DE112007000088B4

DE112007000088B4 - Supraleitender Oxiddraht und Supraleitende Struktur mit supraleitenden Oxiddrähten

Info

Publication number: DE112007000088B4
Application number: DE112007000088.0T
Authority: DE
Inventors: Jun Fujikami; Naoki Ayai; Takeshi Kato; Shin-ichi Kobayashi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2027-08-09
Also published as: US20100248969A1; CN101361144B; TW200830332A; WO2008065781A1; DE112007000088T5; CN101361144A

Abstract

Supraleitender Oxiddraht (1), der die Form eines Bandes hat und umfasst: (a) eine Matrix (2) und (b) mehrere Fäden (3), von denen jeder einen Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 besitzt, und die in die Matrix (2) eingebettet sind, – wobei der supraleitende Oxiddraht (1) in einem Schnitt senkrecht zur Längsrichtung eine Querschnittsfläche von höchstens 0,5 mm2 besitzt und – wobei die Fäden (3) im Querschnitt des supraleitenden Oxiddrahtes (1) eine durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden von mindestens 0,2 % und höchstens 6 % der Querschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes haben, wobei die Fäden (3) ein durchschnittliches Seitenverhältnis größer als 10 haben.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Oxiddraht sowie eine supraleitende Struktur mit supraleitenden Oxiddrähten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Von einem supraleitenden Oxiddraht, der einen Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 enthält, wird als Material erwartet, dass es zum Beispiel in supraleitendem Kabel, einem supraleitendem Magneten und einem Produkt verwendet wird, das den supraleitenden Magneten umfasst. Der Grund dafür ist, dass der Draht bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff verwendet werden kann, eine relativ hohe kritische Stromdichte erreicht und relativ leicht als langer Draht herzustellen ist.
Es ist ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes, der einen Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 umfasst, offenbart worden, zum Beispiel in JP H07 105 753 . Das offenbarte Herstellungsverfahren wird folgendermaßen ausgeführt. Zuerst wird ein Werkstoffpulver, das einen Supraleiter auf der Basis von Bi-2223 hat, in ein Silberrohr gefüllt. Das Silberrohr, das mit dem Werkstoffpulver gefüllt ist, wird durch Ziehen bearbeitet, um einen einfädigen supraleitenden Draht zu bilden. Als nächstes werden mehrere einfädige supraleitende Drähte in einem Silberrohr aufgenommen, um einen mehrfädigen supraleitenden Draht zu bilden. Der mehrfädige supraleitende Draht wird einem Verdrillungsprozess unterzogen. Der verdrillte Draht wird durch Walzen bearbeitet. Dann wird der gewalzte Draht wärmebehandelt, um die Herstellung eines bandförmigen supraleitenden Oxiddrahtes abzuschließen, der eine Breite von 3,0 mm und eine Stärke von 0,22 mm hat (siehe die Abschnitte [0045] bis [0047] von JP H07 105 753 A ).
DE 696 09 289 T2 lehrt einen Supraleiterdraht mit kleinem Aspektverhältnis.
JP 2006 107 843 A lehrt einen bandförmigen Supraleiterdraht.
DE 696 15 092 T2 lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus Wismutoxid.
EP 1 814 127 A1 lehrt ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
PROBLEM, DAS DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL
Wenn ein supraleitender Oxiddraht verwendet wird, zum Beispiel für ein supraleitendes Wechselstromkabel, einen supraleitenden Magneten und ein Produkt, das den supraleitenden Magneten umfasst, ist es wichtig, die kritische Stromdichte des Drahtes zu erhöhen und den Wechselstromverlust des Drahtes zu verringern.
In der Grundformel, die auf dem Bean-Modell beruht, ist jedoch der Wechselstromverlust proportional zum Produkt aus kritischer Stromdichte, der Dicke des supraleitenden Oxiddrahtes und der Stärke des angelegten Magnetfeldes. Daher ist es bisher äußerst schwierig gewesen, den Wechselstromverlust zu verringern, wenn die kritische Stromdichte erhöht wird.
Im Hinblick auf den obigen Umstand ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die folgenden Produkte bereitzustellen:

(a) einen supraleitenden Oxiddraht, der nicht nur seine kritische Stromdichte erhöhen kann, sondern auch seinen Wechselstromverlust verringern kann, und
(b) eine supraleitende Struktur.

MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Die vorliegende Erfindung stellt einen supraleitenden Oxiddraht gemäß Anspruch 1 bereit, der die Form eines Bandes hat und der durch Einbetten mehrerer Fäden in eine Matrix gebildet wird, von denen jeder einen Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 besitzt. Der supraleitende Oxiddraht hat in einem Schnitt senkrecht zur Längsrichtung eine Querschnittsfläche von höchstens 0,5 mm². Im Querschnitt des supraleitenden Oxiddrahtes haben die Fäden eine durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden von mindestens 0,2 % und höchstens 6 % der Querschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes, wobei die Fäden ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10 haben.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass sich die Fäden um die Längsmittelachse des supraleitenden Oxiddrahtes mit einer Verdrillganghöhe von höchstens 8 mm, besser von höchstens 5 mm verdrillen. In der obigen Beschreibung ist die Verdrillganghöhe die Ganghöhe, mit der sich die Fäden verdrillen.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass eine Sperrschicht zwischen den Fäden gebildet wird.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass ein Metallband auf einer Oberfläche der Matrix bereitgestellt wird.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass ein Isolierfilm auf der Oberfläche der Matrix bereitgestellt wird.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass ein Metallband auf einer Oberfläche der Matrix bereitgestellt wird und dass ein Isolierfilm auf der Oberfläche des Metallbandes bereitgestellt wird.
Die vorliegende Erfindung bietet auch eine supraleitende Struktur gemäß Anspruch 8, die durch Verdrillen mehrerer supraleitender Oxiddrähte gebildet wird, wie oben beschrieben. Bei der supraleitenden Struktur umfassen die miteinander verdrillten supraleitenden Oxiddrähte mindestens einen supraleitenden Oxiddraht, der seitlich gebogen ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine weitere supraleitende Struktur gemäß Anspruch 9 bereit, die folgendes aufweist:

(a) mehrere supraleitende Oxiddrähte, die oben beschrieben sind,
(b) einen bandförmigen Schutzfilm, der zwei entgegengesetzte Hauptflächen hat und in dem die mehreren supraleitenden Oxiddrähte liegen, und
(c) ein Metallband, das auf jeder der entgegengesetzten Hauptflächen bereitgestellt wird.

Bei der supraleitenden Struktur, die unmittelbar oberhalb beschrieben wird, ist es wünschenswert, dass ein Material mit hohem spezifischem Widerstand, dessen spezifischer Widerstand höher als der des Schutzfilms ist, zwischen die benachbarten supraleitenden Oxiddrähte gebracht wird.
Die vorliegende Erfindung stellt noch eine weitere supraleitende Struktur gemäß Anspruch 11 bereit, die folgendes aufweist:

(a) mehrere supraleitende Oxiddrähte, die oben beschrieben werden, und
(b) einen bandförmigen isolierenden Schutzfilm, in den die mehreren supraleitenden Oxiddrähte gebracht werden.

Ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes weist die folgenden Schritte auf:

(a) einen Schritt des Befüllens einer ersten Metallhülse mit einem Werkstoffpulver, das ein Pulver aus einem Oxidsupraleiter und ein Pulver aus einem Nichtsupraleiter umfasst.
(b) einen Schritt des Bearbeitens der ersten Metallhülse, die mit dem Werkstoffpulver gefüllt ist, durch Ziehen, um einen einfädigen supraleitenden Draht zu bilden,
(c) einen Schritt des Aufnehmens mehrerer einfädiger supraleitender Drähte, die oben beschrieben werden, in eine zweite Metallhülse,
(d) einen Schritt des Bearbeitens der zweiten Metallhülse, die die einfädigen supraleitenden Drähte aufnimmt, durch Ziehen, um einen mehrfädigen supraleitenden Draht zu bilden,
(e) einen Schritt des Bearbeitens des mehrfädigen supraleitenden Drahtes durch Walzen, und
(f) einen Schritt der Wärmebehandlung des gewalzten mehrfädigen supraleitenden Drahtes.

Bei dem Verfahren, das oben beschrieben wird:

(g) macht in dem Werkstoffpulver die Zahl der Teilchen in einem Pulver eines Nichtsupraleiters, die einen Teilchendurchmesser von höchstens 2 µm haben, mindestens 95 % der Gesamtzahl der Teilchen im Pulver des Nichtsupraleiters aus,
(h) haben die Querschnittsflächen der einfädigen supraleitenden Drähte im mehrfädigen supraleitenden Draht vor der Bearbeitung durch Walzen einen Variationskoeffizienten (COV) von höchstens 15 %,
(i) wird der Schritt des Bearbeitens des mehrfädigen supraleitenden Drahtes durch Walzen bei einer Walzreduzierung von höchstens 82 % ausgeführt, und
(j) wird der Schritt der Wärmebehandlung des gewalzten mehrfädigen supraleitenden Drahtes bei einem Druck von mindestens 20,26 MPa (200 Atmosphären, atm) ausgeführt.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes ist es wünschenswert, dass das Verfahren ferner einen Schritt des Verdrillens des mehrfädigen supraleitenden Drahtes vor dem Schritt des Bearbeitens des mehrfädigen supraleitenden Drahtes durch Walzen umfasst, wobei der Schritt des Verdrillens mehrmals ausgeführt wird.
In dem Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes ist es wünschenswert, dass das Verfahren ferner einen Schritt zum Bilden einer Sperrschicht im supraleitenden Oxiddraht umfasst.
Vorliegend wird auch ein supraleitendes Kabel beschrieben, das ein Element umfasst, welches aus der Gruppe bestehend aus den folgenden Elementen ausgewählt wird:

(a) einen der oben beschriebenen supraleitenden Oxiddrähte,
(b) eine der oben beschriebenen supraleitenden Strukturen, und
(c) einen supraleitenden Oxiddraht, der durch eines der oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes hergestellt wird.

Vorliegend wird auch ein supraleitender Magnet beschrieben, der ein Element umfasst, welches aus der Gruppe bestehend aus den folgenden Elementen ausgewählt wird:

(a) einen der oben beschriebenen supraleitenden Oxiddrähte,
(b) eine der oben beschriebenen supraleitenden Strukturen und
(c) einen supraleitenden Oxiddraht, der durch eines der oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes hergestellt ist.

