CN102106011A - 多丝超导制品及其形成方法 - Google Patents

Abstract

提供一种超导制品，该制品包括多丝超导带段，所述带段包括基材带，覆盖所述基材的缓冲层，以及包含覆盖所述缓冲层的高温超导(HTS)材料的长丝。所述长丝沿着所述基材的长度延伸，在横向上与相邻的长丝隔开一段间隔。所述多丝超导带段的临界电流保留比至少约为0.4。

Description

多丝超导制品及其形成方法

背景技术

发明领域

本发明涉及多丝超导制品，特别涉及低AC损失的多丝超导制品。

相关领域描述

超导材料被技术团体知晓和了解已经很久了。自从1911年以来，人们就知道了在需要使用液氦(4.2K)的温度下具有超导性质的低温超导体(低T_c或LTS)。但是，直到近年，人们才发现了基于氧化物的高温(高-T_c)超导体。在1986年左右，人们发现了第一种高温超导体(HTS)，其在高于液氮(77K)的温度下具有超导性质，即YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)，随后在过去的15年中，人们开发出了其它的材料，包括Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+y(BSCCO)等。高-T_c超导体的开发使得有可能以工业上可行的方法开发出超导部件以及结合这些材料的其它器件，这部分是由于使用液氮使这些超导体工作的成本而不是较为更昂贵的基于液氦的低温基础设施的费用所造成的。

在无数的可能的应用中，工业中设法开发此种材料用于电力工业，包括用于发电、输电、配电和电力储存的应用。对于这一点，估计铜基商业电力部件固有的电阻每年会造成数十亿美元的电力损失，因此，电力工业支持将高温超导体用于电力部件，例如输电和配电电缆，发电机、变压器和故障断流器/限流器。另外，高温超导体在电力工业中的其它好处包括使得电能输送能力提高3-10倍，显著减小电力设备的尺寸(即占地面积)和重量，减少对环境的影响，安全性更高，获得高于常规技术的容量。尽管高温超导体的这些潜在的好处仍然非常令人信服，但是在使高温超导体大规模进行生产和工业化方面，仍然存在很多的技术难题。

在高温超导体工业化相关的难题中，很多的难题是关于可以用来形成各种电力部件的超导带段的制造。第一代的超导带段包括使用上述的BSCCO高温超导体。这些材料通常以离散的长丝的形式提供，这些长丝被嵌入贵金属(通常是银)的基质中。尽管这些导体可以制成所需的延长的长度，用于供给电力工业(例如长度约为一千米)，但是由于材料和制造成本，这些带并不是广泛商业可用的产品。

因此，人们对所谓的第二代HTS带产生了很大的兴趣，所述第二代HTS带具有优良的商业可行性。这些带通常依赖于层状结构，通常包括用来提供机械支承的挠性基材，覆盖在所述基材之上的至少一个缓冲层(所述缓冲层任选包括多个膜)，覆盖所述缓冲膜的HTS层，以及覆盖所述超导体层的任选的包覆层，以及/或者覆盖所述包覆层或者包围整个结构的任选的电稳定体层。但是，迄今为止，在所述第二代带和结合所述带的器件完全工业化之前仍然存在很多工程和制造方面的难题。

随着新技术的出现，带来了新的问题，对于HTS带，要减小交流电(AC)损失，同时保持载流量是特别困难的。AC损失会减小导体的效率，是由于电流通过超导制品所产生的磁场造成的。尽管一些超导体设计提出了减少AC损失，如果第二代HTS带是复杂的多层结构，这些制品的形成和使用会带来很大的障碍。具体来说，如果预期这些制品具有输送提高的电力要求的能力，而且具有提高的性能和耐久性，要将所述结构形成为工业可行的长度长的导体，仍然存在很大的障碍。

发明内容

根据一个方面，本发明揭示了一种超导制品，该制品包括多丝超导带段，所述带段包括基材带，覆盖所述基材的缓冲层，以及包含覆盖所述缓冲层的高温超导(HTS)材料的长丝。所述长丝沿着所述基材的长度延伸，在横向上与相邻的长丝隔开一段间隔，纵向上被间隙隔开。所述多丝超导带段的长丝间的横偏距(1ateral inter-filament misaligment)不大于约100微米。

根据另一个方面，本发明揭示了一种超导制品，该制品包括多丝超导带段，所述带段包括基材带，覆盖所述基材的缓冲层，以及包含覆盖所述缓冲层的高温超导(HTS)材料的长丝。所述长丝沿着所述基材的长度延伸，在横向上与相邻的长丝隔开一段间隔。另外，所述多丝超导带段的临界电流保留比至少约为0.6。

根据第三个方面，提供了一种形成多丝超导带的方法，该方法包括以卷轴到卷轴的工艺来传送(translate)超导带，其中，所述超导带包括基材、覆盖所述基材的缓冲层、以及覆盖所述缓冲层的HTS层。该方法还包括形成覆盖所述超导带的掩蔽带，使用磨粒除去掩蔽带的一些部分以及HTS层的一些部分，形成多丝超导带，该带包含长丝，所述长丝包含所述HTS材料，并且沿着所述超导带的长度延伸，在横向上与相邻的长丝隔开一段间隔。

附图简要说明

参考附图，能更好地理解本发明内容，本发明的许多特征和优点对本领域技术人员而言是显而易见的。

图1A显示了根据一个实施方式的超导制品的一般结构的透视图。

图1B显示了根据一个实施方式的多丝超导制品的一般结构的透视图。

图2包括根据一个实施方式的多丝超导制品的一部分的平面图。

图3包括根据一个实施方式的多丝超导制品的一部分的顶图。

图4包括根据一个实施方式的形成多丝超导制品的方法的流程图。

图5包括根据一个实施方式的形成多丝超导制品的方法的流程图。

图6包括根据一个实施方式的形成多丝超导制品的方法的流程图。

图7包括根据一个实施方式用来形成多丝超导制品的基材支架的透视图。

图8显示根据一个实施方式用来形成多丝超导制品的基材支架和标线片。

图9包括根据本发明用来形成多丝超导制品的具有对准标记的标线片和包括对准标记的超导带段。

图10用一系列图示显示了根据一个实施方式用卷轴到卷轴工艺形成多丝超导制品的方法。

图11包括故障限流器(FCL)制品，其包括根据一个实施方式的多丝超导制品。

图12包括根据一个实施方式、具有另一种结构的多丝超导制品的一部分的截面图。

图13显示根据一个实施方式的多丝超导制品的功率-磁场曲线图，显示了AC损失减小。

图14显示在故障期间，常规的FCL器件的电流-时间曲线图。

图15显示根据一个实施方式，结合了多丝超导制品的FCL器件的电流-时间关系图。

图16显示在故障期间，常规的FCL器件的电压-时间关系图。

图17显示根据一个实施方式，结合了多丝超导制品的FCL器件的电压-时间关系图。

在不同附图中使用相同的附图标记来表示类似或相同的元件。

具体实施方式

参见图1，图中显示了根据本发明一个实施方式的超导制品100的一般的层状结构。所述超导制品包括基材10，覆盖所述基材10的缓冲层12，超导层14，然后是包覆层16(通常是贵金属)，以及稳定体层18(通常是铜之类的非贵金属)。所述缓冲层12可以由数个不同的膜组成。所述稳定体层18可以在超导制品100周围延伸，从而包围所述超导制品。

