氧化物超导线、超导结构及制造氧化物超导线的方法、超导电缆、超导磁体和结合超导磁体的产品

摘要

本发明提供一种氧化物超导线、一种超导结构，以及一种制造氧化物超导线、超导电缆、超导磁体和结合超导磁体的产品的方法。氧化物超导线是带状的氧化物超导线，其中的多个细丝嵌在基材中，其中的每个细丝都具有铋－2223基氧化物超导体。该氧化物超导线在垂直于其长度方向的横截面上具有最多0.5mm

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化物超导线、一种超导结构，一种制造氧化物超导线、超导电缆、超导磁体和结合超导磁体的产品的方法。

背景技术

结合了铋-2223基氧化物超导体的氧化物超导线已经被期望作为用于例如超导电缆、超导磁体和结合超导磁体的产品的原料。原因在于这种导线可以在液氮温度下使用，达到相对高的临界电流密度，并且相对容易地制造成长导线。

制造这种结合了铋-2223基氧化物超导体的氧化物超导线的方法已经在例如专利文献1中公开。已经公开的制造方法按照下述步骤实施。首先，将具有铋-2223基氧化物超导体的原料粉末填充进入银管内。对填充有原料粉末的银管进行牵拉处理，以形成单丝超导线。其次，将多个单丝超导线容纳在银管中以形成多丝超导线。对多丝超导线进行扭绞处理。对该绞合线进行轧制处理。然后，对该轧制导线进行热处理以完成对具有3.0mm宽度和0.22mm厚度(参见专利文献1的第【0045】至【0047】段)的带状氧化物超导线的制造。

专利文献1：已公开的日本专利申请Tokukaihei 7-105753。

发明内容

本发明解决的问题

当氧化物超导线用于例如交流超导电缆、超导磁体和结合超导磁体的产品时，增加该导线的临界电流密度并减少该导线的交流损耗是很重要的。

然而，在基于Bean模型的基础公式中，交流损耗与临界电流密度、氧化物超导线的厚度和施加的磁场强度的乘积成比例。因此，当临界电流密度增加时，减少交流损耗变得非常困难。

考虑到上述情况，本发明的一个目的是提供下列产品和方法：

(a)一种氧化物超导线，不仅可以增加其临界电流密度，还可以减少其交流损耗，

(b)一种超导结构，

(c)一种制造氧化物超导线的方法，

(d)一种超导电缆和一种超导磁体，其中的每一个都结合了上述氧化物超导线、超导结构或由上述制造氧化物超导线的方法所制造的氧化物超导线，以及

(e)一种结合超导磁体的产品。

解决问题的方法

本发明提供一种氧化物超导线，其具有带状并且通过将多个细丝嵌在基材中而形成，其中的每个细丝都具有铋-2223基氧化物超导体。该氧化物超导线在垂直于其长度方向的横截面上具有最多0.5mm²的横截面积。在该氧化物超导线的横截面上，上述细丝中的每个细丝的平均横截面积是该氧化物超导线的横截面积的至少0.2％且最多6％。

