CN112262444B - 超导线、堆叠式超导线、超导线圈和超导电缆 - Google Patents

超导线、堆叠式超导线、超导线圈和超导电缆 Download PDF

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Abstract

根据本公开的实施例的超导线包括第一构件和第二构件。第一构件包括由导电材料制成的第一衬底、由导电材料制成并且被设置在所述第一衬底上的第一中间层以及由超导材料制成并且被设置在所述第一中间层上的第一超导层。第二构件包括由导电材料制成的第二衬底、由导电材料制成并且被设置在所述第二衬底上的第二中间层以及由超导材料制成并且被设置在所述第二中间层上的第二超导层。第一构件和第二构件是沿着超导线的厚度方向堆叠的，使得第一超导层和第二超导层彼此面对。第一超导层被电连接至第二超导层。

Description

超导线、堆叠式超导线、超导线圈和超导电缆
技术领域
本公开涉及一种超导线、堆叠式超导线、超导线圈和超导电缆。
背景技术
例如，日本专利特开No.2012-156048(PTL 1)描述了常规的超导线。
在PTL 1中描述的超导线包括衬底、被设置在衬底上的中间层、被设置在中间层上的氧化物超导体层以及被设置在氧化物超导体层上的稳定层。中间层由绝缘材料制成。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本专利特开No.2012-156048
发明内容
根据本公开的实施例的超导线包括第一构件和第二构件。第一构件包括由导电材料制成的第一衬底、由导电材料制成并且被设置在第一衬底上的第一中间层以及由超导材料制成并且被设置在第一中间层上的第一超导层。第二构件包括由导电材料制成的第二衬底、由导电材料制成并且被设置在第二衬底上的第二中间层以及由超导材料制成并且被设置在第二中间层上的第二超导层。第一构件和第二构件是沿着超导线的厚度方向堆叠的，使得第一超导层和第二超导层彼此面对。第一超导层被电连接至第二超导层。
附图说明
图1是图示了根据实施例的超导线10的俯视图；
图2是沿着图1的线II-II截取的截面图；
图3是沿着图1中的线III-III截取的截面图；
图4是沿着根据实施例的第一变型的超导线10的第一端部10a的纵向方向截取的截面图；
图5是沿着根据实施例的第二变型的超导线10的第一端部10a的纵向方向截取的截面图；
图6是图示了根据实施例的第三变型的超导线10的截面图；
图7是图示了根据实施例的第四变型的超导线10的截面图；
图8是图示了根据实施例的堆叠式超导线20的俯视图；
图9是沿着图8中的线IX-IX截取的截面图；
图10是图示了根据实施例的第一变型的堆叠式超导线20的截面图；
图11是图示了根据实施例的第二变型的堆叠式超导线20的截面图；
图12是图示了根据实施例的第三变型的堆叠式超导线20的截面图；
图13是图示了根据实施例的超导线圈30的透视图；
图14是垂直于根据实施例的超导线圈30的中心轴A的截面图；
图15是图示了根据实施例的超导电缆40的侧视图；以及
图16是沿着图15的线XVI-XVI截取的截面图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
在PTL 1中描述的超导线中，当由于氧化物超导体层中的特性的局部劣化而发生失超(从超导状态到正常导电状态的转变现象)时，在氧化物超导体层中流动的电流绕过到稳定层。换言之，在PTL 1中描述的超导线中，当发生失超时，只有一个路径使电流绕过。因此，在PTL 1中描述的超导线中，为了确保抗失超性，需要形成更厚的稳定层，其导致成本增加。因此，PTL 1中描述的超导线具有提高抗失超性的空间。
鉴于现有技术中的上述问题做出了本公开。具体地，本公开提供了一种能够提高抗失超性的超导线。
[本公开的有利效果]
根据本公开的超导线，提高了抗失超性。
[本公开的各个方面的描述]
首先，将关于本公开的每个方面给出描述。
(1)根据本公开的一方面的超导线包括第一构件和第二构件。第一构件包括：由导电材料制成的第一衬底；由导电材料制成并且被设置在第一衬底上的第一中间层；以及由超导材料制成并且被设置在第一中间层上的第一超导层。第二构件包括由导电材料制成的第二衬底；由导电材料制成并且被设置在第二衬底上的第二中间层；以及由超导材料制成并且被设置在第二中间层上的第二超导层。第一构件和第二构件是沿着超导线的厚度方向堆叠的，使得第一超导层和第二超导层彼此面对。第一超导层被电连接至第二超导层。
