[发明专利]具有用于减轻重量的沿周向分布的铝块的NbTi超导体

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导线材，包含NbTi超导材料和Cu。

背景技术

铌-钛（NbTi)由于其优异的塑性变形性(对于最终材料及其前体都是）是一种重要的超导材料，其可以以多种方式配置，例如，以超导磁线圈(superconducting magnet coils)或超导电缆的方式。典型地，NbTi超导材料集成于超导线材中，其中多个NbTi细丝常常沿着超导线材的纵向方向延伸。

作为拉丝工艺的一部分，线材制造程序通常包括在六角形外部截面中的塑性变形以使得单个NbTi细丝的打捆工艺简单化(或同样其他结构或中间结构)。因此，和US5088183A在介绍中提及的相比较，六边形元件可被很紧密的排布在例如铜密闭管道中。

NbTi的超导特性只有在特别低的温度下低于大约9K能获得，因此必须例如采用液氦对超导体降温。而且，如果磁场强度或电流密度太高，将不能维持超导状态。

NbTi超导线材典型的使用铜(Cu)通常是高纯度的铜来固定。在超导线材中铜与超导细丝平行延伸；例如铜可以组成用于超导NbTi细丝的矩阵。铜是良好的热导体，通过其可以获得对超导NbTi细丝的有效冷却。此外，铜还表现出高的导电性。如果超导线材的超导性局部地丧失，铜提供并行的电流路径，限制电阻的上升以及相关热产生。通过有效冷却，超导性可以局部恢复，通常地在超导体(稳定功能)的导电区域。即使超导体不能恢复，铜通过限制电阻的增加以及同样限制热产生而保护超导体不被损坏(“熔化的”)，同时也有效移除产生的热(淬火保护)。此外，铜改善了超导线的机械强度。

铜不仅是一种昂贵的材料，也相对较重，具有大约8.9g／cm³的密度，这在很多应用中是不期望的。因此为了稳定NbTi超导体，需要寻找至少可以部分替代铜的替代材料。纯铝(Al)将是合适的材料，由于其热传导性和电阻，并且其比铜便宜，具有2.7g／cm³的密度，是相当轻的。

WO2008／121764A1提出一种具有铜套管、Al芯以及位于它们之间的环中的多细丝NbTi杆的NbTi超导结构。

但是Cu和NbTi者相对较硬并且在塑性形变时性质相似，Al比Cu和NbTi软很多。当包含Al结构特别是Al芯的线材被拉丝时，在NbTi超导线材中观察到横向于线材的纵向方向延伸的裂纹。对于超导应用来说，包含裂缝的导线是无用的。

US5,189,386公开了一种超导结构，其中Al芯通过多个Cu-Ni合金层被分隔为六部分。该结构相对复杂。

US4,652,697，其作为最接近的现有技术，公开了一种超导结构，其中三个Al线材和四个多细丝线材捆扎在一起，例如，具有NbTi细丝和Cu矩阵。一个多细丝线材设置在超导结构的中心。该结构由PbSn焊料固定在一起。在线材制作中施加焊料是困难的，并且作为一种附加材料，其会进一步加重裂缝变形的问题。

JP09282953A公开了一种Nb₃Al超导线材，其中Nb₃Al细丝嵌入于Cu矩阵中。由Nb或Ta形成的嵌入的附加结构可以用于加固。在一个实施例中，提出了一种在Cu管中具有Al棒的附加结构。

发明内容

本发明的目的是提出一种稳定的NbTi超导线材，其具有低重量，可以以低成本制造，其中超导线材具有降低的裂缝变形(特别是在线材拉丝中)的风险。

本目的采用一种包含NbTi超导材料和Cu的超导线材来实现，具有，

-一个密闭管道，尤其是Cu密闭管道，

-在密闭管道中沿周向分布设置的至少三个Al块，

-以及同样在密闭管道中沿周向分布设置的至少三个包含NbTi的部分，并且包含NbTi的部分在周向方向上将Al块相互隔离开，其中每个Al块与它们相邻的包含NbTi的部分形成大面积接触。

根据本发明，在超导线材中使用铝来部分替代铜以达到稳定性的目的，其中通常提供三个Al块。在线材横截面中(垂直于线材的纵向)，该铝块沿周向分布设置并且被包含NbTi的部分相互间隔开，即Al块和包含NbTi的部分在周向方向上交替。Al块远轻于同样体积的Cu材料，并且也比较便宜。特别是，每米的重量(也就是，超导线材在纵向上每个长度的重量)与为了超导材料的稳定性而仅使用铜的情况相比可有极大的减少。