KR102423559B1

KR102423559B1 - Diffusion barrier for metallic superconducting wires

Info

Publication number: KR102423559B1
Application number: KR1020207025319A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 비. 스매더스; 폴 아이몬
Original assignee: 에이치. 씨. 스타아크 아이앤씨
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2022-07-20
Also published as: EP3762950A4; JP2021516428A; CN111819639A; JP7110372B2; WO2019173593A8; EP3762950A1; KR20200106221A; CN111819639B; WO2019173593A1

Abstract

다양한 실시형태에서, 초전도성 와이어는 내부 확산에 저항하고 와이어에 우수한 기계적 강도를 제공하는 Nb 합금 또는 Nb-Ta 합금으로 구성되는 확산 배리어를 포함한다.In various embodiments, the superconducting wire includes a diffusion barrier comprised of an Nb alloy or an Nb-Ta alloy that resists internal diffusion and provides superior mechanical strength to the wire.

Description

Diffusion barrier for metallic superconducting wires

관련 출원Related applications

본 출원은 2018년 3월 7일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/639,530호의 이익 및 우선권을 주장하며, 그 전체 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.This application claims the benefit and priority of U.S. Provisional Patent Application No. 62/639,530, filed March 7, 2018, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

다양한 실시형태에서, 본 발명은 상호확산(interdiffusion)의 방지를 위한 확산 배리어를 포함하는 초전도성 와이어의 형성 및 가공에 관한 것이다.In various embodiments, the present invention relates to the formation and processing of superconducting wires comprising diffusion barriers for preventing interdiffusion.

초전도성 물질은 그의 특징적 임계 온도 미만으로 냉각시 전기 저항을 나타내지 않는다. 질소의 77K 비점보다 높은 임계 온도를 갖는 고온 초전도체 물질이 규명되었지만, 이들 물질은 종종 외래적이고(예를 들어, 페로브스카이트 세라믹), 가공이 어렵고, 높은 장(field) 응용에 대해서는 부적합하다. 따라서, 와이어 및 코일 및 그의 다발을 필요로 하는 실제 초전도성 응용물에서는, 금속성 초전도체 Nb-Ti 및 Nb₃Sn이 가장 흔하게 활용된다. 이들 물질은 77K 미만의 임계 온도를 갖지만, 이들 물질의 비교적 용이한 가공(예를 들어, 와이어로의 드로잉), 뿐만 아니라 이들의 높은 전류 및 높은 자기장에서의 작업 능력은 이들의 광범위한 용도를 제공하였다.Superconducting materials do not exhibit electrical resistance upon cooling below their characteristic critical temperature. Although high temperature superconducting materials have been identified with critical temperatures above the 77K boiling point of nitrogen, these materials are often exotic (eg perovskite ceramics), difficult to process, and unsuitable for high field applications. Therefore, in practical superconducting applications requiring wires and coils and bundles thereof, the metallic superconductors Nb-Ti and Nb ₃ Sn are most commonly utilized. Although these materials have a critical temperature of less than 77 K, their relatively easy processing (e.g. drawing into wire), as well as their ability to work in high currents and high magnetic fields, have provided their widespread use. .

전형적인 금속성 초전도성 와이어는 구리(Cu) 전도성 매트릭스 내에 매립된 초전도성 상(phase)의 다수의 가닥(또는 "필라멘트")을 특징으로 한다. Nb-Ti는 직접 얇은 와이어로 드로잉 다운되기에 충분히 연성이지만, 그의 응용성은 전형적으로 대략 8 테슬라 미만의 강도를 갖는 자기장을 특징으로 하는 응용으로 제한된다. Nb₃Sn은 와이어-드로잉 변형을 견딜 수 없는 취성 금속간 상이고, 따라서 이는 전형적으로 확산 열처리를 통한 와이어 드로잉 후에 형성된다. Nb₃Sn 초전도성 물질은 전형적으로, 적어도 20 테슬라까지의 강도를 갖는 자기장을 특징으로 하는 응용에서 사용될 수 있다. 따라서, Nb₃Sn계 초전도성 와이어를 제작하기 위해 여러 상이한 기술이 활용되어 왔다. 예를 들어, "청동 공정"에서는, Nb 로드 및 Nb 로드를 둘러싼 Cu-Sn 합금 로드(예를 들어, 13 내지 15% Sn 포함)로부터 대형 복합체를 제작한다. 이들 물질은 연성이기 때문에, 복합체를 적합한 직경으로 드로잉 다운할 수 있고, 이어서 드로잉 다운된 복합체를 어닐링한다. 열처리는 Nb과 Cu-Sn 사이의 계면에서의 Nb₃Sn 상의 상호확산 및 형성을 제공한다. Nb₃Sn계 초전도성 와이어를 형성하기 위한 다른 공정은 유사하게 와이어 드로잉 후의 취성 Nb₃Sn 상의 형성을 포함한다. 예를 들어, 순수 Sn 또는 Cu 또는 Mg와의 Sn 합금이 초기 복합체의 내부에 포함되고, 드로잉 후에 어닐링될 수 있다. 대안적으로, Nb 필라멘트를 Cu 매트릭스 내에 매립하고, 와이어로 드로잉 다운할 수 있다. 이어서, 생성된 와이어를 Sn으로 코팅할 수 있다. 코팅된 와이어는 가열되어 Sn-Cu 상을 형성하고, 결국 Nb 필라멘트와 반응하여 Nb₃Sn 상을 형성한다.A typical metallic superconducting wire features multiple strands (or “filaments”) of a superconducting phase embedded within a copper (Cu) conductive matrix. Although Nb-Ti is soft enough to be drawn down directly into thin wire, its applicability is typically limited to applications featuring magnetic fields with strengths of less than approximately 8 Tesla. Nb ₃ Sn is a brittle intermetallic phase that cannot withstand wire-drawing deformation, and therefore it is typically formed after wire drawing through diffusion heat treatment. Nb ₃ Sn superconducting materials may be used in applications that typically feature magnetic fields having strengths of at least 20 Tesla. Accordingly, several different techniques have been utilized to fabricate Nb ₃ Sn-based superconducting wires. For example, in the "bronze process", large composites are fabricated from Nb rods and Cu-Sn alloy rods surrounding the Nb rods (eg, containing 13-15% Sn). Because these materials are soft, the composite can be drawn down to a suitable diameter, followed by annealing of the drawn down composite. The heat treatment provides interdiffusion and formation of the Nb ₃ Sn phase at the interface between Nb and Cu-Sn. Other processes for forming Nb ₃ Sn-based superconducting wires similarly include the formation of a brittle Nb ₃ Sn phase after wire drawing. For example, pure Sn or a Sn alloy with Cu or Mg may be included in the interior of the initial composite and annealed after drawing. Alternatively, Nb filaments can be embedded in a Cu matrix and drawn down into wires. The resulting wire can then be coated with Sn. The coated wire is heated to form a Sn-Cu phase, which eventually reacts with the Nb filament to form an Nb ₃ Sn phase.

상기에 상술된 기술은 상이한 응용물의 호스트에 활용되는 금속성 초전도성 와이어의 성공적인 제작을 제공하였지만, 생성된 와이어는 종종 불충분한 전기적 성능을 나타낸다. 전형적인 초전도성 와이어는 산업 시스템 내의 취급 및 포함을 위해 충분한 연성을 갖는 와이어를 제공하는 Cu 또는 Cu-함유 안정화제 내에 매립되고, 그 주위에 배치되며, 그리고/또는 그것에 의해 둘러싸이는 상술된 Nb₃Sn 또는 Nb-Ti 필라멘트의 다수를 함유한다. 이러한 안정화제는 자체적으로 초전도성이 아니지만, Cu의 높은 전기 전도도는 와이어의 만족스러운 전체 전기 성능을 가능하게 할 수 있다. 불행하게도, 초전도성 필라멘트로부터의 다양한 요소(예를 들어, Sn)는 Cu계 안정화제의 부분과 반응하여 전체 와이어의 전체 전도도에 부정적인 영향을 미치는 저-전도도 상을 형성할 수 있다. 확산 배리어가 초전도성 필라멘트로부터 안정화제를 차폐하는 데 활용되었지만, 이들 배리어는 불균일한 단면적을 갖는 경향이 있고, 확산 배리어 및 안정화제의 동시 가공 동안 불균일한 변형으로 인해 국소적으로 파손될 수도 있다. 이러한 확산 배리어가 단순히 보다 두껍게 제조될 수 있지만, 이러한 해결은 확산 배리어 물질 자체의 보다 낮은 전기 전도도로 인해 와이어의 전체적 전도도에 영향을 준다. 예를 들어, 절단-연부 및 차후 응용물, 예컨대 새로운 입자 가속화기 및 충돌기에 대해, 자석이 기존 와이어 능력을 넘어서 디자인되고; 이러한 와이어는 15 테슬라에서 2000 A/mm² 초과의 비-구리 임계 전류 밀도를 필요로 할 것이다. 확산 배리어는 비-구리 분획의 부분이기 때문에, 임의의 강도 이득이 유리하면서 임의의 배리어 물질의 부피를 최소화시키는 것이 중요하다.Although the techniques detailed above have provided successful fabrication of metallic superconducting wires utilized for a host of different applications, the resulting wires often exhibit insufficient electrical performance. A typical superconducting wire is embedded in, disposed around, and/or surrounded by Cu or Cu-containing stabilizers that provide the wire with sufficient ductility for handling and inclusion in industrial systems, such as Nb ₃ Sn or Contains a large number of Nb-Ti filaments. Although these stabilizers are not superconducting by themselves, the high electrical conductivity of Cu may enable satisfactory overall electrical performance of the wire. Unfortunately, various elements from the superconducting filament (eg Sn) can react with portions of the Cu-based stabilizer to form a low-conductivity phase that negatively affects the overall conductivity of the overall wire. Although diffusion barriers have been utilized to shield stabilizers from superconducting filaments, these barriers tend to have non-uniform cross-sectional areas and may be locally broken due to non-uniform deformation during simultaneous processing of diffusion barriers and stabilizers. Although this diffusion barrier could simply be made thicker, this solution affects the overall conductivity of the wire due to the lower electrical conductivity of the diffusion barrier material itself. For example, for cut-edge and future applications such as new particle accelerators and colliders, magnets are designed beyond existing wire capabilities; Such a wire would require a non-copper critical current density of greater than 2000 A/mm ² at 15 Tesla. Since the diffusion barrier is part of the non-copper fraction, it is important to minimize the volume of any barrier material while any strength gain is advantageous.

전술한 관점에서, 안정화제 또는 다양한 요소(예를 들어, Cu)를 포함하는 유해한 반응을 실질적으로 방지하는 금속 초전도성 와이어를 위한 개선된 확산 배리어에 대한 필요성이 존재하고, 한편 와이어의 전체적인 단면적의 상당한 양을 점유하지 않도록 균일하게 얇게 유지된다.In view of the foregoing, there is a need for improved diffusion barriers for metallic superconducting wires that substantially prevent detrimental reactions involving stabilizers or various elements (eg, Cu), while increasing the overall cross-sectional area of the wire significantly. It is kept evenly thin so as not to occupy the volume.

미국 특허출원공개공보 US 2013/0053250호US Patent Application Publication No. US 2013/0053250 미국 특허출원공개공보 US 2009/0305897호US Patent Application Publication No. US 2009/0305897 국제특허출원공보 WO 2017/058332호International Patent Application Publication No. WO 2017/058332 미국 특허출원공개공보 US 2005/0178472호US Patent Application Publication No. US 2005/0178472 일본 공개특허공보 JP 2012-094436호Japanese Laid-Open Patent Publication No. JP 2012-094436

본 발명의 다양한 실시형태에 따라서, 초전도성 와이어 및/또는 그의 전구체(예를 들어, 와이어를 형성하는데 이용되는 복합 필라멘트)는 니오븀(Nb) 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 하나 이상의 확산 배리어를 특징으로 한다. 확산 배리어는 전형적으로 Cu 와이어 매트릭스의 적어도 일부와 초전도성 필라멘트 사이에, 및/또는 초전도성 필라멘트와 추가의 기계적 강도를 위해 초전도성 와이어 내에 및/또는 그 주위에 포함된 안정화 요소 사이에 배치된다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 모노필라멘트는 각각, Cu계 (예를 들어, Cu 또는 청동(Cu-Sn)) 매트릭스 내의 Nb계 코어를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있고, 모노필라멘트의 적층된 어셈블리는 Cu계 매트릭스 내에 배치되고 드로잉 다운되어 복합 필라멘트를 형성할 수 있다. 따라서, 복합 필라멘트는 각각, Cu계 매트릭스 내의 다수의 Nb계 모노필라멘트를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어는, 복합 필라멘트가 적층되어 최종 와이어를 형성하는 경우, 각각의 복합 필라멘트 주위에 배치될 수 있고, 및/또는 확산 배리어는 복합 필라멘트의 적층물 주위에, 및 복합 필라멘트의 적층물과 외부 Cu 안정화제 또는 매트릭스 사이에 배치될 수 있다. In accordance with various embodiments of the present invention, a superconducting wire and/or its precursor (e.g., a composite filament used to form the wire) comprises, consists essentially of, or consists of a niobium (Nb) alloy. It is characterized by one or more diffusion barriers. A diffusion barrier is typically disposed between at least a portion of the Cu wire matrix and the superconducting filaments and/or between the superconducting filaments and a stabilizing element included within and/or around the superconducting wire for additional mechanical strength. According to embodiments of the present invention, the monofilaments may each comprise, consist essentially of, or consist of an Nb-based core in a Cu-based (e.g., Cu or bronze (Cu-Sn)) matrix, and , a stacked assembly of monofilaments can be placed within a Cu-based matrix and drawn down to form composite filaments. Accordingly, the composite filaments may each include, consist essentially of, or consist of a plurality of Nb-based monofilaments in a Cu-based matrix. A diffusion barrier according to embodiments of the present invention may be disposed around each composite filament when the composite filaments are stacked to form a final wire, and/or a diffusion barrier may be disposed around the stack of composite filaments, and It may be disposed between the stack of filaments and an external Cu stabilizer or matrix.

다양한 실시형태에서, 복합 필라멘트는 Cu계 매트릭스(예를 들어, Cu계 튜브) 내에 배치되고, 초전도성 와이어(또는 그의 전구체)로 드로잉 다운되고, 열처리된다. 복합 필라멘트 중 하나 이상이 그 자체로 그 내부에 확산 배리어를 포함할 수 있고, 및/또는 확산 배리어가 초전도성 와이어의 Cu계 매트릭스 내에 및 복합 필라멘트 주위에 배치될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 확산 배리어는 예를 들어 0.1% 내지 20% W, 0.2% 내지 15% W, 0.2% 내지 12% W, 0.2% 내지 10% W, 0.2% 내지 8% W, 또는 0.2% 내지 5% W를 포함하는 Nb-W 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 예를 들어, 확산 배리어는 Nb 및 대략 11% 내지 12% W의 합금(즉, Nb-12W) 또는 Nb 및 대략 5% 내지 6% W의 합금(즉, Nb-6W) 또는 Nb 및 대략 2.5% 내지 3% W의 합금(즉, Nb-3W)을 포함하거나, 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 확산 배리어는 하나 이상의 추가적인 합금화 원소, 예를 들어 Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re 및/또는 Si와 같은 합금화 원소를 내부에 갖는 Nb-W 합금(예를 들어, Nb-12W, Nb-6W, 또는 Nb-3W)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 이러한 합금화 원소는 확산 배리어에 개별적으로 또는 집합적으로 5 중량% 이하, 또는 심지어 10 중량% 이하(예를 들어, 0.05% 내지 10%, 0.05% 내지 5%, 0.1% 내지 3%, 0.2% 내지 2%, 0.2% 내지 1%, 또는 0.2% 내지 0.5%)의 농도로 존재할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 이러한 추가 합금화 원소 중 하나 이상을 포함하는 Nb-W 합금으로 형성된 용접부는 이러한 용접부의 중심을 향해 더 등축화된 결정립 구조를 가질 수 있고; 따라서, 확산 배리어로서 사용하기 위한 이들 물질로 형성된 용접된 튜브는 와이어 제작 중에 작은 크기로 드로잉 다운될 때 우수한 기계적 특성 및 가공성을 나타낼 수 있다.In various embodiments, the composite filaments are disposed within a Cu-based matrix (eg, a Cu-based tube), drawn down into a superconducting wire (or a precursor thereof), and heat treated. One or more of the composite filaments may themselves include a diffusion barrier therein, and/or the diffusion barrier may be disposed within and around the composite filaments in the Cu-based matrix of the superconducting wire. In various embodiments, the diffusion barrier is, for example, 0.1% to 20% W, 0.2% to 15% W, 0.2% to 12% W, 0.2% to 10% W, 0.2% to 8% W, or 0.2% to It comprises, consists essentially of, or consists of an Nb-W alloy comprising 5% W. For example, the diffusion barrier may be an alloy of Nb and approximately 11% to 12% W (ie, Nb-12W) or an alloy of Nb and approximately 5% to 6% W (ie, Nb-6W) or Nb and approximately 2.5% to 3% W of an alloy (ie, Nb-3W). In various embodiments, the diffusion barrier comprises one or more additional alloying elements, e.g., Nb-W alloys having therein an alloying element such as Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re and/or Si (e.g., For example, Nb-12W, Nb-6W, or Nb-3W), consists essentially of, or consists of. Such alloying elements may be present in the diffusion barrier individually or collectively up to 5 wt%, or even up to 10 wt% (e.g., 0.05% to 10%, 0.05% to 5%, 0.1% to 3%, 0.2% to 2%, 0.2% to 1%, or 0.2% to 0.5%). In various embodiments of the present invention, welds formed from Nb-W alloys including one or more of these additional alloying elements may have a grain structure more equiaxed towards the center of such welds; Thus, welded tubes formed of these materials for use as diffusion barriers can exhibit excellent mechanical properties and processability when drawn down to small sizes during wire fabrication.

