專利名稱：制造帶狀超導線的方法，帶狀超導線，以及超導裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶狀超導線，超導裝置，以及制造帶狀超導線的方法。
背景技術(shù)：
因此，基于Bi的高溫超導線已經(jīng)用于強磁線圈。此外，近年來，薄的基于Y的高溫帶狀超導線已經(jīng)用于一些情況中。此外，已經(jīng)利用超導金屬線形成了900至920MHz頻率的核磁共振(NMR)線圈。長的均勻的線是制造諸如上述的NMR線圈所必需的。
對于制造具有均勻性質(zhì)的長導線的方法，日本專利申請公開No.H6-120025(專利文獻1)公開了一種制造氧化物超導線圈的方法。根據(jù)在專利文獻1中公開的方法，氧化物超導材料膜形成在非超導基板上，其具有螺旋狀連續(xù)的表面，以致于當相對于由基板組成的線圈的中心軸直線連接內(nèi)徑和外形的線圍繞線圈的中心軸旋轉(zhuǎn)時，在直線和中心軸之間的交叉在中心軸的上下方向上移動。
專利文獻1日本專利申請公開No.H6-120025發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題然而，例如，為了形成1GHz頻率的NMR線圈，在具有Bi-2212成分的基于B(鉍)的導線的情況下，當在溫度是4.2K，磁通密度是25T以及Ic(臨界電流)是300A的狀態(tài)下使用具有1mm內(nèi)徑的圓導線時，需要具有1600m單位長度的長導線。同樣，在基于Y的細線的情況下，當在與上述相同的狀態(tài)下使用具有1cm寬度的帶線時，需要具有500m單位長度的導線。因此，當線圈利用超導線形成時，需要具有均勻性質(zhì)的長導線。具體地，當形成強磁線圈時，需要如上所述的導線。
然而，關(guān)于上述的超導線，難以形成如上所述的這樣的長導線。此外，即使實現(xiàn)了如上所述的這樣的長導線，生產(chǎn)成本也將很高，因此問題在于生產(chǎn)這樣的長導線作為商業(yè)產(chǎn)品非常困難。
采用在專利文獻1中公開的用于制造氧化物超導線圈的方法，由于由氧化物超導材料形成的膜形成在具有螺旋狀連續(xù)表面的非超導基板上，所以可能可以生產(chǎn)長導線。然而，同樣在這種情況下，還存在如上所述的很難大規(guī)模生產(chǎn)的問題。
因此，為了解決上述問題而構(gòu)思的本發(fā)明的目的是，提供一種制造可以表現(xiàn)出與長導線基本類似的效果的帶狀超導線，以及還提供由此制造的帶狀超導線和超導裝置。
解決技術(shù)問題的方案本發(fā)明的第一方面是提供一種制造帶狀超導線的方法，該方法包括制備帶基板的步驟；在帶基板上形成中間薄層的步驟；在中間薄層上形成超導層的步驟；以及形成至少一個分割區(qū)域的機械加工步驟，所述的分割區(qū)域在超導層中從一個端部延伸到另一個端部，而所述超導層從一個端部延伸到另一個端部。該分割區(qū)域是在超導層的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
本發(fā)明的另一方面是提供一種用于制造帶狀超導線的方法，該方法包括制備帶基板的步驟；在帶基板上形成中間薄層的步驟；以及形成至少一個中間層分割區(qū)域的機械加工步驟，所述的中間層分割區(qū)域在中間薄層中從一個端部延伸到另一個端部，而中間薄層從一個端部延伸到另一個端部；以及在中間薄層上形成超導層的步驟。在中間層分割區(qū)域上的超導層區(qū)域是在超導層的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
本發(fā)明的又一方面是提供一種帶狀超導線，包括帶基板；在帶基板上形成的中間薄層；以及被形成為在中間薄層上從一個端部延伸到另一個端部的超導層，且該超導層包括從一個端部延伸到另一個端部的至少一個分割區(qū)域。該分割區(qū)域是在超導層的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
本發(fā)明的再一方面是提供一種帶狀超導線，包括帶基板；在帶基板上形成為從一個端部延伸到另一個端部的中間薄層，并且該中間薄層包括從一個端部延伸到另一個端部的至少一個中間層分割區(qū)域；以及形成在中間薄層上的超導層，而在中間層分割區(qū)域上的超導層區(qū)域是在超導層的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
本發(fā)明的超導裝置采用上述的帶狀超導線。
優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明的用于制造帶狀超導線的方法，在機械加工步驟中形成分割區(qū)域或中間層分割區(qū)域。因此，寬的帶狀超導線可以處理為并行設(shè)置的多個相對窄的帶狀超導線或串聯(lián)設(shè)置的一個帶狀超導線。如果利用如上所述的并行設(shè)置的帶狀超導線或串聯(lián)設(shè)置的帶狀超導線形成諸如線圈的裝置，則可以容易地生產(chǎn)線圈，以使得它具有與由利用長帶線形成的線圈的圈數(shù)相等的圈數(shù)，例如該長帶線是通過連接串聯(lián)的多個上述帶狀超導線形成的。也就是說，可以容易地制造具有與長導線類似的效果的帶狀超導線。
根據(jù)本發(fā)明的帶狀超導線，提供分割區(qū)域或中間層分割區(qū)域。因此，寬的帶狀超導線可以被形成為具有與多個導線以并行結(jié)構(gòu)組裝的情況相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的超導裝置，形成分割區(qū)域或中間層分割區(qū)域。因此，可以采用具有相對短的長度的寬帶狀超導線制造具有與利用長導線的超導裝置類似的效果的超導裝置。因此，與使用長導線的情況相比，可以減小生產(chǎn)成本。


圖1是示出根據(jù)實施例1的帶狀超導線的示意性透視圖。
圖2是根據(jù)實施例1的帶狀超導線的制造方法的流程圖。
圖3是示出根據(jù)實施例1的機械加工步驟的示意圖。
圖4是示出根據(jù)實施例1的修改例子的帶狀超導線的示意性透視圖。
圖5是示出根據(jù)實施例2的帶狀超導線的示意性透視圖。
圖6是根據(jù)實施例2的帶狀超導線的制造方法的流程圖。
圖7是示出根據(jù)實施例3的超導裝置的示意性透視圖。
圖8是根據(jù)實施例3的超導線圈的制造方法的流程圖。
圖9是具有利用一個帶狀超導線而形成的單層線圈的示意圖。
圖10是示出了利用分別由三個帶狀超導線形成的纏繞件而制造具有三層的線圈的工藝的示意圖。
圖11是示出根據(jù)實施例3的修改例子的超導線圈的制造方法的流程圖。
圖12是示出根據(jù)實施例4的超導線圈的制造方法的流程圖。
圖13是示出根據(jù)實施例4的機械加工步驟的示意性透視圖。
圖14是示出根據(jù)實施例5的超導線圈的制造方法的流程圖。
圖15A是示出根據(jù)實施例6的超導線圈的示意性頂視圖。
圖15B是示出根據(jù)實施例6的超導線圈的示意性正視圖。
附圖標記10、20、30帶狀超導線；11、31帶基板；13、13b、33、33b、52、52b超導層；13a、53a分割區(qū)域；13c、32c一個端部；13d、32d其他端部；13B區(qū)域；22、32、32b中間薄層；30、40、60超導線圈；32a中間層分割區(qū)域；33a超導層區(qū)域；41a界線；41、42、43纏繞件具體實施方式
在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。在附圖中，相同的附圖標記表示相同的或?qū)脑?，并且不重復該說明。在附圖中示出的尺寸比率不總是與本發(fā)明的說明中所描述的一致。