所述基材10大体是基于金属的，一般是至少两种金属元素的合金。特别合适的基材包括基于镍的金属合金，例如已知的

或

类合金。这些合金往往会有所需的蠕变、化学性质和机械性能，包括膨胀系数、抗张强度、屈服强度和伸长。这些金属通常可以以卷绕带的形式购得，特别适合于超导带的制造，所述超导带的制造通常会使用卷轴到卷轴的带加工。

所述基材10通常为带状的结构，具有高的尺寸比。在本文中，术语‘尺寸比’用来表示基材或带的长度与第二长的尺寸(带或基材的宽度)之比。例如，所述带的宽度通常约为0.1-10厘米，所述带的长度通常至少约为0.1米，最优选约大于5米。实际上，包括基材10的超导带的长度可以约等于或大于100米。因此，所述基材的尺寸比可以相当高，约不小于10，约不小于10²，甚至约不小于10³。某些实施方式更长，尺寸比等于或大于10⁴。

在一个实施方式中，对基材进行处理，使其具有随后沉积超导带的组成层所需的表面性质。例如，可以对表面进行抛光，以获得所需的平坦度和表面粗糙度。另外，例如可以通过已知的RABiTS(辊辅助的有双轴结构的基材)技术对基材进行处理，使其具有双轴结构(这是本领域所了解的)，但是本发明的实施方式通常使用未构成结构的多晶基材，例如如上文所述可以在市场上购得的基于镍的带。

再来看缓冲层12，所述缓冲层可以是单层，或者更通常由多个膜构成。最佳的是，所述缓冲层包括有双轴结构的膜，具有大体同时沿着膜的面内晶轴和面外晶轴排列的晶体结构。这样的形成双轴结构可以通过IBAD来完成。本领域可以理解，IBAD是离子束辅助沉积的首字母缩写，此种技术优选用来形成有适当结构的缓冲层，用来随后形成具有所需的晶体取向的超导层，以获得优良的超导性质。氧化镁是选择用于IBAD膜的一种常用的材料，其可以约为1-500纳米，例如约为5-50纳米。通常，所述IBAD膜具有岩盐状的晶体结构，如美国专利第6,190,752号描述和定义，该专利参考结合于此。

所述缓冲层可以包括另外的膜，例如阻挡膜，提供用来直接接触，设置在IBAD膜和基材之间。对于这一点，所述阻挡层可以优选由氧化物(例如氧化钇)形成，用来将基材与IBAD膜隔离。阻挡膜也可以由非氧化物(例如氮化硅)形成。适合用来沉积阻挡膜的技术包括化学气相沉积法和物理气相沉积，包括溅射。阻挡膜的厚度通常可以约为1-200纳米。另外，所述缓冲层还可以包括在IBAD膜上形成的外延生长膜。在本文中，外延生长膜能够有效地增大IBAD膜的厚度，希望主要由用于IBAD层的相同的材料制造，例如MgO，或者用其它相容的材料制造。

在使用基于MgO的IBAD膜和/或外延膜的实施方式中，MgO材料和超导层的材料之间存在晶格失配。因此，所述缓冲层还可以包括另外的缓冲层，所述另外的缓冲层特别用来减小超导层与下方的IBAD膜和/或外延膜之间的晶格常数失配。该缓冲层可以由以下材料形成，例如：YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)钌酸锶，锰酸镧，以及通常具有钙钛矿结构的陶瓷材料。所述缓冲膜可以通过各种物理气相沉积技术来沉积。

尽管上文主要描述了使用IBAD之类的形成结构的工艺在缓冲叠层(层)中形成有双轴结构的膜，但是基材表面本身也可以具有双轴结构。在此情况下，所述缓冲层通常在有结构的基材上外延生长，从而在缓冲层中保存双轴结构。一种用来形成有双轴结构的基材的方法是本领域称为RABiTS(辊辅助的有双轴结构的基材)的方法，这是本领域通常了解的。

所述超导层14大体为高温超导体(HTS)层的形式。HTS材料通常选自在高于液氮温度(77K)的温度下表现出超导性质的高温超导材料中的任一种。这些材料可以包括例如YBa₂Cu₃O_7-x，Bi₂Sr₂CaCu₂O_z，Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+y，T₁₂Ba₂Ca₂Cu₃O_10+y和HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+y。一类材料包括REBa₂Cu₃O_7-x，其中RE是稀土或者稀土元素的组合。在以上的材料中，还优选使用YBa₂Cu₃O_7-x，其通常被称作YBCO。可在加入或不加入掺杂剂，例如钐之类的稀土材料的情况下使用YBCO。所述超导层14可以通过各种技术中的任一种形成，包括厚膜和薄膜形成技术。较佳的是，可以采用薄膜物理气相沉积技术，例如脉冲激光沉积(PLD)以获得高沉积速率，或者可以利用化学气相沉积技术，以获得较低的成本和较大的表面积处理。通常所述超导层的厚度约为0.1-30微米，最通常约为0.5-20微米，例如约为1-5微米，以获得与超导层14相关的所需的安培数额定值。

所述超导制品还可以包括包覆层16和稳定体层18，它们通常用来提供低电阻的界面，并保证电稳定性，以帮助防止超导体在实际使用过程中烧毁。更具体来说，当冷却失败或者超过临界电流密度、所述超导层从超导状态变为有电阻的状态的时候，层16和18帮助电荷沿着超导体连续流动。通常将贵金属用于包覆层16，以防止稳定体层和超导层14之间发生不希望有的相互作用。常规的贵金属包括金、银、铂和钯。由于银的成本和普遍的易得性，因此通常使用银。通常将包覆层16制造成足够厚，以防止组分从稳定体层18有害地扩散到超导层14中，但是由于成本的原因(原料成本和加工成本)，又通常要制得薄。可以将各种技术用来沉积所述包覆层16，包括物理气相沉积，例如DC磁控管溅射。

通常加入稳定体层18来覆盖所述超导层14，具体来说，在图1所示的具体实施方式中，稳定体层18覆盖包覆层16，并且与包覆层16直接接触。所述稳定体层18用作保护/分流层，用来提高抗恶劣环境条件以及抗超导性失超的稳定性。所述层通常是致密而且导热和导电的，如果超导层损坏，或者超过超导层的临界电流，则其可用来使电流分流。其可以由各种厚膜和薄膜形成技术中的任一种形成，例如通过使用焊料之类的中间结合材料，将预先形成的铜条层叠在超导带上而形成。其它的技术着重于物理气相沉积，通常是蒸发或溅射，以及湿法化学处理，例如化学镀，以及电镀。对于这一点，包覆层16可以作为用来在其上沉积铜的晶种层。值得注意的是，所述包覆层16和稳定体层18可以改变或不使用，如下文各个实施方式所述。

参见图1B，图中显示了示例性的多丝超导制品150的透视图。如图所示，多丝超导制品150可以如前文所述包括基材10以及上面覆盖的缓冲层12。但是，与一般的超导体制品不同，所述多丝超导制品150包括覆盖所述缓冲层的长丝21，22和23(21-23)。一般来说，长丝是细长的段，具有第一端和第二端。根据一个实施方式，所述长丝21-23可以包含HTS材料。要注意的是，所述长丝21-23沿着所述制品的长度延伸，是离散的物体，具有不同的形状和尺寸，在横向上与其它的长丝隔开一段间隔距离，在纵向上被间隙距离隔开。如进一步所示，在一个实施方式中，所述多丝超导制品可以包括覆盖所述长丝21-23的包覆层16，以及覆盖所述包覆层16的稳定体层18。

