CN102610323A - 超导多芯坯料的结构和超导多芯导线的制造方法 - Google Patents
超导多芯坯料的结构和超导多芯导线的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102610323A CN102610323A CN201210016501XA CN201210016501A CN102610323A CN 102610323 A CN102610323 A CN 102610323A CN 201210016501X A CN201210016501X A CN 201210016501XA CN 201210016501 A CN201210016501 A CN 201210016501A CN 102610323 A CN102610323 A CN 102610323A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper
- vertical hole
- concentric circles
- blank
- superconduction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000010276 construction Methods 0.000 title abstract 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 112
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 108
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 107
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 229910001275 Niobium-titanium Inorganic materials 0.000 claims description 47
- RJSRQTFBFAJJIL-UHFFFAOYSA-N niobium titanium Chemical compound [Ti].[Nb] RJSRQTFBFAJJIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 claims description 36
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims description 31
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 24
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 claims description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 7
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 36
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 28
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 22
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 20
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 17
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 11
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 9
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 9
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N N-[1-oxo-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propan-2-yl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(C(C)NC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000013102 re-test Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000033772 system development Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 238000011077 uniformity evaluation Methods 0.000 description 1
- -1 vanadium-gallium (V 3Ga) compound Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0128—Manufacture or treatment of composite superconductor filaments
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0156—Manufacture or treatment of devices comprising Nb or an alloy of Nb with one or more of the elements of group IVB, e.g. titanium, zirconium or hafnium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
- H01B12/10—Multi-filaments embedded in normal conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49014—Superconductor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12361—All metal or with adjacent metals having aperture or cut
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供一种超导多芯坯料的物理结构和超导多芯导线的制造方法，以给予制造时间(成本)的减少以及在直径缩小拉丝过程中低的断线发生频率。本发明的超导多芯坯料具有如下结构：在具有圆形横截面的铜或铜合金坯料2中制备多个纵孔；所述纵孔填充有由NbTi组成的超导材料4；铜体积比不小于4，所述铜体积比为铜或铜合金与NbTi的体积比；在该坯料中制备所述多个纵孔使得每个纵孔以相等间距排列在内层同心圆和外层同心圆两者中的每个上。
Description
技术领域