Vorliegend wird auch ein Motorläufer beschrieben, der den oben beschriebenen supraleitenden Magneten enthält.
Vorliegend wird auch ein mittels einer Kühlvorrichtung gekühltes Magnetsystem beschrieben, das den oben beschriebenen supraleitenden Magneten enthält.
Vorliegend wird auch ein MRI (Magnetresonanzbilderzeugungsgerät) beschrieben, das den oben beschriebenen supraleitenden Magneten enthält.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann die folgenden Produkte bereitstellen:

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines wünschenswerten Beispiels für den supraleitenden Oxiddraht der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm, das schematisch den Querschnitt entlang der Linie II-II senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes zeigt, der in 1 gezeigt wird.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die das Innere eines Teils eines weiteren wünschenswerten Beispiels für den supraleitenden Oxiddraht der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren wünschenswerten Beispiels des supraleitenden Oxiddrahtes der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren wünschenswerten Beispiels des supraleitenden Oxiddrahtes der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren wünschenswerten Beispiels des supraleitenden Oxiddrahtes der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren wünschenswerten Beispiels des supraleitenden Oxiddrahtes der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren wünschenswerten Beispiels des supraleitenden Oxiddrahtes der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht eines wünschenswerten Beispiels des supraleitenden Oxiddrahtes der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren wünschenswerten Beispiels des supraleitenden Oxiddrahtes der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren wünschenswerten Beispiels des supraleitenden Oxiddrahtes der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Flussdiagramm für ein wünschenswertes Beispiel des Verfahrens zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes.
13 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren eines Teils des Herstellungsprozesses für das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes.
14 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren eines weiteren Teils des Herstellungsprozesses für das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes.
15 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren eines weiteren Teils des Herstellungsprozesses für das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes.
16 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren eines weiteren Teils des Herstellungsprozesses für das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes.
17 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren eines weiteren Teils des Herstellungsprozesses für das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes.
18 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren der Walzreduktion beim Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes.
19 ist ein Flussdiagramm für ein wünschenswertes Beispiel eines Schrittes, bei dem die Verdrillungsoperation des mehrfädigen supraleitenden Drahtes vor dem Bearbeiten durch Walzen beim Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes mehrmals ausgeführt wird.
20 ist ein schematisches Diagramm, das die Verschränkung eines supraleitenden Oxiddrahtes illustriert.
21 ist eine schematische Draufsicht, die einen Zustand illustriert, bei dem ein supraleitender Oxiddraht seitlich gebogen wird.
Bezugszeichenliste

1: supraleitender Oxiddraht
2: Matrix
3: Faden
4: Sperrschicht
5: erste Metallhülse
6: Werkstoffpulver
7: einfädiger supraleitender Draht
8: zweite Metallhülse
9: mehrfädiger supraleitender Draht
10 und 12: Metallband
11: Isolierfilm
13: Schutzfilm
13a und 16a: Hauptfläche
14: supraleitende Struktur
15: Material mit hohem spezifischem Widerstand
16: isolierender Schutzfilm

BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend erklärt. In der Zeichnung, die die vorliegende Erfindung zeigt, repräsentieren gleiche Bezugszeichen jeweils dieselbe Komponente oder ein Äquivalent derselben.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines wünschenswerten Beispiels für den supraleitenden Oxiddraht der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt schematisch den Querschnitt entlang der Linie II-II senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes zeigt, der in 1 gezeigt wird. Ein supraleitender Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung wird in Form eines Bandes gebildet und wird mit einer Matrix 2 und Fäden 3 gebildet, die in die Matrix 2 eingebettet sind und von denen jeder einen Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 besitzt. Die Fäden 3 werden von einer Metallhülse aufgenommen und haben eine Struktur, bei der jeder Faden 3 den Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 besitzt.
Die Erfindung hat folgende Merkmale:

(a) Der Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes 1, der in 2 gezeigt wird, hat eine Querschnittsfläche von höchstens 20,5 mm und
(b) im Querschnitt des supraleitenden Oxiddrahtes 1 haben die Fäden 3 eine durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden von mindestens 0,2 % und höchstens 6 %, wünschenswert mindestens 2 % und höchstens 6 %, der Bruttoquerschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes 1.

Die hier benannten Erfinder erkannten auf der Basis der Grundformel für das oben beschriebene Bean-Modell, dass selbst bei der Erhöhung der kritischen Stromdichte der Wechselstromverlust sich durch Minimieren der Querschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes 1 bei einem Minimum der Verringerung in der Zahl der Fäden 3 verringert werden könnte. Die hier benannten Erfinder stellten sorgfältige Untersuchungen auf der Basis des obigen Konzeptes an. Durch diese Untersuchungen haben die hier benannten Erfinder festgestellt, dass ein supraleitender Oxiddraht nicht nur seine kritische Stromdichte erhöhen kann, sondern auch seinen Wechselstromverlust verringern kann, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt werden:

(a) Der Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes 1 hat eine Querschnittsfläche von höchstens 0,5 mm²,
(b) Ein Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 wird als der Supraleiter verwendet, der jeden der Fäden 3 ausmacht.
(c) Die Fäden 3 haben eine durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden von mindestens 0,2 % und höchstens 6 %, wünschenswert mindestens 2 % und höchstens 6 %, der Bruttoquerschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes 1.