본 발명의 다양한 실시형태에 따르면, 확산 배리어는 하나 이상의 합금화 원소, 예컨대 W, Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re 및/또는 Si를 포함할 수 있다. 이러한 합금화 원소는 확산 배리어에 개별적으로 또는 집합적으로 5 중량% 이하, 또는 심지어 10 중량% 이하(예를 들어, 0.05% 내지 10%, 0.05% 내지 5%, 0.1% 내지 3%, 0.2% 내지 2%, 0.2% 내지 1%, 또는 0.2% 내지 0.5%)의 농도로 존재할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 본 발명의 실시형태에 따른 필라멘트 및/또는 확산 배리어는 Mg, B, Fe, Al 및/또는 Ni가 실질적으로 없을 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the diffusion barrier may comprise one or more alloying elements, such as W, Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re and/or Si. Such alloying elements may be present in the diffusion barrier individually or collectively up to 5 wt%, or even up to 10 wt% (e.g., 0.05% to 10%, 0.05% to 5%, 0.1% to 3%, 0.2% to 2%, 0.2% to 1%, or 0.2% to 0.5%). In various embodiments, filaments and/or diffusion barriers according to embodiments of the present invention may be substantially free of Mg, B, Fe, Al and/or Ni.

본 발명의 다양한 실시형태에서, 확산 배리어는 Nb 및 탄탈럼(Ta) 모두를 함유하는 합금 또는 혼합물, 뿐만 아니라 W와 같은 하나 이상의 합금화 원소를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 예를 들어, 확산 배리어는 상기 열거된 합금화 원소 중 하나 이상이 있거나 없는 상태에서 Nb, Ta 및 대략 2.5 내지 3 원자% W의 합금(즉, Nb-Ta-3W)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, Nb-Ta-W 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 확산 배리어는 W를 예를 들어 0.2 내지 12 원자%의 농도로 함유할 수 있다. 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어는 적어도 1% Ta, 적어도 5% Ta, 적어도 8% Ta, 적어도 10% Ta, 적어도 15% Ta, 적어도 20% Ta, 적어도 25% Ta, 적어도 30% Ta, 적어도 35% Ta, 적어도 40% Ta, 또는 적어도 45% Ta를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어는 최대 50% Ta, 최대 45% Ta, 최대 40% Ta, 최대 35% Ta, 최대 30% Ta, 최대 25% Ta, 최대 20% Ta, 최대 15% Ta, 최대 10% Ta, 최대 5% Ta, 또는 최대 2% Ta를 포함할 수 있다.In various embodiments of the present invention, the diffusion barrier may include, consist essentially of, or consist of an alloy or mixture containing both Nb and tantalum (Ta), as well as one or more alloying elements such as W. have. For example, the diffusion barrier comprises, or consists essentially of, Nb, Ta, and an alloy of approximately 2.5 to 3 atomic percent W (i.e., Nb-Ta-3W), with or without one or more of the alloying elements enumerated above. or may consist of it. In various embodiments, a diffusion barrier comprising, consisting essentially of, or consisting of an Nb-Ta-W alloy may contain W, for example, in a concentration of 0.2 to 12 atomic percent. A diffusion barrier according to an embodiment of the present invention comprises at least 1% Ta, at least 5% Ta, at least 8% Ta, at least 10% Ta, at least 15% Ta, at least 20% Ta, at least 25% Ta, at least 30% Ta, at least 35% Ta, at least 40% Ta, or at least 45% Ta. Diffusion barriers according to embodiments of the present invention include at most 50% Ta, at most 45% Ta, at most 40% Ta, at most 35% Ta, at most 30% Ta, at most 25% Ta, at most 20% Ta, at most 15% Ta, It can contain up to 10% Ta, up to 5% Ta, or up to 2% Ta.

본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어는 Nb(또는 Nb 및 Ta)를 함유하는 합금 또는 혼합물 및 W를 대신하는(또는 그 이외의) 하나 이상의 합금화 원소를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 합금화 원소는 C 및/또는 N을 포함할 수 있다. W를 함유하는 확산-배리어 합금에 대한 본원에서의 언급은 W 대신에 또는 그 이외에 C 및/또는 N과 같은 합금화 원소를 함유하는 합금을 포함하는 것으로 이해된다.Diffusion barriers according to embodiments of the present invention include, consist essentially of, or consist of an alloy or mixture containing Nb (or Nb and Ta) and one or more alloying elements in place of (or other than) W can be configured. For example, such alloying elements may include C and/or N. Reference herein to diffusion-barrier alloys containing W is understood to include alloys containing alloying elements such as C and/or N in place of or in addition to W.

본 발명의 실시형태에 따른 Nb-합금 확산 배리어는 또한 적어도 부분적으로 낮은 산소 함량 및/또는 높은 수준의 순도로 인해 유리한 연성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어는 500 ppm 미만, 200 ppm 미만, 100 ppm 미만, 또는 심지어 50 ppm 미만의 산소 함량을 갖는다. 산소 함량은 적어도 0.5 ppm, 적어도 1 ppm, 적어도 2 ppm, 또는 적어도 5 ppm일 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어는 99.9% 초과, 또는 심지어 99.99% 초과의 순도를 가질 수 있다.Nb-alloy diffusion barriers according to embodiments of the present invention may also exhibit advantageous ductility due, at least in part, to low oxygen content and/or high levels of purity. For example, diffusion barriers according to embodiments of the present invention have an oxygen content of less than 500 ppm, less than 200 ppm, less than 100 ppm, or even less than 50 ppm. The oxygen content may be at least 0.5 ppm, at least 1 ppm, at least 2 ppm, or at least 5 ppm. Additionally or alternatively, diffusion barriers according to embodiments of the present invention may have a purity of greater than 99.9%, or even greater than 99.99%.

유리하게는, 본 발명의 실시형태에 따른 Nb-합금 확산 배리어는 통상적인 확산 배리어 물질과 비교할 때 정제된 결정립 구조(예를 들어, 작은 평균 결정립 크기)를 갖고, 이는 초전도성 와이어 내의 확산 배리어의 변형 및 가공이 확산 배리어를 파열시키고 와이어의 성능을 손상시킬 수 있는 국소화된 박막화 없이 실질적으로 균일화될 수 있게 한다. 확산 배리어의 작은 결정립 크기(예를 들어, 20 μm 미만, 10 μm 미만, 5 μm 미만, 1 내지 20 μm, 또는 5 내지 15 μm)는 합금화 원소(들)의 존재로부터 초래되고, 따라서 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어는 정제된 결정립 구조를 생성하기 위해 추가의 가공(예를 들어, 3축 단조 같은 단조, 열처리 등)을 필요로 하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 확산 배리어의 사용에 의해 전체적인 제조 비용 및 복잡성이 감소할 수 있다.Advantageously, the Nb-alloy diffusion barrier according to embodiments of the present invention has a refined grain structure (eg, small average grain size) when compared to conventional diffusion barrier materials, which is a modification of the diffusion barrier in superconducting wires. and allowing the processing to be substantially uniform without localized thinning that can rupture the diffusion barrier and impair the performance of the wire. The small grain size of the diffusion barrier (e.g., less than 20 μm, less than 10 μm, less than 5 μm, 1 to 20 μm, or 5 to 15 μm) results from the presence of the alloying element(s), and thus Diffusion barriers according to embodiments do not require additional processing (eg, forging such as triaxial forging, heat treatment, etc.) to produce a refined grain structure. Thus, the overall manufacturing cost and complexity can be reduced by the use of the diffusion barrier according to the present invention.

본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어의 우수한 결정립 구조 및/또는 기계적 특성은 확산 배리어가 와이어의 단면(즉, 전류-운반) 영역의 과도한 양을 점유하지 않으면서 초전도체 와이어 내에서 유해한 확산으로부터 보호를 제공할 수 있게 한다. (대조적으로, 보다 낮은 기계적 특성 및/또는 덜 정제된 결정립 구조를 갖는 다양한 다른 확산 배리어의 사용은 최종 와이어의 연성, 전도도, 및/또는 다양한 다른 특성에 해로운 영향을 주는 보다 큰 배리어의 사용을 필요로 한다.) 본 발명의 실시형태에 따른 와이어는, 그의 임계 온도 미만에서 우수한 높은 장, 고전류 초전도성 특성을 유지하면서 Cu 매트릭스와의 상호확산을 거의 나타내지 않거나 나타내지 않는다.The good grain structure and/or mechanical properties of diffusion barriers according to embodiments of the present invention provide protection from harmful diffusion within superconducting wires without the diffusion barrier occupying an excessive amount of cross-sectional (i.e., current-carrying) area of the wire. make it possible to provide (In contrast, the use of various other diffusion barriers with lower mechanical properties and/or less refined grain structure necessitates the use of larger barriers that detrimentally affect the ductility, conductivity, and/or various other properties of the final wire. The wire according to the embodiment of the present invention exhibits little or no interdiffusion with the Cu matrix while maintaining excellent high-field, high-current superconducting properties below its critical temperature.

Nb-합금 확산 배리어의 사용은 유리하게는 초전도성 와이어의 단면이 확산 배리어에 의해 그리 많이 점유되지 않게 할 수 있고, 따라서 더 많은 단면이 전류-운반 초전도성 필라멘트에 의해 점유될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시형태에 따른 확산-배리어 물질은 또한 유리하게, 그의 임계 온도 미만에서 우수한 높은 장, 고전류 초전도성 특성을 유지하면서, 초전도성 와이어에 추가의 기계적 강도를 제공한다. 다양한 실시형태에서, 와이어의 기계적 강도는, 와이어의 전기적 성능을 손상시키지 않고 및/또는 와이어 및/또는 그의 필라멘트 내에서 균열 또는 파쇄를 일으키거나 다른 방식으로 그의 기계적 안정성을 손상시키지 않으면서, 와이어의 기계적 변형(예를 들어, 권취, 코일링 등)을 용이하게 할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 확산 배리어(들)는 최종 와이어의 단면적의 적어도 0.5%, 적어도 1%, 적어도 2%, 적어도 3%, 적어도 4%, 적어도 5%, 또는 적어도 7%를 집합적으로 또는 개별적으로 점유할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 확산 배리어(들)는 최종 와이어의 단면적의 20% 미만, 15% 미만, 12% 미만, 10% 미만, 9% 미만, 8% 미만, 7% 미만, 6% 미만, 5% 미만, 4% 미만, 3% 미만, 또는 2% 미만을 집합적으로 또는 개별적으로 점유할 수 있다. 이러한 방식으로, 초전도성 와이어 내의 확산 배리어(들)는 다양한 실시형태에 따라 적어도 75MPa, 적어도 100MPa, 또는 심지어 적어도 150MPa의 최소 항복 강도(예를 들어, 와이어 및/또는 필라멘트의 임의의 열처리 후)를 갖는 와이어를 제공한다. 대신 또는 추가로, 다양한 실시형태에 따른 하나 이상의 확산 배리어를 함유하는 와이어는 적어도 250MPa, 적어도 300MPa, 또는 심지어 적어도 350MPa의 극한 인장 강도를 나타낸다. 다양한 실시형태에서, 확산 배리어(들)는 최종 와이어의 단면적의 25% 초과, 및/또는 최종 와이어의 단면적의 35% 미만, 또는 30% 미만을 집합적으로 또는 개별적으로 점유할 수 있다. 본 발명의 실시형태에 따른 와이어의 항복 강도 및 극한 인장 강도와 같은 기계적 특성은 펜실베니아주 웨스트 컨쇼혹켄 소재의 ASTM International의 ASTM E8/E8M-15a, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, 2015에 따라 측정될 수 있으며, 이의 전체 개시내용은 본원에 참조로 포함된다. The use of an Nb-alloy diffusion barrier can advantageously allow the cross-section of the superconducting wire not to be occupied so much by the diffusion barrier, and thus a larger cross-section can be occupied by the current-carrying superconducting filament. However, diffusion-barrier materials according to embodiments of the present invention also advantageously provide additional mechanical strength to the superconducting wire while maintaining good high field, high current superconducting properties below its critical temperature. In various embodiments, the mechanical strength of the wire is determined by determining the mechanical strength of the wire without compromising its electrical performance and/or causing cracks or fracturing within the wire and/or its filaments or otherwise impairing its mechanical stability. Mechanical deformation (eg, winding, coiling, etc.) may be facilitated. In various embodiments, the diffusion barrier(s) collectively or individually comprise at least 0.5%, at least 1%, at least 2%, at least 3%, at least 4%, at least 5%, or at least 7% of the cross-sectional area of the final wire. can be occupied by In various embodiments, the diffusion barrier(s) comprises less than 20%, less than 15%, less than 12%, less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, 5% of the cross-sectional area of the final wire. may collectively or individually occupy less than, less than 4%, less than 3%, or less than 2%. In this way, the diffusion barrier(s) in the superconducting wire has a minimum yield strength (e.g., after any heat treatment of the wire and/or filament) of at least 75 MPa, at least 100 MPa, or even at least 150 MPa, according to various embodiments. wire is provided. Alternatively or additionally, a wire containing one or more diffusion barriers according to various embodiments exhibits an ultimate tensile strength of at least 250 MPa, at least 300 MPa, or even at least 350 MPa. In various embodiments, the diffusion barrier(s) may collectively or individually occupy more than 25% of the cross-sectional area of the final wire, and/or less than 35%, or less than 30% of the cross-sectional area of the final wire. Mechanical properties, such as yield strength and ultimate tensile strength, of wires according to embodiments of the present invention were determined in accordance with ASTM E8/E8M-15a, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, 2015, ASTM International, West Konshohokken, PA. can be measured, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

