CN113257478A - 具有中空微管的线及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成金属线的方法，包括获得芯导体、及用包覆材料包裹所述芯导体形成包覆线。

Description

具有中空微管的线及其形成方法
相关申请
本专利申请涉及以Jonathan Jan名义于2020年2月12日提交的发明名称为“HOLLOW MICRO-TUBING AND METHOD THEREOFR”的美国临时专利申请No.62/975,314，其全部内容通过引用并入本文。本专利申请要求根据35U.S.C§119(e)的权益。
技术领域
本申请总体上涉及供电线路(wiring)，更具体而言，涉及一种形成用于电磁设备的中空金属线的方法。
背景技术
电磁设备，如变压器、电动机、感应线圈及类似设备，可用缠绕的电磁线形成。所述电磁线可缠绕在由铁或其它铁磁材料形成的棒条上。当有电流流过电磁线时，会使铁磁材料棒条磁化。通常，大多数电磁设备可使用由铜合金或铜包铝线拉制成的电磁线。
使用中，许多电磁设备可能会变热。这通常被认为是正常的，这是因为有电产生的地方也会有热量产生。电可是亚原子粒子(电子和质子)的结果，其中，电子和质子可带正电(质子)或负电(电子)，并且彼此相互作用。质子和电子间的相互作用会形成电磁电荷(electromagnetic charge)或电流，其移动可产生热量。
许多电磁设备发生故障的常见原因是过热。过多热量积聚可烧毁电磁线的绝缘材料，造成短路。解决该问题的一种方法是使用扭成股或绞合的多根小直径线来代替一根实芯大直径线。由于自由电子沿着线表面流动，因此，可存在来自于轨道电子的较小阻力。尽管使用绞合的多根小直径线代替一根实芯大直径线确实可行，但人们希望增大线的表面积使电磁能通过。
与直流电流不同，交流电会以电磁波的形式沿线表面的外围通过该线。因此，中空线材将具有两倍的表面积供电磁波通过，同时由于线材的横截面减小，可降低轨道电子的内阻。此外，用于中空线材的材料较少。通常，电磁线的直径范围在10微米至几毫米之间。然而，传统的管材拉拔工艺对于形成如此小直径的中空线(管)是行不通的。
因此，人们期望提供一种可克服上述问题的系统和方法。
发明内容
根据一个实施例，公开了一种用于形成金属线的方法。该方法包括获得芯导体及用包覆材料包裹所述芯导体形成包覆线。
根据一个实施例，公开了一种用于形成具有中空内部芯的金属线的方法。该方法包括：获得由具有芯熔点温度的材料形成的芯；将包覆材料包裹在所述芯上形成包覆线，其中，所述包覆材料具有高于所述芯熔点温度的包覆层熔点温度；在高于所述芯熔点温度的温度下加热所述包覆线；及除去已熔化的形成所述芯的材料，形成具有中空内部芯的金属线。
根据一个实施例，公开了一种用于形成具有中空内部芯的金属线的方法。该方法包括：获得由具有150℃-250℃的芯熔点温度的铅锡合金或其它锡合金形成的芯；将包覆材料包裹在所述芯上形成包覆线，其中，所述包覆材料为包覆层熔点温度等于或大于1060℃的铜或铜镍合金；将具有所需直径的模具的腔室加热至高于所述芯熔点温度但小于所述包覆层熔点温度的温度，以使所述芯熔化；将所述包覆线拉出所述模具，使所述包覆材料变平滑并退火；及除去已熔化的形成所述芯的材料，形成具有中空内部芯的金属线。
附图简要说明
下面将参照以下图示进一步详细说明本发明的技术方案。这些图示不旨在限制本申请的范围，而是用于阐述本申请的某些特性。在这些图示中将使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
图1为根据本发明一实施例的用于形成一示例性实施例中的具有中空内部的金属线的芯的横截面正视图；
图2为根据本发明一实施例的用于形成一示例性实施例中的具有中空内部的金属线的金属包覆线的横截面正视图；
图3为根据本发明一实施例的一示例性实施例中的具有中空内部的金属线的横截面正视图；
图4为根据本发明一实施例的一示例性实施例中的具有中空内部的金属线的立体图；
图5为根据本发明一实施例的用于形成具有中空内部的金属线的示例性方法的流程图；及
图6为根据本发明一实施例的一示例性实施例中的金属线的横截面正视图。
具体实施方式