在(1)中的上述超导线中，当在第一超导层(或第二超导层)中发生失超时，流入第一超导层(或第二超导层)中的电流流入第二超导层(或第一超导层)和第一衬底(或第二衬底)中。换言之，在以上(1)的超导线中，当发生失超时，有两个路径使电流绕过。因此，根据(1)中的上述超导线，可以提高抗失超性。在(1)中的上述超导线中，第一超导层和第二超导层被布置为靠近超导线的中性线。因此，根据(1)中的上述超导线，可以减小在超导线被弯曲时作用在第一超导层和第二超导层上的弯曲应力。
(2)在根据(1)的超导线中，第一超导层可以与第二超导层超导地结合。
根据(2)中的上述超导线，当在第一超导层(或第二超导层)中发生失超时，流入第一超导层(或第二超导层)中的电流可以绕过到第二超导层(或第一超导层)，而不通过正常导体。进一步地，根据(2)中的上述超导线，由于通过将第一超导层与第二超导层超导地结合而大幅增加了超导层的厚度，因此在超导层中不太可能出现特性的局部劣化。
(3)在根据(1)的超导线中，第一构件还可以包括由银或银合金制成并被设置在第一超导层上的第一保护层，第二构件还可以包括由银或银合金制成并且被设置在第二超导层上的第二保护层，并且第一保护层可以直接结合至第二保护层。
根据(3)中的上述超导线，当在第一超导层(或第二超导层)中发生失超时，流入在第一超导层(或第二超导层)中的电流可以绕过到第二超导层(或第一超导层)，而不通过具有较高电阻的材料。
(4)(1)中的上述超导线还可以包括结合层，第一构件还可以包括由导电材料制成并且被设置在第一超导层上的第一保护层，第二构件还可以包括由导电材料制成并被设置在第二超导层上的第二保护层，并且第一保护层可以经由结合层结合至第二保护层。
在(4)中的上述超导线中，由于当发生失超时有两个路径使电流绕过，因此提高了抗失超性。
(5)在根据(4)的超导线中，第一保护层和第二保护层可以由银或银合金制成，并且结合层可以由焊料制成。
根据以上(5)中的上述超导线，可以通过结合层改善第一构件和第二构件之间的结合，同时提高抗失超性。
(6)在根据(4)或(5)的超导线中，可以通过从所述超导线的纵向方向的端部去除第一构件或第二构件，将结合层暴露在所述超导线的纵向方向的端部。
根据(6)中的上述超导线，可以经由结合层将超导线连接至外部电源。
(7)在根据(4)至(6)中的任一项的超导线中，第一保护层和第二保护层可以分别具有5μm或更小的厚度。
由于第一保护层(或第二保护层)仅在第一超导层(或第二超导层)中发生失超时才用于使电流绕过到第二超导层(或第一超导层)，因此即使将第一保护层和第二保护层形成为相对较薄，对抗失超性的影响也较小。另一方面，由于第一保护层和第二保护层被形成为相对较薄，所以第一超导层和第二超导层可以被布置为更靠近超导线的中性线，这使得还可以减小在超导线被弯曲时作用在第一超导层和第二超导层上的弯曲应力。因此，根据(7)中的上述超导线，还可以减小作用在第一超导层和第二超导层上的弯曲应力，同时提高抗失超性。
(8)在以上(1)至(7)中的任一项的超导线中，第一衬底可以包括第一基层和第一导电层，该第一导电层由具有比第一基层的材料低的电阻的材料制成并且被设置在第一基层和第一中间层之间，并且第二衬底可以包括第二基层和第二导电层，该第二导电层由具有比第二基层的材料低的电阻的材料制成并被设置在第二基层和第二中间层之间。
如上所述，当在第一超导层(或第二超导层)中发生失超时，流入第一超导层(或第二超导层)中的电流也绕过到第一衬底(或第二衬底)，并且绕过的电流流过具有相对较低的电阻的第一导电层(或第二导电层)，这使得根据(8)的超导线可以在使电流绕过时减小电阻。
(9)在根据(8)的超导线中，可以通过从所述超导线的纵向方向的端部去除第一基层，将第一导电层暴露在所述超导线的纵向方向的端部。
因此，根据(9)的超导线经由具有相对较低的电阻的第一导电层电连接至外部电源，并且因此，(9)中的上述超导线可以减小与外部电源的连接电阻。
(10)在根据(8)或(9)的超导线中，可以通过从所述超导线的纵向方向的端部去除第二基层，将第二导电层暴露在所述超导线的纵向方向的端部。
因此，根据(10)的超导线经由具有相对较低的电阻的第二导电层电连接至外部电源，并且因此，(10)中的上述超导线可以减小与外部电源的连接电阻。