본 발명의 실시형태에 따른 초전도성 와이어의 향상된 기계적 강도는 유리하게, 이러한 와이어가 높은 자기장 강도에서 작업 동안 와이어 상에 발휘되는 로렌츠(Lorentz) 힘을 견딜 수 있게 한다. 관련 기술분야에 공지된 바와 같이, 자석 권취에서 "자기-자계(self-field)"는 중심-라인 자계보다 높고, 최내측 권취에서 최고이다. 추가로, 자기장 생성을 위해 필요한 전류는 자석 내 모든 와이어에서 동일하다. 로렌츠 힘은 F = B × I(즉, 전류로 교차되는 자기장)이고, 생성된 장은 전류(I)에 직접 비례하며, 따라서 힘은 전류의 제곱에 비례한다. 예를 들어, 로렌츠 힘은 8 테슬라에 비해 16 테슬라에서 4배 더 높을 것이다. 따라서, 인가된 자기장의 크기가 증가하면, (외적 관계(cross-product relation)에 의해, 전류 및 자기장 둘 다에 대해 수직인) 힘을 견디는 와이어의 기계적 강도가 또한 더 높아야 한다. 본 발명의 실시형태에 따른 초전도성 와이어는 유리하게는, 적어도 2 테슬라, 적어도 5 테슬라, 적어도 8 테슬라, 또는 심지어 적어도 10 테슬라의 강도, 즉, 적어도 20,000 가우스, 적어도 50,000 가우스, 적어도 80,000 가우스, 또는 심지어 적어도 100,000 가우스의 자속 밀도를 갖는 자기장을 활용하는 응용에 대해 배치될 수 있다.The improved mechanical strength of superconducting wires according to embodiments of the present invention advantageously enables such wires to withstand the Lorentz forces exerted on the wires during operation at high magnetic field strengths. As is known in the art, the “self-field” in the magnet winding is higher than the center-line field and is highest in the innermost winding. Additionally, the current required to generate the magnetic field is the same for all wires in the magnet. The Lorentz force is F = B × I (i.e., the magnetic field intersected by the current), and the field produced is directly proportional to the current (I), and thus the force is proportional to the square of the current. For example, the Lorentz force will be 4 times higher at 16 Tesla compared to 8 Tesla. Thus, as the magnitude of the applied magnetic field increases, the mechanical strength of the wire withstanding the force (perpendicular to both the current and the magnetic field, by virtue of the cross-product relation) must also be higher. A superconducting wire according to an embodiment of the invention advantageously has a strength of at least 2 Tesla, at least 5 Tesla, at least 8 Tesla, or even at least 10 Tesla, i.e. at least 20,000 Gauss, at least 50,000 Gauss, at least 80,000 Gauss, or even It may be arranged for applications utilizing a magnetic field having a magnetic flux density of at least 100,000 Gauss.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어는 Nb를 포함하기 때문에, 다양한 실시형태에서 확산 배리어의 일부는 유리하게는 와이어 제조 공정 동안(하나 이상의 열처리/어닐링 단계 동안) (예를 들어, Sn 또는 Ti와) 반응하여 최종 와이어의 초전도성 전도도에 기여하는 초전도성 상(즉, Nb₃Sn 또는 Nb-Ti)을 형성할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 확산 배리어의 두께는 전형적으로 전체 확산 배리어(또는 적어도 그 내부의 Nb)가 반응하는 것을 방지하기에 충분히 크고, 따라서 확산 배리어의 나머지 미반응 부분은 상호확산에 대한 저항성뿐만 아니라 증가된 기계적 강도(예를 들어, W와 같은 합금화 원소의 존재로 인해)를 제공한다. 따라서, 다양한 실시형태에서, 확산 배리어의 반응 부분은 환형(또는 확산 배리어의 형상을 모방하는 다른 형상) 반응 영역으로서 와이어 내에 존재한다. 다양한 실시형태에서, 비-Nb 합금화 원소(예를 들어, Ta, W 등)는 반응하지 않아 반응 영역에 초전도성 상을 형성할 수 있고, 따라서 이들 원소는 반응 동안 확산 배리어의 반응 부분으로부터 배출될 수 있다. 따라서, 확산 배리어의 반응 부분과 확산 배리어의 미반응의 나머지 부분 사이의 계면에서, 이러한 비-Nb 원소 중 하나 이상(또는 심지어 전부)은 반응 부분에 대향하는 확산 배리어의 부분 내보다 높은 농도로 존재할 수 있다. 다른 실시형태에서, 확산 배리어의 미반응의 나머지 부분은 반응 전에 존재했던 것보다 더 높은 농도의 하나 이상의 이러한 비-Nb 원소를 함유한다(예를 들어, 확산 배리어가 와이어 제조 공정 동안 도입되었을 때). 따라서, 확산 배리어의 일부가 반응하여 초전도성 상을 형성한 후에도, 나머지 확산 배리어의 두께는 감소되고, 그 내의 하나 이상의 비-Nb 원소의 더 높은 농도는 그의 감소된 두께에도 불구하고 나머지, 더 얇은 확산 배리어의 기계적 강도 및/또는 확산 저항을 증가시킬 수 있다.Further, since diffusion barriers according to embodiments of the present invention comprise Nb, in various embodiments a portion of the diffusion barrier is advantageously formed during the wire fabrication process (during one or more heat treatment/annealing steps) (e.g., Sn or Ti) to form a superconducting phase (ie Nb ₃ Sn or Nb-Ti) that contributes to the superconducting conductivity of the final wire. In such embodiments, the thickness of the diffusion barrier is typically large enough to prevent the entire diffusion barrier (or at least the Nb therein) from reacting, so that the remaining unreacted portion of the diffusion barrier increases as well as resistance to interdiffusion. mechanical strength (eg due to the presence of alloying elements such as W). Thus, in various embodiments, the reactive portion of the diffusion barrier is present within the wire as an annular (or other shape that mimics the shape of the diffusion barrier) reactive region. In various embodiments, non-Nb alloying elements (e.g., Ta, W, etc.) may not react to form a superconducting phase in the reaction region, and thus these elements may be released from the reactive portion of the diffusion barrier during the reaction. have. Thus, at the interface between the reactive portion of the diffusion barrier and the remaining unreacted portion of the diffusion barrier, one or more (or even all) of these non-Nb elements will be present in a higher concentration than in the portion of the diffusion barrier opposite the reactive portion. can In other embodiments, the remaining unreacted portion of the diffusion barrier contains a higher concentration of one or more such non-Nb elements than were present prior to the reaction (eg, when the diffusion barrier was introduced during the wire manufacturing process). . Thus, even after a portion of the diffusion barrier has reacted to form a superconducting phase, the thickness of the remaining diffusion barrier is reduced, and a higher concentration of one or more non-Nb elements therein causes the remaining, thinner diffusion, despite its reduced thickness. It is possible to increase the mechanical strength and/or diffusion resistance of the barrier.

다양한 실시형태에서, 확산 배리어는, 하나 이상의 층이 본원에 상세화된 바와 같이 Nb 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되며, 하나 이상의 다른 층이 Nb를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 다층 환형 구조일 수 있다(또는 Nb 합금은 더 적은 농도의 하나 이상의 비-Nb 합금화 원소를 함유하며; 본원에서의 "Nb 층" 또는 "Nb의 층"이라는 언급은 이러한 층을 포함한다). 예를 들어, 확산 배리어는 Nb 합금의 외층에 의해 둘러싸인 Nb의 내층을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다. 다른 실시형태에서, 확산 배리어는 Nb의 내층과 Nb의 외층 사이에 끼워진 Nb 합금의 층을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 본 명세서에서 상세화되는 바와 같이, 열처리 동안, 확산 배리어의 Nb 층(들)의 모두 또는 일부는 초전도성 상으로 변환될 수 있으며, 한편 Nb-합금 층(들)은 미변환 상태로 유지된다.In various embodiments, the diffusion barrier is such that one or more layers comprise, consist essentially of, or consist of an Nb alloy as detailed herein, and one or more other layers comprise or consist essentially of Nb. or a multi-layered annular structure consisting of includes). For example, the diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of an inner layer of Nb surrounded by an outer layer of Nb alloy, or vice versa. In other embodiments, the diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of a layer of Nb alloy sandwiched between an inner layer of Nb and an outer layer of Nb. As detailed herein, during heat treatment, all or part of the Nb layer(s) of the diffusion barrier may be converted to a superconducting phase, while the Nb-alloy layer(s) remain unconverted.

본 발명의 실시형태는 또한 와이어 자체 내에 및/또는 와이어의 형성에 활용되는 복합 필라멘트 내에 안정화 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시형태는, 전체 개시내용이 본원에 참조로 포함되는 2016년 7월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 15/205,804("'804 출원")에 기재된 바와 같이, Ta, Ta 합금(예를 들어, Ta-3W 같은 Ta 및 W의 합금), 또는 Hf, Ti, Zr, Ta, V, Y, Mo, 또는 W 중 하나 이상을 갖는 Nb의 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 안정화 요소를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 초전도성 와이어에서, 안정화 요소는 전형적으로 모노필라멘트 및/또는 복합 필라멘트로부터 그들 사이의 하나 이상의 확산 배리어를 통해 분리된다.Embodiments of the present invention may also include stabilizing elements within the wire itself and/or within the composite filament utilized in the formation of the wire. For example, embodiments of the present invention are disclosed in U.S. Patent Application Serial No. 15/205,804 ("'804 Application"), filed July 8, 2016, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference, in its entirety, , Ta alloys (eg, alloys of Ta and W such as Ta-3W), or alloys of Nb with one or more of Hf, Ti, Zr, Ta, V, Y, Mo, or W, or essentially It may consist of, or include a stabilizing element composed of. In a superconducting wire according to the present invention, the stabilizing element is typically separated from monofilaments and/or composite filaments via one or more diffusion barriers therebetween.

일 양태에서, 본 발명의 실시형태는 외부 와이어 매트릭스, 와이어 매트릭스 내에 배치된 확산 배리어, 및 확산 배리어에 의해 둘러싸이고 확산 배리어에 의해 외부 와이어 매트릭스로부터 분리된 복수의 복합 필라멘트를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 초전도성 와이어를 특징으로 한다. 외부 와이어 매트릭스는 Cu를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 확산 배리어는 Nb-W 합금(예를 들어, 0.1% 내지 20% W 또는 0.2% 내지 12% W 또는 0.2% 내지 10% W를 함유하는 Nb 합금) 또는 Nb-Ta-W 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 복합 필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 각각은 (i) 복수의 모노필라멘트 및 (ii) 복수의 모노필라멘트를 둘러싸는 클래딩을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 복합 필라멘트 클래딩은 Cu를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각은 코어 및 코어를 둘러싸는 클래딩을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 모노필라멘트 코어는 Nb를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 모노필라멘트 클래딩은 Cu를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 확산 배리어는 초전도성 와이어의 축방향 치수를 통해 연장된다.In one aspect, an embodiment of the present invention comprises or consists essentially of an outer wire matrix, a diffusion barrier disposed within the wire matrix, and a plurality of composite filaments surrounded by the diffusion barrier and separated from the outer wire matrix by the diffusion barrier. constituted, or characterized by, a superconducting wire consisting of. The outer wire matrix comprises, consists essentially of, or consists of Cu. The diffusion barrier comprises, or is essentially a Nb-W alloy (eg, an Nb alloy containing 0.1% to 20% W or 0.2% to 12% W or 0.2% to 10% W) or an Nb-Ta-W alloy consists of, or consists of. One or more or even each of the composite filaments comprises, consists essentially of, or consists of (i) a plurality of monofilaments and (ii) a cladding surrounding the plurality of monofilaments. The composite filament cladding may comprise, consist essentially of, or consist of Cu. One or more or even each of the monofilaments comprises, consists essentially of, or consists of a core and a cladding surrounding the core. The monofilament core may comprise, consist essentially of, or consist of Nb. The monofilament cladding may comprise, consist essentially of, or consist of Cu. The diffusion barrier extends through the axial dimension of the superconducting wire.

본 발명의 실시형태는 하기의 것 중 하나 이상을 임의의 다양한 조합으로 포함할 수 있다. 확산 배리어는 와이어의 단면의 대략 20% 미만, 와이어의 단면의 대략 15% 미만, 와이어의 단면의 대략 10% 미만, 또는 와이어의 단면의 대략 5% 미만을 점유할 수 있다. 확산 배리어는 와이어의 단면의 대략 1% 초과, 와이어의 단면의 대략 2% 초과, 와이어의 단면의 대략 5% 초과, 와이어의 단면의 대략 8% 초과, 또는 와이어의 단면의 대략 10% 초과를 점유할 수 있다. 와이어는 확산 배리어에 근접하여 배치되는(예를 들어, 그것의 어느 한 쪽 또는 양쪽에서, 예컨대 복합 필라멘트와 확산 배리어 사이에 배치되는) 환형 영역 또는 층을 포함할 수 있고, 환형 영역의 적어도 일부는 Nb계 초전도성 상(예를 들어, Nb-Ti 및/또는 Nb₃Sn)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 환형 영역의 일부는 확산 배리어와 상이한 조성을 갖는 Nb 합금 또는 Nb-Ta 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 환형 영역은 확산 배리어와 일치하고 및/또는 그와 직접 기계적으로 접촉할 수 있다.Embodiments of the present invention may include one or more of the following in any of a variety of combinations. The diffusion barrier may occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. The diffusion barrier occupies greater than approximately 1% of the cross-section of the wire, greater than approximately 2% of the cross-section of the wire, greater than approximately 5% of the cross-section of the wire, greater than approximately 8% of the cross-section of the wire, or greater than approximately 10% of the cross-section of the wire can do. The wire may include an annular region or layer disposed proximate to the diffusion barrier (eg, disposed on either or both sides thereof, such as between the composite filament and the diffusion barrier), wherein at least a portion of the annular region comprises: may comprise, consist essentially of, or consist of an Nb-based superconducting phase (eg, Nb-Ti and/or Nb ₃ Sn). A portion of the annular region may comprise, consist essentially of, or consist of an Nb alloy or an Nb-Ta alloy having a composition different from the diffusion barrier. The annular region may coincide with and/or be in direct mechanical contact with the diffusion barrier.

모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각의 코어는 합금, 의사-합금, 또는 Nb 및 Ti, Zr, Hf, Ta, Y 또는 La 중 하나 이상을 포함하는 혼합물(예를 들어, Nb-Ti)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각의 코어는 Nb₃Sn을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 확산 배리어는 Nb-3W 또는 Nb-6W 또는 Nb-12W를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 확산 배리어는 Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, 또는 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 합금화 원소를 추가로 함유할 수 있다. 확산 배리어의 단면 두께 및/또는 단면적은 와이어의 두께를 따라 실질적으로 일정할 수 있다. 복합 필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각은 육각형 단면 형상(즉, 와이어의 축방향 치수에 수직인 단면에 있어서)을 가질 수 있다. 모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각은 육각형 단면 형상(즉, 와이어의 축방향 치수에 수직인 단면에 있어서)을 가질 수 있다. One or more of the monofilaments, or even each core thereof, comprises an alloy, pseudo-alloy, or mixture (eg, Nb-Ti) comprising Nb and one or more of Ti, Zr, Hf, Ta, Y or La. or consists essentially of, or may consist of. One or more or even each core of the monofilaments may comprise, consist essentially of, or consist of Nb ₃ Sn. The diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of Nb-3W or Nb-6W or Nb-12W. The diffusion barrier may further contain one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, or Si. The cross-sectional thickness and/or cross-sectional area of the diffusion barrier may be substantially constant along the thickness of the wire. One or more or even each of the composite filaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire). One or more or even each of the monofilaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire).

와이어는 복수의 복합 필라멘트 내에 배치되고 확산 배리어에 의해 둘러싸인 안정화 요소를 포함할 수 있다. 안정화 요소는 Cu 및/또는 0.1% 내지 20% W 또는 0.2% 내지 12% W 또는 0.2% 내지 10% W를 함유하는 Ta 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 안정화 요소의 적어도 일부는 실질적으로 초전도성 와이어의 중심 코어에 위치될 수 있다. 안정화 요소는 와이어의 단면의 대략 20% 미만, 와이어의 단면의 대략 15% 미만, 와이어의 단면의 대략 10% 미만, 또는 와이어의 단면의 대략 5% 미만을 점유할 수 있다. 안정화 요소는 와이어의 단면의 대략 1% 초과, 와이어의 단면의 대략 2% 초과, 와이어의 단면의 대략 5% 초과, 와이어의 단면의 대략 8% 초과, 또는 와이어의 단면의 대략 10% 초과를 점유할 수 있다.The wire may include a stabilizing element disposed within the plurality of composite filaments and surrounded by a diffusion barrier. The stabilizing element may comprise, consist essentially of, or consist of Cu and/or a Ta alloy containing 0.1% to 20% W or 0.2% to 12% W or 0.2% to 10% W. At least a portion of the stabilizing element may be located substantially in a central core of the superconducting wire. The stabilizing element may occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. The stabilizing element occupies greater than approximately 1% of the cross-section of the wire, greater than approximately 2% of the cross-section of the wire, greater than approximately 5% of the cross-section of the wire, greater than approximately 8% of the cross-section of the wire, or greater than approximately 10% of the cross-section of the wire can do.

다른 양태에서, 본 발명의 실시형태는 와이어 매트릭스 및 와이어 매트릭스 내에 매립된 복수의 복합 필라멘트를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 초전도성 와이어를 특징으로 한다. 와이어 매트릭스는 Cu를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 복합 필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각은 (i) 복수의 모노필라멘트, (ii) 복합 필라멘트의 축방향 치수를 통해 연장되고 복수의 모노필라멘트를 둘러싸는 확산 배리어, 및 (iii) 확산 배리어를 둘러싸는 클래딩을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되며, 확산 배리어는 복수의 모노필라멘트로부터 클래딩을 분리한다. 복합 필라멘트 확산 배리어는 Nb-W 합금 또는 Nb-Ta-W(예를 들어, 0.1% 내지 20% W 또는 0.2% 내지 12% W 또는 0.2% 내지 10% W를 함유하는 Nb 합금 또는 Nb-Ta 합금)을 포함하거나, 또는 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 복합 필라멘트 클래딩은 Cu를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각은 코어 및 코어를 둘러싸는 클래딩을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 모노필라멘트 코어는 Nb를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 모노필라멘트 클래딩은 Cu를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. In another aspect, embodiments of the invention feature a superconducting wire comprising, consisting essentially of, or consisting of a wire matrix and a plurality of composite filaments embedded within the wire matrix. The wire matrix comprises, consists essentially of, or consists of Cu. One or more or even each of the composite filaments comprises (i) a plurality of monofilaments, (ii) a diffusion barrier extending through the axial dimension of the composite filaments and surrounding the plurality of monofilaments, and (iii) surrounding the diffusion barrier The diffusion barrier separates the cladding from the plurality of monofilaments comprising, consisting essentially of, or consisting of a cladding. The composite filament diffusion barrier may be a Nb-W alloy or Nb-Ta-W (e.g., an Nb alloy or Nb-Ta alloy containing 0.1% to 20% W or 0.2% to 12% W or 0.2% to 10% W ), consists essentially of, or consists of. The composite filament cladding comprises, consists essentially of, or consists of Cu. One or more or even each of the monofilaments comprises, consists essentially of, or consists of a core and a cladding surrounding the core. The monofilament core may comprise, consist essentially of, or consist of Nb. The monofilament cladding may comprise, consist essentially of, or consist of Cu.