(實施例1)圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的帶狀超導線的示意性透視圖。參考圖1，將描述實施例1的帶狀超導線。根據(jù)本發(fā)明實施例1的帶狀超導線10包括帶基板11，中間薄層12，和超導層13，如圖1所示。
中間薄層12形成在帶基板11上。超導層13形成在中間薄層12上，從而從一個端部13c延伸到另一個端部13d，并且包括從一個端部13c延伸到另一個端部13d的至少一個分割區(qū)域13a。該分割區(qū)域13a是在超導層13b的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
具體地，一個或多個分割區(qū)域13a并行地形成在超導層13的縱向方向(在圖1中，從一個端部13c到另一個端部13d的方向)上。在實施例1中，一個端部13c和另一個端部13d相互面對。
術(shù)語“端部”表示末端和沒有到達末端的附近。在實施例1中，如圖1所示，一個端部13c和另一個端部13d都表示該端部。
根據(jù)下面將描述的制造方法可以顯而易見的，分割區(qū)域13a是通過諸如由激光照射超導層13的工藝而制造為具有下列狀態(tài)的部分結(jié)晶度是無序的(即，用于獲得超導狀態(tài)的臨界溫度比超導層13b的臨界溫度低，或晶體結(jié)構(gòu)不易于獲得超導狀態(tài))；或者同樣地在對應于分割區(qū)域13a的部分不存在超導層；或者提供的材料在帶基板11的深度方向不連續(xù)(包括在分割區(qū)域13a的下面不存在一部分或整個中間薄層的狀態(tài)，或者除了將切割執(zhí)行到帶基板11的底面的情況之外，在分割區(qū)域13a的下面不存在中間薄層和一部分帶基板的狀態(tài))。也就是說，分割區(qū)域13a是當存在超導層13時其結(jié)晶度無序的部分；是不存在對應于分割區(qū)域13a的超導層的部分；是不存在對應于分割區(qū)域13a的超導層和其下的一部分中間薄層12的部分(存在中間薄層12的其他部分和基板11)；是不存在對應于分割區(qū)域13a的超導層和其下的整個中間薄層12的部分(存在基板11)或者是不存在對應于分割區(qū)域13a的超導層、其下的整個中間薄層12和其下的一部分基板11的部分(基板11的另一部分存在)。
在實施例1中，形成四行分割區(qū)域13a，并且除了分割區(qū)域13a之外，還形成五行超導層13b。因此，上述結(jié)構(gòu)相當于并行設(shè)置不包括分割區(qū)域13a的五條帶狀超導線(在垂直于縱向的方向上具有與超導層13b相同的寬度)。因此，帶狀超導線10具有允許形成這樣的分割區(qū)域13a的寬度。然而，分割區(qū)域13a不特定地限于這種結(jié)構(gòu)。例如，可以在寬度方向(在圖1中垂直于縱向的方向，即，與一個端部13c和另一個端部13d的端面相平行的方向)并行形成多個分割區(qū)域13a。
帶基板11利用由Ni(鎳)或基于Ni的合金而制成的織構(gòu)帶形成。中間薄層12利用包含CeO2(二氧化鈰)和YsZ(穩(wěn)定的氧化釔氧化鋯)中的至少一個的材料而形成。超導層13利用HoBCO(基于鈥的高溫超導材料HoBa2Cu3Ox)而形成。
此外，作為用于帶基板11的材料，除了上述的Ni和基于Ni的合金之外，還可以使用其他材料(例如其他金屬材料或其他撓性材料)。中間薄層12不限于上述材料，可以使用任何材料，只要可以在其上形成超導層13。不限于單層的結(jié)構(gòu)，中間薄層12可以由兩個或多個層形成。除了上述的HoBCO或傳統(tǒng)的基于金屬的超導材料或其他基于氧化物的超導材料之外，超導層12可以由基于稀土的超導材料形成。
為了超導層13的表面保護，諸如Ag(銀)穩(wěn)定層或Cu(銅)穩(wěn)定層的表面保護層或穩(wěn)定層(未示出)設(shè)置在超導層13上。在分割區(qū)域13a上的表面保護層可以與超導層13b上的表面保護層或分割區(qū)域13a類似，該超導層是不同于分割區(qū)域13a的部分。
接下來，將參考圖2和圖3描述用于制造帶狀超導線10的方法。圖2是示出根據(jù)實施例1的超導帶材料10的制造方法的流程圖。圖3是示出實施例1的機械加工步驟的示意圖。
首先，執(zhí)行制備帶基板11的步驟(S10)。在此步驟(S10)，制備上述的帶基板11。
在步驟(S20)中，利用上述材料通過物理汽相淀積法、有機金屬淀積法等將中間薄層12形成在帶基板11上。
接下來，進行形成超導層13的步驟(S30)。在此步驟(S30)中，超導層13通過如下方法形成在中間薄層12上，該方法包括有機金屬淀積法(MOD法)和物理汽相淀積法中的至少一種，例如PLD(脈沖激光器淀積)法或濺射法。
接下來，在從一個端部13c延伸到另一個端部13d的超導層13中，執(zhí)行形成至少一個分割區(qū)域13a的機械加工步驟(S40)，其中所述分割區(qū)域從一個端部13c延伸到另一個端部13d。在此步驟(S40)中，分割區(qū)域13a被形成為在超導層13b的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
在實施例1中，由激光器進行步驟(S40)。具體地，如圖3所示，在超導層13的縱向上并行(在圖3中的四條線)照射激光束(圖3中的箭頭)。由激光束照射的部分成為分割區(qū)域13a。也就是說，在由激光束照射的部分，超導層13局部地熔化并且固化以致于照射部分的結(jié)晶度變得無序(即與其他部分相比，晶體結(jié)構(gòu)無序的狀態(tài))。在與其他部分(超導層13b)相比結(jié)晶度無序的部分中，超導性質(zhì)退化地以致于達到超導狀態(tài)的臨界溫度更低或者不可能實現(xiàn)超導狀態(tài)。或者，超導層的超導材料本身被激光照射所消散，因此該材料消失。因此，如上所述的由激光束照射的部分成為分割區(qū)域13a。
只要可以形成分割區(qū)域13a，在步驟(S40)中的方法不特定限于使用激光器的方法。例如，可以通過將機械應力施加到給定位置(例如通過壓迫與分割區(qū)域13a的平面形狀相對應的刃狀工具)從而改變超導層13的結(jié)晶度，從而形成分割區(qū)域13a。可替換地，步驟(S20)可以以如下方式執(zhí)行，即，在將形成分割區(qū)域13a的部分處局部地切割并且移除或者粉磨切割超導層12(同時不切割帶基板11并且允許其保留)。
最后，執(zhí)行在超導層13上形成表面保護層的步驟。在此步驟中，在形成分割區(qū)域13a之后，形成表面保護層。在這種情況下，分割區(qū)域13a上的表面保護層與超導層13b上的表面保護層類似，該超導層是不同于分割區(qū)域13a的部分。
形成表面保護層的步驟可以在形成超導層13的步驟(S30)執(zhí)行之后執(zhí)行。在這種情況下，在形成表面保護層之后，執(zhí)行機械加工步驟(S40)。在這種情況下，在分割區(qū)域13a上的表面保護層的狀態(tài)與分割區(qū)域13a的類似。
接下來，將描述實施例1的帶狀超導線10的功能。當通過在一個端部13c和另一個端部13d之間施加電壓而使電流流入帶狀超導線10時，在預定狀態(tài)(例如，當帶狀超導線10冷卻到超導層13b達到超導狀態(tài)的溫度時)下，該電流可以在超導狀態(tài)下通過不同于分割區(qū)域13a的超導層13b。在此階段，因為超導層13b可以被看作是互相電獨立的導電線，因此該狀態(tài)等價于實現(xiàn)了并行設(shè)置超導線的狀態(tài)。