(11)在根据(8)至(10)中的任一项的超导线中，第一导电层和第二导电层可以由铜或铜合金制成，并且第一基层和第二基层可以由不锈钢或哈氏合金(Hastelloy)制成。
根据(11)中的上述超导线，可以在使电流绕过时减小电阻。
(12)在根据以上(1)的超导线中，第一构件和第二构件可以在纵向方向上的超导线的端部彼此间隔开。
根据(12)中的上述超导线，可以通过在第一构件和第二构件之间插入引线来将超导线连接至外部电源。
(13)根据本公开的一方面的堆叠式超导线包括(1)至(12)中的任一项中的上述多个超导线。多个超导线沿着堆叠式超导线的厚度方向堆叠，并且通过将堆叠式超导线的厚度除以堆叠式超导线在与堆叠式超导线的纵向方向正交的方向上的宽度而获得的值是0.5或更大且2.0或更小。
根据(13)中的上述堆叠式超导线，由于厚度与在与纵向方向正交的方向上的宽度之比相对较大，因此易于处理导线。
(14)根据本发明的一方面的超导线圈包括根据(1)至(12)中的任一项的超导线和绝缘材料。超导线缠绕超导线圈的中心轴并且浸渍有绝缘材料。
由于超导线和绝缘材料之间的热膨胀系数的差，拉伸应力可能会在剥离超导层的方向上作用在超导线上。该拉伸应力可能会使超导层从超导线上剥离。然而，在根据(1)至(12)中的任一项的超导线中，由于超导层被夹在第一衬底和第二衬底之间，因此拉伸应力不太可能作用在超导层上。因此，根据超导线圈(14)，可以防止由超导线和绝缘材料之间的热膨胀系数的差引起的拉伸应力而使超导层(第一超导层和第二超导层)剥离。
(15)在根据(14)的超导线圈中，超导线可以具有从缠绕超导线圈的中心轴的超导线拉出的引出部分，并且超导线中的引出部分的最小曲率半径可以为20mm或更小。
如上所述，在根据(1)至(12)中的任一项的超导线中，第一超导层和第二超导层被布置为靠近超导线的中性线，从而可以减小在超导线被弯曲时作用在第一超导层和第二超导层上的弯曲应力。因此，根据超导线圈(15)，可以形成超导线圈，使得引出部分的最小曲率半径为20mm或更小。
(16)根据本公开的一方面的超导电缆包括根据(1)至(12)中的任一项的超导线和线圈架。超导线在线圈架的外周表面上螺旋地缠绕线圈架的中心轴，并且超导线的最小曲率半径为20mm或更小。
如上所述，在根据(1)至(12)中的任一项的超导线中，第一超导层和第二超导层被布置为靠近超导线的中性线，并且从而可以减小在超导线被弯曲时作用在第一超导层和第二超导层上的弯曲应力。因此，根据超导电缆(16)，可以形成超导线圈，使得最小曲率半径为20mm或更小。
[本公开的实施例的细节]
现在将参照附图描述本公开的实施例的细节。在以下附图中，相同或对应的部分由相同的附图标记表示，并且不会重复其描述。
(超导线的配置)
在下文中，将描述根据实施例的超导线10的配置。
图1是图示了根据实施例的超导线10的俯视图。如图1所图示的，超导线10具有第一端部10a和第二端部10b。第一端部10a是超导线10在纵向方向上的一端。第二端部10b是超导线10的与第一端部10a相对的另一端。
图2是沿着图1的线II-II截取的截面图。如图2所图示的，超导线10包括第一构件11、第二构件12和结合层13。
第一构件11包括第一衬底11a、第一中间层11b、第一超导层11c和第一保护层11d。
第一衬底11a由导电材料制成。第一衬底11a包括第一基层11aa和第一导电层11ab。第一基层11aa和第一导电层11ab由导电材料制成。第一导电层11ab的电阻低于第一基层11aa的电阻。第一导电层11ab被设置在第一基层11aa上。
第一基层11aa由例如不锈钢或哈氏合金(注册商标)制成。第一导电层11ab由例如铜(Cu)或铜合金制成。应该注意的是，第一基层11aa和第一导电层11ab的材料不限于此。
第一中间层11b被设置在第一衬底11a上。更具体地，第一中间层11b被设置在第一导电层11ab上。第一中间层11b由导电材料制成。第一中间层11b由例如掺杂有铌(Nb)的钛酸锶(SrTiO3)制成。应该注意的是，第一中间层11b的材料不限于此。
第一超导层11c由超导体制成。第一超导层11c由例如氧化物超导体制成。例如，第一超导层11c的氧化物超导体可以是REBaCu3Ox(x为6或更大且8或更小的任何数字，并且RE表示稀土元素，诸如钇(Y)、钆(Gd)、钐(Sm)或钬(Ho))。第一超导层11c被设置在第一中间层11b上。应该注意的是，第一超导层11c的材料不限于此。