본 발명의 실시형태는 하기의 것 중 하나 이상을 임의의 다양한 조합으로 포함할 수 있다. 확산 배리어는 와이어의 단면의 대략 20% 미만, 와이어의 단면의 대략 15% 미만, 와이어의 단면의 대략 10% 미만, 또는 와이어의 단면의 대략 5% 미만을 집합적으로 점유할 수 있다. 확산 배리어는 와이어의 단면의 대략 1% 초과, 와이어의 단면의 대략 2% 초과, 와이어의 단면의 대략 5% 초과, 와이어의 단면의 대략 8% 초과, 또는 와이어의 단면의 대략 10% 초과를 집합적으로 점유할 수 있다. 와이어는 적어도 하나의 확산 배리어에 근접하여 배치되는(예를 들어, 그것의 어느 한쪽 또는 양쪽에서, 예컨대 복합 필라멘트 중 적어도 하나의 확산 배리어와 모노필라멘트 사이에 배치되는) 환형 영역 또는 층을 포함할 수 있으며, 환형 영역의 적어도 일부는 Nb계 초전도성 상(예를 들어, Nb-Ti 및/또는 Nb₃Sn)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 환형 영역의 일부는 확산 배리어와 상이한 조성을 갖는 Nb 합금 또는 Nb-Ta 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 환형 영역은 확산 배리어와 일치하고 및/또는 그와 직접 기계적으로 접촉할 수 있다.Embodiments of the present invention may include one or more of the following in any of a variety of combinations. The diffusion barrier may collectively occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. A diffusion barrier aggregates greater than approximately 1% of the cross-section of the wire, greater than approximately 2% of the cross-section of the wire, greater than approximately 5% of the cross-section of the wire, greater than approximately 8% of the cross-section of the wire, or greater than approximately 10% of the cross-section of the wire can be occupied. The wire may include an annular region or layer disposed proximate to the at least one diffusion barrier (e.g., disposed on either or both sides thereof, such as between the diffusion barrier of at least one of the composite filaments and the monofilament). and at least a portion of the annular region may include, consist essentially of, or consist of an Nb-based superconducting phase (eg, Nb-Ti and/or Nb ₃ Sn). A portion of the annular region may comprise, consist essentially of, or consist of an Nb alloy or an Nb-Ta alloy having a composition different from the diffusion barrier. The annular region may coincide with and/or be in direct mechanical contact with the diffusion barrier.

모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각의 코어는 합금, 의사-합금, 또는 Nb 및 Ti, Zr, Hf, Ta, Y 또는 La 중 하나 이상을 포함하는 혼합물(예를 들어, Nb-Ti)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각의 코어는 Nb₃Sn을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 확산 배리어는 Nb-3W, Nb-6W 또는 Nb-12W를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 확산 배리어는 Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, 또는 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 합금화 원소를 추가로 함유할 수 있다. 확산 배리어의 단면 두께 및/또는 단면적은 와이어의 두께를 따라 실질적으로 일정할 수 있다. 복합 필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각은 육각형 단면 형상(즉, 와이어의 축방향 치수에 수직인 단면에 있어서)을 가질 수 있다. 모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각은 육각형 단면 형상(즉, 와이어의 축방향 치수에 수직인 단면에 있어서)을 가질 수 있다.One or more of the monofilaments, or even each core thereof, comprises an alloy, pseudo-alloy, or mixture (eg, Nb-Ti) comprising Nb and one or more of Ti, Zr, Hf, Ta, Y or La. or consists essentially of, or may consist of. One or more or even each core of the monofilaments may comprise, consist essentially of, or consist of Nb ₃ Sn. The diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of Nb-3W, Nb-6W or Nb-12W. The diffusion barrier may further contain one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, or Si. The cross-sectional thickness and/or cross-sectional area of the diffusion barrier may be substantially constant along the thickness of the wire. One or more or even each of the composite filaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire). One or more or even each of the monofilaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire).

와이어는 복수의 복합 필라멘트 내에 배치된 안정화 요소를 포함할 수 있다. 안정화 요소는 Cu 및/또는 0.1% 내지 20% W 또는 0.2% 내지 12% W 또는 0.2% 내지 10% W를 함유하는 Ta 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 안정화 요소의 적어도 일부는 실질적으로 초전도성 와이어의 중심 코어에 위치될 수 있다. 안정화 요소는 와이어의 단면의 대략 20% 미만, 와이어의 단면의 대략 15% 미만, 와이어의 단면의 대략 10% 미만, 또는 와이어의 단면의 대략 5% 미만을 점유할 수 있다. 안정화 요소는 와이어의 단면의 대략 1% 초과, 와이어의 단면의 대략 2% 초과, 와이어의 단면의 대략 5% 초과, 와이어의 단면의 대략 8% 초과, 또는 와이어의 단면의 대략 10% 초과를 점유할 수 있다.The wire may include a stabilizing element disposed within the plurality of composite filaments. The stabilizing element may comprise, consist essentially of, or consist of Cu and/or a Ta alloy containing 0.1% to 20% W or 0.2% to 12% W or 0.2% to 10% W. At least a portion of the stabilizing element may be located substantially in a central core of the superconducting wire. The stabilizing element may occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. The stabilizing element occupies greater than approximately 1% of the cross-section of the wire, greater than approximately 2% of the cross-section of the wire, greater than approximately 5% of the cross-section of the wire, greater than approximately 8% of the cross-section of the wire, or greater than approximately 10% of the cross-section of the wire can do.

또 다른 양태에서, 본 발명의 실시형태는 내부 와이어 안정화 매트릭스, 와이어 안정화 매트릭스 주위에 배치된 확산 배리어, 및 확산 배리어 주위에 배치되고 확산 배리어에 의해 와이어 안정화 매트릭스로부터 분리되는 복수의 복합 필라멘트를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 초전도성 와이어를 특징으로 한다. 와이어 안정화 매트릭스는 Cu를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 확산 배리어는 Nb-W 합금 또는 Nb-Ta-W 합금(예를 들어, 0.1% 내지 20% W 또는 0.2% 내지 12% W 또는 0.2% 내지 10% W를 함유하는 Nb 합금 또는 Nb-Ta 합금)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 복합 필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각은 (i) 복수의 모노필라멘트, 및 (ii) (iii) 복수의 모노필라멘트를 둘러싸는 클래딩을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 복합 필라멘트 클래딩은 Cu를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된다. 확산 배리어는 와이어의 축방향 치수를 통해 연장된다.In another aspect, an embodiment of the present invention comprises an inner wire stabilizing matrix, a diffusion barrier disposed around the wire stabilizing matrix, and a plurality of composite filaments disposed around the diffusion barrier and separated from the wire stabilizing matrix by the diffusion barrier, or , consists essentially of, or features a superconducting wire consisting of. The wire stabilizing matrix comprises, consists essentially of, or consists of Cu. The diffusion barrier is an Nb-W alloy or an Nb-Ta-W alloy (eg, an Nb alloy or Nb-Ta alloy containing 0.1% to 20% W or 0.2% to 12% W or 0.2% to 10% W) comprises, consists essentially of, or consists of. One or more or even each of the composite filaments comprises, consists essentially of, or consists of (i) a plurality of monofilaments, and (ii) (iii) a cladding surrounding the plurality of monofilaments. The composite filament cladding comprises, consists essentially of, or consists of Cu. The diffusion barrier extends through the axial dimension of the wire.

모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각의 코어는 합금, 의사-합금, 또는 Nb 및 Ti, Zr, Hf, Ta, Y 또는 La 중 하나 이상을 포함하는 혼합물(예를 들어, Nb-Ti)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각의 코어는 Nb₃Sn을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 확산 배리어는 Nb-3W 또는 Nb-6W 또는 Nb-12W를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 확산 배리어는 Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, 또는 Si로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 합금화 원소를 추가로 함유할 수 있다. 확산 배리어의 단면 두께 및/또는 단면적은 와이어의 두께를 따라 실질적으로 일정할 수 있다. 복합 필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각은 육각형 단면 형상(즉, 와이어의 축방향 치수에 수직인 단면에 있어서)을 가질 수 있다. 모노필라멘트 중 하나 이상 또는 심지어 그 각각은 육각형 단면 형상(즉, 와이어의 축방향 치수에 수직인 단면에 있어서)을 가질 수 있다.One or more of the monofilaments, or even each core thereof, comprises an alloy, pseudo-alloy, or mixture (eg, Nb-Ti) comprising Nb and one or more of Ti, Zr, Hf, Ta, Y or La. or consists essentially of, or may consist of. One or more or even each core of the monofilaments may comprise, consist essentially of, or consist of Nb ₃ Sn. The diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of Nb-3W or Nb-6W or Nb-12W. The diffusion barrier may further contain one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, or Si. The cross-sectional thickness and/or cross-sectional area of the diffusion barrier may be substantially constant along the thickness of the wire. One or more or even each of the composite filaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire). One or more or even each of the monofilaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire).

와이어는 복수의 복합 필라멘트 내에 또는 내부 와이어 안정화 매트릭스 내에 또는 그에 근접하여 배치되는 안정화 요소를 포함할 수 있다. 안정화 요소는 Cu 및/또는 0.1% 내지 20% W 또는 0.2% 내지 12% W 또는 0.2% 내지 10% W를 함유하는 Ta 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 안정화 요소의 적어도 일부는 실질적으로 초전도성 와이어의 중심 코어에 위치될 수 있다. 안정화 요소는 와이어의 단면의 대략 20% 미만, 와이어의 단면의 대략 15% 미만, 와이어의 단면의 대략 10% 미만, 또는 와이어의 단면의 대략 5% 미만을 점유할 수 있다. 안정화 요소는 와이어의 단면의 대략 1% 초과, 와이어의 단면의 대략 2% 초과, 와이어의 단면의 대략 5% 초과, 와이어의 단면의 대략 8% 초과, 또는 와이어의 단면의 대략 10% 초과를 점유할 수 있다.The wire may include a stabilizing element disposed within the plurality of composite filaments or within or proximate to the inner wire stabilizing matrix. The stabilizing element may comprise, consist essentially of, or consist of Cu and/or a Ta alloy containing 0.1% to 20% W or 0.2% to 12% W or 0.2% to 10% W. At least a portion of the stabilizing element may be located substantially in a central core of the superconducting wire. The stabilizing element may occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. The stabilizing element occupies greater than approximately 1% of the cross-section of the wire, greater than approximately 2% of the cross-section of the wire, greater than approximately 5% of the cross-section of the wire, greater than approximately 8% of the cross-section of the wire, or greater than approximately 10% of the cross-section of the wire can do.

이들 및 다른 목적은, 본원에 개시된 본 발명의 이점 및 특징과 함께, 하기 설명, 첨부된 도면, 및 청구범위의 참조를 통해 더 명백해질 것이다. 또한, 본원에 기재된 다양한 실시형태의 특징은 상호 배타적이 아니며, 다양한 조합 및 순열로 존재할 수 있음을 이해해야 한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "대략" 및 "실질적으로"는 ±10%, 및 일부 실시형태에서는 ±5%를 의미한다. 용어 "본질적으로 ~로 구성된다"는, 본원에서 달리 정의되지 않는 한, 기능에 기여하는 다른 물질이 배제됨을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 다른 물질이 집합적으로 또는 개별적으로 미량으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 다수의 금속으로 본질적으로 구성되는 구조는 일반적으로 이러한 금속만을 그리고 화학 분석을 통해 검출가능할 수 있지만 기능에 기여하지 않는 (그리고, 5 ppm, 2 ppm, 1 ppm, 0.5 ppm, 또는 0.1 ppm 미만의 농도로 존재할 수 있는) 의도하지 않은 불순물만(금속성 또는 비금속성일 수 있음)을 포함할 것이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "본질적으로 적어도 하나의 금속으로 구성된다"는, 금속 또는 2종 이상의 금속의 혼합물 - 그러나 금속과 비금속성 원소 또는 화학 종, 예컨대 산소, 규소, 또는 질소 사이의 화합물(예를 들어, 금속 질화물, 금속 규화물, 또는 금속 산화물)은 제외 - 을 지칭하며; 이러한 비금속성 원소 또는 화학 종은, 집합적으로 또는 개별적으로, 미량으로, 예를 들어 불순물로서 존재할 수 있다.These and other objects, together with the advantages and features of the invention disclosed herein, will become more apparent upon reference to the following description, accompanying drawings, and claims. It should also be understood that features of the various embodiments described herein are not mutually exclusive and may exist in various combinations and permutations. As used herein, the terms “approximately” and “substantially” mean ±10%, and in some embodiments ±5%. The term “consisting essentially of” means that other substances contributing to function are excluded, unless otherwise defined herein. Nevertheless, these other substances may be present, collectively or individually, in trace amounts. For example, a structure that consists essentially of multiple metals generally only contributes to function (and 5 ppm, 2 ppm, 1 ppm, 0.5 ppm, or 0.1 It will contain only unintended impurities (which may be metallic or non-metallic) that may be present in concentrations below ppm. As used herein, "consisting essentially of at least one metal" means a metal or a mixture of two or more metals - but a compound between a metal and a non-metallic element or chemical species such as oxygen, silicon, or nitrogen ( excluding metal nitrides, metal silicides, or metal oxides); These non-metallic elements or chemical species, collectively or individually, may be present in trace amounts, for example as impurities.

도면에서, 유사한 참조 문자는 일반적으로 상이한 모습들 전체에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭한다. 또한, 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니며, 대신에 일반적으로 본 발명의 원리를 예시하는 것임이 강조된다. 다음의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시형태들이 다음의 도면을 참조하여 설명된다.
도 1a는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 모노필라멘트를 형성하기 위해 활용되는 튜브의 개략 단면도이고;
도 1b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 모노필라멘트를 형성하기 위해 활용되는 로드의 개략 단면도이고;
도 1c는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 복합 필라멘트를 형성하기 위해 활용되는 모노필라멘트의 개략 단면도이고;
도 2a는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 복합 필라멘트를 형성하기 위해 활용되는 튜브의 개략 단면도이고;
도 2b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 복합 필라멘트 내에 확산 배리어를 형성하기 위해 활용되는 튜브의 개략적인 단면도이고;
도 2c는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 복합 필라멘트를 형성하기 위해 활용되는 모노필라멘트 적층물의 개략 단면도이고;
도 2d는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 초기 제작 단계에서의 복합 필라멘트의 개략 단면도이고;
도 2e는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 초전도성 와이어를 형성하기 위해 활용되는 복합 필라멘트의 개략 단면도이고;
도 3a는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 안정화 요소를 형성하기 위해 활용되는 튜브의 개략 단면도이고;
도 3b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 안정화 요소를 형성하기 위해 활용되는 로드의 개략 단면도이고;
도 3c는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 안정화된 복합 필라멘트 및/또는 초전도성 와이어를 형성하기 위해 활용되는 안정화 요소의 개략 단면도이고;
도 3d는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 안정화 요소를 포함하는 복합 필라멘트의 개략 단면도이고;
도 4a는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 초전도성 와이어를 형성하기 위해 활용되는 튜브의 개략 단면도이고;
도 4b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 초전도성 와이어를 형성하기 위해 활용되는 복합 필라멘트의 적층물의 개략 단면도이고;
도 4c는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 초전도성 와이어 내의 확산 배리어를 형성하기 위해 활용되는 튜브의 개략 단면도이고;
도 4d는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 초기 제작 단계에서의 초전도성 와이어의 개략 단면도이고;
도 4e는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 초전도성 와이어의 개략 단면도이고;
도 4f는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 초기 제작 단계에서의 안정화된 초전도성 와이어의 개략 단면도이고;
도 4g는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 안정화된 초전도성 와이어의 개략 단면도이고;
도 5는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 Cu 내부 안정화제 및 안정화제 주위에 배치된 확산 배리어를 특징으로 하는 초전도성 와이어의 단면 현미경 사진이고;
도 6은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 Cu 외부 매트릭스 및 외부 매트릭스와 와이어 필라멘트 사이에 배치된 확산 배리어를 특징으로 하는 초전도성 와이어의 단면 현미경 사진이다.In the drawings, like reference characters generally refer to like parts throughout different appearances. Moreover, it is emphasized that the drawings are not necessarily drawn to scale, but rather generally illustrate the principles of the invention. In the following description, various embodiments of the present invention are described with reference to the following drawings.
1A is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form a monofilament in accordance with various embodiments of the present invention;
1B is a schematic cross-sectional view of a rod utilized to form a monofilament in accordance with various embodiments of the present invention;
1C is a schematic cross-sectional view of a monofilament utilized to form a composite filament in accordance with various embodiments of the present invention;
2A is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form a composite filament in accordance with various embodiments of the present invention;
2B is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form a diffusion barrier within a composite filament in accordance with various embodiments of the present invention;
2C is a schematic cross-sectional view of a monofilament stack utilized to form a composite filament in accordance with various embodiments of the present invention;
2D is a schematic cross-sectional view of a composite filament at an initial fabrication stage in accordance with various embodiments of the present invention;
2E is a schematic cross-sectional view of a composite filament utilized to form a superconducting wire in accordance with various embodiments of the present invention;
3A is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form a stabilizing element in accordance with various embodiments of the present invention;
3B is a schematic cross-sectional view of a rod utilized to form a stabilizing element in accordance with various embodiments of the present invention;
3C is a schematic cross-sectional view of a stabilizing element utilized to form a stabilized composite filament and/or superconducting wire in accordance with various embodiments of the present disclosure;
3D is a schematic cross-sectional view of a composite filament including a stabilizing element in accordance with various embodiments of the present disclosure;
4A is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form a superconducting wire in accordance with various embodiments of the present invention;
4B is a schematic cross-sectional view of a stack of composite filaments utilized to form a superconducting wire in accordance with various embodiments of the present invention;
4C is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form a diffusion barrier in a superconducting wire in accordance with various embodiments of the present invention;
4D is a schematic cross-sectional view of a superconducting wire at an initial stage of fabrication in accordance with various embodiments of the present invention;
4E is a schematic cross-sectional view of a superconducting wire in accordance with various embodiments of the present invention;
4F is a schematic cross-sectional view of a stabilized superconducting wire at an initial stage of fabrication in accordance with various embodiments of the present invention;
4G is a schematic cross-sectional view of a stabilized superconducting wire in accordance with various embodiments of the present invention;
5 is a cross-sectional micrograph of a superconducting wire featuring a Cu internal stabilizer and a diffusion barrier disposed around the stabilizer in accordance with various embodiments of the present invention;
6 is a cross-sectional micrograph of a superconducting wire featuring a Cu outer matrix and a diffusion barrier disposed between the outer matrix and wire filaments in accordance with various embodiments of the present invention.

