ОКСИДНЫЙ СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ПРОВОД И СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ КАТУШКА
OXIDE SUPERCONDUCTING WIRE AND SUPERCONDUCTING COIL

Область техники
Настоящее изобретение относится к оксидному сверхпроводящему проводу и сверхпроводящей катушке.
Уровень техники
В сверхпроводящей катушке, сформированной путем намотки сверхпроводящего провода, имеющего оксидный сверхпроводящий слой, наслоенный на подложку, может многократно прикладываться сильное растягивающее усилие в продольном направлении сверхпроводящего провода. Поэтому важно, чтобы сверхпроводящий провод, используемый для сверхпроводящей катушки, обладал стойкостью к многократному растягивающему усилию.
В качестве конфигурации сверхпроводящего провода, вокруг сверхпроводящей слоистой структуры может формироваться стабилизирующий слой медного покрытия.
В Патентном документе 1, чтобы надежно предотвратить набухание и отслаивание полимерного покрытия, раскрыт сверхпроводящий провод, имеющий шероховатость верхней поверхности и нижней поверхности стабилизирующего слоя меди, сформированного на внешней периферии, от 0,3 до 1 мкм, что основано на средней арифметической шероховатости Ra по стандарту JIS B0601: 2013.
В Патентном документе 2, чтобы предотвратить отслаивание сверхпроводящего слоя, когда полимерный материал спекается, чтобы покрыть внешнюю поверхность сверхпроводящей слоистой структуры для формирования изолирующего покрывающего слоя, раскрыт сверхпроводящий провод, в котором внешняя поверхность сверхпроводящей слоистой структуры имеет максимальную высоту Rz 890 нм или менее по стандарту JIS B0601: 2013.
Список цитирования
Патентные документы
Патентный документ 1
Японский патент № 6307987
Патентный документ 2
Международная патентная публикация № 2013129568
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема
Как описано в Патентном документе 2, стабилизирующий слой, образованный медным покрытием, обычно имеет гладкую внешнюю поверхность и небольшую шероховатость поверхности. В Патентном документе 1 описано, что шероховатость поверхности стабилизирующего слоя увеличивается путем регулирования условий меднения. Однако при многократном приложении растягивающего усилия стабилизирующий слой отвердевает, и если стабилизирующий слой слишком шероховатый, сверхпроводящие характеристики могут ухудшиться или по меньшей мере часть сверхпроводящего провода разрушается из-за шероховатости поверхности.
Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеописанных обстоятельств, и целью настоящего изобретения является предложение оксидного сверхпроводящего провода или сверхпроводящей катушки, характеристики которых вряд ли ухудшатся даже при многократном приложении растягивающего усилия.
Решение проблемы
Чтобы решить вышеописанные проблемы, оксидный сверхпроводящий провод согласно первому аспекту настоящего изобретения представляет собой сверхпроводящую слоистую структуру, включающую в себя подложку и оксидный сверхпроводящий слой, и стабилизирующий слой медного покрытия, сформированный вокруг сверхпроводящей слоистой структуры, в которой толщина d стабилизирующего слоя находится в диапазоне от 2 до 100 мкм, а отношение Ra/d среднеарифметической шероховатости Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя к толщине d стабилизирующего слоя находится в диапазоне от 0,005 до 0,05.
В оксидном сверхпроводящем проводе вышеописанного аспекта средняя арифметическая шероховатость Ra внешней поверхности может находиться в диапазоне от 0,1 до 1,0 мкм.
Кроме того, толщина подложки может находиться в диапазоне от 50 до 75 мкм.
Вокруг стабилизирующего слоя может предусматриваться изоляционный слой полимерной ленты.
c
c0
c
c0
Между подложкой и оксидным сверхпроводящим слоем может располагаться промежуточный слой, толщина d стабилизирующего слоя может находиться в диапазоне от 10 до 40 мкм, и когда проводится испытание на растяжение оксидного сверхпроводящего провода в продольном направлении в диапазоне усилий от 180 до 600 МПа в жидком азоте, отношение (I/I) критического тока (I) при многократном растяжении 100 000 раз к начальному критическому току (I), измеренному до испытания на растяжение, составляет 0,99 или более.
