный слой дополнительно наслаивают на вышеописанный слой оксида металла.

Верхний защитный слой имеет функцию управления ориентацией слоя 12 оксидного сверхпроводника.

Верхний защитный слой особо не ограничивается и предпочтительно образуется из СеO₂, Y₂O_3/ Al₂O₃, Gd₂O₃, Zr₂O₃, Но₂O₃ и Nd₂O₃.

Если материалом верхнего защитного слоя является СеO₂, верхний защитный слой может содержать оксид на основе Се-М-О, в котором часть Се замещается другими металлическими элементами или другими ионами металлов.

[0019]

В качестве слоя 12 оксидного сверхпроводника [В1] провода на основе сверхпроводника можно широко применять оксидный сверхпроводник, имеющий хорошо известный состав, и его примеры включают REBa₂Cu₃O_y (RE представляет редкоземельный элемент, такой как Y, La, Nd, Sm, Er или Gd), конкретно, Υ123 (YBa₂Cu₃O_y) или Gd123 (GdBa₂Cu₃O_y).

Кроме того, излишне говорить, что могут использоваться другие оксидные сверхпроводники, например, оксидный сверхпроводник, имеющий высокую критическую температуру, который представлен составом Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_4+2n+δ.

Толщина слоя 12 оксидного сверхпроводника составляет приблизительно 0,5-5 мкм, и она предпочтительно однородна.

[0020] Первый стабилизирующий слой 13 металла, который наслаивается на слой 12 оксидного сверхпроводника, образуется из металлического материала, такого как Ag или сплав Ag, который имеет высокую удельную электропроводность и имеет низкое контактное сопротивление и высокую совместимость со слоем 12 оксидного сверхпроводника.

Причиной, почему Ag используют в качестве материала для образования первого стабилизирующего слоя 13 металла, является то, что, например, в процессе отжига для допирования слоя 12 оксидного сверхпроводника кислородом, Ag имеет свойство подавления утечки допированного кислорода из слоя 12 оксидного сверхпроводника.

Когда первый стабилизирующий слой 13 металла образуется из Ag, предпочтительно, чтобы использовался метод образования пленки, такой как метод распыления, и чтобы толщина первого стабилизирующего слоя 13 металла составляла приблизительно 1-30 мкм.

[0021] Второй стабилизирующий слой 14 металла образуется из металлического материала с высокой удельной электропроводностью.

Когда слой 12 оксидного сверхпроводника переключается из сверхпроводящего состояния в обычное проводящее состояние, второй стабилизирующий слой 14 металла функционирует в качестве обходного канала для коммутации тока слоя 12 оксидного сверхпроводника вместе с первым стабилизирующим слоем 13 металла.

Металлический материал для образования второго стабилизирующего слоя 14 металла особо не ограничивается при условии, что он имеет высокую удельную электропроводность.

Предпочтителен относительно дешевый материал, например, медь, латунь (сплав Cu-Zn), сплав меди, такой как сплав Cu-Ni, или нержавеющая столь.

Медь более предпочтительна среди них с точек зрения высокой удельной электропроводности и дешевизны.

Когда провод на основе сверхпроводника используют в качестве сверхпроводящего ограничителя тока повреждения, второй стабилизирующий слой 14 металла образуется из металлического материала с высоким удельным электросопротивлением, и можно использовать, например, сплав на основе Ni, такой как Ni-Cr.

[0022] Способ образования второго стабилизирующего слоя 14 металла особо не ограничивается.

Например, с помощью образования слоя нанесенного покрытия с использованием провода с высокой удельной электропроводностью, такого как медь, второй стабилизирующий слой 14 металла может быть образован таким образом, чтобы покрывать всю периферию слоистой структуры со сверхпроводником, в которой промежуточный слой 11, слой 12 оксидного сверхпроводника и первый стабилизирующий слой 13 образуются на подложке 10.

Кроме того, возможно освоение структуры, в которой второй стабилизирующий слой 14 металла образуется только на первом стабилизирующем слое 13 металла с использованием ленты из Cu ИЛИ тому подобного, ИЛИ структуру, в которой второй стабилизирующий слой 14 металла образуется с использованием ленты из Cu с тем, чтобы покрывать всю периферию слоистой структуры.

Эти структуры будут описаны во втором варианте осуществления с использованием Фиг.4 или в третьем или последующем варианте осуществления с использованием Фиг.5.

Толщина второго стабилизирующего слоя 14 металла может быть соответствующим образом скорректирована без особых ограничений.

Например, толщина предпочтительно составляет 10-300 мкм.

[0023] Слой 17 изолирующего покрытия, который покрывает наружную периферию второго стабилизирующего слоя 14 металла, может образоваться посредством наматывания изолирующей ленты из смолы вокруг всей наружной периферии слоистой структуры 15 со сверхпроводником или с помощью покрытия всей наружной периферии слоистой структуры 15 со сверхпроводником смолой, а затем запеканием итогового продукта.