도 1a 내지 도 1c는 예시적인 모노필라멘트(100)의 구성요소 및 그 성분 구성요소를 도시한다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 로드(105)는 Cu 또는 Cu 합금(예를 들어, 청동)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 튜브(110) 내에 배치된다. 로드(105)의 조성은 최종 와이어에서 요망되는 특정 금속성 초전도체에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 로드(105)는 Nb, Ti, Nb-Ti, 또는 이들의 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 다른 예에서, 로드(105)는 Ti, Zr, Hf, Ta, Y, 또는 La 중 하나 이상과 합금화된 Nb를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 이러한 합금화 원소는 개별적으로 또는 집합적으로 로드(105) 내에(및 따라서 모노필라멘트(100)의 코어 내에) 존재할 수 있고, 예를 들어 0.2% 내지 10%(예를 들어, 0.2% 내지 5%, 또는 0.5% 내지 1%)의 농도이다. 다양한 실시형태에서, 튜브(110)(및/또는 본원에 기재된 임의의 다른 튜브)는 로드(105) 주위에 금속 시트를 랩핑함으로써 형성될 수 있고; 이러한 실시형태에서, 시트의 단부는 중첩될 수 있다. 이어서, 튜브(110)로 클래딩된 로드(105)는 드로잉 다운되어 그의 직경을, 예를 들어 0.5 인치 내지 1.5 인치로 감소시킬 수 있다. 클래딩된 로드는 다단계로 드로잉 다운될 수 있고, 예를 들어 변형 완화를 위해 임의의 또는 각각의 드로잉 단계 동안 및/또는 후에 열처리될 수 있다. 드로잉 다운되면, 클래딩된 로드는 성형 다이를 통해 드로잉되어 다른 모노필라멘트와의 효율적인 적층을 위해 성형된 모노필라멘트(100)를 제작할 수 있다. 예를 들어, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 육각형 다이를 활용하여 육각형 단면을 갖는 모노필라멘트(100)를 형성할 수 있다. 다른 실시형태에서, 모노필라멘트는 다른 단면, 예를 들어 정사각형, 직사각형, 삼각형 등을 가질 수 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 모노필라멘트(100)는 전형적으로 실질적으로 균일한 조성을 갖는 단일 원통형 코어 주위에 배치되고 그를 둘러싸는 단일 환형 클래딩을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되며; 따라서 다수의 클래딩 및 분리된 원통형 코어를 포함하는 본 발명의 실시형태에 따른 초전도성 와이어의 영역은 다중 "모노필라멘트" 또는 단일 "복합 필라멘트"에 대응한다.1A-1C illustrate the components of an exemplary monofilament 100 and its component components. According to an embodiment of the present invention, the rod 105 is disposed within a tube 110 that includes, consists essentially of, or consists of Cu or a Cu alloy (eg, bronze). The composition of the rod 105 may be selected based on the particular metallic superconductor desired in the final wire. For example, rod 105 may include, consist essentially of, or consist of Nb, Ti, Nb-Ti, or alloys thereof. In another example, the rod 105 may include, consist essentially of, or consist of Nb alloyed with one or more of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La. These alloying elements, individually or collectively, may be present in rod 105 (and thus in the core of monofilament 100 ), for example from 0.2% to 10% (eg from 0.2% to 5%; or 0.5% to 1%). In various embodiments, tube 110 (and/or any other tube described herein) may be formed by wrapping a sheet of metal around rod 105 ; In such embodiments, the ends of the sheets may overlap. The rod 105 clad with the tube 110 may then be drawn down to reduce its diameter, for example, from 0.5 inches to 1.5 inches. The clad rod may be drawn down in multiple steps and, for example, may be heat treated during and/or after any or each drawing step to relieve strain. Once drawn down, the clad rod may be drawn through a forming die to fabricate the molded monofilament 100 for efficient lamination with other monofilaments. For example, as shown in FIG. 1C , a hexagonal die may be utilized to form the monofilament 100 having a hexagonal cross-section. In other embodiments, monofilaments may have other cross-sections, such as squares, rectangles, triangles, and the like. 1C , monofilament 100 typically comprises, consists essentially of, or consists of a single annular cladding disposed around and surrounding a single cylindrical core having a substantially uniform composition; Thus, a region of a superconducting wire according to an embodiment of the invention comprising multiple claddings and separate cylindrical cores corresponds to multiple “monofilaments” or single “composite filaments”.

모노필라멘트(100)가 제작되면, 다른 모노필라멘트(100) 또한 동일한 방식으로 제작할 수 있거나, 또는 하나 이상의 모노필라멘트(100)가 다수의 단편으로 분할될 수 있다. 다수의 모노필라멘트는 함께 적층되어 복합 필라멘트의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 도 2a 내지 2e는 복합 필라멘트(200)의 다양한 구성요소 및 어셈블리를 도시한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 다수의 모노필라멘트(100)는 함께 소정 배열로 적층시킬 수 있고, 이어서 이것이 복합 필라멘트(200)의 코어의 적어도 일부가 될 것이다. 도 2c는 19개의 상이한 모노필라멘트(100)의 적층물을 도시한 것이지만, 본 발명의 실시형태는 더 많거나 적은 모노필라멘트(100)를 포함할 수 있다. 모노필라멘트(100)의 적층된 어셈블리는 Cu 또는 Cu 합금(예를 들어, 청동)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된 튜브(205) 내에 배치될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 튜브(210)는 튜브(205) 내에 및 모노필라멘트(100)의 적층물 주위에 배치될 수 있고; 이 튜브(210)는 최종 복합 필라멘트 내의 확산 배리어(215)가 되고, 모노필라멘트(100)와 생성되는 복합 필라멘트의 외부 매트릭스(220)가 되는 튜브(205)의 물질 사이의 상호확산을 지연시키거나 또는 실질적으로 방지할 것이다. 따라서, 튜브(210)는 Nb-W(예를 들어, Nb-12W 또는 Nb-6W 또는 Nb-3W) 또는 Nb-Ta-W(예를 들어, Nb-Ta-12W 또는 Nb-Ta-6W 또는 Nb-Ta-3W)와 같은 Nb 합금 또는 Nb-Ta 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 모노필라멘트(100)를 튜브(205) 및 튜브(210) 내에 배치하기 전 및/또는 배치한 후, 모노필라멘트(100), 튜브(205), 및/또는 튜브(210)를 세정하고 및/또는 에칭하여(예를 들어, 하나 이상의 산을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된 세정제에 의해), 예를 들어, 표면 산화물 및/또는 다른 오염물을 제거할 수 있다.Once the monofilament 100 is fabricated, other monofilaments 100 may also be fabricated in the same manner, or one or more monofilaments 100 may be divided into multiple fragments. A plurality of monofilaments may be stacked together to form at least a portion of the composite filaments. 2A-2E illustrate various components and assemblies of composite filament 200 . As shown in FIG. 2C , multiple monofilaments 100 may be stacked together in an arrangement, which will then become at least part of the core of composite filament 200 . Although FIG. 2C illustrates a stack of 19 different monofilaments 100 , embodiments of the present invention may include more or fewer monofilaments 100 . The stacked assembly of monofilaments 100 may include, consist essentially of, or be disposed within a tube 205 composed of Cu or a Cu alloy (eg, bronze). 2B , tube 210 may be disposed within tube 205 and around stack of monofilaments 100 ; This tube 210 acts as a diffusion barrier 215 within the final composite filament and retards interdiffusion between the monofilament 100 and the material of the tube 205 which becomes the outer matrix 220 of the resulting composite filament, or or substantially prevent it. Thus, tube 210 can be either Nb-W (eg, Nb-12W or Nb-6W or Nb-3W) or Nb-Ta-W (eg, Nb-Ta-12W or Nb-Ta-6W or may comprise, consist essentially of, or consist of an Nb alloy such as Nb-Ta-3W) or an Nb-Ta alloy. cleaning monofilament 100 , tube 205 , and/or tube 210 before and/or after placing monofilament 100 within tube 205 and tube 210 and/or Etching (eg, with a cleaning agent comprising, consisting essentially of, or consisting of one or more acids) may remove, for example, surface oxides and/or other contaminants.

튜브(210)는 순수 Nb 또는 Nb-Ta 합금을 확산 배리어 내에 배치된 하나 이상의 다른 합금화 원소와 합금화하는 것을 통해 제조될 수 있다. 예를 들어, Nb 및 W의 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 확산 배리어(및 따라서 튜브(210))에 대해, Nb 및 W는 전자-빔 용융 및/또는 아크 용융과 같은 공정을 통해 원하는 양으로 함께 합금화될 수 있다. 유사하게, Nb, Ta, 및 W의 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 확산 배리어(및 이에 따른 튜브(210))에 대해, Nb, Ta, 및 W는 전자-빔 용융 및/또는 아크 용융과 같은 공정을 통해 원하는 양으로 함께 합금화될 수 있다. 생성된 물질을 시트로 제작될 수 있고, 시트는 예를 들어, 압연, 딥 드로잉, 압출, 필거링(pilgering) 등에 의해 튜브로 형성될 수 있다.Tube 210 may be fabricated via alloying a pure Nb or Nb-Ta alloy with one or more other alloying elements disposed within the diffusion barrier. For example, for a diffusion barrier (and thus tube 210 ) comprising, consisting essentially of, or consisting of an alloy of Nb and W, Nb and W are combined with electron-beam melting and/or arc melting and It can be alloyed together in a desired amount through the same process. Similarly, for a diffusion barrier (and thus tube 210 ) comprising, consisting essentially of, or consisting of alloys of Nb, Ta, and W, Nb, Ta, and W are electron-beam melting and/or alloyed together in desired amounts through processes such as arc melting. The resulting material may be made into a sheet, and the sheet may be formed into a tube by, for example, rolling, deep drawing, extrusion, pilgering, or the like.

도 2d에 도시된 바와 같이, 튜브(205) 및 튜브(210)는, 예를 들어 스웨이징, 압출, 및/또는 압연에 의해 모노필라멘트(100)들 상에 압착될 수 있다. 클래딩된 적층된 모노필라멘트(100)는 어닐링되어 적층된 어셈블리 내의 다양한 모노필라멘트(100) 사이의 접합을 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 클래딩된 적층된 모노필라멘트는 대략 300℃ 내지 대략 500℃(예를 들어, 대략 400℃)의 온도에서 대략 0.5시간 내지 대략 3시간(예를 들어, 대략 1시간)의 시간 동안 어닐링될 수 있다. 유리하게, 모노필라멘트(100)와 외부 매트릭스(220) 사이의 확산 배리어(215)의 존재는 매트릭스(220)의 Cu와 모노필라멘트(100) 사이의 확산을 실질적으로 방지함으로써, 낮은 전기 전도도(예를 들어, Cu보다 낮은 및/또는 매트릭스(220)의 물질보다 낮은 전기 전도도)를 갖는 금속성 상의 형성을 방지한다. 확산 배리어(215)는 또한, 특히 와이어 내의 초전도성 상의 반응성 형성에 활용되는 연장된 고온 열처리 후에, 외부 매트릭스(220) 및/또는 모노필라멘트(100)의 경우에 비해 그의 우수한 기계적 특성(예를 들어, 강도, 항복 강도, 인장 강도, 강성, 영률 등)을 고려할 때, 최종 와이어에 추가의 기계적 강도를 제공한다.As shown in FIG. 2D , tube 205 and tube 210 may be pressed onto monofilaments 100 by, for example, swaging, extrusion, and/or rolling. The cladded stacked monofilaments 100 may be annealed to facilitate bonding between the various monofilaments 100 within the stacked assembly. For example, the cladded laminated monofilament may be annealed at a temperature of approximately 300° C. to approximately 500° C. (eg, approximately 400° C.) for a time of approximately 0.5 hours to approximately 3 hours (eg, approximately 1 hour). can be Advantageously, the presence of the diffusion barrier 215 between the monofilaments 100 and the outer matrix 220 substantially prevents diffusion between the monofilaments 100 and Cu of the matrix 220, thereby resulting in lower electrical conductivity (e.g., For example, it prevents the formation of metallic phases that have lower electrical conductivity than Cu and/or lower than the material of matrix 220). The diffusion barrier 215 also has its superior mechanical properties (e.g., When considering strength, yield strength, tensile strength, stiffness, Young's modulus, etc.), it provides additional mechanical strength to the final wire.

생성된 어셈블리를 1회 이상 드로잉 다운하여 그의 직경을 감소시킬 수 있고, 이어서 성형 다이를 통해 드로잉하여 효율적인 적층을 위해 구성된 단면 형상을 갖는 복합 필라멘트(200)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 2e에 나타낸 바와 같이, 육각형 다이를 활용하여 육각형 단면을 갖는 복합 필라멘트(200)를 형성할 수 있다. 다른 실시형태에서, 복합 필라멘트(200)는 다른 단면, 예를 들어, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 라운드형, 오프-라운드형, 타원형 등을 가질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 가공 및 성형 후 복합 필라멘트(200)의 단면 크기 및/또는 형상은 크기가 감소되기 전에 초기 적층된 어셈블리에서 활용된 모노필라멘트(100)(즉, 도 2c에 나타냄)의 단면 크기 및/또는 형상과 동일하다. (튜브(210)의 포함으로부터 초래되는 확산 배리어(215)는 도 2d 및 2e에 가변 단면 두께를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 다양한 실시형태에서 확산 배리어(215)는 그의 원주 둘레에서 실질적으로 균일한 단면 두께를 가질 수 있고, 확산 배리어(215)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 단면적이 환형 링(예를 들어, 내부의 필라멘트(또는 다른 구조체) 주위에 긴밀하게 배치되는 링)의 형태를 가질 수 있으며; 본 발명의 실시형태에 따른 환형 단면을 갖는 확산 배리어는 일반적으로 와이어의 축방향 치수를 따라 연장되는 실린더의 형태를 갖는다).The resulting assembly may be drawn down one or more times to reduce its diameter, which may then be drawn through a forming die to provide composite filaments 200 having a cross-sectional shape configured for efficient lamination. For example, as shown in FIG. 2E , a hexagonal die may be utilized to form the composite filament 200 having a hexagonal cross-section. In other embodiments, the composite filament 200 may have other cross-sections, eg, square, rectangular, triangular, round, off-rounded, oval, and the like. In various embodiments, the cross-sectional size and/or shape of the composite filament 200 after processing and shaping is the cross-sectional size of the monofilament 100 utilized in the initially stacked assembly (ie, as shown in FIG. 2C ) before being reduced in size. and/or identical in shape. (Although the diffusion barrier 215 resulting from the inclusion of the tube 210 is shown in FIGS. 2D and 2E as having a variable cross-sectional thickness, in various embodiments of the present invention the diffusion barrier 215 extends substantially around its circumference. It can have a uniform cross-sectional thickness, and the diffusion barrier 215 is an annular ring of cross-sectional area as shown in FIGS. A diffusion barrier having an annular cross-section according to an embodiment of the present invention is generally in the form of a cylinder extending along the axial dimension of the wire).