在本发明的氧化物超导线中，优选地所述细丝具有大于10的平均纵横比。

在本发明的氧化物超导线中，优选地所述细丝以最多8mm、更优选地以最多5mm的扭绞节距围绕氧化物超导线的纵向中心轴扭绞。在上面的描述中，扭绞节距是细丝扭绞的节距。

在本发明的氧化物超导线中，优选地在细丝之间形成阻挡层。

在本发明的氧化物超导线中，优选地在基材的表面上提供金属带。

在本发明的氧化物超导线中，优选地在基材的表面上提供绝缘薄膜。

在本发明的氧化物超导线中，优选地在基材的表面上提供金属带并且在金属带的表面上提供绝缘薄膜。

本发明还提供一种超导结构，通过将多个上述氧化物超导线扭绞在一起而形成。在该超导结构中，扭绞在一起的氧化物超导线包括至少一个沿边缘弯曲的氧化物超导线。

本发明还提供另一种超导结构，其具有：

(a)多个上述氧化物超导线，

(b)带状保护薄膜，其具有两个相反的主表面并且多个氧化物超导线放置在该薄膜中，以及

(c)在每一个相反的主表面上提供的金属带。

在上述超导结构中，优选地在相邻的氧化物超导线之间放置有高电阻体，该高电阻体的电阻率高于保护薄膜的电阻率。

本发明还提供又一种超导结构，其具有：

(a)多个上述氧化物超导线，以及

(b)带状绝缘保护薄膜，多个氧化物超导线放置在该薄膜中。

本发明还提供一种制造氧化物超导线的方法。该方法具有下列步骤：

(a)将包括氧化物超导体粉末和非超导体粉末的原料粉末填充在第一金属护套中的步骤，

(b)对填充有原料粉末的第一金属护套进行牵拉处理，以形成单丝超导线的步骤，

(c)将多个上述单丝超导线容纳在第二金属护套中的步骤，

(d)对容纳有单丝超导线的第二金属护套进行牵拉处理，以形成多丝超导线的步骤，

(e)对多丝超导线进行轧制处理的步骤，以及

(f)对轧制的多丝超导线进行热处理的步骤。

在上述方法中：

(g)在原料粉末中，非超导体粉末中具有最多2μm微粒直径的微粒数量构成了非超导体粉末中的微粒总数的至少95％，

(h)在轧制处理之前，多丝超导线中的单丝超导线的横截面积具有最多15％的变异系数(COV)，

(i)对多丝超导线进行轧制处理的步骤以最多82％的轧制缩减率执行，并且

(j)对轧制的多丝超导线进行热处理的步骤在至少200个大气压下执行。

在本发明用于制造氧化物超导线的方法中，优选地该方法在对多丝超导线进行轧制处理的步骤之前还包括扭绞多丝超导线的步骤，该扭绞步骤执行多次。

在本发明用于制造氧化物超导线的方法中，优选地该方法还包括在氧化物超导线中形成阻挡层的步骤。

本发明还提供一种超导电缆，其结合从由下列构件组成的组中选择的构件：

(a)任何一种上述氧化物超导线，

(b)任何一种上述超导结构，以及

(c)通过任何一种上述制造氧化物超导线的方法而制造的氧化物超导线。

本发明还提供一种超导磁体，其结合从由下列构件组成的组合中选择的构件：

(a)任何一种上述氧化物超导线，

(b)任何一种上述超导结构，以及

(c)通过任何一种上述制造氧化物超导线的方法而制造的氧化物超导线。

本发明还提供一种电机电枢，其结合上述超导磁体。

本发明还提供一种电冰箱冷却型磁体系统，其结合上述超导磁体。

本发明还提供一种MRI(磁共振成像器)，其结合上述超导磁体。

发明效果

本发明可以提供下列产品和方法：

(a)一种氧化物超导线，不仅可以增加其临界电流密度，还可以减少其交流损耗，

(b)一种超导结构，

(c)一种可以制造上述氧化物超导线的制造氧化物超导线的方法，

(d)一种超导电缆和一种超导磁体，其中的每一个都结合上述氧化物超导线、超导结构或由上述制造氧化物超导线的方法所制造的氧化物超导线，以及

(e)一种结合超导磁体的产品。

附图说明

图1是示出了本发明的氧化物超导线的优选实例的一部分的透视图。

图2是示出了沿垂直于图1中所示氧化物超导线长度方向的II-II线的横截面的示意图。

图3是示出了本发明的氧化物超导线的另一个优选实例的一部分的内部的透视图。

图4是本发明的氧化物超导线的又一个优选实例的横截面示意图。

图5是本发明的氧化物超导线的又一个优选实例的横截面示意图。

图6是本发明的氧化物超导线的又一个优选实例的横截面示意图。

图7是本发明的氧化物超导线的又一个优选实例的横截面示意图。

图8是本发明的氧化物超导线的又一个优选实例的横截面示意图。

图9是本发明的超导结构的优选实例的横截面示意图。

图10是本发明的超导结构的另一个优选实例的横截面示意图。

图11是本发明的超导结构的又一个优选实例的横截面示意图。

图12是本发明的用于制造氧化物超导线的方法的优选实例的流程图。

图13是说明本发明的用于制造氧化物超导线的方法的制造过程的一部分的示意图。

图14是说明本发明的用于制造氧化物超导线的方法的制造过程的另一部分的示意图。

图15是说明本发明的用于制造氧化物超导线的方法的制造过程的又一部分的示意图。

图16是说明本发明的用于制造氧化物超导线的方法的制造过程的又一部分的示意图。

图17是说明本发明的用于制造氧化物超导线的方法的制造过程的又一部分的示意图。

图18是说明本发明的用于制造氧化物超导线的方法中的轧制缩减率的示意图。

图19是在本发明的用于制造氧化物超导线的方法中在轧制处理之前对多丝超导线执行多次扭绞操作的步骤的优选实例的流程图。

图20是说明氧化物超导线的换位的示意图。

图21是说明氧化物超导线沿边缘弯曲的状态的平面示意图。

附图标记的说明

1：氧化物超导线

2：基材

3：细丝

4：阻挡层

5：第一金属护套

6：原料粉末

7：单丝超导线

8：第二金属护套

9：多丝超导线

10和12：金属带

11：绝缘薄膜

13：保护薄膜

13a和16a：主表面

14：超导结构

15：高电阻体

16：绝缘保护薄膜

具体实施方式

下面解释本发明的实施方式。在本发明示出的附图中，相同的附图标记表示相同的部件或其等效。

图1是示出了本发明的氧化物超导线的优选实例的一部分的透视图。图2示意性地示出了沿垂直于图1中所示氧化物超导线的长度方向的II-II线的横截面。本发明的氧化物超导线1形成为带状并且提供有基材2和细丝3，该细丝3嵌套在基材2中并且其中的每一个细丝都具有铋-2223基氧化物超导体。细丝3容纳在金属护套中并且具有每个细丝3都具有铋-2223基氧化物超导体的结构。

本发明具有下列特性：

(a)图2中所示的垂直于氧化物超导线1的长度方向的横截面具有最多0.5mm²的横截面积，并且

(b)在氧化物超导线1的横截面上，细丝3中的每一个细丝的平均横截面积是氧化物超导线1的横截面积的至少0.2％且最多6％，优选地为至少2％且最多6％。

本发明设想基于用于上述Bean模型的基础公式，即使当临界电流密度增加时，也可以通过使氧化物超导线1具有最少的减少的细丝3的数量而使其横截面积最小化，从而减少交流损耗。本发明人坚持不懈地基于上述观念进行研究。在该研究过程中，本发明人发现当下列条件满足时，氧化物超导线不仅可以增加其临界电流密度，还可以减少其交流损耗：

