WO2019101763A1 - Superconducting strip conductor having a planar protective layer - Google Patents

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WO2019101763A1
WO2019101763A1 PCT/EP2018/082000 EP2018082000W WO2019101763A1 WO 2019101763 A1 WO2019101763 A1 WO 2019101763A1 EP 2018082000 W EP2018082000 W EP 2018082000W WO 2019101763 A1 WO2019101763 A1 WO 2019101763A1
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protective layer
strip conductor
superconducting
conductor
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PCT/EP2018/082000
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Mykhaylo Filipenko
Michael Frank
Jörn GRUNDMANN
Peter Van Hasselt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • HELECTRICITY
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    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting tape conductor comprising a band-shaped substrate having two main surfaces and at least one applied to a first major surface of the substrate surface superconducting layer and at least one planar protective layer which is placed on at least one of the main surfaces of the conductor composite thus formed.
  • superconducting band conductors in particular high-temperature superconducting band conductors, are known, in which a superconducting material is deposited in a planar manner on a metallic substrate band.
  • the individual turns of the winding are normally electrically isolated from each other.
  • the band conductor inserted during winding is typically coated or encased with an electrically insulating material prior to the manufacture of the winding.
  • Such an insulating layer also causes a defined distance between the electrically conductive components of the windings is maintained.
  • Such a well-defined distance between the conductor turns is relatively difficult to achieve with other methods.
  • Supralei tend coils are often provided either during winding with an impregnating resin between the turns or after winding with an insulating potting Vergos sen.
  • first case one speaks of wet wraps
  • second case one speaks of dry wraps with subsequent Spu lenverguss.
  • the substrate provided with the superconducting layer is typically provided either by extrusion or by wrapping with an electrically insulating polymer layer.
  • the head structure can be wrapped, for example, with a kapton tape.
  • an electrically insulating plastic tape can be loosely inserted between the individual conductive windings.
  • additional metallic cover layers may be present, which fulfill the function of electrical stabilization of the strip conductor. This is done by bridging eventual small areas with reduced current carrying capacity.
  • the object of the invention is therefore to provide a superconducting strip conductor, which overcomes the disadvantages mentioned.
  • a band conductor is to be made available ge, which allows in a winding made therewith a high current density with simultaneous effective cooling of the strip conductor.
  • Another object is to provide an electrical coil device with such a ribbon conductor available. Furthermore, a method for producing such a strip conductor should be specified.
  • the superconducting band conductor comprises a band-shaped substrate having two main surfaces and at least one planar superconducting layer applied to a first main surface of the substrate.
  • the strip conductor further comprises at least one planar protective layer, which is applied to at least one of the main surfaces of the thus formed conductor composite.
  • This protective layer is formed from a material which has a specific thermal conductivity of at least 2 W / (mK) and which has a specific electrical resistance of at least 10 5 ohm-m.
  • the named conductor assembly thus comprises the substrate and the superconducting layer and thus represents the conductor structure prior to application of the protective layer. In this case, one or more further intermediate layers may optionally be present between the substrate and the superconducting layer.
  • Such an intermediate layer may, for example, be a so-called buffer layer, the crystallographic structure of which predetermines a growth structure for the following superconducting layer.
  • a further sheet-like cover layer to be applied which is then also to belong to the conductor assembly on which the said protective layer is applied to closing.
  • Said substrate may be formed normal conducting and formed in particular of a metallic material. It is essential in any case that the substrate forms a supporting band-shaped structure, which carries the (directly or indirectly indirectly via at least one intermediate layer) brought up on it planar superconducting layer. This planar superconducting layer can then be made very thin and does not have to be intrinsically stable, since it is held mechanically by the substrate. In principle, it is also possible that the superconducting layer is applied on both main surfaces of the sub strate. It is only essential in connection with the present invention that such a layer is formed on at least one of these main surfaces of the substrate.
  • the material of the protective layer should have a specific heat conductivity of at least 2 W / (m-K).
  • a good thermal connection of a coil winding formed from the strip conductor is achieved at a kopkop popping heat sink thereto.
  • the electrical coil device comprises at least one coil winding, which is formed from a fiction, contemporary superconducting band conductor.
  • a coil winding comprises a plurality of Windun conditions of such a strip conductor.
  • the distance of the superconducting layer, which results between the Weil each adjacent windings at different tacticalspo positions, over the entire winding are kept very constant ge when the layer thickness of the protective layer is accordingly constant.
  • Further advantages of the device Spuleneinrich are given by the fact that in the band conductor structure according to the invention, the total thickness of the strip conductor can be kept very low and thus in the coil means a very high current density can be achieved. In this case, nevertheless, as described above, a sufficient electrical insulation from turn to turn and effective heat dissipation can be ensured.
  • the inventive method is used to produce a superconducting strip conductor according to the invention.
  • the protective layer is deposited as a direct coating on the underlying layer.
  • a direct coating should be understood to mean that the protective layer is formed as a solid layer only in situ on the conductor composite. In particular, it should not be present as a prefabricated solid layer, which is connected only nachträg Lich with the ladder network.
  • different coating methods are conceivable, for example from the gas phase, from an aerosol or, in principle, also from a solution or melt.
  • the protective layer may also generally be affected by a chemical reaction of the material of the relevant main surface with a surrounding medium arise.
  • a particular advantage of Trimbe coating the strip conductor is that the protective layer thereby very closely clings to the other layers of the Lei terverbundes and thus larger gaps between the conductor assembly and the protective layer can be avoided.
  • gaps occur in the prior art easily when solid insulation bands are subsequently connected to the Porterver bund and in particular at the edges of Lei terverbundes a perfect adaptation of the geometry of the Isola tion layer is not possible. By avoiding such gaps, an even better thermal connection of the winding package and in particular its superconducting can be achieved
  • the superconducting layer may in particular be a high-temperature superconductive layer.
  • High temperature superconductors are superconducting materials with a transition temperature above 25 K and in some material classes, for example the cuprate superconductors, above 77 K, where the operating temperature can be reached by cooling with cryogenic materials other than liquid helium , HTS materials are particularly attractive because these materials can have high upper critical magnetic fields and high critical current densities, depending on the choice of operating temperature. Therefore, the benefits of the invention, especially in connection with Hochtemperatursupralei tern come particularly to fruition.
  • the high-temperature superconductor may be, for example, magnesium diboride or an oxide-ceramic superconductor, for example have a compound of the type REBa2Cu30 x ( REBCO for short), where RE stands for a rare earth element or a mixture of such elements.
  • the protective layer can be arranged at least on the side of the strip conductor which carries the superconducting layer.
  • the sup ra decisionsde layer directly or indirectly, ie on a inter mediate layer
  • an additional flat normal-conducting cover layer may be arranged.
  • This cover layer may particularly preferably be connected directly to the superconducting layer.
  • An essential advantage of such a normally conductive cover layer is that it forms a normally conducting parallel resistor for superconducting the layer, which in particular is electrically connected directly to it.
  • Such a normally conductive cover layer may particularly preferably be formed from a metallic material (ie a metal or a metal alloy). The material of the cover layer may particularly preferably comprise copper or silver or even consist essentially of one of these materials.
  • top layer protective layer causes sufficient electrical insulation between the top layer of a given conductor winding and the typically also electrically conductive bottom layer of the next adjacent conductor winding (ie, for example, the next substrate layer).
  • a cover layer can also be placed on the side facing away from the superconductor side of the substrate. It can also encase the entire underlying layer structure.
  • the protective layer may advantageously be arranged on the side of the strip conductor which contains the superconducting layer Layer carries.
  • the protective layer can also be arranged on the side of the strip conductor which faces away from the superconducting layer.
  • the protective layer is arranged on at the main surfaces of the strip conductor.
  • the protective layer can wrap the conductor composite in particular on its entire cross-section, so that the sides of the conductor composite are covered by this protective layer till. This covering of the sides is not absolutely necessary in the case of the two-sided execution of the protective layer.
  • the protective layer may be applied as a direct coating on the underlying layer.
  • the advantages of this embodiment are analogous to the advantages of the method according to the invention described above. In the combination of these from guide die having the above-mentioned version with double-sided, or even wrap-around application of the protective layer can or hear V that said "underlying layer” wech rare.
  • the protective layer may be applied as a direct coating on the substrate on the bottom of the stripline while on the upper side of the tape conductor it is applied as a direct coating either on the superconducting layer or on the overlying cover layer "Underlying layer" the "underlying" one
  • the protective layer can generally advantageously have a layer thickness in the range between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m, in particular between 2 ⁇ m and 20 ⁇ m or even between 2 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • a layer thickness in the mentioned range is in particular that is large enough to ensure a sufficient electrical insulation from turn to turn with homogeneous deposition.
  • the layer thicknesses are low enough to still allow a comparatively high current density of a coil winding formed with the ribbon conductor.
  • the comparatively thinner layer thicknesses are advantageous in order to be able to achieve very high current densities in the winding.
  • the protective layer is formed from a material which has a specific thermal conductivity of at least 5 W / (mK), in particular at least 25 W / (mK) or even at least 100 W / (mK), particularly advantageously at least 1000 W / (mK).
  • a protective layer with such a high thermal conductivity contributes particularly effectively to an effective heat dissipation of the entire stack of windings.
  • electrically insulating materials with such high thermal conductivities known.
  • the strip conductor is particularly preferably designed in such a way that the said protective layer is the electrically most insulating layer of the entire layer structure of the strip conductor, which has a layer thickness of more than 5 ⁇ m.
  • the said protective layer is the electrically most insulating layer of the entire layer structure of the strip conductor, which has a layer thickness of more than 5 ⁇ m.
  • Excluded from this consideration should be an intermediate layer between substrate and superconductor layer, which is often formed of electrically insulating oxidic materials.
  • such an intermediate layer does not contribute to the electrical insulation of the turns with each other (since it is disposed between the substrate and the superconducting layer, which are typically both conductive and conductively connected to each other).
  • These intermediate layers typically have a total layer thickness of less than 5 ym.
  • the band conductor is designed overall such that the said protective layer of all layers with more than 5 ⁇ m thickness is the layer which has the lowest specific thermal conductivity.
  • the ge called protective layer no significant additional layer may be present, which forms an even weaker thermal bridge for the thermal connection of the superconducting layer to an outer heat sink.
  • the material of the protective layer may comprise diamond or a ceramic material, in particular an oxide and / or a nitride.
  • it may be aluminum oxide or aluminum nitride.
  • it may be preferred to be electrically insulating inorganic Metallverbin applications or to appropriate organometallic Verbindun conditions that meet the requirements for the thermal conductivity.
  • it may be a compound (or optionally also a mixture of several compounds) of a metal which forms (or at least is contained in) the substrate and / or which forms the normally conductive covering layer (or at least is contained in this) ,
  • it may therefore be an anor ganic and / or an organometallic copper compound, iron compound or nickel compound.
  • the protective layer may be formed by in situ reaction on the surface of the substrate or the cover layer of the material contained therein.
  • a copper oxide can be formed by oxidation of the Kup fers, which forms the substrate or the cover layer.
  • other metal len other oxides or nitrides are formed.
  • inorganic salts for example copper sulphate
  • reaction conditions in particular a low reaction temperature
  • the protective layer even before coating with the superconductor on the back side of the substrate, so that the reaction conditions can be selected without regard to the superconducting layer.
  • Layers are generally suitable, for example, methods of chemical and physical vapor deposition, for example MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition) and sputtering.
  • MOCVD metal-organic chemical vapor deposition
  • sputtering metal-organic chemical vapor deposition
  • the protective layer can either be majority or substantially consist entirely of one or more of the said material classes.
  • diamond in the material of the protective layer is particularly advantageous because diamond has a very high specifi cal thermal conductivity. At room temperature, this is in the range between 1000 W / m-K and 2500 W / m-K, which is particularly favorable for the heat coupling of the remaining layer system.
  • Protective layer of an electrically insulating material forms ge, which was a specific electrical resistance of even at least 10 7 ohm-m.
  • the use of such a well-insulating protective layer can be particularly advantageous especially if a very thin
  • Layer thickness for the protective layer is to be used, for example, a layer thickness of less than 20 ym, we less than 10 ym or even less than 5 ym.
  • the total thickness of the strip conductor is not more than 130 ⁇ m, in particular not more than 100 ⁇ m or even not more than 60 ⁇ m.
  • One of the art low overall thickness of the strip conductor leads to a correspondingly low winding spacing between the individual superconducting layers in a coil made therewith, which in turn leads to a particularly high current density in the winding.
