CN107850745A - 强化的超导导线的制造 - Google Patents

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Abstract

在各个实施方案中，超导导线的特征在于嵌入导线基体内的包层复合丝和/或稳定的复合丝的组件。所述导线可包括一个或多个用于改善机械性能的稳定元件。

Description

强化的超导导线的制造
相关申请
本申请要求2015年7月14日提交的第62/192,321号美国临时专利申请的权益和优先权，其全部公开内容通过引用在此并入本文。
技术领域
在各个实施方案中，本发明涉及为了增加机械强度而强化的超导导线的形成和加工。
背景
超导材料在被冷却到其特征临界温度以下时表现出无电阻。尽管已经确定了临界温度高于氮的沸点77K的高温超导材料，但是这些材料通常是不稳定的(exotic)(例如钙钛矿陶瓷)，难以加工，且不适合高场应用。因此，对于需要导线和线圈及导线和线圈束的实际的超导应用，金属超导体Nb-Ti和Nb3Sn是最经常使用的。尽管这些材料的临界温度低于77K，但是与基于陶瓷的解决方案相比时，这些材料相对容易加工，以及它们在强电流和高磁场下的工作能力已经实现了它们的广泛使用。
典型的金属超导导线的特征在于多条嵌入铜(Cu)导电基体内的超导相的线(或“丝”)。虽然这已成功实现了用于许多不同应用的金属超导导线的制造，但是得到的导线经常表现出不足的机械强度。虽然围绕超导丝的铜基体提供了一定的机械稳定性，但铜是一种非常易延展、易变形的材料。因此，存在对引入机械稳定剂的改善的金属超导导线的需要，其具有足够的延展性(并且因此可拉制成导线)并且在温度升高的热处理期间不会过度扩散到铜(或Cu基)导线基体中(并且因此损害其导电性)。
概述
根据本发明的各个实施方案，超导导线和/或其前体(例如用于形成导线的复合丝)的特征在于包含一种或多种金属、基本上由一种或多种金属组成、或由一种或多种金属组成的一个或多个稳定元件，所述金属的一种或多种机械性能(例如强度、屈服强度、拉伸强度、刚度、杨氏模量等)优于导线基体(其通常基于Cu以易于拉制成导线)和/或单丝(通常是Nb-基的)的机械性能，所述金属是超导的，或者随后将与一种或多种其它物质(例如Sn)反应以产生超导相。根据本发明的实施方案的示例性稳定元件可包含钽(Ta)或Ta合金，基本上由钽(Ta)或Ta合金组成，或由钽(Ta)或Ta合金组成。如上所述，稳定元件通常与含Nb的多条单丝和/或复合丝一起设置在Cu-基导线基体内。一个或多个稳定元件可大体上设置在复合丝或超导导线的中心处，和/或一个或多个稳定元件可设置为远离复合丝或超导导线的芯(例如邻近周边)。复合丝(和在各个实施方案中的稳定元件)可具有促进导线内的各个元件的有效堆叠的横截面形状(例如六边形、正方形、矩形、三角形)。根据本发明的实施方案，单丝可各自包括Cu-基基体内的Nb-基芯，基本上由Cu-基基体内的Nb-基芯组成，或由Cu-基基体内的Nb-基芯组成，并且单丝的堆叠组件可设置在Cu-基基体内并且被拉细以形成复合丝。因此，复合丝可各自包括Cu-基基体内的多条Nb-基单丝，基本上由Cu-基基体内的多条Nb-基单丝组成，或由Cu-基基体内的多条Nb-基单丝组成。像复合丝一样，单丝也可以具有促进复合丝内的有效堆叠的横截面形状(例如六边形、正方形、矩形)，并且该横截面形状可以与复合丝的横截面形状相同或不同。
在各个实施方案中，复合丝设置在Cu-基基体(例如，Cu-基管)内，并被拉细成超导导线(或其前体)和被热处理。一条或多条复合丝可以用其中的稳定元件自身稳定化，和/或还可以在除复合丝以外的超导导线的Cu-基基体内设置一个或多个稳定元件。在各个实施方案中，稳定元件包含例如包含约3％W的Ta-W合金(即，Ta-3W)，基本上由例如包含约3％W的Ta-W合金(即，Ta-3W)组成，或由例如包含约3％W的Ta-W合金(即，Ta-3W)组成。在各个其它元件中，稳定元件包含Ta与氮的合金，例如氮化钽，和/或Ta与碳的合金，例如碳化钽，基本上由Ta与氮的合金，例如氮化钽，和/或Ta与碳的合金，例如碳化钽组成，或由Ta与氮的合金，例如氮化钽，和/或Ta与碳的合金，例如碳化钽组成。
根据本发明的实施方案的稳定元件的优异的机械性能为最终的超导导线提供改善的机械强度，而不会使导线过大(相比之下，使用机械性能较差的各种其它金属稳定剂将需要使用较大的芯，这将有害地影响最终导线的延展性和各种其他性能)。根据本发明的实施方案的导线表现出优异的机械强度，同时在其临界温度以下保持良好的高场、强电流超导性能。
使用Ta合金稳定元件有利地使得更少的超导导线横截面被稳定元件占据，并且因此更多的横截面可被载流超导丝占据。例如，含有约3％W的Ta-W合金的屈服强度可比纯Ta大约25％；因此，根据本发明的实施方案的稳定芯可比具有例如纯Ta芯的类似导线占据少约25％的超导导线横截面面积。在各个实施方案中，稳定元件(多个稳定元件)可占据小于10％的最终导线的横截面(例如，横截面的约5％至约8％)，或者可占据超导线的横截面的约8％至约15％。
虽然本文详细描述了基于Ta和/或Ta合金的示例性稳定元件，但是根据本发明的实施方案，稳定元件可包含一种或多种其它金属，基本上由一种或多种其他金属组成，或由一种或多种其他金属组成。例如，稳定元件可包含比基本上纯Nb的机械强度更高的Nb合金，基本上由比基本上纯Nb的机械强度更高的Nb合金组成，或由比基本上纯Nb的机械强度更高的Nb合金组成。例如，根据本发明的实施方案的稳定元件可包含Nb与Hf、Ti、Zr、Ta、V、Y、Mo或W中的一种或多种的合金，基本上由Nb与Hf、Ti、Zr、Ta、V、Y、Mo或W中的一种或多种的合金组成，或由Nb与Hf、Ti、Zr、Ta、V、Y、Mo或W中的一种或多种的合金组成。例如，根据本发明的实施方案的稳定元件可包含Nb C103合金，基本上由Nb C103合金组成，或由Nb C103合金组成，Nb C103合金包含约10％的Hf、约0.7％-1.3％的Ti、约0.7％的Zr、约0.5％的Ta、约0.5％的W和余量的Nb。在其他实施方案中，稳定元件可包含Nb B66合金和/或Nb B77合金，基本上由Nb B66合金和/或Nb B77合金组成，或由Nb B66合金和/或Nb B77合金组成。