Сверхпроводящая катушка согласно второму аспекту настоящего изобретения конфигурируется путем намотки оксидного сверхпроводящего провода, выполненного согласно первому аспекту.
Полезные эффекты изобретения
Согласно вышеописанным аспектам, отношение Ra/d среднеарифметической шероховатости Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя к толщине d стабилизирующего слоя регулируется в соответствующем диапазоне относительно толщины d стабилизирующего слоя медного покрытия. Таким образом, можно предложить оксидный сверхпроводящий провод или сверхпроводящую катушку, характеристики которых не ухудшаются даже при многократном приложении растягивающего усилия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически представлен вид в перспективе поперечного сечения оксидного сверхпроводящего провода.
На фиг. 2 показан вид в перспективе примера сверхпроводящей катушки.
На фиг. 3 представлен вид в перспективе примера оксидного сверхпроводящего провода с изоляционным слоем из полимерной ленты.
Осуществление изобретения
Здесь и далее со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи описываются предпочтительные варианты осуществления изобретения.
На фиг. 1 схематически показан пример структуры оксидного сверхпроводящего провода (далее просто называемого сверхпроводящим проводом 10). Сверхпроводящий провод 10 включает в себя сверхпроводящую слоистую структуру 5, состоящую из подложки 1 и оксидного сверхпроводящего слоя 3, и стабилизирующий слой 6, сформированный вокруг сверхпроводящей слоистой структуры 5. Сверхпроводящая слоистая структура 5 данного варианта осуществления включает в себя промежуточный слой 2 между подложкой 1 и оксидным сверхпроводящим слоем 3, и защитный слой 4 на оксидном сверхпроводящем слое 3 на противоположной стороне подложки 1. То есть, промежуточный слой 2, оксидный сверхпроводящий слой 3 и защитный слой 4 наслоены в таком порядке на одной основной поверхности 1a лентообразной подложки 1.
Подложка 1 имеет форму ленты и включает в себя основные поверхности 1a и 1b с обеих сторон в направлении толщины, соответственно. Подложка 1 изготовлена, например, из металла. Конкретные примеры металла, образующего подложку 1, включают в себя никелевые сплавы, типичные для Hastelloy (зарегистрированный товарный знак), нержавеющую сталь и ориентированные сплавы NiW, в которых текстура внедрена в никелевый сплав. Толщина подложки 1 может быть соответствующим образом отрегулирована в зависимости от цели и находится, например, в диапазоне от 10 до 500 мкм. Для того чтобы сделать сверхпроводящий провод 10 тонким, толщина подложки 1 предпочтительно находится в диапазоне от 50 до 75 мкм. Если подложка 1 слишком толстая, плотность тока на единицу площади поперечного сечения сверхпроводящего провода 10 уменьшается. Если подложка 1 слишком тонкая, прочность сверхпроводящего провода 10 уменьшается при приложении внешней силы, например, электромагнитной силы. В подложке 1 поверхность, на которой сформирован промежуточный слой 2, называется первой основной поверхностью 1a, а поверхность, противоположная первой основной поверхности 1a, называется второй основной поверхностью 1b.
С точки зрения управления ориентацией оксидного сверхпроводящего слоя 3, предпочтительно обеспечить промежуточный слой 2 на первой основной поверхности 1a подложки 1 и сформировать оксидный сверхпроводящий слой 3 на основной поверхности 2a промежуточного слоя 2. Основная поверхность 2a промежуточного слоя 2 представляет собой поверхность, противоположную стороне подложки 1. Промежуточный слой 2 может иметь многослойную структуру и может иметь слой предотвращения диффузии, подстилающий слой, ориентирующий слой, покрывающий слой и тому подобное в порядке, например, от стороны подложки 1 до стороны оксидного сверхпроводящего слоя 3. Эти слои не всегда располагаются один за другим, и некоторые слои могут быть опущены, или два или более слоев одного типа могут наноситься многократно. Когда первая основная поверхность 1a подложки 1 имеет ориентацию, промежуточный слой 2 может не формироваться.
