超导复合带及其制造方法.pdf

本发明提供了一种超导复合带及其制造方法：将位于衬底(2)上的超导材料构成的层(5)的带(1)蚀刻，例如通过激光设备蚀刻，以在超导材料层(5)中获得多条凹槽(14)并限定多条超导细丝(11)的边界，这些细丝相互基本平行且平行于所述带的纵轴(A)，并相互间隔开。

1.  一种超导复合带(1)，包括衬底(2)和由超导材料构成的层(5)，其特征在于，所述超导材料层(5)包括多条超导细丝(11)，所述细丝相互基本平行并平行于所述带的纵轴A，且相互间隔开。

2.  根据权利要求1所述的超导复合带，其特征在于，所述的超导细丝(11)被凹槽(14)彼此隔开，所述的凹槽(14)穿过所述超导材料层(5)并贯穿所述超导材料层(5)的全部厚度。

3.  根据权利要求2所述的超导复合带，其特征在于，所述凹槽(14)被用于连接相邻细丝(11)的横向桥(17)隔开。

4.  根据权利要求2或3所述的超导复合带，其特征在于，所述的凹槽(14)延伸的深度直到衬底(2)。

5.  根据权利要求2至4中任一项所述的超导复合带，其特征在于，所述的超导复合带包括至少一个介入所述衬底(2)和所述超导材料层(5)之间的缓冲层(4)，所述凹槽(14)贯穿所述超导材料层(5)并穿过所述缓冲层(4)到达所述衬底(2)。

6.  根据权利要求2至5中任一项所述的超导复合带，其特征在于，它包括由涂层材料构成的涂层(30)，所述的超导细丝(11)被嵌入到涂层(30)内。

7.  根据权利要求6所述的超导复合带，其特征在于，所述的涂层材料为金属材料。

8.  根据权利要求6或7所述的超导复合带，其特征在于，所述的涂层(30)填充凹槽(14)并涂覆超导细丝(11)。

9.  根据前述任一权利要求所述的超导复合带，其特征在于，每条超导细丝(11)由一对带有阻隔层(25)的侧壁(15)限定边界。

10.  根据权利要求9所述的超导复合带，其特征在于，所述的阻隔层(25)由所述侧壁(15)的各自的部分(26)限定，其中，超导材料具有随超导材料层(5)的主体而改变的结构。

11.  根据前述任一权利要求所述的超导复合带，其特征在于，所述超导复合带围绕轴(A)自身缠绕形成线(33)，其中所述超导细丝(11)基本与所述轴(A)平行。

12.  根据前述任一权利要求所述的超导复合带，其特征在于，所述超导复合带自身沿所述轴(A)自身缠绕以形成类似于卷的线(33)，其中的所述超导细丝(11)相互基本缠绕成螺旋形。

13.  根据前述任一权利要求所述的超导复合带，其特征在于，所述的超导细丝(11)由超导材料构成的横向桥(17)相互连接起来。

14.  一种超导复合带的制造方法，包括提供超导复合带(1)的步骤，所述的超导复合具有位于衬底(2)上的超导材料层(5)，其特征在于：包括在超导材料层(5)中形成多条超导细丝(11)的步骤，这些细丝相互基本平行且平行于所述带的纵轴(A)，并相互间隔开。

15.  根据权利要求14所述的方法，其特征在于包括蚀刻的步骤，在该步骤中贯穿超导材料层(5)及所述超导材料层(5)的整个厚度刻出多条凹槽(14)以限定超导细丝(11)的边界。

16.  根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述蚀刻的步骤中，将所述凹槽(14)刻成不连续的延续段，并由连接相邻细丝的横向桥(17)将其隔断。

17.  根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在所述蚀刻的步骤中，将所述超导复合带(1)刻蚀至衬底(2)。