(a)垂直于氧化物超导线1的长度方向的横截面具有最多0.5mm²的横截面积，

(b)使用铋-2223基氧化物超导体作为组成每一个细丝3的超导体，以及

(c)细丝3中的每一个细丝的平均横截面积是氧化物超导线1的横截面积的至少0.2％且最多6％，优选地为至少2％且最多6％。

从而，完成了本发明。

可以通过下面的方法获得细丝3中的每一个细丝在垂直于氧化物超导线1的长度方向的横截面上的平均横截面积。首先，进行计算以获得在垂直于氧化物超导线1的长度方向的横截面中存在的多个细丝3的横截面积总和。然后，用细丝3的数量除该总和。

在本发明中，铋-2223基氧化物超导体是由组成式Bi_αPb_βSR_γCa_δCu_εO_x(其中1.7≤α≤2.1，0≤β≤0.4，1.7≤γ≤2.1，1.7≤δ≤2.2，ε＝3.0，9.8≤x≤10.2)表示的超导体。在上述公式中，Bi表示铋，Pb表示铅，Sr表示锶，Ca表示钙，Cu表示铜以及O表示氧。另外，α表示铋的组成比例，β表示铅的组成比例，γ表示锶的组成比例，δ表示钙的组成比例，ε表示铜的组成比例以及x表示氧的组成比例。通过使用例如银作为材料而形成基材2。

在本发明的氧化物超导线1中，优选地细丝3具有大于10的平均纵横比。当细丝3具有大于10的平均纵横比时，本发明的氧化物超导线1趋于更进一步增加其临界电流密度。细丝3的平均纵横比定义为在垂直于氧化物超导线1的长度方向的横截面中存在的多个细丝3的宽度和厚度的比率的平均值。例如，参照图2，可以通过使用公式(细丝3的宽度“d”)/(细丝3的厚度“t”)获得细丝3中的一个的纵横比。在垂直于氧化物超导线1的长度方向的横截面中存在的多个细丝3中的每一个上都计算由上述公式表示的纵横比。将计算结果相加。用细丝3的数量除该总和。从而，获得细丝3的平均纵横比。

例如如图3的示出了内部的透视图所示，在本发明的氧化物超导线1中，优选地细丝3以扭绞状态嵌套在基材2中。在该状态中，细丝3围绕氧化物超导线1的纵向中心轴扭绞。该状态产生了能够更进一步减少交流损耗的趋势。氧化物超导线1的纵向中心轴是经过垂直于氧化物超导线1的长度方向的横截面中心的轴。该中心轴沿氧化物超导线1的长度方向延伸。通过下述过程可以使细丝3进入扭绞状态(在该状态中细丝3围绕氧化物超导线1的纵向中心轴扭绞)。首先，在通过下述轧制操作处理多丝超导线之前，通过传统、已知的方法扭绞多丝超导线。然后，对扭绞的多丝超导线进行轧制处理和热处理。从而，获得上述氧化物超导线1。

扭绞节距是细丝3扭绞的节距，由于该扭绞节距减少，增加了使交流损耗减少的趋势。考虑到交流损耗的减少，优选地细丝3具有最多8mm的扭绞节距。考虑到临界电流密度的更进一步增加和交流损耗的更进一步减少，优选地扭绞节距最多为5mm。由图3中示出的长度“L”指示细丝3的扭绞节距。传统的细丝在垂直于氧化物超导线的长度方向的横截面上具有大的横截面积。因此，由于处理过程中的问题，要想获得大于8mm的扭绞节距很困难。另一方面，在本发明中，在垂直于氧化物超导线1的长度方向的横截面上的横截面积极其地小，不大于0.5mm²。因此，可能获得最多8mm优选地为最多5mm的扭绞节距。

例如图4和5的横截面示意图所示，在本发明的氧化物超导线1中，优选地在相邻的细丝3之间形成阻挡层4。当使用该结构时，交流损耗趋于减少。具体地，当扭绞细丝3时，更进一步增加了该趋势。通过使用具有至少10倍于室温(25℃)下的银的电阻率的材料而形成该阻挡层4。该材料可以是例如碳酸锶、氧化铜、氧化锆或铋-2201氧化物超导体。

例如图6的横截面示意图所示，在本发明的氧化物超导线1中，优选地在基材2的表面上提供金属带10。当使用该结构时，因为通过金属带10而加固了本发明的氧化物超导线1，该结构趋于使得结合本发明的氧化物超导线1的线圈绕组和超导电缆的制造变得容易。可以通过使用焊料等将例如铜或不锈钢的金属制成的带结合至基材2的表面而将金属带10放置在基材2的表面上。

例如图7的横截面示意图所示，在本发明的氧化物超导线1中，优选地在基材2的表面上提供绝缘薄膜11。当使用该结构时，因为本发明的氧化物超导线1的表面被预先绝缘，该结构趋于使得结合本发明的氧化物超导线1的线圈绕组的制造变得容易。可以通过使用半叠方法(在该方法中，通过使用带的一半宽度重叠之前搭叠的带而对带进行搭叠)将例如聚酰亚胺的树脂制成的带搭叠在基材2的表面上而将绝缘薄膜11放置在基材2的表面上。例如可替代地，也可以通过下面的方法将绝缘薄膜11放置在基材2的表面上。首先，预备两个由例如聚酰亚胺的树脂制成的带，其中的每一个具有大于本发明的氧化物超导线1的宽度。然后，不但将这两个带沿氧化物超导线1的长度分别结合至基材2的相应表面，还将它们彼此结合。