帶狀超導線10的功能不限于上述的那些。例如，不同于分割區(qū)域13a的超導層13b可以串聯(lián)連接。具體地，鄰近的超導層13b在其端部彼此電連接。在此情況下，因為這樣連接的超導層13b可以被看作是一根導線，所以該狀態(tài)等價于當流過電流時所實現(xiàn)的一根長導線所給出的狀態(tài)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例1的用于制造帶狀超導線10的方法包括，制備帶基板11的步驟(S10)，在帶基板11上形成中間薄層12的步驟(S20)，在中間薄層12上形成超導層13的步驟(S30)，以及在從一個端部13c延伸到另一個端部13d的超導層13中形成至少一個分割區(qū)域13a的步驟(S40)，其中該分割區(qū)域從一個端部13c延伸到另一個端部13d。該分割區(qū)域13的特征是在超導層13b的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)。因此，通過形成這樣的分割區(qū)域13a，可以容易地將帶狀超導線10制造，以致于帶狀超導線10具有與通過聚集與不同于分割區(qū)域13a的超導層13b區(qū)域的數(shù)量相同的帶狀超導線所獲得的效果類似的效果。此外，當使用寬帶狀超導線20時，即使它不是長導線，也可以將帶狀超導線10形成為使其具有與通過聚集與帶狀超導線10區(qū)域的數(shù)量相同數(shù)量的帶狀超導線(其具有與帶狀超導線10相同的長度)所獲得的效果類似的效果(也就是說，可以制造相當于帶狀超導線并行設(shè)置的結(jié)構(gòu)，該帶線的總長度等于(寬帶狀超導線10的縱向長度)×(超導層13b的區(qū)域數(shù)))。因此，等價于并行設(shè)置的窄帶狀超導線的結(jié)構(gòu)可以通過分隔寬帶狀超導線10而形成，而不是利用長導線。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，當分隔部分的數(shù)量增加時，帶狀超導線的總長度可以增加，由此能夠大規(guī)模生產(chǎn)制造帶狀超導線10，該帶狀超導線可以以與長帶狀超導線類似的方式使用。
在上述用于制造帶狀超導線10的方法中，優(yōu)選地通過激光束執(zhí)行機械加工步驟(S40)。因此，可以容易地形成分割區(qū)域13a。此外，可以容易地通過改變激光束照射的區(qū)域的寬度、位置和深度而改變分割區(qū)域13a的寬度、位置和深度。因此，可以被看作并行設(shè)置的帶狀超導線的超導層13的寬度和數(shù)量可以容易地改變。
在上述用于制造帶狀超導線10的方法中，優(yōu)選地執(zhí)行機械加工步驟(S40)以形成并行設(shè)置在超導層13的縱向上的一個分割區(qū)域13a或多個分割區(qū)域13a。因此，可以通過不同于分割區(qū)域13a的超導層13b來保證多個電流路徑?；蛘?，可以通過串聯(lián)連接超導層13以使得電流從其中通過而實現(xiàn)相當于一根長導線的導線。因此，可以以合理的成本制造高質(zhì)量的帶狀超導線10，并且因此可以對其進行大規(guī)模生產(chǎn)。
在上述用于制造帶狀超導線10的方法中，優(yōu)選通過物理汽相淀積法形成中間薄層12。因為可以使用能夠形成優(yōu)良薄膜的物理汽相淀積法(諸如PLD法或濺射法)，所以可以形成具有優(yōu)質(zhì)膜品質(zhì)的中間薄層12。
在上述用于制造帶狀超導線10的方法中，優(yōu)選地通過包括物理汽相淀積法和有機金屬淀積法中的至少一種的方法來形成超導層13。物理汽相淀積法(例如PLD法)相對于超導層的性質(zhì)是優(yōu)良的，MOD法在成本方面是優(yōu)良的。因此，可以使帶狀超導線10的制造工業(yè)化。
根據(jù)本發(fā)明的實施例1的帶狀超導線10包括帶基板11，形成在其上的中間薄層12，以及從一個側(cè)部13c延伸到另一個側(cè)部13d的至少一個分割區(qū)域13a，該分割區(qū)域13a的特征在于在超導層13b的臨界溫度處它不會達到超導狀態(tài)。因此，通過形成上述的分割區(qū)域13a，帶狀超導線10被制造為具有如下效果，所述效果與通過聚集與超導層13b的區(qū)域數(shù)量相同數(shù)量的帶狀超導線的效果相類似，其中所述超導層不同于上述分割區(qū)域13a。
同樣，當使用寬的帶狀超導線10時，即使它不是長的導線，也可以獲得與通過聚集與帶狀超導線10區(qū)域的數(shù)量相同數(shù)量的帶狀超導線(其具有與帶狀超導線10相同的長度)所獲得的效果類似的效果。因此，帶狀超導線10無需是長的。相應地，帶狀超導線10的工業(yè)化將變得更容易。
對于上述的帶狀超導線10，優(yōu)選地帶基板11是由Ni或Ni合金形成的織構(gòu)化金屬帶，中間薄層包括CeO2和氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯中的至少一種，且超導層12包括HoBCO。這有助于獲得利用帶基板11的取向的結(jié)構(gòu)。因此，由于帶狀超導線10，可以實現(xiàn)如實際應用所需的這樣大的臨界電流(Ic)和臨界電流密度(Jc)。此外，可以增加用于帶基板11的材料的選擇自由度。因此，可以實現(xiàn)帶狀超導線10的大規(guī)模生產(chǎn)。
接下來，參考圖4，將描述實施例1的帶狀超導線10的修改例子。圖4是實施例1的修改例子的帶狀超導線的示意性透視圖。除了分割區(qū)域13a的形狀不同于圖1中示出的帶狀超導線10的分割區(qū)域的形狀之外，修改例子的帶狀超導線20的結(jié)構(gòu)基本上與根據(jù)本發(fā)明實施例1的帶狀超導線10類似。
更具體地，分割區(qū)域13a從一個端部13c延伸到另一個端部13d而不到達端部，那些端部在各自的末端附近。在該修改的例子中，從分割區(qū)域13a的尖端到層13末端的邊緣W設(shè)定在5至20cm的范圍內(nèi)，其中所述的末端位于該尖端附近。與將形成的帶狀超導線20的長度和分割區(qū)域13a的長度無關(guān)地，邊緣W優(yōu)選地設(shè)定在5至20cm的范圍內(nèi)。
除了應用于實施例1的帶狀超導線10的分割區(qū)域13a的情況之外，由于通過利用激光器或機械裝置的技術(shù)形成的裂縫，修改例子的帶狀超導線20的分割區(qū)域13a包括如下狀態(tài)，所述狀態(tài)是不存在對應于分割區(qū)域13a的超導層、在其下的中間薄層12和在其下的基板11的狀態(tài)。也就是說，沒有到達兩端部的分割區(qū)域13a是適用下列的任何一種部分超導層13的結(jié)晶度無序的部分；對應于分割區(qū)域13a的超導層不存在的部分；對應于分割區(qū)域13a的超導層和其下的一部分中間薄層12不存在的部分(中間薄層12的其他部分和基板11存在)；對應于分割區(qū)域13a的超導層和其下的整個中間薄層12不存在的部分(基板11存在)；對應于分割區(qū)域13a的超導層、其下的整個中間薄層12和其下的一部分基板11不存在的部分(基板11的其他部分存在)；或者對應于分割區(qū)域13a的超導層，其下的中間薄層12和其下的基板11不存在的部分(設(shè)置切割裂縫)。
此外，除了機械加工步驟(S40)與在圖2中示出的帶狀超導線10的制造方法不同之外，帶狀超導線20的制造方法的組成基本上與根據(jù)本發(fā)明實施例1的帶狀超導線10的制造方法類似。