通过形成包括离散的长丝的多丝超导制品，有助于形成低AC损失的超导制品。通过沿着超导带段的长度形成离散的长丝，有助于减少由流过HTS层的电流造成的磁性干扰。因此，通过形成包含长丝的超导制品，所述长丝包含HTS材料，可以促进高效而低AC损失的超导制品的形成。

尽管图1B显示了仅包含HTS材料的长丝21-23，但是在另一个实施方式中，所述长丝可以由位于组成层中的材料制成。因此，在一个具体的实施方式中，可以形成长丝21-23，使得HTS材料和缓冲层12形成图案，从而形成长丝。在另一个具体的实施方式中，可以形成长丝21-23，使得HTS材料和包覆层16形成图案，从而形成长丝。将会理解，可以形成长丝，使得不同的层形成图案而形成长丝，所述不同的层包括稳定体层18，包覆层16，HTS层14和缓冲层。

参见图2，图中显示多丝超导制品的一部分的顶视图。该制品包括基底层201，所述基底层可以如本文所述包括基材以及上面覆盖的缓冲层。所述多丝超导制品还可以包括覆盖所述基底层201的一些部分的长丝203，204，205，206，207，208，209和210(203-210)。根据实施方式，所述长丝可以包含HTS材料，还可以包含缓冲层、包覆层以及根据实施方式的稳定层的材料。

如图所示，所述长丝203-210沿着所述多丝超导制品的长度延伸。一般来说，长丝203-210的连续长度217至少约为100微米。在另一个实施方式中，所述长丝203-210可以具有更大的长度，例如至少约为200微米，或者至少约为400微米，甚至至少约为1000微米。在一个具体的实施方式中，所述长丝203-210具有基本上沿着带段的整个长度延伸的连续长度。如前文所述，所述长度可以远大于微米尺寸，因为多丝超导带段的长度可以至少约为5米，更一般至少约为10米，甚至至少约为100米。在一个具体的实施方式中，本发明所述的多丝超导制品的长度约为1米至1千米，例如约为5-100米。

所述长丝203-210可以通过箭头213所示的间隔距离在横向上隔开。一般来说，所述隔开相邻长丝的间隔距离213不大于约1毫米。在其它的实施方式中，间隔213可以更小，例如约不大于0.5毫米，约不大于0.25毫米，甚至约不大于0.1毫米。在一个具体的实施方式中，所述隔开相邻的长丝的间隔距离213约为0.05-1毫米，更优选约为0.1-0.5毫米。

根据一个实施方式，长丝203-210可以在纵向被沿着带段的长度延伸的间隙(用箭头215表示)隔开。一般来说，所述间隙的长度小于长丝203-210的长度。根据一个实施方式，所述间隙约不大于3毫米，例如约不大于1毫米，在特别的情况下可以更小。例如，在一个实施方式中，所述间隙215约不大于100微米，75微米，50微米，甚至约不大于20微米。另外，在一个具体的实施方式中，间隙为100-约400微米。在一个具体的实施方式中，所述长丝203-210可以基本上沿着基材带的整个长度延伸，因此基本上不存在间隙。

图3显示图2的多丝超导制品的一部分。具体来说，图3显示长丝203和长丝207的一部分。如前文所述，长丝203和207可以被间隙215隔开。根据一个实施方式，长丝可以包括长丝间的横偏距，如相应的长丝203和207的平分轴之间的距离303所示。长丝间的横偏303是在纵向上互相隔开的两条长丝的横向位移的度量。如图3所示，长丝间的横偏303是分别基于长丝203和207的相应的平分轴304和305，与长丝203和207的长度正交的测量结果。根据一个实施方式中，所述长丝间的横偏303约不大于100微米。在另一个实施方式中，所述长丝间的横偏303约不大于50微米，或者约不大于25微米，甚至约不大于10微米。在一个具体实施方式中，所述长丝间的横偏303约为5-100微米，更具体约为10-50微米。通过形成在离散的长丝之间具有这样的长丝间的横偏303的多丝超导制品，可以促进形成准确对准的长丝和具有优良的电特性，例如AC损失减小的超导制品。

图4显示根据一个实施方式的用来形成多丝超导制品的方法的流程图。具体来说，图4提供了使用卷轴到卷轴法形成多丝超导制品的方法，其可以促进形成长度长的多丝超导制品。因此，所述方法首先是步骤401：从供料卷轴传送超导带。所述超导带可以包括基材、覆盖所述基材的缓冲层，以及覆盖所述缓冲层的HTS层。值得注意的是，在此阶段，在从HTS层使离散的长丝形成图案之前，HTS层是覆盖缓冲层的大体共形的材料层。

所述方法还包括在步骤403由供料卷轴传送掩蔽带403。具体来说，所述掩蔽带可以是带形式的长度长的材料。根据一个实施方式，所述掩蔽带的尺寸与超导带的尺寸类似。因此，在一个实施方式中，所述掩蔽带的尺寸比至少约为10∶1。在另一个实施方式中，所述掩蔽带的尺寸比至少约为100∶1，甚至至少约为1000∶1。

具体关于某些尺寸，在一个实施方式中，所述掩蔽带的平均宽度大体与超导带段相等。在一个实施方式中，所述掩蔽带的平均宽度约不大于10厘米。在另一个实施方式中，所述掩蔽带的平均宽度约不大于5厘米，例如约不大于1厘米。在一个具体的实施方式中，所述掩蔽带的平均宽度约为1毫米至1厘米。

在另一个实施方式中，所述掩蔽带的平均厚度约不大于5毫米。另外，根据另一个实施方式，所述掩蔽带的平均厚度约不大于2毫米，例如约不大于1毫米，甚至约不大于0.5毫米。在某些实施方式中，希望所述掩蔽带特别薄，其平均厚度约为0.05-0.25毫米。

根据一个实施方式，所述掩蔽带可以是对辐射敏感的材料。包括例如电子工业使用的光刻材料或抗蚀剂材料。在一个实施方式中，所述掩蔽带可以包含有机材料，例如树脂。

在步骤401和403中分别从供料卷轴传送超导带和掩蔽带的同时，所述工艺可以在步骤405通过在超导带上形成掩蔽带，以形成掩蔽的超导带而继续进行。所述在超导带上形成掩蔽带的方法可以包括：合并两条带，使得掩蔽带覆盖在超导带的HTS层上。根据一个实施方式，所述在超导带上形成掩蔽带的方法包括：通过将掩蔽带和超导带横向对准，将两条带压制在一起，从而将掩蔽带层叠在超导带上。在一个具体的实施方式中，所述在超导带上层叠掩蔽带的方法包括：将掩蔽带和超导带一起传送通过基材支架，并在带上施加压力。例如，可以将掩蔽带和超导带传送通过基材支架，通过辊对带施加压力。在一个更具体的实施方式中，所述在超导带上形成掩蔽带的方法可以进一步包括对所述掩蔽带和超导带进行加热，以促进合适的层叠。可以对带进行局部加热，以促进层叠。在一个实施方式中，可以采用加热和压力的组合，以完成层叠。在某些进行加热的实施方式中，加热的温度可以约高于50°F，例如约高于75°F。一般来说，在层叠过程中局部提供给带材的温度约不高于150°F。