3
4
2
3
2
2
7
Слой предотвращения диффузии имеет функцию подавления диффузии части компонентов подложки 1 в оксидный сверхпроводящий слой 3 в качестве примесей. Примеры материала слоя предотвращения диффузии включают в себя SiN, AlO, GZO (GdZrO) и тому подобное. Толщина слоя предотвращения диффузии составляет, например, от 10 до 400 нм.
2
3
2
3
2
2
3
2
3
2
3
2
3
Подстилающий слой используется для уменьшения реакции на границе раздела между подложкой 1 и оксидным сверхпроводящим слоем 3 для улучшения ориентации слоя, формируемого на подстилающем слое. Примеры материала подстилающего слоя включают в себя YO, ErO, CeO, DyO, EuO, HoO, LaO и тому подобное. Толщина подстилающего слоя составляет, например, от 10 до 100 нм.
2
2
7
2
2
3
3
2
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
Ориентирующий слой формируется из двуосно ориентируемого вещества для управления ориентацией кристаллов покрывающего слоя, формируемого на нем. Примеры материала ориентирующего слоя включают в себя оксиды металлов, такие как GdZrO, MgO, ZrO-YO(YSZ), SrTiO, CeO, YO, AlO, GdO, ZrO, HoO, NdO и тому подобное. Ориентирующий слой предпочтительно формируется методом осаждения с помощью ионного луча (IBAD).
2
2
3
2
3
2
3
2
2
3
2
3
3
Покрывающий слой формируется на поверхности вышеописанного ориентирующего слоя из материала, в котором кристаллические зерна могут быть ориентированы в плоскостном направлении. Примеры материала покрывающего слоя включают в себя CeO, YO, AlO, GdO, ZrO, YSZ, HoO, NdO, LaMnO и тому подобное. Толщина покрывающего слоя составляет, например, от 50 до 5000 нм.
2
3
x
Оксидный сверхпроводящий слой 3 состоит из оксидного сверхпроводника. Оксидный сверхпроводник особо не ограничивается, и его примеры включают в себя оксидный сверхпроводник на основе RE-Ba-Cu-O, представленный общей формулой REBaCuO (RE123). Примеры редкоземельного элемента RE включают в себя одно или более из Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu. Толщина оксидного сверхпроводящего слоя 3 составляет, например, приблизительно от 0,5 до 5 мкм. Примеры способа создания слоистой структуры оксидного сверхпроводящего слоя 3 включают в себя способ напыления, способ вакуумного осаждения из паровой фазы, способ лазерного осаждения из паровой фазы, способ осаждения из паровой фазы электронным лучом, способ импульсного лазерного осаждения (PLD-способ), метод химического осаждения из паровой фазы (CVD-способ), способ металлоорганического разложения (MOD-способ) и тому подобное. Прежде всего, с точки зрения производительности и тому подобного, предпочтительно наслаивать оксидный сверхпроводящий слой 3 PLD-способом. Оксидный сверхпроводящий слой 3 может включать в себя примеси, такие как искусственные контакты.
Защитный слой 4 выполняет такие функции, как шунтирование сверхтока, возникающего во время аварии, и подавление химической реакции, происходящей между оксидным сверхпроводящим слоем 3 и слоем, нанесенным на защитный слой 4. Примеры материала защитного слоя 4 включают в себя серебро (Ag), медь (Cu), золото (Au) и сплавы, включающие один или несколько из этих материалов. Когда в качестве защитного слоя 4 используется слой Ag или слой сплава Ag, предпочтительно, чтобы защитный слой 4 включал 50% или более серебра в молярном или весовом соотношении. Защитный слой 4 покрывает по меньшей мере основную поверхность 3a оксидного сверхпроводящего слоя 3. Основная поверхность 3a оксидного сверхпроводящего слоя 3 является поверхностью, противоположной стороне промежуточного слоя 2. Защитный слой 4 может покрывать часть или всю область, выбранную на боковой поверхности оксидного сверхпроводящего слоя 3, боковой поверхности промежуточного слоя 2, боковой поверхности и задней поверхности подложки 1. Защитный слой 4 может состоять из двух или более видов или двух или более металлических слоев. Толщина защитного слоя 4 особо не ограничивается; однако она может составлять, например, приблизительно от 1 до 30 мкм.