如上所述，由于第一中间层11b由导电材料制成，所以第一超导层11c和第一衬底11a(即，第一导电层11ab)彼此电连接。
第一保护层11d被设置为覆盖第一构件11的外周表面。更具体地，第一保护层11d被设置在第一超导层11c的上表面、第一超导层11c的侧表面、第一中间层11b的侧表面、第一导电层11ab的侧表面、第一基层11aa的侧表面以及第一基层11aa的底表面上。第一保护层11d由导电材料制成。第一保护层11d由例如银(Ag)或银合金制成。应该注意的是，第一保护层11d的材料不限于此。第一超导层11c上的第一保护层11d的厚度T1例如为10μm或更小。厚度T1优选为5μm或更小。厚度T1例如为1μm或更大。
第二构件12包括第二衬底12a、第二中间层12b、第二超导层12c和第二保护层12d。
第二衬底12a由导电材料制成。第二衬底12a包括第二基层12aa和第二导电层12ab。第二基层12aa和第二导电层12ab由导电材料制成。第二导电层12ab的电阻低于第二基层12aa的电阻。第二导电层12ab被设置在第二基层12aa上。在以上示例中，描述了第一衬底11a包括第一基层11aa和第一导电层11ab，并且第二衬底12a包括第二基层12aa和第二导电层12ab，可以接受第一衬底11a和第二衬底12a中的至少一个仅由基层形成。
第二基层12aa由例如不锈钢或哈氏合金(注册商标)制成。第二导电层12ab由例如铜或铜合金制成。应该注意的是，第二基层12aa和第二导电层12ab的材料不限于此。
第二中间层12b被设置在第二衬底12a上。更具体地，第二中间层12b被设置在第二导电层12ab上。第二中间层12b由导电材料制成。第二中间层12b由例如掺杂有铌的钛酸锶制成。应该注意的是，第二中间层12b的材料不限于此。
第二超导层12c由超导体制成。第二超导层12c由例如氧化物超导体制成。第二超导层12c的氧化物超导体是例如REBaCu3Ox。应该注意的是，第二超导层12c的材料不限于此。第二超导层12c被设置在第二中间层12b上。
如上所述，由于第二中间层12b由导电材料制成，所以第二超导层12c和第二衬底12a(第二导电层12ab)彼此电连接。
第二保护层12d被设置为覆盖第二构件12的外周表面。更具体地，第二保护层12d被设置在第二基层12aa的上表面、第二基层12aa的侧表面、第二保护层12ab的侧表面、第二中间层12b的侧表面、第二超导层12c的侧表面以及第二超导层12c的底表面上。第二保护层12d由导电材料制成。第二保护层12d由例如银或银合金制成。应该注意的是，第二保护层12d的材料不限于此。第二超导层12c上的第二保护层12d的厚度T2例如为10μm或更小。厚度T2优选为5μm或更小。厚度T2例如为1μm或更大。
第一构件11和第二构件12沿着超导线10的厚度方向堆叠，使得第一超导层11c和第二超导层12c与插入其间的第一保护层11d和第二保护层12d彼此面对。
结合层13被设置在第一构件11和第二构件12之间。具体地，结合层13被设置在第一超导层11c上的第一保护层11d和第二超导层12c上的第二保护层12d之间。结合层13使第一超导层11c上的第一保护层11d和第二超导层12c上的第二保护层12d结合在一起。结合层13可以被设置为到达第一构件11的侧表面和第二构件12的侧表面。结合层13由导电材料制成。结合层13例如是焊料。结合层13的厚度T3例如为10μm或更小。
如上所述，由于第一保护层11d、第二保护层12d和结合层13由导电材料制成，因此第一超导层11c和第二超导层12c彼此电连接。
图3是沿着图1中的线III-III截取的截面图。如图3所图示的，通过从第一端部10a去除第一基层11aa，将第一导电层11ab暴露在第一端部10a，并且通过从第一端部10a去除第二基层12aa，将第二导电层12ab暴露在第一端部10a。可以接受，通过从第一端部10a去除第一基层11aa和第二基层12aa中的至少一个，将第一导电层11ab和第二导电层12ab中的至少一个暴露在第一端部10a。超导线10经由被暴露于第一端部10a的第一导电层11ab和第二导电层12ab连接至外部电源。
尽管未示出，但是可以通过从第二端部10b去除第一基层11aa和第二基层12aa中的至少一个，将第一导电层11aa和第二导电层12ab中的至少一个暴露在第二端部10b。