例如图8的横截面示意图所示，在本发明的氧化物超导线1中，优选地不仅在基材2的表面上提供金属带10，还在金属带10的表面上提供绝缘薄膜11。当使用该结构时，因为绝缘薄膜11保证绝缘性能并且金属带10起到加固的作用，该结构趋于能够应用于在操作时经受大力的超导磁体和在安装时经受大负荷的高载流能力超导电缆。可以通过使用焊料等将例如铜或不锈钢的金属制成的带结合至基材2的表面而将金属带10放置在基材2的表面上。可以通过将例如聚酰亚胺的树脂制成的带结合至金属带10的表面而将绝缘薄膜11放置在金属带10的表面上。

通过下面的方法可以制造超导结构。首先，将上述图7或8所示的覆盖有绝缘薄膜11的至少一个上述氧化物超导线1沿边缘弯曲。然后，将包括至少一个沿边缘弯曲的氧化物超导线1的多个氧化物超导线1扭绞在一起。可以制造具有上述构造的超导结构使其具有低损耗、高载流能力和小尺寸。因此，使用具有上述构造的超导结构趋于能够制造例如超导电缆或超导磁体的高容量交流装置。在本发明中，“沿边缘弯曲”的表述用于表示下面的弯曲操作。例如图21中所示，多个氧化物超导线1中的位于内侧的氧化物超导线1弯曲使其至少一部分可以位于外侧，并且位于外侧的氧化物超导线1弯曲使其至少一部分可以位于内侧。例如可以通过将以1,000mm的弯曲直径连续地沿边缘弯曲的三个氧化物超导线1扭绞在一起而制造具有上述构造的超导结构，其中的每一个氧化物超导线1都覆盖有绝缘薄膜11。

例如图9的横截面示意图所示，通过下面的方法也可以制造超导结构14。首先，将多个上述氧化物超导线1放置在带状保护薄膜13中。然后，将金属带12放置在保护薄膜13的相对主表面13a中的每一个上。具有上述构造的超导结构14可以减少在垂直于保护薄膜13的主表面13a的磁场中的交流损耗。结果，该构造趋于增加每个氧化物超导线1的载流能力。具有上述构造的超导结构14可以适当地用于需要具有低交流损耗和高容量的交流装置。例如可以通过使用焊料或另一种合金而形成保护薄膜13。

例如图10的横截面示意图所示，图9中示出的超导结构14优选地在相邻的氧化物超导线1之间放置高电阻体15，其具有高于保护薄膜13的电阻率。该构造的使用不仅趋于更进一步减少在垂直于保护薄膜13的主表面13a的磁场中的交流损耗，还趋于更进一步增加每个氧化物超导线1的载流能力。

例如图11的横截面示意图所示，还可以通过将多个上述氧化物超导线1放置在由聚酯等制成的带状绝缘保护薄膜16中而制造超导结构14。具有上述构造的超导结构14趋于能够减少在垂直于绝缘保护薄膜16的主表面16a的磁场中的交流损耗。因为具有上述构造的超导结构14具有弹性，对其的操作趋于变得容易。例如不但可以通过使用聚酯，还可以使用聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯或聚酰亚胺而形成绝缘保护薄膜16。

在本发明的氧化物超导线1中，优选地细丝3中的铋-2223基氧化物超导体具有至少99％的相对密度。当满足这个条件的时候，临界电流密度趋于更进一步增加。在本发明中，可以使用公式100×(氧化物超导体的总体积-空隙的总体积)/(氧化物超导体的总体积)而获得相对密度(％)。在本发明中，可以使用公式(氧化物超导线1的临界电流值)/(在垂直于氧化物超导线1的长度方向的横截面上的横截面积)而获得临界电流密度。

其次，在下文中解释本发明的用于制造氧化物超导线的方法。图12示出了本发明的用于制造氧化物超导线的方法的优选实施例的流程图。

通过参照图12，例如图13的示意性透视图所示，首先在步骤S1，将包括氧化物超导体粉末和非超导体粉末的原料粉末6填充在第一金属护套5中。在本发明中，原料粉末6中的非超导体粉末中具有最多2μm微粒直径的微粒数量构成了非超导体粉末中的微粒总数的至少95％。非超导体粉末是具有高于在氧化物超导体的临界温度下的氧化物超导体的电阻率的原料粉末。用于非超导体粉末的原料的类型包括(Ca，Sr)₂CuO₃、(Ca，Sr)₂PbO₄和(Ca，Sr)₁₄Cu₂₄O₃。用于本发明的用于制造氧化物超导线的方法中的氧化物超导体粉末的原料的类型包括上述铋-2223基氧化物超导体。