Сверхпроводящая слоистая структура 5 имеет первую основную поверхность 5a и вторую основную поверхность 5c. Первая основная поверхность 5a сверхпроводящей слоистой структуры 5 является поверхностью на стороне, на которую наслоен оксидный сверхпроводящий слой 3, если смотреть со стороны подложки 1. Когда сверхпроводящая слоистая структура 5 включает в себя защитный слой 4, первая основная поверхность 5a может быть основной поверхностью 4a защитного слоя 4. Основная поверхность 4a защитного слоя 4 является поверхностью, противоположной стороне оксидного сверхпроводящего слоя 3. Вторая основная поверхность 5c сверхпроводящей слоистой структуры 5 является поверхностью, противоположной первой основной поверхности 5a в направлении толщины сверхпроводящей слоистой структуры 5. Вторая основная поверхность 5c сверхпроводящей слоистой структуры 5 может быть второй основной поверхностью 1b подложки 1. Когда защитный слой 4 нанесен на вторую основную поверхность 1b подложки 1, по меньшей мере часть второй основной поверхности 5c сверхпроводящей слоистой структуры 5 может представлять собой внешнюю поверхность защитного слоя 4.
Кроме того, сверхпроводящая слоистая структура 5 имеет боковые поверхности 5b с обеих сторон в направлении ширины. Боковая поверхность 5b сверхпроводящей слоистой структуры 5 может включать в себя боковую поверхность подложки 1, боковую поверхность промежуточного слоя 2, боковую поверхность оксидного сверхпроводящего слоя 3 и боковую поверхность защитного слоя 4. Когда по меньшей мере часть боковой поверхности 5b сверхпроводящего слоистой структуры 5 покрыта защитным слоем 4, по меньшей мере часть боковой поверхности 5b сверхпроводящего слоистой структуры 5 может представлять собой внешнюю поверхность защитного слоя 4.
Стабилизирующий слой 6 сформирован таким образом, чтобы покрывать по меньшей мере часть внешней поверхности сверхпроводящей слоистой структуры 5. В частности, стабилизирующий слой 6 покрывает по меньшей мере часть первой основной поверхности 5a и по меньшей мере часть второй основной поверхности 5c сверхпроводящей слоистой структуры 5. Предпочтительно, чтобы стабилизирующий слой 6 покрывал всю первую основную поверхность 5a, две боковых поверхности 5b и вторую основную поверхность 5c сверхпроводящей слоистой структуры 5. Толщина d стабилизирующего слоя 6 особо не ограничивается; однако она составляет, например, приблизительно от 1 до 300 мкм. С точки зрения придания сверхпроводящему проводу 10 небольшой толщины и обеспечения стойкости к многократному растяжению, толщина d стабилизирующего слоя 6 предпочтительно находится в диапазоне от 2 до 100 мкм.
Стабилизирующий слой 6 выполняет функцию обходного участка для коммутации сверхтока, возникающего при переводе оксидного сверхпроводящего слоя 3 в нормальное проводящее состояние. Примеры материала стабилизирующего слоя 6 включают в себя металлы, такие как медь, медные сплавы (например, сплав Cu-Zn, сплав Cu-Ni и тому подобное), алюминий, алюминиевые сплавы и серебро. Стабилизирующий слой 6 может формироваться путем нанесения покрытия, например, электролитического покрытия. С точки зрения проводимости, стоимости и тому подобного, предпочтительно, чтобы стабилизирующий слой 6 состоял из меди. Перед этапом формирования стабилизирующего слоя 6 посредством меднения, слой основного металла (на чертеже не показан) может формироваться на внешней поверхности сверхпроводящей слоистой структуры 5 посредством напыления или тому подобного. В качестве материала основного металлического слоя обычно используется тот же металл, что и металл для нанесения покрытия. Толщина слоя основного металла может составлять от 0,1 до 10 мкм. Слой основного металла предпочтительно формируется тоньше, чем стабилизирующий слой 6.