更具體地，在實施例1的帶狀超導線10的制造方法的機械加工步驟(S40)中，分割區(qū)域13a形成為延伸到端部的附近(來自每個終端的邊緣W)，如圖4所示。通過執(zhí)行上述的步驟，可以形成實施例1的修改例子的帶狀超導線20。
當帶狀超導線20操作時，對應于邊緣W的部分從帶基板11、中間薄層12和超導層13切除。因此，帶狀超導線20的功能變得與實施例1的帶狀超導線10的功能類似。對應于邊緣W的部分不特定限于從帶基板11、中間薄層12和超導層13切除。例如，如果由分割區(qū)域13a限定的兩個區(qū)域的端部連接在一起而不將一個端部或兩個端部切除，則可以產(chǎn)生一根長的帶狀超導線。
如上所述，在實施例1的修改例子的帶狀超導線20的情況下，分割區(qū)域13a形成為保留邊緣W。因此，可以提高實用性。
(實施例2)圖5是示出的實施例2的帶狀超導線的示意性透視圖。參考圖5，將描述根據(jù)本發(fā)明實施例2的帶狀超導線。根據(jù)本發(fā)明實施例2的帶狀超導線30包括帶基板31，中間薄層32，和超導層33，如圖5所示。
中間薄層32形成在帶基板31上以致于從一個端部32c延伸到另一個端部32d，并且包括從一個端部32c延伸到另一個端部32d的至少一個中間層分割區(qū)域32a。中間薄層32包括至少一個層。超導層33形成在中間薄層32上。
中間層分割區(qū)域32a上的超導層區(qū)域33a是設(shè)計為在超導層33b的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。也就是說，中間層分割區(qū)域32a被構(gòu)造為，當在不同于中間層分割區(qū)域32a的中間薄層32b上的超導層33b達到超導狀態(tài)時，中間層分割區(qū)域32a上的超導層區(qū)域33a不會達到超導狀態(tài)。
更具體地，在超導層33的縱向上并行形成多個中間層分割區(qū)域32a。在實施例2中，形成四個中間層分割區(qū)域32a，以及形成五個中間薄層32b，該中間薄層是不同于中間層分割區(qū)域32a的部分。
在中間層分割區(qū)域32a上沿著其縱向并行地形成超導層區(qū)域33a。在實施例2中，四個超導層區(qū)域33a形成在中間層分割區(qū)域32a上，以及五個超導層33b形成在不同于中間層分割區(qū)域32a的區(qū)域上。因此，帶狀超導線30變得相當于如下情況，所述情況是，并行設(shè)置具有與帶線30相同長度的五個帶狀超導線而沒有中間層分割區(qū)域32a。
在實施例2中，利用與實施例1的帶基板11、中間薄層12和超導層13分別類似的材料形成帶基板31、中間薄層32和超導層33；然而，與實施例1的情況一樣，該結(jié)構(gòu)不僅限于此。同樣地，雖然未在圖中示出，但是帶狀超導線30同樣具有與實施例1類似的表面保護層。
接下來，參考圖6，將描述用于制造帶狀超導線30的方法。圖6是示出實施例2的帶狀超導線30的制造方法的流程圖。
首先，執(zhí)行制備帶基板31的步驟(S10)。接下來，執(zhí)行在帶基板31上形成中間薄層32的步驟(S20)。步驟(S10，S20)與實施例1的制造方法的步驟(S10，S20)類似，因此不重復該說明。
接下來，執(zhí)行機械加工步驟(S50)，從而在從一個端部32c延伸到另一個端部32d的中間薄層32中形成從一個端部32c延伸到另一個端部32d的至少一個中間層分割區(qū)域32a。執(zhí)行步驟(S50)，以使得在中間層分割區(qū)域32a上的超導層區(qū)域33a變成如下所述的區(qū)域，即，在超導層33b的臨界溫度處不會獲得超導狀態(tài)的區(qū)域。
在實施例2中，與實施例1中的步驟(S40)的情況相同，通過激光器執(zhí)行步驟(S50)；然而它不限于由激光器加工?？梢匀我馐褂锰娲姆椒?，例如在實施例1的步驟(S40)中描述的機械加工方法。
當中間薄層32由兩個或多個層形成時，中間層分割區(qū)域32a可以形成在最高層(在最遠離帶基板31的位置形成的層)中。假設(shè)超導層區(qū)域33a可以以如下方式形成在中間層分割區(qū)域32a上，所述方式是與形成在中間薄層32b上的超導層33b相比該區(qū)域33a具有較差的結(jié)晶度(即，晶體結(jié)構(gòu)在超導性質(zhì)方面較遜色或沒有表現(xiàn)出超導性質(zhì))，則中間層分割區(qū)域32a可以具有任何的結(jié)構(gòu)。例如，中間層分割區(qū)域32a的上表面(在超導層33側(cè)的表面)的質(zhì)量可以不同于中間薄層32b的上表面的質(zhì)量。在中間薄層32由多個層形成的情況下，中間層分割區(qū)域32a可以形成在與超導層33接觸的最高層中，或者可以形成在最高層的位于超導層33側(cè)的表面上，或者可以形成為穿透上述多個層。
接下來，執(zhí)行在中間薄層32上形成超導層33的步驟(S30)。當執(zhí)行此步驟(S30)時，在中間層分割區(qū)域32a上的超導層區(qū)域33a的結(jié)晶度與中間薄層32b上的超導層33b的不同，該中間薄層是不同于中間層分割區(qū)域32a的部分。
接下來，執(zhí)行形成表面保護層的步驟。通過上述步驟(S10，S20，S50，和S30)，可以制造實施例2的帶狀超導線30。
因為帶狀超導線30的功能與實施例1的帶狀超導線10的類似，所以不重復該說明。
如上所述，用于制造根據(jù)本發(fā)明實施例2的帶狀超導線30的方法包括制備帶基板31的步驟(S10)；在帶基板31上形成中間薄層32的步驟(S20)；形成至少一個在中間薄層32中從一個端部延伸到另一個端部的中間層分割區(qū)域32a的機械加工步驟(S50)，其中該中間薄層從一個端部延伸到另一個端部；以及在中間薄層32上形成超導層33的步驟(S30)，以致于在中間層分割區(qū)域32a上的超導層區(qū)域33a是在超導層33b的臨界溫度處沒有達到超導狀態(tài)的區(qū)域。通過在帶狀超導線30中形成中間層分割區(qū)域32a，可以容易地生產(chǎn)帶狀超導線30，以使得一個帶狀超導線具有與通過聚集如下數(shù)量的超導線(串聯(lián)設(shè)置)所獲得的效果類似的效果，其中該數(shù)量與設(shè)置在中間薄層32b上的超導層33b區(qū)域的數(shù)量相同，所述中間薄層不同于中間層分割區(qū)域32a。因此，可以使用這樣的寬帶狀超導線30代替長的導線，并且因此帶狀超導線30的工業(yè)化將變得可能。
根據(jù)本發(fā)明實施例2的帶狀超導線30包括帶基板31；中間薄層32，在帶基板31上從一個端部延伸到另一個端部地形成，并且具有至少一個從一個端部延伸到另一個端部的中間層分割區(qū)域32a；以及在中間薄層32上形成的超導層33，而在中間層分割區(qū)域32a上形成的超導層33是在超導層33b的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。通過形成中間層分割區(qū)域32a，帶狀超導線30被形成為一個帶線具有與聚集如下數(shù)量的帶狀超導線的效果類似的效果，其中該數(shù)量與形成在由中間層分割區(qū)域32a限定的中間薄層32b上的超導層33b區(qū)域的數(shù)量相同。
(實施例3)圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實施例3的超導裝置的示意性透視圖。參考圖7，將描述根據(jù)本發(fā)明實施例3的超導裝置。根據(jù)本發(fā)明實施例3的超導裝置是一種超導線圈。實施例3的超導線圈40是利用實施例1的帶狀超導線10形成的。