图4是沿着根据实施例的第一变型的超导线10的第一端部10a的纵向方向截取的截面图。如图4所图示的，第二构件12可以从第一端部10a去除。因此，结合层13被暴露在第一端部10a。可以接受，通过从第一端部10a去除第一构件11，将结合层13暴露在第一端部10a。从而，超导线10经由通过去除第二构件12(或第一构件11)而被暴露的结合层13连接至外部电源。尽管未示出，但是可以接受，通过从第二端部10b去除第一构件11或第二构件12，结合层13也暴露在第二端部10b。
图5是沿着根据实施例的第二变型的超导线10的第一端部10a的纵向方向截取的截面图。如图5所图示的，第一构件11和第二构件12可以在第一端部10a彼此间隔开。例如，第一构件11和第二构件12通过在第一端部10a熔化结合层13而彼此间隔开。引线15可以在第一端部10a夹在第一构件11和第二构件12之间。引线15例如由铜制成。超导线10经由引线15连接至外部电源。
图6是图示了根据实施例的第三变型的超导线10的截面图。如图6所图示的，超导线10不包括结合层13。换言之，在超导线10中，第一超导层11c上的第一保护层11d直接结合至第二超导层12c上的第二保护层12d。
在这种情况下，将第一构件11和第二构件12(具体地，第一超导层11c上的第一保护层11d和第二超导层12c上的第二保护层12d)加热至预定温度，并通过压制结合在一起。预定温度为例如500℃或更高且600℃更低。
图7是图示了根据实施例的第四变型的超导线10的截面图。如图7所图示的，超导线10不包括第一保护层11d和第二保护层12d，但是包括结合层14而不是结合层13。结合层14由超导体制成，该超导体用于形成第一超导层11c和第二超导层12c。换言之，第一超导层11c和第二超导层12c超导地结合。
在这种情况下，通过以下方法来实现第一超导层11c和第二超导层12c之间的超导地结合。首先，在第一超导层11c和第二超导层12c之一上形成有机化合物膜。有机化合物膜包含用于形成结合层14的超导体的构成元素。
其次，将有机化合物膜预煅烧。通过预煅烧将有机化合物膜转换为结合层14的超导体的前体(在下文中，将经过预煅烧的有机化合物膜称为预煅烧膜)。预煅烧在比形成结合层14的材料的温度低的温度下执行。第三，在预煅烧之后对预煅烧膜执行热处理。从而，预煅烧膜中包含的碳化物被分解以形成包含用于形成第一超导层11c和第二超导层12c的超导体微晶的微晶膜。
第四，第一构件11和第二构件12在第一超导层11c和第二超导层12c被堆叠为与插入其间的微晶膜彼此面对的状态下被加热和压制。因此，包含在用于形成第一超导层11c和第二超导层12c的微晶膜中的超导体微晶分别在第一超导层11c和第二超导层12c上外延生长。从而，实现了第一超导层11c和第二超导层12c之间的超导地结合。
(堆叠式超导线的配置)
在下文中，将描述根据实施例的堆叠式超导线20的配置。
图8是图示了根据实施例的堆叠式超导线20的俯视图。图9是沿着图8中的线IX-IX截取的截面图。如图8和9所图示的，堆叠式超导线20包括多个超导线10。堆叠式超导线20是通过沿着厚度方向堆叠多个超导线10而获得的。尽管未示出，但是超导线10通过使用由焊料等制成的结合层而彼此结合。
堆叠式超导线20在与纵向方向正交的横截面中具有厚度T4和宽度W。在堆叠式超导线20的厚度最大的位置处测量厚度T4，并且在堆叠式超导线20的宽度最大的位置处测量宽度W。通过将厚度T4除以宽度W而获得的值为0.5或更大且2.0或更小。优选地，通过将厚度T4除以宽度W而获得的值为0.75或更大且1.25或更小。
如果第一基层11aa(第二基层12aa)的厚度被设置为约50μm至100μm，则第一导电层11ab(第二导电层12ab)的厚度为约10μm至50μm，第一中间层11b(第二中间层12b)的厚度被设置为约0.1μm至0.5μm，第一超导层11c(第二超导层12c)的厚度被设置为约2μm至4μm，第一保护层11d(第二保护层12d)的厚度被设置为约1μm至10μm，并且结合层13的厚度被设置为约10μm，那么厚度T4为约150μm至300μm，并且如果在将多个超导线10堆叠时，宽度W被被设置为约1mm，则厚度T4与宽度W之比满足0.5≤T4/W≤2.0的关系。
图10是图示了根据实施例的第一变型的堆叠式超导线20的截面图。如图10所图示的，与堆叠式超导线20的纵向方向正交的横截面可以具有例如圆形形状。