本发明涉及一种超导多芯坯料的物理结构和超导多芯导线的制造方法，其中本发明的超导多芯坯料的结构允许将其中复合的超导材料加工成具有符合要求的形状的细丝。
背景技术
由于超导导线传送大电流而不会损失电力或产生铁磁场的能力，所以超导导线已应用到各个领域。例如，在以下新技术领域中发现超导导线：通过将超导系统引入电力系统例如发电机和输电电缆的节能系统开发领域；新能源系统开发例如核聚变和磁流体动力学(MHD)的发生；以及在利用铁磁领域的新技术开发例如高能加速器和医疗应用的磁共振成像(MRI)。
超导导线技术一直积极发展以推进超导应用技术。到目前为止，铌-钛(NbTi)合金族导线已得以开发用于低于8T或9T的磁场，铌-锡(Nb3Sn)化合物族导线或钒-镓(V3Ga)化合物族导线已得以开发用于在此强度之上的磁场。
这些超导导线具有许多直径为数十个微米或更小的超导细丝嵌入具有优良的热传导金属如铜的基质中的结构，其中超导细丝的材料为例如NbTi或Nb3Sn。该类结构的超导导线被称为细多芯导线。
以下是关于使用NbTi合金作为其超导细丝的超导导线的制造方法的大体说明(参考非专利文献“超导工程，修订版”，Ohmsha有限公司，pp 74-76，(1988年))。首先，NbTi合金经冷加工成圆棒。然后，将该棒插入铜管之后经面积缩小工序以获得单芯导线。然后，单芯导线被切割成适当的长度。将由此切割的多个单芯导线包装在铜容器，经过排气，接着盖焊接以密封，由此形成复合坯料。此后，复合坯料重复经挤压工序和面积缩小工序直到获得所需的复合导线。为制造大电流容量导线，将因此获得的许多复合导线包装入另外的铜管之后进行另一个面积缩小工序是可行的。通常，NbTi合金导线的临界电流密度会根据剧烈加工(面积缩小率为104或更多)与时效处理(在350～450℃的热处理)条件的结合而大大增加。因此，细多芯导线通常是通过施加用冷加工的多次时效处理，接着施加加捻工序而获得的。
在制造超导导线中的最重要工序是通过将铜(Cu)、铜/铌-钛(Cu/NbTi)或铜/铌(Cu/Nb)的单导线包装在铜容器中制造复合坯料。该工序几乎最终确定细多芯导线的形状。因此，毫不夸张地说，该工序的完成质量将控制该导线的超导性能。
然而，在上述的实施中，复合坯料通过将单芯导线手工插入铜容器中，需要调动许多手工而得以制造，因为切割成合适长度用于插入的单芯导线从几十到一千和几百，其中计数是非常大的。因此，不得已地消耗大量的人力和工时以满足加工精度如单芯导线的线性的要求，造成增加制造成本。
在常规实施中还有另一个问题，单芯导线的包装密度具有限制。这意味着容纳更多增加数量的单芯导线和将超导细丝细化对于更高性能的超导导线的未来需求是重要的。为此，制造复合坯料以增加将包装在铜容器中的单芯导线的数量，或相反增加复合工序的重复数量成为必需的。因此，由于常规实施具有限制，所以一直期望良好的可加工能力。
提高将容纳的单芯导线的数量意味着细多芯导线中的超导细丝之间的距离将变得比以前更短。因此，由于在部分超导细丝或几乎所有超导细丝上因物理耦合和相邻效应而出现的超导耦合所引起的交流电流损耗的增加，所以其性能退化。由此，当在制造复合坯料中除了将单芯导线包装在铜容器中之外的简单方法是可实施的时，不仅简化制造方法并降低生产成本，而且还改善超导性能就成为可行的。
JP 54-222758A，JP 2868966B2和JP 3445307B2描述了用于制造复合坯料的改进方法。根据它们的描述，用于挤压的坯料是通过如下工序来制造的：提供每个在其中具有多个纵孔的若干铜束(copper blocks)的束块(pile)，将超导材料棒插入束块中的铜束的孔，将盖放置在铜束的两端，以及在真空中用电子束焊接铜束的束铁的周边。
在JP 2868966B2描述的现有技术中，超导坯料通过在圆铜棒上制作孔，和将超导材料如铌(Nb)棒插入该孔中来形成，其中孔的数量为，例如337、313、73、246、222和232。此后，如此形成的超导坯料经历热挤压、拉丝以及热处理，之后直径缩小以制造具有预定的最后直径导线的超导多芯导线。
在3445307B2中描述的现有技术中，超导坯料通过在圆铜合金棒中制作孔，和将超导材料例如铌棒插入该孔而形成，其中孔的数量是19和37。此后，这样形成的超导坯料经过挤压和拉丝。拉丝后的坯料经切割以及在铜管内加工以形成超导多芯坯料。这样制造的多芯坯料经过挤压和拉丝以制造超导多芯导线。
通常，排列孔使得孔间的空隙将得到最大的分离。这是因为较大的空隙使钻孔加工更容易。
上述类型的超导多芯导线经过绝缘工序以形成超导绕组线，然后缠绕成线圈以制造成超导磁体，超导磁体的磁场由通过电流控制。在制造超导磁体的卷绕工序中，在卷绕位置和卷绕张力方面需要高精度技术。卷绕时的位置偏差对于磁场分布方面是严重的问题。如果不均匀缠绕问题在卷绕操作中发生，在低于预定值的电流下这些问题会导致超导磁体的热耗散(以下简称为失超)。超导磁体失超的原因包括由于电磁力的卷绕导线的扰动以及磁场的不稳定。一般认为实际操作中设备失超的发生大多归因于卷绕导线的扰动。
发明内容
然而，上述的常规现有技术有如下所述的问题。
在JP 54-222758A中描述的现有技术，需要多次真空电子束焊解，因此其制造工序复杂、制造成本增加。另外，因为每个铜束之间的接触面积仅局限于焊接渗透处(2mm)，在随后的工序即面积缩小工序中频繁发生断线。
断线发生频率低是所希望的。当坯料经过常规加工以达到最终的导线直径时，优选在成品导线长度方面断线发生的频率为0.001次断线/km或更少。
在JP 2868966B2中所述的现有技术遇到圆铜棒的孔的数量大的问题。较大的孔数量增加了制造时间(成本)。JP 3445307B2中所述的现有技术使得用于挤压的坯料的制造工序具有两个阶段的制造步骤。因此，制造工序如制作复杂，且制造时间(成本)增加。
因此，上述现有技术的技术问题有两个。一个是减少制造时间(成本)；另一个是在直径缩小的拉丝过程中防止断线。
本发明的第一个目的是提供给予制造时间(成本)的减少以及在直径缩小拉丝过程中低的断线发生的频率的超导导线的物理结构，以及提供该超导导线的制造方法。
本发明的第二个目的是保证由超导磁体产生的磁场的均匀性。本发明的第三个目的是抑制超导磁体的失超。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明提供一种超导多芯坯料，包括具有多个在其中制备的纵孔且在该纵孔中填充有由NbTi组成的超导材料的圆形横截面的铜或铜合金坯料，其中铜体积比不小于4，所述铜体积比为其中的铜或铜合金与其中的NbTi的体积比；在所述坯料中制备所述多个纵孔使得每个纵孔以相等间隔排列在内层同心圆和外层同心圆两者中的每个上，所述同心圆每个都与所述坯料的中心同心；外层同心圆上的纵孔的数量N1为不小于16且不大于38的偶数，内层同心圆上的纵孔的数量N2为被定义为N1/2、N1/4或N1/8的数量；以及内层同心圆上的纵孔的位置为外层同心圆上相邻的纵孔的位置之间的角中点。
另外，上述定义的超导多芯坯料的另外特征在于，在内层同心圆上的纵孔的数量N2可以为素数。
本发明进一步提供一种超导多芯坯料，包括具有多个在其中制备的纵孔且在该纵孔中填充有由NbTi组成的超导材料的圆形横截面的铜或铜合金坯料，其中铜体积比不小于4，所述铜体积比为铜或铜合金与NbTi的体积比；在所述坯料中制备所述多个纵孔使得每个纵孔以相等间隔排列在一层同心圆上，所述同心圆与所述坯料的中心同心；以及在同心圆上的纵孔的数量N不小于16且不大于57。