如圖7所示，超導線圈40由纏繞件41、42和43組成，每個纏繞件通過纏繞帶狀超導線10(見圖1)而形成，該帶狀超導線包括帶基板11和超導層13，在該超導層中，分割區(qū)域13a被形成為分割區(qū)域13a被構(gòu)造成當不同于分割區(qū)域13a的超導層13b達到超導狀態(tài)時不會達到超導狀態(tài)。
上述“纏繞件”是管狀的或固體圓柱體，其截面可以是隨意選擇的形狀，例如圓的，多邊形的，或者局部凹陷的形狀。
在實施例3中，超導線圈40具有由三個帶狀超導線10形成的纏繞件41至43。帶狀超導線10成螺旋形纏繞，以致于形成了其每一個都具有圓柱形狀的纏繞件41至43。從超導線圈40的內(nèi)部以列舉的順序設(shè)置纏繞件41、42和43，以致于由帶狀超導線10形成的纏繞件43被設(shè)置為最外層，并且由此形成三層線圈。設(shè)置在超導線圈40中的纏繞件41至43內(nèi)部的一個具有比設(shè)置在外側(cè)的另一個更小的外徑。
帶狀超導線10每個都包括帶基板11和其中形成有分割區(qū)域13a的超導層12，并且分別以圓柱的形式卷繞以致于由分割區(qū)域13a限定的兩個或多個區(qū)域以螺旋的方式設(shè)置。因此，形成纏繞件41至43。
在實施例3中，如圖7所示，應該特別注意從五個超導層13b區(qū)域中隨意挑選出來的區(qū)域13B，這五個超導層區(qū)域通過在由帶狀超導線10形成的最外面的纏繞件43中的四個分割區(qū)域13a的限定而形成。纏繞件43的任意區(qū)域13B通過焊接等連接到纏繞件42的與區(qū)域13B對應的區(qū)域。同樣地，與纏繞件42的區(qū)域13B對應的區(qū)域通過焊接等連接到與纏繞件41的區(qū)域13B對應的區(qū)域。如上所述，纏繞件41至43的各相應區(qū)域彼此連接。
線圈的結(jié)構(gòu)不限于上述的那些，并且它可以由一個層構(gòu)成(可以由一個纏繞件形成)。分割區(qū)域13a可以是分隔的，以致于如果數(shù)量大于二則可以形成盡可能多的區(qū)域。同樣，代替僅利用一個帶狀超導線10，構(gòu)成線圈的纏繞件41至43的每一個可以利用兩個或多個(例如三個)帶狀超導線10組合地形成。例如，在三個帶狀超導線10的一個端部13c中的每一個經(jīng)受預定處理(例如，為了執(zhí)行螺旋式卷繞而傾斜地切除端部的工序等)之后，這樣處理過的端部的邊緣相互連接，以致于在纏繞件的端部處形成環(huán)形的開口部分。接著，三個帶狀超導線螺旋形地纏繞，同時它們相互連接以形成一個線圈(也就是說，一個線圈的外圍側(cè)面由多個(例如三個)帶狀超導線10形成)。因此，具有大直徑的線圈可以利用多個帶狀超導線10形成。
在超導線圈40中，雖然未在圖中示出，表面保護層設(shè)置在超導層13上。
接下來，參考圖8至10，將描述用于制造超導線圈40的方法。圖8是示出實施例3的用于制造超導線圈40的方法的流程圖。圖9是示出通過利用一個帶狀超導線10制造的單層線圈的示意圖。圖10是示出了通過利用分別由三個帶狀超導線形成的纏繞件41至43制造三層線圈的工藝的示意圖。
首先，通過帶狀超導線10的制造方法執(zhí)行形成作為最內(nèi)部的纏繞件41的超導線圈的步驟。在實施例3中，超導線圈40是利用實施例1的帶狀超導線10形成的。因此，具體地如圖8所示，首先執(zhí)行制備帶基板11的步驟(S10)。接下來，執(zhí)行在帶基板11上形成中間薄層的步驟(S20)。接著，執(zhí)行形成超導層13的步驟(S30)。然后，執(zhí)行機械加工步驟(S40)，其中從一個端部13c延伸到另一個端部13d的至少一個分割區(qū)域13a形成在從一個端部13c延伸到另一個端部13d的超導層13中。因為步驟(S10至S40)與實施例1的類似，所以不重復該說明。
接下來，執(zhí)行纏繞帶狀超導線10的步驟(S60)。在此步驟(S60)中，形成纏繞件41。
在實施例3中，如圖9所示，具有分割區(qū)域13a的帶狀超導線10纏繞成圓柱形狀，以致于由分割區(qū)域13a限定的至少兩個區(qū)域的每一個都形成螺旋形狀。在此步驟中，帶狀超導線10螺旋形地纏繞，以致于在與帶狀超導線10的縱向邊緣相對應的邊界線41a處既不產(chǎn)生重疊又不產(chǎn)生間隙。
接著，如圖10所示，對三個帶狀超導線10執(zhí)行步驟(S60)，從而形成纏繞件41、42和43。接下來，如圖10所示，以重疊方式按所列舉的次序順序地設(shè)置纏繞件41、42和43(它們同心地設(shè)置，或者纏繞件42設(shè)置為使得包裹纏繞件41的外圍，以及纏繞件43設(shè)置為使得包裹纏繞件42的外圍)。纏繞件41、42和43的圓柱形內(nèi)徑順序地增加，以致于它們可以以重疊的方式設(shè)置。
通過執(zhí)行步驟(S10至S60)，可以制造實施例3的超導線圈40。接著，纏繞件41至43的相應區(qū)域(超導層13b)如上所述地相互電連接。
接下來，參考圖7，將描述超導線圈40的功能。為了使電流通過超導線圈40，它被連接到電源。在超導線圈40中，形成纏繞件41、42和43的連接，從而使由所形成的分割區(qū)域12a限定的各個區(qū)域相互連接。在這樣經(jīng)由各個區(qū)域連接的纏繞件41、42和43中，連接的端部連接到電源。
在實施例3中，在纏繞件43中由形成的四個分割區(qū)域13a限定的五個超導層13b的任意選擇的區(qū)域13B的端部(例如在圖7中的下端)連接到纏繞件42的區(qū)域13B的一個端部(例如在圖7的下端)。同樣地，纏繞件42的區(qū)域13B的另一個端部(例如，在圖7中的上端)連接到纏繞件41的區(qū)域13B的一個端部(例如，在圖7中的上端)。因此，纏繞件相互電連接。
這樣，當電源接通時，在由上述連接形成的超導線圈40中，電流通過纏繞件41的區(qū)域13B(例如在圖7中的上方)，纏繞件42的區(qū)域13B(例如在圖7中的下方)，以及纏繞件43的區(qū)域13B(例如在圖7中的上方)。在這樣的方式中，電流可以通過五個區(qū)域中的每一個，并且可以在預定的條件下實現(xiàn)超導狀態(tài)。
具體地，該結(jié)構(gòu)不限于上面所描述的。例如，在纏繞件41、42和43的各個帶狀超導線10中，不同于分割區(qū)域13a的五個超導層13b的端部可以連接在一起，以使得鄰近的超導層13b串聯(lián)連接。接著，纏繞件41、42和43相互連接。然后，它們可以被看成一根導線。也就是說，它們相當于一根長的導線。這樣，當電源連接到超導層的末端和這樣連接的纏繞件時，僅需要一個電源。因此，電源的數(shù)量可以減少，并且因此可以制造廉價的超導線圈。當電流通過此超導線圈時，在預定的條件下，可以在一個流動路徑中實現(xiàn)超導狀態(tài)。
如已經(jīng)做出的描述，作為根據(jù)本發(fā)明實施例3的超導裝置的一個例子，超導線圈40是一種利用實施例1的帶狀超導線10的超導裝置。因此，通過形成分割區(qū)域13a，一根帶狀超導線10可以處理為具有與聚集如下數(shù)量的超導線所獲得的效果類似的效果的帶狀超導線，其中該數(shù)量與構(gòu)成不同于上述分割區(qū)域13a的超導層13b的區(qū)域的數(shù)量相同；因此，利用上述帶狀超導線可以容易地制造超導線圈40。
用于制造作為根據(jù)本發(fā)明實施例3的超導裝置的一個例子的超導線圈40的方法，包括根據(jù)實施例1中的帶狀超導線10的制造方法制造帶狀超導線10的步驟(S10至S40)，以及纏繞帶狀超導線10的步驟(S60)。因此，可以利用帶狀超導線10容易地制造超導線圈40，由于形成了分割區(qū)域13a，每個帶狀超導線10具有與聚集如下數(shù)量的超導線所獲得的效果類似的效果，其中該數(shù)量與構(gòu)成不同于分割區(qū)域13a的超導層13b的區(qū)域的數(shù)量相同。因此，因為可以使用寬的帶狀超導線10而不使用長的導線，所以可以實現(xiàn)超導線圈40的大規(guī)模生產(chǎn)。