  • Such a low total thickness of the strip conductor can be achieved, for example, if the layer thicknesses that are as small as possible are used for the substrate and / or the optional cover layer.
  • the substrate may have a layer thickness of 20 ym or less.
  • the optio normal existing normally conductive cover layer also have a layer thickness of 20 ym or less.
  • geous materials for the substrate are stainless steel or nickel-containing alloys.
  • ther mix poorly conductive insulation layers is the rich staltung with very thin substrates and layers often not possible because then thermal coupling to an outer heat sink is increasingly dominated by the insulating layer and thus only a poor thermal coupling before lies.
  • the inventive design of the protective layer (instead of a conventional insulation layer) thus allows for many applications only the use of very thin NEN layer thicknesses in the said metallic layers, since here also on the protective layer is given a comparatively good thermal conductivity.
  • the band conductor can be formed so that the thickness of the protective layer over the length of the strip conductor within +/- 5ym and in particular even within +/- 2ym constant.
  • the smaller tolerance range for the above-mentioned comparatively thin band conductors is particularly preferred.
  • the thickness of the entire ribbon conductor over its length within +/- 10 ym and in particular even within +/- 5 ym kon be constant.
  • the protective layer can be applied by a direct coating, in particular special by means of a vapor deposition and / or an aerosol deposition.
  • a direct coating in particular special by means of a vapor deposition and / or an aerosol deposition.
  • CVD method procedural ren chemical vapor phase shutdown
  • PE-CVD method plasma-enhanced CVD method
  • an amorphous, polycrystalline or monocrystalline powder of the material to be used can be applied on one side or beidsei TIG or even enveloping on the conductor assembly and converted here to a solid coating who the. This conversion can be done, for example, by a thermal treatment.
  • the powder for the formation of the protective layer can be introduced, for example, by an additional thin layer of an adhesive on the ladder composite to stick ge.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a band conductor according to a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a Bandlei age according to a second embodiment of the invention He shows and
  • Figure 4 shows a schematic sectional view through a Spu len cream according to an example of the invention shows.
  • FIG. 1 shows a detail of a coil device 21 with a coil winding 23 according to the prior art. Ge shows is a portion of a cross section of the coil Wick development 23 in an edge region of the winding.
  • the coil winding 23 here comprises a plurality of turns w ⁇ , of which only the edge regions of two turns are shown here as an example and the edge regions of the two adjacent turns partially.
  • the individual turns w ⁇ are formed by winding a strip conductor 1, whose structure will now be explained in more detail.
  • the strip conductor 1 has a metalli cal substrate 3, on whose one major surface a flat-type superconducting layer 5 is formed.
  • This superconducting layer 5 is covered by a normal-conducting covering layer 7, which may likewise be formed from a metallic material, for example copper and / or silver.
  • a metallic material for example copper and / or silver.
  • Each of the layers shown may comprise multiple sublayers and additional interlayers may also be interposed between the individual layers, in particular one or more buffer layers between substrate 3 and superconducting layer 5.
  • the so formed Ladder composite wrapped by an electrically insulating plastic tape 10. This insulator is used for the electrical separation of the adjacent coil turns w ⁇ .
  • FIG. 1 is the cooling of the coil winding 23.
  • the heat generated during operation must be effectively dissipated to an external cooling system.
  • This cooling system is represented in FIG. 1 by a heat sink 25.
  • Layers of the strip conductor 1 are not directly in con tact with this heat sink 25, but indirectly via a potting compound 27, which may be a resin, for example.
  • the heat sink 25 may be, for example, a copper plate.
  • the heat path pl represents the heat dissipation from the substrate 3 to the heat sink 25. This heat dissipation is mediated in the edge region of the coil winding by the frontal part of the insulator 10 wound around it and by the casting compound 27 in between.
  • Typical specific thermal conductivity of insulating plastic tapes are only a few 0.1 W / mK. For this reason, it must be avoided in a Bandlei ter according to the prior art that this insulator 10 forms a too high proportion of the volume of the coil Wick development 23. If a certain minimum thickness of insulator is neces sary for the electrical separation of the individual turns NEN (for example, 5 ym or 10 ym), then also substrate 3 and metallic cover layer 7 may not be too thin, so this volume fraction of insulating plastic is not too high. However, such a lower limit for the thickness of the strip conductor also prevents very high current densities in the coil winding 23 can be achieved. Typical overall thicknesses for such prior art ribbon conductors are from 150 ym to 200 ym or slightly below.
  • Gap 29a which has arisen between the conductor assembly and the enclosing insulator 10.
  • This gap is in particular due to the fact that between substrate 3 and cover layer 7, a step-like offset has arisen, which can not be tightly covered during the wrapping with a prefabricated insulator tape.
  • Another gap 29b has been formed at this point on the outside of the insulator band 10, since the potting compound 27 could not fully penetrate into the entste immediate tight depression. Both types of gaps also hinder the heat flow from the strip conductor 1 to the heat sink 25.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a strip conductor 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the strip conductor 1 comprises a metallic substrate 3, which has two main surfaces 31a and 31b.
  • a planar superconducting layer 5 is deposited over a stack of buffer layers, not shown here.
  • This superconducting layer 5 is in turn covered by a metallic cover layer 7.
  • This cover layer 7 may for example consist of copper or silver or a stack of both materials.
  • the substrate, the superconducting layer 5 and the cover layer 7 and the buffer layers, not shown together form a conductor composite 9.
  • This conductor assembly 9 is wrapped on its entire cross-section of a protective layer 11.
  • the protective layer is electrically insulating and is formed here as a thin diamond layer.
  • the total also a very low thickness dl of the entire Bandlei age be provided, which allows very high current densities in a built-up with such a strip conductor 1 Spulenwick development.
  • thin Bandlei ter also allow much lower bending radii, which can have a very positive effect, especially in the formation of compact end windings.
  • FIG 3 shows a schematic cross-sectional view of a strip conductor according to a second embodiment of the inven tion.
  • the underlying conductor assembly 9 is similar or very similar to the structure of the conductor assembly 9 of Figure 2.
  • the protective layer 11 is formed of a material with ähnli chen properties. In contrast to the example of Figure 2, however, this protective layer is not separated Su enveloping layer, but only on one side on the ladder composite.
  • the protective layer on the first main surface 33a of the conductor assembly 9 is the istschie the which the first main surface 31a of the substrate 3 speaks ent.
  • This first major surface of the substrate is the surface on which the superconductive layer 5 is applied. It also corresponds to the first side 35a of the strip conductor 1.
  • Layers are always separated by the insulating protective layer 11 ge.
  • the individual layer thicknesses can be made very thin here as well. Since the protective layer 11 is applied here only on one side, the total thickness dl of the strip conductor 1 can be even selected thinner ge.
  • Figure 3 it is in principle Lich also possible that an analogous protective layer 11 is applied to the second side of the substrate 31b, which then the second side 33b of the conductor structure and the side facing away from the sup rondeitenden layer 5 side 35b of the strip conductor equivalent. Even with such a one-sided coating can be achieved by the insulating properties of the protective layer sufficient electrical separation of the adjacent Win applications.
  • a two-sided coating of the conductor assembly 9 is possible, wel che in contrast to Figure 2 but not wrapped around the edges with.
  • FIG 4 shows a schematic sectional view through a coil device 21 according to an example of the invention.
  • the representation is analogous to the representation of the conventional Spu len worn in Figure 1.
  • the edge region egg ner coil winding 23 is shown, which is connected by a Vergussmas se 27 to a heat sink 25.
  • the band conductor 1 from which the winding is formed, formed according to the inven- vorlie invention.
  • this strip conductor 1 is analogous to the strip conductor of Figure 2 out forms, namely with encircling wrapping with an elec- trically insulating protective layer 11. Because this protective layer 11 is applied as a direct coating on the conductor assembly 9, no gaps of the type arise here 29a, as seen in FIG. Even by this Ef Stamm the cooling of the coil winding 23 is improved.
  • the thickness of the sub strate 3 and or the cover layer 7 (absolute and / or ratio in relation to the thickness of the protective layer) chosen significantly lower be as in the prior art, without here the thermal coupling of the coil winding 23 is too much reduced.

Abstract

The invention relates to a superconducting strip conductor (1) comprising a strip-like substrate (3) having two main surfaces (31a, 31b) and at least one planar superconducting layer (5) applied to a first main surface (31a) of the substrate (3), and at least one planar protective layer (11) which is applied to at least one of the main surfaces (33a) of the composite conductor (9) thus formed, the protective layer (11) being formed from a material which has a specific thermal conductivity of at least 2 W/(m.K) and which has a specific electrical resistance of at least Ohm.m. The invention further relates to an electrical coil device having such a strip conductor, and to a method for producing such a strip conductor.

Description

Beschreibung description
Supraleitender Bandleiter mit flächiger Schutzschicht Superconducting band conductor with flat protective layer
Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Band leiter, umfassend ein bandförmiges Substrat mit zwei Haupt flächen und zumindest eine auf einer ersten Hauptfläche des Substrats aufgebrachte flächige supraleitende Schicht sowie wenigstens eine flächige Schutzschicht, welche auf wenigstens einer der Hauptflächen des so gebildeten Leiterverbundes auf gebracht ist. The present invention relates to a superconducting tape conductor comprising a band-shaped substrate having two main surfaces and at least one applied to a first major surface of the substrate surface superconducting layer and at least one planar protective layer which is placed on at least one of the main surfaces of the conductor composite thus formed.
Aus dem Stand der Technik sind supraleitende Bandleiter, ins besondere hochtemperatursupraleitende Bandleiter, bekannt, bei welchen ein supraleitendes Material flächig auf einem me tallischen Substratband abgeschieden ist. Wenn aus derartigen Bandleitern elektrische Spulen gewickelt werden, dann werden die einzelnen Windungen der Wicklung normalerweise elektrisch gegeneinander isoliert. Hierzu wird der beim Wickeln einge setzte Bandleiter typischerweise vor dem Herstellen der Wick lung mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet oder umhüllt. Eine solche Isolationsschicht bewirkt auch, dass ein definierter Abstand zwischen den elektrisch leiten den Bestandteilen der Windungen eingehalten wird. Ein solcher wohldefinierter Abstand zwischen den Leiterwindungen ist mit anderen Methoden nur relativ schwer zu erreichen. Supralei tende Spulen werden zwar häufig entweder während des Wickelns mit einem Imprägnierharz zwischen den Windungen versehen oder nach dem Wickeln mit einer isolierenden Vergussmasse vergos sen. Im ersten Fall spricht man von Nasswickeln, im zweiten Fall spricht man von Trockenwickeln mit anschließendem Spu lenverguss. In beiden Fällen ist es jedoch schwierig, durch das Imprägnierharz oder die Vergussmasse einen wohldefinier ten Abstand zwischen den leitenden Bereichen der einzelnen Windungen zu erzeugen. Für eine zuverlässige und wohldefi nierte elektrische Isolation zwischen den einzelnen Windungen ist es daher vorteilhaft, eine isolierende Schicht von defi- nierter Dicke zwischen den elektrisch leitenden Bestandteilen der Windungen vorzusehen. From the state of the art, superconducting band conductors, in particular high-temperature superconducting band conductors, are known, in which a superconducting material is deposited in a planar manner on a metallic substrate band. When electric coils are wound from such tape conductors, the individual turns of the winding are normally electrically isolated from each other. For this purpose, the band conductor inserted during winding is typically coated or encased with an electrically insulating material prior to the manufacture of the winding. Such an insulating layer also causes a defined distance between the electrically conductive components of the windings is maintained. Such a well-defined distance between the conductor turns is relatively difficult to achieve with other methods. Supralei tend coils are often provided either during winding with an impregnating resin between the turns or after winding with an insulating potting Vergos sen. In the first case one speaks of wet wraps, in the second case one speaks of dry wraps with subsequent Spu lenverguss. In both cases, however, it is difficult to produce a well-defined distance between the conductive regions of the individual windings by the impregnating resin or the potting compound. For a reliable and well-defined electrical insulation between the individual windings, it is therefore advantageous to provide an insulating layer of defined nished thickness between the electrically conductive components of the windings.
Bei herkömmlichen isolierten Bandleitern wird typischerweise das mit der supraleitenden Schicht versehene Substrat entwe der durch Extrusion oder durch Umwickeln mit einer elektrisch isolierenden Polymerschicht versehen. Dazu kann der Leiter Aufbau beispielsweise mit einem Kaptonband umwickelt werden. Alternativ kann zwischen den einzelnen leitfähigen Windungen ein elektrisch isolierendes Kunststoffband lose mit eingelegt werden . In conventional insulated strip conductors, the substrate provided with the superconducting layer is typically provided either by extrusion or by wrapping with an electrically insulating polymer layer. For this purpose, the head structure can be wrapped, for example, with a kapton tape. Alternatively, an electrically insulating plastic tape can be loosely inserted between the individual conductive windings.