图11是图示了根据实施例的第二变型的堆叠式超导线20的截面图。如图11所图示的，与堆叠式超导线20的纵向方向正交的横截面可以具有例如菱形形状。
图12是图示了根据实施例的第三变型的堆叠式超导线20的截面图。如图12所图示的，与堆叠式超导线20的纵向方向正交的横截面可以具有例如正六边形形状。
垂直于堆叠式超导线20的纵向方向的横截面不限于图10至12所图示的横截面，并且可以具有多边形形状或椭圆形形状。通过沿着厚度方向堆叠多个超导线10，然后对堆叠式超导线进行诸如切割等加工过程，获得图10至12所图示的堆叠式超导线20。在图10至12所图示的任何横截面形状中，满足0.5≤T4/W≤2.0的关系。
(超导线圈的配置)
在下文中，将描述根据实施例的超导线圈30的配置。
图13是图示了根据实施例的超导线圈30的透视图。图14是垂直于根据实施例的超导线圈30的中心轴A的截面图。如图13和14所图示，超导线圈30例如是饼形线圈。应该注意的是，超导线圈30不限于此。超导线圈30可以是例如电磁线圈。
超导线圈30具有中心轴A。超导线圈30是通过将超导线10缠绕中心轴A而形成的。通过在缠绕中心轴A之后用绝缘材料31(诸如环氧树脂)浸渍超导线10来固定超导线10的形状。
为了将超导线圈30连接至外部电源，从缠绕中心轴A的超导线10拉出一部分(从缠绕中心轴A的超导线10拉出的部分称为引出部分32)。超导线圈30中的引出部分32的最小曲率半径Rmin例如为20mm或更小。
(超导电缆的配置)
在下文中，将描述根据实施例的超导电缆40的配置。
图15是图示了根据实施例的超导电缆40的侧视图。如图15所图示，超导电缆40包括线圈架41和超导线10。超导线10在线圈架41的外周表面上螺旋地缠绕线圈架41的中心轴。
图16是沿着图15的线XVI-XVI截取的截面图。如图16所图示，超导线10的最小曲率半径Rmin在线圈架41的外周表面上缠绕后为20mm或更小。
(超导线、堆叠式超导线、超导线圈架和超导电缆的效果)
在下文中，将描述根据实施例的超导线10、堆叠式超导线20、超导线圈30和超导电缆40的效果。
<超导线的效果>
首先，将描述超导线10的基本效果。
在超导线10中，第一超导层11c经由由导电材料制成的第一中间层11b电连接至由导电材料制成的第一衬底11a。第一超导层11c还电连接至第二超导层12c。因此，当在第一超导层11c中发生失超时，在第一超导层11c中流动的电流绕过到第一衬底11a和第二超导层12c。类似地，当在第二超导层12c中发生失超时，在第二超导层12c中流动的电流绕过到第二衬底12a和第一超导层11c。
因此，在超导线10中，当在第一超导层11c(或第二超导层12c)中发生失超时，流入第一超导层11c(或第二超导层12c)中的电流通过两个路径绕过。因此，根据超导线10，提高抗失超性。
在超导线10中，由于第一构件11和第二构件12沿着厚度方向堆叠，使得第一超导层11c和第二超导层12c彼此面对，所以第一超导层11c和第二超导层12c被设置为相对靠近超导线10的中性线。
弯曲应力δ、弯曲力矩M、截面二次力矩I和距中性线的距离y满足δ＝(M/I)×y的关系。换言之，超导线10的相对靠近中性线的部分具有较小的y值，从而作用在其上的弯曲应力较小。因此，可以减小作用在超导线10中的第一超导层11c和第二超导层12c上的弯曲应力，因此可以防止第一超导层11c和第二超导层12c被损坏。
接下来，将描述超导线10的附加效果。
在第一超导层11c和第二超导层12c超导地结合的情况下，当在第一超导层11c(或第二超导层12c)中发生失超时，流入第一超导层11c(或第二超导层12c)中的电流可以绕过到第二超导层12c(或第一超导层11c)，而不通过正常导体(第一保护层11d和第二保护层12d)。另外，在这种情况下，由于超导层的厚度实质上较大，所以在超导层(第一超导层11c和第二超导层12c)中不太可能发生特性的局部劣化。
在第一保护层11d和第二保护层12d由银或银合金制成的情况下，由于第一保护层11d和第二保护层12d相对容易变形，因此第一保护层11d和第二保护层12d可以通过加热和压制彼此直接结合。由于银或银合金的电阻比构成结合层13的材料(通常是锡(Sn)合金)低，因此，在使流入第一超导层11c(或第二超导层12c)中的电流绕过到第二超导层12c(或第一超导层11c)时可以减小电阻。