18.  根据权利要求15至17任一项所述的方法，其特征在于，所述超导复合带(1)包括至少一个设置在所述衬底(2)和所述超导材料层(5)之间的缓冲层(4)，且所述的蚀刻步骤贯穿超导材料层(5)进行并贯穿缓冲层(4)到达衬底(2)。

19.  根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于所述方法还包括涂覆步骤，在该步骤中，将所述超导细丝(11)嵌入形成所述带(1)的涂层(30)的涂层材料中。

20.  根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述涂层材料为金属材料。

21.  根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在所述涂覆步骤中，所述涂层材料填充所述凹槽(14)并涂覆所述超导细丝(11)。

22.  根据权利要求15至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述还包括为超导细丝(11)的侧壁(15)提供阻隔层(25)的步骤。

23.  根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，通过改变所述侧壁(15)的超导材料的结构，在所述蚀刻步骤中形成所述阻隔层(25)。

24.  根据权利要求15至23中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括所述带(1)围绕所述轴(A)自身缠绕形成线(33)的步骤，其中，所述超导细丝(11)大致平行于所述轴(A)。

25.  根据权利要求15至24中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括所述带(1)沿所述轴(A)自身弯曲缠绕以形成类似于卷的线(33)的步骤，具中所述超导细丝(11)相互基本上缠绕成螺旋形。

26.  根据权利要求15至25中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过超导材料构成的横向桥(17)将超导细丝(11)相互连接起来的步骤。

超导复合带及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种超导复合带及其制造方法。
背景技术
超导复合带(通常称为“涂层导体”)具有重要的工业价值。概括地说，超导复合带由柔性金属衬底、一个或多个中间隔层或缓冲层以及一个由超导材料如RE-Ba2Cu3O7-d(REBCO)或YBa₂Cu₃O_7-d(YBCO)构成的层共同组成。
然而，目前可得到的超导复合带在电学性能和热稳定性方面不是完全令人满意，且在随时间变化的电场和/或磁场中表现出相对较高的能量耗散。这些缺点对于能源领域中的应用尤其重要。
发明内容
因而，本发明的目的之一是提供一种超导复合带及相应的制造方法，所述方法能克服上述已知技术中的缺点。
本发明的一个特殊目的是提供一种具有良好的电学性能和热稳定性的超导复合带，该材料带在随时间变化的电场和/或磁场中能量耗散很低。
本发明的另一目的是提供一种以相对简单、快速且经济的方式获得所述超导复合带的方法。
根据所述目的，本发明涉及了一种如所附权利要求1和权利要求14中分别定义的超导复合带及其制造方法。
因此本发明提供了一种超导复合带，其中，由超导材料制成的层被分割成互相隔开的细超导丝。将超导材料分割为细丝可同时获得好的电学性能和热稳定性，且可降低其在随时间变化的电场和/或磁场中的能量耗散。
因而，本发明的多丝结构的超导复合带适合于能源领域中特别有利的应用。