Ein Nachteil der bekannten Spulenwicklungen liegt darin, dass die Stromdichte einer solchen Spule auch bei sehr hohen A disadvantage of the known coil windings is that the current density of such a coil even at very high
Stromtragfähigkeiten der supraleitenden Schicht durch die un ter Umständen recht hohen Schichtdicken von Substrat, Isola tionsschicht und optional vorhandenen metallischen Deck schichten begrenzt wird. Durch all diese Beiträge ist nämlich die Gesamtdicke des Bandleiters (inklusive Isolation) sehr viel höher als die Dicke der supraleitenden Schicht allein. Bei der Verwendung von herkömmlichen Bandleiter-Aufbauten ist es jedoch schwierig, dünnere Schichtdicken zu verwenden. Ins besondere müssen für das metallische Substrat und die oft vorliegende metallische Deckschicht bestimmte Mindest- Schichtdicken eingehalten werden, um eine gute thermische An bindung der Spule an ein Kühlsystem zu gewährleisten. Dies ist notwendig, um die Spule zuverlässig und dauerhaft auf ei ne Betriebstemperatur zu kühlen, welche unterhalb der Sprung temperatur des verwendeten Supraleitermaterials liegt. Insbe sondere wenn die Spulenwindungen nicht (nur) durch direkten thermischen Kontakt mit einem fluiden Kühlmittel, sondern (auch) durch eine thermisch leitfähige Verbindung mit einem Kühlkörper gekühlt werden, dann wird ein relativ hoher Anteil der metallischen Bestandteile des Bandleiters benötigt. Eine weitere Schwierigkeit bei dieser Art der Kühlung über einen Kühlkörper besteht darin, dass an allen Stellen ein guter thermischer Kontakt zwischen den metallischen Teilen des Bandleiters und dem Kühlkörper gewährleistet sein muss. Wenn beispielsweise beim Umwickeln des Leiteraufbaus mit einer elektrisch isolierenden Polymerfolie ein Hohlraum entsteht, dann liegt in dieser Stelle ein schlechterer Wärmeübertrag vom Leiteraufbau über die Polymerfolie zum daran angrenzenden Kühlkörper vor. Current carrying capacity of the superconducting layer through the un circumstances circumstances quite high layer thicknesses of substrate, Isola tion layer and optionally existing metallic cover layers is limited. Because of all these contributions, the total thickness of the strip conductor (including insulation) is much higher than the thickness of the superconducting layer alone. However, using conventional stripline constructions makes it difficult to use thinner layer thicknesses. In particular, certain minimum layer thicknesses must be maintained for the metallic substrate and the often present metallic cover layer in order to ensure good thermal bonding to the coil to a cooling system. This is necessary in order to cool the coil reliably and permanently to an operating temperature which lies below the crack temperature of the superconductor material used. In particular, special if the coil turns not (only) by direct thermal contact with a fluid coolant, but (also) cooled by a thermally conductive connection to a heat sink, then a relatively high proportion of the metallic components of the strip conductor is needed. Another difficulty with this type of cooling over a heat sink is that a good thermal contact between the metallic parts of the strip conductor and the heat sink must be ensured at all points. If For example, when wrapping the conductor structure with an electrically insulating polymer film, a cavity is formed, then there is in this place a worse heat transfer from the conductor structure on the polymer film to the adjacent heat sink.
Weiterhin können zusätzliche metallische Deckschichten vor liegen, die die Funktion der elektrischen Stabilisierung des Bandleiters erfüllen. Dies erfolgt dadurch, dass sie eventu ell vorhandene kleine Bereiche mit verminderter Stromtragfä higkeit überbrücken. Furthermore, additional metallic cover layers may be present, which fulfill the function of electrical stabilization of the strip conductor. This is done by bridging eventual small areas with reduced current carrying capacity.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen supraleitenden Bandleiter anzugeben, welcher die genannten Nachteile über windet. Insbesondere soll ein Bandleiter zur Verfügung ge stellt werden, welcher in einer damit hergestellten Wicklung eine hohe Stromdichte bei gleichzeitig effektiver Kühlung des Bandleiters ermöglicht. Eine weitere Aufgabe ist es, eine elektrische Spuleneinrichtung mit einem solchen Bandleiter zur Verfügung zu stellen. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bandleiters angegeben werden. The object of the invention is therefore to provide a superconducting strip conductor, which overcomes the disadvantages mentioned. In particular, a band conductor is to be made available ge, which allows in a winding made therewith a high current density with simultaneous effective cooling of the strip conductor. Another object is to provide an electrical coil device with such a ribbon conductor available. Furthermore, a method for producing such a strip conductor should be specified.
Diese Aufgaben werden durch den in Anspruch 1 beschriebenen Bandleiter, die in Anspruch 12 beschriebene elektrische Spu leneinrichtung sowie durch das in Anspruch 14 beschriebene Verfahren gelöst. These objects are achieved by the belt conductor described in claim 1, the len device described in claim 12 electric Spu and solved by the method described in claim 14.
Der erfindungsgemäße supraleitende Bandleiter umfasst ein bandförmiges Substrat mit zwei Hauptflächen und mindestens eine auf einer ersten Hauptfläche des Substrats aufgebrachte flächige supraleitende Schicht. Der Bandleiter umfasst wei terhin wenigstens eine flächige Schutzschicht, welche auf we nigstens einer der Hauptflächen des so gebildeten Leiterver bundes aufgebracht ist. Diese Schutzschicht ist aus einem Ma terial gebildet, welches eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 2 W/ (m-K) aufweist und welches einen spezifi schen elektrischen Widerstand von wenigstens 105 Ohm-m auf weist. Der genannte Leiterverbund umfasst also das Substrat und die supraleitende Schicht und stellt somit den Leiteraufbau vor Aufbringung der Schutzschicht dar. Dabei können zwischen dem Substrat und der supraleitenden Schicht optional eine oder mehrere weitere Zwischenschichten vorhanden sein. Diese Zwi schenschichten sind dann ebenfalls Teil des genannten Leiter verbundes. Bei einer solchen Zwischenschicht kann es sich beispielsweise um eine sogenannte Pufferschicht handeln, de ren kristallographische Struktur eine Wachstumsstruktur für die folgende supraleitende Schicht vorgibt. Weiterhin kann optional auf der supraleitenden Schicht (und/oder gegenüber) eine weitere flächige Deckschicht aufgebracht sein, welche dann ebenfalls zu dem Leiterverbund gehören soll, auf dem an schließend die genannte Schutzschicht aufgebracht ist. The superconducting band conductor according to the invention comprises a band-shaped substrate having two main surfaces and at least one planar superconducting layer applied to a first main surface of the substrate. The strip conductor further comprises at least one planar protective layer, which is applied to at least one of the main surfaces of the thus formed conductor composite. This protective layer is formed from a material which has a specific thermal conductivity of at least 2 W / (mK) and which has a specific electrical resistance of at least 10 5 ohm-m. The named conductor assembly thus comprises the substrate and the superconducting layer and thus represents the conductor structure prior to application of the protective layer. In this case, one or more further intermediate layers may optionally be present between the substrate and the superconducting layer. These intermediate layers are then also part of the aforementioned conductor network. Such an intermediate layer may, for example, be a so-called buffer layer, the crystallographic structure of which predetermines a growth structure for the following superconducting layer. Furthermore, optionally on the superconducting layer (and / or opposite), a further sheet-like cover layer to be applied, which is then also to belong to the conductor assembly on which the said protective layer is applied to closing.
Das genannte Substrat kann normalleitend ausgebildet und ins besondere aus einem metallischen Material gebildet sein. We sentlich ist in jedem Fall, dass das Substrat eine tragende bandförmige Struktur bildet, welches die (direkt oder indi rekt über wenigstens einer Zwischenschicht) darauf aufge brachte flächige supraleitende Schicht trägt. Diese flächige supraleitende Schicht kann dann sehr dünn ausgebildet sein und muss nicht eigenstabil sein, da sie von dem Substrat me chanisch gehalten wird. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die supraleitende Schicht auf beiden Hauptflächen des Sub strats aufgebracht ist. Wesentlich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist nur, dass eine solche Schicht auf zumindest einer dieser Hauptflächen des Substrats gebildet ist . Said substrate may be formed normal conducting and formed in particular of a metallic material. It is essential in any case that the substrate forms a supporting band-shaped structure, which carries the (directly or indirectly indirectly via at least one intermediate layer) brought up on it planar superconducting layer. This planar superconducting layer can then be made very thin and does not have to be intrinsically stable, since it is held mechanically by the substrate. In principle, it is also possible that the superconducting layer is applied on both main surfaces of the sub strate. It is only essential in connection with the present invention that such a layer is formed on at least one of these main surfaces of the substrate.
Da das bandförmige Substrat zwei Hauptflächen aufweist, wei sen auch sowohl der zusammen mit den übrigen genannten Since the band-shaped substrate has two major surfaces, wei sen also both together with the other mentioned
Schichten (außer der Schutzschicht) gebildete Leiterverbund und der insgesamt gebildete Bandleiter zwei derartige Haupt flächen auf. Der genannte Mindestwert für den spezifischen Widerstand soll dabei insbesondere bei Raumtemperatur gelten. Analog soll auch der genannte Wertebereich für die thermische Leitfähig keit insbesondere bei Raumtemperatur eingehalten sein. Alter nativ oder zusätzlich kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die jeweils genannten Werte für die physikalischen Para meter auch bei einer kryogenen Betriebstemperatur, also bei spielsweise bei etwa 77 K oder einer noch tieferen Betriebs temperatur erfüllt sind. Layers (except the protective layer) formed conductor composite and the total formed band conductor two such main surfaces on. The stated minimum value for the specific resistance should apply in particular at room temperature. Analogously, the said range of values for the thermal conductivity should be maintained, in particular at room temperature. Alternatively or alternatively, however, it may also be advantageous if the respective values given for the physical parameters are met even at a cryogenic operating temperature, that is to say for example at about 77 K or even lower operating temperature.