下面结合附图展开的描述旨在对本发明的当前优选实施例进行说明，而不表示本发明可被构造和/或应用的仅有形式。该描述结合所示出的实施例给出了构造和操作本发明的步骤的功能和顺序。然而，将理解的是，相同或等同功能和顺序可由不同的实施例实现，这些不同的实施例也包括在本发明的精神和范围内。
示例性系统和方法的实施例公开了一种金属线，其利用了包覆法，将低熔点温度的线用作牺牲芯来制作具有中空内部的金属线。该方法可形成具有中空内部的直径为10微米至几毫米的金属线。
参照附图，金属线10可形成有中空内部12。金属线10可利用包覆法形成，将低熔点温度的线用作牺牲芯14来形成中空内部12。如图1所示，可看到牺牲芯14的横截面图。根据一个实施例，牺牲芯14可由熔点为150℃～250℃或更高温度的材料形成。根据一个实施例，牺牲芯14可由熔点温度在150℃至250℃之间的铅锡合金或其它锡合金形成。
牺牲芯14的直径和牺牲芯14的材料可基于金属线10所期望的用途。根据一个实施例，牺牲芯14可以是直径约为4mm的铅锡金属芯。
如图2所示，牺牲芯14可用包覆材料16包裹，形成包覆线18。包覆材料16可以是熔点温度高于牺牲芯14的材料。根据一个实施例，包覆材料16可以是铜或铜镍合金。铜的熔点可为1084℃左右，而铜镍合金的熔点可约为1060～1240℃。
包覆材料16可连续地包裹在牺牲芯14上，形成所需厚度T。根据一个实施例，包覆材料16可包裹在牺牲芯14上至厚度为3mm。当牺牲芯14约为4mm时，金属线10的总厚度为约10mm。
然后，可将包覆线18在被加热的腔室中拉过具有所需直径的模具。该腔室可被加热并保持在形成牺牲芯14的材料的熔点温度下。该过程可使包覆材料16的表面变平滑，同时使包覆材料16增强并退火。对所述腔室加热可使牺牲芯14的材料熔化。然后，可将真空施加至包覆线18的一个端部上，使得可以腾出并回收芯材料以备将来使用，并形成具有中空内部12的金属线10。取决于所述模具，成品金属线10的外径可在0.1mm至8mm之间。然后，在金属线10穿过模具的腔室后，可对金属线10进行冷却。
与用于电磁设备的实心线相比，金属线10具有若干独特优势。首先，由于金属线10具有中空内部12，这样对于相同直径的电磁线就可减少导电金属的用量。根据一个实施例，该减少量可超过50％。其次，金属线10可增大通过相同直径的实心电磁线的A/C电。如上所述，交流电以电磁波的形式沿金属线的表面外围通过该金属线。因此，中空内部12将具有两倍的表面积供电磁波通过。再次，由于金属线横截面减小，电磁波表面积的增加可减小轨道电子的内阻。因此，金属线10可大大减少在某些应用中产生的电量和热量。
应当注意的是，基于本申请，可以使用除上述材料之外的其它材料。例如，在另一应用中，可以使用热解碳纤维(pyrolytic carbon fiber)作为所述牺牲芯的材料。热解碳既是磁性超导体，又是热超导体。使用热解碳纤维形成的金属线在至关重要的应用中具有巨大优势。
参照图6，可看到另一示例性实施例中的线20。在该实施例中，线20具有芯22。芯22可以是单股芯(single strand core)或多股芯。在图中所示的实施例中，芯22为具有7股的多股芯。然而，这仅是示例，不应以限制性的方式来看待。
芯22可由碳纤维形成。与传统金属导体相比，碳纤维具有诸多优势。碳纤维既是磁性超导体，又是热超导体。碳纤维具有高的刚度和强度、质轻、耐腐蚀、可透X射线、具有低热膨胀系数(CTE)、耐化学品且具有高的导热性和导电性。
芯22可用包覆材料24包裹，形成包覆线26。根据一个实施例，包覆材料24可以是铜或铜镍合金。包覆材料24可以连续地包裹在芯22上，形成所需厚度T。根据一个实施例，包覆材料24可包裹在芯22上至厚度为3mm。当芯22约为4mm时，线20的总厚度约为10mm。相较于现有技术中的线材，双材料线20具有改进的电磁和热力学特性。应当注意的是，可根据是否需要聚合物粘合材料来加热线20。例如，电磁线可能需要覆盖电磁线的绝缘膜。
前述内容描述了本申请的特定实施例，但并不是对其实施的限制。权利要求(包括其等同物)用于限制本申请的范围。

Claims (22)

1.一种形成金属线的方法，其包括：
获得芯导体；及