Ниже описывается средство для улучшения стойкости к многократному приложению растягивающего усилия. Когда растягивающее усилие прикладывается многократно, а толщина стабилизирующего слоя 6 является локально малой, или средняя арифметическая шероховатость Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6 является локально большой (шероховатый участок), напряжение концентрируется на тонких или шероховатых участках. Поэтому, начиная с этих точек, может произойти ухудшение сверхпроводящих характеристик или разрушение по меньшей мере части сверхпроводящего провода.
Когда толщина стабилизирующего слоя 6 увеличена в целом, напряжение рассеивается по всей толщине и улучшается стойкость к многократному растягивающему усилию; однако при этом увеличивается площадь поперечного сечения или толщина сверхпроводящего провода 10. То есть, отношение площади поперечного сечения или толщины оксидного сверхпроводящего слоя 3 к площади поперечного сечения или к толщине сверхпроводящего провода 10 уменьшается. Поэтому в применяемых изделиях, таких как сверхпроводящие катушки и сверхпроводящие кабели, плотность тока при усреднении по площади поперечного сечения применяемых изделий является низкой. Поэтому, чтобы улучшить характеристики применяемого изделия, предпочтительно уменьшают площадь поперечного сечения или толщину сверхпроводящего провода 10.
Для того чтобы улучшить стойкость к многократному растяжению при уменьшении толщины d стабилизирующего слоя 6, предпочтительно, чтобы чем меньше толщина d стабилизирующего слоя 6, тем меньше должна быть среднеарифметическая шероховатость Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6. Поэтому, если отношение Ra/d среднеарифметической шероховатости Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя к толщине d стабилизирующего слоя находится в заранее заданном небольшом диапазоне, можно предположить, что это поспособствует улучшению стойкости. В частности, отношение Ra/d предпочтительно находится в диапазоне от 0,005 до 0,05, более предпочтительно 0,04 или менее, и еще более предпочтительно – 0,03 или менее. В результате можно получить сверхпроводящий провод 10, характеристики которого вряд ли ухудшатся даже при многократном приложении растягивающего усилия.
Когда среднеарифметическая шероховатость Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6 мала, возникает проблема в выборе условий нанесения покрытия и производительности, например, замедление скорости нанесения покрытия при формировании слоя способом меднения. Поэтому эффективным является контроль отношения Ra/d, как описано выше, чтобы уменьшить толщину d стабилизирующего слоя 6 без чрезмерного уменьшения средней арифметической шероховатости Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6, и улучшить стойкость к многократному растяжению. Среднеарифметическая шероховатость Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6 предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 до 1,0 мкм. В таком диапазоне может быть обеспечена достаточная адгезия между стабилизирующим слоем 6 и описываемой ниже полимерной пропиткой.
Когда толщина d стабилизирующего слоя 6 или значение среднеарифметической шероховатости Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6 различны для каждой области внешней поверхности стабилизирующего слоя 6, предпочтительно, чтобы для каждой области значение толщины d стабилизирующего слоя 6 и значение отношения Ra/d находились в пределах диапазонов, описанных выше. Например, в качестве области, составляющей внешнюю поверхность стабилизирующего слоя 6, можно упомянуть первую основную поверхность 6a, две боковые поверхности 6b, вторую основную поверхность 6c и четыре угловых участка 6d. В пределах области, где не ожидается значительного изменения значений толщины d стабилизирующего слоя 6 или среднеарифметической шероховатости Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6, значение толщины d стабилизирующего слоя 6 или отношения Ra/d могут определяться репрезентативными значениями, например, среднеарифметическими значениями. Первая основная поверхность 6a стабилизирующего слоя 6 представляет собой область, соответствующую первой основной поверхности 5a сверхпроводящей слоистой структуры 5. Боковая поверхность 6b стабилизирующего слоя 6 представляет собой область, соответствующую боковой поверхности 5b сверхпроводящей слоистой структуры 5. Вторая основная поверхность 6c стабилизирующего слоя 6 представляет собой область, соответствующую второй основной поверхности 5c сверхпроводящей слоистой структуры 5. Угловой участок 6d стабилизирующего слоя 6 представляет собой область между основными поверхностями 6a и 6c и боковой поверхностью 6b.