例如图14的示意性透视图所示，在步骤S2中，对填充有原料粉末6的第一金属护套5进行牵拉处理以形成单丝超导线7。

例如图15的示意性透视图所示，在步骤S3中，将多个单丝超导线7容纳在第二金属护套8中。

例如图16的示意性透视图所示，在步骤S4中，对容纳有单丝超导线7的第二金属护套8进行牵拉处理以形成多丝超导线9。在本发明中，在轧制处理之前，多丝超导线中的单丝超导线的横截面积中的变异系数(COV)为最多15％。上述变异系数(COV)是在轧制处理之前，通过使用在垂直于多丝超导线的长度方向的横截面上的多个单丝超导线的横截面积的标准偏差除以上述多个单丝超导线的上述横截面积的平均值而获得的值。

例如图17的示意性透视图所示，在步骤S5中，对多丝超导线9进行轧制处理以获得带状。在本发明中，轧制过程中的轧制缩减率最多为82％。例如通过参照图18的示意性侧视图，轧制缩减率(％)定义为轧制处理之后多丝超导线9的厚度“t1”在轧制处理之前多丝超导线9的厚度“t2”的基础上减少的百分比(该百分比表示为100×{1-(t1/t2)})。

在步骤S6中，对轧制的多丝超导线9进行热处理以完成对带状氧化物超导体的制造。在本发明中，热处理在至少200个大气压下执行。

本发明人研究以减少在垂直于氧化物超导线的长度方向的横截面上的横截面积，意图将氧化物超导线的临界电流密度保持为不变。然而，本发明人发现当上述横截面积减少时，临界电流密度也减少。

本发明人还发现，当上述横截面积减少时，进行牵拉处理的程度增加，使得COV增加，从而阻止氧化物超导线中的电流流动，这个事实导致临界电流密度的减少。

本发明人还研究处理程度的增加和COV大小增加之间的关系。该研究显示，当氧化物超导线的横截面积减少时，具有最多2μm直径的一块非超导体变为阻碍单丝超导线的形状均匀变化的开始点。该研究还显示，从填充进入第一金属护套至轧制过程完成的时间，非超导体微粒的直径几乎保持相同的值。

基于上述发现，本发明人认真地进行了另一项研究。该研究显示，当非超导体粉末中具有最多2μm微粒直径的微粒数量构成非超导体粉末中的微粒总数的至少95％时，COV变为最多15％，使得能够减少氧化物超导线的横截面积。

然而，通过上述方法减少横截面积的氧化物超导线增大了临界电流密度中的变异。因此，本发明人检验具有低临界电流密度的氧化物超导线。该检验显示，导线具有在其表面上形成的很多针孔，并且在形成针孔的部分中，组成细丝的氧化物超导体具有低的相对密度。更详细的检验显示出在轧制多丝超导线时的轧制缩减率和针孔数量之间可能存在相关性。

接着，本发明人进行了一项实验，在该实验中上述轧制缩减率在70％至85％范围内变化，并且在至少200个大气压下对轧制的多丝超导线进行热处理以增加组成氧化物超导线中的细丝的氧化物超导体的相对密度。结果确定，通过下列过程获得的氧化物超导线在垂直于其长度方向的横截面上具有最多0.5mm²的横截面积和高临界电流密度：

(a)使用其中非超导体粉末中具有最多2μm微粒直径的微粒数量构成非超导体粉末中的微粒总数的至少95％的原料粉末，以使得轧制处理之前多丝超导线中的单丝超导线的横截面积中的变异系数(COV)变为最多15％，

(b)以最多82％的轧制缩减率执行轧制操作，以及

(c)在至少200个大气压下对轧制的多丝超导线进行热处理。

另外，考虑到要使氧化物超导线实现不仅更进一步增加临界电流密度，还更进一步减少交流损耗，优选地在通过本发明用于制造氧化物超导线的方法制造的氧化物超导线的横截面中，细丝中的每一个细丝的平均横截面积是氧化物超导线的横截面积的至少0.2％且最多6％，更优选地为至少2％且最多6％。

在本发明的用于制造氧化物超导线的方法中，优选地在轧制处理之前执行多次扭绞多丝超导线的步骤。当使用该方法时，可以更进一步减少包括在氧化物超导线中的细丝的扭绞节距。如上所述，当扭绞节距减少为最多8mm，更优选地为最多5mm时，交流损耗具有更进一步减少的趋势。

图19示出了在轧制处理之前对多丝超导线执行多次扭绞操作的过程的优选实例的流程图。如流程图中所示，首先，在轧制处理之前对多丝超导线进行牵拉处理。然后，对牵拉的多丝超导线进行软化步骤接着进行扭绞。然后，再一次对多丝超导线进行软化步骤接着进行扭绞。然后，再一次对多丝超导线进行软化步骤。接着，在对其进行表皮光轧步骤之后，对该多丝超导线进行轧制处理。在上面的描述中，例如通过将多丝超导线在至少200℃且最多300℃温度的空气中保持至少0.5小时而执行软化步骤。表皮光轧步骤是例如使多丝超导线通过压模而使该超导线表面光滑的步骤。

在本发明的用于制造氧化物超导线的方法中，优选地在氧化物超导线中形成阻挡层。当该阻挡层形成时，交流损耗趋于减少。具体地，当扭绞细丝时，更进一步增加了这个趋势。例如可以通过使用每一个都涂有用于形成阻挡层的材料的单丝超导线制造氧化物超导线，而在组成氧化物超导线的细丝和基材之间形成阻挡层。在本说明书中，在执行上述热处理之前使用术语“单丝超导线”，而在执行热处理之后使用术语“细丝”。

