專(zhuān)利名稱(chēng)：超導(dǎo)復(fù)合帶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)復(fù)合帶及其制造方法。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)復(fù)合帶(通常稱(chēng)為“涂層導(dǎo)體”)具有重要的工業(yè)價(jià)值。概括地說(shuō)，超導(dǎo)復(fù)合帶由柔性金屬襯底、一個(gè)或多個(gè)中間隔層或緩沖層以及一個(gè)由超導(dǎo)材料如RE-Ba2Cu3O7-d(REBCO)或YBa2Cu3O7-d(YBCO)構(gòu)成的層共同組成。
然而，目前可得到的超導(dǎo)復(fù)合帶在電學(xué)性能和熱穩(wěn)定性方面不是完全令人滿意，且在隨時(shí)間變化的電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)中表現(xiàn)出相對(duì)較高的能量耗散。這些缺點(diǎn)對(duì)于能源領(lǐng)域中的應(yīng)用尤其重要。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的之一是提供一種超導(dǎo)復(fù)合帶及相應(yīng)的制造方法，所述方法能克服上述已知技術(shù)中的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)特殊目的是提供一種具有良好的電學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的超導(dǎo)復(fù)合帶，該材料帶在隨時(shí)間變化的電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)中能量耗散很低。
本發(fā)明的另一目的是提供一種以相對(duì)簡(jiǎn)單、快速且經(jīng)濟(jì)的方式獲得所述超導(dǎo)復(fù)合帶的方法。
根據(jù)所述目的，本發(fā)明涉及了一種如所附權(quán)利要求1和權(quán)利要求14中分別定義的超導(dǎo)復(fù)合帶及其制造方法。
因此本發(fā)明提供了一種超導(dǎo)復(fù)合帶，其中，由超導(dǎo)材料制成的層被分割成互相隔開(kāi)的細(xì)超導(dǎo)絲。將超導(dǎo)材料分割為細(xì)絲可同時(shí)獲得好的電學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，且可降低其在隨時(shí)間變化的電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)中的能量耗散。
因而，本發(fā)明的多絲結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)復(fù)合帶適合于能源領(lǐng)域中特別有利的應(yīng)用。
附圖簡(jiǎn)述參照附圖，本發(fā)明更多的特性和優(yōu)點(diǎn)將從對(duì)下面的實(shí)施方案中的非限制性實(shí)例的說(shuō)明中清晰地呈現(xiàn)出來(lái)，其中


圖1給出了本發(fā)明超導(dǎo)復(fù)合帶制造方法步驟的示意圖；圖2和3為本發(fā)明制造方法的兩個(gè)后續(xù)步驟中超導(dǎo)復(fù)合帶的示意橫剖面圖；和圖4示出了本發(fā)明制造的超導(dǎo)復(fù)合帶的優(yōu)選實(shí)施方案；最佳實(shí)施方案圖1中，1表示超導(dǎo)復(fù)合帶，包括襯底2，特別是帶狀柔性金屬襯底(例如，Ni、Cu等的合金)，在其表面3上至少沉積了一層例如由金屬氧化物構(gòu)成的中間緩沖層4，以及由如REBCO或YBCO超導(dǎo)材料構(gòu)成的層5。
襯底2上具有通過(guò)已知的沉積技術(shù)沉積的緩沖層4和層5。
本發(fā)明的制備方法設(shè)計(jì)了層5中多個(gè)超導(dǎo)細(xì)絲11的形成，這些超導(dǎo)細(xì)絲相互基本平行并平行于帶的縱向軸A，且橫向上互相隔開(kāi)一定距離。
詳細(xì)來(lái)說(shuō)，超導(dǎo)細(xì)絲11在蝕刻步驟中形成，如圖1中所示。帶1被連續(xù)沿著平行于軸A的前進(jìn)方向D供給到微蝕刻裝置12，例如安置在層5外表面限定的帶1表面13上的激光蝕刻裝置。裝置12貫穿層5的厚度并在層5中刻出多條凹槽14以限定超導(dǎo)細(xì)絲11的邊界。每條超導(dǎo)細(xì)絲11均帶有一對(duì)側(cè)壁15。
凹槽14可以是連續(xù)的，例如，完全延伸貫穿帶1的長(zhǎng)度，或由間斷的延續(xù)段16構(gòu)成，使得每條凹槽14被一系列橫向橋17隔斷(為簡(jiǎn)單起見(jiàn)在圖1中僅顯示了其中一個(gè))，所述的橫向橋由超導(dǎo)材料構(gòu)成用于連接相鄰的超導(dǎo)細(xì)絲11。橫向橋17的存在對(duì)電學(xué)穩(wěn)定性方面具有積極作用，且降低了超導(dǎo)細(xì)絲11的耦合引起的泄漏。
在任何情況下，如圖2中所詳細(xì)顯示的那樣，蝕刻帶1一直到襯底2，即直到表面3暴露出來(lái)。凹槽14貫穿層5和緩沖層4而形成，且可能稍稍穿透進(jìn)入表面3下的襯底2中。
在圖1示出的例子中，裝置12包括工作在可見(jiàn)光和/或紫外光波段的激光光源20和光學(xué)組件21，該光學(xué)組件截?cái)喙庠?0發(fā)射的光束23并通過(guò)如適當(dāng)定向的板22將其分離成多條大致與面13垂直的多束平行的光束24，每條光束蝕刻一條凹槽14，去除與其相互作用的材料。