一方面，本发明的实施方案的特征在于一种形成机械稳定的超导导线的方法。提供多条单丝。一条或多条(或甚至全部)单丝包括芯和至少部分地围绕所述芯的包层，基本上由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成，或由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成。至少一条(或甚至全部)单丝的芯包含Nb，基本上由Nb组成，或由Nb组成。至少一条(或甚至全部)单丝的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。提供稳定元件。稳定元件包含芯和至少部分地围绕所述芯的包层，基本上由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成，或由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成。稳定元件的芯包含Ta和/或Ta合金，基本上由Ta和/或Ta合金组成，或由Ta和/或Ta合金组成。稳定元件的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。通过以下制造多条复合丝：对于每条复合丝而言，(i)将多条单丝组装成单丝堆(monofilament stack)，(ii)用包含Cu的包层至少部分地围绕单丝堆，和(iii)减小包层单丝堆的直径。任选地，可以改变包层单丝堆的横截面形状。将多条复合丝和稳定元件组装成复合堆(composite stack)。稳定元件延伸通过复合堆的径向尺寸。用包层至少部分地围绕复合堆。复合堆的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。减小包层复合堆的直径(或其他径向或横向尺寸)以形成导线。
本发明的实施方案可以以各种组合中的任一种包括以下中的一个或多个。稳定元件可以大体上设置在复合堆的径向中心处。一条或多条(或甚至每条)单丝可通过包括以下、基本上由以下组成或由以下组成的方法提供：(i)将包含Nb、基本上由Nb组成、或由Nb组成的棒设置在包含Cu、基本上由Cu组成、或由Cu组成的管中，以形成包层棒，(ii)减小包层棒的直径，和(iii)任选地，改变包层棒的横截面形状。改变包层棒的横截面形状可包括拉伸包层棒通过六边形模具，基本上由拉伸包层棒通过六边形模具组成，或由拉伸包层棒通过六边形模具组成。提供稳定元件可包括以下，基本上由以下组成，或由以下组成：(i)将包含Ta和/或Ta合金、基本上由Ta和/或Ta合金组成、或由Ta和/或Ta合金组成的棒设置在包含Cu、基本上由Cu组成、或由Cu组成的管中，以形成包层棒，(ii)减小包层棒的直径，和(iii)任选地，改变包层棒的横截面形状。改变包层棒的横截面形状可包括拉伸包层棒通过六边形模具，基本上由拉伸包层棒通过六边形模具组成，或由拉伸包层棒通过六边形模具组成。改变包层单丝堆的横截面形状可包括拉伸包层单丝堆叠通过六边形模具，基本上由拉伸包层单丝堆叠通过六边形模具组成，或由拉伸包层单丝堆叠通过六边形模具组成。
稳定元件的芯可包含Ta，基本上由Ta组成，或由Ta组成。稳定元件的芯可包含Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金，基本上由Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金组成，或由Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金组成。稳定元件的芯可包含Ta-3W，基本上由Ta-3W组成，或由Ta-3W组成。可在导线内或导线上设置Sn。可将导线退火以在导线内形成Nb3Sn相。稳定元件可占据小于约20％的导线横截面，小于约10％的导线横截面，或小于约5％的导线横截面。稳定元件可占据大于约1％的导线的横截面，大于约2％的导线的横截面，大于约5％的导线的横截面，大于约8％的导线的横截面，或大于约10％的导线的横截面。
另一方面，本发明的实施方案的特征在于一种形成机械稳定的超导导线的方法。提供多条单丝。一条或多条(或甚至每条)单丝包括芯和至少部分地围绕所述芯的包层，基本上由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成，或由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成。一条或多条(或甚至每条)单丝的芯包含Nb，基本上由Nb组成，或由Nb组成。一条或多条(或甚至每条)单丝的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。提供多个稳定元件。一个或多个(或者甚至每个)稳定元件包括芯和至少部分地围绕所述芯的包层，基本上由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成，或由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成。一个或多个(或甚至每个)稳定元件的芯包含Ta和/或Ta合金，基本上由Ta和/或Ta合金组成，或由Ta和/或Ta合金组成。一个或多个(或甚至每个)稳定元件的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。通过以下制造多条复合丝：对于每条复合丝而言，(i)将多条单丝和一个或多个第一稳定元件组装成单丝堆，其中所述一个或多个第一稳定元件延伸通过单丝堆的轴向尺寸，(ii)用包含Cu、基本上由Cu组成、或由Cu组成的包层至少部分地围绕单丝堆，和(iii)减小包层单丝堆的直径。任选地，可改变包层单丝堆的横截面形状。将多条复合丝组装成复合堆。用包含Cu、基本上由Cu组成、或由Cu组成的包层至少部分地围绕复合堆。减小包层复合堆的直径(或其它径向或横向尺寸)以形成导线。
本发明的实施方案可以以各种组合中的任一种包括以下中的一个或多个。一个或多个第二稳定元件可以与多条复合丝组装在一起以形成复合堆。一个或多个第二稳定元件可延伸通过复合堆的轴向尺寸。一个或多个第二稳定元件可大体上设置在复合堆的径向中心处。一个或多个第二稳定元件可占据小于约20％的导线的横截面，小于约10％的导线的横截面或小于约5％的导线的横截面。一个或多个第二稳定元件可占据大于约1％的导线的横截面，大于约2％的导线的横截面，大于约5％的导线的横截面，大于约8％的导线的横截面，或大于约10％的导线的横截面。