Damit wird die vorliegende Erfindung vollendet.
Die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden der Fäden 3 im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes 1 kann mit dem folgenden Verfahren erhalten werden. Zuerst wurde eine Berechnung ausgeführt, um die Summe der Querschnittsflächen der mehreren Fäden 3 zu erhalten, die im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes 1 vorhanden sind. Dann wird die Summe durch die Zahl der Fäden 3 geteilt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 ein Supraleiter, der durch die Formel Bi_αPb_βSr_γCa_δCu_εO_x ausgedrückt wird (wobei 1,7 ≤ α ≤ 2,1, 0 ≤ β ≤ 0,4, 1,7 ≤γ ≤ 2,1, 1,7 ≤ δ ≤ 2,2, ε = 3,0, 9,8 ≤ x ≤ 10,2 ist). In der obigen Formel steht Bi für Wismut, Pb für Blei, Sr für Strontium, Ca für Calcium, Cu für Kupfer und O für Sauerstoff. Außerdem bezeichnet α das Zusammensetzungsverhältnis von Wismut, β das Zusammensetzungsverhältnis von Blei, γ das Zusammensetzungsverhältnis von Strontium, ε das Zusammensetzungsverhältnis von Kupfer und x das Zusammensetzungsverhältnis von Sauerstoff. Die Matrix 2 wird unter Verwendung zum Beispiel von Silber als Werkstoff für dieselbe gebildet.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass die Fäden 3 ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10 haben. Wenn die Fäden 3 ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10 haben, erhöht der supraleitende Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung tendenziell seine kritische Stromdichte weiter. Das durchschnittliche Seitenverhältnis der Fäden 3 wird als durchschnittlicher Wert der Verhältnisse der Breite zur Dicke der mehreren Fäden 3 definiert, die im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes 1 vorhanden sind. Durch Verweis auf 2 kann zum Beispiel das Seitenverhältnis von einem der Fäden 3 unter Verwendung der Formel erhalten werden (Breite "d" eines Fadens 3)/(Dicke "t" dieses Fadens 3). Das Seitenverhältnis, ausgedrückt durch die vorhergehende Formel, wird für jeden der mehreren Fäden 3 berechnet, die im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes 1 vorhanden sind. Die berechneten Ergebnisse werden summiert. Dann wird die Summe durch die Zahl der Fäden 3 geteilt. So wird das durchschnittliche Seitenverhältnis der Fäden 3 erhalten.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung, wie zum Beispiel in 3 gezeigt, die eine perspektivische Ansicht des Inneren ist, ist es wünschenswert, dass die Fäden 3 in die Matrix 2 in einem verdrillten Zustand eingebettet werden. In diesem Zustand drehen sich die Fäden 3 um die Längsmittelachse des supraleitenden Oxiddrahtes 1. Dieser Zustand ermöglicht tendenziell eine weitere Verringerung des Wechselstromverlustes. Die Längsmittelachse des supraleitenden Oxiddrahtes 1 ist die Achse, die durch die Mitte des Querschnitts senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes 1 läuft. Die Mittelachse erstreckt sich entlang der Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes 1. Die Fäden 3 können durch den folgenden Prozess in den verdrillten Zustand (den Zustand, in dem die Fäden 3 sich um die Längsmittelachse des supraleitenden Oxiddrahtes 1 drehen) gebracht werden. Zuerst wird ein mehrfädiger supraleitender Draht vor der Bearbeitung durch die unten beschriebene Walzoperation mit einem herkömmlichen bekannten Verfahren verdrillt. Dann wird der verdrillte mehrfädige supraleitende Draht einem Walzprozess und einer Wärmebehandlung unterzogen. So wird der oben beschriebene supraleitende Oxiddraht 1 erhalten.
Wenn sich die Verdrillganghöhe, welches die Ganghöhe, mit der sich die Fäden 3 drehen, verringert, erhöht sich der Wechselstromverlust, eine Tendenz, die umgekehrt werden soll. Im Hinblick auf die Verringerung des Wechselstromverlustes ist es wünschenswert, dass die Fäden 3 eine Verdrillganghöhe von höchstens 8 mm haben. Im Hinblick auf die weitere Erhöhung der kritischen Stromdichte und die weitere Verringerung des Wechselstromverlustes ist es wünschenswert, dass die Verdrillganghöhe höchstens 5 mm beträgt. Die Verdrillganghöhe der Fäden 3 wird durch die Länge "L" in 3 angezeigt. Herkömmliche Fäden haben eine große Querschnittsfläche senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes. Es ist folglich schwierig, auf Grund eines Problems bei der Bearbeitung eine Verdrillganghöhe von weniger als 8 mm zu erreichen. Andererseits ist in der vorliegenden Erfindung die Querschnittsfläche im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes 1 äußerst klein und beträgt nicht mehr als 0,5 mm². Daher wird es möglich, eine Verdrillganghöhe von höchstens 8 mm, wünschenswert von höchstens 5 mm zu erreichen.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung, wie zum Beispiel in den schematischen Querschnittsansichten in den 4 und 5 gezeigt, ist es wünschenswert, eine Sperrschicht 4 zwischen den benachbarten Fäden 3 zu bilden. Wenn diese Struktur eingesetzt wird, verringert sich der Wechselstromverlust tendenziell. Insbesondere, wenn die Fäden 3 verdrillt werden, verstärkt sich die Tendenz weiter. Die Sperrschicht 4 wird unter Verwendung eines Materials gebildet, das einen spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens dem Zehnfachen von dem von Silber bei Raumtemperatur (25 °C) hat. Das Material kann zum Beispiel Strontiumcarbonat, Kupferoxid, Zirkondioxid oder ein Bi-2201-Oxidsupraleiter sein.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung, wie zum Beispiel in einer schematischen Querschnittsansicht in 6 gezeigt, ist es wünschenswert, ein Metallband 10 auf einer Oberfläche der Matrix 2 bereitzustellen. Da der supraleitende Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung durch das Metallband 10 verstärkt wird, erleichtert diese Struktur tendenziell die Bildung einer Spulenwindung und eines supraleitenden Kabels, die beide den supraleitenden Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung enthalten, wenn diese Struktur eingesetzt wird. Das Metallband 10 kann auf eine Oberfläche der Matrix 2 durch Aufkleben eines Bandes, das aus Metall, wie zum Beispiel Kupfer oder Edelstahl, hergestellt ist, auf eine Oberfläche der Matrix 2 unter Verwendung von Lot oder dergleichen aufgebracht werden.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung, wie zum Beispiel in einer schematischen Querschnittsansicht in 7 gezeigt, ist es wünschenswert, einen Isolierfilm 11 auf der Oberfläche der Matrix 2 bereitzustellen. Da die Oberfläche des supraleitenden Oxiddrahtes 1 der vorliegenden Erfindung im Voraus isoliert wird, erleichtert diese Struktur, wenn sie eingesetzt wird, tendenziell die Bildung einer Spulenwindung, die den supraleitenden Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung umfasst. Der Isolierfilm 11 kann auf die Oberfläche der Matrix 2 durch Überlappen eines Bandes, das aus Harz, wie zum Beispiel Polyimid, hergestellt ist, auf der Oberfläche der Matrix 2 unter Verwendung eines Halbüberlappungsverfahrens aufgebracht werden (bei diesem Verfahren wird das Band durch Überlappen mit dem vorherigen überlappten Band um eine halbe Breite des Bandes aufgelegt). Alternativ kann der Isolierfilm 11 auch auf die Oberfläche der Matrix 2 mit dem folgenden Verfahren aufgebracht werden. Zuerst werden zwei Bänder hergestellt, die aus Harz, wie zum Beispiel Polyimid, bestehen und von denen jedes eine Breite hat, die größer als die des supraleitenden Oxiddrahtes 1 der vorliegenden Erfindung ist. Dann werden die beiden Bänder nicht nur auf die entsprechenden Oberflächen der Matrix 2 entlang der Länge des supraleitenden Oxiddrahtes 1 aufgeklebt, sondern auch miteinander verklebt.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung, wie zum Beispiel in der schematischen Querschnittsansicht in 8 gezeigt, ist es wünschenswert, nicht nur ein Metallband 10 auf einer Oberfläche der Matrix 2 bereitzustellen, sondern auch einen Isolierfilm 11 auf der Oberfläche des Metallbandes 10 bereitzustellen. Da der Isolierfilm 11 das Isolierverhalten sichert und das Metallband 10 als Verstärkung wirkt, ermöglicht diese Struktur tendenziell die Anwendung auf einen supraleitenden Magneten, der einer großen Kraft während des Betriebs ausgesetzt ist, und auf ein supraleitendes Kabel hoher Strombelastbarkeit, das einer großen Last während der Installation ausgesetzt ist. Das Metallband 10 kann auf eine Oberfläche der Matrix 2 durch Aufkleben eines Bandes, das aus Metall, wie zum Beispiel Kupfer oder Edelstahl, hergestellt ist, auf eine Fläche der Matrix 2 unter Verwendung von Lot oder dergleichen aufgebracht werden. Der Isolierfilm 11 kann auf die Oberfläche des Metallbandes 10 durch Aufkleben eines Bandes, das aus Harz, wie zum Beispiel Polyimid, hergestellt ist, auf die Oberfläche des Metallbandes 10 aufgebracht werden.
Eine supraleitende Struktur kann mit dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Zuerst wird mindestens ein supraleitender Oxiddraht 1, der mit dem Isolierfilm 11 abgedeckt ist, welcher in 7 oder 8 gezeigt wird, die oben beschrieben wird, seitlich gebogen. Dann werden mehrere supraleitende Oxiddrähte 1, einschließlich des mindestens einen supraleitenden Oxiddrahtes 1, der seitlich gebogen ist, miteinander verdrillt. Die supraleitende Struktur, die die vorgenannte Struktur hat, kann so hergestellt werden, dass sie einen geringen Verlust, hohe Strombelastbarkeit und geringe Größe besitzt. Folglich ermöglicht die Verwendung der supraleitenden Struktur, die die vorgenannte Konfiguration besitzt, tendenziell die Herstellung einer hochleistungsfähigen Wechselstromvorrichtung, wie zum Beispiel eines supraleitenden Kabels oder eines supraleitenden Magneten. Bei der vorliegenden Erfindung soll der verwendete Ausdruck "seitlich biegen" folgende Operation bedeuten. Wie zum Beispiel in 21 für die mehreren supraleitenden Oxiddrähte 1 gezeigt, wird ein supraleitender Oxiddraht 1, der sich auf der Innenseite befindet, so gebogen, dass zumindest ein Teil desselben auf der Außenseite positioniert werden kann, und ein supraleitender Oxiddraht 1, der sich an der Außenseite befindet, wird so gebogen, dass zumindest ein Teil desselben auf der Innenseite positioniert werden kann. Die supraleitende Struktur, die die vorgenannte Konfiguration hat, kann zum Beispiel durch Miteinanderverdrillen von drei supraleitenden Oxiddrähten 1 hergestellt werden, wobei jeder von einem Isolierfilm 11 bedeckt ist, während sie kontinuierlich seitlich mit einem Biegedurchmesser von 1.000 mm gebogen werden.
