專(zhuān)利名稱(chēng)：高溫超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)體領(lǐng)域。具體的，本發(fā)明涉及涂覆的導(dǎo)體，又稱(chēng)為 第二代高溫超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)和帶。
背景技術(shù)：
高溫超導(dǎo)體(HTS)材料提供了一種用來(lái)以極低的損失來(lái)承載非常大量的 電流的裝置。當(dāng)HTS材料冷卻到臨界溫度以下時(shí)，其失去了流過(guò)直流電流時(shí) 的全部阻抗以及流過(guò)交流電流時(shí)的近乎全部阻抗。使用這些材料的HTS導(dǎo)線(xiàn) 的發(fā)展(這里所使用的表述"導(dǎo)線(xiàn)"指各種導(dǎo)體，包括帶狀導(dǎo)體)提供了新一代 的高效、緊湊和環(huán)保的電子設(shè)備，其具有改革電力網(wǎng)、運(yùn)輸、材料處理以及 其它工業(yè)的潛能。但是，市售產(chǎn)品具有嚴(yán)格的工程需求，這些需求在商業(yè)應(yīng) 用中使得技術(shù)實(shí)施方式復(fù)雜化。在第二代HTS導(dǎo)線(xiàn)技術(shù)中，目前所開(kāi)發(fā)的HTS材料通常是多晶的稀土/堿 土/氧化銅，例如釔-鋇-氧化銅(YBCO)。 HTS材料的電流承載能力與它的結(jié)晶 排列或晶體織構(gòu)(texture)密切相關(guān)。已知由相鄰結(jié)晶HTS晶粒的錯(cuò)位而形成的 晶粒邊界對(duì)超導(dǎo)電流形成障礙，但是隨著排列或織構(gòu)程度的升高該障礙得以 降低。因此，為了使得該材料可應(yīng)用于市售產(chǎn)品(例如，HTS導(dǎo)線(xiàn))，該HTS材料必須在相對(duì)長(zhǎng)的距離上保持高度的結(jié)晶排列或組織。否則，將限制超導(dǎo) 電流承載能力(臨界電流強(qiáng)度)?？赏ㄟ^(guò)在柔性帶狀基片的頂部外延地生長(zhǎng)材料薄層，在大面積上制造具 有高度結(jié)晶排列或織構(gòu)的HTS材料，使其在其表面處具有高度的結(jié)晶織構(gòu)。當(dāng)在該表面上外延生長(zhǎng)結(jié)晶HTS材料時(shí)，HTS材料的晶體排列與基片的質(zhì)地 相匹配。換句話(huà)說(shuō)，基片織構(gòu)為晶體HTS材料的外延生長(zhǎng)提供了模板。此外， 基片為HTS層提供了結(jié)構(gòu)的整體性?？蓪⒒瑯?gòu)造成提供生產(chǎn)具有優(yōu)秀的超導(dǎo)性能(例如高臨界電流強(qiáng)度)的 外延HTS層的模板?？梢允褂美珂?、銅、銀、鐵、銀合金、鎳合金、鐵合 金、不銹鋼合金和銅合金等材料?？梢允褂米冃喂に嚇?gòu)造基片，例如包括對(duì) 基片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和再結(jié)晶退火的工藝。該工藝的例子是軋制輔助雙軸織構(gòu)基片 (RABiTS)工藝。該工藝中大量的金屬通過(guò)變形處理和退火而被經(jīng)濟(jì)地處理并 獲得高度的織構(gòu)。迄今通過(guò)該方法生產(chǎn)例如寬4厘米的金屬條，每一條可以被 切開(kāi)為多個(gè)更小的導(dǎo)線(xiàn)(即，0.4cm的10條導(dǎo)線(xiàn))?？稍谝谄渖仙L(zhǎng)HTS材料的具有適當(dāng)結(jié)晶模板的基片表面上沉積或生 長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)緩沖層。緩沖層還能夠提供以下額外作用防止原子隨時(shí)間的 推移從基片材料擴(kuò)散到HTS材料的晶格或防止氧原子隨時(shí)間的推移擴(kuò)散到基 片材料。該擴(kuò)散，或者"污染"，能夠破壞結(jié)晶排列并由此降低HTS材料的電 特性。緩沖層還能夠?yàn)榛cHTS層之間增強(qiáng)的粘合力。此外，緩沖層能夠 具有與超導(dǎo)材料的熱膨脹系數(shù)良好匹配的熱膨脹系數(shù)。為了該技術(shù)在商業(yè)應(yīng) 用的實(shí)施，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)被壓迫時(shí)，該特征是令人滿(mǎn)意的，因?yàn)樗兄诜乐笻TS 層從基片的剝離?；蛘?，可以使用非織構(gòu)基片，例如哈斯特鎳合金，并通過(guò)例如離子束輔 助器沉積(IBAD)或傾斜基片沉積(ISD)的方法沉積經(jīng)織構(gòu)的緩沖層?？梢匀芜x 地在IBAD或ISD層上外延地沉積額外的緩沖層，來(lái)為HTS層的外延沉積提供 最后的模板。通過(guò)將基片和一個(gè)或多個(gè)緩沖層的適當(dāng)結(jié)合作為模板，可以外延生長(zhǎng)具 有優(yōu)秀結(jié)晶排列或織構(gòu)的HTS層，其對(duì)模板表面也具有良好的粘合性，并對(duì) 來(lái)自基片的原子的污染具有充分的阻障力。HTS層能夠通過(guò)各種方法中的任 一種來(lái)沉積，包括金屬有機(jī)沉積(MOD)工藝、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (MOCVD)、脈沖激光沉積(PLD)、熱或電子束蒸發(fā)或其它合適的方法。最后，可在該多層組件上增加一個(gè)蓋層，其有助于由上方防止HTS層受污染。蓋層可以是例如銀，可以例如濺射到HTS層上。示例性的多層HTS組件包括具有 5%鉤合金的雙軸織構(gòu)鎳基片；順序沉積的￥203、 YSZ和Ce02外延層；YBCO 外延層；和Ag蓋層。這些層的示例性厚度為約25-75微米的基片，各約75 納米的緩沖層，約l微米的YBCO層和約l-3微米的蓋層。迄今已使用例如上 述工藝制造了100米長(zhǎng)的HTS導(dǎo)線(xiàn)。在該組件中，基片的底部可被認(rèn)為是該組 件的"背部"，而蓋層的頂部則被認(rèn)為是"前部"。使用期間，能夠承受彎曲應(yīng)力的HTS導(dǎo)線(xiàn)是理想的。彎曲引起了該彎曲 的凸起外表面上的拉伸應(yīng)變和該彎曲的凹進(jìn)內(nèi)表面上的壓縮應(yīng)變，由此取決 于導(dǎo)線(xiàn)彎曲方向地使得HTS層遭受拉伸或壓縮應(yīng)變。雖然適度的壓應(yīng)力能夠 實(shí)際地提高HTS層的電流承載能力，通常使整個(gè)組件承受應(yīng)力(特別是重復(fù)地 應(yīng)力)會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)處于機(jī)械損壞的危險(xiǎn)中。例如，HTS層中會(huì)形成裂隙并蔓延， 減低了導(dǎo)線(xiàn)的機(jī)械和電性能，或者各種層會(huì)彼此分離或從基片剝離。美國(guó)專(zhuān)利No.6,745，059和美國(guó)專(zhuān)利No.6,828,507(例如)描述了降低HTS層中應(yīng)力的方法。例如，可將經(jīng)選擇具有和基片相似厚度和機(jī)械特征的銅帶粘 合到插入物的上表面上。如此把HTS層大致上夾在整個(gè)結(jié)構(gòu)的中間，因此如 果該結(jié)構(gòu)彎曲，HTS層既不在彎曲的外表面也不在彎曲的內(nèi)表面?？梢园褍?個(gè)這樣的組件在各自的銅帶處粘合到一起形成單個(gè)HTS導(dǎo)線(xiàn)組件。在這種情 況下，兩個(gè)基片面朝外，銅帶處于組件的中間。此時(shí)，第二個(gè)組件的加入提 供了額外的電流承載能力；但是，與HTS層的電接觸需要接合導(dǎo)線(xiàn)開(kāi)口或部 分地去除接觸部分中的插入物之一。涂覆的導(dǎo)體HTS導(dǎo)線(xiàn)的另一個(gè)問(wèn)題是使用導(dǎo)線(xiàn)時(shí)環(huán)境對(duì)其的污染。暴露 于外界將緩慢地降低HTS層的電性能。而且，當(dāng)存在與導(dǎo)線(xiàn)接觸的低溫液體 (諸如液氮)時(shí)，液體將擴(kuò)散到導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)的孔中，并在受熱時(shí)形成會(huì)破壞導(dǎo)線(xiàn)的 "氣球"。需要密封導(dǎo)線(xiàn)來(lái)防止HTS層暴露在外界中或低溫液體進(jìn)入到導(dǎo)線(xiàn)中。 美國(guó)專(zhuān)禾ljNo.6,444，917(例如)中描述了對(duì)HTS組件的密封。發(fā)明概述所述的多層高溫超導(dǎo)體(HTS)導(dǎo)線(xiàn)具有改進(jìn)的電流分配、良好的機(jī)械性 能、HTS組件與外界環(huán)境的高度隔離、與外部電連接或接點(diǎn)更高效的電接觸， 和/或提升的電穩(wěn)定性。還描述了具有電穩(wěn)定性的HTS導(dǎo)線(xiàn)，該電穩(wěn)定性可在過(guò)電流(即超過(guò)HTS層的臨界電流的電流)時(shí)保護(hù)HTS層。過(guò)電流將導(dǎo)致HTS 層變得有電阻，并產(chǎn)生熱。當(dāng)在HTS層局部區(qū)域中流過(guò)的電流被裂隙或其它 缺陷阻斷時(shí)，電穩(wěn)定性提供了可替換的電流通路。依照本發(fā)明的一個(gè)方面的疊層的超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)，包括具有長(zhǎng)度和寬度的超 導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件。該組件包括第一超導(dǎo)體插入物和第二超導(dǎo)體插入物，所述第 一超導(dǎo)體插入物具有覆蓋第一基片的第一高溫超導(dǎo)體層，所述第二超導(dǎo)體插 入物具有覆蓋第二基片的第二高溫超導(dǎo)體層。第一和第二超導(dǎo)體插入物在其 各自的基片處結(jié)合在一起。還包括基本圍繞該超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體包括第一導(dǎo)電帶和第二導(dǎo)電帶，超 導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件插入其中并與第一和第二導(dǎo)電帶電接觸。該結(jié)構(gòu)體還包括基本 上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物。該填充物在第一和第二導(dǎo)電帶之間沿著超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組 件的長(zhǎng)度延伸。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，第一和第二導(dǎo)電帶具有大于超導(dǎo) 體導(dǎo)線(xiàn)組件的寬度。在本發(fā)明的另一方面中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體包括至少在三個(gè)側(cè)面，部分地圍繞 并電接觸超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件的導(dǎo)電層。該結(jié)構(gòu)體還包括基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充 物，其中填充物基本上圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件并將其接合到導(dǎo)電層。在一個(gè)或 多個(gè)實(shí)施方式中，基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物基本上填充超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件中以 及位于超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件與導(dǎo)電層之間的空隙。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體包括基本上圍繞并電接觸超導(dǎo)體 導(dǎo)線(xiàn)組件的導(dǎo)電材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電材料包括選自下組的 材料導(dǎo)電聚合物、填充有細(xì)金屬粉末的聚合物和導(dǎo)電膠。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電材料包括包裝在超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件四周的 導(dǎo)電箔。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，至少一層基本上無(wú)孔的材料基本上圍繞 導(dǎo)電箔。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，接合材料(bondingmaterial)把第一基片和第二 基片接合在一起。接合材料可以是選自導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料的材料。接合 材料可以包括與基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物相同的材料。接合材料可以包括至 少一層導(dǎo)電材料和至少一層非導(dǎo)電材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，第一基 片和第二基片具有被處理為提供基片之間的電接觸的表面。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，第一和第二基片具有相應(yīng)的第一和第二潤(rùn)濕 層，它們沉積在與HTS層覆蓋的基片表面相反的表面上。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電材料層基本上圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件。 本發(fā)明的另一個(gè)方面，疊層超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)包括具有長(zhǎng)度和寬度的超導(dǎo)體導(dǎo) 線(xiàn)插入物。該插入物包括覆蓋在基片表面上的高溫超導(dǎo)體層，和沉積在相反 于高溫超導(dǎo)層的基片表面上的潤(rùn)濕層。