一个或多个第一稳定元件可大体上设置在一个或多个单丝堆(或甚至每个)的径向中心处。至少一条(或甚至每条)复合丝的小于约20％的横截面可由一个或多个第一稳定元件占据。至少一条(或甚至每条)复合丝的小于约10％的横截面可由一个或多个第一稳定元件占据。至少一条(或甚至每条)复合丝的小于约5％的横截面可由一个或多个第一稳定元件占据。至少一条(或甚至每条)复合丝的大于约1％的横截面可由一个或多个第一稳定元件占据。至少一条(或甚至每条)复合丝的大于约2％的横截面可由一个或多个第一稳定元件占据。至少一条(或甚至每条)复合丝的大于约5％的横截面可由一个或多个第一稳定元件占据。至少一条(或甚至每条)复合丝的大于约8％的横截面可由一个或多个第一稳定元件占据。至少一条(或甚至每条)复合丝的大于约10％的横截面可由一个或多个第一稳定元件占据。
至少一条(或甚至每条)单丝可通过包括以下、基本上由以下组成、或由以下组成的方法提供：(i)将包含Nb、基本上由Nb组成、或由Nb组成的棒设置在包含Cu、基本上由Cu组成、或由Cu组成的管中，以形成包层棒，(ii)减小包层棒的直径，和(iii)任选地，改变包层棒的横截面形状。改变包层棒的横截面形状可包括拉伸包层棒通过六边形模具，基本上由拉伸包层棒通过六边形模具组成，或由拉伸包层棒通过六边形模具组成。至少一个(或甚至每个)稳定元件可通过包括以下、基本上由以下组成、或由以下组成的方法提供：(i)将包含Ta和/或Ta合金、基本上由Ta和/或Ta合金组成、或由Ta和/或Ta合金组成的棒设置在包含Cu、基本上由Cu组成、或由Cu组成的管中，以形成包层棒，(ii)减小包层棒的直径，和(iii)任选地，改变包层棒的横截面形状。改变包层棒的横截面形状可包括拉伸包层棒通过六边形模具，基本上由拉伸包层棒通过六边形模具组成，或由拉伸包层棒通过六边形模具组成。改变包层单丝堆的横截面形状可包括拉伸包层棒通过六边形模具，基本上由拉伸包层棒通过六边形模具组成，或由拉伸包层棒通过六边形模具组成。
一个或多个(或甚至每个)稳定元件的芯可包含Ta，基本上由Ta组成，或由Ta组成。一个或多个(或甚至每个)稳定元件的芯可包含Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金，基本上由Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金组成，或由Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金组成。一个或多个(或甚至每个)稳定元件的芯可包含Ta-3W，基本上由Ta-3W组成，或由Ta-3W组成。可在导线内或导线上设置Sn。可将导线退火以在导线内形成Nb3Sn相。
又一方面，本发明的实施方案的特征在于一种超导导线，其包括导线基体、稳定元件和多条复合丝，基本上由导线基体、稳定元件和多条复合丝组成，或由导线基体、稳定元件和多条复合丝组成。导线基体包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。稳定元件被嵌入导线基体内。稳定元件包括芯和至少部分地围绕所述芯的包层，基本上由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成，或由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成。稳定元件的芯包含Ta和/或Ta合金，基本上由Ta和/或Ta合金组成，或由Ta和/或Ta合金组成。稳定元件的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。复合丝被嵌入导线基体内并至少部分地围绕稳定元件。一条或多条(或甚至每条)复合丝包括多条单丝和至少部分地围绕多条单丝的包层，基本上由多条单丝和至少部分地围绕多条单丝的包层组成，或由多条单丝和至少部分地围绕多条单丝的包层组成。一条或多条(或甚至每条)复合丝的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。一条或多条(或甚至每条)单丝包括芯和至少部分地围绕所述芯的包层，基本上由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成，或由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成。一条或多条(或甚至每条)单丝的芯包含Nb，基本上由Nb组成，或由Nb组成。一条或多条(或甚至每条)单丝的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。稳定元件延伸通过导线的轴向尺寸。
本发明的实施方案可以以各种组合中的任一种包括以下中的一个或多个。一条或多条(或甚至每条)单丝的芯可包含Nb-Ti，基本上由Nb-Ti组成，或由Nb-Ti组成。一条或多条(或甚至每条)单丝的芯可包含Nb3Sn，基本上由Nb3Sn组成，或由Nb3Sn组成。稳定元件的芯可包含Ta，基本上由Ta组成，或由Ta组成。稳定元件的芯可包含Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金，基本上由Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金组成，或由Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金组成。稳定元件的芯可包含Ta-3W，基本上由Ta-3W组成，或由Ta-3W组成。稳定元件可占据小于约20％的导线的横截面，小于约10％的导线的横截面，或小于约5％的导线的横截面。所述稳定元件可占据大于约1％的导线的横截面，大于约2％的导线的横截面，大于约5％的导线的横截面，大于约8％的导线的横截面，或大于约10％的导线的横截面。一条或多条(或甚至每条)复合丝可具有大体六边形的横截面形状。一条或多条(或甚至每条)单丝可具有大体六边形的横截面形状。稳定元件可具有大体六边形的横截面形状。稳定元件可邻近导线的径向中心设置。