在层叠工艺过程中，可以对掩蔽带或超导带、或此二带施加润湿剂。可以以气溶胶或喷雾的形式提供润湿剂，可以施加在将要接触连接的各带的表面上。通常，为了润湿而施加于超导带和掩蔽带的材料是不会对超导带或掩蔽带的组成层造成污染的材料。因此，在一个实施方式中，所述润湿剂包含水基溶液。在一个具体的实施方式中，所述润湿剂可以主要由去离子水组成。

在将掩蔽带合并在超导带之上，形成掩蔽的超导带(这在步骤405提供)之后，所述方法可以通过使掩蔽的超导带传送通过具有第一对准标记的基材支架并且在包括第二对准标记的标线片下方(这在步骤407提供)传送而继续进行。

暂时来看图7和图8，这些图显示根据本发明的实施方式，在卷轴到卷轴工艺的某些部分过程中，用来将掩蔽的超导带对准的制品(例如基材支架和标线片)。图7显示根据一个实施方式的基材支架，而图8显示根据一个实施方式的基材支架和上面覆盖的标线片。具体来说，图7显示基材支架700的透视图，该基材支架700具有通道701，用来接受和对准长度长的带，特别是掩蔽的超导带。在一个具体的实施方式中，所述基材支架700可以包括对准标记，或者一系列的对准标记。如图7所示，所述基材支架700包括位于从通道701的侧面延伸的搁板703的表面上的对准标记704和705。所述对准标记704和705适合于使基材支架700与另一个物体对准，所述标记可以表示合适的记号，例如孔、凹痕、刻痕等。

图8显示位于标线片801下方的基材支架700的透视图。如图所示，标线片801位于基材支架700上方，具有对准标记804和805，所述对准标记804和805与基材支架700的对准标记704和705垂直对准，便于标线片801相对于基材支架700对准。所述标线片801的对准标记804和805可以包括与基材支架700上的对准标记类似的记号。

另外，用来将对准标记对准的方法和器件可以包括机械法、电学法或光学法。例如，在一个具体的实施方式中，光学对准方法可以包括使用激光器或传感器来将对准标记对准。机械方法可以包括从相应的表面凸出并使开关脱扣的对准标记。

在使掩蔽的超导带传送通过基材支架并且在标线片之下传送(这在步骤407提供)之后，所述方法在步骤409通过使所述掩蔽的超导带受到被投射通过标线片的辐射，以形成有图案的超导带而继续进行。根据一个具体的实施方式，可以使得辐射投射通过标线片中的图案，使得掩蔽的超导带的一些部分受到辐射，而掩蔽的超导带的其它部分并未受到辐射。此种方法促进了受到辐射的所述掩蔽带的部分的硬度变化，例如使得它们的硬度小于未受到辐射的部分。

一般来说，所述被投射通过标线片的辐射具有特定的波长。合适的波长通常包括约小于500纳米的辐射波长。在一个实施方式中，所述辐射具有较短的波长，以致通常将该波长称为紫外波长或远紫外波长，包括约小于400纳米，甚至约小于350纳米的波长。

下面暂时来看图8以进一步说明使得该带的的一些部分受到辐射的工艺，所述标线片801包括有图案的部分803，当使辐射通过所述有图案的部分803的时候，这样在超导带805的表面上投射特定的图案，从而使掩蔽带形成图案。一般来说，所述有图案的部分803所包含的图案能够促进包括离散长丝的超导带的形成。也就是说，在一个实施方式中，所述有图案的部分803所包含的图案与多丝超导带上形成的长丝的最终图案类似或相同。所述覆盖基材支架700的标线片801的组合便于进行连续卷轴到卷轴法，更具体来说便于形成沿着超导带段的大部分长度延伸的长丝。在一个具体的实施方式中，所述基材支架700和标线片801的组合能够便于形成多丝超导带，所述带包括沿着所述超导带的整个长度延伸的长丝，而没有间隙。

再来看图4中提供的方法，在步骤409中形成有图案的超导带之后，该方法在步骤411通过使用磨粒除去掩蔽带的一些部分以及HTS层的一些部分以形成多丝超导带而继续进行。根据一个实施方式，所述方法包括使用磨粒，更具体来说包括使用磨粒，在用高压将颗粒加速至高速的情况下，对有图案的超导带的表面进行喷砂处理，其中所述掩蔽带受到辐射的一些部分变得较软，与位于下面的HTS层的一些部分一起被除去，而掩蔽带的较硬部分则可以抵抗所述磨粒的作用。该方法可以通过卷轴到卷轴法来完成，其中，所述有图案的超导带从供料卷轴分配通过喷砂区，在喷砂区中，磨粒在高压下射向有图案的超导带的表面，除去掩蔽带的一些部分以及位于下面的HTS层的一些部分。在将该带材传送通过喷砂区之后，可以将形成的多丝超导带收集在收带轴上。

所述磨粒可以包含无机材料，例如氧化物、碳化物、氮化物、硼化物或它们的任意组合。在一个具体的实施方式中，合适的磨粒可以包括二氧化硅、氧化铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼、或它们的任意组合。在一个具体的实施方式中，所述磨粒包含二氧化硅或氧化铝。

所述平均粒度适合便于使用卷轴到卷轴法使长丝形成图案。因此，在一个实施方式中，所述磨粒的平均粒度不大于100微米。在另一个实施方式中，磨粒较小，例如约不大于75微米，约不大于50微米，约不大于25微米，甚至约不大于10微米。根据一个具体的实施方式，所述磨粒的粒度约为1-75微米，更具体约为5-50微米。

在使用磨粒除去掩蔽带的一些部分以及HTS带的一些部分，从而形成包括离散的长丝的多丝超导带之后，掩蔽带的一些部分可以仍然覆盖该带的尚未被磨粒除去的一些部分。因此，所述方法可以进一步包括通过使掩蔽带的这些部分与清洁剂接触，而除去这些部分。合适的清洁剂可以包括无机材料或有机材料。在一个具体的实施方式中，清洁剂是水基溶液。在一个更具体的实施方式中，所述清洁剂可以包括去离子水。在一个具体的实施方式中，所述对多丝超导带进行清洁的方法可以包括在卷轴到卷轴工艺中，使所述多丝超导带传送通过一个浴。所述浴可以包括使得所述多丝超导带经受加热，从而除去覆盖HTS长丝的掩蔽带的那些部分。在另一个实施方式中，所述对多丝超导带进行清洁的方法可以进一步包括在多丝超导带的顶面上喷清洁剂，还可以包括通过例如超声波处理对多丝超导带进行搅拌。

图5包括根据一个实施方式形成多丝超导带的方法。图5所示的方法的某些部分与之前根据图4的方法描述的工艺类似。具体来说，步骤501，503和505基本上与图4所述的工艺相同。该方法的步骤507包括使得包括第一对准标记的掩蔽的超导带在包括第二对准标记的标线片下方传送。在此具体的实施方式中，所述掩蔽的超导带包括对准标记，因此该方法可以不使用基材支架。