該導(dǎo)線(xiàn)還包括導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體，其基本圍 繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)插入物。導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體包括第一導(dǎo)電帶和第二導(dǎo)電帶，其中超導(dǎo) 體導(dǎo)線(xiàn)插入物插入其間并與第一和第二導(dǎo)電帶電接觸。導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體還包括基 本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物，其在第一和第二導(dǎo)電帶之間沿著超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)插入物 的長(zhǎng)度延伸。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，第一和第二導(dǎo)電帶具有大于超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件 寬度的寬度。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電材料層基本圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)插入物。依照本發(fā)明的一個(gè)方面，制造疊層超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)的方法包括提供具有長(zhǎng)度 和寬度的超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件。該組件包括第一超導(dǎo)體插入物和第二超導(dǎo)體插入 物，所述第一超導(dǎo)體插入物具有覆蓋第一基片的第一高溫超導(dǎo)體層，而所述 第二超導(dǎo)體插入物具有覆蓋第二基片的第二高溫超導(dǎo)體層。第一和第二超導(dǎo) 體插入物在其各自的基片處結(jié)合在一起。該方法包括將第一和第二高溫超導(dǎo) 體層層疊到相應(yīng)的具有基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物的第一和第二導(dǎo)電帶。該方 法包括在第一和第二導(dǎo)電帶之間沿著超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件的長(zhǎng)度沉積額外的填充 物，使得第一和第二導(dǎo)電帶和填充物一起基本上圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括在第一和第二基片之間提供接合 材料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括在相應(yīng)第一和第二基片的相反 于高溫超導(dǎo)體層的表面上提供第一和第二潤(rùn)濕層。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，第一和/或第二超導(dǎo)體層可以由稀土 -堿土-氧化銅制成。此外，可將緩沖層插入到第一和/或第二超導(dǎo)體層與一個(gè) 或多個(gè)相應(yīng)基片之間。還可將導(dǎo)電蓋層插入導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體和相應(yīng)的超導(dǎo)體層之 間，并與它們電接觸。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件包括第一超導(dǎo)體插入物， 其包括第一基片、覆蓋第一基片的第一緩沖層、覆蓋第一緩沖層的第一高溫 超導(dǎo)體層，和覆蓋第一高溫超導(dǎo)體層的蓋層；以及第二超導(dǎo)體插入物，其包 括第二基片，覆蓋第二基片的第二緩沖層，覆蓋第二緩沖層的第二高溫超導(dǎo) 體層，和覆蓋第一高溫超導(dǎo)體層的蓋層。第一和第二超導(dǎo)體插入物在其各自的基片處結(jié)合在一起。依照發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的層疊的超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)與先前所知的導(dǎo)線(xiàn) 構(gòu)造相比，具有高的電流承載能力，并可同時(shí)具有改進(jìn)的電流分配、HTS組 件與外界的高度隔離，以及易于使用。表述"HTS插入物"是指包括基片、 一個(gè)或多個(gè)緩沖層、HTS層和蓋層的 多層結(jié)構(gòu)體。通常在該HTS插入物中，HTS層通過(guò)一個(gè)或多個(gè)緩沖層與金屬 基片電隔離。但是，如果使用導(dǎo)電緩沖層，HTS層可以電連接到金屬基片。 或者，導(dǎo)電蓋層可以與HTS層和基片接觸，并提供兩者之間的電接觸。表述"HTS組件"是指包括至少一個(gè)HTS插入物的結(jié)構(gòu)，但是其可以包括 一個(gè)或多個(gè)HTS插入物和/或其它的附加層。表述"HTS導(dǎo)線(xiàn)"或"HTS帶"是指 如下的HTS插入物或組件它們包括通常能為HTS插入物或組件提供結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定性、熱穩(wěn)定性、和/或電穩(wěn)定性的外部結(jié)構(gòu)或涂層。表述"密封"是表示基本上圍繞和基本上與外界物理隔離。表述"密封"可 以包括，但是不是必須包括，對(duì)正常環(huán)境下氣體或液體穿透的基本不透過(guò)性。


將參照下列附圖描述發(fā)明，該附圖是用于僅僅說(shuō)明的目的而非限制本發(fā)明。圖l是組件的截面圖示，該組件具有兩個(gè)HTS插入物，這兩個(gè)HTS插入物 在它們的基片處結(jié)合在一起；圖2A示出具有結(jié)合在一起的HTS插入物的導(dǎo)線(xiàn)，所述HTS插入物層疊和 密封于兩個(gè)導(dǎo)電穩(wěn)定帶之間；圖2B示出制造具有HTS插入物的導(dǎo)線(xiàn)的方法，這些插入物結(jié)合在一起并 層疊和密封于兩個(gè)導(dǎo)電穩(wěn)定帶之間；圖3A示出具有兩個(gè)結(jié)合的HTS插入物的導(dǎo)線(xiàn)，所述HTS插入物密封在三 側(cè)導(dǎo)電槽的內(nèi)側(cè)；圖3B示出具有兩個(gè)結(jié)合的HTS插入物的導(dǎo)線(xiàn)，所述HTS插入物以另一種 排列方式并密封在三側(cè)導(dǎo)電槽的內(nèi)側(cè)；圖4A示出具有兩個(gè)結(jié)合的HTS插入物的導(dǎo)線(xiàn)，所述HTS插入物密封在四 側(cè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體內(nèi)側(cè)；圖4B示出具有兩個(gè)結(jié)合的HTS插入物的導(dǎo)線(xiàn)，所述HTS插入物以另一種排列方式并密封在四側(cè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體的內(nèi)側(cè)；圖5A示出具有兩個(gè)結(jié)合的HTS插入物的導(dǎo)線(xiàn)的截面圖，所述HTS插入物 包裹有導(dǎo)電箔并隨后涂覆有悍料；圖5B示出具有兩個(gè)結(jié)合的HTS插入物的導(dǎo)線(xiàn)的縱向圖，所述HTS插入物 包裹有導(dǎo)電箔并隨后涂覆有焊料；圖6示出具有兩個(gè)結(jié)合的HTS插入物的導(dǎo)線(xiàn)，所述HTS插入物電鍍了金屬 并隨后層疊和密封在兩個(gè)導(dǎo)電穩(wěn)定帶之間；圖7是發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的截面圖示，示出了具有兩個(gè)HTS插入物的 導(dǎo)線(xiàn)，所述HTS插入物在它們的基片處結(jié)合并密封在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體內(nèi)側(cè)；圖8是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的截面圖示，示出了具有單個(gè)HTS插入物和 潤(rùn)濕層并密封在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體內(nèi)側(cè)的導(dǎo)線(xiàn)；圖9描述了用來(lái)制造HTS插入物的示例性工藝的流程圖。詳細(xì)說(shuō)明將描述具有導(dǎo)電外部結(jié)構(gòu)體的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)。外部導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體具有基本 上密封導(dǎo)線(xiàn)和提供導(dǎo)線(xiàn)外側(cè)到HTS插入物的電接觸的其它特征。外部導(dǎo)電結(jié) 構(gòu)體還具有提供兩個(gè)HTS插入物之間的電接觸的特征。圖1示出了依照發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的多層HTS組件的截面圖。注 意在該圖和所有其它附圖中，沒(méi)有按比例畫(huà)圖。組件100由兩個(gè)HTS插入物110 和120構(gòu)成。這些插入物的每一個(gè)使用本領(lǐng)域公知的工藝制造，并在下面詳細(xì) 描述。插入物110包括金屬基片160?；?60的至少一個(gè)表面經(jīng)雙軸織構(gòu)以提 供用于緩沖層150和HTS層140的結(jié)晶模板。 一個(gè)或多個(gè)緩沖層150位于基片 160上，并可包括一個(gè)或多個(gè)層。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，緩沖層由電絕緣 材料構(gòu)成，盡管也可以使用導(dǎo)電材料。緩沖層由例如惰性金屬、金屬或稀土 元素的氧化物、鋯酸鹽、鈦酸鹽、鈮酸鹽、氮化物、鉭酸鹽、鋁酸鹽、銅酸 鹽(cuprate)、錳酸鹽、釕酸鹽(例如^203、 Ce02、 Y203、 MgO、 Gd203、鈦酸 鍶、鋯酸釓、氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯、A1N、 Si3N4、 LaMn04、 1^込1"207或 La2xCexZr207)?？梢允褂脼镠TS晶體生長(zhǎng)于其上提供適宜織構(gòu)的任何材料或 材料的組合。在緩沖層150之上的HTS層140可以是任何HTS材料。在一個(gè)或 多個(gè)實(shí)施方式中，HTS層包括稀土-堿土-氧化銅，例如YBCO。蓋層130位于 HTS層140之上，并保護(hù)HTS層免受化學(xué)和機(jī)械損壞。蓋層可以是濺射的Ag或其它惰性金屬。插入物120可以具有相同或相似的結(jié)構(gòu)，包括基片160'， 一 個(gè)或多個(gè)緩沖層150'， HTS層140'和蓋層130'。具體細(xì)節(jié)可在共有的美國(guó)專(zhuān)利 申請(qǐng)No.(TBA)、與此相同的日期提交的題名為"High Temperature Super conducting Wires and Colis"("高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)和線(xiàn)圈")中找到，這里結(jié)合其全 部?jī)?nèi)容作為參考。為了在HTS插入物110和120之間容易接合，考慮了各種不同的方法。這 些方法可以在疊層超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)的制造中容易地實(shí)施，并對(duì)制造HTS導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng) 度有利。在一種方法中，可任選地將各個(gè)潤(rùn)濕層170和170'涂覆到各個(gè)基片160 和160'。這些潤(rùn)濕層有助于每個(gè)插入物到粘合層180的接合，并由此有助于插 入物彼此的接合。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，粘合層180由焊料制成。示例性 的焊料是Pb-Sn-Ag。在處理期間，金屬基片的背面(即沒(méi)有面對(duì)緩沖層的表面) 可以生長(zhǎng)天然氧化物層，其是電絕緣體。該氧化物層通常不浸潤(rùn)焊料，即不 接合到焊料。令人驚異地發(fā)現(xiàn)分別對(duì)各個(gè)基片160和160'添加Ag潤(rùn)濕層170和 170，使得背面對(duì)焊料粘合層180可潤(rùn)濕，即可接合。由此，通過(guò)焊接接合到基 片天然氧化物表面的潤(rùn)濕層完成了接合。通過(guò)DC濺射沉積Ag是一道標(biāo)準(zhǔn)操作。要不降低超導(dǎo)體的性能地在連續(xù) 的模式下使涂覆的導(dǎo)體帶移過(guò)等離子體，必須當(dāng)導(dǎo)體帶通過(guò)等離子體時(shí)對(duì)其 進(jìn)行冷卻。該導(dǎo)體帶被拖拉著通過(guò)位于靶反面的冷卻塊，以在沉積期間使得 導(dǎo)體帶的最大溫度最小化，處在 200度以下。需要接近靶來(lái)在氧化物表面上 粘合Ag層。由等離子體賦予的能量原位清潔了沉積表面，并以足夠沖擊能沉 積Ag離子，以獲得良好的物理接觸。在另一個(gè)方法中，需要適于基片之間具有尤為良好的電接觸的應(yīng)用，可 首先去除基片160和160，上的絕緣天然氧化層。該去除可以通過(guò)例如蝕刻、電 拋光、濺射或噴砂清理來(lái)完成。接著在基片160和160，的各個(gè)背面涂覆上例 如Ag、 Cu、 Ni、 Ti或TiN的金屬潤(rùn)濕層170和170'，以防止基片表面上天然氧 化物的再生。此外，這些潤(rùn)濕層170和170'促進(jìn)了接合層與基片表面的粘合。 接著焊料粘合層180把兩個(gè)組件接合在一起。然而，不需要嚴(yán)格地去除天然氧 化層以實(shí)現(xiàn)插入物之間的電接觸。如下面將詳細(xì)描述的，任選地圍繞多層HTS 組件的導(dǎo)電材料能夠提供附加的電流分配。雖然圖l示出了使用焊料和Ag潤(rùn)濕層來(lái)把兩個(gè)基片接合在一起的實(shí)施方 式，根據(jù)所需的導(dǎo)線(xiàn)性能也可以利用其它的粘合方案和材料。在另一種方法中，需要適用于基片之間彼此電隔離的應(yīng)用，粘合層180為例如樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或其它非導(dǎo)電材料，而對(duì)潤(rùn)濕層170和170'進(jìn)行選擇以易于基片160、 160' 和非導(dǎo)電粘合層之間的接合。