另一方面，本发明的实施方案的特征在于一种超导导线，其包括导线基体和嵌入导线基体内的多条复合丝，基本上由导线基体和嵌入导线基体内的多条复合丝组成，或由导线基体和嵌入导线基体内的多条复合丝组成。导线基体包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。一条或多条(或甚至每条)复合丝包括以下，基本上由以下组成，或由以下组成：(i)延伸通过复合丝的轴向尺寸的第一稳定元件，(ii)径向围绕第一稳定元件的多条单丝，和(iii)至少部分地围绕多条单丝和第一稳定元件的包层。一条或多条(或甚至每条)复合丝的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。一条或多条(或甚至每条)单丝包括芯和至少部分地围绕所述芯的包层，基本上由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成，或由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成。一条或多条(或甚至每条)单丝的芯包含Nb，基本上由Nb组成，或由Nb组成。一条或多条(或甚至每条)单丝的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。一个或多个(或甚至每个)第一稳定元件包括芯和至少部分地围绕所述芯的包层，基本上由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成，或由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成。一个或多个(或甚至每个)第一稳定元件的芯包含Ta和/或Ta合金，基本上由Ta和/或Ta合金组成，或由Ta和/或Ta合金组成。一个或多个(或甚至每个)第一稳定元件的包层包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。
本发明的实施方案可以以各种组合中的任一种包括以下中的一个或多个。导线可包括嵌入导线基体内和/或至少部分地被多条复合丝围绕的第二稳定元件。第二稳定元件可延伸通过导线的轴向尺寸。第二稳定元件可包括芯和至少部分地围绕所述芯的包层，基本上由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成，或由芯和至少部分地围绕所述芯的包层组成。第二稳定元件的芯可包含Ta和/或Ta合金，基本上由Ta和/或Ta合金组成，或由Ta和/或Ta合金组成。第二稳定元件的包层可包含Cu，基本上由Cu组成，或由Cu组成。第二稳定元件可邻近导线的径向中心设置。第二稳定元件的芯可包含Ta，基本上由Ta组成，或由Ta组成。第二稳定元件的芯可包含Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金，基本上由Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金组成，或由Ta合金，例如，Ta与W、C或N中的至少一种的合金组成。第二稳定元件的芯可包含Ta-3W，基本上由Ta-3W组成，或由Ta-3W组成。第二稳定元件可占据小于约20％的导线的横截面，小于约10％的导线的横截面，或小于约5％的导线的横截面。第二稳定元件可占据大于约1％的导线的横截面，大于约2％的导线的横截面，大于约5％的导线的横截面，大于约8％的导线的横截面，或大于约10％的导线的横截面。
一条或多条(或甚至每条)单丝的芯可包含Nb-Ti，基本上由Nb-Ti组成，或由Nb-Ti组成。一条或多条(或甚至每条)单丝的芯可包含Nb3Sn，基本上由Nb3Sn组成，或由Nb3Sn组成。一个或多个(或甚至每个)第一稳定元件的芯可包含Ta，基本上由Ta组成，或由Ta组成。一个或多个(或甚至每个)第一稳定元件的芯可包含Ta合金，例如Ta与W、C或N中的至少一种的合金，基本上由Ta合金，例如Ta与W、C或N中的至少一种的合金组成，或由Ta合金，例如Ta与W、C或N中的至少一种的合金组成。一个或多个(或甚至每个)第一稳定元件的芯可包含Ta-3W，基本上由Ta-3W组成，或由Ta-3W组成。一条或多条(或甚至每条)复合丝可具有六边形横截面形状。一条或多条(或甚至每条)单丝可具有六边形横截面形状。一个或多个(或甚至每个)第一稳定元件可具有六边形横截面形状。对于一条或多条(或甚至每条)复合丝而言，第一稳定元件可邻近复合丝的径向中心设置。对于一条或多条(或甚至每条)复合丝而言，第一稳定元件可占据小于约20％的复合丝的横截面，小于约10％的复合丝的横截面或小于约5％的复合丝的横截面。对于一条或多条(或甚至每条)复合丝而言，第一稳定元件可占据大于约1％的复合丝的横截面，大于约2％的复合丝的横截面，大于约5％的复合丝的横截面，大于约8％的复合丝的横截面，大于约10％的复合丝的横截面。
这些和其他目的连同本文公开的本发明的优点和特征通过参照以下说明书、附图和权利要求书将变得更显而易见。而且，应理解的是，本文描述的各个实施方案的特征不是相互排斥的，并且可以以各种组合和排列存在。如本文使用的，术语“约”和“大体上”是指±10％，并且在一些实施方案中是指±5％。术语“基本上由……组成”是指不包括其他有助于功能的材料，除非本文另外限定。尽管如此，这样的其它材料可共同地或单独地以痕量存在。例如，基本上由多种金属组成的结构将一般仅包含这些金属并且仅包含无意的杂质(其可以是金属或非金属的)，所述杂质可通过化学分析检测，但是不会有助于功能。如本文使用的，“基本上由至少一种金属组成”是指一种金属或者两种或多种金属的混合物，但不涉及金属和诸如氧、硅或氮的非金属元素或化学物质之间的化合物(例如金属氮化物、金属硅化物或金属氧化物)；这样的非金属元素或化学物质可共同地或单独地以痕量，例如作为杂质存在。
附图简述
在附图中，相同的附图标记在全部的不同的视图中一般指代相同的部分。而且，附图不一定是按比例的，而是一般将重点放在图示本发明的原理上。在以下描述中，参照以下附图描述本发明的各个实施方案，其中：
图1A是用于形成根据本发明的各个实施方案的单丝的环的示意性横截面视图；
图1B是为了用于形成根据本发明的各个实施方案的单丝的棒的示意性横截面视图；
图1C是用于形成根据本发明的各个实施方案的复合丝的单丝的示意性横截面视图；
图2A是用于形成根据本发明的各个实施方案的复合丝的环的示意性横截面视图；
图2B是用于形成根据本发明的各个实施方案的复合丝的单丝堆的示意性横截面视图；
图2C是在根据本发明的各个实施方案的制造的初始阶段的复合丝的示意性横截面视图；
图2D是用于形成根据本发明的各个实施方案的超导导线的复合丝的示意性横截面视图；
图3A是用于形成根据本发明的各个实施方案的稳定元件的环的示意性横截面视图；
图3B是用于形成根据本发明的各个实施方案的稳定元件的棒的示意性横截面视图；
图3C是用于形成根据本发明的各个实施方案的稳定的复合丝和/或超导导线的稳定元件的示意性横截面视图；
图4A是用于形成根据本发明的各个实施方案的稳定的复合丝的环的示意性横截面视图；
图4B是用于形成根据本发明的各个实施方案的稳定的复合丝的稳定元件的示意性横截面视图；
图4C是用于形成根据本发明的各个实施方案的稳定的复合丝的单丝堆的示意性横截面视图；
图4D是在根据本发明的各个实施方案的制造的初始阶段的稳定的复合丝的示意性横截面视图；