在第一保护层11d和第二保护层12d由银或银合金制成的情况下，由于银或银合金可以令人满意地结合至结合层13的材料(通常是锡合金)，因此可以经由结合层13令人满意地结合第一保护层11d和第二保护层12d。
如上所述，当在第一超导层11c(或第二超导层12c)中发生失超时，第一保护层11d(或第二保护层12d)仅用于使电流绕过到第二超导层12c(或第一超导层11c)。因此，即使将第一保护层11d和第二保护层12d形成为相对较薄，对抗失超性的影响也较小。另一方面，由于第一保护层11d和第二保护层12d可以被形成为相对较薄，所以第一超导层11c和第二超导层12c可以被布置为更靠近超导线10的中性线，这使得还可以减小在超导线10弯曲时作用在第一超导层11c和第二超导层12c上的弯曲应力。
如上所述，当在第一超导层11c(或第二超导层12c)中发生失超时，流入第一超导层11c(或第二超导层12c)中的电流也绕过到第一衬底11a(或第二衬底12a)。在第一衬底11a包括第一导电层11ab的情况下(或在第二衬底12a包括第二导电层12ab的情况下)，绕过的电流流过具有相对较低的电阻的第一导电层11ab(或第二导电层12ab)，这使得还可以使电流绕过时减小电阻。
在通过从第一端部10a(和/或第二端部10b)去除第一基层11aa和第二基层12aa中的至少一个而将第一导电层11ab和第二导电层12ab中的至少一个暴露在第一端部10a(和/或第二端部10b)的情况下，可以经由电阻相对较低的第一导电层11ab或第二导电层12ab将超导线连接至外部电源。
在通过从第一端部10a(和/或第二端部10b)去除第一基层11aa和第二基层12aa而将第一导电层11ab和第二导电层12ab暴露在第一端部10a(和/或第二端部10b)的情况下，可以经由电阻相对较低的第一导电层11ab和第二导电层12ab将超导线连接至外部电源，这使得还可以减小与外部电源的连接电阻。
在通过从第一端部10a(和/或第二端部10b)去除第一基层11aa和第二基层12aa中的仅一个而将第一导电层11ab和第二导电层12ab中的仅一个暴露在第一端部10a(和/或第二端部10b)的情况下，可以经由电阻相对较低的第一导电层11ab(或第二导电层12ab)将超导线连接至外部电源，同时经由第二基层12aa(或第一基层11aa)维持第一端部10a(和/或第二端部10b)的刚性。结果，改善了超导线10的处理。
<堆叠式超导线的效果>
常规的超导线的宽度可以是其厚度的几十倍。这种超导线由于尺寸较大而难以处理。由于堆叠式超导线20是通过在厚度方向上堆叠多个超导线10而获得的，并因此满足0.5≤T4/W≤2.0的关系，因此改善了堆叠式超导线20的处理。
<超导线圈的效果>
如果超导线10在缠绕中心轴A的同时浸渍有绝缘材料31，则由于超导线10和绝缘材料31之间的热膨胀系数的差，拉伸应力可能会在剥离超导层的方向上作用于超导线。该拉伸应力可能会使超导层从超导线上剥离。
然而，由于超导线10中的第一超导层11c和第二超导层12c被夹在第一衬底11a和第二衬底12a之间，所以作用在第一超导层11c和第二超导层12c上的拉伸应力减小。因此，根据超导线圈30，可以防止由超导线10和绝缘材料31之间的热膨胀系数的差引起的拉伸应力而使第一超导层11c和第二超导层12c剥离。
在超导线圈30中，引出部分32的曲率半径可以相对较小。在超导线10中，由于第一超导层11c和第二超导层12c被布置为靠近超导线10的中性线，因此可以减小在超导线10弯曲时作用在第一超导层11c和第二超导层12c上的弯曲应力。因此，可以通过使用超导线10形成引出部分32的最小曲率半径Rmin为20mm或更小的超导线圈30。
<超导电缆的效果>
如上所述，在超导线10中，可以减小在超导线10弯曲时作用在第一超导层11c和第二超导层12c上的弯曲应力。因此，可以通过使用超导线10形成最小曲率半径Rmin为20mm或更小的超导电缆40。
应该理解的是，已经出于说明和描述的目的呈现了本文公开的实施例，但是并不限于所有方面。意图在于，本公开的范围不限于以上描述，而是由权利要求的范围限定，并且涵盖在含义和范围上等同于权利要求的所有修改。
附图标记列表