在這種情況下，某些層可以是導(dǎo)電的，而其它 層則是不導(dǎo)電的。在所需要的粘合潤(rùn)濕基片背面的應(yīng)用中，潤(rùn)濕層170和170' 可以全部省略。此時(shí)，粘合層180直接接觸基片160和160'。另一方法中，需 要適合于基片160和160'之間既不需要電連接也不需要粘合的應(yīng)用，例如在由 基本密封的導(dǎo)電材料提供對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的充分結(jié)構(gòu)性整合的應(yīng)用中，潤(rùn)濕層170和 170，和粘合層180可以全部省略，此時(shí)基片160和160，的背面直接彼此接觸。在圖l所述的實(shí)施方式中，粘合層180在插入物110和插入物120各自的基 片處將兩者粘合，制成HTS組件IOO。蓋層130和130'面朝組件100的外側(cè)，基 片160和160'位于組件100的中央。該結(jié)構(gòu)提供了例如與外部電流源的有效電 接觸以及超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度的有效接合。組件的外表面是導(dǎo)電蓋層130和130'。 這些層提供了對(duì)各自的HTS層140和140'的便利導(dǎo)電路徑。為了把電流引入到 HTS層中，可以在組件的外表面上的任何地方制造電流源與組件之間的連接。圖2A描述了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其中導(dǎo)線(xiàn)200包括兩個(gè)接合的HTS 插入物210和220(其可與前述相同)，以及導(dǎo)電的外部結(jié)構(gòu)體。該導(dǎo)電外部結(jié) 構(gòu)體基本上圍繞和密封導(dǎo)線(xiàn)使之與外界隔離，并提供兩個(gè)HTS插入物之間的 電接觸以及與外部的電接觸。導(dǎo)電外部結(jié)構(gòu)體還對(duì)導(dǎo)線(xiàn)200提供機(jī)械的、熱的 和電的穩(wěn)定性。導(dǎo)電外部結(jié)構(gòu)體包括上下導(dǎo)電穩(wěn)定帶250和270、以及無(wú)孔導(dǎo) 電填充物材料290，例如焊料或其它低熔化溫度合金或汞合金、導(dǎo)電聚合物或 諸如In的純金屬。填充物290基本圍繞HTS插入物210和220，并還可作為圖l 的HTS組件100中所示的接合層180。如前所述，基片260和260'可涂覆有各自 的潤(rùn)濕層230和230，以增強(qiáng)與填充物290(以及其彼此)的接合。填充物290還在 HTS插入物的外表面處使插入物210、 220與導(dǎo)電穩(wěn)定帶250和270接合。填充 物290以厚層的方式在導(dǎo)線(xiàn)的側(cè)面橋接帶250和270，以由此實(shí)現(xiàn)HTS組件與外 圍環(huán)境的隔離并基本上在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體中完全地圍繞HTS組件。有時(shí)，在HTS層中存在缺陷，該缺陷導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)使用期間層的阻抗(和產(chǎn)生 的熱)相應(yīng)增加。在這種情況下，使得部分或全部電流分流或分路至其它HTS 層中。如此產(chǎn)生了更均勻的導(dǎo)體，其具有不會(huì)沿著導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度方向發(fā)生巨大 變化的傳導(dǎo)性。這是當(dāng)操作電流正好低于臨界電流(超導(dǎo)器件工作中的正常操 作)時(shí)的特殊應(yīng)用。為了提供冗余(rebundant)超導(dǎo)路徑，考慮把使用單個(gè)基片的雙HTS層結(jié)構(gòu)作為在單個(gè)導(dǎo)線(xiàn)中實(shí)現(xiàn)多個(gè)HTS層的方法，其中該結(jié)構(gòu)具有 涂覆在基片的相反側(cè)上的兩個(gè)HTS層。但是，這種結(jié)構(gòu)將經(jīng)歷非常復(fù)雜的制 造工藝，并對(duì)兩個(gè)HTS層的成分和之間的電關(guān)系具有有限的適應(yīng)性。相反， 本發(fā)明的將兩個(gè)HTS插入物在其基片處層疊在一起的實(shí)施方式提供了易于制 造的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)于具體所需的應(yīng)用易于修整結(jié)構(gòu)。在導(dǎo)線(xiàn)200中，填充物290提供了HTS插入物210和220之間的電連接。實(shí) 際上，填充物290作用為導(dǎo)電管道或電橋。盡管填充物290是導(dǎo)電的，當(dāng)電流 流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)200，電流通常將沿著最小的阻抗而行，即通過(guò)HTS插入物210和220 中的一個(gè)或兩者。然而，如果HTS插入物210， 220之一在一定區(qū)域中具有提 高其阻抗的缺陷，電流可以通過(guò)填充物290流到其它的HTS插入物。填充物290 具有比HTS插入物210和220更高的阻抗，因此電流轉(zhuǎn)移到插入物之間的導(dǎo)線(xiàn) 的某些可計(jì)算的長(zhǎng)度上(例如幾厘米)。轉(zhuǎn)移的最終結(jié)果是電流能夠持續(xù)地沿 著低阻抗路徑流動(dòng)，即穿過(guò)另一個(gè)HTS插入物。如果在該插入物中的不同區(qū) 域處存在缺陷，則電流能夠轉(zhuǎn)移回到其它的插入物，該其它的插入物在相同 的位置不太可能也具有缺陷。電流的冗余電路的存在改進(jìn)了導(dǎo)線(xiàn)的電穩(wěn)定性。 導(dǎo)線(xiàn)200的電流容量對(duì)HTS插入物210或220中的局部缺陷的敏感性相比具有 單個(gè)插入物來(lái)說(shuō)小得太多，后者中的電流將被迫流經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)的高阻抗部分。在HTS插入物210和220之間通過(guò)填充物290提供電連接還增加了導(dǎo)線(xiàn)200的電流載流量，使其超過(guò)了單個(gè)插入物的情形或者兩個(gè)隔離的插入物的情形。 臨界電流Ic和操縱(總)臨界電流強(qiáng)度Je都提高了。填充物290提供了把電流引 入到HTS插入物210或220中一個(gè)或者兩個(gè)中的手段。通過(guò)簡(jiǎn)單地使電流源與 填充物290接觸，電流通過(guò)填充物流入到HTS插入物。由于填充物290與導(dǎo)電 穩(wěn)定帶250和270接觸，使電流源接觸帶250或270之一或者二者也將電流引入 到HTS插入物210和220之一或者二者中。對(duì)材料290進(jìn)行選擇，從而使其無(wú)孔；在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施中，材料290具 有足夠的強(qiáng)度并以足夠的厚度涂覆來(lái)充分地圍繞并密封導(dǎo)線(xiàn)200。這使得HTS 插入物210和220充分不受環(huán)境因素污染的影響，該污染將降低插入物的電性 能。通過(guò)圍繞低溫流體，填充物290還基本上防止了組件的滲透，該滲透將形 成能夠潛在機(jī)械破壞HTS插入物的氣泡。導(dǎo)線(xiàn)200側(cè)面的填充物290的厚涂層 還增加了導(dǎo)線(xiàn)的機(jī)械強(qiáng)度，并有助于防止由于彎曲或其它潛在破壞源而引起 的導(dǎo)線(xiàn)200的脫層。材料290通過(guò)防止額外的熱容而增加了導(dǎo)線(xiàn)的熱穩(wěn)定性。穩(wěn)定帶250和270還增強(qiáng)了導(dǎo)線(xiàn)200的機(jī)械的、電的和熱的穩(wěn)定性。帶250 和270可以是相同的或不同的，這取決于最終導(dǎo)線(xiàn)的所需性能。帶的厚度可以 在大約0.01-2mm寬的范圍內(nèi)變化，取決于所需要的應(yīng)用。對(duì)于超導(dǎo)電纜，厚 度一般在0.05-0.075mm之間。對(duì)于故障限流器應(yīng)用，穩(wěn)定帶的厚度可以大于 或等于lmm。選擇帶250和270所使用的材料以提供所需應(yīng)用中導(dǎo)線(xiàn)200的適 當(dāng)?shù)碾姷摹岬暮蜋C(jī)械的穩(wěn)定性。帶250和270通常是柔性的導(dǎo)電材料，例如 金屬，如鋁、銅、銀、鎳、鐵、不銹鋼、鋁合金、銅合金、銀合金、鎳合金、 鎳鎢合金或鐵合金。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，優(yōu)選例如銅的高導(dǎo)電金屬。對(duì)于故障 限流器應(yīng)用，優(yōu)選例如不銹鋼的機(jī)械度強(qiáng)、高電阻率的合金。在某些實(shí)施方式中，穩(wěn)定帶250和270具有大于HTS插入物210和220寬度 的寬度。該超出的寬度或者突出，使得填充物290的層或帶狀物(fmet)通過(guò)毛 細(xì)作用沿著導(dǎo)線(xiàn)的側(cè)面形成。在優(yōu)選實(shí)施方式中，該帶狀物具有相應(yīng)于導(dǎo)線(xiàn) 邊緣的凹入輪廓。由于該帶狀物通過(guò)毛細(xì)作用形成，帶250和270超過(guò)HTS組 件210和220寬度的超出寬度確定了帶狀物的厚度。通常，帶250和270的寬度 比HTS組件210和220的寬度大0.01-2mm。例如，可將具有約4.3mm寬度的穩(wěn) 定帶用于4.0或4.1mm寬的超導(dǎo)插入物。帶狀物可以增強(qiáng)導(dǎo)線(xiàn)200的機(jī)械強(qiáng)度 和耐久力。更寬的帶狀物增加了強(qiáng)度但是降低了操縱臨界電流強(qiáng)度。優(yōu)化設(shè) 計(jì)的導(dǎo)線(xiàn)將具有足夠的填充物寬度來(lái)滿(mǎn)足機(jī)械規(guī)格，但是僅此而己。典型的 單個(gè)帶狀物寬度為0.025-0.2mm，但是可以更高或更低(例如0.005-lmm)以滿(mǎn)足特定的強(qiáng)度或操縱臨界電流的需要。其它的原由中，因?yàn)榛?60和260'由于前述的在插入物處理期間的氧化 而不能很好地接合至焊料，填充物290的厚帶狀物增加了導(dǎo)線(xiàn)200的機(jī)械強(qiáng)度。 雖然潤(rùn)濕層(例如230，230，)能夠沉積在基片的表面上來(lái)改進(jìn)其對(duì)焊料的接合， 由于增加了生產(chǎn)成本，在導(dǎo)線(xiàn)的側(cè)面(例如多層HTS插入物210和220的暴露的 邊緣)上沉積該涂層是不可行的。但是，填充物290的厚帶狀物可以沉積在該 導(dǎo)線(xiàn)200的側(cè)面上，如此填充物充分地粘合到多層組件的其它(非基片)層上， 并具有足夠的強(qiáng)度，而不會(huì)從基片側(cè)面剝離。當(dāng)從室溫冷卻到77K時(shí)，用于 填充物290的某些材料，例如Sn-Pb-Ag焊料，顯著強(qiáng)化(達(dá)到三倍)，它們對(duì)于總強(qiáng)度的作用很顯著。通過(guò)調(diào)整超過(guò)HTS插入物210和220的穩(wěn)定帶250和270的突出量，能夠制造適當(dāng)厚度的帶狀物。作為一個(gè)典型的例子，下列導(dǎo)線(xiàn)是說(shuō)明性的當(dāng)完成了所有的緩沖和超導(dǎo)體沉積/反應(yīng)步驟之后，使用濺射沉積在40mm寬的導(dǎo)體 的兩側(cè)涂覆0.003mm厚的Ag層。以巻軸-巻軸(reel-to-reel)的方式，將該40mm 寬的導(dǎo)體切分為8個(gè)4.1mm寬的插入物。使用能夠附上一些Ag的Sn-Pb焊料， 使每個(gè)插入物在巻軸-巻軸層疊工藝中被層疊為兩側(cè)有0.05x4.3mm的銅穩(wěn)定 帶155。所得到的導(dǎo)線(xiàn)寬度為4.3-4.4mm之間。焊料帶狀物的平均寬度約為 0.15-0.2mm?？扇鐖D2B所示來(lái)制造導(dǎo)線(xiàn)200。將HTS導(dǎo)線(xiàn)插入物制造為寬的(例如大約 4-10cm寬)多層帶，并接著縱向地切開(kāi)為幾個(gè)窄的(例如從4cm寬的帶切為10 條約0.4cm寬的帶)帶，形成HTS插入物210和220。導(dǎo)電穩(wěn)定帶250和270可以 比窄的HTS帶的寬度更寬，使得穩(wěn)定帶在兩側(cè)突出于HTS帶。在切開(kāi)后，通 過(guò)在填充物290浴中接合窄HTS插入物帶210、 220和穩(wěn)定帶250、 270，形成導(dǎo) 線(xiàn)。例如，多層HTS插入物210、 220可以從巻軸中送入填充物浴?？梢詮姆?置在HTS插入物210、 220的送入巻軸上面和下面的巻軸中給出穩(wěn)定帶250、 270，使得沿材料的長(zhǎng)度形成堆疊的結(jié)構(gòu)。填充物同時(shí)圍繞HTS插入物210、 220并將它們層疊到導(dǎo)電穩(wěn)定帶250、 270。模具295合并，并使插入物210、 220 和穩(wěn)定帶250、 270加固為一個(gè)超導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)200。在制造和切開(kāi)HTS插入物后，通 過(guò)把穩(wěn)定帶層疊到導(dǎo)線(xiàn)，能夠把穩(wěn)定帶容易地制成比插入物更寬。突出的特 點(diǎn)促進(jìn)了上下穩(wěn)定帶250、 270之間的焊料的毛細(xì)作用，以在導(dǎo)線(xiàn)的兩側(cè)為填 充物290提供厚的、機(jī)械堅(jiān)固的帶狀物。圖3A示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，其中導(dǎo)線(xiàn)300包括包含兩個(gè)接合的 HTS插入物310、 320(可與前述相同)的HTS組件，和導(dǎo)電外部結(jié)構(gòu)體。導(dǎo)電外 部結(jié)構(gòu)體包括覆蓋HTS組件3側(cè)的第一元件350和導(dǎo)電無(wú)孔填充物390，其中第 一元件可為例如組裝的、單個(gè)部分或多片形式的三壁槽。諸如焊料的填充物 390圍繞插入物310、 320并把它們?cè)诨幗雍显谝黄?，如上所述。填充?90 提供三側(cè)元件350與HTS插入物310、 320之間以及插入物之間的電路徑。填充 物390把插入物310、 320密封到三側(cè)元件350中。