上述定义的超导多芯坯料的进一步特征在于，所述纵孔的数量N为素数或者为不小于数Nb的素数，所述数Nb被定义为Na×5，其中Na是不小于3的素数且不等于Nb。
本发明进一步提供一种超导多芯导线的制造方法，其包括以下步骤：在圆形横截面的铜或铜合金坯料中钻多个纵孔；将NbTi圆棒插入纵孔；用金属盖真空密封所述纵孔的两端；以及将热挤压工序应用于具有插入其中的NbTi圆棒的真空密封后的坯料，接着重复应用拉丝和热处理，其中铜体积比不小于4，所述铜体积比为其中的铜或铜合金与其中的NbTi的体积比；在所述坯料中制备所述多个纵孔使得每个纵孔以相等间隔排列在内层同心圆和外层同心圆两者中的每个上，所述同心圆每个都与所述坯料的中心同心；外层同心圆上的纵孔的数量N1是不小于16且不大于38的偶数，内层同心圆上的纵孔的数量N2是被定义为N1/2、N1/4或N1/8的数量；以及内层同心圆上的纵孔的位置为外层同心圆上相邻的纵孔的位置之间的角中点。
上述定义的超导多芯导线的制造方法的进一步特征在于，在内层同心圆上的纵孔的数量N2为素数。
本发明进一步提供一种用于制造超导多芯导线的方法，其包括以下步骤：在圆形横截面的铜或铜合金坯料中钻多个纵孔；将NbTi圆棒插入该纵孔；用金属盖真空密封纵孔的两端；以及将热挤压工序应用于具有插入其中的NbTi圆棒的真空密封后的坯料，接着重复应用拉丝和热处理，其中所述坯料的铜体积比不小于4，所述铜体积比为其中的铜或铜合金与其中的NbTi的体积比；在所述坯料中制备所述多个纵孔使得每个纵孔以相等间隔排列在一层同心圆上，所述同心圆与所述坯料的中心同心；以及在同心圆上的纵孔的数量N不小于16且不大于57。
上述定义的超导多芯导线的制造方法的进一步特征在于，纵孔的数量N为素数或为不小于数Nb的素数，所述数Nb被定义为Na×5，其中Na是不小于3的素数且不等于Nb。
由于本发明优化了在超导多芯坯料中的纵孔的数量，所以本发明可以降低超导多芯导线的制造时间(成本)。此外，限定所述坯料上纵孔的数量为素数分散了张力，消除了局部集中，从而在直径缩小拉丝过程中的断线受到抑制。
另一个有益效果是，使用上述结构的导线对改善磁场的均匀性和抑制超导线圈的失超是有用的技术。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式中的超导多芯坯料的剖视图。
图2是本发明的第二实施方式中的超导多芯坯料的剖视图。
图3A是本发明的第三实施方式中的超导多芯坯料的剖视图。图3b是本发明的第三实施方式中的超导多芯导线的剖视图。
图4A是第一比较例的超导多芯坯料的剖视图。图4B是第一比较例的超导多芯导线的剖视图。
图5是在第二比较例的超导多芯坯料的剖视图。
图6是第三比较例的超导多芯坯料的剖视图。
图7是对绕组的均匀性和超导失超进行评估的超导磁体的剖视图。
具体实施方式
下面参照附图提供关于本发明的实施方式的说明。
实施方式1
在本发明实施方式中，多芯超导坯料是由在圆形横截面的铜或铜合金坯料中制备多个纵孔而形成的，其中纵孔填充有包括Nb的超导材料。铜或铜合金与在该坯料中使用的超导材料的体积比被称为铜比。
通常，消费者设定对铜比的范围(即铜与NbTi的体积比)、超导导线的直径、超导细丝的直径及其他细节的要求。在此条件下的大多数情况中，制造商根据客户设定的要求确定超导导线的详细物理结构。如果指定三个参数：导线直径d、超导细丝直径dsc、铜比m，则分割数N是唯一确定的。在它们之间，如下所示的关系是有效的。
N×π/4×dsc 2＝1/(m+1)×π/4×d2
因此，分割数N由下面的公式表示。
N＝1/(m+1)×(d/dsc)2
这意味着铜比m越小，分割数N越大，即纵孔的数量增加；或者铜比m越大，孔的数量越小。
当细丝直径dsc变小或分割数(division number)增加(通常制造成本也相应增加)时，超导导线会具有高性能。在超导导线中，位于在横截面上外部区域的超导细丝显示出良好的可加工性。因此，优选尽可能将细丝定位在外部区域。这意味着应该在客户允许的铜比和细丝直径的要求范围内将细丝排列在可行的最外层区域。
关于横截面结构、几何对称结构是优选的，因为当经直径缩小工序时对称结构使横截面上的塑性变形均匀地发生。为了实现对称结构，内层上的纵孔的数量N2和外层上的纵孔的数量N1之间的关系必须满足N2＝N1/2或＝N1/4或＝N1/8。
该实施方式应用于其中铜比大于4的情况。如果铜比为三，则细丝和相应的纵孔的数量将会增加，因此细丝必须布置为三或四层设置，而不是在本实施方式中所采用的两层设置。这意味着细丝被迫排列延伸到更内层区域。此外，具有小的分割数的导线结果使得细丝直径dsc大导致性能问题。
纵孔的总数量N为20～57的原因在于，如果N小于20，不可能将将超导材料细分而没有造成不好性能；相反地，更大的N需要大量的不可以接受的制作纵孔的加工成本。
图1中，数字符号1表示超导多芯坯料，2表示铜或铜合金坯料，3表示在所述坯料中制备的纵孔，4表示在纵孔中插入的超导材料。
在图1所示的实施例中，纵孔3排列在外层同心圆(D2外)和内层的同心圆(D2内)上，其中排列在外层上的纵孔的数量N1为28，内层上的纵孔的数量N2为14。纵孔3以相等间距，即等角间距α和β钻孔。换句话说，角α等于360/N1，即12.86°，角β等于360/N2，即25.71°。图1说明其中N1为28的结构的例子。在其中结构为两层布置的情况中，优选N1为18至38的偶数，N2为9至18的整数。
还优选内层上的纵孔3的排列角度为外层上的排列角度的中间值，即该图中表示的角γ为1.5×α。确定内层上的纵孔的排列角度为外层上的排列角度的中间值的原因是为了抑制超导细丝的不规则变形。因此，N1等于(2或4或8)×N2是符合几何逻辑的。因此，N1必须是偶数。
如果坯料2的外径由D1表示，则同心圆D2外的直径约为D1×0.8，同样D2内大约为D1×0.6。然而，D2外、D2内和D1之间的关系不仅限于这样的范围。
用于插入纵孔的可应用超导材料4包括NbTi圆棒，铜覆盖的NbTi圆棒，或具有缠绕在其上的铌(Nb)薄片或钽(Ta)薄片的NbTi圆棒。超导多芯材料通过制造图1所示的超导多芯坯料、用金属盖真空密封其两端、应用热挤压以及在预定的条件下拉丝和热处理的工序而制造。
接着，下面提供关于使用图1所示的超导多芯坯料的超导多芯导线的制造方法的详细说明。首先，提供外径为235mm和长度为850mm的圆铜棒作为坯料2。然后，在坯料2中制备每个孔的内径为15mm的纵孔3，使得每个纵孔3被排列在外层同心圆(具有184mm的直径D2外)或内层同心圆(具有138mm的直径D2内)上。在外层同心圆上的纵孔3的数量N1为28以及在内层同心圆上的纵孔3的数量N2为14；总数N1+N2为42。每个纵孔3在同心圆上以相等间距，即相等角α(12.86°)和β(25.71°)钻孔。
在内层上的纵孔3的排列角度为在外层上的排列角度的中间值，即为图中所示的1.5×α的角度。
具有最后加工导线直径为1.2mm的超导多芯(42芯)导线通过如下工序来制造：将具有14.8mm外径的NbTi圆棒作为超导材料4插入纵孔3；用金属盖真空密封其两端；以及热挤压，在预定的条件下重复拉丝和热处理。
用于超导多芯导线的超导多芯坯料1的铜(坯料2)的面积为：
3.14×(235/2)2-3.14×(28+14)×(15/2)2＝35933mm2，
以及超导材料4的截面积为：
3.14×(28+14)×(14.8/2)2＝7222mm2。
因此，铜比为35933/7222，即5。