暂时来看图9，该图提供了具有对准标记的掩蔽的超导带以及覆盖在所述掩蔽的超导带上的具有对应的对准标记的标线片的透视图。如图所示，所述掩蔽的超导带901包括沿着带材的长度隔开的对准标记903和904。另外，所述标线片905包括对准标记906和907，它们分别对对准标记903和904对应和对准。对准标记903和904与对准标记906和907的对准便于掩蔽的超导带901与标线片905的对准，从而促进了掩蔽带有效而高效地形成图案。另外，所述对准标记903和904的种类可以与之前根据图7和图8所述的那些相同。

如图9进一步所示，所述掩蔽的超导带可以包括沿着掩蔽的超导带901的长度的部分909和911，用来包括对准标记903和904。在一个实施方式中，部分909和911可以包括掩蔽的超导带段，其中所述掩蔽带没有覆盖在所述超导带段上。在另一个实施方式中，部分909和911包括掩蔽的超导带段，其中在掩蔽带下面不存在HTS层，使得部分909和911对应于最终形成的多丝超导带中的长丝之间的间隙。所述部分909和911可以使掩蔽的超导带901与标线片通过对准标记903和904容易对准，以及便于形成长丝之间的间隙，而所述长丝在最终形成的多丝超导带的中间区域910中形成。

再来看图9，可以用卷轴到卷轴方法完成传送包括对准标记903和904的掩蔽的超导带901的的方法。在一个具体的实施方式中，所述卷轴到卷轴方法可以包括步进的工艺，其中使卷轴传送一段距离，然后停止，使得掩蔽的超导带901的对准标记903和904与标线片905的对准标记906和907对准，然后使得掩蔽的超导带901的中间部分910受到辐射。在一部分受到辐射之后，可以使该带再传送一段距离，然后停止，使得沿着所述掩蔽的超导带901长度的不同的对准标记再次与标线片905的对准标记906和907对准，然后可以再次重复所述辐射工艺。所述将掩蔽的超导带901上的对准标记903和904与对准标记906和907对准的方法可以与根据图7和图8所述的方法相同。

再来看图5，在标线片下方传送包括对准标记的掩蔽的超导带之后，所述方法继续以与图4所述的相同的方式进行。具体来说，该方法通过使掩蔽的超导带材的一些部分受到被投射通过标线片的辐射，以形成有图案的超导带(这在步骤509提供)而继续进行，然后使用磨粒进一步除去所述掩蔽带的一些部分以及位于所述掩蔽带材的部分之下的HTS层的一些部分，以形成多丝超导带(这在步骤511提供)而继续进行。

图6显示了根据一个实施方式，通过卷轴到卷轴法形成多丝超导制品的方法的流程图。该方法首先进行步骤601：将可印刷的带材从供料卷轴传送通过印刷机，在表面上印刷图案，形成印刷过的带。根据一个实施方式，所述可印刷的带材可以包括长度长的带材，该带材对特定波长的辐射是透明的，或者是基本透明的。在一个具体的实施方式中，所述可印刷的带材可以包含有机材料。在另一个具体的实施方式中，所述可印刷的带材可以包含有机材料，例如聚酯和聚乙烯，或者它们的组合。在更具体的实施方式中，所述可印刷的带材包括双轴取向的聚对苯二甲酸乙二酯聚酯膜，也称作

因为所述可印刷的带材可以在卷轴到卷轴工艺中进行传送，所述可印刷的带材的尺寸通常与所述超导带材的尺寸类似。根据一个实施方式，所述可印刷带材的尺寸比不小于约10∶1。在另一个实施方式中，所述可印刷带材的尺寸比约不小于100∶1，或者甚至约不小于1000∶1。

如上文所述，所述可印刷带材可以对特定辐射的波长是基本透明的。在一个具体的实施方式中，所述可印刷带材对紫外辐射是透明的，所述辐射的波长约小于500纳米，更具体来说，约小于400纳米。另外，所述可印刷带材的平均厚度适合允许辐射透射其厚度。在一个具体的实施方式中，所述可印刷带材的平均厚度约不大于5毫米。在其它的实施方式中，所述可印刷的带材较薄，使得平均厚度约不大于3毫米，或者甚至约不大于1毫米。在一个具体的实施方式中，所述可印刷带材的平均厚度约为0.05毫米至0.25厘米。

对于在可印刷带材的表面上印刷图案的方法，通常以卷轴到卷轴工艺将可印刷带材传送通过所述印刷机，从而形成印刷过的带。所述表面上的图案可以代表将要在最终多丝超导带上形成的长丝。也就是说，所述图案可以包括长丝的图像，其包括类似互相间隔的长丝的离散图像，在各组长丝之间可包含间隙。

在步骤601中形成印刷过的带之后，所述方法在步骤603通过在卷轴到卷轴工艺中将印刷过的带与对辐射敏感的带合并，形成印刷过的掩蔽带而继续进行。所述印刷过的带可以从第一供料卷轴展开，所述对辐射敏感的材料可以从第二卷轴展开，可以将两条带合并，收集在单独的收带卷轴上。一般来说，该实施方式中使用的对辐射敏感的带材与图4和图5所述的实施方式中使用的材料相同。也就是说，所述对辐射敏感的带材通常包含有机材料，例如树脂等。另外，所述对辐射敏感的带材包含当受到特定波长的辐射的时候会变软的材料。

所述将印刷过的带与对辐射敏感的带材合并的方法可以包括层叠法。所述层叠法可以包括与之前根据图4所述的类似的方法。因此，层叠法可以包括将相应的带辊压在一起，可以进一步包括施加压力、热量或水分，以及这些方式的任意组合。

在一个具体的实施方式中，可以将所述印刷过的带与所述对辐射敏感的带材合并，使得所述印刷过的带的表面上的图案不会与所述对辐射敏感的带材的表面接触。或者，在另一个实施方式中，可以将所述印刷过的带与所述对辐射敏感的带材合并，使得所述印刷过的带的表面上的图案与所述对辐射敏感的带材的主表面接触。

在步骤603中形成印刷的掩蔽带之后，所述方法在步骤605通过将所述印刷过的掩蔽带传送通过辐射区，使得印刷过的掩蔽带的一些部分受到辐射，从而形成有图案的掩蔽带而继续进行。因此，所述印刷过的掩蔽带上的图案，特别是图案的较深色的部分会阻挡辐射，而未印刷的部分会允许辐射通过，使得位于下面的对辐射敏感的带材显影。如前文所述，印刷过的掩蔽带受到辐射的一些部分，特别是包括所述对辐射敏感的带材的印刷过的掩蔽带的部分，会由于受到辐射而变得较软。

在步骤605中形成有图案的掩蔽带之后，所述方法在步骤607通过从所述有图案的掩蔽带除去所述印刷过的带而继续进行。在一个具体的实施方式中，在所述印刷过的掩蔽带的一些部分受到辐射之后，可以将所述印刷的带与对辐射敏感的带材分离。在一个实施方式中，可以使用中间层剥离剂将所述印刷过的带从所述有图案的掩蔽带除去。

在步骤607中将所述印刷过的带从所述有图案的掩蔽带除去之后，所述方法可以在步骤609继续进行，该步骤609包括通过卷轴到卷轴法将有图案的掩蔽带与超导掩蔽带合并。通常，所述超导带可以包括基材、覆盖所述基材的缓冲层，以及覆盖所述缓冲层的共形的HTS层。在一个实施方式中，所述超导带还可以包括包覆层或稳定体层，或者同时包括包覆层和稳定体层。将有图案的掩蔽带与超导带合并的步骤可以包括本文所述的层叠工艺。