10：超导线；10a：第一端部；10b：第二端部；11：第一构件；11a：第一衬底；11aa：第一基层；11ab：第一导电层；11b：第一中间层；11c：第一超导层；11d：第一保护层；12：第二构件；12a：第二衬底；12aa：第二基层；12ab：第二导电层；12b：第二中间层；12c：第二超导层；12d：第二保护层；13：结合层；14：结合层；15：引线；Rmin：最小曲率半径；T1、T2、T3、T4：厚度；W：宽度；20：堆叠式超导线；30：超导线圈；31：绝缘材料；32：引出部分；40：超导电缆；41：线圈架

Claims (16)

1.一种超导线，包括：
第一构件；以及
第二构件，
所述第一构件包括：由导电材料制成的第一衬底；由导电材料制成并且被设置在所述第一衬底上的第一中间层；以及由超导材料制成并且被设置在所述第一中间层上的第一超导层，
所述第二构件包括：由导电材料制成的第二衬底；由导电材料制成并且被设置在所述第二衬底上的第二中间层；以及由超导材料制成并且被设置在所述第二中间层上的第二超导层，
所述第一构件和所述第二构件沿着所述超导线的厚度方向堆叠，使得所述第一超导层和所述第二超导层彼此面对，以及
所述第一超导层被电连接至所述第二超导层，
其中，所述第一构件和所述第二构件分别是连续的。
2.根据权利要求1所述的超导线，其中
所述第一超导层被超导地结合至所述第二超导层。
3.根据权利要求1所述的超导线，其中
所述第一构件还包括由银或银合金制成并且被设置在所述第一超导层上的第一保护层，
所述第二构件还包括由银或银合金制成并且被设置在所述第二超导层上的第二保护层，以及
所述第一保护层被直接结合至所述第二保护层。
4.根据权利要求1所述的超导线，其中
所述超导线还包括结合层，
所述第一构件还包括由导电材料制成并且被设置在所述第一超导层上的第一保护层，
所述第二构件还包括由导电材料制成并且被设置在所述第二超导层上的第二保护层，以及
所述第一保护层经由所述结合层被结合至所述第二保护层。
5.根据权利要求4所述的超导线，其中
所述第一保护层和所述第二保护层由银或银合金制成，以及
所述结合层由焊料制成。
6.根据权利要求4或5所述的超导线，其中
通过从所述超导线的纵向方向的端部去除所述第一构件或所述第二构件，将所述结合层暴露在所述超导线的纵向方向的端部。
7.根据权利要求4或5所述的超导线，其中
所述第一保护层和所述第二保护层各自具有5μm或更小的厚度。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的超导线，其中
所述第一衬底包括第一基层和第一导电层，所述第一导电层由具有比所述第一基层的材料低的电阻的材料制成并且被设置在所述第一基层与所述第一中间层之间，
所述第二衬底包括第二基层和第二导电层，所述第二导电层由具有比所述第二基层的材料低的电阻的材料制成并且被设置在所述第二基层与所述第二中间层之间。
9.根据权利要求8所述的超导线，其中
通过从所述超导线的纵向方向的端部去除所述第一基层，将所述第一导电层暴露在所述超导线的纵向方向的端部。
10.根据权利要求8所述的超导线，其中
通过从所述超导线的纵向方向的端部去除所述第二基层，将所述第二导电层暴露在所述超导线的纵向方向的端部。
11.根据权利要求8所述的超导线，其中
所述第一导电层和所述第二导电层由铜或铜合金制成，以及
所述第一基层和所述第二基层由不锈钢或哈氏合金制成。
12.根据权利要求1所述的超导线，其中
所述第一构件和所述第二构件在纵向方向上在所述超导线的端部被彼此间隔开。
13.一种堆叠式超导线，包括根据权利要求1至12中的任一项所述的多个超导线，
所述多个超导线是沿着所述堆叠式超导线的厚度方向堆叠的，以及
通过将所述堆叠式超导线的厚度除以所述堆叠式超导线在与所述堆叠式超导线的纵向方向正交的方向上的宽度而获得的值是0.5或更大且2.0或更小。
14.一种超导线圈，包括：
根据权利要求1至12中的任一项所述的超导线；以及
绝缘材料，
所述超导线缠绕所述超导线圈的中心轴并且被浸渍有所述绝缘材料。
15.根据权利要求14所述的超导线圈，其中
所述超导线具有从缠绕所述超导线圈的所述中心轴的所述超导线拉出的引出部分，以及
所述超导线中的所述引出部分的最小曲率半径是20mm或更小。
16.一种超导电缆，包括：
根据权利要求1至12中的任一项所述的超导线；以及
线圈架，
所述超导线在所述线圈架的外周表面上螺旋地缠绕所述线圈架的中心轴，以及
所述超导线的最小曲率半径是20mm或更小。
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