在该实施方式中在拉丝的过程中没有断线发生，直到该工序达到最后加工直径。在现实中，在拉细到导线的最后加工直径的过程中，从概率方面来说断线发生的频率是很低的。因此，定量区别的实验性评价是需要加工很长长度的材料。在此，为了比较调查断线发生的频率，制备加工至导线最后加工直径的材料，并且将该材料经过三次拉丝，其中面积缩小率为26％。对由此加工的材料通过计算在三次拉丝过程中发生断线的数量进行评估。这意味着该导线经过3次模拉丝从直径1.28mm(最终加工直径)缩小至1.03mm，再缩小至0.888mm，进一步至0.763mm，计算在该过程中每单位导线长度的断线数。
作为本发明人辛勤研究的结果，发明人获知额外的3次拉丝使得断线发生的频率增加到约100倍于在拉细到导线的最后加工直径的过程中所发生的频率，其中直到加工达到导线的最后加工直径时就导线长度方面断线发生的频率被定义为P(次断线/km)。在本发明的该描述中，评价断线发生的频率的结果是以通过将所测量的断线发生频率乘以100来转化成为在最后加工直径导线阶段将会出现的断线发生频率的数值来表示。
在此实施方式中，转换成导线的最后加工直径的长度的断线发生频率为0.0008次断线/km，其证实了本发明的制造方法满足要求(断线发生频率应小于0.001次断线/km)。
实施方式2
在第二实施方式中，所述坯料的内层上的纵孔的数量N2被确定为素数。该实施方式应用基于素数的几何不对称结构，其目的确定内层上的纵孔的数量，但是该实施方式在塑性变形方面仍然使用对称结构。N2为素数的原因是在拉丝过程中超导细丝的不规则变形受到抑制。
和实施方式1一样，实施方式2适用于铜比大于4的情况。如实施方式1一样，内层上的纵孔的数量N2和外层上的纵孔的数量N1之间的关系由方程N2＝N1/2或N1/4或N1/8确定。
在图2所示的实施方式中，纵孔3排列在外层同心圆(D2外)和内层的同心圆(D2内)上，其中排列在外层上的纵孔的数量N1为26以及排列在内层上的纵孔的数量N2为13。如实施方式1，纵孔3以相等间距，即等角间距α和β钻孔。换句话说，角α为360/N1，即13.85°，角β为360/N2，即27.69°。尽管，图2所示的结构与图1所示的不同。优选N2为3至19的素数，N1为满足N1＞2×N2的偶数。和实施方式1一样，还优选的是内层上的纵孔3的排列角度为外层上的排列角度的中间值，即为如该图所示的1.5×α。D2外和D2内之间的关系与实施方式1相同。
与实施方式1一样，可适用于插入到纵孔3中的超导材料4为NbTi圆棒。超导多芯导线通过制造图2所示的超导多芯坯料1；用金属盖真空密封其两端；在预定条件下应用热挤压、拉丝和热处理的工序而制造。
接着，下面提供关于图2所示的超导多芯坯料的制造方法的详细说明。首先，提供外径为235mm和长度为850mm的圆铜棒作为坯料2。然后，在坯料2中制备每个内径都为15mm的纵孔3使得每个纵孔3将排列在外层同心圆(具有184mm直径D2外)或内层同心圆(具有140mm直径D2内)上。外层同心圆上的纵孔3的数量N1为26，内层同心圆上的纵孔3的数量N2为13；总数N1+N2为39。每个纵孔3以相等间距，即等角α(13.85°)和β(27.69°)在同心圆上钻孔。
内层上的纵孔3的排列角度为外层上的排列角度的中间值，即如该图中所示的角度1.5×α。具有1.2mm导线的最后加工直径的超导多芯(39芯)导线1通过如下工序来制造：将具有外径14.8mm的NbTi圆棒作为超导材料4插入到纵孔3；用金属盖真空密封其两端；以及在预定的条件下反复应用热挤压、拉丝和热处理。
用于超导多芯导线的超导多芯坯料1的铜(坯料2)的截面积为：
3.14×(235/2)2-3.14×(26+13)×(15/2)2＝35933mm2，
以及超导材料4的截面积为：
3.14×(26+13)×(14.8/2)2＝6706mm2。
因此，铜比为36463/6706，即5.4。
在拉丝过程中直到达到最后加工直径没有发生断线。
以与实施方式1相同的方式将断线发生的频率转化成最后加工直径导线的长度的断线发生频率，其为0.0004次断线/km，这证实了本发明的制造方法满足要求(断线发生频率应该小于0.001次断线/km)。
表1是在图1和2所示的本发明实施方式的那些结构中的纵孔的数量的列表。表1最右边栏显示由符号◎、○和×表示的断线评价结果。每个符号的意思是：
×：每1km长度断线发生超过0.001次断线；
○：每1km长度断线发生不超过0.001次断线；
◎：每1km长度断线发生不超过0.0005次断线。
表1
实施方式3
在第三实施方式中，在坯料中制备纵孔使得每个纵孔将排列在与该坯料的中心同心的一层同心圆上，孔的数量N为29。与实施方式2和3相同，纵孔以相等间距，即相等角度α钻孔。在此实施方式中，其中数量N为29，相等角度α为360/N，即12.4°。
在图3A和3B中，数字符号1表示超导多芯坯料，2表示铜或铜合金坯料，3表示在坯料1中制备的纵孔3，4表示插入纵孔3的超导材料，以及5表示通过对其进行加工由超导多芯坯料1获得的超导多芯导线。
图3A说明在N为29，其中N优选应该为17～53的整数的情况下的结构。此外，优选N是素数，例如17、19、23、29、31、37、41、43、47、51和53，或者优选N是三或更大的素数Na和五或更大的素数Nb的乘积，即33、35和39之一。确定N为素数或素数的乘积的原因是，期望抑制在超导细丝拉丝操作时的不规则变形，提高由超导磁体产生的磁场的均匀性并抑制超导磁铁的失超。采用其中用于超导导线材料的纵孔的数量为素数、或者为三或更大的素数Na与五或更大的素数Nb的乘积结构，带来抑制由于在线圈卷绕工序中可能发生的卷绕位置偏离或者由于与设备相关的某种因素所导致的不均匀性；最终获得具有优异均匀性的超导线圈；以及抑制超导性失超的效果的期望。
与实施方式1和2一样，实施方式3适用于铜比大于4的情况。如果坯料2的外径由D1表示，同心圆的直径由D2表示，则优选D2/D1为0.7～0.85。
与实施方式1和2一样，适用于插入到纵孔3的超导材料4为NbTi圆棒。超导多芯导线通过如下工序来制造：制造超导多芯坯；用金属盖真空密封其两端；应用热挤压；以及在预定的条件下拉丝和热处理。
接着，下面提供制造如图3B所示的超导多芯导线5的制造方法的详细说明。首先，提供外径为235mm和长度为850mm的圆铜棒作为坯料2。然后，在坯料2中制备每个内径为15mm的纵孔3使得每个纵孔3将会排列在外层同心圆(具有184mm直径D2外)或内层同心圆(具有140mm直径D2内)上。外层同心圆上纵孔3的数量N为29，纵孔以相等间距，即角α(12.4°)钻孔。
具有1.2mm的导线最后加工直径的超导多芯(29芯)导线5通过如下工序来制造：将具有14.8mm外径的NbTi圆棒作为超导材料4插入到纵孔3；用金属盖真空密封其两端；以及应用热挤压，在预定的条件下重复拉丝和热处理。
用于超导多芯导线5的超导多芯坯料1的铜(坯料2)的截面积为：
3.14×(235/2)2-3.14×29×(15/2)2＝38230mm2，
以及超导材料4的截面积为：
3.14×29×(14.8/2)2＝4986mm2。
因此，铜比是38230/4986，即为7.7。
在拉丝过程中，直到达到导线的最后加工直径没有断线发生。超导部分4′的形状被保持为其圆形。据认为，正因为如此，断线的发生频率降低。
与实施方式1相同的方式，转化为导线的最后加工直径的长度的断线发生频率为0.0002次断线/km，这证实了本发明的制造方法满足要求(断线发生频率应该小于0.001次断线/km)。