图4E是用于形成根据本发明的各个实施方案的超导导线的稳定的复合丝的示意性横截面视图；
图5A是用于形成根据本发明的各个实施方案的超导导线的环的示意性横截面视图；
图5B是用于形成根据本发明的各个实施方案的超导导线的稳定元件的示意性横截面视图；
图5C是用于形成根据本发明的各个实施方案的超导导线的复合丝堆的示意性横截面视图；
图5D是在根据本发明的各个实施方案的制造的初始阶段的超导导线的示意性横截面视图；
图5E是根据本发明的各个实施方案的超导导线的示意性横截面视图；
图6是在缺少稳定元件的导线、根据本发明的各个实施方案的以Ta稳定元件为特征的导线、和根据本发明的各个实施方案的以Ta-3W稳定元件为特征的导线的拉伸测试期间，屈服强度作为导线直径的函数的图；和
图7是在缺少稳定元件的导线、根据本发明的各个实施方案的以Ta稳定元件为特征的导线、和根据本发明的各个实施方案的以Ta-3W稳定元件为特征的导线的拉伸测试期间，极限拉伸强度作为导线直径的函数的图。
详述
图1A-1C描绘了示例性单丝100部件及其组成部件。根据本发明的实施方案，棒105设置在管110内，所述管110包含Cu或Cu合金，基本上由Cu或Cu合金组成，或由Cu或Cu合金组成。可基于期望在最终导线中的特定金属超导体选择棒105的组成。例如，棒105可包含Nb、Ti、Nb-Ti或其合金，基本上由Nb、Ti、Nb-Ti或其合金组成，或由Nb、Ti、Nb-Ti或其合金组成。随后可拉细由管110包层的棒105，以将其直径减小到，例如0.5英寸至1.5英寸。包层棒可分多个阶段拉细，并且可以在任何或每个拉伸步骤期间和/或之后被热处理，用于例如应力消除。一旦被拉细，包层棒就可被拉伸通过有形模具(shaped die)，以制造用于有效地与其它单丝堆叠的成形的单丝100。例如，如图1C中所示，可以使用六边形模具以形成具有六边形横截面的单丝100。在其他实施方案中，单丝可具有其他横截面，例如正方形、矩形、三角形等。
一旦制造了一条单丝100，其他单丝100也可以以相同的方式制造，或者可将一条或多条单丝100分成多个段。多条单丝可堆叠在一起以形成至少一部分复合丝。图2A-2D描绘了复合丝200的各个部件和组件。如图2B中所示，多条单丝100可以以以下布置堆叠在一起：其随后将成为复合丝200的芯的至少一部分。尽管图2B描绘了19条不同的单丝100的堆叠，但是本发明的实施方案可包括更多或更少的单丝100。单丝100的堆叠组件可被设置在管205内，管205包含Cu或Cu合金，基本上由Cu或Cu合金组成，或由Cu或Cu合金组成。在将单丝100设置在管205内之前和/或之后，可清洁和/或蚀刻单丝100和/或管205(例如，通过包含一种或多种酸、基本上由一种或多种酸组成、或由一种或多种酸组成的清洁剂)，例如以除去表面氧化物和/或其他污染物。如图2C中所示，可以通过例如型锻、挤出和/或轧制将管205压实到单丝100上。可将包层堆叠单丝100退火以促进堆叠组件中的各条单丝100之间的结合。例如，可将包层堆叠单丝在约300℃至约500℃(例如约400℃)的温度下退火约0.5小时至约3小时(例如约1小时)的时间。可将得到的组件拉细一次或多次，以减小其直径，并且随后可将其拉伸通过有形模具，以提供具有为有效堆叠而配置的横截面形状的复合丝200。例如，如图2D中所示，可以使用六边形模具以形成具有六边形横截面的复合丝200。在其它实施方案中，复合丝200可具有其他横截面，例如，正方形、矩形、三角形、圆形、偏圆形(off-round)、椭圆形等。在各个实施方案中，加工和成形之后的复合丝200的横截面尺寸和/或形状与尺寸减小之前在初始堆叠组件中使用的单丝100的横截面尺寸和/或形状(即，在图2B中示出)相同。
根据本发明的实施方案的超导导线也可包含提供增加的机械强度而不损害导线的可拉伸性和/或电性能的稳定元件。图3A-3C描绘了通过与以上针对单丝100详述的方法类似的方法制造的稳定元件300。根据本发明的实施方案，棒305设置在包含Cu或Cu合金、基本上由Cu或Cu合金组成、或由Cu或Cu合金组成的管310内。棒305可包含一种或多种金属，基本上由一种或多种金属组成，或由一种或多种金属组成，所述金属的机械强度(例如，拉伸强度、屈服强度等)大于用于制造单丝100的棒105的机械强度。例如，棒305可包含Ta或Ta合金(例如，诸如Ta-3W的Ta-W合金)，基本上由Ta或Ta合金(例如，诸如Ta-3W的Ta-W合金)组成，或由Ta或Ta合金(例如，诸如Ta-3W的Ta-W合金)组成。随后可将由管310包层的棒305拉细以将其直径减小到，例如0.5英寸至1.5英寸。包层棒可以分多个阶段拉细，并且可在任何或每个拉伸步骤期间和/或之后进行热处理，用于例如应力消除。一旦被拉细，包层棒就可被拉伸通过有形模具，以制造用于与单丝100和/或复合丝200有效堆叠的成形的稳定元件300。例如，如图3C中所示，可使用六边形模具以形成具有六边形横截面的稳定元件300。在其它实施方案中，稳定元件300可具有其它横截面，例如，正方形、矩形、三角形等。在各个实施方案中，稳定元件300的横截面尺寸和/或形状可与单丝100和/或复合丝200的横截面尺寸和/或形状大体相同。
根据本发明的实施方案，可将稳定元件300引入到复合丝内的一个或多个位置用于增强机械稳定性。例如，如图4A-4E中所示，以其中的一个或多个稳定元件300为特征的稳定的复合丝400可通过与以上针对复合丝200详述的方法类似的方法制备。如图4C中所示，多条单丝100可以以下布置堆叠在一起：其随后将成为复合丝200的芯的至少一部分。如所示的，堆叠单丝100的组件可在其中限定一个或多个空隙405，设置每个空隙405的尺寸和形状以容纳一个或多个稳定元件300。尽管图4C描绘了18条不同单丝100的堆叠和其中的一个空隙405，但是本发明的实施方案可包括更多或更少的单丝100和/或更多的空隙405。尽管图4C描绘了空隙405被大体上设置在单丝100的堆叠组件的中心处，但是根据本发明的实施方案，除了或代替设置在中心处的空隙405，一个或多个空隙405可被设置在堆叠组件内的其它位置。单丝100的堆叠组件可被设置在包含Cu或Cu合金、基本上由Cu或Cu合金组成、或由Cu或Cu合金组成的管410内。在将单丝100设置在管410内之前或之后，可将一个或多个稳定元件300设置在每个空隙405内。在将单丝100和稳定元件300设置在管410内之前和/或之后，可(例如通过包含一种或多种酸、基本上由一种或多种酸组成、或由一种或多种酸组成的清洁剂)清洁和/或蚀刻单丝100、稳定元件300和/或管410，例如以除去表面氧化物和/或其它污染物。如图4D中所示，可通过例如型锻、挤出和/或轧制将管410压实到单丝100和稳定元件300上。可将包层堆叠单丝100和稳定元件300退火，以促进堆叠组件中的各条单丝100和稳定元件300之间的结合。例如，可将包层堆叠单丝和稳定元件在约300℃至约500℃(例如约400℃)的温度下退火约0.5小时至约3小时(例如约1小时)的时间。可将得到的组件拉细一次或多次，以减小其直径，并且随后可将其拉伸通过有形模具，以提供具有为有效堆叠而配置的横截面形状的稳定的复合丝400。例如，如图4E中所示，可使用六边形模具以形成具有六边形横截面的稳定的复合丝400。在其他实施方案中，稳定的复合丝400可具有其他横截面，例如，正方形、矩形、三角形等。在各个实施方案中，加工和成形后的稳定的复合丝400的横截面尺寸和/或形状与减小尺寸之前在初始堆叠组件中使用的单丝100和/或稳定元件300的横截面尺寸和/或形状(即，在图4B和4C中示出)相同。