Wie zum Beispiel in einer schematischen Querschnittsansicht in 9 gezeigt, kann eine supraleitende Struktur 14 auch durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Zuerst werden mehrere supraleitende Oxiddrähte 1, die oben beschrieben werden, in einen bandförmigen Schutzfilm 13 eingebracht. Dann wird ein Metallband 12 auf jede der entgegengesetzten Hauptflächen 13a des Schutzfilms 13 gebracht. Die supraleitende Struktur 14, die die vorgenannte Konfiguration hat, kann den Wechselstromverlust im Magnetfeld senkrecht zu den Hauptflächen 13a des Schutzfilms 13 verringern. Im Ergebnis dessen erhöht diese Konfiguration tendenziell die Strombelastungsfähigkeit pro supraleitendem Oxiddraht 1. Die supraleitende Struktur 14, die die vorgenannte Konfiguration hat, kann geeignet für eine Wechselstromvorrichtung verwendet werden, die einen geringen Wechselstromverlust und eine hohe Belastbarkeit haben muss. Der Schutzfilm 13 kann zum Beispiel unter Verwendung von Lot oder einer anderen Legierung gebildet werden.
Bei der supraleitenden Struktur 14, die in 9 gezeigt wird, wie zum Beispiel in einer schematischen Querschnittsansicht in 10 gezeigt, ist es wünschenswert, ein Material mit hohem spezifischem Widerstand 15, das einen spezifischen Widerstand hat, der größer als der des Schutzfilms 13 ist, zwischen die benachbarten supraleitenden Oxiddrähte 1 zu bringen. Der Einsatz dieser Konfiguration führt zur Tendenz, nicht nur den Wechselstromverlust im Magnetfeld senkrecht zu den Hauptflächen 13a des Schutzfilms 13 weiter zu verringern, sondern auch die Strombelastbarkeit pro supraleitendem Oxiddraht 1 weiter zu erhöhen.
Wie zum Beispiel in einer schematischen Querschnittsansicht in 11 gezeigt, kann eine supraleitende Struktur 14 auch durch Einbringen mehrerer supraleitender Oxiddrähte 1, die oben beschrieben werden, in einen isolierenden Schutzfilm 16, der aus Polyester oder dergleichen hergestellt ist, welcher die Form eines Bandes hat, hergestellt werden. Die supraleitende Struktur 14, die die vorgenannte Konfiguration hat, ermöglicht tendenziell die Verringerung des Wechselstromverlustes im Magnetfeld senkrecht zu den Hauptflächen 16a des isolierenden Schutzfilms 16. Da die supraleitende Struktur 14, die die vorgenannte Konfiguration hat, flexibel ist, ist ihre Handhabung vergleichsweise einfach. Der isolierende Schutzfilm 16 kann durch Verwendung nicht nur von Polyester, sondern zum Beispiel auch von Polypropylen, Polyethylen, Polytetrafluorethylen oder Polyimid gebildet werden.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass der Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 in Faden 3 eine relative Dichte von mindestens 99 % hat. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, steigt die kritische Stromdichte tendenziell weiter an. In der vorliegenden Erfindung kann die relative Dichte (%) unter Verwendung der Formel 100 × (Gesamtvolumen des Oxidsupraleiters – Gesamtvolumen des Hohlraums)/Gesamtvolumen des Oxidsupraleiters) erhalten werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann die kritische Stromdichte unter Verwendung der Formel (Wert des kritischen Stroms des supraleitenden Oxiddrahtes 1)/Querschnittsfläche im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes 1) erhalten werden.
Als nächstes wird nachfolgend das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes erklärt. 12 zeigt ein Flussdiagramm für ein wünschenswertes Beispiel des Verfahrens zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes.
Mit Bezug zuerst auf Schritt S1 in 12, wie zum Beispiel in einer schematischen perspektivischen Ansicht in 13 gezeigt, wird eine erste Metallhülse 5 mit einem Werkstoffpulver 6 gefüllt, das ein Pulver eines Oxidsupraleiters und ein Pulver eines Nichtsupraleiters umfasst. Bei der vorliegenden Erfindung macht in dem Werkstoffpulver 6 die Zahl der Teilchen in einem Pulver eines Nichtsupraleiters, die einen Teilchendurchmesser von höchstens 2 µm haben, mindestens 95 % der Gesamtzahl der Teilchen im Pulver des Nichtsupraleiters aus. Das Pulver des Nichtsupraleiters ist ein Pulver eines Materials, welches einen elektrischen spezifischen Widerstand hat, der größer als der des Oxidsupraleiters bei der kritischen Temperatur des Oxidsupraleiters ist. Arten des Materials für das Pulver des Nichtsupraleiters umfassen (Ca, Sr)₂CuO₃, (Ca, Sr)₂PbO₄, und (Ca, Sr)₁₄Cu₂₄O₃. Die Arten des Materials für das Pulver des Oxidsupraleiters, der im Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes verwenden werden soll, umfassen den oben beschriebenen Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223.
In Schritt S2, wie zum Beispiel in einer schematischen perspektivischen Ansicht in 14 gezeigt, wird die erste Metallhülse 5, die mit Werkstoffpulver 6 gefüllt ist, durch Ziehen bearbeitet, um einen einfädigen supraleitenden Draht 7 zu bilden.
In Schritt S3, wie zum Beispiel in einer schematischen perspektivischen Ansicht in 15 gezeigt, werden mehrere einfädige supraleitende Drähte 7 in einer zweiten Metallhülse 8 aufgenommen.
In Schritt S4, wie zum Beispiel in einer schematischen perspektivischen Ansicht in 16 gezeigt, wird die zweite Metallhülse 8, die die einfädigen supraleitenden Drähte 7 aufnimmt, durch Ziehen bearbeitet, um einen mehrfädigen supraleitenden Draht 9 zu bilden. In der vorliegenden Erfindung beträgt der Variationskoeffizient (COV) in den Querschnittsflächen der einfädigen supraleitenden Drähte im mehrfädigen supraleitenden Draht vor dem Bearbeiten durch Walzen höchstens 15 %. Der Variationskoeffizient (COV), der oben beschrieben wird, ist der Wert, der durch Teilen der Standardabweichung der Querschnittsflächen der mehrfädigen supraleitenden Drähte senkrecht zur Längsrichtung des mehrfädigen supraleitenden Drahtes vor der Bearbeitung durch Walzen durch den Durchschnittswert der vorgenannten Querschnittsflächen der mehreren einfädigen supraleitenden Drähte erhalten wird.
In Schritt S5, wie zum Beispiel in einer schematischen perspektivischen Ansicht in 17 gezeigt, wird der mehrfädige supraleitende Draht 9 durch Walzen bearbeitet, um die Form eines Bandes zu erhalten. Die Walzreduktion beträgt beim Walzprozess höchstens 82 %. Mit Bezug zum Beispiel auf eine schematische Seitenansicht in 18, ist die Walzreduktion (%) als der Prozentsatz der Verringerung der Dicke "t1" des mehrfädigen supraleitenden Drahtes 9 nach der Bearbeitung durch Walzen gegenüber der Dicke "t2" des mehrfädigen supraleitenden Drahtes 9 vor der Bearbeitung durch Walzen definiert (der Prozentsatz wird als 100 ×{ 1 – (t1/t2)} ausgedrückt).
In Schritt S6 wird der gewalzte mehrfädige supraleitende Draht 9 wärmebehandelt, um die Herstellung des bandförmigen Oxidsupraleiters abzuschließen. Die Wärmebehandlung wird bei einem Druck von mindestens 20,26 MPa (200 Atmosphären, atm) ausgeführt.
Die hier benannten Erfinder untersuchten die Verringerung der Querschnittsfläche im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes mit der Absicht, die kritische Stromdichte des supraleitenden Oxiddrahtes unverändert zu halten. Die hier benannten Erfinder haben jedoch festgestellt, dass die kritische Stromdichte ebenfalls verringert wird, wenn die vorgenannte Querschnittsfläche verringert wird.
Die hier benannten Erfinder haben auch festgestellt, dass die Verringerung der kritischen Stromdichte durch die Tatsache verursacht wird, dass bei Verringerung der vorgenannten Querschnittsfläche der Grad der Bearbeitung durch Ziehen erhöht wird, so dass sich der COV erhöht, wodurch der Stromfluss im supraleitenden Oxiddraht behindert wird.
Die hier benannten Erfinder haben ferner die Beziehung zwischen dem Anstieg im Grad der Bearbeitung und der Größe des COV untersucht. Die Untersuchung hat ergeben, dass bei Verringerung der Querschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes eine Menge eines Nichtsupraleiters, der einen Durchmesser von wenigstens 2 µm hat, zu einem Ausgangspunkt bei der Behinderung einer gleichförmigen Änderung in der Form des einfädigen supraleitenden Oxiddrahtes wird. Die Untersuchung hat auch gezeigt, dass der Durchmesser des Teilchens des Nichtsupraleiters von der Zeit des Einfüllens in die erste Metallhülse bis zum Abschluss des Walzprozesses fast denselben Wert beibehält.
Auf der Grundlage der oben beschriebenen Ergebnisse führten die hier benannten Erfinder intensiv eine weitere Untersuchung durch. Die Untersuchung hat ergeben, dass der COV höchstens 15 % wird, wenn die Zahl der Teilchen in einem Pulver eines Nichtsupraleiters, die einen Teilchendurchmesser von höchstens 2 µm haben, mindestens 95 % der Gesamtzahl der Teilchen in einem Pulver des Nichtsupraleiters ausmachen, was eine Verringerung in der Querschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes ermöglicht.
Der supraleitende Oxiddraht, dessen Querschnittsfläche durch das oben beschriebene Verfahren verringert wurde, entwickelte jedoch Schwankungen in der kritischen Stromdichte. Dementsprechend untersuchten die hier benannten Erfinder den supraleitenden Oxiddraht, der eine niedrige kritische Stromdichte hat. Die Untersuchung ergab, dass der Draht eine große Zahl von Defekten hat, die auf seiner Oberfläche gebildet sind, und dass im Abschnitt mit Bildung von Defekten der Oxidsupraleiter, der den Faden darstellt, eine relativ geringe Dichte hat. Eine weitere ausführliche Untersuchung hat eine Möglichkeit gezeigt, dass eine Korrelation zwischen der Walzreduktion zur Zeit des Walzens des mehrfädigen supraleitenden Drahtes und der Zahl der Defekte besteht.
Anschließend führten die hier benannten Erfinder ein Experiment aus, bei dem die vorgenannte Walzreduktion in einem Bereich von 70 % bis 85 % variiert wurde und der gewalzte mehrfädige supraleitende Draht bei einem Druck von mindestens 20,26 MPa (200 Atmosphären, atm) wärmebehandelt wurde, um die relative Dichte des Oxidsupraleiters zu erhöhen, der den Faden im supraleitenden Oxiddraht darstellt. Das Ergebnis hat bestätigt, dass der supraleitende Oxiddraht, der durch das folgende Verfahren erhalten wurde, eine Querschnittsfläche von höchstens 0,5 mm² im Querschnitt senkrecht zu seiner Längsrichtung und eine hohe kritische Stromdichte hat:

(a) ein Werkstoffpulver, bei dem die Zahl der Teilchen in einem Pulver eines Nichtsupraleiters, die einen Teilchendurchmesser von höchstens 2 µm haben, mindestens 95 % der Gesamtzahl der Teilchen im Pulver des Nichtsupraleiters ausmacht, wird verwendet, um zu erreichen, dass der Variationskoeffizient (COV) in den Querschnittsflächen der einfädigen supraleitenden Drähten im mehrfädigen supraleitenden Draht vor der Bearbeitung durch Walzen höchstens 15 % wird,
(b) die Walzoperation bei einer Walzreduktion von höchstens 82 % ausgeführt wird, und
(c) der gewalzte mehrfädige supraleitende Draht bei einem Druck von mindestens 20,26 MPa (200 Atmosphären, atm) wärmebehandelt wird. Außerdem ist es in Hinsicht auf das Erreichen eines supraleitenden Oxiddrahtes, der nicht nur eine weiter erhöhte kritische Stromdichte hat, sondern auch einen weiter verringerten Wechselstromverlust hat, wünschenswert, dass im Querschnitt des supraleitenden Oxiddrahtes, der durch das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes hergestellt wurde, die Fäden eine durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden von mindestens 0,2 % und höchstens 6 %, besser von mindestens 2 % und höchstens 6 %, der Querschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes haben.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes ist es wünschenswert, mehrere Male den Schritt des Verdrillens des mehrfädigen supraleitenden Drahtes vor der Bearbeitung durch Walzen auszuführen.
Wenn dieses Verfahren eingesetzt wird, kann die Verdrillganghöhe der Fäden im supraleitenden Oxiddraht weiter verringert werden. Wenn die Verdrillganghöhe auf höchstens 8 mm verringert wird, besser auf höchstens 5 mm, kann der Wechselstromverlust tendenziell weiter verringert werden, wie oben beschrieben.
19 zeigt ein wünschenswertes Beispiel eines Flussdiagramms für einen Prozess, bei dem die Verdrillungsoperation des mehrfädigen supraleitenden Drahtes vor der Bearbeitung durch Walzen mehrmals ausgeführt wird. Wie im Flussdiagramm gezeigt, wird der mehrfädige supraleitende Draht, der durch Walzen bearbeitet wird, zuerst durch Ziehen bearbeitet. Dann wird der gezogene mehrfädige supraleitende Draht einem Entfestigungsschritt unterzogen und wird anschließend verdrillt. Dann wird er wieder einem Entfestigungsschritt unterzogen und anschließend verdrillt. Dann wird er wieder einem Entfestigungsschritt unterzogen. Nach dem Schritt des Dressierens (kalten Nachwalzens) wird er anschließend durch Walzen bearbeitet. In der obigen Beschreibung wird der Entfestigungsschritt zum Beispiel durch Belassen des mehrfädigen supraleitenden Drahtes für mindestens 0,5 Stunden in der Atmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 200 °C und höchstens 300 °C ausgeführt. Der Schritt des Dressierens ist ein Schritt zum Glätten der Oberfläche des mehrfädigen supraleitenden Drahtes, zum Beispiel durch Laufenlassen durch eine Ziehdüse.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes ist es wünschenswert, eine Sperrschicht im supraleitenden Oxiddraht zu bilden. Wenn die Sperrschicht gebildet ist, verringert sich tendenziell der Wechselstromverlust. Insbesondere, wenn die Fäden verdrillt werden, verstärkt sich diese Tendenz weiter. Die Sperrschicht kann zwischen den Fäden und der Matrix gebildet werden, wobei beide den supraleitenden Oxiddraht darstellen, zum Beispiel durch Herstellen des supraleitenden Oxiddrahtes unter Verwendung von einfädigen supraleitenden Drähten, von denen jeder mit Material beschichtet ist, das die Sperrschicht bildet. In der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff "einfädiger supraleitender Draht" verwendet, bevor die oben beschriebene Wärmebehandlung ausgeführt wird, und der Begriff "Faden" wird verwendet, nachdem die Wärmebehandlung ausgeführt ist.
Bei dem supraleitenden Oxiddraht, der durch das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes erhalten wird, ist es wünschenswert, dass der Oxidsupraleiter im Faden eine relative Dichte von mindestens 99 % hat. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, steigt die kritische Stromdichte tendenziell weiter an.
Sowohl der supraleitende Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung wie auch der supraleitende Oxiddraht, der durch das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes hergestellt wird, haben eine kleine Querschnittsfläche im Schnitt senkrecht zu ihrer Längsrichtung. Folglich ermöglichen sie eine kompakte Verschränkung. Der Begriff "Verschränkung" soll bedeuten, dass, wie zum Beispiel im schematischen Diagramm in 20 gezeigt, die Außenseite und Innenseite des supraleitenden Oxiddrahtes 1 umgekehrt werden, als Maßnahme, um einen ungleichförmigen Stromfluss zu verhüten, wenn Wechselstrom fließt.
Die Verschränkung kann durch Biegen des supraleitenden Oxiddrahtes 1 seitlich erfolgen, wie zum Beispiel in einem schematischen Diagramm in 21 gezeigt.
Der herkömmliche supraleitende Oxiddraht hat eine große Querschnittsfläche im Schnitt senkrecht zu seiner Längsrichtung. Folglich kann der Draht nur mit einem Biegedurchmesser von etwa 1.000 mm seitlich gebogen werden, um seine kritische Stromdichte aufrechtzuerhalten. Andererseits haben sowohl der supraleitende Oxiddraht der vorliegenden Erfindung wie auch der supraleitende Oxiddraht, der durch das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes hergestellt wird, eine kleine Querschnittsfläche im Schnitt senkrecht zu ihrer Längsrichtung. Folglich können sie mit einem Biegedurchmesser von etwa 500 mm seitlich gebogen werden. Im Ergebnis dessen wird eine kompaktere Verschränkung möglich.
Sowohl der supraleitende Oxiddraht 1 der vorliegenden Erfindung, die supraleitende Struktur 14 der vorliegenden Erfindung, die den supraleitenden Oxiddraht 1 enthält, wie auch der supraleitende Oxiddraht, der durch das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes hergestellt wird, haben eine kleine Querschnittsfläche im Schnitt senkrecht zu ihrer Längsrichtung. Wenn sie für ein supraleitendes Kabel, einen supraleitenden Magneten oder eine andere Vorrichtung verwendet werden, kann die Vorrichtung folglich eine geringe Größe und ein geringes Gewicht aufweisen.
Ein supraleitender Magnet, der den supraleitenden Oxiddraht der vorliegenden Erfindung enthält, die supraleitende Struktur der vorliegenden Erfindung, die den vorgenannten supraleitenden Oxiddraht enthält, oder der supraleitende Oxiddraht, der durch das Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Oxiddrahtes hergestellt wird, können für ein Produkt verwendet werden, wie zum Beispiel einen Motorläufer, ein mittels einer Kühlvorrichtung gekühltes Magnetsystem oder ein MRI.
Der supraleitende Oxiddraht und die supraleitende Struktur, beide aus der vorliegenden Erfindung, können den Wechselstromverlust verringern. Der supraleitende Magnet, der einen von ihnen enthält, und eine Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Motorläufer, ein mittels einer Kühlvorrichtung gekühltes Magnetsystem oder ein MRI, das den vorgenannten supraleitenden Magneten enthält, können folglich tendenziell die Belastung verringern, wenn sie gekühlt werden.
Der supraleitende Oxiddraht und die supraleitende Struktur, beide gemäß der vorliegenden Erfindung, können in Form eines dünnen Bandes gebildet werden, das eine kleine Querschnittsfläche hat. In einem supraleitenden Kabel, das eines von ihnen enthält, verringert sich folglich tendenziell die Formänderung, die in ihnen erzeugt wird, wenn sie auf das Kernelement aufgewickelt sind, und die Größe des kritischen Stroms verringert sich tendenziell nicht.
BEISPIELE
Beispiel 1
Es wurden Bi₂O₃, PbO, SrCO₃, CaCO₃ und CuO verwendet. Ihre Pulver wurden gemischt, um das Mischungsverhältnis Bi:Pb:Sr:Ca:Cu = 1,79:0,4:1,96:2,18:3 zu erreichen. Das Mischpulver wurde durch Erwärmung und Pulverisierung behandelt, um ein Werkstoffpulver zu erhalten, das ein Pulver eines Oxidsupraleiters auf der Basis von Bi-2223 aufweist. Das Werkstoffpulver wurde in ein Silberrohr gefüllt, das einen Außendurchmesser von 12 mm und einen Innendurchmesser von 10 mm hat, welches als erste Metallhülse verwendet wurde. Das Silberrohr, das mit dem Pulver gefüllt war, wurde durch Ziehen bearbeitet, bis der Durchmesser 2 mm wurde, um einen einfädigen supraleitenden Draht zu erzeugen. Eine Sperrschicht, die aus Strontiumcarbonat hergestellt ist, wurde auf der Oberfläche des einfädigen supraleitenden Drahtes gebildet. Einundneunzig einfädige supraleitende Drähte, von denen jeder die Sperrschicht auf der Oberfläche besitzt, wurden in einem Silberrohr aufgenommen, das einen Außendurchmesser von 36 mm und einen Innendurchmesser von 27 mm hat, welches als zweite Metallhülse verwendet wurde. Das Silberrohr, das die einfädigen supraleitenden Drähte aufnahm, wurde durch Ziehen bearbeitet, bis der Durchmesser 0,9 mm wurde, um einen mehrfädigen supraleitenden Draht zu erzeugen.
Der mehrfädige supraleitende Draht wurde einem Entfestigungsschritt, bei dem der Draht eine Stunde in einer Atmosphäre bei 250 °C belassen wurde, und einem nachfolgenden Schritt zum Verdrillen des Drahtes unterzogen. Die Kombination der Schritte wurde wiederholt, bis die Fäden im supraleitenden Oxiddraht, die in diesem Beispiel erhalten werden sollten, eine Verdrillganghöhe von 8 mm hatten. Der mehrfädige supraleitende Draht wurde ferner einem Entfestigungsschritt unterzogen, bei dem der Draht eine Stunde lang in einer Atmosphäre bei 250 °C belassen wurde. Dann durchlief der Draht einen Schritt des Dressierens und einen anschließenden Schritt eines Walzprozesses.
Der gewalzte mehrfädige supraleitende Draht wurde dem ersten Sinterungsprozess in der Atmosphäre unterzogen. Dann wurde der Draht nochmals gewalzt. Anschließend wurde der Draht 50 Stunden bei 850 °C bei einem Druck von 20,26 MPa (200 Atmosphären, atm) wärmebehandelt. So wurde ein bandförmiger supraleitender Oxiddraht (der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 1) erhalten.
Ein Teil des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 1 wurde in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsrichtung geschnitten. Der geschnittene Querschnitt zeigte eine Struktur, bei der die Fäden in die Matrix eingebettet waren, die aus Silber hergestellt ist, und jeder Faden war von einer Sperrschicht umgeben.
Eine Messung, die am Schnitt ausgeführt wurde, zeigte, dass die Querschnittsfläche 0,5 mm² betrug. Im Schnitt betrug die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden 0,2 % der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes. Die Fäden, die im supraleitenden Oxiddraht in Beispiel 1 enthalten waren, hatten ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10.
Der supraleitende Draht in Beispiel 1, der so erhalten wurde, wurde einer Messung der kritischen Stromdichte bei einem Zustand von 77 K (Kelvin) und 0 T (Tesla) unterzogen. Das gemessene Ergebnis wird in Tabelle I gezeigt. Wie in Tabelle I gezeigt, wurde bestätigt, dass der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 1 eine kritische Stromdichte von 11 kA/cm² hat.
Der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 1 wurde auch einer Messung des Wechselstromverlustes unterzogen. Das gemessene Ergebnis wird in Tabelle I gezeigt. Wie in Tabelle I gezeigt, wird bestätigt, dass der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 1 einen Wechselstromverlust von 15 µJ/A/m/Zyklus hat.
Beispiel 2
Ein supraleitender Oxiddraht in Beispiel 2 wurde mit demselben Verfahren und unter denselben Bedingungen wie in den in Beispiel 1 verwendeten hergestellt, außer dass 37 einfädige supraleitende Drähte, von denen jeder einen Durchmesser von 3,8 mm hat, in einer zweiten Metallhülse aufgenommen, so dass die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden auf 1 % der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes eingestellt werden konnte.
Ein Teil des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 2 wurde in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsrichtung geschnitten. Der geschnittene Querschnitt zeigte eine Struktur, bei der die Fäden in die Matrix eingebettet waren, die aus Silber hergestellt ist, und jeder Faden war von einer Sperrschicht umgeben.
Eine Messung, die am Schnitt ausgeführt wurde, zeigte, dass die Querschnittsfläche 0,5 mm² betrug. Die Fäden, die im supraleitenden Oxiddraht in Beispiel 2 enthalten waren, hatten ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10.
Der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 2 wurde Messungen der kritischen Stromdichte und des Wechselstromverlustes unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen wie den in Beispiel 1 verwendeten unterzogen. Die gemessenen Ergebnisse werden in Tabelle I gezeigt. Wie in Tabelle I gezeigt, hat der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 2 eine kritische Stromdichte von 12 kA/cm² und einen Wechselstromverlust von 14 µJ/A/m/Zyklus.
Beispiel 3
Ein supraleitender Oxiddraht in Beispiel 3 wurde mit demselben Verfahren und unter denselben Bedingungen wie in den in Beispiel 1 verwendeten hergestellt, außer dass 19 einfädige supraleitende Drähte, von denen jeder einen Durchmesser von 5,3 mm hat, in der zweiten Metallhülse aufgenommen wurden, so dass die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden auf 2 % der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes eingestellt werden konnte.
Ein Teil des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 3 wurde in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsrichtung geschnitten. Der geschnittene Querschnitt zeigte eine Struktur, bei der die Fäden in die Matrix eingebettet waren, die aus Silber hergestellt ist, und jeder Faden war von einer Sperrschicht umgeben. Eine Messung, die am Schnitt ausgeführt wurde, zeigte, dass die Querschnittsfläche 0,5 mm² betrug. Die Fäden, die im supraleitenden Oxiddraht in Beispiel 3 enthalten waren, hatten ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10.
Der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 3 wurde Messungen der kritischen Stromdichte und des Wechselstromverlustes unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen wie den in Beispiel 1 verwendeten unterzogen. Die gemessenen Ergebnisse werden in Tabelle I gezeigt. Wie in Tabelle I gezeigt, hat der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 3 eine kritische Stromdichte von 13 kA/cm² und einen Wechselstromverlust von 11 µJ/A/m/Zyklus.
Beispiel 4
Ein supraleitender Oxiddraht in Beispiel 4 wurde mit demselben Verfahren und unter denselben Bedingungen wie in den in Beispiel 1 verwendeten hergestellt, außer dass sieben einfädige supraleitende Drähte, von denen jeder einen Durchmesser von 8,5 mm hat, in der zweiten Metallhülse aufgenommen wurden, so dass die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden auf 6 % der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes eingestellt werden konnte.
Ein Teil des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 4 wurde in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsrichtung geschnitten. Der geschnittene Querschnitt zeigte eine Struktur, bei der die Fäden in die Matrix eingebettet waren, die aus Silber hergestellt ist, und jeder Faden war von einer Sperrschicht umgeben.
Eine Messung, die am Schnitt ausgeführt wurde, zeigte, dass die Querschnittsfläche 0,5 mm² betrug. Die Fäden, die im supraleitenden Oxiddraht in Beispiel 4 enthalten waren, hatten ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10.
Der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 4 wurde Messungen der kritischen Stromdichte und des Wechselstromverlustes unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen wie den in Beispiel 1 verwendeten unterzogen. Die gemessenen Ergebnisse werden in Tabelle I gezeigt. Wie in Tabelle I gezeigt, hat der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 4 eine kritische Stromdichte von 12 kA/cm² und einen Wechselstromverlust von 10 µJ/A/m/Zyklus.
Vergleichsbeispiel 1
Ein supraleitender Oxiddraht in Vergleichsbeispiel 1 wurde mit demselben Verfahren und unter denselben Bedingungen wie in den in Beispiel 1 verwendeten hergestellt, außer dass 127 einfädige supraleitende Drähte, von denen jeder einen Durchmesser von 1,7 mm hat, in der zweiten Metallhülse aufgenommen wurden, so dass die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden auf 0,15 % der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes eingestellt werden konnte.
Ein Teil des supraleitenden Oxiddrahtes in Vergleichsbeispiel 1 wurde in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsrichtung geschnitten. Der geschnittene Querschnitt zeigte eine Struktur, bei der die Fäden in die Matrix eingebettet waren, die aus Silber hergestellt ist, und jeder Faden war von einer Sperrschicht umgeben.
Eine Messung, die am Schnitt ausgeführt wurde, zeigte, dass die Querschnittsfläche 0,5 mm² betrug. Die Fäden, die im supraleitenden Oxiddraht in Vergleichsbeispiel 1 enthalten waren, hatten ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10.
Der supraleitende Oxiddraht in Vergleichsbeispiel 1 wurde Messungen der kritischen Stromdichte und des Wechselstromverlustes unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen wie den in Beispiel 1 verwendeten unterzogen. Die gemessenen Ergebnisse werden in Tabelle I gezeigt. Wie in Tabelle I gezeigt, hat der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 1 eine kritische Stromdichte von 5 kA/cm² und einen Wechselstromverlust von 24 µJ/A/m/Zyklus.
Vergleichsbeispiel 2
Ein supraleitender Oxiddraht in Vergleichsbeispiel 2 wurde mit demselben Verfahren und unter denselben Bedingungen wie in den in Beispiel 4 verwendeten hergestellt, außer dass die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden auf 6,5 % der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes durch Verwendung der zweiten Metallhülse, die einen Außendurchmesser von 36 mm und einen Innendurchmesser von 27 mm hat, eingestellt werden konnte.
Ein Teil des supraleitenden Oxiddrahtes in Vergleichsbeispiel 2 wurde in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsrichtung geschnitten. Der geschnittene Querschnitt zeigte eine Struktur, bei der die Fäden in die Matrix eingebettet waren, die aus Silber hergestellt ist, und jeder Faden war von einer Sperrschicht umgeben.
Eine Messung, die am Schnitt ausgeführt wurde, zeigte, dass die Querschnittsfläche 0,5 mm² betrug. Die Fäden, die im supraleitenden Oxiddraht in Vergleichsbeispiel 2 enthalten waren, hatten ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10.
Der supraleitende Oxiddraht in Vergleichsbeispiel 2 wurde Messungen der kritischen Stromdichte und des Wechselstromverlustes unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen wie den in Beispiel 1 verwendeten unterzogen. Die gemessenen Ergebnisse werden in Tabelle I gezeigt.