实施方式4
在结构和制造方法方面，实施方式4与实施方式3类似，其中外层同心圆上排列的超导材料的数量N为28。与实施方式1至3一样，适用于插入到纵孔的超导材料为NbTi圆棒。超导多芯导线是通过如下工序来制造的：制造超导多芯坯料；用金属盖真空密封其两端；应用热挤压、以及在预定的条件下拉丝和热处理。
在不参考附图的情况下，下面提供其中有些方面是类似于实施方式3的说明。首先，提供外径为235mm和长度为850mm的圆铜棒作为坯料。然后，在坯料中制备每个内径为15mm的纵孔，使得每个纵孔将会排列在外层同心圆(具有184mm直径D2外)上。外层同心圆上的纵孔的数量N为28，纵孔以相等间距，即角α(即12.8°＝360/28)钻孔。
具有1.2mm导线最后加工直径的超导28-芯导线通过如下工序来制造：将具有外径为14.8mm的NbTi圆棒作为超导材料插入到纵孔；用金属盖真空密封其两端；以及应用热挤压，在预定的条件下重复拉丝和热处理。为了使在此实施方式中的铜比与实施方式3中的一样，在拉丝工序的中间将铜层的外部去除，使得铜比变为7.7。在拉丝过程中直到该工序达到导线的最后加工直径，没有断线发生。
以与实施方式1相同的方式，转化为导线的最后加工直径长度的断线发生频率为0.0008次断线/km。在此实施方式中，断线发生频率大于实施方式3中的断线发生频率。据认为，其原因在于纵孔的数量N不是素数，而是28。然而，该结构被认为是可实行的，因为其结果满足所述要求(断线发生频率应该小于0.001次断线/km)。
在光学显微镜下对在直径缩小工序如挤压和拉丝之后的上述实施方式的超导多芯坯料中的细丝的的横截面的观察，确证了它们以接近真圆的形状维持其结构。
在使用实施方式4中所描述的结构的情况中，在如上所述的施加复杂的力的直径缩小工序期间乃至在此之后以几乎不变的水平保持超导元件的圆形。因此，显然可实现减少断线发生频率的质的飞跃。
实施方式5
实施方式5是实施方式3的变型，其中在坯料中制备纵孔使得每个纵孔将排列在与该坯料外径同心的同心圆上，且纵孔的数量N为33、35和39。纵孔以相等的间距，即相等角度α钻孔。在此实施方式中，如果N为33，那么α为360/33，即10.9°；如果N为35，则α为360/35＝10.3°；如果N为39，则α为360/39＝9.2°。
N优选为三或更大的素数Na与五或更大的素数Nb的乘积，即33、35和39。确定N为素数或者为素数的乘积的原因在于，期望抑制当拉丝操作时超导细丝的不规则变形、期望改善由超导磁体产生的磁场的均匀性以及期望抑制超导磁铁的失超。在制造超导多芯导线中采用其中用于超导导线材料的纵孔的数量为素数、或者为三或更大的素数Na与五或更大的素数Nb的乘积结构，带来抑制由于在线圈卷绕工序中可能发生的卷绕位置偏离或者由于与设备相关的某种因素所导致的不均匀性；最终获得具有优异均匀性的超导线圈；以及抑制超导性失超的效果的期望。
与实施方式3一样，该实施方式适用于其中铜比大于4的情况。如果坯料的外径由D1表示，同心圆的直径由D2表示，则优选D2/D1为0.7至0.85。
与实施方式3一样，适用于插入到纵孔的超导材料为NbTi圆棒。超导多芯导线通过如下工序来制造：制造超导多芯坯料；用金属盖真空密封其两端；应用热挤压，在预定条件下拉丝和热处理。
接着，提供其中N为33的超导多芯导线的制造方法的详细说明。首先，提供外径为235mm和长度为850mm的圆铜棒作为坯料。然后，在坯料中制备每个内径为15mm的纵孔使得每个纵孔将会排列在外层同心圆(具有184mm的直径D2外)上。外层同心圆上的纵孔的数量N为33，纵孔以相等间距，即角α(10.9°)钻孔。
具有1.2mm导线最后加工直径的超导33-芯导线通过如下工序来制造：将外径为14.8mm的NbTi圆棒插入到纵孔；用金属盖真空密封其两端；以及应用热挤压，在预定条件下重复拉丝及热处理。
用于超导多芯导线的超导多芯坯料的铜(坯料)的截面积为：
3.14×(235/2)2-3.14×33×(15/2)2＝37523mm2，
以及超导材料的截面积为：
3.14×33×(14.8/2)2＝5677mm2。
因此，铜比为37523/5677，即为6.6。
在拉丝过程中直到达到导线的最后加工直径没有断线发生。在直径缩小工序之后导线结构的横截面与图3B中所示的相同。超导元件的形状被维持它们的真圆结构，因此据认为，正因为如此，断线的发生频率降低。
以与实施方式1相同的方式，转化成导线的最后加工直径的长度的断线发生频率为0.0002次断线/km，这证实了该发明的制造方法满足所述要求(断线发生频率应该小于0.001次断线/km)。
比较例1
作为比较例子1的坯料的结构如图4A所示。通过如下工序制备超导复合坯料：制备具有铜比为0.4的由Cu/NbTi制成的单芯导线12(铜覆盖的超导材料4)；将单芯导线12拉丝到直径为16mm的导线；将如此拉丝的单芯导线12的26根导线和直径为181mm的中心铜圆棒14插入铜管11(外径为234mm，内径为214mm)。由出现在该图中的每个符号所显示的尺寸为D4＝234mm，D5＝214mm，D6＝181mm。通过将热挤压、拉丝和热处理施加到超导复合坯料，制造如图4B所示的具有1.2mm直径的26-芯超导导线16。在此实施方式中，直到达到导线的最后加工直径的工序没有在拉丝过程中发生断线。
然而，以与实施方式1相同的方式，转化成最后加工直径的长度的导线的断线发生频率为0.002次断线/km，这意味着该制造方法不是满足所述要求(断线发生频率应该小于0.001次断线/km)的方法。因此，据认为断线发生频率增加的原因在于超导复合坯料的制造在其横断面结构中形成气隙15。在挤压以及通过拉丝超导复合坯料的直径缩小工序过程中，气隙15阻止单芯导线4维持其几何相似性的均匀变形，以及由此导致不规则直径缩小变形。因此，据认为细丝(直径缩小工序之后的单芯导线4′)变成非圆形导致频繁的断线发生。
图4B说明拉丝工序之后的横截面。在比较例1中，直径缩小工序使得细丝4′为非圆形。
比较例2
下面参照图5说明比较例2。与实施方式2不同的是内层上纵孔3的排列布置。在实施方式2中，纵孔3的排列角度是外层上的排列角度的中间值，即该图中所示的角为1.5×α。而在比较例3中，纵孔3排列在相同角位置。与实施方式2相似，具有1.2mm导线最后加工直径的超导多芯(39芯)导线通过如下工序来制造：将具有外径14.8mm的NbTi圆棒插入；用金属盖真空密封其两端；以及在预定的条件下重复应用热挤压、拉丝和热处理。
用于超导多芯导线的超导多芯坯料1的铜(坯料2)的截面积为：
3.14×(235/2)2-3.14×(26+13)×(15/2)2＝36463mm2，
以及超导材料4的截面积为：
3.14×(26+13)×(14.8/2)2＝6706mm2。
因此，铜比为36463/6706，即为5.4。这些值与实施方式2相同。
在拉丝过程中，直到达到导线最后加工直径没有断线发生。
以与实施方式1相同的方式，转化成导线最后加工直径的长度的断线发生频率为0.001次断线/km，这意味着该方法不能满足所述要求(断线发生频率应该小于0.001次断线/km)。
比较例3
以下参照图6说明比较例3。该比较例子是在内层上排列的纵孔数量N2为13，其中，排列在外层上的孔的数量N1为27，这是与实施方式2的数量不同的情况。其不是偶数的倍数，而是N1为27。因此，α是360/N1，即13.3°。在该结构中，使所有的内层上的纵孔的排列角度为外层的排列角度的中间值是几何学上不可能的。如图6所示，如果内层上的纵孔之一被定义为角α的中心，中间值角度γ不可能为1.5α。