三側(cè)元件350由柔性導(dǎo)電材料制成，例如金屬，如鋁、銅、銀、鎳、鐵、 不銹鋼、鋁合金、銅合金、銀合金、鎳合金、鎳鎢合金或鐵合金。如圖2A中 所述的穩(wěn)定帶250、 270，選擇三側(cè)元件350的材料以對(duì)所需應(yīng)用的導(dǎo)線(xiàn)提供電 的、熱的和機(jī)械的穩(wěn)定性。三側(cè)元件的側(cè)壁可具有例如0.0001-0.5mm之間的 厚度，且取決于所需的應(yīng)用可以更厚(例如0.0001-lmm)。三側(cè)元件350具有比插入物310、 320更寬的寬度，以及比HTS組件的厚度更深的深度。這使得由 足夠厚的填充物390的層來(lái)在所有側(cè)面充分圍繞組件并充分地密封導(dǎo)線(xiàn)300。 導(dǎo)線(xiàn)300通過(guò)首先提供HTS插入物310、 320來(lái)制造，該插入物如前述由寬的帶 切開(kāi)制得。接著在填充物390(例如焊料)浴中，使插入物310、 320同時(shí)接合在 一起，被填充物390圍繞，插入到三側(cè)元件350中，并密封入三側(cè)元件中。圖3B示出了密封在三側(cè)元件350，內(nèi)、具有兩個(gè)接合的HTS插入物310'、 320，的其它排列的導(dǎo)線(xiàn)，該插入物可與前述相同。導(dǎo)電無(wú)孔填充物390'，例 如焊料，充分地圍繞插入物310'、 320'并將它們?cè)诨幗雍显谝黄?。填?物390'提供電路至HTS插入物310'、 320'以及它們之間。填充物390'把插入物 310，、 320，密封在三側(cè)元件350，(可與前述相同)內(nèi)。在該導(dǎo)線(xiàn)中，三側(cè)元件350， 具有比組件的厚度更寬的寬度和比組件的寬度更深的深度。如此使得有足夠 厚的填充物390'層在所有側(cè)面充分圍繞組件和充分密封導(dǎo)線(xiàn)300'。導(dǎo)線(xiàn)300' 可由圖3A所述的方法制造。圖4A示出了具有可與前述相同的HTS插入物410、 420的導(dǎo)線(xiàn)400，該導(dǎo) 線(xiàn)被密封在一個(gè)四壁結(jié)構(gòu)體450的內(nèi)部，該結(jié)構(gòu)體提供了超過(guò)圖3A和3B中的 三壁槽的額外的機(jī)械穩(wěn)定性。導(dǎo)電無(wú)孔填充物490，例如焊料，圍繞插入物410、 420，并如前述那樣將它們?cè)诨幗雍显谝黄?。填充?90提供電路到HTS 插入物410、 420以及它們之間。填充物490將插入物410、 420密封到四壁結(jié)構(gòu) 體450中。結(jié)構(gòu)體450的內(nèi)部尺寸大于被接合了的HTS插入物410和420的適當(dāng) 尺寸。如此使得充分厚的焊料層能夠充分地圍繞插入物的所有面并充分密封 導(dǎo)線(xiàn)400。導(dǎo)線(xiàn)400通過(guò)首先提供HTS插入物來(lái)制造，可以如前述那樣由寬的 帶切開(kāi)制得。為了留下足夠的空間來(lái)容納HTS插入物410、 420，結(jié)構(gòu)體450 的一個(gè)壁是打開(kāi)的。接著在焊料浴中，插入物同時(shí)被插入到結(jié)構(gòu)體450中，接 合在一起，和被焊料圍繞。接著，結(jié)構(gòu)體450的開(kāi)口壁被機(jī)械地折疊起來(lái)，包 圍插入物和焊料。焊料填充折疊造成的間隙，如圖所示。圖4B示出具有兩個(gè)接合的HTS插入物410'、 420'(可與前述相同)的其它排 列形式的導(dǎo)線(xiàn)400'，該導(dǎo)線(xiàn)密封在四壁結(jié)構(gòu)體450'內(nèi)。導(dǎo)電無(wú)孔填充物490'， 例如焊料，圍繞插入物410'、 420'，并如前所述將它們?cè)诨幗雍显谝黄稹?填充物490'提供電路至HTS插入物410'、 420'以及它們之間。填充物490'把插 入物410'、 420，密封在四壁結(jié)構(gòu)體450，內(nèi)。結(jié)構(gòu)體450，具有比被接合的HTS插 入物410'、 420'的適當(dāng)尺寸更大的內(nèi)部尺寸。如此使得有足夠厚的焊料層圍繞在插入物的所有側(cè)面，并密封結(jié)構(gòu)體。導(dǎo)線(xiàn)400'可由圖4A所述的方法制造。 在另一個(gè)實(shí)施方式中，圖5A和5B中示出了不同的透視圖，導(dǎo)電薄箔包裹 了HTS組件。在圖5A的截面圖中，粘合劑580把HTS插入物510、 520(可與前 述相同)接合在一起。導(dǎo)電箔590緊密地和連續(xù)地包裹在被接合的插入物周?chē)?如此使箔590與插入物510、 520形成良好的電接觸，并提供插入物之間電連接 的通道。如圖5B所示，每一個(gè)圍繞插入物510'、 520'的連續(xù)包裹的箔590'與 先前的包裹交迭，提供圍繞導(dǎo)線(xiàn)的密封。根據(jù)應(yīng)用，箔的厚度可以在一個(gè)寬 的范圍中變化，例如在0.0001-0.5mm之間。在箔5^)的上部涂覆基本上無(wú)孔的 密封劑570。密封劑570可以是導(dǎo)電材料，在這種情況下，密封劑570和箔590 一起提供自導(dǎo)線(xiàn)外部至HTS插入物510、 520的電路。在另一個(gè)實(shí)施方式中， 密封劑570是基本上無(wú)孔的非導(dǎo)電材料，在這種情況下，導(dǎo)線(xiàn)500的外部電絕 緣。在這種情況下，為了制造從導(dǎo)線(xiàn)500的外側(cè)到HTS插入物510、 520的導(dǎo)電 連接，密封劑570必須被剝離。如此可以使用與HTS插入物510、 520電接觸的 導(dǎo)電箔590。導(dǎo)線(xiàn)500可以如前述通過(guò)提供并接合HTS插入物510、 520來(lái)制造， 接著在所獲得的組件周?chē)鷻C(jī)械地包裹導(dǎo)電箔590。然后可使導(dǎo)線(xiàn)500穿過(guò)密封 劑570(例如焊料)浴，使其充分圍繞并密封導(dǎo)線(xiàn)500。在另一個(gè)實(shí)施方式中，如圖6所示，導(dǎo)線(xiàn)600包括兩個(gè)HTS插入物610、 620， 層690和如圖2A示出的兩帶結(jié)構(gòu)體，其中兩個(gè)HTS插入物通過(guò)粘合劑680接合 在一起并可與前述相同。層690充分圍繞610、 620和680，并為它們之間提供 電接觸。層690是例如沉積在組件610、 620和680上的金屬涂層?？梢猿练e在 組件上的金屬有例如Cu、 Ag、 Ti、 TiN和Sn。或者，層690是例如包含金屬粉 末的聚合物、導(dǎo)電膠或?qū)щ娋酆衔锏耐繉樱孕纬蓪?dǎo)電媒介。無(wú)論選擇什么 涂層，導(dǎo)電穩(wěn)定帶650、 660以填充物670層疊到組件(如圖2中所述的導(dǎo)線(xiàn))。 填充物670可以與圖2中所述的相同。穩(wěn)定帶650、 660與填充物670—起，在層 690提供的作用之外，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)600提供結(jié)構(gòu)性的、熱的和電的整合性。由于導(dǎo) 線(xiàn)600包含許多增強(qiáng)其強(qiáng)度和耐久性的特征，因此能夠有益地應(yīng)用于嚴(yán)酷的環(huán) 境條件中或應(yīng)用于過(guò)大的機(jī)械應(yīng)力。被涂覆的組件610、 620 、 680、 6卯也可 以被插入到上述任何一個(gè)實(shí)施方式中，以用于需要額外穩(wěn)定性的應(yīng)用中。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，如圖7所述，導(dǎo)線(xiàn)包括兩個(gè)HTS插入 物710、 720和導(dǎo)電層790，插入物提供粘合劑780接合在一起并可與前述相同。 層790充分圍繞并密封HTS組件710、 720和780。層790提供HTS組件710、 720和780之間的電傳遞。層790提供HTS插入物710， 720之間的電通信。層790 可以是沉積的金屬涂層?？梢酝ㄟ^(guò)電鍍工藝、金屬粉末燒結(jié)工藝或化學(xué)鍍層 工藝來(lái)沉積金屬。電鍍、粉末燒結(jié)和化學(xué)鍍層是公知的方法?？梢猿练e在組 件710、 720和780上的金屬的例子是Cu、 Ag、 Ti、 TiN和Sn。在另一個(gè)實(shí)施方 式中，層790是導(dǎo)電聚合物或包含金屬粉末的聚合物。聚合物涂層可以通過(guò)巻 軸-巻軸浸漬涂布和固化工藝來(lái)施加，以在線(xiàn)壓模或涂抹來(lái)控制聚合物層的厚 度。還可以將其它類(lèi)型的導(dǎo)電材料用于層790。這些材料具有為HTS插入物 710、 720之間提供良好電接觸和/或?yàn)镠TS插入物710、 720與外部導(dǎo)電接觸之 間提供良好電接觸的特性。這些材料還可以是基本無(wú)孔的，能夠以足夠的厚 度充分圍繞和密封所獲得的導(dǎo)線(xiàn)700。
雖然上述實(shí)施方式是包括通過(guò)其基片接合在一起并被插入到不同類(lèi)型的 外部結(jié)構(gòu)體中的HTS插入物的導(dǎo)線(xiàn)，但是也可考慮將其它HTS組件用于所述 的任何導(dǎo)線(xiàn)中。例如，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，可以把圖7的涂層導(dǎo)線(xiàn)700 本身插入到一個(gè)或多個(gè)所述的外部導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體中。
這里描述的用于與多層HTS插入物結(jié)合的新穎潤(rùn)濕層也可以用來(lái)制備具 有導(dǎo)電外部結(jié)構(gòu)體的單個(gè)HTS插入物。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，單HTS組 件可以被插入到上述外部結(jié)構(gòu)體的一個(gè)或多個(gè)中。參照?qǐng)D8，導(dǎo)線(xiàn)800包括可 與前述相同的一個(gè)HTS插入物810。導(dǎo)線(xiàn)800還包括外部結(jié)構(gòu)體890，該外部結(jié) 構(gòu)體890代表了圖2-7所述的實(shí)施方式中的任一個(gè)的外部導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體。HTS插 入物810包括基片860、緩沖層850、 HTS層840和蓋層830，其可具有與圖l示 出配置中的插入物110相同的部件和性能。插入物810還具有沉積在基片860 上的潤(rùn)濕層870。在這種情況下，選擇潤(rùn)濕層870，以使得基片860和外部結(jié)構(gòu) 體890之間良好地粘合。外部結(jié)構(gòu)體890與HTS層840電接觸。由此通過(guò)簡(jiǎn)單地 接觸電流源與外部結(jié)構(gòu)體890，電流將流入HTS層。外部結(jié)構(gòu)體890充分圍繞 并密封HTS插入物810。
雖然所述導(dǎo)線(xiàn)包含HTS插入物和具有基片、 一個(gè)或多個(gè)緩沖層、稀土氧 化物超導(dǎo)體以及蓋層的組件，但是不能限制導(dǎo)線(xiàn)使用這些特殊類(lèi)型的超導(dǎo)體 插入物或組件?？梢允褂萌魏晤?lèi)型的HTS組件，只要其含有HTS層。例如， 可以使用緯線(xiàn)(垂直于導(dǎo)線(xiàn)中軸線(xiàn))中具有低電阻率而在經(jīng)線(xiàn)(沿著導(dǎo)線(xiàn)的中軸 線(xiàn))中具有高電阻率的篩網(wǎng)型穩(wěn)定劑來(lái)代替導(dǎo)電穩(wěn)定帶。這種類(lèi)型的穩(wěn)定劑具 有在交流應(yīng)用中降低渦電流損失的優(yōu)點(diǎn)。在共有的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)U.S.S.N.60/667,001 、題名為"Mesh-Type Stabilizer for Filamentary coated Superconductors"("用于絲狀涂層的超導(dǎo)體的篩網(wǎng)型穩(wěn)定劑")中可以找到適 當(dāng)?shù)暮Y網(wǎng)型穩(wěn)定劑的具體細(xì)節(jié)，這里引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
圖9描述了用來(lái)制造依照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的HTS導(dǎo)線(xiàn)的示例性工 藝的流程圖。在第一步驟910中，處理導(dǎo)線(xiàn)基片以獲得雙軸織構(gòu)。優(yōu)選的，基 片表面具有相對(duì)良好確定的晶向。例如，表面可以是雙軸織構(gòu)的表面(例如 (113)[211表面])或立方織構(gòu)的表面(例如(100)
表面或(100)
表面)。優(yōu) 選地，表面的X光衍射極相圖中的峰值具有小于約20。的FWHM(例如，小于大 約15°，小于大約10°或大約5°-10°)。
可以通過(guò)例如旋轉(zhuǎn)和退火來(lái)制備表面。還可以使用真空處理來(lái)制備表面， 例如離子束輔助沉積、傾斜基片沉積和其它本領(lǐng)域公知的真空技術(shù)，以在例 如無(wú)定向多晶或非晶表面上形成雙軸織構(gòu)的表面。在某些實(shí)施方式中(例如當(dāng) 使用離子束輔助沉積時(shí))，基片的表面不需要織造(例如，表面可以是無(wú)定向 多晶或者是非晶表面)。
可以用能夠支撐緩沖層堆棧和/或超導(dǎo)體材料層以及能夠提供最終導(dǎo)線(xiàn) 所需的機(jī)械性能的任何材料來(lái)形成基片?？梢杂米骰幕牧系睦永?如是，金屬和/或合金，例如鎳、銀、銅、鋅、鋁、鐵、鉻、釩、鈀、鉬和/ 或其合金。在某些實(shí)施方式中，基片可以由超級(jí)合金形成。在某些實(shí)施方式 中，基片可以是具有相對(duì)大的表面面積的物體(例如導(dǎo)線(xiàn)或晶片)的形式。在 這些實(shí)施方式中，基片優(yōu)選相對(duì)柔性的材料。
在這些實(shí)施方式的某些中，基片為包含下述兩種金屬的二元合金銅、 鎳、鉻、釩、鋁、銀、鐵、鈀、鉬、鎢、金和鋅。例如，二元合金可以由鎳 和鉻形成(例如鎳和最多20原子百分比的鉻、鎳和大約5-18原子百分比的鉻、 或鎳和大約10-15原子百分比的鉻)。作為另一個(gè)例子，二元合金可以由鎳和 銅形成(例如銅和大約5-45原子百分比的鎳、銅和大約10-40原子百分比的鎳、 或銅和大約25-35原子百分比的鎳)。作為其它示例，二元合金可以包含鎳和 鎢(例如大約l-20原子百分比的鎢、大約2-10原子百分比的鎢、大約3-7原子百 分比的鉤、大約5原子百分比的鎢)。二元合金還可以包括相對(duì)少量的雜質(zhì)(例 如小于大約0.1原子百分比的雜質(zhì)、小于大約0.01原子百分比的雜質(zhì)、小于大 約0.005原子百分比的雜質(zhì))。Ni-5wt。/。W是基片的優(yōu)選材料。