본 발명의 실시형태에 따른 초전도성 와이어는 또한 와이어의 드로잉성 및/또는 전기적 성능을 손상시키지 않으면서 훨씬 더 큰 기계적 강도를 제공하는 안정화 요소를 포함할 수 있다. 도 3a 내지 도 3c는, 모노필라멘트(100)에 대해 상기에 상술된 것과 유사한 방법에 의한 안정화 요소(300)의 제작을 도시한 것이다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 로드(305)는 Cu 또는 Cu 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된 튜브(310) 내에 배치된다. 로드(305)는, 모노필라멘트(100)의 제작에 활용된 로드(105)보다 큰 기계적 강도(예를 들어, 인장 강도, 항복 강도 등)를 갖는 하나 이상의 금속을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 예를 들어, 로드(305)는 Ta 또는 Ta 합금(예를 들어, Ta-3W와 같은 Ta-W 합금), Nb 또는 Nb 합금(예를 들어, Nb-12W, Nb-6W, 또는 Nb-3W 같은 Nb-W 합금), Nb-Ta 합금, Hf, Ti, Zr, Ta, V, Y, Mo, 또는 W 같은 하나 이상의 추가적인 합금화 원소를 함유하는 Nb-Ta 합금, 또는 확산 배리어에 적합한 것과 같은 본원에 개시된 임의의 다른 물질을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 로드(305)는 실질적으로 순수 Nb보다 큰 기계적 강도를 갖는 Nb 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시형태에 따른 로드(305)(및 따라서 안정화 요소)는 Nb와 Hf, Ti, Zr, Ta, V, Y, Mo, 또는 W 중 하나 이상의 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시형태에 따른 안정화 요소는 대략 10% Hf, 대략 0.7% 내지 1.3% Ti, 대략 0.7% Zr, 대략 0.5% Ta, 대략 0.5% W, 및 잔부 Nb를 포함하는 Nb C103 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 안정화 요소는 Nb B66 합금 및/또는 Nb B77 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다.Superconducting wires according to embodiments of the present invention may also include stabilizing elements that provide even greater mechanical strength without compromising the wire's drawability and/or electrical performance. 3A-3C illustrate the fabrication of a stabilizing element 300 by a method similar to that described above for the monofilament 100 . According to an embodiment of the present invention, the rod 305 is disposed within a tube 310 comprising, consisting essentially of, or consisting of Cu or a Cu alloy. Rod 305 includes, consists essentially of, or includes one or more metals having greater mechanical strength (eg, tensile strength, yield strength, etc.) than rod 105 utilized in the fabrication of monofilament 100 . , or may consist of them. For example, rod 305 may be a Ta or Ta alloy (eg, a Ta-W alloy such as Ta-3W), an Nb or Nb alloy (eg, Nb-12W, Nb-6W, or Nb-3W). such as Nb-W alloys), Nb-Ta alloys, Nb-Ta alloys containing one or more additional alloying elements such as Hf, Ti, Zr, Ta, V, Y, Mo, or W, or as suitable herein for diffusion barriers. may comprise, consist essentially of, or consist of any other material disclosed in In other embodiments, rod 305 may include, consist essentially of, or consist of an Nb alloy having a mechanical strength greater than substantially pure Nb. For example, a rod 305 (and thus a stabilizing element) according to an embodiment of the present invention may comprise, or consist essentially of, Nb and an alloy of one or more of Hf, Ti, Zr, Ta, V, Y, Mo, or W. consists of, or may consist of. For example, a stabilizing element according to an embodiment of the present invention may comprise Nb C103 comprising approximately 10% Hf, approximately 0.7% to 1.3% Ti, approximately 0.7% Zr, approximately 0.5% Ta, approximately 0.5% W, and the balance Nb. may comprise, consist essentially of, or consist of an alloy. In other embodiments, the stabilizing element may comprise, consist essentially of, or consist of an Nb B66 alloy and/or an Nb B77 alloy.

이어서, 튜브(310)로 클래딩된 로드(305)는 드로잉 다운되어 그의 직경을, 예를 들어 0.5 인치 내지 1.5 인치로 감소시킬 수 있다. 클래딩된 로드는 다단계로 드로잉 다운될 수 있고, 예를 들어 변형 완화를 위해 임의의 또는 각각의 드로잉 단계 동안 및/또는 후에 열처리될 수 있다. 드로잉 다운되면, 클래딩된 로드는 모노필라멘트(100) 및/또는 복합 필라멘트(200)와의 효율적인 적층을 위해 성형된 안정화 요소(300)를 제작하기 위해 성형 다이를 통해 드로잉될 수 있다. 예를 들어, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 육각형 다이를 활용하여 육각형 단면을 갖는 안정화 요소(300)를 형성할 수 있다. 다른 실시형태에서, 안정화 요소(300)는 다른 단면, 예를 들어 정사각형, 직사각형, 삼각형 등을 가질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 안정화 요소(300)는 모노필라멘트(100) 및/또는 복합 필라멘트(200)의 단면 크기 및/또는 형상과 실질적으로 동일한 단면 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다.The rod 305 clad with the tube 310 may then be drawn down to reduce its diameter, for example, from 0.5 inches to 1.5 inches. The clad rod may be drawn down in multiple steps and, for example, may be heat treated during and/or after any or each drawing step to relieve strain. Once drawn down, the clad rod may be drawn through a forming die to fabricate a shaped stabilizing element 300 for efficient lamination with monofilament 100 and/or composite filament 200 . For example, as shown in FIG. 3C , a hexagonal die may be utilized to form the stabilizing element 300 having a hexagonal cross-section. In other embodiments, the stabilizing element 300 may have other cross-sections, such as square, rectangular, triangular, and the like. In various embodiments, the stabilizing element 300 may have a cross-sectional size and/or shape substantially the same as the cross-sectional size and/or shape of the monofilament 100 and/or composite filament 200 .

제작되면, 하나 이상의 안정화 요소(300)는 모노필라멘트(100)의 적층물 내로 삽입될 수 있고, 생성된 어셈블리는 확산-배리어 물질 및 매트릭스 물질로 둘러싸이고, 드로잉 다운되며, 선택적으로 성형되어, 도 3d에 나타낸 바와 같이, 모노필라멘트(100) 및 안정화 요소(들)(300)와 외부 매트릭스(220) 사이에 확산 배리어(215)를 포함하는 안정화된 복합 필라멘트(315)(예를 들어, 도 2a 내지 2e를 참조로 하여 위에서 설명된 바와 같음)를 형성할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 복합 필라멘트는, 안정화 요소(300)와 나머지 모노필라멘트(100) 사이의 상호확산을 지연시키거나 실질적으로 방지하기 위해 이들 사이에 확산 배리어를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 안정화 요소(300)는, 예를 들어, Cu 또는 Cu 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된 내부 안정화 매트릭스로 대체되거나 보충될 수 있고, 이러한 영역은 하나 이상의 확산 배리어에 의해 모노필라멘트(100)로부터 분리될 수 있다. 도 3d는 모노필라멘트(100) 중 하나의 것과 실질적으로 동일한 단면적을 갖는 안정화 요소(300)를 나타내지만, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 안정화 요소(300)는 단일 모노필라멘트(100)의 단면적보다 큰 단면적을 갖는다. 예를 들어, 안정화 요소(300)의 단면적은 모노필라멘트(100)의 단면적의 적어도 1.5배, 적어도 2배, 적어도 3배, 적어도 4배, 적어도 5배, 또는 적어도 6배일 수 있다.Once fabricated, one or more stabilizing elements 300 may be inserted into a stack of monofilaments 100 and the resulting assembly surrounded by diffusion-barrier material and matrix material, drawn down, and optionally molded, as shown in FIG. As shown in 3D, stabilized composite filament 315 comprising monofilament 100 and a diffusion barrier 215 between stabilizing element(s) 300 and outer matrix 220 (eg, FIG. 2A ) to 2e) may be formed. In various embodiments of the present invention, the composite filaments may include a diffusion barrier therebetween to retard or substantially prevent interdiffusion between the stabilizing element 300 and the remaining monofilaments 100 . In various embodiments, the stabilizing element 300 may be replaced or supplemented with an internal stabilizing matrix comprising, consisting essentially of, or consisting of, for example, Cu or a Cu alloy, such regions having one or more diffusions. It may be separated from the monofilament 100 by a barrier. Although FIG. 3D shows a stabilizing element 300 having a cross-sectional area substantially equal to that of one of the monofilaments 100 , in various embodiments of the present invention, the stabilizing element 300 has a greater cross-sectional area than that of a single monofilament 100 . has a large cross-sectional area. For example, the cross-sectional area of the stabilizing element 300 may be at least 1.5 times, at least 2 times, at least 3 times, at least 4 times, at least 5 times, or at least 6 times the cross-sectional area of the monofilament 100 .

안정화 요소뿐만 아니라 확산 배리어를 포함하는 본 발명의 실시형태에서, 추가의 기계적 강도를 부여하는 와이어의 단면적의 양은 유리하게는 확산 배리어(들)와 안정화 요소(들) 사이에서 분할될 수 있다. 즉, 하나 이상의 안정화 요소에 의해 점유된 와이어의 단면적이 클수록, 각각의 확산 배리어가 와이어의 다양한 부분들 사이의 확산을 지연시키거나 실질적으로 제거하기에 충분한 두께를 갖는 한, 확산 배리어(들)에 의해 점유되어야 하는 와이어의 단면적은 작아진다. 대조적으로, 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어의 사용은, 요망되는 기계적 강도(및/또는 다른 기계적 특성)를 와이어에 여전히 부여하면서, 그 자체가 집합적으로 와이어의 보다 작은 단면적을 점유하는 하나 이상의 안정화 요소의 사용을 가능하게 한다. 다양한 실시형태에서, 확산 배리어(들)는 집합적으로 와이어의 단면적의 적어도 1%, 적어도 2%, 적어도 3%, 적어도 4%, 또는 적어도 5%를 점유할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 확산 배리어(들)는 집합적으로 와이어의 단면적의 15% 미만, 12% 미만, 10% 미만, 9% 미만, 8% 미만, 7% 미만, 6% 미만, 또는 5% 미만을 점유할 수 있다. 안정화 요소를 특징으로 하는 본 발명의 실시형태에서, 안정화 요소 및 확산 배리어는 집합적으로 와이어의 단면적의 25% 미만, 20% 미만, 15% 미만, 또는 10% 미만을 점유할 수 있다. 안정화 요소는 그 자체가 와이어의 단면적의 15% 미만 또는 10% 미만(예를 들어, 대략 2% 내지 대략 8%, 또는 대략 5% 내지 대략 15%)을 점유할 수 있다. 안정화 요소는 와이어의 단면적의 적어도 2%, 적어도 3%, 적어도 5%, 또는 적어도 8%를 점유할 수 있다.In embodiments of the invention comprising a diffusion barrier as well as a stabilizing element, the amount of cross-sectional area of the wire imparting additional mechanical strength can advantageously be divided between the diffusion barrier(s) and the stabilizing element(s). That is, the greater the cross-sectional area of the wire occupied by the one or more stabilizing elements, the greater the thickness of the diffusion barrier(s), so long as each diffusion barrier has a thickness sufficient to retard or substantially eliminate diffusion between the various portions of the wire. The cross-sectional area of the wire that must be occupied by the wire becomes smaller. In contrast, the use of diffusion barriers according to embodiments of the present invention is one that collectively occupies a smaller cross-sectional area of the wire, while still imparting the desired mechanical strength (and/or other mechanical properties) to the wire. It enables the use of the above stabilizing elements. In various embodiments, the diffusion barrier(s) may collectively occupy at least 1%, at least 2%, at least 3%, at least 4%, or at least 5% of the cross-sectional area of the wire. In various embodiments, the diffusion barrier(s) collectively comprise less than 15%, less than 12%, less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, or less than 5% of the cross-sectional area of the wire. can occupy In embodiments of the invention that feature a stabilizing element, the stabilizing element and the diffusion barrier may collectively occupy less than 25%, less than 20%, less than 15%, or less than 10% of the cross-sectional area of the wire. The stabilizing element may itself occupy less than 15% or less than 10% of the cross-sectional area of the wire (eg, between approximately 2% and approximately 8%, or between approximately 5% and approximately 15%). The stabilizing element may occupy at least 2%, at least 3%, at least 5%, or at least 8% of the cross-sectional area of the wire.

하나 이상의 복합 필라멘트(200, 315) 내에 포함되는 것에 추가로 또는 그 대신에, 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어는, 초전도성 와이어 내의 상호확산을 유리하게 지연시키거나 실질적으로 방지하기 위해, 외부 안정화 매트릭스(및/또는 내부 안정화 매트릭스 및/또는 와이어의 중심에 근접하는 안정화제)와 복합 필라멘트 사이에 배치될 수 있다. 즉, 초전도성 와이어 및/또는 와이어 예비성형체는, 복합 필라멘트(200), 안정화된 복합 필라멘트(315), 및/또는 그 자체의 확산 배리어를 갖지 않는 복합 필라멘트의 어셈블리 주위에 배치된 확산 배리어를 활용하여 제작될 수 있다. 도 4a 내지 도 4e는 예시적인 초전도성 와이어(400)의 다양한 제작 단계를 도시한다. 도 4b에 나타낸 바와 같이, 그 자체의 내부 확산 배리어를 각각 갖지 않는 다수의 복합 필라멘트(405)를 함께 소정 배열로 적층시킬 수 있고, 이어서 이것이 초전도성 와이어(400)의 코어의 적어도 일부가 될 것이다. 각각의 복합 필라멘트(405)는, 예를 들어, 상기에 상술된 복합 필라멘트(200)와 유사하게, 그러나 제작 동안 튜브(210)의 사용으로부터 유래되는 확산 배리어(215)의 포함 없이 제작될 수 있다. 다른 실시형태에서, 복합 필라멘트의 적층물은 복합 필라멘트(200), 복합 필라멘트(315), 및/또는 복합 필라멘트(405)를 갖거나 갖지 않는 이들의 혼합물을 포함하거나 이것으로 구성될 수 있다. 도 4b는 18개의 상이한 복합 필라멘트(405)의 적층물을 도시한 것이지만, 본 발명의 실시형태는 더 많거나 더 적은 복합 필라멘트를 포함할 수 있다.In addition to or instead of being contained within one or more composite filaments 200 , 315 , diffusion barriers according to embodiments of the present invention may be externally stabilized to advantageously retard or substantially prevent interdiffusion within the superconducting wire. It may be disposed between the matrix (and/or the internal stabilizing matrix and/or the stabilizer proximal to the center of the wire) and the composite filament. That is, the superconducting wire and/or wire preform utilizes a diffusion barrier disposed around the composite filament 200, stabilized composite filament 315, and/or assembly of composite filaments that do not have a diffusion barrier of their own. can be manufactured. 4A-4E illustrate various stages of fabrication of an exemplary superconducting wire 400 . As shown in FIG. 4B , multiple composite filaments 405 , each not having their own internal diffusion barrier, may be stacked together in an arrangement, which will then become at least part of the core of the superconducting wire 400 . Each of the composite filaments 405 may be fabricated, for example, similar to the composite filaments 200 detailed above, but without the inclusion of a diffusion barrier 215 resulting from the use of the tube 210 during fabrication. . In other embodiments, the stack of composite filaments may include or consist of composite filaments 200 , composite filaments 315 , and/or mixtures thereof with or without composite filaments 405 . 4B shows a stack of 18 different composite filaments 405 , embodiments of the present invention may include more or fewer composite filaments.