Способ изготовления сверхпроводящего провода 10 включает в себя, например, этап наслоения и этап формирования стабилизирующего слоя. На этапе наслоения оксидный сверхпроводящий слой 3 наносится на подложку 1 с промежуточным слоем 2 или без него для изготовления сверхпроводящей слоистой структуры 5. На этапе формирования стабилизирующего слоя вокруг сверхпроводящей слоистой структуры 5 формируется стабилизирующий слой 6. При изготовлении сверхпроводящего провода 10 толщина d стабилизирующего слоя 6 и среднеарифметическая шероховатость Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6 регулируются таким образом, чтобы толщина d стабилизирующего слоя 6 и отношение Ra/d находились в пределах описанных выше диапазонов. Например, на этапе формирования стабилизирующего слоя, если стабилизирующий слой 6 формируется путем нанесения медного покрытия, толщина d стабилизирующего слоя 6 и среднеарифметическая шероховатость Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6 регулируются путем задания условий нанесения медного покрытия. Кроме того, после этапа формирования стабилизирующего слоя средняя арифметическая шероховатость Ra может быть отрегулирована, например, путем обработки внешней поверхности стабилизирующего слоя 6 абразивным материалом, таким как полировальная бумага.
На фиг. 2 показан пример сверхпроводящей катушки 100, выполненной из сверхпроводящего провода 10. Для изготовления сверхпроводящей катушки 100, сверхпроводящий провод 10 наматывается, например, вдоль внешней периферийной поверхности сердечника обмотки для формирования многослойного корпуса 101 катушки. В корпусе 101 катушки сверхпроводящий провод 10 наслаивается в направлении толщины. Множество элементов сверхпроводящего провода 10 могут соединяться для формирования одного корпуса 101 катушки. Далее, сверхпроводящая катушка 100 получается путем пропитки корпуса 101 катушки полимером, таким как эпоксидная смола, чтобы покрыть корпус 101 катушки для фиксации сверхпроводящего провода 10.
Сверхпроводящая катушка 100, показанная на фиг. 2, сконфигурирована путем наслоения множества корпусов 101 катушек, которые представляют собой блинные катушки. Блинная катушка – это катушка, сформированная путем намотки лентообразного сверхпроводящего провода 10 таким образом, чтобы он перекрывался в направлении толщины. Каждый корпус 101 катушки является кольцевым. Множество корпусов 101 катушек могут электрически соединяться друг с другом. Сверхпроводящая катушка 100 может использоваться в сверхпроводящем устройстве. Количество корпусов 101 катушек, включенных в сверхпроводящую катушку 100, особо не ограничено. То есть, сверхпроводящая катушка 100 может включать один или более корпусов 101 катушек.
В сверхпроводящей катушке 100, в которой сверхпроводящий провод 10 намотан в форме катушки, во время охлаждения может возникать усилие (усилие отслаивания) в направлении, в котором отслаивается каждый слой, например, в направлении толщины сверхпроводящей слоистой структуры 5 из-за разницы в коэффициенте теплового расширения сверхпроводящего провода 10 и полимера. Поскольку сверхпроводящий провод 10 данного варианта осуществления изобретения имеет превосходную стойкость к многократно прикладываемому растягивающему усилию, стойкость к отслаиванию сверхпроводящей катушки 100 также становится превосходной.
Предпочтительно, чтобы на внешней периферии сверхпроводящего провода 10 был предусмотрен изоляционный слой для обеспечения электрической изоляции от периферии сверхпроводящего провода 10. Когда сверхпроводящий провод 10 используется для изготовления сверхпроводящей катушки 100, сверхпроводящий провод 10 имеет изолирующий слой, так что электрическая изоляция сверхпроводящего провода 10, составляющего корпус 101 катушки, может быть легко обеспечена независимо от степени адгезии пропитывающего полимера.