在步骤609中将所述有图案的掩蔽带与超导带合并之后，如前文根据图4所述，所述方法可以在步骤611通过使用磨粒除去有图案的掩蔽带的一些部分以及HTS层的一些部分，从而形成多丝超导带而继续进行。因此，所述方法可以包括将所述合并的有图案的掩蔽带和超导带传送通过喷砂区域，在此喷砂区域中，在高压下将磨粒射到所述有图案的掩蔽带和超导带的表面上，以除去所述有图案的掩蔽带以及HTS层的一些部分。

图10用一系列图显示了根据图6所述的方法，用卷轴到卷轴工艺形成多丝超导制品的方法。如图所示，该方法首先进行步骤1001：将其表面上具有印刷图案的印刷过的带1002与对辐射敏感的带材1004合并。所述印刷过的带1002包括位于表面上的图案，所述图案类似HTS长丝，所述长丝沿着所述带的长度延伸，在横向上隔开一段间隔距离，还包括沿着所述带的长度纵向延伸的间隙。

在将所述印刷过的带1002与对辐射敏感的带材1004合并起来，以形成印刷过的掩蔽带之后，所述方法可在步骤1003继续进行：其中将所述印刷过的掩蔽带1006传送通过辐射区1008，在此辐射区中，将辐射投射到印刷过的掩蔽带1006的表面上，辐射对辐射敏感的带材1004的一些部分而继续进行。如本文所述，所述方法能够促进受到辐射的对辐射敏感的带材1004的这些部分变软。

在步骤1003中使得所述印刷过的掩蔽带1006的一些部分受到辐射之后，所述方法在步骤1005继续进行：将所述有图案的掩蔽带1010与超导带1012合并。如本文所述，在使得该带受到辐射之后，可以除去上面覆盖的印刷过的带1002，留下有图案的掩蔽带1010(即对辐射敏感的带材)，与较软的部分1022相比，后者包括的一些部分1020可以更硬。所述超导带1012可以包括基材1018、覆盖所述基材的缓冲层1016，以及覆盖所述缓冲层的HTS层1014。根据一个实施方式，所述超导带1012还包括覆盖所述HTS层1014的包覆层。在另一个实施方式中，所述超导带1012还包括覆盖所述HTS层1014的稳定体层。

在步骤1005中将所述有图案的掩蔽带1010与所述超导带1012合并之后，所述方法在步骤1007继续进行：其中，使用磨粒除去所述有图案的掩蔽带1010和HTS层1012的一些部分。可以将所述具有上面覆盖的有图案的掩蔽带1010的超导带1012传送通过喷砂区1024，在此喷砂区1024中，在压力下将磨粒1026射向所述有图案的掩蔽带1010的表面。所述方法促进了除去所述有图案的掩蔽带1010的某些部分，以及除去位于所述有图案的掩蔽带1010的较软部分1022下面的所述HTS层1014的一些部分。因此，在将所述带传送通过所述喷砂区域1024之后，所述HTS层1014的一些部分以及所述有图案的掩蔽带的一些部分1020仍然保留，并且类似长丝。

所述方法在步骤1009继续进行，其中，在除去所述有图案的掩蔽带1010的一些部分而形成覆盖所述缓冲层1016的长丝1028之后，可以除去所述有图案的掩蔽带的剩余部分1020。因此，所述用来除去覆盖所述长丝1028的有图案的掩蔽带1020的一些部分的方法可以包括如本文根据图4所述进行淋洗。在此方法之后，可以在长丝1028上提供包覆层和/或稳定体层。尽管图10显示了形成包括仅含HTS层的长丝的多丝超导制品，但是应当理解，可以通过相同的方法形成其它的多丝超导制品，其中包含的长丝包括缓冲层、包覆层、稳定体层、或其组合的一些部分。

因此，通过根据本发明的一些实施方式形成多丝超导制品，促进了具有改进的载流量的超导制品的形成。本文将会说明，本发明形成的多丝超导制品的临界电流保留比至少约为0.6。在某些实施方式中，该比值更大，例如至少约为0.65，至少约为0.70，甚至至少约为0.75。在一个具体的实施方式中，所述临界电流保留比约为0.60-0.90。

参见图11，图中显示了故障限流器(FCL)器件1100的顶视图。所述FCL器件1100包括多丝超导带段1101，该带段包括含有HTS材料的长丝，所述长丝沿着所述带段的长度延伸，并且是根据本发明所述的实施方式之一形成的。一般来说，所述超导带段1101的长度约不小于0.1米，例如约不小于5米，或者约不小于10米，或者甚至约不小于100米。一般来说，所述超导带段1101的长度约不大于1千米。

在一个实施方式中，所述多丝超导带段1101悬挂在基底1102上方，绕着接触件1103，1104，1105，1106，1107，1108，1109，1110，1111(1103-1111)缠绕，使得所述多丝超导带段1101的路径基本上是非诱导的。一般来说，所述多丝超导带段1101可以悬挂在接触件1103-1111之间，以便于其接触冷却介质。因此，在一个实施方式中，所述多丝超导带段1101中约不小于50％的总外表面积接触冷却介质。在另一个实施方式中，不小于约75％，例如不小于约90％，或者甚至不小于约98％的超导带的总外表面面积接触冷却介质。

在具体显示的实施方式中，所述多丝超导带段1101悬挂在基底1102上方的接触件之间。根据一个具体的实施方式，所述多丝超导带段1101在基底1102侧面悬挂在基底的上方，使得与所述带段的顶面和底面相切的平面垂直于或基本垂直于所述基底1102的主平面。根据一个实施方式，所述多丝超导带段1101的总长度的约不小于75％的部分悬挂在基底1102上方。在另一个实施方式中，约不小于90％的所述带段的总长度、在其它的实施方式中所述多丝超导带段1101的基本上整个长度都悬挂在所述基底1102的上方。

所述多丝超导带1101可以与分流电路1121电连接。因此，所述FCL器件可以包括跨越所述弯曲路径的整个距离的单个或多个分流电路。如图11所示，所述分流电路1121跨越一些接触件而没有造成电接触。根据一个实施方式，所述分流电路1121可以包括至少一个阻抗元件(即电阻器和/或电感器)，更通常，可以包括跨越所述弯曲路径的距离的多个阻抗元件。在一个实施方式中，所述多个阻抗元件可以互相串联。所述串联的阻抗元件的数量通常约大于2，例如约不小于5，甚至约不小于10。

一般来说，根据所述分流电路跨越的多丝超导带的长度对所述阻抗元件进行选择，使其具有特定的阻抗，使得各个阻抗元件能够保护多丝超导带段的特定长度。在一个实施方式中，所述分流电路包括阻抗元件，所述阻抗元件的阻抗约不小于0.1毫欧姆/米受保护的带。其它的实施方式在单位长度的受保护的带上使用更大的阻抗，使得阻抗元件的数值约不小于1毫欧姆/米受保护的带，或者约不小于5毫欧姆/米受保护的带，甚至约不小于10毫欧姆/米受保护的带，甚至最高约为1.0欧姆/米受保护的带。