在通过本发明的用于制造氧化物超导线的方法获得的氧化物超导线中，优选地细丝中的氧化物超导体具有至少99％的相对密度。当该条件满足时，临界电流密度趋于更进一步增加。

本发明的氧化物超导线1和通过本发明的用于制造氧化物超导线的方法而制造的氧化物超导线都在垂直于它们的长度方向的横截面上具有小横截面积。因此，它们能够进行紧凑的换位。术语“换位”用于意味着作为在流动交流电流时防止不均匀电流流动的方法而使氧化物超导线1的外侧和内侧反转，例如图20的示意图中所示。例如图21的示意图中所示，可以通过沿边缘弯曲氧化物超导线1而执行换位。

传统的氧化物超导线在垂直于其长度方向的横截面上具有大横截面积。因此，为了保持临界电流密度，该导线只能以大约1,000mm的弯曲直径沿边缘弯曲。另一方面，本发明的氧化物超导线和通过本发明的用于制造氧化物超导线的方法而制造的氧化物超导线都在垂直于它们的长度方向的横截面上具有小横截面积。因此，它们可以以大约500mm的弯曲直径沿边缘弯曲。结果，更紧凑的换位变得可能。

本发明的氧化物超导线1、结合了氧化物超导线1的本发明的超导结构14和通过本发明的用于制造氧化物超导线的方法而制造的氧化物超导线都在垂直于它们的长度方向的横截面上具有小横截面积。因此，当它们用于超导电缆、超导磁体或其他装置时，该装置可以具有小的尺寸和轻的重量。

结合本发明的氧化物超导线的超导磁体、结合上述氧化物超导线的本发明的超导结构或通过本发明的用于制造氧化物超导线的方法而制造的氧化物超导线可以用于例如电机电枢、电冰箱冷却型磁体系统或MRI的产品。

本发明的氧化物超导线和超导结构都可以减少交流损耗。因此，结合它们中的任何一个的超导磁体和结合上述超导磁体的例如电机电枢、电冰箱冷却型磁体系统或MRI的装置趋于在冷却时能够减少负荷。

本发明的氧化物超导线和超导结构都可以形成为具有小横截面积的薄带状。因此，在结合它们中的任何一个的超导电缆中，当它们缠绕在芯构件上时，它们中产生的张力趋于减少并且临界电流大小趋于不减少。

实例

实例1

使用Bi₂O₃、PbO、SrCO₃、CaCO₃和CuO。将它们的粉末混合以达到组成比例Bi∶Pb∶Sr∶Ca∶Cu＝1.79∶0.4∶1.96∶2.18∶3。对混合粉末进行加热和粉碎处理以获得具有铋-2223基氧化物超导体粉末的原料粉末。将该原料粉末填充进入具有12mm外径和10mm内径的银管中，该银管用作第一金属护套。

对填充有粉末的银管进行牵拉处理直至其直径变为2mm，以产生单丝超导线。在单丝超导线的表面上形成由碳酸锶制成的阻挡层。将其中的每一个表面上都具有阻挡层的91个单丝超导线容纳在具有36mm外径和27mm内径的银管中，该银管用作第二金属护套。对该容纳有单丝超导线的银管进行牵拉处理直至其直径变为0.9mm，以产生多丝超导线。

对多丝超导线进行软化步骤和随后的扭绞导线的步骤，在软化步骤中将导线在250℃的空气中保持一小时。重复进行上述步骤的组合直至本实例中获得的氧化物超导线中的细丝具有8mm的扭绞节距。再对多丝超导线进行软化步骤，在该步骤中将导线在250℃的空气中保持一小时。然后，对导线进行表皮光轧步骤和随后的轧制处理步骤。

在空气中对轧制的多丝超导线进行第一烧结处理。然后，再次对导线进行轧制。接着，在200个大气压下以850℃对导线进行热处理50小时。从而，获得带状氧化物超导线(实例1中的氧化物超导线)。

沿垂直于实例1中的氧化物超导线的长度方向的方向切割该超导线的一部分。切割断面显示出细丝嵌在银制的基材中并且每个细丝被阻挡层围绕的结构。

在该断面上进行的测量显示横截面积是0.5mm²。在该断面中，每个细丝的平均横截面积是整个氧化物超导线的横截面积的0.2％。实例1中的氧化物超导线中包括的细丝具有大于10的平均纵横比。

在77K(绝对温度)和0T(特斯拉)条件下对由此获得的实例1中的氧化物超导线进行临界电流密度的测量。测量结果在表I中示出。如表I中所示，可以确定实例1中的氧化物超导线具有11kA/cm²的临界电流密度。

还对实例1中的氧化物超导线进行交流损耗的测量。测量结果在表I中示出。如表I中所示，可以确定实例1中的氧化物超导线具有15μJ/A/m/周期的交流损耗。

实例2

除了将其中的每一个都具有3.8mm直径的37个单丝超导线容纳在第二金属护套中从而可以将每个细丝的平均横截面积调节至整个氧化物超导线的横截面积的1％之外，使用和实例1中相同的方法和相同的条件制造实例2中的氧化物超导线。