Gleichzeitig zu den genannten Widerstandseigenschaften soll das Material der Schutzschicht eine spezifische Wärmeleitfä higkeit von wenigstens 2 W/ (m-K) aufweisen. Hierdurch wird vorteilhaft eine gute thermische Anbindung einer aus dem Bandleiter gebildeten Spulenwicklung an einen daran anzukop pelnden Kühlkörper erreicht. Dies ist ein wesentlicher Vor teil gegenüber dem Stand der Technik, bei dem durch thermisch schlecht leitende Isolatorschichten zwischen den Windungen die thermische Ankopplung des gesamten Wicklungspakets und insbesondere der supraleitenden Schicht an einen äußeren Kühlkörper deutlich verschlechtert wird. At the same time as the said resistance properties, the material of the protective layer should have a specific heat conductivity of at least 2 W / (m-K). In this way, advantageously, a good thermal connection of a coil winding formed from the strip conductor is achieved at a kopkop popping heat sink thereto. This is an essential part before part of the prior art, in which by thermally poorly conducting insulator layers between the windings, the thermal coupling of the entire winding package and in particular the superconducting layer is significantly deteriorated to an outer heat sink.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung werden also insbeson dere dadurch erreicht, dass dieselbe Schicht, die für eine elektrische Trennung benachbarter Windungen sorgt, gleichzei tig eine hinreichend hohe thermische Leitfähigkeit für eine gute thermische Anbindung des gesamten Wicklungspaketes an einen Kühlkörper aufweist. Nach dem Stand der Technik werden diese beiden Eigenschaften (elektrische Isolation einerseits und thermische Leitfähigkeit andererseits) dagegen auf mehre re übereinanderliegende Schichten verteilt. Für die thermi sche Anbindung des gesamten Wicklungspakets an einen Kühlkör per ist die erfindungsgemäße Ausführung aber wesentlich vor teilhafter, da eine thermisch sehr schlecht leitfähige The main advantages of the invention are thus achieved in particular by the fact that the same layer, which ensures an electrical separation of adjacent turns, simultane- ously has a sufficiently high thermal conductivity for a good thermal connection of the entire winding package to a heat sink. In contrast, according to the prior art, these two properties (electrical insulation on the one hand and thermal conductivity on the other hand) are distributed over several superimposed layers. For the thermal cal connection of the entire winding package to a Kühlkör by the embodiment of the invention, however, is much more advantageous before, as a thermally very poorly conductive
Schicht vollständig vermieden wird und somit eine Unterbre chung des thermischen Kontakts zwischen der supraleitenden Schicht und dem Kühlkörper ebenfalls vermieden wird. Die erfindungsgemäße elektrische Spuleneinrichtung umfasst wenigstens eine Spulenwicklung, welche aus einem erfindungs gemäßen supraleitenden Bandleiter gebildet ist. Insbesondere umfasst eine solche Spulenwicklung eine Mehrzahl von Windun gen aus einem derartigen Bandleiter. Die Vorteile der erfin dungsgemäßen Spuleneinrichtung ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Bandlei ters. Ein zusätzlicher Vorteil kann darin gesehen werden, dass die beschriebene Schutzschicht, welche Teil des Bandlei ters ist, im Vergleich zu einem nachträglich eingebrachten Imprägniermittel oder einer Vergussmasse einen deutlich kon stanteren Wicklungsabstand ermöglicht. Insbesondere kann der Abstand der supraleitenden Schicht, der sich zwischen den je weils benachbarten Windungen an unterschiedlichen Umfangspo sitionen ergibt, über die gesamte Wicklung sehr konstant ge halten werden, wenn die Schichtdicke der Schutzschicht ent sprechend konstant ist. Weitere Vorteile der Spuleneinrich tung sind dadurch gegeben, dass bei dem erfindungsgemäßen Bandleiteraufbau die Gesamtdicke des Bandleiters sehr gering gehalten werden kann und hierdurch in der Spuleneinrichtung eine sehr hohe Stromdichte erreicht werden kann. Hierbei kann trotzdem, wie oben beschrieben, eine hinreichende elektrische Isolation von Windung zu Windung sowie eine effektive Wärme abfuhr gewährleistet sein. Layer is completely avoided and thus an interruption tion of the thermal contact between the superconducting layer and the heat sink is also avoided. The electrical coil device according to the invention comprises at least one coil winding, which is formed from a fiction, contemporary superconducting band conductor. In particular, such a coil winding comprises a plurality of Windun conditions of such a strip conductor. The advantages of the inventions to the invention coil means are analogous to the advantages of the invention described above Bandlei age. An additional advantage may be seen in the fact that the protective layer described, which is part of the Bandlei age, compared to a subsequently introduced impregnating agent or a potting compound allows a significantly con stant winding distance. In particular, the distance of the superconducting layer, which results between the Weil each adjacent windings at different Umfangspo positions, over the entire winding are kept very constant ge when the layer thickness of the protective layer is accordingly constant. Further advantages of the device Spuleneinrich are given by the fact that in the band conductor structure according to the invention, the total thickness of the strip conductor can be kept very low and thus in the coil means a very high current density can be achieved. In this case, nevertheless, as described above, a sufficient electrical insulation from turn to turn and effective heat dissipation can be ensured.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines erfindungsgemäßen supraleitenden Bandleiters. Bei diesem Ver fahren wird die Schutzschicht als Direktbeschichtung auf der darunterliegenden Schicht abgeschieden. Unter einer solchen Direktbeschichtung soll verstanden werden, dass dabei die Schutzschicht als feste Schicht erst in situ auf dem Leiter verbund gebildet wird. Sie soll also insbesondere nicht als vorgefertigte feste Schicht vorliegen, welche erst nachträg lich mit dem Leiterverbund verbunden wird. Dabei sind unter schiedliche Beschichtungsverfahren denkbar, beispielsweise aus der Gasphase, aus einem Aerosol oder aber prinzipiell auch aus einer Lösung oder Schmelze. Gegebenenfalls kann die Schutzschicht allgemein auch durch eine chemische Reaktion des Materials der betreffenden Hauptfläche mit einem umgeben den Medium entstehen. Ein besonderer Vorteil der Direktbe schichtung des Bandleiters liegt darin, dass sich die Schutz schicht hierdurch sehr eng an die übrigen Schichten des Lei terverbundes anschmiegt und somit größere Lücken zwischen dem Leiterverbund und der Schutzschicht vermieden werden. Solche Lücken treten nach dem Stand der Technik leicht dann auf, wenn feste Isolationsbänder nachträglich mit dem Leiterver bund verbunden werden und insbesondere an den Kanten des Lei terverbundes eine perfekte Anpassung der Geometrie der Isola tionsschicht nicht möglich ist. Durch die Vermeidung derarti ger Lücken kann eine noch bessere thermische Anbindung des Wicklungspakets und insbesondere seiner supraleitenden The inventive method is used to produce a superconducting strip conductor according to the invention. In this method, the protective layer is deposited as a direct coating on the underlying layer. Such a direct coating should be understood to mean that the protective layer is formed as a solid layer only in situ on the conductor composite. In particular, it should not be present as a prefabricated solid layer, which is connected only nachträg Lich with the ladder network. In this case, different coating methods are conceivable, for example from the gas phase, from an aerosol or, in principle, also from a solution or melt. Optionally, the protective layer may also generally be affected by a chemical reaction of the material of the relevant main surface with a surrounding medium arise. A particular advantage of Direktbe coating the strip conductor is that the protective layer thereby very closely clings to the other layers of the Lei terverbundes and thus larger gaps between the conductor assembly and the protective layer can be avoided. Such gaps occur in the prior art easily when solid insulation bands are subsequently connected to the Leiterver bund and in particular at the edges of Lei terverbundes a perfect adaptation of the geometry of the Isola tion layer is not possible. By avoiding such gaps, an even better thermal connection of the winding package and in particular its superconducting can be achieved
Schicht an einen äußeren Kühlkörper gewährleistet werden. Layer to be ensured to an outer heat sink.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung gehen aus den von den Ansprüchen 1, 12 und 14 abhängigenAdvantageous embodiments and further developments of the inven tion go from the dependent of the claims 1, 12 and 14
Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschriebenen Ausgestaltungen des Bandleiters, der Spuleneinrichtung und des Herstellungsverfahrens allgemein vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Claims and the following description. In this case, the described embodiments of the strip conductor, the coil device and the manufacturing method can generally be advantageously combined with each other.
So kann es sich bei der supraleitenden Schicht insbesondere um eine hochtemperatursupraleitende Schicht handeln. Hochtem peratursupraleiter (HTS) sind supraleitende Materialien mit einer Sprungtemperatur oberhalb von 25 K und bei einigen Ma terialklassen, beispielsweise den Cuprat-Supraleitern, ober halb von 77 K, bei denen die Betriebstemperatur durch Kühlung mit anderen kryogenen Materialien als flüssigem Helium er reicht werden kann. HTS-Materialien sind besonders attraktiv, da diese Materialien abhängig von der Wahl der Betriebstempe ratur hohe obere kritische Magnetfelder sowie hohe kritische Stromdichten aufweisen können. Daher kommen die Vorteile der Erfindung gerade im Zusammenhang mit Hochtemperatursupralei tern besonders zum Tragen. Thus, the superconducting layer may in particular be a high-temperature superconductive layer. High temperature superconductors (HTS) are superconducting materials with a transition temperature above 25 K and in some material classes, for example the cuprate superconductors, above 77 K, where the operating temperature can be reached by cooling with cryogenic materials other than liquid helium , HTS materials are particularly attractive because these materials can have high upper critical magnetic fields and high critical current densities, depending on the choice of operating temperature. Therefore, the benefits of the invention, especially in connection with Hochtemperatursupralei tern come particularly to fruition.
Der Hochtemperatursupraleiter kann beispielsweise Magnesium- diborid oder einen oxidkeramischen Supraleiter, beispielswei- se eine Verbindung des Typs REBa2Cu30x (kurz REBCO) aufweisen, wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mi schung solcher Elemente steht. The high-temperature superconductor may be, for example, magnesium diboride or an oxide-ceramic superconductor, for example have a compound of the type REBa2Cu30 x ( REBCO for short), where RE stands for a rare earth element or a mixture of such elements.
Allgemein vorteilhaft kann die Schutzschicht zumindest auf der Seite des Bandleiters angeordnet sein, welche die supra leitende Schicht trägt. Mit anderen Worten kann also die sup raleitende Schicht (direkt oder indirekt, also über eine Zwi schenschicht) von der Schutzschicht bedeckt sein. In a generally advantageous manner, the protective layer can be arranged at least on the side of the strip conductor which carries the superconducting layer. In other words, therefore, the sup raleitende layer (directly or indirectly, ie on a inter mediate layer) be covered by the protective layer.
Bei dieser Ausführungsform kann besonders vorteilhaft zwi schen der supraleitenden Schicht und der Schutzschicht eine zusätzliche flächige normalleitende Deckschicht angeordnet sein. Diese Deckschicht kann besonders bevorzugt direkt mit der supraleitenden Schicht verbunden sein. Ein wesentlicher Vorteil einer solchen normalleitenden Deckschicht ist, dass sie einen normalleitenden Parallelwiderstand zur supraleiten den Schicht ausbildet, welcher insbesondere elektrisch direkt mit dieser verbunden ist. Eine solche normalleitende Deck schicht kann besonders bevorzugt aus einem metallischen Mate rial (also einem Metall oder einer Metalllegierung) gebildet sein. Das Material der Deckschicht kann besonders bevorzugt Kupfer oder Silber umfassen oder sogar im Wesentlichen aus einem dieser Materialien bestehen. Bei dieser Ausführungsform bewirkt dann die auf der Deckschicht aufgebrachte Schutz schicht eine hinreichende elektrische Isolierung zwischen der oben liegenden Deckschicht einer gegebenen Leiterwindung und der typischerweise ebenfalls elektrisch leitfähigen unten liegenden Schicht der nächsten benachbarten Leiterwindung (also beispielsweise der nächsten Substratschicht) . Alterna tiv oder zusätzlich kann eine solche Deckschicht aber auch auf der vom Supraleiter abgewandten Seite des Substrats auf gebracht sein. Sie kann auch den gesamten darunterliegenden Schichtaufbau umhüllen. In this embodiment may be particularly advantageous between tween the superconducting layer and the protective layer, an additional flat normal-conducting cover layer may be arranged. This cover layer may particularly preferably be connected directly to the superconducting layer. An essential advantage of such a normally conductive cover layer is that it forms a normally conducting parallel resistor for superconducting the layer, which in particular is electrically connected directly to it. Such a normally conductive cover layer may particularly preferably be formed from a metallic material (ie a metal or a metal alloy). The material of the cover layer may particularly preferably comprise copper or silver or even consist essentially of one of these materials. In this embodiment, then applied on the top layer protective layer causes sufficient electrical insulation between the top layer of a given conductor winding and the typically also electrically conductive bottom layer of the next adjacent conductor winding (ie, for example, the next substrate layer). Alternatively or additionally, such a cover layer but can also be placed on the side facing away from the superconductor side of the substrate. It can also encase the entire underlying layer structure.
Allgemein und unabhängig von dem optionalen Vorliegen einer Deckschicht kann die Schutzschicht vorteilhaft auf der Seite des Bandleiters angeordnet sein, welche die supraleitende Schicht trägt. Alternativ oder zusätzlich kann die Schutz schicht aber auch auf der Seite des Bandleiters angeordnet sein, welche von der supraleitenden Schicht abgewandt ist. Insbesondere ist es möglich, dass die Schutzschicht auf bei den Hauptflächen des Bandleiters angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Schutzschicht den Leiterverbund ins besondere auf seinem ganzen Querschnitt umhüllen, sodass auch die Seiten des Leiterverbundes von dieser Schutzschicht abge deckt sind. Dieses Abdecken der Seiten ist bei der beidseiti gen Ausführung der Schutzschicht nicht zwingend nötig. Sie kann jedoch vorteilhaft sein, um eine noch zuverlässigere elektrische Isolation und insbesondere eine Vermeidung von Kurzschlüssen oder Überschlägen an den Seiten des Bandleiters zu bewirken. In general, and independently of the optional presence of a cover layer, the protective layer may advantageously be arranged on the side of the strip conductor which contains the superconducting layer Layer carries. Alternatively or additionally, however, the protective layer can also be arranged on the side of the strip conductor which faces away from the superconducting layer. In particular, it is possible that the protective layer is arranged on at the main surfaces of the strip conductor. In this embodiment, the protective layer can wrap the conductor composite in particular on its entire cross-section, so that the sides of the conductor composite are covered by this protective layer abge. This covering of the sides is not absolutely necessary in the case of the two-sided execution of the protective layer. However, it may be advantageous to provide even more reliable electrical isolation, and in particular avoidance of short circuits or flashovers on the sides of the ribbon conductor.