根据一个具体的实施方式，所述多丝超导带段1102包括旋转区域1117和1119，其中所述多丝超导带段1101是倾斜或者旋转的。根据所示的实施方式，所述旋转区域1117和1119特别沿着所述超导带段401的直的部分定位。所述旋转区域1117和1119促进了所述超导带段401与电接触件1113和1115的连接，由此再将超导带段1101与分流电路1121相连。需要注意的是，在旋转区域1117和1119中，所述多丝超导带段1101发生旋转，使得所述超导带段401的至少一部分与基底1102平行，并且平放在所述电接触件1113和1115的接触面上。将会理解，所述FCL器件可以包括多个多丝超导制品，所述制品可以以串联的方式连接和操作，或者以并联的结构操作。

图12显示了用于FCL器件的多丝超导带段1201的一部分的截面图。具体来说，所述多丝超导带段1201包括基材1203，以及覆盖所述基材1203的长丝1202，1203，1204和1205(1202-1205)。在一个具体的实施方式中，形成所述多丝超导带段1201，使得在沿着所述带段的长度延伸的长丝1202-1205中包含特定的层。在一个实施方式中，所述长丝1202-1205包括缓冲层1207，HTS层1209以及包覆层1211。在一个实施方式中，所述多丝超导带段1201可以进一步包括覆盖所有层的任选的稳定体层1213。通常，所述多丝超导带段1201可能难以使用常规的化学蚀刻工艺形成，因为可能不得不使用不同的化学试剂对各个不同的层进行选择性蚀刻。但是，具有本发明这种结构的多丝超导带段可以使用本发明所述的方法很容易形成。

实施例

参见下表1，提供比较数据，说明与使用化学蚀刻工艺形成的常规的多丝超导带段相比，根据本发明的实施方式形成的多丝超导带段的电流保留能力有所提高。样品1-6包括通过本发明所述的方法形成的样品，所述方法包括掩蔽、形成图案和磨粒去除技术。所述样品1-5是多丝超导制品，其包括长丝，所述长丝由覆盖Inconel基材以及包含MgO的有双轴结构的缓冲层的HTS层和稳定体材料制成。

标准样品1-3使用标准化学蚀刻法形成，所述化学蚀刻法使用0.5M的柠檬酸。标准样品1-3包括Inconel基材，上面覆盖的共形的有双轴结构的缓冲层，以及有图案的形成长丝的HTS层和稳定体层。在表1提供的各种样品中，形成的长丝的长度为33厘米，宽度为600微米，横向上间隔400微米的间隔宽度。间隙长度为2.5毫米。对于所有的样品，所述带段的长度为1米，宽度为4毫米。

表1

表1对形成长丝之前的(之前的Ic)和形成长丝之后的(之后的Ic)带段提供了临界电流(Ic)值。所述临界电流(Ic)是HTS带载流能力的度量，是超导制品的重要特征。更具体来说，表1提供了临界电流保留比，其显示了由于形成多丝结构所导致的载流能力损失的百分数。如表1所示，根据本发明所述的实施方式形成的各个样品1-5证实了它们与使用化学蚀刻法形成的标准样品(即标准样品1-3)不同，前者的临界电流保留比更大。

更具体来说，样品1-5各自显示了临界电流保留比至少为0.60(即40％)，这比通过化学蚀刻法形成的最好的多丝HTS样品(即标准样品1)高大约30％，因此这些多丝超导带能够输送至少约高30％的更多的电流。所有的样品1-6都表明临界电流保留比至少为0.60，要不然至少为0.65。

另外，各个标准样品1-5表明在形成长丝之后绝对载流能力更高。标准样品在形成长丝之后的最大电流值为62安，而样品1-5的最低电流值(样品2)为88安。因此，样品1-5表明与所有的标准样相比，在形成工艺之后，其绝对载流量值有所提高。

特意将各种标准样品与样品1-5相比较，因为所有的样品表明几乎相同程度的AC损失减小。在长距离导体中，人们希望减小AC损失，以将由于电荷移动(即电流)产生的干扰磁场造成的功率损失减至最小。因此，样品1-5表明在形成图案之后载流量更高，并且具有相同程度的AC损失减小，而标准样品表明载流量较小。

另外，样品1-5的AC损失减小大于未形成图案的超导制品。参见图13，图中显示对照样品和上表1提供的样品1-5的功率(W/m)-磁场(B)曲线图。具体来说，图13显示了在对样品提供一定范围的功率的情况下，各种样品产生的磁场。对照样品的曲线1301表示未形成图案的超导带，该带在各层中包含相同的材料。样品1-5的曲线1303表明随着功率的增大，产生的磁场较小，因此AC损失的减少较大，这是因为对于任何特定的通过样品的功率水平，产生较低的磁场，因此减少了AC损失。

上表1和图13提供的信息说明，根据本发明的实施方式形成的多丝超导带优于常规的多丝超导制品和未形成图案的超导制品。相对于常规的超导带，本发明所揭示的多丝超导带提供的临界电流保留比更高并且AC损失减少有所改善。尽管不希望受到任何特定的理论的限制，发明人指出本发明提供的方法能够减少化学蚀刻工艺中出现的凹蚀现象。需要注意的是，当使用化学蚀刻来除去层的一些部分的时候，凹蚀现象是很普遍的，因为湿的化学蚀刻剂会以各向同性的方式除去材料，使长丝中的HTS层有很高的横向蚀刻和损坏。

另外，通过将本发明所揭示的多丝超导制品结合入FCL器件中，可以改进FCL特征。图14-17将用于FCL器件的常规多丝超导制品的功能与在FCL器件内的根据本发明所述方法形成的多丝超导制品相比较。

图14包括根据常规方法形成的多丝超导制品在施加故障电流的过程中的电流-时间图。作为比较，图15显示了根据本发明所揭示的方法形成的多丝超导制品在施加故障电流和随后的恢复过程中的电流-时间图。图14的常规样品是没有条纹的超导制品，其没有长丝，包括Inconel基材，有双轴结构的缓冲层，HTS材料层和包覆材料层。所述多丝超导制品还包括覆盖所述长丝的共形的稳定体层。图15的非常规的样品是根据本发明所述的实施方式形成的，值得注意的是，其包括多丝超导设计，包括以下的一般结构：Inconel基材和覆盖所述基材的长丝，各长丝包括有双轴结构的缓冲层、HTS材料和包覆材料。所述长丝的宽度为800微米，长度为33微米，横向间隔为200微米。

在77K的液氮浴中进行的测试过程中，图14的常规样品的电流为168A，故障负载电流约为1600A，而图15的非常规样品的电流为141，故障负载电流为3540A。所有的样品与2.5毫欧姆的分流线圈相连。通过比较图14和15说明，在施加故障电流之后，常规样品的响应时间(即回到完全恢复的时间)约为80秒，而非常规样品在施加故障电流之后的响应时间约为10秒。非常规样品表明，当受到的故障电流为可比的负载电流的情况下的两倍以上数值的时候，其具有优良的响应时间。参见图16和图17，图16显示对根据常规方法形成的无条纹的超导制品(即，没有长丝)施加故障电流的过程中的电压-时间图。图17显示根据本发明所揭示的方法形成的多丝超导制品在施加故障电流的过程中的电压-时间图。样品的结构与上文关于图14和15所揭示的结构相同。此外，通过将图16和图17相比较，非常规的图17的样品表明即使受到的故障电流为两倍数值的时候，其也具有优良的响应时间。