接下來，將描述實施例3的超導線圈40的一個修改例子。作為修改例子的超導裝置的一個例子，超導線圈的結(jié)構(gòu)基本上與根據(jù)本發(fā)明實施例3的超導線圈40的結(jié)構(gòu)相類似；然而，中間層分割區(qū)域形成在中間薄層中，這是與圖7中示出的超導線圈40不同的一點。
具體地，使用實施例2的帶狀超導線30。如圖5所示，具體地，帶狀超導線30具有帶基板31，中間薄層32，和超導層33。修改例子的超導線圈由纏繞件形成，每個纏繞件通過纏繞帶狀超導線30形成為圓柱形狀，在其中形成有中間層分割區(qū)域32a，從而使由中間層分割區(qū)域32a上的超導層33a限定的兩個或多個區(qū)域形成螺旋形狀。
接下來，參考圖11，將描述用于制造實施例3的修改例子的超導線圈的方法。圖11是示出該修改例子的超導線圈的制造方法的流程圖。
除了實施例2的帶狀超導線是用于制造以外，實施例3的修改例子的超導線圈的制造方法的結(jié)構(gòu)基本上與根據(jù)本發(fā)明實施例3的超導線圈40的制造方法的類似，并且這是與圖8中所示的超導線圈40的制造方法不同的一點。
首先，通過實施例2的帶狀超導線30的制造方法執(zhí)行制造帶狀超導線30的步驟。具體地，如圖11所示，執(zhí)行制備帶基板31的步驟(S10)。接下來，執(zhí)行在帶基板31上形成中間薄層32的步驟(S20)。接下來，執(zhí)行機械加工步驟(S50)，以致于在從一個端部延伸到另一個端部的中間薄層32中，至少一個中間層分割區(qū)域32a被形成為從一個端部延伸到另一個端部。接著，執(zhí)行在中間薄層32上形成超導層33的步驟(S30)。該步驟(S10、S20、S50和S30)與實施例2中的制造方法的步驟(S10、S20、S50和S30)類似，因此不重復該說明。
接下來，執(zhí)行纏繞帶狀超導線30的步驟(S60)。因為步驟(S60)與實施例3的制造方法的步驟(S60)類似，所以不重復該說明。
纏繞件41至43通過執(zhí)行步驟(S10、S20、S50、S30和S60)而形成，然后裝配在一起，從而可以制造實施例3的修改例子的超導線圈。
如已經(jīng)做出的描述，根據(jù)作為實施例3的修改例子的超導裝置的一個例子的超導線圈，使用了實施例2的帶狀超導線30。因此，得到超導線圈，其包括具有中間層分割區(qū)域32a的中間薄層32。
如上所述，作為實施例3的修改例子的超導裝置的一個例子的超導線圈的制造方法，具有通過實施例3的帶狀超導線30的制造方法制造帶狀超導線30的步驟(S10、S20、S50和S30)，以及纏繞由制造步驟(S10、S20、S50和S30)形成的帶狀超導線30的步驟(S60)。因此，可以容易地制造超導線圈，其包括具有中間層分割區(qū)域32a的中間薄層32。
(實施例4)
本發(fā)明的實施例4是作為超導裝置的一個例子的超導線圈。除了制造方法之外，根據(jù)本發(fā)明實施例4的超導線圈的結(jié)構(gòu)基本上與圖7中所示的實施例3的超導線圈40的類似。因此，對于實施例4的超導線圈，不重復該說明。
接下來，參考圖12和圖13，將描述根據(jù)本發(fā)明實施例4的用于制造超導線圈的方法。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明實施例4的超導線圈的制造方法的流程圖。圖13是示出實施例4的機械加工步驟的示意性透視圖。
首先，執(zhí)行制備帶基板的步驟(S10)。接下來，執(zhí)行在帶基板上形成中間薄層的步驟(S20)。接著，執(zhí)行在中間薄層32上形成超導層33的步驟(S30)。因為步驟(S10至S30)與實施例1的制造方法的步驟(S10至S30)類似，因此不重復該說明。
接下來，執(zhí)行纏繞帶狀超導線的步驟(S60)。因為步驟(S60)與實施例3的制造方法的步驟(S60)類似，所以不重復該說明。
接下來，在纏繞的帶狀超導線的超導層中，執(zhí)行機械加工步驟(S40)以致于至少一個分割區(qū)域被形成為從位于末端的一個端部延伸到位于另一個末端的另一個端部，由此超導層被分成從一個端部延伸到另一個端部的至少兩個區(qū)域。執(zhí)行此步驟(S40)以使得分割區(qū)域可以變成在超導層的臨界溫度處沒有達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
在實施例4的步驟(S40)中，例如，將由步驟(S60)形成的纏繞件的兩個末端進行固定。為了固定，可以使用固定元件。通過使用該固定元件，可以容易地保持超導線圈的形狀。具體地，只要在纏繞件中可以形成分割區(qū)域，則步驟(S20)不特定限于上面描述的那些。例如，只要纏繞的帶狀超導線保持在纏繞狀態(tài)，就可以形成分割區(qū)域。
接著，例如，如圖13所示，通過由激光束照射帶狀超導線的超導層53而形成分割區(qū)域53a。具體地，纏繞件的超導層53由激光束螺旋形地照射，從而形成分割區(qū)域53a。在實施例4中，并行形成四個分割區(qū)域53a。因此，可以形成具有圓柱形狀的纏繞件，其中由分割區(qū)域53a限定的五個超導層52b區(qū)域中的每一個都形成螺旋形狀。
通過上述步驟(S10、S20、S30、S60和S40)以及通過將纏繞件組合在一起而制造纏繞件，從而可以產(chǎn)生實施例4的超導線圈。
因為實施例4的超導線圈的功能與實施例3的超導線圈的功能相類似，所以不重復該說明。
如上所述，作為實施例4的超導裝置的一個例子，超導線圈的制造方法包括，制備帶基板的步驟(S10)，在帶基板上形成中間薄層的步驟(S20)，在中間薄層32上形成超導層33的步驟(S30)，纏繞帶狀超導線的步驟(S60)，以及機械加工步驟(S40)，其中在纏繞的帶狀超導線的超導層53中，一個或多個分割區(qū)域53a形成為從位于一個末端的一個端部延伸到位于另一個末端的另一個端部，由此超導層53被分成從一個端部延伸到另一個端部的兩個或多個區(qū)域，而該機械加工步驟(S40)還包括如下步驟即，對將被形成為超導層53的分割區(qū)域53a的部分進行處理，以使得當不同于分割區(qū)域的超導層53b達到超導狀態(tài)時不會達到超導狀態(tài)。因此，在帶狀超導線形成為纏繞件之后，可以執(zhí)行機械加工步驟(S40)。這樣，超導線圈可以利用帶狀超導線容易地制造，由于形成了分割區(qū)域53a，該帶狀超導線具有與聚集如下數(shù)量的帶狀超導線所獲得的效果類似的效果，其中該數(shù)量與構(gòu)成不同于分割區(qū)域53a的超導層53b的區(qū)域的數(shù)量相同。因此，可以工業(yè)生產(chǎn)超導線圈。
(實施例5)本發(fā)明的實施例5是作為超導裝置的一個例子的超導線圈。根據(jù)本發(fā)明實施例5的超導線圈的結(jié)構(gòu)基本上與圖7中所示的實施例3的超導線圈的類似，除了中間薄層形成在該超導線圈中以及其制造方法與實施例3不同之外。
實施例5的超導線圈具有帶基板，中間薄層，以及超導層。在帶基板上，中間薄層被形成為從一個端部延伸到另一個端部，并且包括至少一個從一個端部延伸到另一個端部的中間層分割區(qū)域。超導層形成在中間薄層上。纏繞件通過纏繞帶狀超導線而形成，該帶狀超導線包括帶基板，具有中間層分割區(qū)域的中間薄層，以及超導層。在中間層分割區(qū)域上的超導層區(qū)域是在超導層的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