На фиг. 3 показан пример сверхпроводящего провода 10, имеющего изоляционный слой в виде полимерной ленты. На фиг. 3 показано состояние, в котором полимерная лента 11 наматывается вокруг сверхпроводящего провода 10; однако, в конце концов, полимерная лента 11 наматывается без зазора по всей длине сверхпроводящего провода 10. То есть, изоляционный слой 12 формируется полимерной лентой 11 по всей длине сверхпроводящего провода 10. В сверхпроводящем проводе 10 рассматриваемого варианта осуществления изобретения предпочтительно, чтобы изоляционный слой 12 был сформирован путем намотки полимерной ленты 11 вокруг внешней поверхности стабилизирующего слоя 6. Примеры полимерной ленты 11 включают в себя изоляционную ленту, такую как полиимид. Полимерная лента 11 имеет толщину, например, от 5 до 50 мкм, и более предпочтительно – от 7,5 до 12,5 мкм.
Примеры способа намотки ленты 11 вокруг сверхпроводящего провода 10 включают в себя намотку встык и намотку внахлест. Намотка встык – это способ, при котором боковые поверхности полимерной ленты 11 соединяются встык и наматываются по спирали так, что концевые участки полимерной ленты 11 в направлении ширины не перекрываются друг с другом. Намотка внахлест – это способ, при котором концевые участки полимерной ленты 11 в направлении ширины перекрываются и наматываются по спирали. При намотке встык и намотке внахлест две или более смоляных лент 11 могут наматываться параллельно вокруг сверхпроводящего провода 10. Способ формирования изоляционного слоя 12 из полимерной ленты 11 не ограничивается спиральной намоткой, и, например, может использоваться вертикальная намотка. Вертикальная намотка представляет собой способ обертывания сверхпроводящего провода 10 полимерной лентой 11 путем совмещения продольного направления сверхпроводящего провода 10 с продольным направлением полимерной ленты 11.
По сравнению со случаем, когда изоляционный слой 12 образован путем покрытия жидким изолирующим полимером или тому подобным, если изоляционный слой 12 образован полимерной лентой 11, изоляционный слой 12 не полностью прилипает к внешней периферийной поверхности стабилизирующего слоя 6. Поэтому, когда сверхпроводящий провод 10 охлаждается до низкой температуры ниже критической температуры, вокруг полимерной ленты 11 остается воздушный слой, или сверхпроводящий провод 10 неоднократно сжимается и расширяется в ответ на изменение температуры от низкой до нормальной температуры, что, возможно, влияет на усилие отслаивания. Поэтому, регулируя соотношение Ra/d, как описано выше, можно улучшить стойкость к многократному приложению растягивающего усилия. То есть, установка отношения Ra/d в пределах вышеописанного диапазона является более эффективной, если изоляционный слой 12 формируется с использованием полимерной ленты 11.
Хотя настоящее изобретение было описано выше на примере предпочтительного варианта осуществления, изобретение не ограничивается вышеописанным вариантом осуществления, и различные модификации могут быть сделаны без отхода от сути настоящего изобретения. Модификации включают в себя добавление, замену, исключение и другие изменения в составе компонентов в каждом варианте осуществления. Также можно соответствующим образом комбинировать компоненты, используемые в двух или более вариантах воплощения.
Примеры
Здесь и далее вышеупомянутый вариант осуществления изобретения будет описан со ссылкой на Примеры.