在该比较例中，以与其他情况类似的方式应用到其上的拉丝评价显示出断线发生频率为0.004次断线/km，这意味着该制造方法不是满足所述要求(断线发生频率应该小于0.001次断线/km)的方法。
比较例4
下面说明比较例4。该比较例是其中排列在内层上的纵孔的数量N2为13的情况，其中，然而排列在外层N1上的孔的数量为25，这是与实施方式2不同的数量。其不是偶数的倍数，而是N1为25。因此，α是360/N1，即14.4°。在该结构中，使所有的内层上的纵孔的排列角度为外层上的排列角度的中间值是几何上不可能的。
在该比较例中，以与其他情况类似的方式应用到其上的拉丝评价显示出断线发生频率为0.004次断线/km，这意味着该制造方法不是满足所述要求的方法(断线发生频率应该小于0.001次断线/km)。
表2是比较例1-4的这些结构中的纵孔的数量以及断线发生频率(图4至图6)的列表。与表1相似，表2的最右边栏是由符号◎、○、×表示的断线结果评价。
比较例5-9
在比较例5-9中，在坯料中制备纵孔使得每个纵孔排列在一个与该坯料的外径同心的同心圆上，并且纵孔的数量N为30、32、34、36和38。与实施方式2和3相似，所述纵孔以相等间距，即相等角度α钻孔。在比较例中，当N为30，那么α为360/N，即12°。
与实施方式3一样，适用于插入到纵孔的超导材料为NbTi圆棒。超导多芯导线是通过如下工序来制造的：制造超导多芯坯料；用金属盖真空密封其两端；以及在预定的条件下应用热挤压、拉丝和热处理。
在这些比较例中，首先，提供外径为235mm，长度为850mm的圆铜棒。然后，在圆铜棒上制作每个内径为15mm的纵孔使得每个纵孔将排列在外层同心圆(具有184mm直径D2)上。外层同心圆的纵孔的数量N为30(比较例5)、32(比较例6)、34(比较例7)、36(比较例8)和38(比较例9)。每个纵孔以相等间距钻孔。
然后，具有1.2mm导线最后加工直径的超导多芯导线(30-芯、32-芯、34-芯和36-芯)是通过如下工序来制造的：将具有外径14.8mm的NbTi圆棒插入到纵孔；用金属盖真空密封其两端；以及应用热挤压，在预定的条件下重复拉丝和热处理。
以与实施方式1相同的方式，转化成导线的最后加工直径的长度的断线发生频率为：
比较例5(30-芯)的0.001次断线/km，
比较例6(32-芯)的0.008次断线/km，
比较例7(34-芯)的0.004次断线/km，
比较例8(36-芯)的0.002次断线/km，
比较例9(38-芯)的0.001次断线/km。
因此，这些方法都不是满足所述要求(断线发生频率应该小于0.001次断线/km)的方法。
表2
如上所述，本发明可以减少在超导多芯导线的直径缩小拉丝过程中的制造时间(成本)和断线发生频率，因为在实施方式1-4中所述的发明优化了超导多芯坯料的纵孔的数量。此外，规定坯料中的纵孔的数量为素数分散了张力，消除局部集中，从而在直径缩小拉丝过程中抑制断线。
其他实施方式
模拟核磁共振技术的用途(NMR用)，使用本发明的超导多芯导线的绕组和比较例中所定义的超导多芯导线形成线圈。如此形成的线圈被制造成超导磁体，将该超导磁体置于磁场的均匀度和失超行为的对比调查中。将搪瓷绝缘处理应用到具有直径为1.2mm的超导多芯导线上以提供具有1.3mm直径的超导磁体线。使用八型导线作为绕组，如表3中所列的，制造13个模拟核磁共振的超导磁体。
图7说明为评价目的提供的模拟核磁共振的超导线圈(从对称结构的中心的一半部分)的结构。模拟核磁共振线圈提供内部的、外部的铜绕组缠线管21和22的两层。在内部的铜绕组缠线管21上，缠绕主线圈23；以及在主线圈23上缠绕外部线圈24。在外部的铜绕组缠线管22上，三个线圈在轴向布置(即上部子线圈25、中间子线圈27和下部子线圈26)上排列。
每个模拟核磁共振的超导磁体具有模拟核磁共振的超导线圈，其包括尺寸为表4中所列出的尺寸的五个线圈：主线圈、外部线圈、上部子线圈和下部子线圈两个线圈以及中间子线圈。表4列出了模拟核磁共振的超导磁体的形状(尺寸)的实施例。
以下列方式制造超导磁体线圈。将分别制定作为实施方式A至E的表3中的超导导线以从其顶端到底端，然后类似地从底端到顶端穿过的方式缠绕在铜缠线管上。该缠绕工序重复几次到完成。在这次评估中，上述线圈均使用如表3所列的一种或两种超导导线的结合而制造。然而，不同于所列的组合的其他超导导线的组合也可能是可实施的。此外，使用选自本发明的超导导线中的仅一种导线可能是可行的。在铜缠线管上可以使用更复杂的结构。
使用具有退回到规定的场强的磁铁的核磁共振信号探针，通过光谱分析测量1/10的峰值进行磁场的均匀度评价。
1/10峰值为显示磁场空间均匀性的指数，其中峰值越小，磁场越均匀。为了实际用途，当均匀度不大于0.5ppm时是没有问题的。
用实际浸渍在液氦中的超导线圈，通过测量相对于应用电流到用于励磁的电磁铁线圈的导线的临界电流强度的负荷系数，评价超导磁体的失超电流。失超测试进行了两次。重复测试两次或三次通常会导致负荷因子达到100％。负荷因子在较少量的训练内增加是理想的。超导磁体适用于负荷因子为95％或以上的实际用途。
如表3所列，可以知道，使用实施方式中定义的导线提供在磁场的均匀度和超导性失超方面优异的超导磁铁。
据认为该优异效果是是由于在细丝的排列中引入素数或素数之间的乘积抑制了缠绕或超导性失超的不规则性。
最优选的情况是实施方式C，其中超导细丝的数量为素数。另一方面，其中所述数量为素数Na和素数Nb的乘积的实施方式E也显示出有益的效果。而在比较例中，磁场均匀度和负荷因子失超特性是不可接受的。虽然比较例B中的排列满足所述数量为素数Na和素数Nb的乘积以及相应的失超特性良好的条件，磁场均匀度和制造导线的方面是不利的。
超导磁体的应用模式是各种各样的，其中包括其他各类医疗目的的诊断设备，例如磁共振成像(MRI)；用于物理性质评估的磁铁；以及加速器。本发明不限于磁铁的结构。本发明适用于其中具有本发明结构的导线用于线圈绕组的所有情况。
表3超导磁体
表4模拟核磁共振的超导线圈的形状
| 项目 | 单位 | 主线圈 | 外部线圈 | 上部和下部子线圈 | 中间子线圈 |
| 钻孔直径 | mm | 81 | 154.7 | --- | --- |
| 绕组内径 | mm | 89 | 163 | 204 | 204 |
| 绕组外径 | mm | 149 | 193 | 223 | 214 |
| 轴向长度 | mm | 400 | 400 | 128 | 89 |
| 绕组厚度 | mm | 30 | 15 | 9.3 | 4.7 |
| 线圈外径 | mm | 154 | 179 | 238 | 238 |
Claims (9)
1.一种超导多芯坯料，包括具有多个在其中制备的纵孔且在该纵孔中填充有由铌-钛(NbTi)组成的超导材料的圆形横截面的铜或铜合金坯料，其中
铜体积比不小于4，所述铜体积比为其中的所述铜或所述铜合金与其中的铌-钛的体积比；
在所述铜或铜合金坯料中制备所述多个纵孔使得每个所述纵孔将以相等间距排列在内层同心圆和外层同心圆两者中的每个上，所述同心圆每个都与所述铜或铜合金坯料的中心同心；
所述外层同心圆上的所述纵孔的数量N1为不小于16且不大于38的偶数；
所述内层同心圆上的所述纵孔的数量N2为被定义为N1/2、N1/4或N1/8的数量；以及