在這些實(shí)施方式的某些中，基片包含兩種以上的金屬(例如三元合金或四元合金)。在這些實(shí)施方式的某些中，合金可以包含一種或多種氧化物構(gòu)成者
(例如Mg、 Al、 Mo、 V、 Ta、 Ti、 Cr、 Ga、 Ge、 Zr、 Hf、 Y、 Si、 Pr、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Lu、 Th、 Er、 Tm、 Be、 Ce、 Nd、 Sm、 Yb禾口/或La， Al
為優(yōu)選的氧化物構(gòu)成物)，以及下列金屬中的兩種銅、鎳、鉻、鎢、釩、鋁、 銀、鐵、鈀、鉬、金和鋅。在這些實(shí)施方式的某些中，合金可包含下列金屬 中的兩種銅、鎳、鉻、鉤、釩、鋁、銀、鐵、鈀、鉬、金和鋅，并且可以 基本上不含有任何上述氧化物構(gòu)成物。
在合金包含氧化物構(gòu)成物的實(shí)施方式中，合金可包含至少約0.5原子百分 比的氧化物構(gòu)成物(例如至少大約l原子百分比的氧化物構(gòu)成物，或至少約2
原子百分比的氧化物構(gòu)成物)和最多大約25原子百分比的氧化物構(gòu)成物(例如 最多大約10原子百分比的氧化物構(gòu)成物，或最多大約4原子百分比的氧化物構(gòu) 成物)。例如，合金可包括氧化物構(gòu)成物(例如至少大約0.5的鋁)、大約25-55 原子百分比的鎳(例如大約35-55原子百分比的鎳、大約40-55原子百分比的 鎳)、余量為銅。另一個(gè)示例中，合金可包括氧化物構(gòu)成物(例如至少大約 0.5原子的鋁)、大約5-20原子百分比的鉻(例如大約10-18原子百分比的絡(luò)、大 約10-15原子百分比的鉻)、余量為鎳。合金還可以包括相對(duì)少量的其它金屬(例 如小于大約0.1原子百分比的其它金屬、小于大約0.01原子百分比的其它金屬、 或小于大約0.005原子百分比的其它金屬)。
由合金形成的基片可以通過(guò)例如結(jié)合粉末形式的組成物、熔化和冷卻來(lái) 形成，或者通過(guò)例如將粉末組成物一起擴(kuò)散入固態(tài)。接著，通過(guò)變形織構(gòu)(例 如退火和旋轉(zhuǎn)、型鍛、擠出和/或拉拔)來(lái)形成織構(gòu)表面(例如雙軸織構(gòu)或立方 織構(gòu))?；蛘?，合金組成物可以以膠狀物旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)來(lái)堆疊，接著進(jìn)行變形織 構(gòu)。在某些實(shí)施方式中，把具有相對(duì)低的熱膨脹系數(shù)的材料(例如Nb、 Mo、 Ta、 V、 Cr、 Zr、 Pd、 Sb、 NbTi，諸如NiAl或Ni3Al的金屬間材料、或其混合 物)形成為桿，并在變形織構(gòu)之前嵌入到合金中。
在某些實(shí)施方式中，使用在基片表面上沉積的中間層(ingtermediate layer),可以減輕表面上的穩(wěn)定的氧化物的形成，直到在雙軸織構(gòu)的合金表面 上形成第一外延(例如，緩沖)層。中間層包括外延金屬或合金層，當(dāng)它們暴 露到由外延緩沖層膜起始生長(zhǎng)所需的溫度以及P02構(gòu)成的條件時(shí)，不會(huì)形成 表面氧化物。此外，緩沖層用作防止基片元素遷移到中間層表面的屏障，以 及防止在外延層的起始生長(zhǎng)期間形成氧化物的屏障。缺少了該中間層，基片中的一種或多種元素可能會(huì)在基片的表面處形成熱穩(wěn)定氧化物，由于例如缺 乏在該氧化物層中的織構(gòu)的原因，該氧化物的形成會(huì)顯著阻止外延層的沉積。
中間金屬層的示例包括鎳、金、銀、鈀及它們的合金。其它金屬或合 金可包括鎳和/或銅的合金。沉積在中間金屬層上的外延膜或?qū)涌砂ń饘傺?化物、硫族化物、鹵化物和氮化物。在某些實(shí)施方式中，在外延膜沉積的條 件下，中間金屬層不會(huì)氧化。
應(yīng)注意當(dāng)晶核形成和起始緩沖層結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)產(chǎn)生外延層之前，沉積的中間 層不完全結(jié)合到或不完全擴(kuò)散到基片中。這意味著在選擇具有適當(dāng)屬性的金 屬或合金(例如在基片合金中的擴(kuò)散常數(shù)、在實(shí)際外延緩沖層的生長(zhǎng)條件下抗 氧化的熱穩(wěn)定性、和與外延層的晶格匹配)后，沉積的金屬層的厚度必須適應(yīng) 外延層的沉積條件，特別是溫度。
可以在真空工藝?yán)缯舭l(fā)或?yàn)R射中進(jìn)行中間金屬層的沉積，或者通過(guò)例 如電鍍(有或沒(méi)有電極)的電化學(xué)方式進(jìn)行沉積。在沉積之后，這些沉積的中 間金屬層可外延或不外延(這取決于沉積期間基片的溫度)，但是在沉積后的 熱處理中將隨后獲得外延取向。
在某些實(shí)施方式中，將在基片的表面上或中間層上形成硫磺。可以通過(guò) 例如把中間層暴露到包含硫磺源(例如H2S、鉭箔或銀箔)和氫氣(例如氫氣或 氫氣與惰性氣體的混合物，例如5%氫氣/氬氣混合氣體)的氣體環(huán)境中一段時(shí)
間(例如大約10秒-1小時(shí)，大約l-30分鐘、大約5-15分鐘)來(lái)形成硫磺層?？梢?在升高的溫度(例如大約450-110(TC、 600-900°C、 850°C的溫度)下進(jìn)行。氫氣 (或氫氣/惰性氣體混合物)的壓力可以相對(duì)的低(例如小于大約l托，小于大約 lxlO—s托，小于大約lxlO—s托)或相對(duì)高(例如大于大約l托，大于大約100托， 大于大約760托)。
不必進(jìn)行理論性的限制，確信在如此條件下把織構(gòu)的基片表面暴露到硫 磺源可以在織構(gòu)的基片表面上形成硫磺的超結(jié)構(gòu)(superstructure，例如c(2x2) 超結(jié)構(gòu))。而且確信該超結(jié)構(gòu)能夠有效地穩(wěn)定(例如化學(xué)地和/或物理地穩(wěn)定) 中間層的表面。
雖然描述了形成硫磺超結(jié)構(gòu)的一種方法，還可以使用形成該超結(jié)構(gòu)的其 它方法。例如，通過(guò)在中間層的表面施加適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶液并在適當(dāng)?shù)臍怏w環(huán) 境中加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋梢孕纬闪蚧浅Y(jié)構(gòu)(例如S c(2x2)。此外，雖然描 述了在中間層的表面上形成硫磺超結(jié)構(gòu)，但是確信其它超結(jié)構(gòu)也能夠有效地穩(wěn)定(例如化學(xué)地和/或物理地穩(wěn)定)表面。例如，確信設(shè)置在表面上的氧的超 結(jié)構(gòu)、氮的超結(jié)構(gòu)、碳的超結(jié)構(gòu)、鉀的超結(jié)構(gòu)、銫的超結(jié)構(gòu)、鋰的超結(jié)構(gòu)或 硒的超結(jié)構(gòu)能夠有效地增強(qiáng)表面的穩(wěn)定性。
在第二工藝步驟920中，通過(guò)在織構(gòu)金屬表面上的外延生長(zhǎng)，在織構(gòu)基片
上形成緩沖層?；蛘?，通過(guò)使用離子束輔助沉積(IBAD)，緩沖層可以形成在 多晶、無(wú)規(guī)織構(gòu)的金屬表面上。該技術(shù)中，使用例如電子束蒸發(fā)、濺射沉積 或脈沖激光沉積來(lái)蒸發(fā)緩沖層材料，離子束(例如氬離子束)指向其上沉積了 蒸發(fā)的緩沖層材料的基片的光滑的非晶表面。
例如，可以采用離子束輔助沉積通過(guò)蒸發(fā)具有巖鹽狀結(jié)構(gòu)的緩沖層材料 (例如具有巖鹽結(jié)構(gòu)的材料，例如氧化物，包括MgO、或氮化物)到基片的光 滑的非晶表面(例如具有粗糙度小于大約100A均方根的表面)上來(lái)形成緩沖 層，從而使得緩沖層材料具有平面內(nèi)和平面外均基本對(duì)準(zhǔn)的表面(例如大約 13?；蚋?。
沉積緩沖層材料期間所用的條件可以包括例如約0-750'C的基片溫度 (例如約0-400。C、約室溫-750。C、約室溫-40(TC)，大約1.0A/秒-4.4 A/秒的沉 積速率，約200-1200eV的離子能量禾卩/或大約110-12(HiA/cn^的離子通量。
在某些實(shí)施方式中，當(dāng)使用IBAD時(shí)，基片由具有多晶、非晶基結(jié)構(gòu)(例
如金屬合金、例如鎳合金)的材料形成，并具有由不同材料(例如Si3N4)形成的
光滑非晶表面。
在某些實(shí)施方式中，可以通過(guò)在原始IBAD表面上外延生長(zhǎng)來(lái)沉積多個(gè)緩 沖層。每個(gè)緩沖層可以在平面內(nèi)和平面外均基本對(duì)準(zhǔn)(例如大約13?；蚋?。
可使用溶解相技術(shù)來(lái)制備緩沖材料，包括金屬有機(jī)沉積，例如S. S. Shoup 等，J. Am. Cer. Soc.，第81巻，3019; D. Beach等，Mat. Res. Soc, Symp. Proc.， 第495巻，263(1988); M.Paranthaman等，Superconductor Sci.Tech.，第12巻， 319(1999); D.J.Lee等，Japanese J. Appl. Phys.，第38巻，L178(1999)和M. W. Rupich等，I.E.E.E. Trans, on Appl. Supercon.第9巻，1527。在某些實(shí)施 方式中，可將溶液涂層工藝用于織構(gòu)基片上的一層氧化物層或任何氧化物層 的組合的外延沉積；然而，它們可以特別適用于織構(gòu)的金屬基片上的原始(籽 晶)層的沉積。籽晶層的作用是提供l)當(dāng)在相對(duì)于基片是氧化的氣氛中(例如 自氧化物耙磁控濺射沉積氧化釔穩(wěn)定氧化鋯)進(jìn)行時(shí)，保護(hù)基片不在下一層氧 化物層沉積期間氧化；和2)提供隨后生長(zhǎng)的氧化層的外延模板。為了滿(mǎn)足這些需要，應(yīng)在金屬基片的整個(gè)表面上外延生長(zhǎng)籽晶層，并使得該籽晶層不含 可能干擾隨后外延氧化物層的沉積的污染物。
可進(jìn)行氧化物緩沖層的形成從而促進(jìn)在其下面的基片層的潤(rùn)濕。此外， 在具體實(shí)施方式
中，金屬氧化物層的形成可以使用金屬醇化物前體(例如"溶 膠凝膠"前體)來(lái)進(jìn)行。
一旦制備了包括緩沖層的織構(gòu)基片，如上所述在沉積步驟930處沉積前體 溶液。任選的，可以圖形化前體。當(dāng)例如使用激光消融或離子轟擊來(lái)圖形化 超導(dǎo)層時(shí)，需要輔助設(shè)備來(lái)完成圖形化操作。如果使用逐滴地圖形化沉積， 則裝配有噴墨打印沉積裝置的單個(gè)步驟就能夠完成氧化物前體溶液的沉積和 圖形化。
通常，化學(xué)溶液被用來(lái)制備氟化鋇和/或其它超導(dǎo)體前體；并在表面上(例
如基片表面上，例如具有其上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)緩沖層的合金層的基片)設(shè)置 溶液(例如包含金屬鹽的溶液，例如醋酸釔、醋酸銅、醋酸鋇和/或氟化的鋇 的醋酸鹽)?？墒褂脴?biāo)準(zhǔn)工藝(例如旋涂、浸涂、槽涂)在表面上放置溶液。干 燥溶液以去除溶液中存在的至少部分有機(jī)化合物(例如在室溫下干燥或溫和 地加熱)，在包含氧氣和水的氣體環(huán)境中在爐內(nèi)使所得材料發(fā)生反應(yīng)(例如分
解)，以形成氟化鋇和/或其它適當(dāng)?shù)牟牧?例如010和/或￥203)。在某些實(shí)施
方式中，上面提到的反應(yīng)物可以用于這些步驟中的任何或所有步驟中。 以在所得超導(dǎo)體層中所需的適當(dāng)比例使用金屬源來(lái)制備金屬鹽溶液。因
此，例如，超過(guò)YBCO中使用的化學(xué)計(jì)量比例的額外量的銅鹽被包含在用來(lái) 制備含有過(guò)量銅的高Ic(ab)超導(dǎo)體層的前體溶液中。同理，前體溶液可以包含 添加劑成分，包括可溶解的或不可溶解的金屬化合物，它們用來(lái)改變最終的
超導(dǎo)體成分。該添加劑可以包括例如金屬化合物的可溶性化合物，例如釔、
釹、衫、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和镥、堿土金屬例如鈣、錳、鐵、 鈷、鎳、鋅、鈰、銀、鋁和鎂，它們能夠溶解在包含于前體溶液中的溶劑中。 添加劑成分還可以包括化學(xué)計(jì)量超過(guò)前體溶液中包含的可溶解化合物。例如，
可以在前體溶液中包含超過(guò)形成YBCO所需量的可溶解釔鹽或可溶解銅鹽。 不可溶解的添加劑成分也可以加入到前體溶液中。 下面是可使用的金屬鹽溶液的示例。
在某些實(shí)施方式中，金屬鹽溶液可具有相對(duì)少量的游離酸。在水溶液中， 這能對(duì)應(yīng)于具有相對(duì)中性pH值(例如既非強(qiáng)酸性亦非強(qiáng)堿性)的金屬鹽溶液?？梢允褂媒饘冫}溶液來(lái)制備由各種材料形成的多層超導(dǎo)體，所述各種材料可 以用作其上形成有超導(dǎo)體層的底層。
金屬鹽溶液的總游離酸濃度小于大約ixio's摩爾(例如小于大約ixi(rs摩
爾或大約lxlO;摩爾)。金屬鹽溶液中可包含的游離酸的示例包括三氟醋酸、
醋酸、硝酸、硫酸、碘化物的酸、溴化物的酸和硫酸鹽的酸。
當(dāng)金屬鹽溶液包含水時(shí)，前體成分可具有至少大約3(例如至少大約5-7) 的pH值。
在某些實(shí)施方式中，金屬鹽溶液可具有相對(duì)低的水含量(例如小于大約50 體積％的水、小于大約35體積％的水、小于大約25體積％的水)。
在金屬鹽溶液包含三氟醋酸根離子和堿土金屬陽(yáng)離子(例如鋇)的實(shí)施方 式中，可選擇三氟醋酸根離子的總量使得金屬鹽溶液中包含的氟(例如以三氟 醋酸鹽的形式)與包含在金屬鹽溶液中的堿土金屬(例如鋇離子)的摩爾比為至 少大約2:1(例如大約2:1-18.5:1， 或大約2:1-10:1)。
通常，通過(guò)使第一金屬(例如銅)、第二金屬(例如堿土金屬)和堿土金屬的 可溶性化合物與一種或多種所需溶劑和任選的水組合，來(lái)制備金屬鹽溶液。 如本文所用，第一、第二和堿土金屬的"可溶性化合物"指能夠溶解在金屬鹽 溶液中所包含的一種或多種溶劑中的這些金屬的化合物。此類(lèi)化合物包括例 如，這些金屬的鹽(例如硝酸鹽、醋酸鹽、醇鹽、碘化物、硫酸鹽和三氟醋酸 鹽)、氧化物和氫氧化物。
在某些實(shí)施方式中，金屬鹽溶液可以由包含金屬三氟醋酸鹽的有機(jī)溶液 構(gòu)成，所述金屬三氟醋酸鹽由混合在一起的Ba(02CCH3)2、 Y(02CCH3)3和