沿垂直于实例2中的氧化物超导线的长度方向的方向切割该超导线的一部分。切割断面显示出细丝嵌在银制的基材中并且每个细丝被阻挡层围绕的结构。

在该断面上进行的测量显示横截面积是0.5mm²。实例2中的氧化物超导线中包括的细丝具有大于10的平均纵横比。

使用和实例1中相同的方法和相同的条件对实例2中的氧化物超导线进行临界电流密度和交流损耗的测量。测量结果在表I中示出。如表I中所示，实例2中的氧化物超导线具有12kA/cm²的临界电流密度和14μJ/A/m/周期的交流损耗。

实例3

除了将其中的每一个都具有5.3mm直径的19个单丝超导线容纳在第二金属护套中从而可以将每个细丝的平均横截面积调节至整个氧化物超导线的横截面积的2％之外，使用和实例1中相同的方法和相同的条件制造实例3中的氧化物超导线。

沿垂直于实例3中的氧化物超导线的长度方向的方向切割该超导线的一部分。切割断面显示出细丝嵌在银制的基材中并且每个细丝被阻挡层围绕的结构。

在该断面上进行的测量显示横截面积是0.5mm²。实例3中的氧化物超导线中包括的细丝具有大于10的平均纵横比。

使用和实例1中相同的方法和相同的条件对实例3中的氧化物超导线进行临界电流密度和交流损耗的测量。测量结果在表I中示出。如表I中所示，实例3中的氧化物超导线具有13kA/cm²的临界电流密度和11μJ/A/m/周期的交流损耗。

实例4

除了将其中的每一个都具有8.5mm直径的7个单丝超导线容纳在第二金属护套中从而可以将每个细丝的平均横截面积调节至整个氧化物超导线的横截面积的6％之外，使用和实例1中相同的方法和相同的条件制造实例4中的氧化物超导线。

沿垂直于实例4中的氧化物超导线的长度方向的方向切割该超导线的一部分。切割断面显示出细丝嵌在银制的基材中并且每个细丝被阻挡层围绕的结构。

在该断面上进行的测量显示横截面积是0.5mm²。实例4中的氧化物超导线中包括的细丝具有大于10的平均纵横比。

使用和实例1中相同的方法和相同的条件对实例4中的氧化物超导线进行临界电流密度和交流损耗的测量。测量结果在表I中示出。如表I中所示，实例4中的氧化物超导线具有12kA/cm²的临界电流密度和10μJ/A/m/周期的交流损耗。

比较实例1

除了将其中的每一个都具有1.7mm直径的127个单丝超导线容纳在第二金属护套中从而可以将每个细丝的平均横截面积调节至整个氧化物超导线的横截面积的0.15％之外，使用和实例1中相同的方法和相同的条件制造比较实例1中的氧化物超导线。

沿垂直于比较实例1中的氧化物超导线的长度方向的方向切割该超导线的一部分。切割断面显示出细丝嵌在银制的基材中并且每个细丝被阻挡层围绕的结构。

在该断面上进行的测量显示横截面积是0.5mm²。比较实例1中的氧化物超导线中包括的细丝具有大于10的平均纵横比。

使用和实例1中相同的方法和相同的条件对比较实例1中的氧化物超导线进行临界电流密度和交流损耗的测量。测量结果在表I中示出。如表I中所示，比较实例1中的氧化物超导线具有5kA/cm²的临界电流密度和24μJ/A/m/周期的交流损耗。

比较实例2

除了通过使用具有36mm的外径和27mm的内径的第二金属护套而将每个细丝的平均横截面积调节至整个氧化物超导线的横截面积的6.5％之外，使用和实例4中相同的方法和相同的条件制造比较实例2中的氧化物超导线。

沿垂直于比较实例2中的氧化物超导线的长度方向的方向切割该超导线的一部分。切割断面显示出细丝嵌在银制的基材中并且每个细丝被阻挡层围绕的结构。

在该断面上进行的测量显示横截面积是0.5mm²。比较实例2中的氧化物超导线中包括的细丝具有大于10的平均纵横比。

使用和实例1中相同的方法和相同的条件对比较实例2中的氧化物超导线进行临界电流密度和交流损耗的测量。测量结果在表I中示出。如表I中所示，比较实例2中的氧化物超导线具有6kA/cm²的临界电流密度和22μJ/A/m/周期的交流损耗。

表I

如上所述，实例1至4中的氧化物超导线具有下列特性：

(a)具有铋-2223基氧化物超导体的细丝嵌在银制的基材中，

(b)在垂直于氧化物超导线长度方向的横截面上的横截面积为0.5mm²，并且

(c)在垂直于氧化物超导线长度方向的横截面上，每个细丝的平均横截面积落在整个氧化物超导线的横截面积的至少0.2％且最多6％范围之内。

另一方面，在比较实例1和2中的氧化物超导线中，在垂直于氧化物超导线长度方向的横截面上，每个细丝的平均横截面积占整个氧化物超导线的横截面积的百分比分别具有0.15％和6.5％的值。表I示出，与比较实例1和2中的氧化物超导线相比，实例1至4中的氧化物超导线不仅可以增加临界电流密度，还可以减小交流损耗。

具体地，在实例3和4中的氧化物超导线中，在垂直于它们长度方向的横截面上，每个细丝的平均横截面积落在整个氧化物超导线的横截面积的至少2％且最多6％范围之内。表I具体地示出了它们不仅可以增加临界电流密度，还可以减小交流损耗。