Besonders bevorzugt kann bei dem Bandleiter die Schutzschicht als Direktbeschichtung auf der darunterliegenden Schicht auf gebracht sein. Die Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich analog zu den weiter oben beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei der Kombination dieser Aus führungsform mit der oben genannten Variante mit beidseitiger oder sogar umhüllender Aufbringung der Schutzschicht kann es Vorkommen, dass die genannte „darunterliegende Schicht" wech selt. Beispielsweise kann auf der Unterseite des Bandleiters die Schutzschicht als Direktbeschichtung auf dem Substrat aufgebracht sein, während sie auf der Oberseite des Bandlei ters als Direktbeschichtung entweder auf der supraleitenden Schicht oder auf der darüber liegenden Deckschicht aufge bracht ist. Bei der umhüllenden Variante liegt die Schutz schicht zusätzlich noch auf allen Seitenkanten des gesamten Schichtstapels auf. Hierbei ist dann unter der genannten „da runterliegenden Schicht" die „jeweils darunterliegende Particularly preferably, in the band conductor, the protective layer may be applied as a direct coating on the underlying layer. The advantages of this embodiment are analogous to the advantages of the method according to the invention described above. In the combination of these from guide die having the above-mentioned version with double-sided, or even wrap-around application of the protective layer can orkommen V that said "underlying layer" wech rare. For example, the protective layer may be applied as a direct coating on the substrate on the bottom of the stripline while on the upper side of the tape conductor it is applied as a direct coating either on the superconducting layer or on the overlying cover layer "Underlying layer" the "underlying" one
Schicht" zu verstehen. Layer "to understand.
Die Schutzschicht kann allgemein vorteilhaft eine Schichtdi cke im Bereich zwischen 1 ym und 100 ym, insbesondere zwi schen 2 ym und 20 ym oder sogar zwischen 2 ym und 10 ym auf weisen. Eine Schichtdicke im genannten Bereich ist insbeson- dere groß genug, um bei homogener Abscheidung eine hinrei chende elektrische Isolation von Windung zu Windung zu ge währleisten. Andererseits sind die Schichtdicken niedrig ge nug, um trotzdem eine vergleichsweise hohe Stromdichte einer mit dem Bandleiter gebildeten Spulenwicklung zu ermöglichen. Insbesondere in Kombination mit der Variante der Direktbe schichtung sind die vergleichsweise dünneren Schichtdicken vorteilhaft, um sehr hohe Stromdichten in der Wicklung zu er möglichen . The protective layer can generally advantageously have a layer thickness in the range between 1 μm and 100 μm, in particular between 2 μm and 20 μm or even between 2 μm and 10 μm. A layer thickness in the mentioned range is in particular that is large enough to ensure a sufficient electrical insulation from turn to turn with homogeneous deposition. On the other hand, the layer thicknesses are low enough to still allow a comparatively high current density of a coil winding formed with the ribbon conductor. In particular in combination with the variant of direct coating, the comparatively thinner layer thicknesses are advantageous in order to be able to achieve very high current densities in the winding.
Besonders bevorzugt ist die Schutzschicht aus einem Material gebildet, welches eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von we nigstens 5 W/ (m-K) , insbesondere wenigstens 25 W/ (m-K) oder sogar wenigstens 100 W/ (m-K) , besonders vorteilhaft sogar we nigstens 1000 W/ (m-K) , aufweist. Eine Schutzschicht mit einer derart hohen Wärmeleitfähigkeit trägt besonders wirksam zu einer effektiven Entwärmung des gesamten Wicklungsstapels bei. Es sind einige elektrisch isolierende Materialien mit derartig hohen thermischen Leitfähigkeiten bekannt. Particularly preferably, the protective layer is formed from a material which has a specific thermal conductivity of at least 5 W / (mK), in particular at least 25 W / (mK) or even at least 100 W / (mK), particularly advantageously at least 1000 W / (mK). A protective layer with such a high thermal conductivity contributes particularly effectively to an effective heat dissipation of the entire stack of windings. There are some electrically insulating materials with such high thermal conductivities known.
Besonders bevorzugt ist der Bandleiter insgesamt so ausge staltet, dass die genannte Schutzschicht die elektrisch am stärksten isolierende Schicht des gesamten Schichtaufbaus des Bandleiters ist, welche eine Schichtdicke von mehr als 5 ym aufweist. Mit anderen Worten soll neben der genannten Schutz schicht kein wesentlicher zusätzlicher Isolator vorliegen, durch welchen benachbarte Windungen der Supraleiterschicht elektrisch voneinander isoliert sind. Aus dieser Betrachtung ausgenommen soll eine eventuell vorliegende Zwischenschicht zwischen Substrat und Supraleiterschicht sein, welche oft aus elektrisch isolierenden oxidischen Materialien gebildet ist. Eine solche Zwischenschicht trägt aber nicht zur elektrischen Isolation der Windungen untereinander bei (da sie zwischen dem Substrat und der supraleitenden Schicht angeordnet ist, welche typischerweise beide leitfähig sind und miteinander leitfähig verbunden sind) . Diese Zwischenschichten haben ty pischerweise eine Gesamtschichtdicke von weniger als 5 ym.The strip conductor is particularly preferably designed in such a way that the said protective layer is the electrically most insulating layer of the entire layer structure of the strip conductor, which has a layer thickness of more than 5 μm. In other words, in addition to the aforementioned protective layer, there is no essential additional insulator by means of which adjacent turns of the superconductor layer are electrically insulated from one another. Excluded from this consideration should be an intermediate layer between substrate and superconductor layer, which is often formed of electrically insulating oxidic materials. However, such an intermediate layer does not contribute to the electrical insulation of the turns with each other (since it is disposed between the substrate and the superconducting layer, which are typically both conductive and conductively connected to each other). These intermediate layers typically have a total layer thickness of less than 5 ym.
Bei dieser Ausführungsform ohne zusätzliche weitere Isolator- Schicht zwischen den leitenden Teilen benachbarter Windungen kommen die Vorteile der Erfindung besonders zum Tragen, da die Begrenzung der Querleitfähigkeit durch die genannte In this embodiment, without additional further isolator Layer between the conductive parts of adjacent windings, the advantages of the invention come particularly to bear because the limitation of the transverse conductivity by said
Schutzschicht ausreichend ist und ohne eine zusätzliche Protective layer is sufficient and without an additional
Schicht eine vorteilhaft geringe Gesamtdicke des Bandleiters erreicht werden kann. Layer an advantageously small overall thickness of the strip conductor can be achieved.
Besonders bevorzugt ist es allgemein auch, wenn der Bandlei ter insgesamt so ausgestaltet ist, dass die genannte Schutz schicht von allen Schichten mit mehr als 5 ym Dicke diejenige Schicht ist, welche die geringste spezifische thermische Leitfähigkeit aufweist. Mit anderen Worten soll neben der ge nannten Schutzschicht keine nennenswerte zusätzliche Schicht vorhanden sein, welche eine noch schwächere Wärmebrücke für die thermische Anbindung der supraleitenden Schicht an einen äußeren Kühlkörper ausbildet. It is also particularly preferred in general if the band conductor is designed overall such that the said protective layer of all layers with more than 5 μm thickness is the layer which has the lowest specific thermal conductivity. In other words, in addition to the ge called protective layer no significant additional layer may be present, which forms an even weaker thermal bridge for the thermal connection of the superconducting layer to an outer heat sink.
Vorteilhaft kann das Material der Schutzschicht Diamant oder ein keramisches Material, insbesondere ein Oxid und/oder ein Nitrid umfassen. Beispielsweise kann es sich um Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid handeln. Ganz allgemein kann es sich be vorzugt um elektrisch isolierende anorganische Metallverbin dungen oder auch um entsprechende metallorganische Verbindun gen handeln, welche die Anforderungen an die thermische Leit fähigkeit erfüllen. Insbesondere kann es sich um eine Verbin dung (oder gegebenenfalls auch ein Gemisch mehrerer Verbin dungen) eines Metalls handeln, welches das Substrat bildet (oder zumindest in diesem enthalten ist) und/oder welches die normalleitende Deckschicht bildet (oder zumindest in dieser enthalten ist) . Insbesondere kann es sich also um eine anor ganische und/oder eine metallorganische Kupferverbindung, Eisenverbindung oder Nickelverbindung handeln. Bei dieser Art von Ausführungsform kann die Schutzschicht durch in-Situ- Reaktion auf der Oberfläche des Substrats oder der Deck schicht aus dem dort enthaltenen Material gebildet werden. Beispielsweise kann ein Kupferoxid durch Oxidation des Kup fers gebildet werden, welches das Substrat oder die Deck schicht bildet. In ähnlicher Weise können aus anderen Metal- len andere Oxide oder auch Nitride gebildet werden. Es können auch beispielsweise anorganische Salze (beispielsweise Kup fersulfat) durch Reaktion des Metalls mit einem entsprechen den anorganischen Reaktionspartner oder metallorganische Ver bindungen durch Reaktion mit einem entsprechenden organischen Reaktionspartner in situ auf der jeweiligen Metalloberfläche gebildet werden. Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsva riante ist es möglich, das bereits mit der supraleitenden Schicht beschichtete Substrat mit der zusätzlichen Schutz schicht zu versehen. Dabei ist es wichtig, solche Reaktions bedingungen (insbesondere eine niedrige Reaktionstemperatur) einzuhalten, bei der die supraleitende Schicht nicht geschä digt wird. Alternativ ist es jedoch prinzipiell auch möglich, die Schutzschicht schon vor der Beschichtung mit dem Supra leiter auf die Rückseite des Substrats aufzubringen, so dass die Reaktionsbedingungen ohne Rücksicht auf die supraleitende Schicht gewählt werden können. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Schutzschicht einseitig auf eine eigen stabile Deckschicht aufzubringen, bevor diese Deckschicht dann auf der anderen Seite mit dem supraleiter-beschichteten Substrat verbunden wird. Auch dann können die Reaktionsbedin gungen ohne Rücksicht auf die supraleitende Schicht gewählt werden, und es können auch höhere Reaktionstemperaturen von beispielsweise 200 °C und mehr zum Einsatz kommen. Die letzt genannten Varianten, bei denen die Reaktionsbedingungen ohne Rücksicht auf einen empfindlichen Supraleiter gewählt werden können, eigenen sich besonders für die Abscheidung kerami scher Schichten wie Oxiden und Nitriden. Solche keramischen Schichten sind allgemein gut geeignet, um eine gute elektri sche Isolationswirkung bei gleichzeitig hoher thermischer Leitfähigkeit zu erzielen. Zur Abscheidung keramischer Advantageously, the material of the protective layer may comprise diamond or a ceramic material, in particular an oxide and / or a nitride. For example, it may be aluminum oxide or aluminum nitride. In general, it may be preferred to be electrically insulating inorganic Metallverbin applications or to appropriate organometallic Verbindun conditions that meet the requirements for the thermal conductivity. In particular, it may be a compound (or optionally also a mixture of several compounds) of a metal which forms (or at least is contained in) the substrate and / or which forms the normally conductive covering layer (or at least is contained in this) , In particular, it may therefore be an anor ganic and / or an organometallic copper compound, iron compound or nickel compound. In this type of embodiment, the protective layer may be formed by in situ reaction on the surface of the substrate or the cover layer of the material contained therein. For example, a copper oxide can be formed by oxidation of the Kup fers, which forms the substrate or the cover layer. Similarly, from other metal len other oxides or nitrides are formed. It is also possible, for example, to form inorganic salts (for example copper sulphate) by reaction of the metal with a corresponding inorganic reactant or organometallic compounds in situ on the respective metal surface by reaction with a corresponding organic reactant. According to a first preferred embodiment, it is possible to provide the substrate already coated with the superconducting layer with the additional protective layer. It is important to observe such reaction conditions (in particular a low reaction temperature) in which the superconducting layer is not damaged. Alternatively, however, it is also possible in principle to apply the protective layer even before coating with the superconductor on the back side of the substrate, so that the reaction conditions can be selected without regard to the superconducting layer. Alternatively or additionally, it is also possible to apply the protective layer on one side to an intrinsically stable covering layer before this covering layer is then connected on the other side to the superconductor-coated substrate. Even then, the reaction conditions can be selected without regard to the superconductive layer, and higher reaction temperatures of, for example, 200 ° C. and more may also be used. The latter variants, in which the reaction conditions can be chosen without regard to a sensitive superconductor, are particularly suitable for the deposition of ceramic layers such as oxides and nitrides. Such ceramic layers are generally well suited to achieve a good electrical insulation effect while high thermal conductivity. For the deposition of ceramic
Schichten eigenen sich allgemein beispielsweise Verfahren der chemischen und physikalischen Gasphasenabscheidung, bei spielsweise MOCVD (metallorganische chemische Gasphasenab scheidung) und Sputtern. Layers are generally suitable, for example, methods of chemical and physical vapor deposition, for example MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition) and sputtering.