복합 필라멘트의 적층된 어셈블리는 Cu 또는 Cu 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된 튜브(410) 내에 배치될 수 있다. 추가로, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 튜브(210)가 복합 필라멘트의 적층된 어셈블리 주위에, 또한 튜브(410) 내에 배치될 수 있고, 따라서 최종 와이어에서 확산 배리어를 형성할 수 있다. 복합 필라멘트를 튜브(510) 및 튜브(210) 내에 배치하기 전 및/또는 후에, 복합 필라멘트, 튜브(210), 및/또는 튜브(410)를 세정하고 및/또는 에칭하여 (예를 들어, 하나 이상의 산을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성된 세정제에 의해), 예를 들어 표면 산화물 및/또는 다른 오염물을 제거할 수 있다. 도 4d에 나타낸 바와 같이, 튜브(410) 및 튜브(210)를, 예를 들어, 스웨이징, 압출, 및/또는 압연에 의해 복합 필라멘트 상에 압착시킬 수 있고, 튜브(210)는 확산 배리어(415)가 될 수 있고, 튜브(410)는 외부 매트릭스(420)가 될 수 있다. 클래딩된 적층된 복합 필라멘트를 어닐링하여 적층된 어셈블리 내의 다양한 복합 필라멘트 사이의 접합을 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 클래딩된 적층물은 대략 300℃ 내지 대략 500℃(예를 들어, 대략 400℃)의 온도에서 대략 0.5시간 내지 대략 3시간(예를 들어, 대략 1시간)의 시간 동안 어닐링될 수 있다. 유리하게, 복합 필라멘트(405)와 외부 매트릭스(420) 사이의 확산 배리어(415)의 존재는 매트릭스(420)의 Cu와 복합 필라멘트(405) 사이의 확산을 실질적으로 방지함으로써, 낮은 전기 전도도(예를 들어, Cu보다 낮은 및/또는 매트릭스(420)의 물질보다 낮은 전기 전도도)를 갖는 금속성 상의 형성을 방지한다. 생성된 어셈블리를, 도 4e에 나타낸 바와 같이, 1회 이상 드로잉 다운하여 그의 직경을 감소시킬 수 있다. 드로잉 전 또는 후에, 초전도성 와이어(400)를 어닐링하여, 예를 들어 잔류 응력을 완화시키고 및/또는 그 안에서의 재결정화를 촉진시킬 수 있다.The stacked assembly of composite filaments may include, consist essentially of, or be disposed within a tube 410 composed of Cu or a Cu alloy. Additionally, as shown in FIG. 4C , a tube 210 may be disposed around the stacked assembly of composite filaments and also within the tube 410 , thus forming a diffusion barrier in the final wire. Before and/or after placing the composite filaments in the tube 510 and tube 210, cleaning and/or etching the composite filament, tube 210, and/or tube 410 (eg, one (by cleaning agents comprising, consisting essentially of, or consisting of), for example surface oxides and/or other contaminants. As shown in FIG. 4D , tube 410 and tube 210 may be pressed onto the composite filament by, for example, swaging, extrusion, and/or rolling, tube 210 providing a diffusion barrier ( 415 , and the tube 410 may be the outer matrix 420 . The cladded laminated composite filaments may be annealed to promote bonding between the various composite filaments within the laminated assembly. For example, the clad laminate may be annealed at a temperature of approximately 300° C. to approximately 500° C. (eg, approximately 400° C.) for a time of approximately 0.5 hours to approximately 3 hours (eg, approximately 1 hour). have. Advantageously, the presence of the diffusion barrier 415 between the composite filaments 405 and the outer matrix 420 substantially prevents diffusion between the composite filaments 405 and Cu of the matrix 420, thereby resulting in lower electrical conductivity (e.g., For example, it prevents the formation of metallic phases that have lower electrical conductivity than Cu and/or lower than the material of matrix 420). The resulting assembly may be drawn down one or more times to reduce its diameter, as shown in FIG. 4E . Before or after drawing, the superconducting wire 400 may be annealed, for example, to relieve residual stresses and/or to promote recrystallization therein.

도 4f 및 도 4g에 도시되는 바와 같이, 하나 이상의 확산 배리어(415)뿐만 아니라 하나 이상의 안정화 요소(300)를 포함하는 안정화된 초전도성 와이어(425)를 제조하기 위해 유사한 방법론이 이용될 수 있다. 예를 들어, 적층된 복합 필라멘트의 어셈블리는, 하나 이상의 안정화 요소(300)를 수용하도록 각각 크기조절되고 성형된 하나 이상의 공극을 그 안에 한정할 수 있다. 복합 필라멘트가 튜브(410) 및 튜브(210) 내에 배치되기 전 또는 후에, 도 4f에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 안정화 요소(300)를 각각의 공극 내에 배치할 수 있다. 생성된 어셈블리는, 도 4g에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 드로잉 및/또는 압출에 의해 감소된 그의 직경을 가질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 특히 안정화 요소가 Cu를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 실시형태에서, 확산 배리어가 안정화 요소(들)(300)와 와이어 또는 와이어 예비성형체 내의 필라멘트 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 와이어 예비성형체 어셈블리가 어셈블링되는 경우, 요망되는 확산 배리어 물질의 튜브를 안정화 요소 주위에 배치할 수 있고, 전체 어셈블리를 요망되는 와이어 치수로 드로잉 다운할 수 있다. 도 4f 및 도 4g는, 실질적으로 복합 필라멘트의 적층된 어셈블리의 중심에 배치된 단일 안정화 요소(300)를 갖는 초전도성 와이어(425)를 도시한 것이지만, 본 발명의 실시형태에 따르면, 중심에 배치된 안정화 요소(300)에 추가로 또는 그 대신에, 하나 이상의 안정화 요소(300)를 적층된 어셈블리 내의 다른 위치에 배치할 수 있다. 도 4f 및 도 4g는 안정화 요소(300)를 복합 필라멘트(405) 중 하나의 것과 실질적으로 동일한 단면적을 갖는 것으로 도시하지만, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 안정화 요소(300)는 단일 복합 필라멘트(405)의 단면적보다 큰 단면적을 갖는다. 예를 들어, 안정화 요소(300)의 단면적은 복합 필라멘트(405)의 단면적의 적어도 1.5배, 적어도 2배, 적어도 3배, 적어도 4배, 적어도 5배, 또는 적어도 6배일 수 있다.A similar methodology may be used to fabricate a stabilized superconducting wire 425 including one or more diffusion barriers 415 as well as one or more stabilizing elements 300 , as shown in FIGS. 4F and 4G . For example, an assembly of stacked composite filaments may define one or more voids therein that are each sized and shaped to receive one or more stabilizing elements 300 . One or more stabilizing elements 300 may be disposed within each void, as shown in FIG. 4F , before or after composite filaments are disposed within tube 410 and tube 210 . The resulting assembly may have its diameter reduced, for example by drawing and/or extrusion, as shown in FIG. 4G . In various embodiments, particularly in embodiments where the stabilizing element comprises, consists essentially of, or consists of Cu, a diffusion barrier is disposed between the stabilizing element(s) 300 and the filaments in the wire or wire preform. can be For example, when a wire preform assembly is being assembled, a tube of the desired diffusion barrier material can be placed around the stabilizing element and the entire assembly can be drawn down to the desired wire dimensions. 4F and 4G illustrate a superconducting wire 425 having a single stabilizing element 300 disposed substantially at the center of a stacked assembly of composite filaments, however, in accordance with an embodiment of the present invention, a centrally disposed In addition to or instead of stabilizing elements 300 , one or more stabilizing elements 300 may be disposed at other locations within the stacked assembly. 4F and 4G depict stabilizing element 300 as having substantially the same cross-sectional area as one of composite filaments 405 , in various embodiments of the present invention, stabilizing element 300 is a single composite filament 405 . ) has a larger cross-sectional area than the cross-sectional area of . For example, the cross-sectional area of the stabilizing element 300 may be at least 1.5 times, at least 2 times, at least 3 times, at least 4 times, at least 5 times, or at least 6 times the cross-sectional area of the composite filaments 405 .

다양한 실시형태에서, 초전도성 와이어(400, 425)는 그 안에 확산 배리어(415)를 갖지 않고, 따라서 튜브(210)가 그의 형성에 활용되지 않고, 개개의 복합 필라멘트 중 하나 이상 내의 확산 배리어(215)가 상호확산을 지연시키거나 실질적으로 방지하기 위해 활용된다. 다른 실시형태에서는, 도 4d 내지 도 4g에 나타낸 바와 같이, 개개의 복합 필라멘트(405)가 그 안에 확산 배리어를 갖지 않고, 확산 배리어(415)가 초전도성 와이어(400, 425) 내에 존재한다. 이러한 실시형태에서, 튜브(110 및/또는 205)는 그 안에 Sn을 포함할 수 있고, 이는 유리하게 후속 열 가공 동안 필라멘트의 Nb와 반응하여 초전도성 상(예를 들어, Nb₃Sn)을 형성한다. 다른 실시형태에서는, 확산 배리어(415)가 개개의 복합 필라멘트 내의 확산 배리어(215)에 추가로 존재한다.In various embodiments, superconducting wires 400 , 425 do not have diffusion barrier 415 therein, and thus tube 210 is not utilized in their formation, and diffusion barrier 215 within one or more of the individual composite filaments. is used to delay or substantially prevent inter-proliferation. In another embodiment, as shown in FIGS. 4D-4G , individual composite filaments 405 do not have a diffusion barrier therein, and diffusion barrier 415 is present within superconducting wires 400 , 425 . In such embodiments, tubes 110 and/or 205 may include Sn therein, which advantageously reacts with the Nb of the filament during subsequent thermal processing to form a superconducting phase (eg, Nb ₃ Sn) . In other embodiments, diffusion barriers 415 are additionally present in diffusion barriers 215 within individual composite filaments.

다양한 실시형태에서, 초전도성 와이어(400), 초전도성 와이어(425), 복합 필라멘트(4015), 복합 필라멘트(200), 및/또는 안정화된 복합 필라멘트(315)는, 와이어 드로잉 단계 전에 직경 감소를 위해 및/또는 이들의 성분 요소 사이의 접합을 촉진시키기 위해 기계적으로 가공될 수 있다. 예를 들어, 초전도성 와이어(400), 초전도성 와이어(425), 복합 필라멘트(4015), 복합 필라멘트(200), 및/또는 안정화된 복합 필라멘트(315)는 최종 드로잉 단계(들) 전에 압출되고, 스웨이징되며, 및/또는 압연될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 초전도성 와이어(400), 초전도성 와이어(425), 복합 필라멘트(4015), 복합 필라멘트(200), 및/또는 안정화된 복합 필라멘트(315)는, 변형 완화를 위한 다수의 상이한 드로잉 단계 각각 동안 및/또는 후에 열처리될 수 있다. 예를 들어, 드로잉 단계 중 하나 이상 동안 및/또는 후에, 초전도성 와이어(400), 초전도성 와이어(425), 복합 필라멘트(4015), 복합 필라멘트(200), 및/또는 안정화된 복합 필라멘트(315)는 대략 360℃ 내지 대략 420℃의 온도에서, 예를 들어 대략 20시간 내지 대략 40시간의 기간 동안 어닐링될 수 있다.In various embodiments, superconducting wire 400 , superconducting wire 425 , composite filament 4015 , composite filament 200 , and/or stabilized composite filament 315 are used for diameter reduction and prior to the wire drawing step. and/or may be machined to facilitate bonding between their component elements. For example, superconducting wire 400 , superconducting wire 425 , composite filament 4015 , composite filament 200 , and/or stabilized composite filament 315 may be extruded prior to the final drawing step(s) and the sway wrought, and/or rolled. In various embodiments, the superconducting wire 400 , the superconducting wire 425 , the composite filament 4015 , the composite filament 200 , and/or the stabilized composite filament 315 may be subjected to a number of different drawing steps for strain relief. It may be heat treated during and/or after each. For example, during and/or after one or more of the drawing steps, the superconducting wire 400 , the superconducting wire 425 , the composite filament 4015 , the composite filament 200 , and/or the stabilized composite filament 315 may It may be annealed at a temperature of about 360° C. to about 420° C., for example, for a period of about 20 hours to about 40 hours.

본 발명의 다양한 실시형태에서는, 초전도성 와이어(400) 또는 초전도성 와이어(425)는 그 안의 필라멘트의 임계 온도 미만으로 냉각되고 전류의 전도에 활용될 수 있다. 일부 실시형태에서는, 다수의 초전도성 와이어(400) 및/또는 초전도성 와이어(425)는 함께 코일링되어 단일 초전도성 케이블을 형성한다.In various embodiments of the present invention, superconducting wire 400 or superconducting wire 425 is cooled below the critical temperature of the filaments therein and can be utilized for conduction of electric current. In some embodiments, multiple superconducting wires 400 and/or superconducting wires 425 are coiled together to form a single superconducting cable.

일부 초전도성 와이어(400, 425)(예를 들어, Nb-Ti-함유 필라멘트를 포함하는 것들)는 초전도성 응용물에 직접 활용될 수 있지만, 다양한 다른 초전도성 와이어(400, 425)의 제작 공정은 초전도성 상의 일부를 포함하기 위해 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, Nb₃Sn 초전도성 상은, 이것이 형성되면, 전형적으로 취성이고, 손상 없이는 추가로 드로잉되거나 다른 방식으로 기계적으로 변형되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태를 활용하여, Nb 및 Sn을 서로 별도로 포함하는 초전도성 와이어(400, 425)를 제작할 수 있고; 와이어(400, 425)가 거의 또는 완전히 제작되면, 와이어(400, 425)를 어닐링하여 Nb 및 Sn을 상호확산시키고, 그 안에 초전도성 Nb₃Sn 상을 형성할 수 있다. 예를 들어, 드로잉된 와이어를 대략 600℃ 내지 대략 700℃의 온도에서, 예를 들어 대략 30시간 내지 대략 200시간의 기간 동안 어닐링할 수 있다. 다양한 실시형태에서, Cu계 튜브(110, 205, 또는 310) 중 하나 이상은 그 안에 Sn을 포함할 수 있고; 예를 들어, 튜브 중 하나 이상은 Cu-Sn 합금 (예를 들어, 13 내지 15% Sn을 포함)을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 이러한 물질은 연성이어서, 본원에 상술된 바와 같은 다양한 필라멘트 및 와이어의 제작을 가능하게 한다. 그 후, 와이어(400, 425)를 어닐링하여, 상호확산 및 적어도 Nb와 Cu-Sn 사이의 계면에서의 초전도성 Nb₃Sn 상의 형성을 제공할 수 있다.While some superconducting wires 400, 425 (e.g., those containing Nb-Ti-containing filaments) can be utilized directly in superconducting applications, the fabrication process of various other superconducting wires 400, 425 differs from the superconducting phase. It may include one or more steps to include some. For example, the Nb ₃ Sn superconducting phase, once it is formed, is typically brittle and cannot be further drawn or otherwise mechanically deformed without damage. Therefore, by utilizing the embodiment of the present invention, it is possible to manufacture the superconducting wires 400 and 425 including Nb and Sn separately from each other; Once the wires 400 and 425 are almost or fully fabricated, the wires 400 and 425 can be annealed to interdiffused Nb and Sn, forming a superconducting Nb ₃ Sn phase therein. For example, the drawn wire may be annealed at a temperature of about 600° C. to about 700° C., for example, for a period of about 30 hours to about 200 hours. In various embodiments, one or more of Cu-based tubes 110 , 205 , or 310 may include Sn therein; For example, one or more of the tubes may comprise, consist essentially of, or consist of a Cu—Sn alloy (eg, comprising 13 to 15% Sn). These materials are soft, allowing the fabrication of various filaments and wires as detailed herein. Wires 400 and 425 may then be annealed to provide interdiffusion and formation of a superconducting Nb ₃ Sn phase at least at the interface between Nb and Cu-Sn.

다른 실시형태에서는, 순수 Sn 또는 Sn 합금(예를 들어, Cu 또는 마그네슘 (Mg)과의 Sn 합금)이 복합 필라멘트(200), 안정화된 복합 필라멘트(315), 및/또는 와이어(400, 425)의 형성에 활용되는 적층물 중 하나 이상 내에 포함될 수 있고(예를 들어, 로드 또는 튜브의 형태로); 본원에 상술된 바와 같은 복합 필라멘트(200), 안정화된 복합 필라멘트(315), 및/또는 와이어(400, 425)의 형성 후에, 어닐링 단계를 수행하여 초전도성 Nb₃Sn 상을 형성할 수 있다.In other embodiments, pure Sn or a Sn alloy (eg, a Sn alloy with Cu or magnesium (Mg)) may be used as composite filament 200 , stabilized composite filament 315 , and/or wire 400 , 425 . may be included within one or more of the stacks utilized in the formation of (eg, in the form of rods or tubes); After formation of composite filament 200 , stabilized composite filament 315 , and/or wire 400 , 425 as detailed herein, an annealing step may be performed to form a superconducting Nb ₃ Sn phase.