因此，本发明所揭示的多丝超导制品、器件和方法表明偏离现有技术的状况。本发明的实施方式描述了包括以下的要素的组合：使用卷轴到卷轴法形成多丝超导制品的方法，多条带，掩蔽工艺，形成图案工艺，辐射技术，以及特别的喷砂技术，适合于形成改进的长度长的多丝超导制品。通过特定的器件，包括基材支架、标线片，与对准标记特征结合使用，进一步改进了这些工艺。所述工艺和器件的组合便于形成多丝超导制品，所述制品具有准确对准的长丝，同时长丝间的横偏距较小，AC损失减少有所改善，以及载流量有所提高。另外，本发明提供的工艺无需多次化学蚀刻和/或不同的化学蚀刻来形成包括长丝的多丝超导制品，而所述长丝包括不同的材料层。本发明所揭示的相同的成形工艺中的任一工艺可以用来形成包括结合不同材料层的长丝的多丝超导制品。

尽管一些参考文献，例如U.S.2007/0197395和U.S.2006/0040830大致认识到有可能使用磨料研磨或者喷砂来使超导氧化物膜形成图案，但是这些参考文献具体涉及化学形成图案技术。实际上，在将中间膜转化为氧化物超导体之前，使中间膜形成图案。另外，这些参考文献，特别是U.S.2007/0197395明确公开了，与较软的化学中间膜相比，要通过磨料技术除去的HTS材料可能更硬，或者可能在形成HTS材料之后(其通常是脆的氧化物层)被损坏。另外，尽管过去的一般的参考文献提到使用磨料，但是这些参考文献均未揭示包括以下的特征的组合：卷轴到卷轴工艺，用来便于卷轴到卷轴操作的器件，特定的掩蔽技术，或者本发明所揭示的喷砂技术。很少有或者没有参考文献表明形成具有改进的临界电流保留或AC损失减少的长度长的多丝超导制品，也未提到在用于FCL制品的时候响应时间有所改善。

尽管已经在具体实施方式的方面图示和描述了本发明，但是本发明不限于具体描述的这些内容，这是因为可以在不偏离本发明范围的情况下进行各种改良和替代。例如，可以提供另外的或等价的替代，可以采用另外的或等价的生产步骤。因此，本领域技术人员使用不超过常规的实验就能获得本文所揭示的本发明的其它改良和等价物，认为所有这些改良和等价物都在所附权利要求书限定的本发明范围内。

Claims (20)

1.一种超导制品，其包括：

多丝超导带段，其包括：

基材带；

覆盖所述基材的缓冲层；以及

长丝，所述长丝包含覆盖所述缓冲层的高温超导(HTS)材料，沿着所述基材的长度延伸，在横向上与相邻的长丝相隔一段间隔，在纵向上被间隙隔开，其中，所述长丝的长丝间横偏距约不大于100微米。

2.如权利要求1所述的超导制品，其特征在于，所述长丝间的横偏距约不大于50微米。

3.如权利要求1所述的超导制品，其特征在于，所述多丝超导带段的长度至少约为5米。

4.如权利要求1所述的超导制品，其特征在于，所述HTS长丝的连续长度至少约为100微米。

5.如权利要求1所述的超导制品，其特征在于，所述HTS长丝被沿着所述基材的长度延伸的间隙隔开，所述间隙的长度不大于所述HTS长丝的长度。

6.如权利要求5所述的超导制品，其特征在于，所述间隙的长度约不大于3毫米。

7.如权利要求1所述的超导制品，其特征在于，所述间隔不大于1毫米。

8.如权利要求1所述的超导制品，其特征在于，所述缓冲层包括有双轴结构的膜，所述膜包括同时沿着膜的面内和面外双轴排列的晶体。

9.如权利要求1所述的超导制品，其特征在于，所述多丝超导带段是故障限流器(FCL)器件的一个部件，所述器件包括：

与所述多丝超导带段并联电连接的分流电路。

10.一种超导制品，其包括：

多丝超导带段，其包括：

基材带；

覆盖所述基材的缓冲层；以及

长丝，所述长丝包含覆盖所述缓冲层的高温超导(HTS)材料，沿着所述基材的长度延伸，与相邻的长丝横向间隔一段间隔，其中，所述多丝超导带段的临界电流保留比至少约为0.6。

11.如权利要求10所述的超导制品，其特征在于，所述临界电流保留比至少约为0.65。

12.一种形成多丝超导带的方法，该方法包括：

以卷轴到卷轴工艺传送超导带，所述超导带包括：

基材；

覆盖所述基材的缓冲层；以及

覆盖所述缓冲层的HTS层；

形成覆盖所述超导带的掩蔽带；以及

使用磨粒除去所述掩蔽带的一些部分以及所述HTS层的一些部分，以形成多丝超导带，所述多丝超导带包括HTS长丝，所述长丝沿着所述超导带的长度延伸，在横向上与相邻的HTS长丝间隔一段间隔。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述形成掩蔽带的步骤包括：

从供料卷轴传送掩蔽带；

从供料卷轴传送所述超导带；

将所述掩蔽带层叠在所述超导带上，以形成掩蔽的超导带。

14.如权利要求13所述的方法，该方法还包括：

使所述掩蔽的超导带传送通过具有第一对准标记的基材支架；

使所述掩蔽的超导带的一些部分受到被投射通过具有第二对准标记的标线片的辐射的照射，其中，所述第二对准标记对应于所述第一对准标记，与所述第一对准标记对准。

15.如权利要求13所述的方法，该方法还包括：

在具有第二对准标记的标线片下方传送包括第一对准标记的掩蔽的超导带；

将所述第一对准标记和第二对准标记对准；

使所述掩蔽的超导带的一些部分受到被投射通过所述标线片的辐射照射，形成有图案的超导带。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述形成掩蔽带的步骤包括：

从供料卷轴传送可印刷的带材通过印刷机；

在所述印刷机中，在所述可印刷的带材的表面上印刷图案，形成印刷过的带。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述可印刷的带材包含聚酯。

18.如权利要求16所述的方法，该方法还包括：

从第一供料卷轴传送印刷过的带；

从第二供料卷轴传送对辐射敏感的带材；

将所述印刷过的带与所述对辐射敏感的带材合并，形成印刷过的掩蔽带；

将所述印刷过的掩蔽带传送到收带轴上。

19.如权利要求18所述的方法，该方法还包括：

将所述印刷过的掩蔽带从供料卷轴传送通过辐射区，使所述印刷过的掩蔽带的一些部分受到辐射照射，以形成有图案的对辐射敏感的掩蔽带；

从所述有图案的对辐射敏感的掩蔽带上除去所述印刷过的带；

将所述有图案的对辐射敏感的掩蔽带层叠在所述超导带段上。

20.如权利要求19所述的方法，该方法还包括：

通过以下方式对所述有图案的对辐射敏感的掩蔽带的表面进行研磨：在压力下，将平均粒度约不大于75微米的磨粒直接施加在所述有图案的对辐射敏感的掩蔽带的主表面上，以除去所述有图案的对辐射敏感的掩蔽带的一些部分以及HTS层的一些部分，形成多丝超导带，所述带包括沿着所述超导带的长度延伸的HTS长丝。

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