光束23、24的直徑、功率、持續(xù)時(shí)間和波長(zhǎng)經(jīng)選擇以便獲得所需尺寸的凹槽14。例如，凹槽寬度約為10-50μm，深度為0.1-3μm(以及任意可暴露襯底2的情況)。
如果制備橫向橋17，它們可被方便地獲得，在帶1的前進(jìn)過(guò)程中以預(yù)先設(shè)定的間隔截?cái)喟疾鄣奈g刻。
可以理解，凹槽14可使用任何除激光蝕刻外的其它已知類(lèi)型的微加工設(shè)備進(jìn)行工藝蝕刻。
有利地，本發(fā)明的制備方法同樣包括為超導(dǎo)細(xì)絲11的側(cè)壁15提供阻隔層25的步驟。
在所述的情況下，阻隔層25由一小層厚度的側(cè)壁15的兩個(gè)單獨(dú)部分26限定。部分26沿著超導(dǎo)細(xì)絲11并在每條超導(dǎo)細(xì)絲11內(nèi)延伸。在每個(gè)部分26中，超導(dǎo)材料具有隨層5(例如超導(dǎo)細(xì)絲11的層5)的主體發(fā)生改變的結(jié)構(gòu)，因此限定了阻隔層25。
在這種情況下，阻隔層25優(yōu)選在蝕刻的步驟中通過(guò)改變側(cè)壁15的超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)獲得。通常，選擇光束23的特性和蝕刻步驟的工藝參數(shù)以防止環(huán)繞光束24產(chǎn)生刻痕的區(qū)域過(guò)度加熱，從而防止層5、緩沖層4和襯底2的材料過(guò)多地退化。然而，在側(cè)壁15的非常接近和限制在部分26中的區(qū)域內(nèi)，所述材料特別是超導(dǎo)材料的有限熱退化產(chǎn)生了阻隔層25所需的結(jié)構(gòu)。
由于阻隔層25的存在，超導(dǎo)細(xì)絲11之間保持了電磁隔離。
根據(jù)如圖3所示的優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明的方法包括涂覆步驟，在該步驟中，將超導(dǎo)細(xì)絲11嵌入到涂層材料、特別是在電學(xué)方面和熱學(xué)方面均具有高傳導(dǎo)性的金屬材料(如銅、銀、金等)中，并在帶1上形成厚度為數(shù)微米的涂層30。
在涂覆步驟中，涂覆材料被引入凹槽14并完全填充凹槽14，且沉積在面13上以涂覆超導(dǎo)細(xì)絲11。
將每條單獨(dú)的超導(dǎo)細(xì)絲11嵌入到金屬基體31中，其三面環(huán)繞著涂覆材料，涂覆材料則與下面的金屬襯底2直接接觸。
以這種方式，獲得了一種非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)圖4中示意顯示的優(yōu)選實(shí)施方案的設(shè)計(jì)將帶1傳送到一卷繞的步驟，該帶1具有限定超導(dǎo)細(xì)絲11邊界的凹槽14并可能具有涂層30(圖4中由虛線表示)，在所述步驟中，帶1圍繞軸A上自身橫向纏繞以形成具有多細(xì)絲結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)線33，線中的超導(dǎo)細(xì)絲11相互基本平行且平行與軸A。
或者，將帶1沿軸A自身纏繞的步驟設(shè)計(jì)形成類(lèi)似卷的線33，該線中的超導(dǎo)細(xì)絲11相互纏繞成螺旋形。
優(yōu)選地，帶1首先圍繞軸A自身纏繞以形成帶有平行超導(dǎo)細(xì)絲11的線33，隨后線33依次圍繞自身纏繞形成沿著軸A的卷。依照這種方法獲得了降低泄漏的有利效果。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)復(fù)合帶(1)，包括襯底(2)和由超導(dǎo)材料構(gòu)成的層(5)，其特征在于，所述超導(dǎo)材料層(5)包括多條超導(dǎo)細(xì)絲(11)，所述細(xì)絲相互基本平行并平行于所述帶的縱軸A，且相互間隔開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，所述的超導(dǎo)細(xì)絲(11)被凹槽(14)彼此隔開(kāi)，所述的凹槽(14)穿過(guò)所述超導(dǎo)材料層(5)并貫穿所述超導(dǎo)材料層(5)的全部厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，所述凹槽(14)被用于連接相鄰細(xì)絲(11)的橫向橋(17)隔開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，所述的凹槽(14)延伸的深度直到襯底(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，所述的超導(dǎo)復(fù)合帶包括至少一個(gè)介入所述襯底(2)和所述超導(dǎo)材料層(5)之間的緩沖層(4)，所述凹槽(14)貫穿所述超導(dǎo)材料層(5)并穿過(guò)所述緩沖層(4)到達(dá)所述襯底(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，它包括由涂層材料構(gòu)成的涂層(30)，所述的超導(dǎo)細(xì)絲(11)被嵌入到涂層(30)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，所述的涂層材料為金屬材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，所述的涂層(30)填充凹槽(14)并涂覆超導(dǎo)細(xì)絲(11)。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，每條超導(dǎo)細(xì)絲(11)由一對(duì)帶有阻隔層(25)的側(cè)壁(15)限定邊界。