Верхний предел толщины слоя 17 изолирующего покрытия особо не ограничен, но она предпочтительно меньше чем или равна 100 мкм.

Посредством управления толщиной слоя 17 изолирующего покрытия, чтобы она была меньше чем или равна 100 мкм, можно уменьшить коэффициент заполнения слоем 17 изолирующего покрытия площади поперечного сечения слоистой структуры 15 со сверхпроводником.

Соответственно может быть уменьшен размер провода на основе оксидного сверхпроводника 5.

Кроме того, когда провод 5 на основе оксидного сверхпроводника наматывают в виде катушки, может быть увеличена общая плотность тока.

Например, когда слой 17 изолирующего покрытия образуется посредством наматывания изолирующей ленты, можно использовать изолирующую ленту, имеющую толщину в диапазоне от 5 до 20 мкм.

Кроме того, когда изолирующую ленту наматывают вокруг второго стабилизирующего слоя 14 металла, предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна прослойка изолирующей ленты была с намоткой встык или с намоткой петлей с тем, чтобы покрывать всю наружную периферийную поверхность слоистой структуры 15 со сверхпроводником.

Кроме того, наматывание встык, способное к наматыванию ленты без образования петель ленты, более предпочтительно, поскольку можно уменьшить толщину изолирующего слоя.

Наматывание встык относится к способу наматывания ленты вокруг слоистой структуры со сверхпроводником, делающему края ленты в направлении ее ширины уложенными встык друг с другом так, что края не перекрывают друг друга.

Петлевое наматывание относится к способу наматывания ленты вокруг слоистой структуры со сверхпроводника таким образом, что края ленты в направлении ее ширины перекрывают друг друга, например, приблизительно на 1/2 от ширины ленты.

[0024] Предпочтительно, чтобы четыре угловых участка 15а в поперечном сечении слоистой структуры 15 со сверхпроводником были изогнутыми участками.

Посредством образования угловых участков 15а слоистой структуры 15 со сверхпроводником в изогнутой форме когда слой 17 изолирующего покрытия образуется с помощью изолирующей ленты, при этом изолирующая лента может наматываться вокруг угловых участков, имеющих острый угол, без разрезания.

Кроме того, когда слой 17 изолирующего покрытия представляет собой слой, образованный посредством запекания раствора смолы, угловые участки 15а могут покрываться раствором смолы, имеющим желаемую толщину.

Затем, после запекания, слой 17 изолирующего покрытия, имеющий желаемую толщину, может быть образован даже на наружных поверхностях угловых участков 15а.

[0025] Слой 17 изолирующего покрытия может быть образован посредством наматывания изолирующей ленты из смолы, такой как полиимид, полиамид, полиамидимид, полиуретан, сложный полиэфир, поливинилбутираль или поливинилформаль, или посредством наматывания стекловолоконной ленты.

Когда слой 17 изолирующего покрытия представляет собой слой запеченной смолы, можно использовать, например, слои из запеченной смолы из ацецатформальдегидных смол, уретановых смол, полиимидных смол, полиамидимидных смол, сложнополиэфирных смол, полиэфирэфиркетоновых смол (смол РЕЕК) или эмалевых смол.

[0026] В проводе 5 на основе оксидного сверхпроводника в соответствии с этим вариантом осуществления, как внутренние, так и наружные поверхности слоя 17 изолирующего покрытия покрывают слоем 6 покрытия, образованного из фторкаучука.

Например, слой 6 покрытия может быть получен посредством нанесения материала покрытия, содержащего фторкаучук, в желаемое положение при желаемой толщине и сушкой материала покрытия.

Примеры фторкаучука, который может использоваться, включают PTFE (политетрафторэтилен), FEP (сополимер тетрафторэтилена-гексафторпропилена), PFA (перфторалкокси сополимер фторкаучука) и ETFE (сополимер этилена-тетрафторэтилена).

Необязательно органическое связующее или тому подобное добавляют к фторкаучуку для образования материала покрытия из фторкаучука, и посредством нанесения этого материала покрытия в желаемое положение и сушкой материала покрытия может быть образован слой 6 покрытия, имеющий толщину приблизительно 1 - 10 мкм.

Кроме того, в качестве способа нанесения материала покрытия, содержащего фторкаучук, можно использовать хорошо известный способ нанесения покрытия, такой как способ погружения, способ нанесения покрытия распылением, способ нанесения покрытия валиком или центрифугированное окрашивание способом струйного полива.

Среди этих способов согласно способу погружения, когда слой 17 изолирующего покрытия образуется с помощью изолирующей ленты, слой 6 покрытия, имеющий однородную толщину 1-10 мкм, может быть легко образован либо на внутренней поверхности, либо на наружной поверхности изолирующей ленты.

С точки зрения простоты образования слоя покрытия, слой покрытия может быть обеспечен как на внутренне