根据本发明的实施方案，超导导线和/或导线预制件可使用复合丝200、稳定的复合丝400和/或稳定元件300的组件制造。图5A-5E描绘了制造示例性超导导线500的各个阶段。如图5C中所示，多条复合丝200和/或稳定的复合丝400可以以下布置堆叠在一起：其随后将成为超导导线500的芯的至少一部分。如所示的，堆叠复合丝200和/或稳定的复合丝400的组件可在其中限定一个或多个空隙505，设置每个空隙505的尺寸和形状以容纳一个或多个稳定元件300。在其他实施方案中，例如使用在其中引入稳定元件300的稳定的复合丝400的实施方案中，在堆叠内不存在空隙505。尽管图5C描绘了18条不同复合丝200的堆叠和其中的一个空隙505，但是本发明的实施方案可包括更多或更少的复合丝200、一条或多条稳定的复合丝400和/或更多(或无)空隙505。尽管图5C描绘了空隙505被大体上设置在复合丝200的堆叠组件的中心处，但是根据本发明的实施方案，除了或代替设置在中心处的空隙505，一个或多个空隙505可被设置在堆叠组件内的其它位置。复合丝200和/或稳定的复合丝400的堆叠组件可被设置在包含Cu或Cu合金、基本上由Cu或Cu合金组成、或由Cu或Cu合金组成的管510内。在将复合丝200和/或稳定的复合丝400设置在管510内之前或之后，可将一个或多个稳定元件设置在每个空隙505内。在将复合丝200和/或稳定的复合丝400和稳定元件300设置在管510内之前和/或之后，可(例如通过包含一种或多种酸、基本上由一种或多种酸组成、或由一种或多种酸组成的清洁剂)清洁和/或蚀刻复合丝200和/或稳定的复合丝400、稳定元件300和/或管510，例如以除去表面氧化物和/或其它污染物。如图5D中所示，可通过例如型锻、挤出和/或轧制将管510压实到复合丝200和/或稳定的复合丝400和稳定元件300上。可将包层堆叠复合丝200和/或稳定的复合丝400和稳定元件300退火，以促进堆叠组件内的各条复合丝200和/或稳定的复合丝400和稳定元件300之间的结合。例如，可将包层堆在约300℃至约500℃(例如约400℃)的温度下退火约0.5小时至约3小时(例如约1小时)的时间。如图5E中所示，可将得到的组件拉细一次或多次，以减小其直径。在拉伸之前或之后，可将超导导线500退火，以例如释放残余应力和/或促进其中的再结晶。
在各个实施方案中，可在导线拉伸步骤之前，对超导导线500、复合丝200和/或稳定的复合丝400进行机械加工，用于减小直径和/或促进它们的组成元件之间的结合。例如，可在最终的拉伸步骤(多个拉伸步骤)之前，挤出、型锻和/或轧制超导导线500、复合丝200和/或稳定的复合丝400。在各个实施方案中，可在多个不同的拉伸步骤中的每一个的期间和/或之后，对超导导线500、复合丝200和/或稳定的复合丝400进行热处理用于应力消除。例如，可在一个或多个拉伸步骤期间和/或之后，在约360℃至约420℃的温度下将超导导线500、复合丝200和/或稳定的复合丝400退火例如约20小时至约40小时的一段时间。
在本发明的各个实施方案中，超导导线可被冷却到其中的丝的临界温度以下并用于传导电流。在一些实施方案中，多条超导导线500被卷绕在一起以形成单条超导电缆。
尽管一些超导导线500(例如引入含Nb-Ti的丝的超导导线)可直接用于超导应用中，但是用于各种其他超导导线500的制造方法可引入一个或多个步骤以引入一部分超导相。例如，Nb3Sn超导相一旦形成通常是脆的，并且可能不能被进一步拉伸或以其他方式机械变形而没有损坏。因此，可使用本发明的实施方案制造引入彼此分开的Nb和Sn的超导导线500；一旦导线500大部分或完全制成，可对导线500进行退火以使Nb和Sn互相扩散并在其中形成超导Nb3Sn相。例如，可在约650℃至约700℃的温度下将拉伸的导线退火例如约50小时至约200小时的一段时间。在各个实施方案中，一个或多个Cu-基环110、205、310、410或510可在其中引入Sn；例如一个或多个所述环可包含Cu-Sn合金(其包含例如13-15％Sn)，基本上由Cu-Sn合金(其包含例如13-15％Sn)组成，或由Cu-Sn合金(其包含例如13-15％Sn)组成。这样的材料是可延展的，使得可以制造如本文详述的各种丝和导线。之后，可将导线500退火，实现相互扩散和至少在Nb和Cu-Sn之间的界面处形成超导Nb3Sn相。
在其它实施方案中，可(例如，以棒或环的形式)将纯Sn或Sn合金(例如，含Cu或镁(Mg)的Sn合金)引入一个或多个用于形成复合丝200、稳定的复合丝400和/或导线500的堆中；在形成如本文详述的复合丝200、稳定的复合丝400和/或导线500之后，可进行退火步骤，以形成超导Nb3Sn相。在本发明的又一个实施方案中，可如本文详述的制造超导导线500，并且之后可用Sn或Sn合金涂覆导线500。随后可将涂覆的导线退火，形成Sn-Cu相，其最终与含Nb的丝反应以形成Nb3Sn相。
实施例
进行实验以比较引入有和没有稳定元件的Nb-基丝的超导导线(或其前体)的拉伸性能。通过下沉(sink)内径(其为约0.4英寸)稍大于棒的直径的管，用无氧电子(OFE)Cu管包层退火的Nb棒开始丝的制造(如本领域中已知的，OFE Cu为至少99.99％的纯度，并且氧含量不大于0.0005％)。以相似的方式用OFE Cu管包层退火的Ta-3W或退火的Ta棒开始稳定元件的制造。Cu管的壁厚为0.028英寸。以每个通过步骤减少20％面积冷拉伸Cu包层的Nb、Ta-3W和Ta棒至0.144英寸直径。从0.144英寸直径起，将圆单丝和稳定元件拉伸通过六边形型模具(平面至平面(flat-to-flat)0.120英寸)。将Nb六边形单丝各自切成18或19个等长的段。