這樣，具有圓柱形狀的纏繞件通過纏繞帶狀超導線構(gòu)造，該帶狀超導線包括帶基板、超導層和中間薄層，在該中間薄層中，中間層分割區(qū)域形成為由其限定的至少兩個區(qū)域的每一個形成螺旋形狀。
接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明實施例5的超導線圈的制造方法。圖14是示出根據(jù)本發(fā)明實施例5的超導線圈的制造方法的流程圖。
如圖14所示，首先執(zhí)行制備帶基板的步驟(S10)。接下來，執(zhí)行在帶基板上形成中間薄層的步驟(S20)。因為步驟(S10，S20)與實施例2的制造方法的步驟(S10，S20)類似，所以不重復該說明。
接下來，執(zhí)行纏繞帶狀件的步驟(S70)。在此步驟(S70)中，包括帶基板和中間薄層的帶狀件以螺旋形式纏繞，以致于形成為圓柱形狀。
接下來，在纏繞的帶狀件的中間薄層中，執(zhí)行形成至少一個從位于一端的一個端部延伸到位于另一端的另一個端部的中間層分割區(qū)域的機械加工步驟(S50)，以致于中間薄層可以具有至少兩個從一個端部延伸到另一個端部的區(qū)域。在基本上與實施例4的步驟(S50)類似的此步驟(S50)中，中間層分割區(qū)域形成在已經(jīng)形成為纏繞件的帶狀件的中間薄層中。具體地，如在實施例4的步驟(S40)的情況下，纏繞件的兩端固定，并且中間層分割區(qū)域通過激光束的照射形成在中間薄層中。
接著，執(zhí)行在中間薄層上形成超導層的步驟(S30)。在此步驟(S30)中，可以使用與實施例2的制造方法的步驟(S30)類似的方法。然后，通過結(jié)合包括多個這樣形成的超導層的纏繞件而制造了超導線圈。
通過執(zhí)行上述步驟(S10，S20，S70，S50和S30)，可以制造實施例5的超導線圈。
因為實施例5的超導線圈的功能與實施例3的超導線圈40的類似，所以不重復該說明。
如上所述，作為實施例5的超導裝置的一個例子，超導線圈的制造方法包括，制備帶基板11的步驟(S10)，在帶基板上形成中間薄層的步驟(S20)，纏繞帶狀件的步驟(S70)，機械加工步驟(S50)，其中在纏繞的帶狀件的中間薄層中，至少一個中間層分割區(qū)域被形成為從位于一個末端的一個端部延伸到位于另一個末端的另一個端部，從而使得中間薄層可以分成從一個端部延伸到另一個端部的至少兩個區(qū)域，以及在中間薄層上形成超導層的步驟(S30)，而在中間層分割區(qū)域上的超導層區(qū)域是在超導層的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。因此，在帶基板形成為纏繞件之后，可以執(zhí)行機械加工步驟(S50)。因此，可以容易地制造包括帶狀超導線的超導線圈，由于形成這樣的中間層分割區(qū)域，該帶狀超導線具有與聚集如下數(shù)量的帶狀超導線所獲得的效果類似的效果，其中該數(shù)量與不同于中間層分割區(qū)域的超導層區(qū)域的數(shù)量相同。因此，可以實現(xiàn)超導線圈的大規(guī)模生產(chǎn)。
(實施例6)圖15A是示出實施例6的超導線圈的示意性頂視圖，以及圖15B是示出實施例6的超導線圈的示意性正視圖。參考圖15A和15B，將描述根據(jù)本發(fā)明實施例6的超導裝置。根據(jù)本發(fā)明實施例6的超導裝置是一種超導線圈。實施例6的超導線圈60是通過利用實施例1的帶狀超導線10形成的纏繞件。
具體地，如圖15A和圖15B所示，超導線圈60包括帶基板11，中間薄層12，以及超導層13。超導層13包括并行形成的四個分割區(qū)域12a，從而將該超導層13分為五個超導層區(qū)域13b。
這樣，纏繞件以這樣的方式形成，即帶狀超導線10包括帶基板11和具有分割區(qū)域13a的超導層13，該利用帶狀超導線10的寬度方向上的一側(cè)的軸、圍繞通過纏繞而在中間產(chǎn)生的空腔來將帶狀超導線10纏繞成圓柱形。在圖15A和15B中，超導線圈由一個纏繞件形成。
接下來，將描述實施例6的用于制造超導線圈的方法。超導線圈的制造方法包括實施例1的制造帶狀超導線10的步驟(S10至S40)，和實施例3的纏繞帶狀超導線的步驟(S60)。
具體地，首先，執(zhí)行實施例1的制造帶狀超導線10的步驟(S10至S40)。
接下來，執(zhí)行纏繞步驟(S60)。在此步驟(S60)中，具有形成在其中的分割區(qū)域13a的帶狀超導線10纏繞成圓柱形狀，以致于由分割區(qū)域13a限定的至少兩個區(qū)域的每一個都形成螺旋形狀。在實施例6中，帶狀超導線10以如下方式纏繞成圓柱形狀，即，通過螺旋形纏繞帶狀超導線10致使每個分割區(qū)域13a都形成螺旋形狀。
通過執(zhí)行步驟(S10，S20，S30，S40和S60)，可以制造實施例6的超導線圈。
實施例6的超導線圈的功能與實施例3的超導線圈40的功能類似，所以不重復該說明。
如上所述，根據(jù)作為實施例6的超導裝置的一個例子的超導線圈的制造方法，在纏繞步驟(S60)中使用螺旋式卷繞法。因此，可以容易地制造具有期望形狀的線圈。
此外，在作為實施例6的超導裝置的一個例子的超導線圈的情況，因為該結(jié)構(gòu)為可以通過回旋地對纏繞件進行纏繞而形成線圈，因此線圈可以形成為要求的形狀。
在上述的實施例3至6中，超導線圈被描述為超導裝置的例子；然而，超導裝置不限于線圈。例如，超導裝置也可以描述為超導電纜或功率存儲系統(tǒng)。并且，以舉例的方式描述的纏繞件和超導線圈的截面是環(huán)形。然而，該橫截面形狀不限于環(huán)形，以及例如也可以描述為其他形狀(例如包括三角形和四邊形的多邊形，或包含曲線部分和直線部分組合的形狀)。
例子1為了確定根據(jù)本發(fā)明的用于制造超導裝置的方法的效果，在例子1以及下述的比較例子1和2中，在表格1的頂行中示出的超導線圈利用在表格1的底行中示出的帶狀超導線形成。例子1以及比較例子1和2的超導線圈形成為用作1GHz頻率的NMR線圈。
(在例子1中超導線圈的形成)在例子1中，根據(jù)在實施例1中描述的制造方法形成超導線圈。具體地，首先，執(zhí)行制備帶基板的步驟(S10)?；贜i合金的織構(gòu)帶的Ni-W(鎢)織構(gòu)金屬帶被用作帶基板。接下來，執(zhí)行在帶基板上形成中間薄層的步驟(S20)。在此步驟(S20)中，三層中問層(CeO/YSZ/CeO2)以如下方式形成為中間薄層，即CeO2層通過RF濺射法形成在帶基板上而YSZ層通過PLD法形成在其上。接下來，執(zhí)行在中間薄層上形成超導層的步驟(S30)。在此步驟(S30)中，形成了超導層，從而具有接近1.0μm厚度的HoBCO膜通過PLD法外延地生長在中間薄層上。
在此帶狀超導線中，當膜厚為1μm時假定Jc(臨界電流密度)為1MA/cm2(77K，0T)時，滿足Ic(77K，0T)＝100A，并且在溫度是4.2K和磁通量密度是25T的磁場條件下符合Ic(4.2K，25T)＝1000A，其中該磁場條件是在1GHz頻率處的NMR線圈的條件。
通過在超導層上形成具有5μm厚度的銀膜和具有20μm厚度的鍍銅而制造的帶狀超導線具有大的寬度尺寸，具有0.1mm的厚度和5cm的寬度。
在此步驟(S40)中，通過YAG激光器的連續(xù)照射，在超導層的縱向上并行形成四個分割區(qū)域，以致于將超導層分為其每個都具有1cm寬度的五個區(qū)域。
接著，執(zhí)行纏繞步驟(S60)。在此步驟(S60)中，帶狀超導線纏繞成圓柱形狀，以致于由分割區(qū)域限定的四個區(qū)域的每一個都形成螺旋形狀。當20層相互層疊并且連接時，獲得1GHz頻率的NMR線圈。因此，形成例子1的超導線圈。