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，所述的阻隔層(25)由所述側(cè)壁(15)的各自的部分(26)限定，其中，超導(dǎo)材料具有隨超導(dǎo)材料層(5)的主體而改變的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，所述超導(dǎo)復(fù)合帶圍繞軸(A)自身纏繞形成線(33)，其中所述超導(dǎo)細(xì)絲(11)基本與所述軸(A)平行。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，所述超導(dǎo)復(fù)合帶自身沿所述軸(A)自身纏繞以形成類(lèi)似于卷的線(33)，其中的所述超導(dǎo)細(xì)絲(11)相互基本纏繞成螺旋形。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的超導(dǎo)復(fù)合帶，其特征在于，所述的超導(dǎo)細(xì)絲(11)由超導(dǎo)材料構(gòu)成的橫向橋(17)相互連接起來(lái)。
14.一種超導(dǎo)復(fù)合帶的制造方法，包括提供超導(dǎo)復(fù)合帶(1)的步驟，所述的超導(dǎo)復(fù)合具有位于襯底(2)上的超導(dǎo)材料層(5)，其特征在于包括在超導(dǎo)材料層(5)中形成多條超導(dǎo)細(xì)絲(11)的步驟，這些細(xì)絲相互基本平行且平行于所述帶的縱軸(A)，并相互間隔開(kāi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于包括蝕刻的步驟，在該步驟中貫穿超導(dǎo)材料層(5)及所述超導(dǎo)材料層(5)的整個(gè)厚度刻出多條凹槽(14)以限定超導(dǎo)細(xì)絲(11)的邊界。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在所述蝕刻的步驟中，將所述凹槽(14)刻成不連續(xù)的延續(xù)段，并由連接相鄰細(xì)絲的橫向橋(17)將其隔斷。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，在所述蝕刻的步驟中，將所述超導(dǎo)復(fù)合帶(1)刻蝕至襯底(2)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述超導(dǎo)復(fù)合帶(1)包括至少一個(gè)設(shè)置在所述襯底(2)和所述超導(dǎo)材料層(5)之間的緩沖層(4)，且所述的蝕刻步驟貫穿超導(dǎo)材料層(5)進(jìn)行并貫穿緩沖層(4)到達(dá)襯底(2)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述方法還包括涂覆步驟，在該步驟中，將所述超導(dǎo)細(xì)絲(11)嵌入形成所述帶(1)的涂層(30)的涂層材料中。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述涂層材料為金屬材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，在所述涂覆步驟中，所述涂層材料填充所述凹槽(14)并涂覆所述超導(dǎo)細(xì)絲(11)。
22.根據(jù)權(quán)利要求15至21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述還包括為超導(dǎo)細(xì)絲(11)的側(cè)壁(15)提供阻隔層(25)的步驟。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)改變所述側(cè)壁(15)的超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)，在所述蝕刻步驟中形成所述阻隔層(25)。
24.根據(jù)權(quán)利要求15至23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括所述帶(1)圍繞所述軸(A)自身纏繞形成線(33)的步驟，其中，所述超導(dǎo)細(xì)絲(11)大致平行于所述軸(A)。
25.根據(jù)權(quán)利要求15至24中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括所述帶(1)沿所述軸(A)自身彎曲纏繞以形成類(lèi)似于卷的線(33)的步驟，具中所述超導(dǎo)細(xì)絲(11)相互基本上纏繞成螺旋形。
26.根據(jù)權(quán)利要求15至25中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括通過(guò)超導(dǎo)材料構(gòu)成的橫向橋(17)將超導(dǎo)細(xì)絲(11)相互連接起來(lái)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超導(dǎo)復(fù)合帶及其制造方法將位于襯底(2)上的超導(dǎo)材料構(gòu)成的層(5)的帶(1)蝕刻，例如通過(guò)激光設(shè)備蝕刻，以在超導(dǎo)材料層(5)中獲得多條凹槽(14)并限定多條超導(dǎo)細(xì)絲(11)的邊界，這些細(xì)絲相互基本平行且平行于所述帶的縱軸(A)，并相互間隔開(kāi)。
文檔編號(hào)H01L39/24GK1849715SQ200480026385
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月11日
發(fā)明者埃爾波特·巴爾迪尼, 阿曼多·斯布羅納, 克勞迪歐·瑟阿凱恩, 斯歐·哉那拉 申請(qǐng)人:艾迪森股份公司