c
c
c0
c
c0
В качестве подложки 1 был использован Hastelloy (зарегистрированный товарный знак) толщиной 75 мкм. Сверхпроводящий слой 3 из GdBCO был наслоен на подложку 1 через промежуточный слой 2, и защитный слой 4 из Ag был наслоен на сверхпроводящий слой 3 для получения сверхпроводящей слоистой структуры 5. Стабилизирующий слой 6 из меди был сформирован на внешней периферии сверхпроводящей слоистой структуры 5 путем электролитического осаждения до получения заранее заданной толщины, и был изготовлен сверхпроводящий провод 10 шириной 4 мм. Шероховатость внешней поверхности стабилизирующего слоя 6 была отрегулирована с помощью наждачной бумаги для подготовки множества образцов 1-9. Были проведены испытания на растяжение, в которых каждый образец 1-9 растягивался в продольном направлении в жидком азоте с приложением усилия в диапазоне от 180 до 600 МПа. При испытании на растяжение критический ток (I) измерялся через каждые 1000 раз повторного растяжения (каждый раз, когда достигалось значение, кратное 1000). Если отношение (I/I) критического тока (I) к начальному критическому току (I), измеренному перед испытанием на растяжение, было менее 0,99, считалось, что характеристики сверхпроводящего провода 10 ухудшились. Если ухудшение характеристик не наблюдалось, даже если число многократных растяжений превышало 100 000, испытание на растяжение завершалось без указания числа многократных растяжений до ухудшения характеристик.
Таблица 1
Образец №
D, мкм
Ra, мкм
Ra/d
Количество раз приложения растягивающего усилия до ухудшения характеристик образца
1
10
0,1
0,01
>100000
2
10
0,3
0,03
>100000
3
10
0,5
0,05
15000
4
20
0,1
0,005
>100000
5
20
0,5
0,025
>100000
6
20
1,0
0,050
42000
7
40
0,5
0,0125
>100000
8
40
1,0
0,025
>100000
9
40
2,0
0,050
1000
Для каждого образца, характеризующегося толщиной d [мкм] стабилизирующего слоя 6, среднеарифметической шероховатостью Ra [мкм] внешней поверхности стабилизирующего слоя 6 и отношением Ra/d, в таблице 1 приведены количества раз многократного приложения растягивающего усилия до наступления ухудшения характеристик. Для образцов, характеристики которых не ухудшились, даже когда количество раз многократного приложения растягивающего усилия превысило 100 000, в колонке количества раз до ухудшения характеристик указано "> 100 000".
Как показано в таблице 1, в образцах 1, 2, 4, 5, 7 и 8, имеющих отношение Ra/d менее 0,05, характеристики сверхпроводящего провода не ухудшились даже тогда, когда количество раз многократного приложения растягивающего усилия достигло 100000.
c
c0
Как описано выше, превосходный сверхпроводящий провод 10 может быть получен при установке отношения Ra/d в диапазоне от 0,005 до 0,03, а значение I/I, когда количество раз многократного приложения растягивающего усилия достигает 100000, составляет 0,99 или более.
В описанных выше образцах 1-9, толщина d стабилизирующего слоя находилась в диапазоне от 10 до 40 мкм, а средняя арифметическая шероховатость Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6 находилась в диапазоне от 0,1 до 2,0. Однако если отношение Ra/d находится в диапазоне от 0,005 до 0,03, тот же эффект может быть получен даже при изменении толщины d стабилизирующего слоя и среднеарифметической шероховатости Ra внешней поверхности стабилизирующего слоя 6.
Список ссылочных позиций
1: Подложка
1a: Первая основная поверхность подложки
1b: Вторая основная поверхность подложки
2: Промежуточный слой
2a: Основная поверхность промежуточного слоя
3: Оксидный сверхпроводящий слой
3a: Основная поверхность оксидного сверхпроводящего слоя
4: Защитный слой
4a: Основная поверхность защитного слоя
5: Сверхпроводящая слоистая структура
5a: Первая основная поверхность сверхпроводящей слоистой структуры
5b: Боковая поверхность сверхпроводящей слоистой структуры
5c: Вторая основная поверхность сверхпроводящей слоистой структуры
6: Стабилизирующий слой
6a: Первая основная поверхность стабилизирующего слоя
6b: Боковая поверхность стабилизирующего слоя
6c: Вторая основная поверхность стабилизирующего слоя
6d: Угловой участок стабилизирующего слоя
10: Оксидный сверхпроводящий провод
11: Полимерная лента
12: Изоляционный слой
100: Сверхпроводящая катушка
101: Корпус катушки