Allgemein und unabhängig von der genauen Materialwahl kann die Schutzschicht entweder mehrheitlich oder auch im Wesent- liehen vollständig aus einem oder mehreren der genannten Ma terialklassen bestehen. Generally and independently of the exact choice of material, the protective layer can either be majority or substantially consist entirely of one or more of the said material classes.
Die Verwendung von Diamant im Material der Schutzschicht ist besonders vorteilhaft, weil Diamant eine sehr hohe spezifi sche Wärmeleitfähigkeit aufweist. Bei Raumtemperatur liegt diese im Bereich zwischen 1000 W/m-K und 2500 W/m-K, was für die Wärmeankopplung des restlichen Schichtsystems besonders günstig ist. The use of diamond in the material of the protective layer is particularly advantageous because diamond has a very high specifi cal thermal conductivity. At room temperature, this is in the range between 1000 W / m-K and 2500 W / m-K, which is particularly favorable for the heat coupling of the remaining layer system.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann die According to an advantageous embodiment, the
Schutzschicht aus einem elektrisch isolierenden Material ge bildet sein, welches einen spezifischen elektrischen Wider stand von sogar wenigstens 107 Ohm-m aufweist. Die Verwendung einer derart gut isolierenden Schutzschicht kann vor allem dann besonders vorteilhaft sein, wenn eine sehr dünne Protective layer of an electrically insulating material forms ge, which was a specific electrical resistance of even at least 10 7 ohm-m. The use of such a well-insulating protective layer can be particularly advantageous especially if a very thin
Schichtdicke für die Schutzschicht zum Einsatz kommen soll, beispielsweise eine Schichtdicke von weniger als 20 ym, we niger als 10 ym oder sogar weniger als 5 ym. Layer thickness for the protective layer is to be used, for example, a layer thickness of less than 20 ym, we less than 10 ym or even less than 5 ym.
Es ist allgemein besonders bevorzugt, wenn die Gesamtdicke des Bandleiters bei höchstens 130 ym, insbesondere bei höch stens 100 ym oder sogar bei höchstens 60 ym liegt. Eine der art niedrige Gesamtdicke des Bandleiters führt zu einem ent sprechend niedrigen Wicklungsabstand zwischen den einzelnen supraleitenden Schichten in einer damit hergestellten Spulen wicklung, was wiederum zu einer besonders hohen Stromdichte in der Wicklung führt. Eine solche niedrige Gesamtdicke des Bandleiters kann beispielsweise dann erreicht werden, wenn für das Substrat und/oder die optional vorhandene Deckschicht möglichst geringe Schichtdicken zum Einsatz kommen. So kann beispielsweise das Substrat eine Schichtdicke von 20 ym oder weniger aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die optio nal vorhandene normalleitende Deckschicht ebenfalls eine Schichtdicke von 20 ym oder weniger aufweisen. Besonders vor teilhafte Materialien für das Substrat sind Edelstahl oder nickelhaltige Legierungen. Bei der Verwendung von Bandleitern mit herkömmlichen, ther misch schlecht leitfähigen Isolationsschichten ist die Ausge staltung mit sehr dünnen Substraten und Deckschichten oft gar nicht möglich, da dann thermische Kopplung an einen äußeren Kühlkörper zunehmend durch die Isolationsschicht dominiert wird und somit nur eine schlechte thermische Kopplung vor liegt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schutzschicht (anstelle einer herkömmlichen Isolationsschicht) ermöglicht also für viele Anwendungen erst die Verwendung von sehr dün nen Schichtdicken bei den genannten metallischen Schichten, da hier auch über die Schutzschicht eine vergleichsweise gute thermische Leitfähigkeit gegeben ist. It is generally particularly preferred if the total thickness of the strip conductor is not more than 130 μm, in particular not more than 100 μm or even not more than 60 μm. One of the art low overall thickness of the strip conductor leads to a correspondingly low winding spacing between the individual superconducting layers in a coil made therewith, which in turn leads to a particularly high current density in the winding. Such a low total thickness of the strip conductor can be achieved, for example, if the layer thicknesses that are as small as possible are used for the substrate and / or the optional cover layer. For example, the substrate may have a layer thickness of 20 ym or less. Alternatively or additionally, the optio normal existing normally conductive cover layer also have a layer thickness of 20 ym or less. Especially before geous materials for the substrate are stainless steel or nickel-containing alloys. When using tape conductors with conventional, ther mix poorly conductive insulation layers is the rich staltung with very thin substrates and layers often not possible because then thermal coupling to an outer heat sink is increasingly dominated by the insulating layer and thus only a poor thermal coupling before lies. The inventive design of the protective layer (instead of a conventional insulation layer) thus allows for many applications only the use of very thin NEN layer thicknesses in the said metallic layers, since here also on the protective layer is given a comparatively good thermal conductivity.
Weiterhin vorteilhaft kann der Bandleiter so ausgebildet sein, dass die Dicke der Schutzschicht über die Länge des Bandleiters hinweg innerhalb von +/-5ym und insbesondere so gar innerhalb von +/-2ym konstant ist. Dabei ist der kleinere Toleranzbereich für die oben genannten vergleichsweise dünnen Bandleiter besonders bevorzugt. Ebenso kann die Dicke des gesamten Bandleiters über seine Länge hinweg innerhalb von +/- 10 ym und insbesondere sogar innerhalb von +/-5 ym kon stant sein. Further advantageously, the band conductor can be formed so that the thickness of the protective layer over the length of the strip conductor within +/- 5ym and in particular even within +/- 2ym constant. In this case, the smaller tolerance range for the above-mentioned comparatively thin band conductors is particularly preferred. Likewise, the thickness of the entire ribbon conductor over its length within +/- 10 ym and in particular even within +/- 5 ym kon be constant.
Bei der elektrischen Spuleneinrichtung kann es sich vorteil haft beispielsweise um eine Spuleneinrichtung in einer elek trischen Maschine (im Rotor und/oder im Stator), in einem Transformator und/oder in einem supraleitenden Energiespei cher (beispielsweise in einem SMES = Supraleitender Magneti scher Energiespeicher) handeln. In the electric coil device, it may be advantageous for example, a coil device in an electric booster machine (in the rotor and / or in the stator), in a transformer and / or in a superconducting Energiespei cher (for example in a SMES = Superconducting Magneti shear energy storage) act.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahrens kann die Schutzschicht durch eine Direktbeschichtung, insbe sondere mithilfe einer Gasphasenabscheidung und/oder einer Aerosol-Deposition, aufgebracht werden. Bei der Gasphasenab schaltung kann es sich insbesondere allgemein um ein Verfah ren der chemischen Gasphasenabschaltung (CVD-Verfahren) oder spezieller um ein Plasma-Enhanced CVD-Verfahren (=PE-CVD- Verfahren) handeln. Derartige Verfahren haben sich vor allem bei der Beschichtung mit einer dünnen Diamantschicht als vor teilhaft herausgestellt. Bei Diamantschichten aber auch bei anderen Materialien werden mit derartigen Verfahren besonders einheitliche und gut definierte Schichtdicken erhalten. According to a particularly advantageous variant of the method, the protective layer can be applied by a direct coating, in particular special by means of a vapor deposition and / or an aerosol deposition. In the Gasphasenab circuit may in particular generally a procedural ren chemical vapor phase shutdown (CVD method) or more specifically a plasma-enhanced CVD method (= PE-CVD method) act. Such methods have especially when exposed to coating with a thin diamond layer before geous. With diamond layers but also with other materials, particularly uniform and well-defined layer thicknesses are obtained with such processes.
Allgemein und unabhängig von dem Material der Schutzschicht können jedoch auch andere Verfahren zum Einsatz kommen, ins besondere auch Verfahren zur Pulverbeschichtung. Hierbei kann ein amorphes, polykristallines oder auch monokristallines Pulver des zu verwendenden Materials einseitig oder beidsei tig oder auch umhüllend auf den Leiterverbund aufgebracht werden und hier zu einer festen Beschichtung konvertiert wer den. Diese Konvertierung kann beispielsweise durch eine ther mische Behandlung erfolgt. Das Pulver zur Bildung der Schutz schicht kann beispielsweise auch durch eine zusätzliche dünne Schicht aus einem Klebemittel am Leiterverbund zum Haften ge bracht werden. However, in general and independently of the material of the protective layer, other methods may also be used, in particular methods for powder coating. Here, an amorphous, polycrystalline or monocrystalline powder of the material to be used can be applied on one side or beidsei TIG or even enveloping on the conductor assembly and converted here to a solid coating who the. This conversion can be done, for example, by a thermal treatment. The powder for the formation of the protective layer can be introduced, for example, by an additional thin layer of an adhesive on the ladder composite to stick ge.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen: In the following, the invention will be described by means of some preferred embodiments with reference to the appended drawings, in which:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Spu leneinrichtung nach dem Stand der Technik zeigt,1 shows a schematic sectional view through a Spu leneinrichtung according to the prior art,
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Bandlei ters nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin dung zeigt, FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a band conductor according to a first exemplary embodiment of the invention,
Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht eines Bandlei ters nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er findung zeigt und  Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a Bandlei age according to a second embodiment of the invention He shows and
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Spu leneinrichtung nach einem Beispiel der Erfindung zeigt .  Figure 4 shows a schematic sectional view through a Spu leneinrichtung according to an example of the invention shows.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Spuleneinrichtung 21 mit einer Spulenwicklung 23 nach dem Stand der Technik. Ge zeigt ist ein Teilbereich eines Querschnitts der Spulenwick lung 23 in einem Randbereich der Wicklung. Die Spulenwicklung 23 umfasst hier eine Vielzahl von Windungen w±, von denen hier beispielhaft nur die Randbereiche zweier Windungen ganz und die Randbereiche der beiden angrenzenden Windungen teil weise gezeigt sind. Die einzelnen Windungen w± sind durch Aufwickeln eines Bandleiters 1 gebildet, dessen Aufbau nun näher erläutert wird. So weist der Bandleiter 1 ein metalli sches Substrat 3 auf, auf dessen einen Hauptfläche eine flä chige supraleitende Schicht 5 ausgebildet ist. Diese supra leitende Schicht 5 wird von einer normalleitenden Deckschicht 7 abgedeckt, welche ebenfalls aus einem metallischen Material gebildet sein kann, beispielsweise Kupfer und/oder Silber. Jede der gezeigten Schichten kann mehrere Teilschichten um fassen und es können auch zusätzliche Zwischenschichten zwi schen den einzelnen Schichten angeordnet sein, insbesondere ein oder mehrere Pufferschichten zwischen Substrat 3 und sup raleitender Schicht 5. In diesem Bandleiter 1 nach dem Stand der Technik ist der so gebildete Leiterverbund durch ein elektrisch isolierendes Kunststoffband 10 umwickelt. Dieser Isolator dient der elektrischen Trennung der benachbarten Spulenwindungen w± . In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals. FIG. 1 shows a detail of a coil device 21 with a coil winding 23 according to the prior art. Ge shows is a portion of a cross section of the coil Wick development 23 in an edge region of the winding. The coil winding 23 here comprises a plurality of turns w ± , of which only the edge regions of two turns are shown here as an example and the edge regions of the two adjacent turns partially. The individual turns w ± are formed by winding a strip conductor 1, whose structure will now be explained in more detail. Thus, the strip conductor 1 has a metalli cal substrate 3, on whose one major surface a flat-type superconducting layer 5 is formed. This superconducting layer 5 is covered by a normal-conducting covering layer 7, which may likewise be formed from a metallic material, for example copper and / or silver. Each of the layers shown may comprise multiple sublayers and additional interlayers may also be interposed between the individual layers, in particular one or more buffer layers between substrate 3 and superconducting layer 5. In this prior art stripline 1, the so formed Ladder composite wrapped by an electrically insulating plastic tape 10. This insulator is used for the electrical separation of the adjacent coil turns w ± .