在硝酸和水的混合物中轻微蚀刻单丝段，以除去表面氧化物，然后将其堆叠成19-元件六边形阵列，并将其插入0.028英寸壁厚的OFE Cu管中。组装前，铜管也被酸蚀刻。将19-元件组件型锻以将铜管压实到六边形堆上，然后冷拉伸直至减小约50％的面积。对组件进行400℃的热处理1小时以促进元件间的结合。在结合热处理之后，以每个通过步骤减小～10％的面积将组件冷拉伸至0.138英寸。从0.138英寸起，将组件拉伸通过平面至平面0.120英寸的六边形模具。此后，对19-元件组件进行标称300℃的热处理3小时。在该热处理之后，将组件(即复合丝)切成多个段用于形成各种导线。
将Nb复合丝阵列组装成三条不同的导线。在第一条导线中，将18条复合丝围绕中心的纯的退火Cu元件堆叠，以形成无稳定元件的对照样品(样品1)(即，包含Cu或与导线基体相同材料的导线的芯区域或其它区域不被认为是本文使用的“稳定元件”)。其它导线引入被18条Nb复合丝围绕的中心Ta(样品2)或Ta-3W(样品3)稳定元件。将这些堆沉入具有0.060英寸壁厚的退火Cu管中。在组装之前，将复合丝、稳定元件和Cu管在硝酸和水的混合物中酸洗。将各元件用水冲洗并储存在异丙醇中，直到刚好组装之前。
在酸洗之后从醇存储器取出元件的20分钟之内，通过型锻将堆包层和压实。单独地将每个组件从堆叠加工至0.325英寸直径，并且尽快地型锻变尖和拉伸。当全部三个组件为0.325英寸直径时，平行进行进一步加工。将全部三个拉伸通过模具，之后继续进行下一个最小尺寸。将导线拉伸至0.0285英寸直径，并且在直径减小期间在各个步骤采集样品。在0.1285英寸直径以下，总面积每减小约50％就从每条导线采集样品。采集直径为0.1285英寸、0.0907英寸、0.066英寸、0.050英寸和0.032英寸的样品用于显微镜检查和拉伸测试。所有这些样品在拉伸测试之前在250℃下退火8小时。
图6和图7图示了样品1、2和3中的每个在选择用于测试的每个不同直径处的屈服强度(图6)和极限拉伸强度(图7)，所述测试根据ASTM E8/E8M-15a，Standard TestMethods for Tension Testing of Metallic Materials，ASTM International，WestConshohocken，PA，2015进行，其全部公开内容通过引用并入本文。以每个导线直径测试多个样品，并且结果的标准偏差在图6和7表示为误差条(error bar)。如所示的，当与缺少稳定元件的样品1比较时，以稳定元件为特征的样品2和3表现出优异的机械性能。因此，根据本发明的实施方案的这样的导线将提供优异的可靠性。此外，以Ta-3W稳定元件为特征的样品3在所有直径处一致地比以Ta稳定元件为特征的样品2更强健。注意，在加工之前，每个样品的所有芯区域具有相同的直径。因此，根据本发明的实施方案的稳定元件可以具有甚至更小的直径，同时为超导导线提供更优异的机械性能；这样的导线可引入更大直径的超导丝，以进一步改善其载流性能，即使在对于导线本身而言相同的标称直径的情况下也是如此。
本文采用的术语和表达用作描述性而非限制性的术语和表达，并且在使用这些术语和表达时，并非意图排除所示和描述的特征的等同物或其部分。此外，在描述本发明的某些实施方案时，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以使用包含本文公开的构思的其他实施方案。因此，描述的实施方案在所有方面都被认为仅是说明性的而非限制性的。

Claims (60)

1.一种形成机械稳定的超导导线的方法，所述方法包括：
提供多条单丝，每条单丝包括包含Nb的芯，和围绕所述芯的包含Cu的包层；
提供稳定元件，所述稳定元件包括包含Ta或Ta合金的芯，和围绕所述芯的包含Cu的包层；
通过以下制造多条复合丝：对于每条复合丝而言，(i)将多条所述单丝组装成单丝堆，(ii)用包含Cu的包层围绕所述单丝堆，(iii)减小包层单丝堆的直径，和(iv)改变包层单丝堆的横截面形状；
将多条所述复合丝和所述稳定元件组装成复合堆，其中所述稳定元件延伸通过所述复合堆的径向尺寸；
用包含Cu的包层围绕所述复合堆；和
减小包层复合堆叠的直径以形成导线。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述稳定元件大体上设置在所述复合堆的径向中心处。
3.根据权利要求1所述的方法，其中每条单丝通过包括以下的方法提供：(i)将包含Nb的棒设置在包含Cu的管中，以形成包层棒，(ii)减小所述包层棒的直径，和(iii)改变所述包层棒的横截面形状。
4.根据权利要求3所述的方法，其中改变所述包层棒的横截面形状包括拉伸包层棒通过六边形模具。
5.根据权利要求1所述的方法，其中提供稳定元件包括：(i)将包含Ta或Ta合金的棒设置在包含Cu的管中，以形成包层棒，(ii)减小所述包层棒的直径，和(iii)改变所述包层棒的横截面形状。
6.根据权利要求5所述的方法，其中改变所述包层棒的横截面形状包括拉伸包层棒通过六边形模具。
7.根据权利要求1所述的方法，其中改变包层单丝堆的横截面形状包括拉伸包层单丝堆叠通过六边形模具。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述稳定元件的芯包含Ta。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述稳定元件的芯包含Ta与W、C或N中的至少一种的合金。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述稳定元件的芯包含Ta-3W。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括(i)在所述导线内或导线上设置Sn，和(ii)将所述导线退火以在导线内形成Nb3Sn相。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述稳定元件的芯由Ta或Ta合金组成。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述稳定元件占据小于约10％的导线的横截面。
14.一种形成机械稳定的超导导线的方法，所述方法包括：
提供多条单丝，每条单丝包括包含Nb的芯，和围绕所述芯的包含Cu的包层；
提供多个稳定元件，每个稳定元件包括包含Ta或Ta合金的芯，和围绕所述芯的包含Cu的包层；