所述纵孔在所述内层同心圆上的位置为所述外层同心圆上相邻的纵孔的位置之间的角中点。
2.根据权利要求1所述的超导多芯坯料，其中，所述内层同心圆上的所述纵孔的数量N2为素数。
3.一种超导多芯坯料，包括具有多个在其中制备的纵孔且在该纵孔中填充有由铌-钛(NbTi)组成的超导材料的圆形横截面的铜或铜合金坯料，其中
铜体积比不小于4，所述铜体积比为其中的所述铜或所述铜合金与其中的铌-钛的体积比；
在所述铜或铜合金坯料中制备所述多个纵孔使得每个纵孔将以相等间距排列在一层同心圆上，所述同心圆与所述铜或铜合金坯料的中心同心；
所述同心圆上的所述纵孔的数量N1不小于16且不大于57。
4.根据权利要求3所述的超导多芯坯料，其中，所述纵孔的数量N为素数，或者N为33、35或36。
5.一种超导多芯导线的制造方法，包括以下步骤：
在圆形横截面的铜或铜合金坯料中钻多个纵孔；
将铌-钛圆棒插入所述纵孔；
用金属盖真空密封所述纵孔的两端；以及
将热挤压工序应用于具有插入其中的铌-钛圆棒的所述真空密封后的坯料，接着重复应用拉丝和热处理，其中
铜体积比不小于4，所述铜体积比为其中的所述铜或铜合金与其中的铌-钛的体积比；
在所述铜或铜合金坯料中制备所述多个纵孔使得每个所述纵孔以相等间隔排列在内层同心圆和外层同心圆两者中的每个上，所述同心圆每个都与所述铜或铜合金坯料的中心同心；
所述外层同心圆上的纵孔的数量N1是不小于16且不大于38的偶数；
所述内层同心圆上的纵孔的数量N2是被定义为N1/2、N1/4或N1/8的数量；以及
所述内层同心圆上的所述纵孔的位置为所述外层同心圆上相邻的纵孔的位置之间的角中点。
6.根据权利要求5所述的超导多芯导线的制造方法，其中，所述内层同心圆上的所述纵孔的数量N2为素数。
7.一种超导多芯导线的制造方法，包含以下步骤：
在圆形横截面的铜或铜合金坯料上钻多个纵孔；
将铌-钛圆棒插入所述纵孔；
用金属盖真空密封所述纵孔的两端；以及
将热挤压应用于具有插入其中的铌-钛圆棒的所述真空密封后的坯料，接着重复应用拉丝和热处理，其中
铜体积比不小于4，所述铜体积比为其中的铜或铜合金与其中的铌-钛的体积比；
在所述铜或铜合金坯料中制备所述多个纵孔使得每个所述纵孔以相等间隔排列在一层同心圆上，所述同心圆与所述铜或铜合金坯料的中心同心；以及
所述同心圆上的所述纵孔的数量N不小于16且不大于57，或者N为33、35或39。
8.根据权利要求7所述的超导多芯导线的制造方法，其中，所述纵孔的数量N为素数，或者N为33、35或36。
9.使用权利要求5～8中任一项所述的超导多芯导线的超导磁体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011-009669 | 2011-01-20 | ||
| JP2011009669A JP2012151025A (ja) | 2011-01-20 | 2011-01-20 | 超電導多芯ビレットの構造及び超電導多芯線材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102610323A true CN102610323A (zh) | 2012-07-25 |
Family
ID=46527633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210016501XA Pending CN102610323A (zh) | 2011-01-20 | 2012-01-18 | 超导多芯坯料的结构和超导多芯导线的制造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120190555A1 (zh) |
| JP (1) | JP2012151025A (zh) |
| CN (1) | CN102610323A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104201278A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-12-10 | 西安艾菲尔德复合材料科技有限公司 | 一种NbTi/Cu超导复合管及其制备方法 |
| CN105609156A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-05-25 | 安徽华峰电缆集团有限公司 | 一种镓合金高性能电缆 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7034082B2 (ja) | 2016-03-03 | 2022-03-11 | エイチ．シー． スターク インコーポレイテッド | 付加製造による金属部品の製作 |
| CN116663337B (zh) * | 2023-07-31 | 2023-10-10 | 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) | 一种核聚变用大型铠装超导线圈绕制数据计算方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3910802A (en) * | 1974-02-07 | 1975-10-07 | Supercon Inc | Stabilized superconductors |
| JPH0460307U (zh) * | 1990-09-28 | 1992-05-25 | ||
| JPH06309964A (ja) * | 1993-04-21 | 1994-11-04 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導複合ビレット |
| CN101517660A (zh) * | 2006-09-29 | 2009-08-26 | 株式会社神户制钢所 | NbTi超导线材 |
| CN101689693A (zh) * | 2007-03-29 | 2010-03-31 | 诺而达埃斯波公司 | 多重稳定化的NbTi复合超导导线 |
| CN101728029A (zh) * | 2009-12-22 | 2010-06-09 | 西北有色金属研究院 | 矩形截面NbTi/Cu多芯复合超导线材的制备方法 |
| CN101859614A (zh) * | 2010-05-18 | 2010-10-13 | 西部超导材料科技有限公司 | 低温超导线材Cu/Nb多芯复合棒的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06139841A (ja) * | 1992-10-29 | 1994-05-20 | Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai | Ｎｂ３ Ｓｎ超電導線材 |
-
2011
- 2011-01-20 JP JP2011009669A patent/JP2012151025A/ja active Pending
-
2012
- 2012-01-18 CN CN201210016501XA patent/CN102610323A/zh active Pending