CU(02CCH3)2粉末使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法進(jìn)行反應(yīng)而制得。例如，
金屬三氟醋酸鹽粉末可以2:1:3的比例混合在甲醇中來(lái)制造基于銅含量基本 上為0.94M的溶液。
在某些實(shí)施方式中，金屬鹽溶液可包含路易斯堿。稀土金屬可以是釔、
鑭、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鈰、鐠、釹、钷、釤、或镥。通常， 稀土金屬鹽可以是任何可溶解于金屬鹽溶液中包含的一種或多種溶劑中的稀 土金屬鹽，并且當(dāng)處理這些物質(zhì)來(lái)形成中間體(例如金屬鹵氧化物中間體)時(shí)，
形成稀土氧化物(例如Y203)。該鹽可具有例如化學(xué)式 M(02C~(CH2)n-CXX，X， ，)(02C-(CH2)m-CX， "X" ， ,X，， ， ， ，)(02C-(CH2)P-CX，"，，， X"，"，，X，"""，)或M(OR)3。 M是稀土金屬。n、 m和p各自至少為l，但均小于使得鹽在溶劑中不可溶解的數(shù)值(例如1-10)。 X、 x，、 x"、 x"，、 x""、 x""，、 X"""、 X""，"、 X，"""，的每一個(gè)是H、 F、 Cl、 Br或I。 R為含碳基團(tuán)，其可 以是鹵化的(例如CH2CF3)或非鹵化的。該鹽的示例包括非鹵化羧酸鹽、鹵 化醋酸鹽(例如三氟醋酸鹽、三氯醋酸鹽、三溴醋酸鹽、三碘醋酸鹽)、鹵化 的醇鹽和非鹵化的醇鹽。該非鹵化羧酸鹽的示例包括非鹵化的醋酸鹽(例如 M(02C-CH3)3)。堿土金屬可以是鋇、鍶或鈣。通常，堿土金屬鹽可以是任何 溶解于金屬鹽溶液中所包含的一種或多種溶劑中的堿土金屬鹽，并且當(dāng)處理 這些物質(zhì)來(lái)形成中間體(例如金屬鹵氧化物中間體)時(shí)，在形成堿土氧化物(例 如BaO)之前形成堿土鹵化物化合物(例如BaF2、 BaCl2、 BaBr2、 Bal2)。該鹽具 有例如化學(xué)式M，(02C-(CH2)n-CXX，X")(02C((CH2)m-CX"，X""X"，")或 M'(OR)2。 M'是堿土金屬。n和m各自至少為l，但小于使得該鹽在溶劑中不 可溶解的數(shù)值(例如1-10)。 X、 X'、 X"、 X"，、 X""、 X'""的每一個(gè)是H、 F、 Cl、 Br或I。 R為鹵化或非鹵化的含碳基團(tuán)。該鹽的示例包括鹵化醋酸鹽(例 如三氟醋酸鹽、三氯醋酸鹽、三溴醋酸鹽、三碘醋酸鹽)。通常，過(guò)渡金屬元 素是銅。過(guò)渡金屬的鹽應(yīng)能溶解于金屬鹽溶液中所包含的一種或多種溶劑中。 優(yōu)選的，在將前體轉(zhuǎn)換為中間體(例如金屬鹵氧化物)期間，在分離的過(guò)渡金 屬分子(例如銅分子)之間發(fā)生最小的交聯(lián)。該過(guò)渡金屬鹽具有例如化學(xué)式 M， ，(CXX,X， ，-CO(CH)aCO誦CX， ， ,x， ， ， ，X" " ，)(CX，,," ，x， ，,, ， ，，x" ，",, ,_cO(CH)b COCX，, ， ，, ， ，， ，x，,,,," ，,，x，"，，，，，，，》或M， ，(02C-(CH2)n-CXX，X， ，)(02C-(CH2)m -CX"，X，，"X，"")M"(OR)2。 M"是過(guò)渡金屬。a和b各自至少為l，但小于使得 該鹽在溶劑中不可溶解的數(shù)值(例如l-5)。通常，n和m各自至少為l，但小于 使得該鹽在溶劑中不可溶解的數(shù)值(例如1-10)。X、X'、X"、X"'、X""、X""'、 X，，，"，、 X"，""、 x""""、 x""，""、 x，""，，，"、 X，"""""的每一個(gè)是H、 F、 Cl、 Br或I。 R為含碳基團(tuán)，其可以是鹵化的(例如CH2CF3)或非鹵化的。這 些鹽包括例如非鹵化的醋酸鹽(例如M"(02C-CH3)2)、鹵化醋酸鹽、鹵化醇 鹽和非鹵化醇鹽。該鹽的示例包括三氯醋酸銅、三溴醋酸銅、三碘醋酸銅、 Cu(CH3COCHCOCF3)2 、 Cu(OOCC7H15)2 、 Cu(CF3COCHCOF3)2 、 Cu(CH3COCHCOCH3)2 、 Cu(CH3CH2C02CHCOCH3)2 、 CuO(C5H6N)2禾口 Cu303Ba2(OCH2CF3)4。在某些實(shí)施方式中，過(guò)渡金屬鹽是羧酸鹽(例如非鹵化 的羧酸鹽)，例如過(guò)渡金屬的丙酸鹽(例如，過(guò)渡金屬的非鹵化丙酸鹽)。過(guò)渡
金屬的非鹵化丙酸鹽的示例是Cll(02CC2H5)2。在某些實(shí)施方式中，過(guò)渡金屬鹽是簡(jiǎn)單的鹽，例如硫酸銅、硝酸銅、碘化銅和/或草酸銅(copper oxylate)。 在某些實(shí)施方式中，n和/或m的值可為0。在某些實(shí)施方式中，a和/或b的值可 為0。說(shuō)明性而非限制性的路易斯堿羅列包括含氮化合物，例如氨和胺。胺 的示例包括CH3CN、 C5HsN和R,R2R3N。每個(gè)RiR2R3獨(dú)立的是H、垸基(例如 直鏈烷基、直鏈垸基、脂族烷基、非脂族垸基和/或取代的烷基)等。不必進(jìn) 行理論性的限制，確信金屬鹽溶液中路易斯堿的存在，能夠降低中間體形成 期間銅的交聯(lián)。確信這是由于路易斯堿能夠與銅離子配位(例如，選擇性配 位)，并因此降低了銅交聯(lián)的能力而實(shí)現(xiàn)的。
通常，把金屬鹽溶液通過(guò)例如旋涂、浸涂、網(wǎng)涂、槽涂、照相凹板式涂 覆或其它本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)施加到表面上(例如緩沖層表面)并隨后 加熱。
在隨后的步驟940中，前體組分分解。當(dāng)前體組分包含至少一種含氟的鹽 時(shí)，進(jìn)行加熱步驟的第一步驟將金屬有機(jī)分子分解為所需超導(dǎo)體材料的一個(gè) 或多個(gè)氟化氧中間體。
通常，該步驟的起始溫度為大約室溫，最終溫度為大約190-21(TC，優(yōu)選 至約20(TC。優(yōu)選地，使用至少每分鐘大約5'C的溫度梯度執(zhí)行該步驟，更優(yōu)
選為至少每分鐘大約icrc的溫度梯度，最優(yōu)選為至少每分鐘大約15t:的溫度
梯度。在執(zhí)行該步驟期間，標(biāo)稱(chēng)氣體環(huán)境中的水蒸氣的分壓優(yōu)選維持在大約5 托-50托，更優(yōu)選大約5托-30托，最優(yōu)選大約20托-30托。標(biāo)稱(chēng)氣體環(huán)境中的氧 氣的分壓維持在大約O. 1托-760托，優(yōu)選大約730托-740托。
接著在200-29(TC的溫度中使用每分鐘0.05-5i:的溫度梯度(例如每分鐘 0.5-rC)來(lái)持續(xù)加熱。優(yōu)選地，該加熱步驟期間的氣體環(huán)境基本上與把樣品從 起始溫度加熱到大約190-215 °C時(shí)所使用的標(biāo)稱(chēng)氣體環(huán)境相同。
接著持續(xù)加熱至大約65(TC的溫度，或更優(yōu)選大約40(TC的溫度，以形成 氟化氧中間體。該步驟優(yōu)選使用大約每分鐘至少2'C的溫度梯度進(jìn)行，更優(yōu)選 每分鐘至少3'C，最優(yōu)選每分鐘至少5"C。優(yōu)選地，該加熱步驟期間的氣體環(huán) 境基本上與把樣品從起始溫度加熱到大約190-215"C時(shí)所使用的標(biāo)稱(chēng)氣體環(huán) 境相同。
在其它實(shí)施方式中，通過(guò)將干燥的溶液在約5-50托的水蒸氣壓力(例如約 5-30托的水蒸氣或約10-25托的水蒸氣)中，自初始溫度(例如室溫)加熱到約 190-215r(例如大約21(rC)的溫度來(lái)形成氟化鋇。氧的標(biāo)稱(chēng)分壓可為例如大約0.1-760托。在這些實(shí)施方式中，接著在大約5-50托的水蒸氣壓力(例如約5-30 托的水蒸氣或約10-25托的水蒸氣)中，持續(xù)加熱至220-290。C(例如大約22(TC) 的溫度。氧的標(biāo)稱(chēng)分壓可為例如大約0.1-760托。隨后以大約每分鐘至少2"C 的速率(例如每分鐘至少3'C或每分鐘至少5t:)、在大約5-50托水蒸汽的水蒸氣 壓力(例如約5-30托的水蒸氣或約10-25托的水蒸氣)中加熱到大約40(TC的以 形成氟化鋇。氧的標(biāo)稱(chēng)分壓可為例如大約0.1-760托。
在某些實(shí)施方式中，加熱干燥的溶液以形成氟化鋇的步驟可包括把被涂 覆的樣品放置到預(yù)熱的爐中(例如溫度為至少大約10(TC、至少大約15(TC、至 少大約20(TC、最多大約30(TC、最多大約25(TC、最多大約200'C)。爐內(nèi)的氣 體環(huán)境可具有例如大約760托的總的氣體壓力，預(yù)定分壓的水蒸汽(例如至少 大約10托、至少大約15托、最多大約25托、最多大約20托、大約17托)，余量 為分子氧。在被涂覆的樣品達(dá)到爐溫后，以預(yù)定的溫度梯度率(例如每分鐘至 少約0.5'C、每分鐘至少約0.75'C、每分鐘最多約2。C、每分鐘最多約1.5'C、 大約每分鐘1"C)升高爐溫(例如升高到至少大約225T:、至少大約24(TC、最多 大約275"C、最多大約26(TC、大約250'C)?？梢砸耘c第一加熱步驟中所使用 的相同的標(biāo)稱(chēng)氣體環(huán)境進(jìn)行該步驟。然后，可以以預(yù)定的溫度梯度率(例如每 分鐘至少約5'C、每分鐘至少約8'C、每分鐘最多約2(TC、每分鐘最多約12'C、 大約每分鐘10'C)進(jìn)一步升高爐內(nèi)溫度(例如升高到至少大約35(rC、至少大約 375°C、最多大約450。C、最多大約425'C、大約45(TC)?？梢砸耘c第一加熱步 驟中所使用的相同的標(biāo)稱(chēng)氣體環(huán)境進(jìn)行該步驟。
金屬鹽溶液的前述處理能夠形成氟化氧中間體膜，其中金屬氧化物成分 和金屬氟化物成分均勻地分布在整個(gè)膜中。優(yōu)選地，前體具有相對(duì)低的缺陷 密度并且基本上在中間體的厚度中沒(méi)有裂隙。雖然公開(kāi)了用于氟化鋇形成的 溶液化學(xué)法，但是也可以使用采用其它前體溶液的其它方法。
可以加熱超導(dǎo)體中間體膜以在下一步處理步驟1050中形成所需的HTS 層。通常，該步驟的進(jìn)行是通過(guò)從室溫加熱到約700-825"C，優(yōu)選加熱到約 740-800。C，更優(yōu)選約750-790。C，所用溫度梯度為大于每分鐘約25i:的溫度 梯度，優(yōu)選溫度梯度為大于每分鐘約10(TC，更優(yōu)選大于每分鐘約20(TC 。該 步驟也可以從用于形成中間體氟化氧膜的最終溫度約400-65(TC開(kāi)始。在該步 驟期間，處理氣體流過(guò)膜的表面，為膜提供氣體反應(yīng)劑，并從膜中去除所產(chǎn) 生的氣體反應(yīng)產(chǎn)物。該步驟期間標(biāo)稱(chēng)氣體環(huán)境具有大約0.1-760托的總壓力，和包括大約0.09-50托的氧氣與大約0.01-150托的水蒸氣以及大約0-750托的惰 性氣體(氮?dú)饣驓鍤?。更優(yōu)選地，標(biāo)稱(chēng)的氣體環(huán)境具有大約0.15-5托的總壓力 和包括大約0.1-l托的氧氣與大約0.05-4托的水蒸氣。
接著將膜保持在大約700-825。C的溫度下，優(yōu)選約740-800。C的溫度且更 優(yōu)選約750-79(TC的溫度下，至少大約5-120分鐘，優(yōu)選至少大約15-60分鐘， 更優(yōu)選至少大約15-30分鐘。在該步驟期間，處理氣體流過(guò)膜的表面，為膜提 供氣體反應(yīng)物，并從膜中去除所產(chǎn)生的氣體反應(yīng)產(chǎn)物。該步驟期間標(biāo)稱(chēng)的氣 體環(huán)境具有大約0.1-760托的總壓力和包括大約0.09-50托的氧氣與大約 0.01-150托的水蒸氣以及大約0-750托的惰性氣體(氮?dú)饣驓鍤?。更優(yōu)選地， 標(biāo)稱(chēng)氣體環(huán)境具有大約0.15-5托的總壓力和包括大約0.1-1托的氧氣與大約 0.05-4托的水蒸氣。
接著在氧壓力為大約0.05-150托的標(biāo)稱(chēng)氣體環(huán)境中冷卻膜至室溫，優(yōu)選氧 壓力大約0.1-0.5托，更優(yōu)選約0.1-0.2托。
任選的，在步驟1060中以公知的工藝進(jìn)行拉絲，或者通過(guò)2004年9月29 日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/955，801中所述的工藝來(lái)拉絲。進(jìn)一步通過(guò)貴金屬 沉積步驟1070、氧氣退火步驟1080和切開(kāi)步驟1090來(lái)完成整個(gè)處理過(guò)程。 實(shí)施例h以不同成分的雙層涂層的超導(dǎo)體層來(lái)制備多層導(dǎo)體。
通過(guò)把大約0,85克的Y(CF3CO2)3，大約1.45克的Ba(CF3C02)2和大約1.35 克的Cu(C2H5C02)2溶解在大約4.85mL的甲醇(CH30H)和大約0.15mL的丙酸 (C2H6C02)中來(lái)制備化學(xué)計(jì)量為1:2:3.23的Y: Ba: Cu的基礎(chǔ)YBCO前體溶液。 溶液的最后體積以甲醇調(diào)節(jié)為約5mL。
通過(guò)把1.70克Dy(CH3CO2)3和大約1.90mL的甲醇(CH3OH)溶解在約20mL 的基礎(chǔ)溶液中來(lái)制備具有1:0.5:2:3.23化學(xué)計(jì)量的Y: Dy: Ba: Cu的50。/。鏑添 加劑的基礎(chǔ)YBCO前體溶液。溶液的最后體積以基礎(chǔ)溶液調(diào)節(jié)為約25mL。
通過(guò)把1.24克的Cu(C2H5C02)2粉末溶解在4.85mL的甲醇和0.15mL的 C2HsC02H中來(lái)制備1.2M的Cu(C2H5C02)2 。
把添加了50y。Dy的前體溶液沉積在雙軸織構(gòu)的氧化物緩沖的金屬基片 上，該基片具有通過(guò)槽模涂覆工藝形成的Ni(5at。/。)W/Y2(VYSZ/Ce02結(jié)構(gòu)。 溶液以目標(biāo)在于形成0.8微米厚的REBa2Cu3O7.JI的量涂覆在緩沖的基片上。
在2.25"直徑的管式爐內(nèi)，在具有大約760托(大約24托的水蒸氣壓力和余 量的氧氣)總氣體壓力的流動(dòng)氣體環(huán)境中，以大約每分鐘15'C的速率從室溫加熱到約20(TC，然后以大約每分鐘0.9'C的速率從約20(TC加熱到約25(rC，接
著以大約每分鐘5x:的速率從約25(rc加熱到約40(rc，通過(guò)加熱把涂覆的樣品
分解為中間體金屬氟化氧膜。
接著以目標(biāo)為0.1微米的厚度以Cu(C2HsCO2)2溶液涂覆金屬氟化氧膜。穿
過(guò)加熱的隧道，在95。C干燥涂覆的膜。接著再次以上述制備的基線(xiàn)溶液以0.6 微米YBa2Cu30x的最終目標(biāo)厚度來(lái)涂覆干燥的膜。
除了把水蒸氣壓力控制在大約6.5托以外，通過(guò)與上述相同的工藝來(lái)再次 分解涂覆的帶以形成中間體金屬氟化氧。