다양한 실시형태에서, 와이어 내의 하나 이상의 확산 배리어의 일부 내의 적어도 Nb는 전술한 바와 같이 반응하여 초전도성 상을 형성하고, 그에 따라 확산 배리어의 이 반응 부분은 작동 중에 와이어의 초전도성 전도도에 기여할 수 있다. 예를 들어, 확산 배리어의 내부 또는 외부 부분은, 예를 들어 Sn 또는 Sn 합금과 반응하여, 와이어의 필라멘트로부터 형성된 것과 실질적으로 동일하거나 유사한 초전도성 상을 형성할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 확산 배리어의 두께는 전형적으로 충분히 커서 확산 배리어 전체가 반응하여 초전도성 상을 형성하지 않는다. 따라서, 확산 배리어의 적어도 일부는 미반응 상태로 유지되고, 본원에서 설명되는 바와 같이, 와이어에 대한 기계적 강도뿐만 아니라 상호확산에 대한 저항성에 기여한다. 다양한 실시형태에서, 확산 배리어는 본 명세서에 상세화된 바와 같이 Nb를 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 하나 이상의 환형 층, 뿐만 아니라 Nb 합금 또는 Nb-Ta 합금을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 하나 이상의 환형 층을 포함하는 다층 구조일 수 있다. 합금 층(들)은 확산 저항의 대부분을 제공할 수 있는 한편, Nb 층(들)의 적어도 일부는 열처리 중에 (예를 들어, Cu 매트릭스 내의 주변 Sn과) 반응하여 초전도성 상의 일부가 될 수 있다. 예를 들어, 확산 배리어는 2개의 상이한 Nb 층 사이에 끼워진 합금 층을 포함하거나, 본질적으로 그로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 다른 예에서, 내부 Nb 층은 외부 합금 층에 의해 둘러싸일 수 있거나 또는 그 반대일 수 있다.In various embodiments, at least Nb in a portion of the one or more diffusion barriers in the wire reacts as described above to form a superconducting phase, such that this reactive portion of the diffusion barrier can contribute to the superconducting conductivity of the wire during operation. For example, the inner or outer portion of the diffusion barrier may react with, for example, Sn or a Sn alloy to form a superconducting phase substantially the same or similar to that formed from the filaments of the wire. In such embodiments, the thickness of the diffusion barrier is typically large enough so that the entire diffusion barrier does not react to form a superconducting phase. Thus, at least a portion of the diffusion barrier remains unreacted and contributes to the resistance to interdiffusion as well as mechanical strength to the wire, as described herein. In various embodiments, the diffusion barrier comprises, or consists essentially of, one or more annular layers comprising, consisting essentially of, or consisting of Nb as detailed herein, as well as an Nb alloy or an Nb-Ta alloy, as detailed herein. It may consist of, or may be a multilayer structure comprising one or more annular layers composed of it. The alloy layer(s) may provide most of the diffusion resistance, while at least a portion of the Nb layer(s) may react during heat treatment (eg, with surrounding Sn in the Cu matrix) to become part of the superconducting phase. For example, the diffusion barrier may include, consist essentially of, or consist of an alloy layer sandwiched between two different Nb layers. In another example, the inner Nb layer may be surrounded by an outer alloy layer or vice versa.

도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어를 포함하는 초전도성 와이어(500)의 단면도이다. 나타낸 바와 같이, 확산 배리어(510)가 와이어(500)의 Cu 안정화 코어(520)와 Nb계 필라멘트(540)를 함유하는 외부 청동 매트릭스(530) 사이에 배치된다. 도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 확산 배리어를 포함하는 다른 초전도성 와이어(600)의 단면도이다. 나타낸 바와 같이, 확산 배리어(610)는 와이어(600)의 코어에서의 내부 Sb-Cu-Nb계 필라멘트(620)와 외부 Cu 안정화제(630) 사이에 배치된다.5 is a cross-sectional view of a superconducting wire 500 including a diffusion barrier in accordance with an embodiment of the present invention. As shown, a diffusion barrier 510 is disposed between the Cu stabilizing core 520 of the wire 500 and the outer bronze matrix 530 containing the Nb-based filaments 540 . 6 is a cross-sectional view of another superconducting wire 600 including a diffusion barrier in accordance with an embodiment of the present invention. As shown, a diffusion barrier 610 is disposed between the inner Sb-Cu-Nb based filaments 620 and the outer Cu stabilizer 630 in the core of the wire 600 .

예Yes

일련의 실험을 수행하여 가공성 및 그에 따른 가혹하게 드로잉된 초전도성 와이어에서 확산 배리어로서 사용하기 위한 적합성의 측면에서 Nb-W 합금 물질을 평가하였다. 물질의 제조는 버튼 노변(button hearth)에서 3개의 상이한 Nb-W 합금을 용융시키는 것으로 시작된다. 3개의 상이한 샘플은 2.9 중량% W, 5.7 중량% W 및 11.4 중량% W를 가졌고, 3개의 모든 버튼은 제조 후 680.4 그램으로 칭량되었다. 중심 섹션을 밴드쏘(bandsaw) 상의 절단을 통해 각각의 버튼으로부터 추출하고, 파일을 사용하여 디버링하였다. 각각의 섹션의 두께를 측정하고 일련의 압연 실험을 위한 시작 두께로서 이용하였다. 샘플을 공칭 5% 통과 스케쥴로 미니-밀 상에서 압연하였다. 압연 동안 주기적으로, 샘플의 두께를 측정하고, 각 샘플의 일부를 경도 시험을 위해 추출하였다. 샘플에는 중간 어닐링 또는 다른 처리가 수행되지 않았다. 압연 실험의 결과를 하기 표 1에 나타내었으며, 이는 두께 및 상응하는 면적 감소(ROA)를 보고한다.A series of experiments were performed to evaluate Nb-W alloy materials in terms of workability and thus suitability for use as diffusion barriers in harshly drawn superconducting wires. The manufacture of the material begins with melting three different Nb-W alloys in a button hearth. Three different samples had 2.9 wt% W, 5.7 wt% W and 11.4 wt% W, and all three buttons weighed 680.4 grams after preparation. A central section was extracted from each button through a cut on a bandsaw and deburred using a file. The thickness of each section was measured and used as the starting thickness for a series of rolling experiments. Samples were rolled on a mini-mill with a nominal 5% pass schedule. Periodically during rolling, the thickness of the samples was measured, and a portion of each sample was extracted for hardness testing. The samples were not subjected to intermediate annealing or other treatments. The results of the rolling experiments are shown in Table 1 below, which reports the thickness and the corresponding reduction in area (ROA).

이어서, 압연된 샘플의 경도를 독일 아헨 소재의 Wilson Wolpert Instruments로부터 입수가능한 401 MVD Knoop/Vickers Microindentation Tester 상에서 0.5 kg의 비커스 시험 힘(HV)을 사용하는 비커스 경도 시험을 사용하여 평가하였다. 각각의 샘플을 연마하고 경도 시험 전에 장착하였다. ASTM E384 표준(펜실베니아주 웨스트 컨쇼혹켄 소재의 ASTM International, 그 전체 개시내용은 본원에 참고로 포함됨)에 따라 136° 피라미드 다이아몬드 압자를 사용하여 각각의 샘플에 대해 3회 측정을 수행하고, 평균 및 표준 편차를 계산하였다. 경도 시험의 결과는 하기 표 2 내지 표 4에 보고되어 있다.The hardness of the rolled samples was then evaluated using a Vickers hardness test using a Vickers test force (HV) of 0.5 kg on a 401 MVD Knoop/Vickers Microindentation Tester available from Wilson Wolpert Instruments, Aachen, Germany. Each sample was ground and mounted prior to hardness testing. Three measurements were made on each sample using a 136° pyramid diamond indenter according to the ASTM E384 standard (ASTM International, West Conshohokken, PA, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference), with averages and standards The deviation was calculated. The results of the hardness test are reported in Tables 2 to 4 below.

상기 데이터 표에 표시된 바와 같이, 3개의 시험된 샘플 모두는 냉간 가공을 통해 70% 초과의 ROA 값으로 가공될 때 양호한 연성을 나타내었다. 측정된 거동은 순수한 니오븀 샘플에 의해 나타난 것과 유사하고, 최신 초전도성 와이어에서 확산 배리어로서 사용하기 위한 이들 샘플 합금의 적합성을 나타낸다. 각 합금의 경도는 예상된 바와 같이 증가된 W 함량 및 증가된 ROA의 함수로서 약간 증가되었지만, 샘플 모두는 시험된 모든 조건에서 양호한 연성을 나타내었다. 시험 절차에서 사용되는 냉간 가공에 의해 어떠한 샘플도 균열되거나 달리 손상되지 않았고, 모든 샘플은 시험 동안 매우 균일하게 변형되었다.As indicated in the data table above, all three tested samples exhibited good ductility when machined to ROA values greater than 70% via cold working. The measured behavior is similar to that exhibited by the pure niobium samples, indicating the suitability of these sample alloys for use as diffusion barriers in state-of-the-art superconducting wires. The hardness of each alloy increased slightly as a function of increased W content and increased ROA as expected, but all samples showed good ductility under all conditions tested. No samples were cracked or otherwise damaged by the cold working used in the testing procedure, and all samples deformed very uniformly during testing.

본원에서 사용되는 용어 및 표현은 설명적이며 비제한적인 용어 및 표현으로서 사용되고, 이러한 용어 및 표현의 사용에서, 나타낸 및 기재된 특징 또는 그의 부분의 임의의 등가물을 배제하려는 의도는 없다. 추가로, 본 발명의 특정 실시형태를 기재한 경우, 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본원에 개시된 개념을 포함하는 다른 실시형태가 사용될 수 있음이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 기재된 실시형태는 모든 면에서 단지 예시적이며 비제한적인 것으로 고려되어야 한다.The terms and expressions used herein are used as descriptive and non-limiting terms and expressions, and there is no intention from the use of such terms and expressions to exclude any equivalents of the indicated and described features or portions thereof. Additionally, having described specific embodiments of the invention, it will be apparent to those skilled in the art that other embodiments incorporating the concepts disclosed herein may be used without departing from the spirit and scope of the invention. . Accordingly, the described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and non-limiting.

Claims

It is a superconducting wire having diffusion resistance and mechanical strength, the superconducting wire comprising:
an outer wire matrix comprising Cu;
a diffusion barrier disposed within the wire matrix and comprising an Nb alloy containing 0.1% to 20% W or an Nb-Ta alloy containing 0.1% to 20% W; and
a plurality of composite filaments surrounded by the diffusion barrier and separated from the outer wire matrix by the diffusion barrier;
each composite filament comprising (i) a plurality of monofilaments and (ii) a cladding comprising Cu surrounding the plurality of monofilaments;
each monofilament comprises a core comprising Nb and a cladding comprising Cu, surrounding the core,
The diffusion barrier occupies 1% to 20% of the cross-sectional area of the superconducting wire,
the diffusion barrier extends through the axial dimension of the superconducting wire;
The diffusion barrier is a superconducting wire further containing one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Re, or Si.

According to claim 1,
A superconducting wire disposed between the composite filament and the diffusion barrier and further comprising an annular region comprising an Nb-based superconducting phase.

3. The method of claim 2,
The annular region is a superconducting wire containing Nb ₃ Sn.

3. The method of claim 2,
The annular region coincides with the diffusion barrier and is in contact with the superconducting wire.

The method of claim 1,
The diffusion barrier is a superconducting wire occupying 1% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.

According to claim 1,
The diffusion barrier is a superconducting wire occupying 2% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.

According to claim 1,
The diffusion barrier is a superconducting wire occupying 3% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.

According to claim 1,
wherein the core of each monofilament comprises Nb alloyed with at least one of Ti, Zr, Hf, Ta, Y or La.

The method of claim 1,
The core of each monofilament is a superconducting wire comprising Nb ₃ Sn.

According to claim 1,
The diffusion barrier is a superconducting wire containing Nb-6W or Nb-Ta-3W.

delete

According to claim 1,
Each composite filament is a superconducting wire with a hexagonal cross-sectional shape.

According to claim 1,
Each monofilament is a superconducting wire with a hexagonal cross-sectional shape.

According to claim 1,
and a stabilizing element disposed within the plurality of composite filaments and surrounded by a diffusion barrier, wherein the stabilizing element comprises a Ta alloy containing 0.1% to 20% W, an Nb alloy containing 0.1% to 20% W, or 0.1% to A superconducting wire further comprising an Nb-Ta alloy containing 20% W.

According to claim 1,
A superconducting wire wherein the yield strength of the superconducting wire is at least 100 MPa.

It is a superconducting wire having diffusion resistance and mechanical strength, the superconducting wire comprising:
a wire matrix comprising Cu; and
a plurality of composite filaments embedded within a wire matrix;
each composite filament (i) a plurality of monofilaments, (ii) an Nb alloy containing 0.1% to 20% W or 0.1% to 20% W and extending through the axial dimension of the composite filaments and having a plurality of monofilaments. A diffusion barrier comprising an Nb-Ta alloy surrounding the filaments, and (iii) a cladding comprising Cu surrounding the diffusion barrier, the diffusion barrier comprising a cladding that separates the cladding from the plurality of monofilaments;
The diffusion barrier collectively occupies 1% to 20% of the cross-sectional area of the superconducting wire,
each monofilament comprises a core comprising Nb, and a cladding comprising Cu, surrounding the core,
The diffusion barrier is a superconducting wire further containing one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Re, or Si.

17. The method of claim 16,
A superconducting wire further comprising an annular region comprising an Nb-based superconducting phase disposed between the diffusion barrier and at least one monofilament of the composite filaments.

18. The method of claim 17,
The annular region is a superconducting wire containing Nb ₃ Sn.

18. The method of claim 17,
The annular region coincides with the diffusion barrier and is in contact with the superconducting wire.

17. The method of claim 16,
The diffusion barrier is a superconducting wire that collectively occupies 1% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.

17. The method of claim 16,
The diffusion barrier is a superconducting wire that collectively occupies 2% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.

17. The method of claim 16,
The diffusion barrier is a superconducting wire that collectively occupies 3% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.

17. The method of claim 16,
wherein the core of each monofilament comprises Nb alloyed with at least one of Ti, Zr, Hf, Ta, Y or La.

17. The method of claim 16,
The core of each monofilament is a superconducting wire comprising Nb ₃ Sn.

17. The method of claim 16,
The diffusion barrier is a superconducting wire containing Nb-6W or Nb-Ta-3W.

delete

17. The method of claim 16,
A superconducting wire wherein the yield strength of the superconducting wire is at least 100 MPa.

17. The method of claim 16,
Each composite filament is a superconducting wire with a hexagonal cross-sectional shape.

17. The method of claim 16,
Each monofilament is a superconducting wire with a hexagonal cross-sectional shape.

17. The method of claim 16,
further comprising a stabilizing element disposed within the plurality of composite filaments, wherein the stabilizing element contains a Ta alloy containing 0.1% to 20% W, an Nb alloy containing 0.1% to 20% W, or 0.1% to 20% W A superconducting wire comprising an Nb-Ta alloy.

It is a superconducting wire having diffusion resistance and mechanical strength, the superconducting wire comprising:
an inner wire stabilizing matrix comprising Cu;
a diffusion barrier disposed around the wire stabilizing matrix and comprising an Nb alloy containing 0.1% to 20% W or an Nb-Ta alloy containing 0.1% to 20% W; and
a plurality of composite filaments disposed around the diffusion barrier and separated from the wire stabilizing matrix by the diffusion barrier;
each composite filament comprising (i) a plurality of monofilaments and (ii) a cladding comprising Cu surrounding the plurality of monofilaments;
each monofilament comprises a core comprising Nb and a cladding comprising Cu, surrounding the core,
The diffusion barrier occupies 1% to 20% of the cross-sectional area of the superconducting wire,
the diffusion barrier extends through the axial dimension of the wire;
The diffusion barrier is a superconducting wire further containing one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Re, or Si.

32. The method of claim 31,
A superconducting wire disposed between the composite filament and the diffusion barrier and further comprising an annular region comprising an Nb-based superconducting phase.

33. The method of claim 32,
The annular region is a superconducting wire containing Nb ₃ Sn.

33. The method of claim 32,
The annular region coincides with the diffusion barrier and is in contact with the superconducting wire.

32. The method of claim 31,
The diffusion barrier is a superconducting wire occupying 1% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.

32. The method of claim 31,
The diffusion barrier is a superconducting wire occupying 2% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.

32. The method of claim 31,
The diffusion barrier is a superconducting wire occupying 3% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.

32. The method of claim 31,
wherein the core of each monofilament comprises Nb alloyed with at least one of Ti, Zr, Hf, Ta, Y or La.

32. The method of claim 31,
The core of each monofilament is a superconducting wire comprising Nb ₃ Sn.

32. The method of claim 31,
The diffusion barrier is a superconducting wire containing Nb-6W or Nb-Ta-3W.

delete

32. The method of claim 31,
A superconducting wire wherein the yield strength of the superconducting wire is at least 100 MPa.

32. The method of claim 31,
Each composite filament is a superconducting wire with a hexagonal cross-sectional shape.

32. The method of claim 31,
Each monofilament is a superconducting wire with a hexagonal cross-sectional shape.