專利名稱：超導線的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及超導線，主要用作“電線”，意味著(如超導專家所慣稱的)用來將電流從一個相當高溫度的源傳導到在低溫下運轉(zhuǎn)的裝置，在大多數(shù)裝置中，低溫是接近4K的“液氦”溫度，高溫是液氮溫度(77K左右)或低一些。
當高溫使超導成為可能時，超導電線便是優(yōu)選的。這不僅是由于它們與金屬電線相比電損耗少，而且由于它們具有相當高的熱阻，常常明顯降低裝置的整體冷藏損耗。
超導電線已由“松散的”陶瓷超導體粉末制成，或者壓縮和燒結(jié)成獨立的塊，或是壓入銀質(zhì)(或銀合金)管中再經(jīng)適當壓縮。它們還已由陶瓷超導體制成帶狀，現(xiàn)在通常被用來纏繞線圈或是制作動力電纜。然而，“松散”超導線很脆弱，力學性能差，并且如果故障情況導致失去超導性，則其易于被破壞；超導帶在該故障中具有自我保護的性能，因為銀/銀合金含量足以在短時期內(nèi)象一般導體一樣導電，并具柔韌性和在熱周期性沖擊中更具耐抗力，但它們?nèi)跃哂休^小的內(nèi)在強度；以及由于在不同溫度下用其端部工作的電線的熱應力應相當大，并且至少偶爾經(jīng)歷到室溫的循環(huán)，它們需要機械支撐。
給予機械支持的一個令人滿意的途徑是在帶子上粘結(jié)適宜的粘合物來支持(此處可取不同的橫截面，但在本發(fā)明中優(yōu)選取平的，為方便起見我們稱其為“板”)粘合物為樹脂粘合纖維玻璃或其它具有和這些帶子類似的熱膨脹特性的材料。即便如此，在末端仍有相當?shù)膽ΓǔＴ谀抢飵ё油ㄟ^焊接連接在固體銅導線上，從申請者的經(jīng)驗來說，這會導致局部或全部焊接失效，即使在適宜條件下兩個末端處的接觸電阻會占有在電線中總損耗的五分之一。
本發(fā)明的目標是提供適用于作為電線的超導線，其中末端是可靠的，并且末端接觸電阻穩(wěn)定在低值。
依照本發(fā)明制成的超導線包括一個黏附有至少一個超導帶的支撐板，并且從導線的一個末端區(qū)域延伸到另一個，在超導帶的兩個端部分別焊接有金屬端部接頭；在每一個末端區(qū)域，至少有一種金屬插件接合到所述板上，并焊接到相應的一個端部接頭上。
以這種方式，縱向機械應力從端部接頭直接傳送到板上，繞過并減輕焊接點到帶子的應力。
可以有不只一個板，而且所述板或每個板都可以支撐任何適當數(shù)量的超導帶。優(yōu)選的是，該板或每一個板都是平的并支撐著兩個或更多的帶子，這些帶子在其主面上是彼此共面的，這樣可以使整個平面?zhèn)群兔總€帶子的兩個邊緣易于焊接，使末端組件不必出現(xiàn)復雜的形狀。然而，如果緊密性是至關(guān)重要的話，兩個或三個帶子(或更多，則代價更高)可彼此疊放。
金屬插件和末端組件最好是銅制的，特別是高導電性的無氧銅(末端組件最好鍍有金或銀)。它們是方便簡單的矩形條，沿著(或平行和靠近)板的適當?shù)倪吘?。只有幾毫米寬的條即非常有效并足可以滿足要求。但如果期望它們足夠?qū)挘阌谠鰪娂庸?，可通過釘一個橫向的金屬或其它硬材料釘銷。
銅非常牢固地粘合在其整個面上的合適的板是易于得到的，其廣泛用于制造電器的電路板。一個適當?shù)陌逋ǔＪ菢渲澈侠w維玻璃，覆有大約35μm的銅，并覆蓋有遵循BS 4581的正性光刻膠，其由MegaElsctronic公司以商標“Fotoboard”，級別代碼為“FR4”出售。除了用于需要的插件以外，可通過圖像式樣露置于UV光下、顯影并蝕刻(面板為此而設計)或通過機械加工來將銅去掉。申請者的理解是，通過在預先形成并特意制備好的(蝕刻)銅片上現(xiàn)場處理纖維粘合樹脂來制作該面板。