熱處理被分解的帶以形成氧化物超導(dǎo)體。將4m的具有相似涂層的NiW引 導(dǎo)帶結(jié)合在該帶的前面和后面以形成均勻的帶并控制反應(yīng)期間的環(huán)境。接著 該帶以下列參數(shù)在785'C進(jìn)行反應(yīng)。該帶以約52(TC/分鐘的平均梯度率上升到 785°C。在反應(yīng)期間，反應(yīng)期間的總壓力被控制為大約l托。水的分壓為大約 800毫托且氧氣的分壓為大約200毫托。反應(yīng)時(shí)間為大約11分鐘。在冷卻期間， 以大約200毫托的氧氣分壓和大約800毫托的氮?dú)夥謮簛?lái)提供約1托的總壓力。
在反應(yīng)膜的雙面上涂覆3微米的銀保護(hù)層并接著在760托的氧氣環(huán)境中退 火。獲得的膜承載大約350A/cm-寬的臨界電流或在77K，自場(chǎng)(sdffield)下具 有大約2.5MA/cn^的臨界電流強(qiáng)度。
將具有4m標(biāo)稱(chēng)長(zhǎng)度、4cm寬的用Ag涂覆的帶通過(guò)使用輥式切斷機(jī)切為8 條4.1mm寬的帶。這些導(dǎo)線(xiàn)被稱(chēng)為"插入物導(dǎo)線(xiàn)"。兩個(gè)相鄰的插入物導(dǎo)線(xiàn)從 4cm寬的帶的一側(cè)的溝道l和2以銅薄片層疊地焊接在一起。
定向這兩個(gè)插入物導(dǎo)線(xiàn)使得覆蓋了超導(dǎo)層的Ag面彼此遠(yuǎn)離。該定向使得 具有Ag的表面與NiW基片靠在一起。使用連續(xù)的巻軸-巻軸焊接疊層來(lái)形成具 有4層的產(chǎn)品。層疊工藝使用具有179。C熔點(diǎn)的36Pb-62Sn-2Ag的焊料浴，在 225°C、 4m/分鐘的條件下進(jìn)行操作，使2個(gè)銅層接合到2個(gè)插入物導(dǎo)線(xiàn)。UNS 型C15500銅層為4.3mm寬和標(biāo)稱(chēng)0.050mm的厚度。插入物導(dǎo)線(xiàn)為4.1mm寬和 標(biāo)稱(chēng)0.083mm的厚度。在層疊工藝中對(duì)準(zhǔn)并拖拉通過(guò)模具之前，每個(gè)4層體的 兩個(gè)表面都在線(xiàn)熔化并浸漬到焊料中。最終的4層產(chǎn)品具有標(biāo)稱(chēng)4.3mm的寬度 和0.27mm的厚度。77K處自場(chǎng)測(cè)得2m中0.5m—段的臨界電流分別為237、 240、 239和235安培。
引用文獻(xiàn)這里引用下列文獻(xiàn)1993年7月27日授權(quán)的，題名為"Preparation of Highly Textured Oxide Superconducting Films from MOD Precursor Solutions" ("以MOD前體溶液制備高度結(jié)構(gòu)性的氧化物超導(dǎo)體膜")的U.S專(zhuān)利 No.5，231，074; 2000年2月8日授權(quán)的題名為"Low Vacuum Process for Producing Superconductor Articles with Epitaxial Layers,"("用于制造具有夕卜延 層的超導(dǎo)體產(chǎn)品的低真空工藝")的U.S專(zhuān)利No.6，022,832; 2000年2月22日授權(quán) 的題名為"Low Vacuum Process for Producing Epitaxial Layers,"("用于生產(chǎn)夕卜 延層的低真空工藝")的U.S專(zhuān)禾UNo.6，027,564; 2001年2月20日授權(quán)的題名為 "Thin Films Having Rock-Salt-Like Structure Deposited on Amorphous Surfaces,'("沉積在非晶表面上的具有巖鹽狀結(jié)構(gòu)的薄膜")的U.S專(zhuān)利 No.6，l卯,752; 2000年10月5日公開(kāi)的題名為"Alloy Materials,"("合金材料")的 PCT公開(kāi)No.WO00/58530; 2000年10月5日公開(kāi)的題名為"Alloy Materials," ("合金材料")的PCT公開(kāi)No. WO/5 8044 ; 1999年4月8日公開(kāi)的題名為 "Substrates with Improved Oxidation Resistance,"("具有改進(jìn)的氧化電阻的基 片")的PCT公開(kāi)No.WO99/17307; 1999年4月8日公開(kāi)的題名為"Substrates for Superconductors,"("用于超導(dǎo)體的基片")的PCT公開(kāi)No.W099/16941; 1998年 12月23日公開(kāi)的題名為"Controlled Conversion of Metal Oxyfluorides into Superconducting Oxides,"("控制金屬氟化氧轉(zhuǎn)化為超導(dǎo)體氧化物")的PCT公 開(kāi)No.W098/58415; 2001年2月15日公開(kāi)的題名為"MuIti-Layer Articles and Methods of Making Same,"("多層產(chǎn)品及其制造方法")的PCT公開(kāi) No.WOOl/11428 ; 2001年2月1日公開(kāi)的題名為"Multi-Layer Articles and Methods of Making Same,"("多層產(chǎn)品及其制造方法")的PCT公開(kāi) No.WOO 1/08232; 2001年2月1日公開(kāi)的題名為"Methods And Compositions For Making A Multi-Layer Article,"("用于制造多層產(chǎn)品的方法和成分")的PCT公 開(kāi)No.WO01/08235; 2001年2月11日公開(kāi)的題名為"Coated Conductor Thick Film Precursor"("涂覆導(dǎo)體厚膜前體")的PCT公開(kāi)No.WO01/08236; 2001年2 月l日公開(kāi)的題名為"Coated Conductors With Reduced A.C. Loss"("具有降低 的A.C.損失的涂層導(dǎo)體")的PCT公開(kāi)No.WO01/08169;2001年3月l日公開(kāi)的題 名為"Surface Control Alloy Substrates And Methods Of Manufacture Therefor," ("表面控制合金基片及其制造方法")的PCT公開(kāi)No.WO01/15245; 2001年2月1 日公開(kāi)的題名為"Enhanced Purity Oxide Layer Formation,"("增強(qiáng)的純氧化物層的形成")的PCT公開(kāi)No.WO01/08170; 2001年4月12日公開(kāi)的題名為"Control of Oxide Layer Reaction Rates,"("氧化物層反應(yīng)速率的控制")的PCT公開(kāi) No.WOOl/26164; 2001年4月12日公開(kāi)的題名為"Oxide Layer Method,"("氧化 物層的方法")的PCT公開(kāi)No.WO01/26165; 2001年2月1日公開(kāi)的題名為 "Enhanced High Temperature Coated Superconductors,"("增強(qiáng)的高溫涂層的超 導(dǎo)體")的PCT公開(kāi)No.WO01/08233; 2001年2月1日公開(kāi)的題名為"Methods of Making A Superconductor,"("制造超導(dǎo)體的方法")的PCT公開(kāi) No. WOO 1/08231 ; 2002年4月20日公開(kāi)的題名為"Precursor Solutions and Methods of Using Same,"("前體溶液及其使用的方法")的PCT公開(kāi) No.WO02/35615; 2000年5月26日提交的題名為"Oxide Bronze Compositions And Textured Articles Manufactured In Accordance Therewith;"("青銅氧化物 成分和以此制造的結(jié)構(gòu)性產(chǎn)品")的U.S專(zhuān)利申請(qǐng)No.09/579,193; 2001年7月31 日提交的題名為"Multi-Layer Superconductors And Methods Of Making Same;" ("多層超導(dǎo)體及其制造方法")的U.S臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/309，116; 2002年7月 30日提交的題名為"Superconductor Methods and Reactor;"("超導(dǎo)體工藝和反 應(yīng)器")的U.S專(zhuān)利申請(qǐng)No.l0/208，134 ; 2001年7月31日提交的題名為 "Superconductor Methods and Reactors;"("超導(dǎo)體工藝和反應(yīng)器")的U.S臨時(shí)專(zhuān) 利申請(qǐng)No.60/308,957; 1999年11月18日提交的題名為"Superconductor Articles and Compositions and Methods for Making Same;"("超導(dǎo)體產(chǎn)品和成分及其制 造方法")的U.S臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/166，297; 2000年7月14日提交的題名為 "Superconductor Articles and Compositions and Methods for Making Same;" ("超導(dǎo)體產(chǎn)品和成分及其制造方法")的共同所有的U.S專(zhuān)利申請(qǐng) No.09/615,999; 2003年6月10日提交的題名為"Superconductor Methods and Reactors;"("超導(dǎo)體工藝和反應(yīng)器")的U.S臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/477,613; 2004 年6月4日提交的題名為"Superconductor Methods and Reactors;"("超導(dǎo)體工藝 和反應(yīng)器")的U.S實(shí)用新型申請(qǐng)No.lO/858,309; 2004年9月29日提交的題名為 "Low AC Loss Filamentary Coated Superconductors;"("低AC損失的絲狀涂覆 的超導(dǎo)體"的U. S專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10/955,875 ; 2004年9月29日提交的題名為 "Stacked Filamentary Superconductors;"("堆棧絲狀超導(dǎo)體")的U.S專(zhuān)利申請(qǐng) No. 10/955,801 ; 2005年3月31日提交的題名為"Mesh-Type Stabilizer for Filamentary Coated Superconductors;"("用于絲狀超導(dǎo)體的臺(tái)階型穩(wěn)定器")的U.S臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/667，001;和與此同日提交的題名為"High Temperature Superconducting Wires and Coils,"("高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)和線(xiàn)圈")的U.S專(zhuān)利申請(qǐng) No(TBA)。
權(quán)利要求
1.一種層疊的超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)，其包括超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件，所述組件具有長(zhǎng)度和寬度，所述組件包含第一超導(dǎo)體插入物和第二超導(dǎo)體插入物，該第一超導(dǎo)體插入物包含覆蓋在第一基片上的第一高溫超導(dǎo)體層，該第二超導(dǎo)體插入物包含覆蓋在第二基片上的第二高溫超導(dǎo)體層，其中該第一和第二超導(dǎo)體插入物在其各自的基片處結(jié)合在一起；和基本上圍繞該超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體。
2. 如權(quán)利要求l所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一和第二超導(dǎo)體層包括稀土 -堿土-銅氧化物。
3. 如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)線(xiàn)，其還包括插入在第一超導(dǎo)體層和第一基片之間 的第一緩沖層，和插入在第二超導(dǎo)體層和第二基片之間的第二緩沖層。
4. 如權(quán)利要求3所述的導(dǎo)線(xiàn)，其還包括插入在第一超導(dǎo)體層和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體之 間的并與它們電接觸的第一導(dǎo)電蓋層，和插入在第二超導(dǎo)體層和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體之間 的并與它們電接觸的第二導(dǎo)電蓋層。
5. 如權(quán)利要求4所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，接合材料將第一基片和第二基片接合在一起。
6. 如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述接合材料包含選自下組的材 料導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料。
7. 如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一基片和第二基片具有被 處理為提供基片之間的電接觸的表面。
8. 如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述接合材料包含至少一層導(dǎo)電 材料和至少一層非導(dǎo)電材料。