(在比較例子1中超導線圈的形成)在比較例子1中，利用具有2.0mm直徑的Bi-2212圓導線形成了包括14層的超導線圈。在這種情況下，Bi-2212表示基于Bi-Sr-Ca-Cu-O的超導氧化物，其中包含鉍、鉛、鍶、鈣、銅和氧，并且其中(鉍+鉛)、鍶、鈣和銅的原子比(除了氧)分別表示為大約2、2、1和2(在一些情況中Bi-2212由(Bi，Pb)2212)表示)。更具體地，包含由化學式(BiPb)2Sr2Ca1Cu2O8+z表示的化合物。在該化學式中，z表示氧含量，并且眾所周知臨界溫度(Tc)和臨界電流(Ic)的改變?nèi)Q于z的改變。
(在比較例子2中超導線圈的形成)在比較例子2中，除了使用具有1cm寬度的帶狀超導線之外，執(zhí)行與例子1的制造方法的步驟(S10至S30)類似的步驟。
接下來，不執(zhí)行機械加工步驟(S40)，執(zhí)行纏繞步驟(S60)。因此，在比較例子2中形成包括20層的超導線圈。
表格1

(評估結(jié)果)如表格1中所示，例子1的超導線圈可以由具有10m/層的小單元長度的帶狀超導線組成。當在機械加工步驟(S20)中160A的電流施加在形成在超導層中的具有1cm寬度的每個分隔區(qū)域時，在所有的五個區(qū)域中通過的電流達到800A。
此外，超導層需要的規(guī)格降低，因此例子1的超導線圈的生產(chǎn)成本可以減小。
除了在分別由五個電源將電流并聯(lián)施加到每個具有1cm寬度的五個分隔區(qū)域的情況之外，通過利用一個電源串聯(lián)連接地執(zhí)行串聯(lián)電流施加。因此，經(jīng)過驗證在兩種情況下通過的電流都是800A。
另一方面，在比較例子1的超導線圈的情況下，因為線圈是利用圓形的基于Bi的導線形成的，所以必須使用具有1600m單位長度的非常長的導線。
在比較例子2的情況下，雖然因為該導線由具有1cm寬度的帶狀HoBCO膜構(gòu)成，所需導線的長度與比較例子1相比小，但也需要具有500m單位長度的長導線。
例子2(在例子2中超導線圈的形成)在例子2中，根據(jù)在實施例2中描述的制造方法形成超導線圈。具體地，對于例子2的超導線圈，執(zhí)行制備帶基板的步驟(S10)和在帶基板上形成中間薄層的步驟(S20)。在步驟(S10和S20)中使用的帶基板和中間薄層與在例子1中描述的類似。
接下來，執(zhí)行機械加工步驟(S50)，其中在從一個端部延伸到另一個端部的中間薄層中，將形成從一個端部延伸到另一個端部的至少一個中間層分割區(qū)域。在此步驟(S50)中，中間薄層由YAG激光器照射，從而形成中間層分割區(qū)域。
接下來，執(zhí)行形成超導層的步驟(S30)。在此步驟(S50)中，中間薄層由YAG器照射，從而形成中間層分割區(qū)域。
接下來，執(zhí)行纏繞帶狀超導線的步驟(S60)。因此，形成如在下面的表格2的例子2中所示的具有一個層的超導線圈。
(在例子3中超導線圈的形成)對于例子3的超導線圈，如下面的表格2中所示的具有一個層的超導線圈是利用例子1的帶狀超導線而形成的。
表格2

(評估結(jié)果)在用于例子2的超導線圈的帶狀超導線中，通過YAG激光器照射產(chǎn)生了在中間層分割區(qū)域中的結(jié)晶度無序的狀態(tài)。因此，導致中間層分割區(qū)域上的超導層具有非晶狀態(tài)或不充足的面內(nèi)結(jié)晶度，因此沒有獲得超導狀態(tài)。因此，當電流施加到例子2的超導線圈時，雖然不同于中間薄層中的中間層分割區(qū)域的部分上的超導層達到超導狀態(tài)，但是中間薄層的中間層分割區(qū)域的部分上的超導層沒有達到超導狀態(tài)。
如表格2所示，在例子2(其中使用了在實施例2中形成的帶狀超導線)中形成的超導線圈的性能與在例子3(其中使用了在實施例1中形成的帶狀超導線)中形成的超導線圈的性能相當。因此，確定了根據(jù)本發(fā)明實施例2的超導線圈及其制造方法的效果。
這樣公開的實施例和例子都是以舉例的方式進行的描述，應該理解本發(fā)明不限制于此。因此，與上述的實施例無關(guān)，本發(fā)明包括在所附權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)的任何不同的變形。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明的用于制造帶狀超導線的方法，形成至少一個分割區(qū)域或中間層分割區(qū)域。因此，可以容易地制造具有相對小的長度的寬帶狀超導線，以致于該帶狀超導線具有與長的導線類似的效果。此外，由于這樣的寬的帶狀超導線具有與長導線基本上相同的效果的，所以可以以合理的成本制造如下的超導裝置，其具有與利用長導線的超導裝置基本相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種用于制造帶狀超導線的方法，包括制備帶基板的步驟；在帶基板上形成中間薄層的步驟；在中間薄層上形成從一個端部延伸到另一個端部的超導層的步驟；在超導層中形成從一個端部延伸到另一個端部的至少一個分割區(qū)域的機械加工步驟，其中所述至少一個分割區(qū)域是在超導層的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
2.一種用于制造帶狀超導線的方法，包括制備帶基板的步驟；在帶基板上形成從一個端部延伸到另一個端部的中間薄層的步驟；在中間薄層中形成從一個端部延伸到另一個端部的至少一個中間層分割區(qū)域的機械加工步驟；以及在中間薄層上形成超導層的步驟，其中在所述至少一個中間層分割區(qū)域上的超導層區(qū)域是在超導層的臨界溫度處沒有達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
3.一種帶狀超導線，包括帶基板；在帶基板上形成的中間薄層；以及在中間薄層上形成的從一個端部延伸到另一個端部的超導層，該超導層包括從該一個端部延伸到該另一個端部的至少一個分割區(qū)域，其中所述至少一個分割區(qū)域是在超導層的臨界溫度處沒有達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
4.一種帶狀超導線，包括帶基板；在帶基板上形成的從一個端部延伸到另一個端部的中間薄層，并且該中間薄層包括從該一個端部延伸到該另一個端部的至少一個中間層分割區(qū)域；以及形成在中間薄層上的超導層，其中在所述至少一個中間層分割區(qū)域上的超導層區(qū)域是在超導層的臨界溫度處沒有達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
5.一種包括根據(jù)權(quán)利要求3或4的帶狀超導線的超導裝置。
全文摘要
提供一種具有與長導線類似的效果的帶狀超導線，一種用于制造這樣的帶狀超導線的方法，以及一種利用這樣的超導線的超導裝置。該方法包括制備帶基板的步驟；在帶基板上形成中間薄層12的步驟；在中間薄層上形成從一個端部延伸到另一個端部的超導層的步驟；以及在超導層中形成從一個端部延伸到另一個端部的至少一個分割區(qū)域的機械加工步驟，其中所述至少一個分割區(qū)域是在超導層的臨界溫度處不會達到超導狀態(tài)的區(qū)域。
文檔編號H01B12/06GK101069248SQ20068000133
公開日2007年11月7日 申請日期2006年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日
發(fā)明者大松一也 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社