較好地(每一個)超導帶將帶子的整個面粘接在面板上。合適的黏附劑是由Grace Speciality Polymers生產(chǎn)，并由英國EmersionCumming(UK)Ltd以‘Eccobond 286’商標出售，已知其為環(huán)氧樹脂產(chǎn)品，填以鋁或鋅的氧化物，用來促進匹配熱膨脹特性。
導線可以包括帶有上述超導帶的兩個或更多的板。優(yōu)選地但并不是必須地彼此平行排列，它們可以相似(主要是指矩形截面)或可以在寬度上不一致(有相同或不同的帶子數(shù)量)，例如總體上形成圓截面。
外覆有銀或銀合金的陶瓷超導帶能夠通過適當?shù)暮噶铣晒Φ睾附釉谀┒私M件上，我們認為較好的焊料包含(重量)等份的鉛和鉍或兩份的鉛，五份鉍和三份錫，但也可用一般的錫/鉛共熔焊料。
如果要求導線是“蒸汽冷卻”，超導帶較好地涂上涂層以防止直接接觸到制冷劑，Nova Tran Ltd以“Parylane”商標承辦客戶涂層服務，涂層在30-40μm之間是推薦的，但也可用其它涂層。申請者不清楚Nova Tran Ltd所采用的工藝(被描述為氣相沉積)是否與美國專利號為4508760所描述的熱解聚對苯二甲撐技術(shù)類似，在大多數(shù)情況下，在涂層后，將附加上具有用于氣流通過的適宜孔隙的管狀覆蓋物。
如果不要求“汽態(tài)冷卻”，適宜采用緊密匹配的包封物并將適宜的硬化樹脂引入剩余的空隙中(如前面提到的Eccobond 286)“密封”保護導線，這樣的包封物適宜由類似于面板的樹脂粘合纖維玻璃材料制成。合適的材料由Tufnol Ltd公司以商標TUFNOL出售，產(chǎn)品代碼為10G/40。
末端組件可軸向凸出用于外部連接，但如果設備結(jié)構(gòu)允許，我們更優(yōu)選橫向凸出，以便適應超導體的最大長度，并且因此最小化導線的熱傳導。
下面將通過例子進一步描述本發(fā)明，參照附圖

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種形式的導線的一個端部的局部正視圖；圖2是圖1中沿II-II方向的截面圖；圖3是對應與圖1的正視圖，其顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一種導線形式，并包括了許多獨立的選項。此圖顯示的導線還處于未完成狀態(tài)，這將在下文說明。
圖1和圖2中的導線是基于雙側(cè)FOTOBOARD電路板1的窄條，在每個端部除窄條2，2以外銅層被整個腐蝕掉(圖中只顯示了一端，另一端也相同)。在每一個板的暴露表面上超導帶3都包括一個或多個“高溫”陶瓷超導材料的“細絲”(BISCCO系列最好)，其用Eccobond 286低膨脹環(huán)氧黏附劑來黏附，板的端部被插在鍍金的銅末端組件4的槽中，并用包含了相同重量的鉛和鉍的焊料5接合在上面。這確保了既牢固地接合到帶3(提供低電阻電連接)上又牢固地接合到銅條2(提供板1和完全獨立于帶3的末端組件4的強機械連接)上。
如果是汽態(tài)冷卻的導線，帶的(或者還有板的)暴露表面被薄薄地涂有聚對亞苯基二甲基聚合物，該板被封入塑料封套6，其為冷卻劑流動提供了開口7。
在此設計中應指出的是，末端組件4適當延伸到導線側(cè)邊-與其說是“扁平”型(“spade”)末端不如說是“標志”型(“flag”)末端。這使得可以產(chǎn)生超導和相對熱隔離的導線部分達到裝置所允許的盡可能長的長度。