9. 如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，第一基片和第二基片具有相應(yīng)的 第一和第二潤(rùn)濕層，所述潤(rùn)濕層沉積在與HTS層覆蓋的表面相反的基片表面上。10. 如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體包括 第一導(dǎo)電帶和第二導(dǎo)電帶，其中超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件插入到第一和第二導(dǎo)電帶之間并與它們電接觸；和基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物，其中填充物在第一和第二導(dǎo)電帶之間沿著超導(dǎo)體 導(dǎo)線(xiàn)組件的長(zhǎng)度延伸。11. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電帶包括獨(dú)立 地選自下組的單種金屬鋁，銅，銀，鎳，鐵，不銹鋼，鋁合金，銅合金，銀合金， 鎳合金和鐵合金。12. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電帶具有比超 導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件更大的寬度。13. 如權(quán)利要求12所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電帶的寬度比超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件寬度大0.01-2mm。14. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電帶具有 0.01-2mm之間的厚度。15. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物沿 著超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件的側(cè)面具有0.005-lmm之間的厚度。16. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物包 含選自下組的材料悍料，金屬，金屬合金，金屬汞合金和導(dǎo)電聚合物。17. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述接合材料包含基本上無(wú)孔的 導(dǎo)電填充物。18. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)線(xiàn)，其還包括基本上圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件的一個(gè)導(dǎo) 電材料層。19. 如權(quán)利要求18所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電材料層選自下組材料 金屬，導(dǎo)電聚合物，填充有細(xì)金屬粉末的聚合物和導(dǎo)電膠。20. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體包括 沿至少三側(cè)部分地圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件并與該導(dǎo)線(xiàn)組件電接觸的導(dǎo)電層，和 基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物，其中填充物基本圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件并將其接合到導(dǎo)電層。21. 如權(quán)利要求20所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電層包括選自下組的金屬 鋁、銅、銀、鎳、鐵、不銹鋼、鋁合金、銅合金、銀合金、鎳合金和鐵合金。22. 如權(quán)利要求20所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電層具有0.0001-lmm的厚度。23. 如權(quán)利要求20所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物基 本上填充超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件中的空隙以及超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件與導(dǎo)電層之間的空隙。24. 如權(quán)利要求20所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物包 含選自下組的材料焊料，金屬，金屬合金，金屬汞合金和導(dǎo)電聚合物。25. 如權(quán)利要求20所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電材料層選自金屬，導(dǎo) 電聚合物，填充有細(xì)金屬粉末的聚合物和導(dǎo)電膠。26. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體包含基本上圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件并與之電接觸的導(dǎo)電材料。27. 如權(quán)利要求26所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包含選自下組的材料導(dǎo)電聚合物，填充有細(xì)金屬粉末的聚合物和導(dǎo)電膠。28. 如權(quán)利要求26所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包含巻繞所述超導(dǎo) 體導(dǎo)線(xiàn)組件的導(dǎo)電箔。29. 如權(quán)利要求28所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電箔包含選自下組的金屬 鋁、銅、銀、鎳、鐵、不銹鋼、鋁合金、銅合金、銀合金、鎳合金和鐵合金。30. 如權(quán)利要求29所述的導(dǎo)線(xiàn)，其還包括至少一層圍繞導(dǎo)電箔的基本無(wú)孔材料。31. 如權(quán)利要求30所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述基本上無(wú)孔的材料選自下組 焊料，導(dǎo)電聚合物，填充有細(xì)金屬粉末的聚合物，導(dǎo)電膠和不導(dǎo)電聚合物。32. —種層疊的超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)，其包括超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)插入物，所述插入物具有長(zhǎng)度和寬度，所述插入物包含覆蓋在基片表面上的高溫超導(dǎo)體層，潤(rùn)濕層，其沉積在基片的與高溫超導(dǎo)體層相反的表面上；和 基本上圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)插入物的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體，其中導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體包括 第一導(dǎo)電帶和第二導(dǎo)電帶，其中超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)插入物插入到第一和第二導(dǎo)電帶之間并與它們電接觸；和基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物，其中填充物在第一和第二導(dǎo)電帶之間沿著超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)插入物的長(zhǎng)度延伸。33. 如權(quán)利要求32所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電帶包括單獨(dú) 選自下組的一種金屬鋁，銅，銀，鎳，鐵，不銹鋼，鋁合金，銅合金，銀合金， 鎳合金和鐵合金。34. 如權(quán)利要求32所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電帶具有比超 導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件更大的寬度。35. 如權(quán)利要求34所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電帶的寬度比 超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件的寬度大0.01-2mm。36. 如權(quán)利要求32所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電帶具有0.01-2mm之間的厚度。37. 如權(quán)利要求32所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述填充物沿著超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)插入 物的側(cè)面具有0.005-lmm之間的厚度。38. 如權(quán)利要求32所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述基本上無(wú)孔的導(dǎo)電填充物包 含選自下組的材料焊料，金屬，金屬合金，金屬汞合金和導(dǎo)電聚合物。39. 如權(quán)利要求32所述的導(dǎo)線(xiàn)，其還包括基本上圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)插入物的導(dǎo)電 材料層。40. 如權(quán)利要求39所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述導(dǎo)電材料層選自下組金屬， 導(dǎo)電聚合物，填充有細(xì)金屬粉末的聚合物和導(dǎo)電膠。41. 如權(quán)利要求32所述的導(dǎo)線(xiàn)，其特征在于，所述第一和第二超導(dǎo)體層包括稀 土-堿土-銅氧化物。42. 如權(quán)利要求32的導(dǎo)線(xiàn)，其還包括插入在超導(dǎo)體層和基片之間的緩沖層。43. 如權(quán)利要求42所述的導(dǎo)線(xiàn)，其還包括插入在超導(dǎo)體層和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體之間的 并與它們電接觸的導(dǎo)電蓋層。44. 一種制造層疊的超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)的方法，該方法包括提供超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件，所述組件具有長(zhǎng)度和寬度，所述組件包含第一超導(dǎo)體插入物和第二超導(dǎo)體插入物，該第一超導(dǎo)體插入物包含覆蓋在第一基片上的第一高溫超導(dǎo)體層，該第二超導(dǎo)體插入物包含覆蓋在第二基片上的第二高溫超導(dǎo)體層，其中該第一和第二超導(dǎo)體插入物在其各自的基片處結(jié)合在一起；和同時(shí)層疊第一和第二高溫超導(dǎo)體層至具有基本無(wú)孔導(dǎo)電填充物的相應(yīng)的第一 和第二導(dǎo)電帶上，并在第一和第二導(dǎo)電帶沿著超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件的長(zhǎng)度沉積附加的填充物，使得第一和第二導(dǎo)電帶與填充物一起充分圍繞基本上圍繞超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件。45. 如權(quán)利要求44所述的方法，其還包括在第一和第二基片之間提供接合材料。46. 如權(quán)利要求45所述的方法，其還包括在第一和第二基片的與高溫超導(dǎo)體層 相反的表面上提供的第一和第二潤(rùn)濕層。47. 如權(quán)利要求44所述的方法，其還包括提供插入在第一超導(dǎo)體層和第一基片 之間以及第二緩沖層和第二基片之間的第一緩沖層。48. 如權(quán)利要求47所述的方法，其還包括提供插入在第一超導(dǎo)體層和第一導(dǎo)電 帶之間的第一導(dǎo)電蓋層，和插入在第二超導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電帶之間的第二導(dǎo)電蓋 層。9. 一種超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)，其包括 第一超導(dǎo)體插入物，其包括 第一基片，覆蓋在第一基片上的第一緩沖層， 覆蓋在第一緩沖層上的第一高溫超導(dǎo)體層， 覆蓋在第一高溫超導(dǎo)體層上的蓋層，和 第二超導(dǎo)體插入物，包含第二基片，覆蓋在第二基片上的第二緩沖層， 覆蓋在第二緩沖層上的第二高溫超導(dǎo)體層， 覆蓋在第一高溫超導(dǎo)體層上的蓋層， 其中該第一和第二超導(dǎo)體插入物在其各自的基片處結(jié)合在一起。
全文摘要
層疊的超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)包括超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件，其包含第一超導(dǎo)體插入物和第二超導(dǎo)體插入物，該第一超導(dǎo)體插入物包含覆蓋在第一基片上的第一高溫超導(dǎo)體層，該第二超導(dǎo)體插入物包含覆蓋在第二基片上的第二高溫超導(dǎo)體層。第一和第二超導(dǎo)體插入物在其各自的基片處結(jié)合在一起。導(dǎo)電結(jié)構(gòu)體基本上圍繞該超導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)組件。
文檔編號(hào)H01L39/02GK101292369SQ200680027034
公開(kāi)日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者A·P·馬洛莫夫, C·L·H·蒂姆, D·韋別利, E·D·湯普森, M·W·魯皮奇, U·-D·肖普 申請(qǐng)人:美國(guó)超導(dǎo)公司