通过以下制造多条复合丝：对于每条复合丝而言，(i)将多条所述单丝和一个或多个第一稳定元件组装成单丝堆，其中所述一个或多个第一稳定元件延伸通过所述单丝堆的轴向尺寸，(ii)用包含Cu的包层围绕所述单丝堆，(iii)减小包层单丝堆的直径，和(iv)改变包层单丝堆的横截面形状；
将多条所述复合丝组装成复合堆；
用包含Cu的包层围绕所述复合堆；和
减小包层复合堆叠的直径以形成导线。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将一个或多个第二稳定元件(i)与所述多条复合丝组装以形成复合堆，和(ii)延伸通过所述复合堆的轴向尺寸。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个第二稳定元件大体上设置在所述复合堆的径向中心处。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个第二稳定元件占据小于约10％的所述导线的横截面。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个第一稳定元件大体上设置在每条单丝堆的径向中心处。
19.根据权利要求14所述的方法，其中每条复合丝的小于约10％的横截面由所述一个或多个第一稳定元件占据。
20.根据权利要求14所述的方法，其中每条单丝通过包括以下的方法提供：(i)将包含Nb的棒设置在包含Cu的管中，以形成包层棒，(ii)减小所述包层棒的直径，和(iii)改变所述包层棒的横截面形状。
21.根据权利要求20所述的方法，其中改变所述包层棒的横截面形状包括拉伸包层棒通过六边形模具。
22.根据权利要求14所述的方法，其中每个稳定元件通过包括以下的方法提供：(i)将包含Ta或Ta合金的棒设置在包含Cu的管中，以形成包层棒，(ii)减小所述包层棒的直径，和(iii)改变所述包层棒的横截面形状。
23.根据权利要求22所述的方法，其中改变所述包层棒的横截面形状包括拉伸包层棒通过六边形模具。
24.根据权利要求14所述的方法，其中改变包层单丝堆的横截面形状包括拉伸包层单丝堆通过六边形模具。
25.根据权利要求14所述的方法，其中每个稳定元件的芯包含Ta。
26.根据权利要求14所述的方法，其中每个稳定元件的芯包含Ta与W、C或N中的至少一种的合金。
27.根据权利要求26所述的方法，其中每个稳定元件的芯包含Ta-3W。
28.根据权利要求14所述的方法，其中每个稳定元件的芯由Ta或Ta合金组成。
29.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括(i)在所述导线内或导线上设置Sn，和(ii)将所述导线退火以在导线内形成Nb3Sn相。
30.一种超导导线，其包括：
包含Cu的导线基体；
嵌入所述导线基体内的稳定元件，所述稳定元件包括包含Ta或Ta合金的芯和围绕所述芯的包含Cu的包层；和
嵌入所述导线基体内并且围绕所述稳定元件的多条复合丝，
其中：
每条复合丝包括(i)多条单丝和(ii)围绕所述多条单丝的包含Cu的包层，
每条单丝包括包含Nb的芯和围绕所述芯的包含Cu的包层，和
所述稳定元件延伸通过所述导线的轴向尺寸。
31.根据权利要求30所述的导线，其中每条单丝的芯包含Nb-Ti。
32.根据权利要求30所述的导线，其中每条单丝的芯包含Nb3Sn。
33.根据权利要求30所述的导线，其中所述稳定元件的芯包含Ta。
34.根据权利要求30所述的导线，其中所述稳定元件的芯包含Ta与W、C或N中的至少一种的合金。
35.根据权利要求34所述的导线，其中所述稳定元件的芯包含Ta-3W。
36.根据权利要求30所述的导线，其中所述稳定元件的芯由Ta或Ta合金组成。
37.根据权利要求30所述的导线，其中所述稳定元件占据小于约10％的所述导线的横截面。
38.根据权利要求30所述的导线，其中每条所述复合丝具有六边形横截面形状。
39.根据权利要求30所述的导线，其中每条所述单丝具有六边形横截面形状。
40.根据权利要求30所述的导线，其中所述稳定元件具有六边形横截面形状。
41.根据权利要求30所述的导线，其中所述稳定元件邻近所述导线的径向中心设置。
42.一种超导导线，其包括：
包含Cu的导线基体；和
嵌入所述导线基体内的多条复合丝，
其中：
每条复合丝包括(i)延伸通过所述复合丝的轴向尺寸的第一稳定元件，(ii)径向围绕所述第一稳定元件的多条单丝，和(iii)围绕所述多条单丝和所述第一稳定元件的包含Cu的包层，
每条单丝包括包含Nb的芯和围绕所述芯的包含Cu的包层，和
每个第一稳定元件包括包含Ta或Ta合金的芯和围绕所述芯的包含Cu的包层。
43.根据权利要求42所述的导线，其进一步包括嵌入所述导线基体内和被所述多条复合丝围绕的第二稳定元件，其中所述第二稳定元件(i)包括包含Ta或Ta合金的芯和围绕所述芯的包含Cu的包层，和(ii)延伸通过所述导线的轴向尺寸。
44.根据权利要求43所述的导线，其中所述第二稳定元件邻近所述导线的径向中心设置。
45.根据权利要求43所述的导线，其中所述第二稳定元件的芯包含Ta。
46.根据权利要求43所述的导线，其中所述第二稳定元件的芯包含Ta与W、C或N中的至少一种的合金。
47.根据权利要求46所述的导线，其中所述第二稳定元件的芯包含Ta-3W。
48.根据权利要求43所述的导线，其中所述第二稳定元件的芯由Ta或Ta合金组成。
49.根据权利要求43所述的导线，其中所述第二稳定元件占据小于约10％的所述导线的横截面。
50.根据权利要求42所述的导线，其中每条单丝的芯包含Nb-Ti。
51.根据权利要求42所述的导线，其中每条单丝的芯包含Nb3Sn。
52.根据权利要求42所述的导线，其中每个第一稳定元件的芯包含Ta。
53.根据权利要求42所述的导线，其中每个第一稳定元件的芯包含Ta与W、C或N中的至少一种的合金。
54.根据权利要求53所述的导线，其中每个第一稳定元件的芯包含Ta-3W。
55.根据权利要求42所述的导线，其中每个第一稳定元件的芯由Ta或Ta合金组成。
56.根据权利要求42所述的导线，其中每条所述复合丝具有六边形横截面形状。
57.根据权利要求42所述的导线，其中每条所述单丝具有六边形横截面形状。
58.根据权利要求42所述的导线，其中每个第一稳定元件具有六边形横截面形状。
59.根据权利要求42所述的导线，其中，对于每条复合丝而言，所述第一稳定元件邻近所述复合丝的径向中心设置。
60.根据权利要求42所述的导线，其中，对于每条复合丝而言，所述第一稳定元件占据小于约10％的所述复合丝的横截面。
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