[发明专利]多重稳定化的NbTi复合超导导线

说明书

技术领域

本发明涉及具有改进的电性能和机械性能的轻质铝芯多重稳定化的超导导线。

背景技术

超导导体的应用例如MRI通常使用具有单一稳定化的常规金属-无氧的铜的多丝状NbTi复合材料。与铝相比，铜具有一些缺点，包括成本和重量。在其中超导导线的成本和重量均重要的高场MRI磁体中，需要更廉价、更轻但仍然保持整体导线性能的超导导线。

发明内容

本发明通过提供一种轻质复合超导体来满足上述需要，在所述轻质复合超导体中，超导体丝埋入正常稳定化的金属基体中，所述金属基体包封由诸如铝的较轻金属构成的中央芯。铝非常可能提供额外的稳定化作用。可以调整铝芯、超导体丝和铜基体的相对体积分数来适于特定应用。铝芯提供了一种减小复合导体重量的方法。

本发明的一个目的是提供一种成本有效的制造轻质铝芯多重稳定化超导导线的方法，该超导导线在超导导线性能方面具有显著益处。

本发明的另一目的是提供一种具有较低电阻率和增强的机械性能的铝芯多重稳定化超导导线。

本发明的另一目的是提供一种用于高磁场和大MRI应用的超导导线。

该超导体有效地利用铝的有利性能，例如铝的与铜相比较低的低温电阻率。铝还具有比铜更高的低温导热性和更低的比重。

附图说明

图1是本发明超导体的一个实施方案的截面视图。

图2是本发明另一实施方案的截面视图。

图3是本发明另一替代实施方案的透视图。

图4是本发明另一替代实施方案的透视图。

图5是本发明一个实施方案的铝合金化和铜构件的维氏硬度值(VHN)与应变的关系图。

图6是比较不同超导导线的Jc和Fp的表。

图7是钉扎力(pinning force)和所施加磁场的关系的图。

具体实施方式

在图1中，铝芯多重稳定化的NbTi复合超导体7具有铜套10(用作稳定剂)。该超导体由涂有铜层14的多丝状NbNi棒13构成。涂覆铜的多丝状NbNi棒13由铜套10和铝合金化的芯16所包围。用于芯16的铝可以是纯金属或低合金。在本发明的一个特定的实施方案中，所用的铝合金是铝2011。该合金的典型化学组成是：Si-0.4％，Fe-0.7％，Cu-5.0～6.0％，Pb-0.2～0.6％，Bi-0.2～0.6％，Zn-03％，其它-0.15％，余量Al(约93％)。在本发明的另一实施方案中，铝合金的纯度为90至99.5％。

铝芯可以提供与目前的复合超导体相当的低温稳定性和/或强度。通过使用高纯度的铝芯，还可以增加整个导体的低温稳定性，而这是用铜不可能实现的。

出人意料地，本发明人发现，即使当本发明使用不具有高纯度的铝合金时，超导体仍然获得了使用高纯度铝金属芯时获得的所有优点，包括剩余电阻率比值提高、机械性能提高和导线密度降低。

在如图1和2中显示的本发明的一个实施方案中，超导导线13的阵列可以形成为单个同心环的形状。在本发明的另一实施方案中，超导导线13可以形成为几个同心环的形状。

铝金属芯的体积分数可以为5体积％至60体积％(包括60体积％)。多丝状NbTi棒的体积分数为总体积的10至50％。铜的体积分数为总体积的10至80％。

在一个实施方案中，每种组分的体积分量为：铜-0.652、铝-0.220和超导体-0.128。在另一实施方案中，每种组分的体积分量为：铜为约0.422的体积，铝为约0.450的体积，超导体为约0.128的体积。

图3和图4描述了本发明的替代实施方案。超导体100可以是圆形(如图3所示)或矩形(图4)。此外，本发明的该实施方案包括涂有铜层14的超导导线13阵列，其布置为多个同心环以及非同心分布的图案。

对于本领域技术人员而言显而易见的是：本发明可以基于本公开内容以多种方式实施。一种方式是通过美国专利7,155,806中记载的“冷组装(cold-assembly)”方法来实施，该专利通过引用并入本文。在该方法中，中央的铜芯棒(图2中的附图标记20)用铝构件简单替换。所有其它步骤与该专利中的记载相同。因为NbTi合金丝的机械强度好且埋入强度合适的铜基体中，所以所述丝均匀地共缩小(co-reduce)而不在截面中产生不规则。

实施本发明的另一种方法是通过如美国专利5,689,875中记载的包覆，该专利通过引用并入本文。通过用铝棒替换芯元件13并重复该方法，提供了轻质导体。另一种方法是在中央铝芯周围组装已用部分铜包覆的NbTi棒。该铜包覆的NbTi棒可具有圆形或六边形截面。