- 2012-01-19 US US13/353,927 patent/US20120190555A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3910802A (en) * | 1974-02-07 | 1975-10-07 | Supercon Inc | Stabilized superconductors |
| JPH0460307U (zh) * | 1990-09-28 | 1992-05-25 | ||
| JPH06309964A (ja) * | 1993-04-21 | 1994-11-04 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導複合ビレット |
| CN101517660A (zh) * | 2006-09-29 | 2009-08-26 | 株式会社神户制钢所 | NbTi超导线材 |
| CN101689693A (zh) * | 2007-03-29 | 2010-03-31 | 诺而达埃斯波公司 | 多重稳定化的NbTi复合超导导线 |
| CN101728029A (zh) * | 2009-12-22 | 2010-06-09 | 西北有色金属研究院 | 矩形截面NbTi/Cu多芯复合超导线材的制备方法 |
| CN101859614A (zh) * | 2010-05-18 | 2010-10-13 | 西部超导材料科技有限公司 | 低温超导线材Cu/Nb多芯复合棒的制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104201278A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-12-10 | 西安艾菲尔德复合材料科技有限公司 | 一种NbTi/Cu超导复合管及其制备方法 |
| CN105609156A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-05-25 | 安徽华峰电缆集团有限公司 | 一种镓合金高性能电缆 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012151025A (ja) | 2012-08-09 |
| US20120190555A1 (en) | 2012-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5000252B2 (ja) | ＮｂＴｉ系超電導線材 | |
| CN102610323A (zh) | 超导多芯坯料的结构和超导多芯导线的制造方法 | |
| CN114864177B (zh) | 一种内锡法Nb3Sn前驱体线材的制备方法 | |
| JP5642727B2 (ja) | 内部Ｓｎ法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材、及びそれらの製造方法 | |
| JP2013062239A (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材及びその製造方法 | |
| JP2008084547A (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体 | |
| CN101390175B (zh) | Nb3Sn超导线材的制备用前体和Nb3Sn超导线材 | |
| JP6668350B2 (ja) | 超電導線、超電導コイル、ｍｒｉ及びｎｍｒ | |
| JP6247813B2 (ja) | ＮｂＴｉ系超電導線材 | |
| JP2007128686A (ja) | 内部拡散法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材 | |
| CN110444336B (zh) | 一种采用脉冲电流制备MgB2多芯超导线材的方法 | |
| RU80624U1 (ru) | Винтовая обмотка | |
| JP2009176664A (ja) | 超電導線加工装置および超電導線の製造方法 | |
| JP2013062039A (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材 | |
| Bourquard et al. | A new design for the superconducting outsert of the GHMFL 42+ T hybrid magnet project | |
| CN118136332B (zh) | 一种低损耗超导线材用CuNb复合棒及其制备方法 | |
| KR101782597B1 (ko) | NbTi 초전도 선재 | |
| JP2007172978A (ja) | 超電導電線、超電導線の製造方法、及び超電導電磁石装置 | |
| JP2010135215A (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材 | |
| Breitschopf et al. | 2-layer Cable-in-Conduit for Hybrid-Coil Magnets | |
| JP2010182470A (ja) | Ｎｂ３Ａｌ超電導多芯線材 | |
| JP3608232B2 (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材 | |
| JP2007149494A (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法およびそのための前駆体 | |
| Banno et al. | Design of Transformation-Processed $\hbox {Nb} _ {3}\hbox {Al} $ Conductors to Balance Drawability and Inter-Filament Decoupling | |
| Kovalenko | Cable design and related issues in a fast-cycling superconducting magnets |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SH COPPER INDUSTRY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: HITACHI CABLE CO., LTD. Effective date: 20130815 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130815 Address after: Ibaraki Applicant after: Sh Copper Products Co Ltd Address before: Tokyo, Japan, Japan Applicant before: Hitachi Cable Co., Ltd. |
|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120725 |