圖3所示的另一設計顯示出一些不同的變型，其中的任何一種可單獨使用也可一起使用。
首先，這是一種導線的軸與末端組件相吻合的“扁平”型末端，這就適于直接替換類似形狀的傳統(tǒng)電線。
第二，其包括了兩個類似的面板1用于增加超導電流容量，可用更多的數(shù)量，可用具有相同或不同數(shù)量的帶的不同寬度的板來適應設計需要例如，需要的話，可用三個平行板，中間一個較其余兩個要寬，在設計時就可取近似圓形的截面。
第三，不打算使用蒸汽冷卻，相應地，不是在帶上加涂層和增加開口的管狀外套，而是通過由兩種組件，即機加工成匹配于板周圍的樹脂粘合纖維玻璃(TUFNOL 10G/40)和只留有小間隙的末端組件，組成的外裝套來完成組裝。圖中在原位顯示了外套組件7中的一個，為清楚起見，省略了另一個。一旦兩個組件都到位，剩余的空隙8將通過真空注入技術(shù)以環(huán)氧樹脂來填充以形成完全密封的導線。
權(quán)利要求
1.一種超導線，包含一個支撐板，至少一個超導帶黏附在其上，并從導線的一個末端區(qū)域延伸到另一個，分別將金屬端部接頭焊接到超導帶的每一個端部，在末端區(qū)域的每一個中至少有一個金屬插件接合在所述板上并焊接在相應的一個所述端部接頭上。
2.根據(jù)權(quán)力要求1的超導電線，其中的板，或每一個板都是平的，并在其一個或每一個主面上支持著兩個或更多的彼此共面的超導帶。
3.根據(jù)權(quán)力要求1或2的超導電線，其中金屬插件，還有末端組件都是銅制的。
4.根據(jù)權(quán)力要求1或2的超導電線，其中金屬插件，還有末端組件是高導電性無氧銅制成的。
5.根據(jù)權(quán)力要求1-4中任一項的超導電線，其中金屬插件都是沿著(或平行和接近)板的適當邊緣的簡單矩形條。
6.根據(jù)權(quán)力要求1-5中任一項的超導電線，包括兩個或兩個以上的所述板，它們具有不同的寬度，具有相同或不同的帶數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)力要求1-6中任一項的超導電線，其中超導帶被涂覆以保護其不接觸冷卻劑。
8.根據(jù)權(quán)力要求7的超導電線，進一步包括一個管狀覆蓋物，其為汽流留有孔隙。
9.根據(jù)權(quán)力要求1-6中任一項的超導電線，包含緊密配合的包封物和其余空隙處內(nèi)的“密封”樹脂。
10.根據(jù)權(quán)力要求1-9中的任一項的超導電線，其中末端組件橫向凸出。
11.一種超導電線基本上參照附圖1-2；附圖3或所有附圖所描述。
全文摘要
一種超導線包括支撐板(1),具有黏附在其上的至少一個超導帶(3),并從超導線的一個末端區(qū)域延伸到另一個。超導帶(3)的端部分別焊接有金屬端部接頭,并在每一個末端區(qū)域都至少有一個金屬插件被接合在支撐板(1)上,并且也被焊接在相應的端部接頭之一上,于是可減輕帶(3)的機械應力。支撐板(1)或其中的每一個都是平的,可以支撐兩個或兩個以上的超導帶(3),在其一個或每個主面上共面排放。金屬插件適宜用銅制成,其可通過商用的電路板(1)上去掉大部分銅覆層制成。
文檔編號H01B13/00GK1338134SQ99811944
公開日2002年2月27日 申請日期1999年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月9日
發(fā)明者達林·M·斯皮勒, 邁克爾·P·韋布, 卡洛斯·貝杜茲, 一風·楊 申請人:皮萊利電纜(2000)有限公司