Wie in Tabelle I gezeigt, hat der supraleitende Oxiddraht in Vergleichsbeispiel 2 eine kritische Stromdichte von 6 kA/cm² und einen Wechselstromverlust von 22 µJ/A/m/Zyklus. Tabelle I

	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2
Art des Oxidsupraleiters	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223
Querschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes (mm²)	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Prozentsatz der durchschnittlichen Querschnittsfläche pro Faden gegenüber der Querschnitts fläche des supraleitenden Oxiddrahtes (%)	0,2	1	2	6	0,15	6,5
Seitenverhältnis	> 10	> 10	> 10	> 10	> 10	> 10
Verdrillganghöhe (mm)	8	8	8	8	8	8
Vorhandensein oder Fehlen der Sperrschicht	vorhanden	vorhanden	vorhanden	vorhanden	vorhanden	vorhanden
kritische Stromdichte (kA/cm²)	11	12	13	12	5	6
Wechselstromverlust (µJ/A/m/Zyklus)	15	14	11	10	24	22

Wie oben erklärt, haben die supraleitenden Oxiddrähte in den Beispielen 1 bis 4 die folgenden Merkmale:

(a) der Faden, der einen Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 hat, ist in die Matrix eingebettet, die aus Silber hergestellt ist,
(b) die Querschnittsfläche beträgt 0,5 mm² in der Querschnittsfläche im Schnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes, und
(c) im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes liegt die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden im Bereich von mindestens 0,2 % und höchstens 6 % der Querschnittsfläche des gesamten des supraleitenden Oxiddrahtes.