Problematisch bei dem dargestellten Wicklungsaufbau der Figur 1 ist die Kühlung der Spulenwicklung 23. Um das Material der supraleitenden Schicht auf eine Betriebstemperatur unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters kühlen zu können, muss die beim Betrieb entstehende Wärme effektiv an ein äußeres Kühlsystem abgeführt werden. Dieses Kühlsystem ist in Figur 1 durch einen Kühlkörper 25 repräsentiert. Die einzelnen 1 is the cooling of the coil winding 23. In order to cool the material of the superconducting layer to an operating temperature below the critical temperature of the superconductor, the heat generated during operation must be effectively dissipated to an external cooling system. This cooling system is represented in FIG. 1 by a heat sink 25. The single ones
Schichten des Bandleiters 1 sind dabei nicht direkt im Kon takt mit diesem Kühlkörper 25, sondern indirekt über eine Vergussmasse 27, die beispielsweise ein Harz sein kann. Bei dem Kühlkörper 25 kann es sich beispielsweise um eine Kupfer platte handeln. Wie in Figur 1 schematisch angedeutet, sind für die Entwärmung des Bandleiters im Wesentlichen drei cha- rakteristische Wärmepfade pl, p2 und p3 relevant. Dabei stellt der Wärmepfad pl die Entwärmung vom Substrat 3 zum Kühlkörper 25 dar. Diese Entwärmung wird im Randbereich der Spulenwicklung durch den stirnseitigen Teil des herumgewi ckelten Isolators 10 und durch die dazwischenliegende Ver gussmasse 27 vermittelt. Auch wenn diese beiden Materialien 10 und 27 eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit als die metal lischen Materialien 3 und 7 aufweisen, so ist bildet Pfad pl doch insgesamt durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des metalli schen Substrats einen wichtigen Pfad für die Kühlung der Wicklung aus. Ähnliches gilt für den parallelen Wärmepfad p2, welcher von der metallischen Deckschicht 7 (ebenfalls über die kurzen dazwischenliegenden Abschnitte des Isolators 10 und der Vergussmasse 27) zum Kühlkörper 25 hin verläuft. Der dritte Wärmepfad p3 verläuft von dem um den Leiterverbund ge wickelten Isolator 11 über die Vergussmasse 27 zum Kühlkörper 25. Dieser dritte Wärmepfad p3 trägt jedoch am wenigsten zur Kühlung der Spulenwicklung bei, da der Isolator 10 als her kömmliches Kunststoffmaterial nur eine sehr geringe Wärme leitfähigkeit aufweist. Typische spezifische Wärmeleitfähig keiten von isolierenden Kunststoffbändern liegen bei nur we nigen 0,1 W/m-K. Aus diesem Grund muss es bei einem Bandlei ter nach dem Stand der Technik vermieden werden, dass dieser Isolator 10 einen zu hohen Anteil am Volumen der Spulenwick lung 23 ausbildet. Wenn zur elektrischen Trennung der einzel nen Windungen eine bestimmte Mindestdicke an Isolator erfor derlich ist (beispielsweise 5 ym oder 10 ym) , dann dürfen auch Substrat 3 und metallische Deckschicht 7 nicht zu dünn werden, damit dieser Volumenanteil an isolierendem Kunststoff nicht zu hoch wird. Eine solche untere Grenze für die Dicke des Bandleiters verhindert aber auch, dass sehr hohe Strom dichten in der Spulenwicklung 23 erreicht werden können. Ty pische Gesamtdicken für solche Bandleiter nach dem Stand der Technik liegen bei 150 ym bis 200 ym oder etwas darunter. Layers of the strip conductor 1 are not directly in con tact with this heat sink 25, but indirectly via a potting compound 27, which may be a resin, for example. The heat sink 25 may be, for example, a copper plate. As schematically indicated in FIG. 1, essentially three cha characteristic heat paths pl, p2 and p3 are relevant. In this case, the heat path pl represents the heat dissipation from the substrate 3 to the heat sink 25. This heat dissipation is mediated in the edge region of the coil winding by the frontal part of the insulator 10 wound around it and by the casting compound 27 in between. Although these two materials 10 and 27 have a poorer thermal conductivity than the metal metallic materials 3 and 7, so is path pl but a total of the high thermal conductivity of metalli's substrate an important path for the cooling of the winding. The same applies to the parallel heat path p2, which extends from the metallic cover layer 7 (also via the short intermediate sections of the insulator 10 and the potting compound 27) to the heat sink 25. The third heat path p3 extends from the GE to the conductor composite wound insulator 11 via the potting compound 27 to the heat sink 25. However, this third heat path p3 contributes least to the cooling of the coil winding, since the insulator 10 as her conventional plastic material only a very low heat conductivity having. Typical specific thermal conductivity of insulating plastic tapes are only a few 0.1 W / mK. For this reason, it must be avoided in a Bandlei ter according to the prior art that this insulator 10 forms a too high proportion of the volume of the coil Wick development 23. If a certain minimum thickness of insulator is neces sary for the electrical separation of the individual turns NEN (for example, 5 ym or 10 ym), then also substrate 3 and metallic cover layer 7 may not be too thin, so this volume fraction of insulating plastic is not too high. However, such a lower limit for the thickness of the strip conductor also prevents very high current densities in the coil winding 23 can be achieved. Typical overall thicknesses for such prior art ribbon conductors are from 150 ym to 200 ym or slightly below.
Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Aufbaus der Figur 1 ist, dass vor allem im Randbereich der Spulenwicklung 23 Lü cken auftreten können. So ist hier beispielsweise eine erste Lücke 29a gezeigt, welche zwischen dem Leiterverbund und dem umhüllenden Isolator 10 entstanden ist. Diese Lücke ist ins besondere dadurch zustande gekommen, dass zwischen Substrat 3 und Deckschicht 7 ein stufenartiger Versatz entstanden ist, der bei der Umhüllung mit einem vorgefertigten Isolator Band nicht eng anliegend bedeckt werden kann. Eine weitere Lücke 29b ist an dieser Stelle auf der Außenseite des Isolator bandes 10 entstanden, da die Vergussmasse 27 in die entste hende enge Vertiefung nicht vollständig eindringen konnte. Beide Arten von Lücken behindern ebenfalls den Wärmefluss vom Bandleiter 1 zum Kühlkörper 25. Another disadvantage of the conventional design of Figure 1 is that, especially in the edge region of the coil winding 23 gaps may occur. For example, here is a first one Gap 29a, which has arisen between the conductor assembly and the enclosing insulator 10. This gap is in particular due to the fact that between substrate 3 and cover layer 7, a step-like offset has arisen, which can not be tightly covered during the wrapping with a prefabricated insulator tape. Another gap 29b has been formed at this point on the outside of the insulator band 10, since the potting compound 27 could not fully penetrate into the entste immediate tight depression. Both types of gaps also hinder the heat flow from the strip conductor 1 to the heat sink 25.
Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Bandleiters 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Er findung. Der Bandleiter 1 umfasst ein metallisches Substrat 3, welches zwei Hauptflächen 31a und 31b aufweist. Auf der ersten Hauptfläche 31a ist über einem Stapel von hier nicht gezeigten Pufferschichten eine flächige supraleitende Schicht 5 abgeschieden. Diese supraleitende Schicht 5 ist wiederum von einer metallischen Deckschicht 7 abgedeckt. Diese Deck schicht 7 kann beispielsweise aus Kupfer oder Silber oder einem Stapel beider Materialien bestehen. Das Substrat, die supraleitende Schicht 5 und die Deckschicht 7 sowie die nicht dargestellten Pufferschichten bilden zusammen einen Leiter verbund 9. Dieser Leiterverbund 9 ist auf seinem ganzen Quer schnitt von einer Schutzschicht 11 umhüllt. Die Schutzschicht ist elektrisch isolierend und ist hier als dünne Diamant schicht ausgebildet. Es sind aber auch zahlreiche andere Ma terialien für diese Schutzschicht 11 denkbar. Wesentlich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist, dass der spezifische elektrische Widerstand und die spezifische Wärme leitfähigkeit in den weiter oben genannten Bereichen liegen. Hierdurch wird die beschriebene elektrische Trennung der Win dungen erreicht, wobei gleichzeitig in derselben Schicht eine effektive Entwärmung gewährleistet ist. Durch diese zusätzli che Entwärmung wird ein paralleler Wärmepfad genutzt (analog zu p3 in Figur 1), welcher nach dem Stand der Technik nur einen sehr unwesentlichen Beitrag zur Entwärmung liefert. Hierdurch wird es möglich, die Dicke des Substrats d3 Figure 2 shows a schematic cross-sectional view of a strip conductor 1 according to a first embodiment of the invention. The strip conductor 1 comprises a metallic substrate 3, which has two main surfaces 31a and 31b. On the first main surface 31a, a planar superconducting layer 5 is deposited over a stack of buffer layers, not shown here. This superconducting layer 5 is in turn covered by a metallic cover layer 7. This cover layer 7 may for example consist of copper or silver or a stack of both materials. The substrate, the superconducting layer 5 and the cover layer 7 and the buffer layers, not shown together form a conductor composite 9. This conductor assembly 9 is wrapped on its entire cross-section of a protective layer 11. The protective layer is electrically insulating and is formed here as a thin diamond layer. But there are also many other Ma materials for this protective layer 11 conceivable. Essential in the context of the present invention is that the specific electrical resistance and the specific heat conductivity lie in the areas mentioned above. As a result, the described electrical separation of the Win is achieved achievements, at the same time in the same layer effective cooling is guaranteed. By this addi tional cooling a parallel heat path is used (analogous to p3 in Figure 1), which provides only a very insignificant contribution to the heat dissipation according to the prior art. This makes it possible, the thickness of the substrate d3
und/oder die Dicke der Deckschicht d7 und somit auch die Di cke des gesamten von dem Isolator 11 umhüllten Leiterverbunds d9 deutlich dünner zu wählen, als es bei Verwendung von Mate rialien nach dem Stand der Technik möglich wäre. So kann ins gesamt auch eine sehr niedrige Dicke dl des gesamten Bandlei ters vorgesehen werden, wodurch sehr hohe Stromdichten in einer mit einem solchen Bandleiter 1 aufgebauten Spulenwick lung ermöglicht werden. Weiterhin ermöglichen dünne Bandlei ter auch wesentlich geringere Biegeradien, was sich vor allem bei der Ausbildung von kompakten Wickelköpfen sehr positiv auswirken kann. and / or to choose the thickness of the cover layer d7 and thus also the thickness of the entire conductor composite d9 enclosed by the insulator 11 to be significantly thinner than would be possible with the use of materials according to the prior art. Thus, the total also a very low thickness dl of the entire Bandlei age be provided, which allows very high current densities in a built-up with such a strip conductor 1 Spulenwick development. Furthermore, thin Bandlei ter also allow much lower bending radii, which can have a very positive effect, especially in the formation of compact end windings.