用包覆材料包裹所述芯导体，形成包覆线。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述芯导体为碳纤维芯导体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述碳纤维芯导体为多股碳纤维芯导体。
4.根据权利要求1所述的方法，其包括：
获得由芯材料形成的所述芯导体，所述芯材料的芯熔点温度低于所述包覆材料的包覆层熔点温度；及
在高于所述芯熔点温度的温度下加热所述包覆线。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，加热所述包覆线包括在高于所述芯熔点温度但低于所述包覆层熔点温度的温度下加热所述包覆线。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，加热所述包覆线包括：
将具有所需直径的模具的腔室加热至所述芯熔点温度以上；及
将所述包覆线拉过所述具有所需直径的模具，使所述包覆材料平滑并退火。
7.根据权利要求6所述的方法，其包括将所述包覆线的一端抽真空，除去已熔化的所述芯导体。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述芯导体由铅锡合金或其它锡合金形成。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述芯导体由铅锡合金或其它锡合金形成，其中，所述芯熔点温度在150℃至250℃之间。
10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述芯导体的直径约为4厘米。
11.根据权利要求4所述的方法，其中，所述包覆材料为铜或铜镍合金。
12.根据权利要求4所述的方法，其中，所述包覆材料为铜或铜镍合金，所述包覆层熔点温度等于或大于1060℃。
13.根据权利要求4所述的方法，其中，所述包覆材料的厚度至少为3mm。
14.一种形成具有中空内部芯的金属线的方法，其包括：
用包覆材料包裹芯，形成包覆线，其中，形成所述芯的材料的熔点温度低于所述包覆材料的熔点温度；及
在高于形成所述芯的所述材料的熔点温度下加热所述包覆线。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，加热所述包覆线包括在高于形成所述芯的所述材料的熔点温度但低于所述包覆材料的熔点温度的温度下加热所述包覆线。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，加热所述包覆线包括：
将具有所需直径的模具的腔室加热至形成所述芯的所述材料的熔点温度以上；及
将所述包覆线拉过所述具有所需直径的模具，使所述包覆材料平滑并退火。
17.根据权利要求16所述的方法，其包括将所述包覆线的一端抽真空，除去已熔化的形成所述芯的所述材料。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述芯由熔点温度在150℃至250℃之间的铅锡合金或其它锡合金形成。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述芯的直径约为4厘米。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述包覆材料为铜或铜镍合金，其熔点温度等于或大于1060℃。
21.根据权利要求14所述的方法，其中，所述包覆材料的厚度至少为3mm。
22.一种形成具有中空内部芯的金属线的方法，其包括：
获得由铅锡合金或其它锡合金形成的芯，其芯熔点温度在150℃至250℃之间；
在所述芯上包裹包覆材料，形成包覆线，其中，所述包覆材料为铜或铜镍合金，其包覆层熔点温度等于或大于1060℃；
将具有所需直径的模具的腔室加热至高于所述芯熔点温度但低于所述包覆层熔点温度的温度，以熔化所述芯；
将所述包覆线拉过所述模具，使所述包覆材料平滑并退火；及
除去已熔化的形成所述芯的所述材料，从而形成具有中空内部芯的金属线。
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