Andererseits haben die supraleitenden Oxiddrähte in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 Werte von 0,15 % bzw. 6,5 % der durchschnittlichen Querschnittsfläche pro Faden gegenüber der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes im Schnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes. Tabelle I zeigt, dass die supraleitenden Oxiddrähte in den Beispielen 1 bis 4 nicht nur die kritische Stromdichte erhöhen können, sondern auch den Wechselstromverlust im Vergleich zu den supraleitenden Drähten in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 verringern können.
Insbesondere haben die supraleitenden Oxiddrähte in den Beispielen 3 und 4 im Schnitt senkrecht zu ihrer Längsrichtung eine durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden, die in den Bereich von mindestens 2 % bis höchstens 6 % der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes fällt.
Tabelle I zeigt, dass sie nicht nur die kritische Stromdichte erhöhen können, sondern insbesondere auch den Wechselstromverlust verringern können.
Beispiel 5
Ein Werkstoffpulver, das einen Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 besitzt, wurde unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen wie den in Beispiel 1 verwendeten hergestellt. Das Werkstoffpulver hatte ein Pulver eines Nichtsupraleiters zusätzlich zum Pulver des Oxidsupraleiters auf der Basis von Bi-2223. Es wurde eine Untersuchung zum Teilchendurchmesser des Pulvers des Nichtsupraleiters durchgeführt. Das Ergebnis bestätigte, dass die Zahl der Teilchen im Pulver des Nichtsupraleiters, die einen Teilchendurchmesser von höchstens 2 µm haben, mindestens 95 % der Gesamtzahl der Teilchen im Pulver des Nichtsupraleiters ausmacht, der im Werkstoffpulver enthalten ist.
Das Werkstoffpulver wurde in ein Silberrohr gefüllt, das einen Außendurchmesser von 12 mm und einen Innendurchmesser von 10 mm hat, welches als erste Metallhülse verwendet wurde.
Das Silberrohr, das mit dem Pulver gefüllt war, wurde durch Ziehen bearbeitet, bis der Durchmesser 2 mm wurde, um einen einfädigen supraleitenden Draht zu erzeugen. Eine Sperrschicht, die aus Strontiumcarbonat hergestellt ist, wurde auf der Oberfläche des einfädigen supraleitenden Drahtes gebildet. Einundneunzig einfädige supraleitende Drähte, von denen jeder die Sperrschicht auf der Oberfläche hat, wurden in einem Silberrohr aufgenommen, das einen Außendurchmesser von 36 mm und einen Innendurchmesser von 27 mm hat, welches als zweite Metallhülse verwendet wurde. Das Silberrohr, das die einfädigen supraleitenden Drähte aufnahm, wurde durch Ziehen bearbeitet, bis der Durchmesser 0,9 mm wurde, um einen mehrfädigen supraleitenden Draht zu erzeugen. In diesem Stadium wurde eine Untersuchung zum COV durchgeführt, welches der Variationskoeffizient in den Querschnittsflächen der einfädigen supraleitenden Drähte im mehrfädigen supraleitenden Draht ist. Die Untersuchung bestätigte, dass der COV nicht mehr als 15 % betrug.
Der mehrfädige supraleitende Draht wurde einem Entfestigungsschritt, bei dem der Draht eine Stunde in einer Atmosphäre bei 250 °C belassen wurde, und einem nachfolgenden Schritt zum Verdrillen des Drahtes unterzogen. Die Kombination der Schritte wurde wiederholt, bis die Fäden im supraleitenden Oxiddraht, die in diesem Beispiel erhalten werden sollten, eine Verdrillganghöhe von 8 mm hatten. Der mehrfädige supraleitende Draht wurde ferner einem Entfestigungsschritt unterzogen, bei dem der Draht eine Stunde lang in einer Atmosphäre bei 250 °C gelassen wurde. Dann wurde der Draht einem Schritt des Dressierens und einem anschließenden Schritt des Walzprozesses unterzogen, wobei die Walzreduktion nach Festlegung höchstens 82 % betragen soll.
Der gewalzte supraleitende Draht wurde 50 Stunden bei 850 °C bei einem Druck von 20,26 MPa (200 Atmosphären, atm) wärmebehandelt. So wurde ein bandförmiger supraleitender Oxiddraht (der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 5) erhalten.
Ein Teil des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 5 wurde in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsrichtung geschnitten. Der geschnittene Querschnitt zeigte eine Struktur, bei der die Fäden in die Matrix eingebettet waren, die aus Silber hergestellt ist, und jeder Faden war von einer Sperrschicht umgeben. Eine Messung, die am Schnitt ausgeführt wurde, zeigte, dass die Querschnittsfläche 0,5 mm² betrug.
Der so erhaltene supraleitende Oxiddraht in Beispiel 5 wurde Messungen der kritischen Stromdichte und des Wechselstromverlustes unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen wie den in Beispiel 1 verwendeten unterzogen. Die gemessenen Ergebnisse zeigten, dass der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 5 eine kritische Stromdichte von 10 kA/cm² und einen Wechselstromverlust von 15 µJ/A/m/Zyklus hat.
Beispiele 6 bis 12
Es wurden Bi₂O₃, PbO, SrCO₃, CaCO₃ und CuO verwendet. Ihre Pulver wurden gemischt, um das Mischungsverhältnis Bi:Pb:Sr:Ca:Cu = 1,79:0,4:1,96:2,18:3 zu erreichen. Das Mischpulver wurde durch Erwärmung und Pulverisierung behandelt, um ein Werkstoffpulver zu erhalten, das ein Pulver eines Oxidsupraleiters auf der Basis von Bi-2223 aufweist. Das Werkstoffpulver wurde in ein Silberrohr gefüllt, das einen Außendurchmesser von 12 mm und einen Innendurchmesser von 10 mm hat, welches als erste Metallhülse verwendet wurde.
Das Silberrohr, das mit dem Pulver gefüllt war, wurde durch Ziehen bearbeitet, bis der Durchmesser 1,5 mm wurde, um einen einfädigen supraleitenden Draht zu erzeugen. Eine Sperrschicht, die aus Strontiumcarbonat hergestellt ist, wurde auf der Oberfläche des einfädigen supraleitenden Drahtes gebildet. Neunzehn einfädige supraleitende Drähte, von denen jeder die Sperrschicht auf der Oberfläche hat, wurden in einem Silberrohr aufgenommen, das einen Außendurchmesser von 12 mm und einen Innendurchmesser von 9 mm hat, welches als zweite Metallhülse verwendet wurde. Das Silberrohr, das die einfädigen supraleitenden Drähte aufnahm, wurde durch Ziehen bearbeitet, bis der Durchmesser 0,5 mm wurde, um einen mehrfädigen supraleitenden Draht zu erzeugen.
Als nächstes wurden mehrere mehrfädige supraleitende Drähte von dem erzeugten mehrfädigen supraleitenden Draht abgeschnitten. Die erhaltenen mehreren mehrfädigen supraleitenden Drähte wurden einem Entfestigungsschritt, bei dem die Drähte eine Stunde lang in einer Atmosphäre bei 250 °C gelassen wurden, und einem nachfolgenden Schritt zum einzelnen Verdrillen der Drähte unterzogen. Die Kombination der Schritte wurde wiederholt, bis die Fäden im supraleitenden Oxiddraht, der in jedem der Beispiele 6 bis 12 hergestellt werden sollte, eine Verdrillganghöhe hatte, die sich von der der anderen Beispiele in dieser Gruppe unterschied. So wurden mehrere mehrfädige supraleitende Drähte hergestellt.
Diese mehrfädigen supraleitenden Drähte wurden einem Entfestigungsschritt unterzogen, bei dem die Drähte eine Stunde lang in einer Atmosphäre bei 250 °C gelassen wurden. Dann durchliefen die Drähte einen Schritt des Dressierens und einen anschließenden Schritt eines Walzprozesses. Die gewalzten mehrfädigen supraleitenden Drähte wurden dem ersten Sinterungsprozess in der Atmosphäre unterzogen. Dann wurden die Drähte wieder gewalzt. Anschließend wurden die Drähte 50 Stunden bei 850 °C bei einem Druck von 20,26 MPa (200 Atmosphären, atm) wärmebehandelt. So wurden die bandförmigen supraleitenden Oxiddrähte in den Beispielen 6 bis 12, die Strukturen haben, welche in Tabelle II gezeigt werden, erhalten. Trotz der obigen Beschreibung wurde der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 12 keinem Entfestigungsschritt und Verdrillungsschritt des mehrfädigen supraleitenden Drahtes unterzogen. Tabelle II hat folglich für diesen Draht keinen Eintrag im Abschnitt der Verdrillganghöhe.
Ein Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes in jedem der Beispiele 6 bis 12 zeigte eine Struktur, bei der die Fäden in die Matrix eingebettet waren, die aus Silber hergestellt ist, und jeder Faden von der Sperrschicht umgeben war.
Im Querschnitt des supraleitenden Oxiddrahtes in jedem der Beispiele 6 bis 12 betrug die Querschnittsfläche 0,3 mm². In diesem Schnitt betrug die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden 1 % der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes. Die Fäden, die im supraleitenden Oxiddraht in jedem der Beispiele 6 bis 12 enthalten waren, hatten ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10.
Der supraleitende Oxiddraht in jedem der Beispiele 6 bis 12 wurde Messungen der kritischen Stromdichte und des Wechselstromverlustes unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen wie den in Beispiel 1 verwendeten unterzogen. Die gemessenen Ergebnisse werden in Tabelle II gezeigt.
Wie in Tabelle II gezeigt, bestätigten die gemessenen Ergebnisse, dass die supraleitenden Oxiddrähte in den Beispielen 6 bis 9, die eine Verdrillganghöhe von 8 mm oder weniger haben, den Wechselstromverlust im Vergleich zu den supraleitenden Oxiddrähten in den Beispielen 10 bis 12, die eine Verdrillganghöhe von mehr als 8 mm haben, verringern können.
Die gemessenen Ergebnisse bestätigten auch, dass die supraleitenden Oxiddrähte in den Beispielen 6 bis 8, die eine Verdrillganghöhe von 5 mm oder weniger haben, den Wechselstromverlust im Vergleich zu den supraleitenden Oxiddrähten in den Beispielen 9 bis 12, die eine Verdrillganghöhe von mehr als 8 mm haben, verringern können.
Vergleichsbeispiele 3 bis 8
Es wurden Bi₂O₃, PbO, SrCO₃, CaCO₃ und CuO verwendet. Ihre Pulver wurden gemischt, um das Mischungsverhältnis Bi:Pb:Sr:Ca:Cu = 1,79:0,4:1,96:2,18:3 zu erreichen. Das Mischpulver wurde durch Erwärmung und Pulverisierung behandelt, um ein Werkstoffpulver zu erhalten, das ein Pulver eines Oxidsupraleiters auf der Basis von Bi-2223 aufweist. Das Werkstoffpulver wurde in ein Silberrohr gefüllt, das einen Außendurchmesser von 12 mm und einen Innendurchmesser von 10 mm hat, welches als erste Metallhülse verwendet wurde.
Das Silberrohr, das mit dem Pulver gefüllt war, wurde durch Ziehen bearbeitet, bis der Durchmesser 2 mm wurde, um einen einfädigen supraleitenden Draht zu erzeugen. Eine Sperrschicht, die aus Strontiumcarbonat hergestellt ist, wurde auf der Oberfläche des einfädigen supraleitenden Drahtes gebildet. Neunzehn einfädige supraleitende Drähte, von denen jeder die Sperrschicht auf der Oberfläche hat, wurden in einem Silberrohr aufgenommen, das einen Außendurchmesser von 12 mm und einen Innendurchmesser von 9 mm hat, welches als zweite Metallhülse verwendet wurde. Das Silberrohr, das die einfädigen supraleitenden Drähte aufnahm, wurde durch Ziehen bearbeitet, bis der Durchmesser 1,8 mm wurde, um einen mehrfädigen supraleitenden Draht zu erzeugen.
Als nächstes wurden mehrere mehrfädige supraleitende Drähte von dem erzeugten mehrfädigen supraleitenden Draht abgeschnitten. Die erhaltenen mehreren mehrfädigen supraleitenden Drähte wurden einem Entfestigungsschritt, bei dem die Drähte eine Stunde lang in einer Atmosphäre bei 250 °C gelassen wurden, und einem nachfolgenden Schritt zum einzelnen Verdrillen der Drähte unterzogen. Die Kombination der Schritte wurde wiederholt, bis die Fäden im supraleitenden Oxiddraht, der in jedem der Vergleichsbeispiele 3 bis 8 hergestellt werden sollte, eine Verdrillganghöhe hatte, die sich von der der anderen Vergleichsbeispiele in dieser Gruppe unterschied. So wurden mehrere mehrfädige supraleitende Drähte hergestellt. Wenn die Verdrillganghöhe 8 mm oder weniger sein sollte, trat während dieses Prozesses der Bruch des Drahtes bei hoher Frequenz auf, was die Bearbeitung verhinderte.
Die mehrfädigen supraleitenden Drähte, die den Herstellungsprozess überstanden, wurden einem Entfestigungsschritt unterzogen, bei dem die Drähte eine Stunde lang in einer Atmosphäre bei 250 °C gelassen wurden. Dann durchliefen die Drähte einen Schritt des Dressierens und einen anschließenden Schritt eines Walzprozesses. Die gewalzten mehrfädigen supraleitenden Drähte wurden dem ersten Sinterungsprozess in der Atmosphäre unterzogen. Dann wurden die Drähte wieder gewalzt. Anschließend wurden die Drähte 50 Stunden bei 850 °C bei einem Druck von 20,26 MPa (200 Atmosphären, atm) wärmebehandelt. So wurden die bandförmigen supraleitenden Oxiddrähte in den Vergleichsbeispielen 6 bis 8, die Strukturen haben, welche in Tabelle III gezeigt werden, erhalten. Andererseits war es nicht möglich, die bandförmigen supraleitenden Oxiddrähte in den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 wegen des häufigen Auftretens von Brüchen der Drähte während der vorhergehenden Verdrillungsoperation herzustellen. Da außerdem der supraleitende Oxiddraht im Vergleichsbeispiel 8 nicht dem Entfestigungsschritt und dem Verdrillungsschritt des mehrfädigen supraleitenden Drahtes unterzogen wurde, weist Tabelle III keine Beschreibung zur Verdrillganghöhe für den Draht auf.
Ein Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes in jedem der Vergleichsbeispiele 6 bis 8 zeigte eine Struktur, bei der die Fäden in die Matrix eingebettet waren, die aus Silber hergestellt ist, und bei der jeder Faden von der Sperrschicht umgeben war.
Im Querschnitt des supraleitenden Oxiddrahtes in jedem der Vergleichsbeispiele 6 5 bis 8 betrug die Querschnittsfläche 0,8 mm². In diesem Schnitt betrug die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden 1 % der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes.

Der supraleitende Oxiddraht in jedem der Vergleichsbeispiele 6 bis 8 wurde 10 Messungen der kritischen Stromdichte und des Wechselstromverlustes unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen wie den in Beispiel 1 verwendeten unterzogen. Die gemessenen Ergebnisse werden in Tabelle III gezeigt. Bezüglich der supraleitenden Oxiddrähte in den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 war es nicht möglich, ihre kritische Stromdichte und den Wechselstromverlust zu 15 messen, da sie nicht hergestellt werden konnten. Tabelle III

	Vergleichsbeispiel 3	Vergleichsbeispiel 4	Vergleichsbeispiel 5	Vergleichsbeispiel 6	Vergleichsbeispiel 7	Vergleichsbeispiel 8
Art des Oxidsupraleiters	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223
Querschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes (mm²)	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Prozentsatz der durchschnittlichen Querschnittsfläche pro Faden gegenüber der Querschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes (%)	1	1	1	1	1	1
Seitenverhältnis	> 10	> 10	> 10	> 10	> 10	> 10
Verdrillganghöhe (mm)	2	4	8	12	20	-
Vorhandensein oder Fehlen der Sperrschicht	vorhanden	vorhanden	vorhanden	vorhanden	vorhanden	vorhanden
kritische Stromdichte (kA/cm²)	nicht messbar	nicht messbar	nicht messbar	12	12	12
Wechselstromverlust (µJ/A/m/Zyklus)	nicht messbar	nicht messbar	nicht messbar	29	30	31

Wie in Tabelle III gezeigt, bestätigten die gemessenen Ergebnisse, dass die supraleitenden Oxiddrähte in den Vergleichsbeispielen 6 bis 8 einen Wechselstromverlust haben, der größer als der der supraleitenden Oxiddrähte in 5 den Beispielen 1 bis 12 ist.
Beispiele 13 bis 18
Supraleitende Oxiddrähte in den Beispielen 13 bis 18, die jeweils eine 10 Verdrillganghöhe haben, die sich von den anderen unterscheidet, wurden unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen hergestellt, wie den in Beispiel 1 verwendeten, außer dass keine Sperrschicht, die aus Strontiumcarbonat besteht, auf der Oberfläche des einfädigen supraleitenden Drahtes gebildet wurde. Als weitere Ausnahme wurde der supraleitende Oxiddraht 15 in Beispiel 18 keinem Entfestigungsschritt und Verdrillungsschritt des mehrfädigen supraleitenden Drahtes unterzogen. Tabelle IV hat folglich für diesen Draht keinen Eintrag im Abschnitt zur Verdrillganghöhe.
Ein Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Oxiddrahtes in 20 jedem der Beispiele 13 bis 18 zeigte eine Struktur, bei der die Fäden in die Matrix eingebettet waren, die aus Silber hergestellt ist, und jeder Faden nicht von der Sperrschicht umgeben war.
Im Querschnitt des supraleitenden Oxiddrahtes in jedem der Beispiele 13 bis 18 25 betrug die Querschnittsfläche 0,5 mm². In diesem Schnitt betrug die durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden 1 % der Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Oxiddrahtes. Die Fäden, die im supraleitenden Oxiddraht in jedem der Beispiele 13 bis 18 enthalten waren, hatten ein durchschnittliches Seitenverhältnis von mehr als 10.