Figur 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Bandleiters nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin dung. Der zugrundeliegende Leiterverbund 9 ist analog oder sehr ähnlich aufgebaut wie der Leiterverbund 9 der Figur 2. Auch die Schutzschicht 11 ist aus einem Material mit ähnli chen Eigenschaften gebildet. Im Unterschied zum Beispiel der Figur 2 ist jedoch diese Schutzschicht nicht als umhüllende Schicht, sondern nur einseitig auf dem Leiterverbund abge schieden. Beim Beispiel der Figur 3 ist die Schutzschicht auf der ersten Hauptfläche 33a des Leiterverbundes 9 abgeschie den, welche der ersten Hauptfläche 31a des Substrats 3 ent spricht. Diese erste Hauptfläche des Substrats ist die Flä che, auf der die supraleitende Schicht 5 aufgebracht ist. Sie entspricht auch der ersten Seite 35a des Bandleiters 1. Durch eine solche Schutzschicht 11 auf dieser ersten Seite des Bandleiters 1 wird beim Herstellen einer Wicklung aus dem Bandleiter ebenfalls eine hinreichende Isolation der aufein anderfolgenden Windungen erreicht, da die metallischen Figure 3 shows a schematic cross-sectional view of a strip conductor according to a second embodiment of the inven tion. The underlying conductor assembly 9 is similar or very similar to the structure of the conductor assembly 9 of Figure 2. The protective layer 11 is formed of a material with ähnli chen properties. In contrast to the example of Figure 2, however, this protective layer is not separated abge as enveloping layer, but only on one side on the ladder composite. In the example of Figure 3, the protective layer on the first main surface 33a of the conductor assembly 9 is the abgeschie the which the first main surface 31a of the substrate 3 speaks ent. This first major surface of the substrate is the surface on which the superconductive layer 5 is applied. It also corresponds to the first side 35a of the strip conductor 1. By such a protective layer 11 on this first side of the strip conductor 1, a sufficient insulation of the aufein other subsequent turns is also achieved in producing a winding from the strip conductor, since the metallic
Schichten immer durch die isolierende Schutzschicht 11 ge trennt sind. Analog zum Beispiel der Figur 2 können auch hier die einzelnen Schichtdicken sehr dünn ausgebildet werden. Da die Schutzschicht 11 hier nur einseitig aufgebracht ist, kann die Gesamtdicke dl des Bandleiters 1 sogar noch dünner ge wählt werden. Alternativ zum Beispiel der Figur 3 ist es jedoch grundsätz lich auch möglich, dass eine analoge Schutzschicht 11 auf der zweiten Seite des Substrats 31b aufgebracht ist, welche dann der zweiten Seite 33b des Leiteraufbaus und der von der sup raleitenden Schicht 5 abgewandten Seite 35b des Bandleiters entspricht. Auch mit einer solchen einseitigen Beschichtung kann durch die isolierenden Eigenschaften der Schutzschicht eine hinreichende elektrische Trennung der benachbarten Win dungen erreicht werden. Als weitere Alternative ist auch eine beidseitige Beschichtung des Leiterverbundes 9 möglich, wel che im Unterschied zur Figur 2 aber nicht die Kanten mit um hüllt. Layers are always separated by the insulating protective layer 11 ge. Analogously to the example of Figure 2, the individual layer thicknesses can be made very thin here as well. Since the protective layer 11 is applied here only on one side, the total thickness dl of the strip conductor 1 can be even selected thinner ge. Alternatively, for example, Figure 3 but it is in principle Lich also possible that an analogous protective layer 11 is applied to the second side of the substrate 31b, which then the second side 33b of the conductor structure and the side facing away from the sup rondeitenden layer 5 side 35b of the strip conductor equivalent. Even with such a one-sided coating can be achieved by the insulating properties of the protective layer sufficient electrical separation of the adjacent Win applications. As a further alternative, a two-sided coating of the conductor assembly 9 is possible, wel che in contrast to Figure 2 but not wrapped around the edges with.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine Spuleneinrichtung 21 nach einem Beispiel der Erfindung. Die Darstellung ist analog zur Darstellung der herkömmlichen Spu leneinrichtung in Figur 1. Auch hier ist der Randbereich ei ner Spulenwicklung 23 gezeigt, welcher durch eine Vergussmas se 27 an einen Kühlkörper 25 angebunden ist. Im Unterschied zur Spuleneinrichtung der Figur 1 ist hier der Bandleiter 1, aus dem die Wicklung gebildet ist, entsprechend der vorlie genden Erfindung ausgebildet. Im hier gezeigten Beispiel ist dieser Bandleiter 1 analog zum Bandleiter der Figur 2 ausge bildet, nämlich mit umlaufender Umhüllung mit einer elek trisch isolierenden Schutzschicht 11. Dadurch dass diese Schutzschicht 11 als Direktbeschichtung auf dem Leiterverbund 9 aufgebracht ist, entstehen hier auch keine Lücken des Typs 29a, wie sie in Figur 1 zu sehen war. Schon durch diesen Ef fekt ist die Entwärmung der Spulenwicklung 23 verbessert.Figure 4 shows a schematic sectional view through a coil device 21 according to an example of the invention. The representation is analogous to the representation of the conventional Spu leneinrichtung in Figure 1. Again, the edge region egg ner coil winding 23 is shown, which is connected by a Vergussmas se 27 to a heat sink 25. In contrast to the coil device of Figure 1 here is the band conductor 1, from which the winding is formed, formed according to the inven- vorlie invention. In the example shown here, this strip conductor 1 is analogous to the strip conductor of Figure 2 out forms, namely with encircling wrapping with an elec- trically insulating protective layer 11. Because this protective layer 11 is applied as a direct coating on the conductor assembly 9, no gaps of the type arise here 29a, as seen in FIG. Even by this Ef fekt the cooling of the coil winding 23 is improved.
Eine weitere und unter Umständen noch wesentlichere Verbesse rung kommt dadurch zustande, dass der dritte Wärmepfad p3 von der Schutzschicht 11 zum Kühlkörper 25 im Vergleich zum ent sprechenden Wärmepfad p3 der Figur 1 deutlich verstärkt ist. Dies wird durch die deutlich erhöhte thermische Leitfähigkeit der Schutzschicht 11 im Vergleich zum Isolator 10 erreicht.Another and possibly even more substantial improvement tion is due to the fact that the third heat path p3 of the protective layer 11 to the heat sink 25 in comparison with the ent speaking heat path p3 of Figure 1 is significantly enhanced. This is achieved by the significantly increased thermal conductivity of the protective layer 11 in comparison to the insulator 10.
So kann beim Leiteraufbau der Figur 4 auch die Dicke des Sub strats 3 und oder der Deckschicht 7 (absolut und/oder im Ver hältnis zu Dicke der Schutzschicht) deutlich geringer gewählt werden als beim Stand der Technik, ohne dass hier die thermi sche Ankopplung der Spulenwicklung 23 zu stark reduziert wird . Thus, in the conductor structure of Figure 4, the thickness of the sub strate 3 and or the cover layer 7 (absolute and / or ratio in relation to the thickness of the protective layer) chosen significantly lower be as in the prior art, without here the thermal coupling of the coil winding 23 is too much reduced.

Claims

Patentansprüche claims
1. Supraleitender Bandleiter (1), umfassend 1. Superconducting band conductor (1) comprising
- ein bandförmiges Substrat (3) mit zwei Hauptflächen  - A band-shaped substrate (3) with two major surfaces
(31a, 31b) und  (31a, 31b) and
- zumindest eine auf einer ersten Hauptfläche (31a) des Sub strats (3) aufgebrachte flächige supraleitende Schicht (5) - At least one on a first main surface (31 a) of the sub strate (3) applied surface superconducting layer (5)
- sowie wenigstens eine flächige Schutzschicht (11), welche auf wenigstens einer der Hauptflächen (33a) des so gebilde ten Leiterverbundes (9) aufgebracht ist, - And at least one planar protective layer (11) which is applied to at least one of the main surfaces (33 a) of the so-th th conductor composite (9),
- wobei die Schutzschicht (11) aus einem Material gebildet ist, welches eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von we nigstens 2 W/ (m-K) aufweist und welches einen spezifischen elektrischen Widerstand von wenigstens 105 Ohm-m aufweist,- wherein the protective layer (11) is formed of a material which has a specific thermal conductivity of at least 2 W / (mK) and which has a specific electrical resistance of at least 10 5 ohm-m,
- wobei die Schutzschicht (11) eine Schichtdicke (dll) von weniger als 20 ym aufweist. - wherein the protective layer (11) has a layer thickness (dll) of less than 20 ym.
2. Bandleiter (1) nach Anspruch 1, bei welchem zwischen der supraleitenden Schicht (5) und der Schutzschicht (11) eine zusätzliche flächige normalleitende Deckschicht (7) angeord net ist. 2. strip conductor (1) according to claim 1, wherein between the superconducting layer (5) and the protective layer (11) an additional flat normal-conducting cover layer (7) is angeord net.
3. Bandleiter (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei wel chem die Schutzschicht (11) auf der Seite () des Bandleiters (1) angeordnet ist, welche die supraleitende Schicht (5) trägt und/oder auf der Seite (35b) des Bandleiters (1) ange ordnet ist, welche von der supraleitenden Schicht (5) abge wandt ist. 3. strip conductor (1) according to any one of claims 1 or 2, wherein wel chem the protective layer (11) on the side () of the strip conductor (1) is arranged, which carries the superconducting layer (5) and / or on the side ( 35 b) of the strip conductor (1) is arranged, which is abge of the superconducting layer (5).
4. Bandleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schutzschicht (11) als Direktbeschichtung auf der darunterliegenden Schicht (7) aufgebracht ist. 4. strip conductor (1) according to any one of the preceding claims, wherein the protective layer (11) is applied as a direct coating on the underlying layer (7).
5. Bandleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schutzschicht (11) eine Schichtdicke (dll) im Bereich zwischen 2 ym und 10 ym aufweist. 5. stripline (1) according to any one of the preceding claims, wherein the protective layer (11) has a layer thickness (dll) in the range between 2 ym and 10 ym.
6. Bandleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schutzschicht (11) aus einem Material gebil det ist, welches eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von we nigstens 25 W/ (m-K) aufweist. 6. stripline (1) according to any one of the preceding claims, wherein the protective layer (11) is gebil det of a material having a specific thermal conductivity of at least 25 W / (m-K).
7. Bandleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schutzschicht (11) aus einem Material gebil det ist, welches eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von we nigstens 100 W/ (m-K) , insbesondere sogar wenigstens 7. strip conductor (1) according to any one of the preceding claims, wherein the protective layer (11) is gebil det of a material having a specific thermal conductivity of at least 100 W / (m-K), in particular even at least
1000 W/ (m-K) , aufweist.  1000 W / (m-K).
8. Bandleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schutzschicht (11) die elektrisch am stärk sten isolierende Schicht des gesamten Schichtaufbaus des Bandleiters ist (1). 8. strip conductor (1) according to any one of the preceding claims, wherein the protective layer (11) is the most electrically insulating most layer of the entire layer structure of the strip conductor (1).
9. Bandleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schutzschicht (11) Diamant umfasst. 9. strip conductor (1) according to any one of the preceding claims, wherein the protective layer (11) comprises diamond.
10. Bandleiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei wel chem die Schutzschicht (11) eine anorganische Metallverbin dung und/oder eine metallorganische Verbindung umfasst. 10. strip conductor (1) according to any one of claims 1 to 9, wherein wel chem, the protective layer (11) comprises an inorganic Metallverbin tion and / or an organometallic compound.
11. Bandleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher eine Gesamtdicke (dl) von höchstens 130 ym, insbeson dere von höchstens 100 ym aufweist. 11. strip conductor (1) according to any one of the preceding claims, which has a total thickness (dl) of at most 130 ym, in particular of at most 100 ym.
12. Elektrische Spuleneinrichtung (21) mit wenigstens einer Spulenwicklung (23) aus einem supraleitenden Bandleiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11. 12. An electrical coil device (21) with at least one coil winding (23) made of a superconducting strip conductor (1) according to one of claims 1 to 11.
13. Elektrische Spuleneinrichtung (21) nach Anspruch 12, wel che eine Spuleneinrichtung für eine elektrische Maschine, einen Transformator und/oder einen supraleitenden Energie speicher ist. 13. An electrical coil device (21) according to claim 12, wel che a coil device for an electrical machine, a transformer and / or a superconducting energy storage is.
14. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Bandlei ters (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die Schutzschicht (11) als Direktbeschichtung auf der darunter liegenden Schicht (7) abgeschieden wird. 14. A method for producing a superconducting Bandlei age (1) according to one of claims 1 to 11, wherein the Protective layer (11) is deposited as a direct coating on the underlying layer (7).
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die Direktbe- Schichtung mit Hilfe einer Gasphasenabscheidung und/oder einer Aerosoldeposition aufgebracht wird oder durch eine che mische Reaktion der Oberfläche mit einem umgebenden Medium in situ entsteht. 15. The method of claim 14, wherein the direct coating is applied by means of a vapor deposition and / or an aerosol deposition or by a chemical reaction of the surface with a surrounding medium in situ arises.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3432783A (en) * 1967-08-24 1969-03-11 Atomic Energy Commission Superconductor ribbon
US4977039A (en) * 1989-03-27 1990-12-11 Agency Of Industrial Science And Technology Superconducting wire and cable
US20140357495A1 (en) * 2012-02-29 2014-12-04 Fujikura Ltd. Superconducting wire and superconducting coil

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19909266A1 (en) * 1999-03-03 2000-09-07 Abb Research Ltd Thin film high temperature superconductor arrangement
DE10230083B3 (en) * 2002-06-27 2004-02-05 Siemens Ag Current limiting device with improved heat dissipation
DE102007061891A1 (en) * 2007-12-20 2009-07-02 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh With a cooling layer provided high-temperature superconducting band conductor composite
DE102011107313A1 (en) * 2011-07-06 2013-01-10 Karlsruher Institut für Technologie Insulated high-temperature superconductor tape and method for its production

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3432783A (en) * 1967-08-24 1969-03-11 Atomic Energy Commission Superconductor ribbon
US4977039A (en) * 1989-03-27 1990-12-11 Agency Of Industrial Science And Technology Superconducting wire and cable
US20140357495A1 (en) * 2012-02-29 2014-12-04 Fujikura Ltd. Superconducting wire and superconducting coil

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