附图简述
参照附图，本发明更多的特性和优点将从对下面的实施方案中的非限制性实例的说明中清晰地呈现出来，其中：
图1给出了本发明超导复合带制造方法步骤的示意图；
图2和3为本发明制造方法的两个后续步骤中超导复合带的示意横剖面图；和
图4示出了本发明制造的超导复合带的优选实施方案；
最佳实施方案
图1中，1表示超导复合带，包括衬底2，特别是带状柔性金属衬底(例如，Ni、Cu等的合金)，在其表面3上至少沉积了一层例如由金属氧化物构成的中间缓冲层4，以及由如REBCO或YBCO超导材料构成的层5。
衬底2上具有通过已知的沉积技术沉积的缓冲层4和层5。
本发明的制备方法设计了层5中多个超导细丝11的形成，这些超导细丝相互基本平行并平行于带的纵向轴A，且横向上互相隔开一定距离。
详细来说，超导细丝11在蚀刻步骤中形成，如图1中所示。带1被连续沿着平行于轴A的前进方向D供给到微蚀刻装置12，例如安置在层5外表面限定的带1表面13上的激光蚀刻装置。装置12贯穿层5的厚度并在层5中刻出多条凹槽14以限定超导细丝11的边界。每条超导细丝11均带有一对侧壁15。
凹槽14可以是连续的，例如，完全延伸贯穿带1的长度，或由间断的延续段16构成，使得每条凹槽14被一系列横向桥17隔断(为简单起见在图1中仅显示了其中一个)，所述的横向桥由超导材料构成用于连接相邻的超导细丝11。横向桥17的存在对电学稳定性方面具有积极作用，且降低了超导细丝11的耦合引起的泄漏。
在任何情况下，如图2中所详细显示的那样，蚀刻带1一直到衬底2，即直到表面3暴露出来。凹槽14贯穿层5和缓冲层4而形成，且可能稍稍穿透进入表面3下的衬底2中。
在图1示出的例子中，装置12包括工作在可见光和/或紫外光波段的激光光源20和光学组件21，该光学组件截断光源20发射的光束23并通过如适当定向的板22将其分离成多条大致与面13垂直的多束平行的光束24，每条光束蚀刻一条凹槽14，去除与其相互作用的材料。
光束23、24的直径、功率、持续时间和波长经选择以便获得所需尺寸的凹槽14。例如，凹槽宽度约为10-50μm，深度为0.1-3μm(以及任意可暴露衬底2的情况)。
如果制备横向桥17，它们可被方便地获得，在带1地前进过程中以预先设定的间隔截断凹槽的蚀刻。
可以理解，凹槽14可使用任何除激光蚀刻外的其它已知类型的微加工设备进行工艺蚀刻。
有利地，本发明的制备方法同样包括为超导细丝11的侧壁15提供阻隔层25的步骤。
在所述的情况下，阻隔层25由一小层厚度的侧壁15的两个单独部分26限定。部分26沿着超导细丝11并在每条超导细丝11内延伸。在每个部分26中，超导材料具有随层5(例如超导细丝11的层5)的主体发生改变的结构，因此限定了阻隔层25。
在这种情况下，阻隔层25优选在蚀刻的步骤中通过改变侧壁15的超导材料的结构获得。通常，选择光束23的特性和蚀刻步骤的工艺参数以防止环绕光束24产生刻痕的区域过度加热，从而防止层5、缓冲层4和衬底2的材料过多地退化。然而，在侧壁15的非常接近和限制在部分26中的区域内，所述材料特别是超导材料的有限热退化产生了阻隔层25所需的结构。
由于阻隔层25的存在，超导细丝11之间保持了电磁隔离。
根据如图3所示的优选实施方案，本发明的方法包括涂覆步骤，在该步骤中，将超导细丝11嵌入到涂层材料、特别是在电学方面和热学方面均具有高传导性的金属材料(如铜、银、金等)中，并在带1上形成厚度为数微米的涂层30。
在涂覆步骤中，涂覆材料被引入凹槽14并完全填充凹槽14，且沉积在面13上以涂覆超导细丝11。
将每条单独的超导细丝11嵌入到金属基体31中，其三面环绕着涂覆材料，涂覆材料则与下面的金属衬底2直接接触。
以这种方式，获得了一种非常稳定的结构。
根据图4中示意显示的优选实施方案的设计将带1传送到一卷绕的步骤，该带1具有限定超导细丝11边界的凹槽14并可能具有涂层30(图4中由虚线表示)，在所述步骤中，带1围绕轴A上自身横向缠绕以形成具有多细丝结构的超导线33，线中的超导细丝11相互基本平行且平行与轴A。
或者，将带1沿轴A自身缠绕的步骤设计形成类似卷的线33，该线中的超导细丝11相互缠绕成螺旋形。
优选地，带1首先围绕轴A自身缠绕以形成带有平行超导细丝11的线33，随后线33依次围绕自身缠绕形成沿着轴A的卷。依照这种方法获得了降低泄漏的有利效果。