Der supraleitende Oxiddraht in jedem der Beispiele 13 bis 18 wurde Messungen der kritischen Stromdichte und des Wechselstromverlustes unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Bedingungen wie den in Beispiel 1 verwendeten unterzogen. Die gemessenen Ergebnisse werden in Tabelle IV gezeigt. Tabelle IV

	Beispiel 13	Beispiel 14	Beispiel 15	Beispiel 16	Beispiel 17	Beispiel 18
Art des Oxidsupraleiters	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223	Bi-2223
Querschnitts fläche des supraleitenden Oxiddrahtes (mm²)	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Prozentsatz der durchschnittliche n Querschnitts fläche pro Faden gegenüber der Querschnitts fläche des supraleitenden Oxiddrahtes (%)	1	1	1	1	1	1
Seitenverhältnis	> 10	> 10	> 10	> 10	> 10	> 10
Verdrillganghöhe (mm)	6	8	10	12	20	-
Vorhandensein oder Fehlen der Sperrschicht	fehlt	fehlt	fehlt	fehlt	fehlt	fehlt
kritische Stromdichte (kA/cm²)	12	13	13	13	13	14
Wechselstrom verlust (µJ/A/m/Zyklus)	14	15	20	20	24	26

Wie in Tabelle IV gezeigt, bestätigten die gemessenen Ergebnisse, dass die supraleitenden Oxiddrähte in den Beispielen 13 und 14, die eine Verdrillganghöhe von 8 mm oder weniger haben, den Wechselstromverlust im Vergleich zu den supraleitenden Oxiddrähten in den Beispielen 15 bis 18, die eine Verdrillganghöhe von mehr als 8 mm haben, verringern können.
Beispiel 19
Ein supraleitender Oxiddraht in Beispiel 19 wurde durch Überlappen eines Bandes auf der Basis von Polyimid unter Verwendung eines Halbüberlappungsverfahrens auf der Oberfläche des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 1 hergestellt. Nachdem bestätigt wurde, dass die gesamte Länge des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 19 mit dem vorhergehenden Band isoliert war, wurde eine Flachspule hergestellt.
Eine Flachspule wird herkömmlicherweise durch Aufwickeln eines Isolierblatts zusammen mit einem supraleitenden Oxiddraht hergestellt, um die Isolation zwischen den supraleitenden Drähten sicherzustellen. Andererseits wird der supraleitende Oxiddraht in Beispiel 19 mit dem Band auf Polyimidbasis versehen, das auf seine Oberfläche unter Verwendung eines Halbüberlappungsverfahrens aufgebracht wird. Es ist daher nicht notwendig, ein Isolierblatt zusammen mit dem supraleitenden Oxiddraht aufzuwickeln, so dass die Bearbeitbarkeit beträchtlich verbessert wird.
Beispiel 20
Ein supraleitender Oxiddraht in Beispiel 20 wurde durch Aufkleben eines Kupferbandes auf beide Hauptflächen (die Oberflächen, die die größte Fläche haben) des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 1 in Längsrichtung hergestellt.
Als ein Zugversuch am supraleitenden Oxiddraht in Beispiel 20 ausgeführt wurde, zeigte das Ergebnis, dass der Draht eine Zugfestigkeit hat, die mindestens 1,5-mal so groß wie die des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 1 ist. Die Erhöhung der Zugfestigkeit erzeugt Spielraum nicht nur bei der Konstruktion der Wickelspannung für eine Spulenwicklung, wobei diese Spannung durch die Festigkeit des supraleitenden Oxiddrahtes bestimmt wird, sondern auch beim Entwurf der Belastung zum Zeitpunkt, an dem ein supraleitendes Kabel geschlagen wird. Im Ergebnis dessen wird es möglich, einen flexiblen Entwurf auszuführen.
Beispiel 21
Ein supraleitender Oxiddraht in Beispiel 21 wurde durch den folgenden Prozess hergestellt. Zuerst wurde ein Kupferband auf beide Hauptflächen des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 1 in Längsrichtung aufgeklebt. Dann wurde der supraleitende Oxiddraht, der mit den aufgeklebten Kupferbändern versehen war, ferner mit zwei Isolierbändern versehen, die aus Polytetrafluorethylen hergestellt waren, indem sie darauf in seiner Längsrichtung aufgeklebt wurden. Zu diesem Zeitpunkt wurden die zwei Isolierbänder zuerst auf seine zwei Hauptflächen geklebt und dann miteinander verklebt, um so die gesamte Oberfläche des Drahtes abzudecken, wie in 8 gezeigt.
Es wurde bestätigt, dass die gesamte Länge des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 21 isoliert war. Als ein Zugversuch am supraleitenden Oxiddraht in Beispiel 21 ausgeführt wurde, zeigte das Ergebnis, dass der Draht eine Zugfestigkeit hat, die mindestens zweimal so groß wie die des supraleitenden Oxiddrahtes in Beispiel 1 ist.
Beispiel 22
Eine supraleitende Struktur in Beispiel 22 wurde durch Verdrillen von drei supraleitenden Oxiddrähten in Beispiel 19 hergestellt, wobei sie kontinuierlich mit einem Biegedurchmesser von 1.000 mm seitlich gebogen wurden. Die supraleitende Struktur in Beispiel 22 wurde zum Herstellen einer Zylinderspule verwendet. Eine Messung unter Verwendung einer Rogowski-Spule bestätigte, dass der ungleichförmige Stromfluss zwischen den drei supraleitenden Oxiddrähten unterdrückt wurde.
Es ist zu berücksichtigen, dass die oben offenbarten Ausführungsformen und Beispiele erläuternder Art und in keiner Hinsicht einschränkend sind. Der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung wird durch den Geltungsbereich der angehängten Ansprüche, nicht durch die oben beschriebenen Erläuterungen angezeigt. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung alle Überarbeitungen und Modifizierungen erfassen, die innerhalb der Bedeutung und des Geltungsbereichs liegen, welcher äquivalent zum Geltungsbereich der Ansprüche ist.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann die folgenden Produkte bereitstellen:

(a) einen supraleitenden Oxiddraht, der nicht nur seine kritische Stromdichte erhöhen kann, sondern auch seinen Wechselstromverlust verringern kann, und
(b) eine supraleitende Struktur, die den oben beschriebenen supraleitenden Oxiddraht umfasst.

Claims

Supraleitender Oxiddraht (1), der die Form eines Bandes hat und umfasst: (a) eine Matrix (2) und (b) mehrere Fäden (3), von denen jeder einen Oxidsupraleiter auf der Basis von Bi-2223 besitzt, und die in die Matrix (2) eingebettet sind, – wobei der supraleitende Oxiddraht (1) in einem Schnitt senkrecht zur Längsrichtung eine Querschnittsfläche von höchstens 0,5 mm² besitzt und – wobei die Fäden (3) im Querschnitt des supraleitenden Oxiddrahtes (1) eine durchschnittliche Querschnittsfläche pro Faden von mindestens 0,2 % und höchstens 6 % der Querschnittsfläche des supraleitenden Oxiddrahtes haben, wobei die Fäden (3) ein durchschnittliches Seitenverhältnis größer als 10 haben.
Supraleitender Oxiddraht (1) nach Anspruch 1, wobei die Fäden (3) sich um die Längsmittelachse des supraleitenden Oxiddrahtes bei einer Verdrillganghöhe von höchstens 8 mm drehen, wobei die Verdrillganghöhe die Ganghöhe ist, mit der sich die Fäden (3) drehen.
Supraleitender Oxiddraht (1) nach Anspruch 2, wobei die Verdrillganghöhe höchstens 5 mm beträgt.
Supraleitender Oxiddraht (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Sperrschicht zwischen den Fäden gebildet ist.
Supraleitender Oxiddraht (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Metallband (10) auf einer Oberfläche der Matrix (2) bereitgestellt ist.
Supraleitender Oxiddraht (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Isolierfilm (11) auf der Oberfläche der Matrix (2) bereitgestellt ist.
Supraleitender Oxiddraht (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei (a) ein Metallband (10) auf der Oberfläche der Matrix (2) bereitgestellt ist und (b) ein Isolierfilm (11) auf der Oberfläche des Metallbandes (10) bereitgestellt ist.
Supraleitende Struktur (14), die mehrere supraleitende Oxiddrähte (1) nach Anspruch 6 oder 7 umfasst, – wobei die Drähte (1) miteinander verdrillt sind und – wobei in dieser supraleitenden Struktur (14) die miteinander verdrillten supraleitenden Oxiddrähte (1) mindestens einen supraleitenden Oxiddraht umfassen, der seitlich gebogen ist.
Supraleitende Struktur (14), umfassend: (a) mehrere supraleitende Oxiddrähte (1), wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, (b) einen bandförmigen Schutzfilm (13), der zwei entgegengesetzte Hauptflächen hat und in dem mehrere supraleitende Oxiddrähte (1) liegen, und (c) ein Metallband (12), das auf jeder der entgegengesetzten Hauptflächen bereitgestellt ist.
Supraleitende Struktur (14) nach Anspruch 9, wobei ein Material (15) mit hohem spezifischem Widerstand, dessen spezifischer Widerstand höher als der des Schutzfilms (13) ist, zwischen die benachbarten supraleitenden Oxiddrähte (1) gebracht ist.
Supraleitende Struktur (14), umfassend: (a) mehrere supraleitende Oxiddrähte, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, und (b) einen bandförmigen isolierenden Schutzfilm (16), in den die mehreren supraleitenden Oxiddrähte (1) gebracht sind.