实例5

使用和实例1中相同的方法和相同的条件制造具有铋-2223基氧化物超导体粉末的原料粉末。该原料粉末具有除铋-2223基氧化物超导体粉末以外的非超导体粉末。对非超导体粉末的微粒直径进行检验。结果确定，非超导体粉末中具有最多2μm微粒直径的微粒数量构成了原料粉末中包括的非超导体粉末中的微粒总数的至少95％。

将该原料粉末填充进入具有12mm的外径和10mm的内径的银管，该银管用作第一金属护套。

对填充有粉末的银管进行牵拉处理直至其直径变为2mm，以产生单丝超导线。在单丝超导线的表面上形成由碳酸锶制成的阻挡层。将其中的每一个在表面上都具有阻挡层的91个单丝超导线容纳在具有36mm的外径和27mm的内径的银管中，该银管用作第二金属护套。对该容纳有单丝超导线的银管进行牵拉处理直至其直径变为0.9mm，以产生多丝超导线。在该阶段中，对COV进行检验，其中COV是多丝超导线中的单丝超导线的横截面积中的变异系数。该检验确定，COV不大于15％。

对多丝超导线进行软化步骤和随后的扭绞导线的步骤，在软化步骤中将导线在250℃的空气中保持一小时。重复进行上述步骤的组合直至本实例中获得的氧化物超导线中的细丝具有8mm的扭绞节距。再对多丝超导线进行软化步骤，在该步骤中将导线在250℃的空气中保持一小时。然后，对导线进行表皮光轧步骤和随后的轧制处理步骤，在轧制处理步骤中的轧制缩减率预定为最多82％。

在200个大气压下以850℃对轧制的多丝超导线进行热处理50小时。从而，获得带状氧化物超导线(实例5中的氧化物超导线)。

沿垂直于实例5中的氧化物超导线的长度方向的方向切割该超导线的一部分。切割断面显示出细丝嵌在银制的基材中并且每个细丝被阻挡层围绕的结构。在该断面上进行的测量显示横截面积是0.5mm²。

使用和实例1中相同的方法和相同的条件对由此获得的实例5中的氧化物超导线进行临界电流密度和交流损耗的测量。测量结果示出实例5中的氧化物超导线具有至少10kA/cm²的临界电流密度和15μJ/A/m/周期的交流损耗。

实例6至12

使用Bi₂O₃、PbO、SrCO₃、CaCO₃和CuO。将它们的粉末混合以达到组成比例Bi∶Pb∶Sr∶Ca∶Cu＝1.79∶0.4∶1.96∶2.18∶3。对混合粉末进行加热和粉碎处理以获得具有铋-2223基氧化物超导体粉末的原料粉末。将该原料粉末填充进入具有12mm的外径和10mm的内径的银管，该银管用作第一金属护套。

对填充有粉末的银管进行牵拉处理直至其直径变为1.5mm，以产生单丝超导线。在单丝超导线的表面上形成由碳酸锶制成的阻挡层。将其中的每一个的表面上都具有阻挡层的19个单丝超导线容纳在具有12mm的外径和9mm的内径的银管中，该银管用作第二金属护套。对该容纳有单丝超导线的银管进行牵拉处理直至其直径变为0.5mm，以产生多丝超导线。

其次，从产生的多丝超导线切割出多个多丝超导线。对获得的多丝超导线单独进行软化步骤和随后的扭绞导线的步骤，在软化步骤中将导线在250℃的空气中保持一小时。重复进行上述步骤的组合直至实例6至12中的每一个所制造的氧化物超导线中的细丝具有不同于这一组的其他实例的扭绞节距。从而，产生了多个多丝超导线。

对这些多丝超导线进行软化步骤，在该步骤中将导线在250℃的空气中保持一小时。然后，对导线进行表皮光轧步骤和随后的轧制处理步骤。在空气中对轧制的多丝超导线进行第一烧结处理。然后，再次对导线进行轧制。接着，在200个大气压下以850℃对导线进行热处理50小时。从而，获得具有表II中所示结构的实例6至12中的带状氧化物超导线。与上面所述不同的是，实例12中的氧化物超导线不经过多丝超导线的软化步骤和扭绞步骤。因此，表II没有对该导线的扭绞节距的部分进行描述。

在实例6到12中的每一个所示出的结构中，在垂直于氧化物超导线长度方向的横截面上，细丝嵌在银制的基材中并且每个细丝被阻挡层围绕。

在实例6到12中的每一个的氧化物超导线的横截面上，横截面积是0.3mm²。在该断面中，每个细丝的平均横截面积是整个氧化物超导线的横截面积的1％。实例6到12中的每一个的氧化物超导线中包括的细丝具有大于10的平均纵横比。

使用和实例1中相同的方法和相同的条件对实例6到12中的每一个的氧化物超导线进行临界电流密度和交流损耗的测量。测量结果在表II中示出。

表II

如表II所示，测量结果确定，与具有大于8mm的扭绞节距的实例10至12中的氧化物超导线相比，具有8mm或小于8mm的扭绞节距的实例6至9中的氧化物超导线可以减少交流损耗。

测量结果还确定，与具有8mm或大于8mm的扭绞节距的实例9至12中的氧化物超导线相比，具有5mm或小于5mm的扭绞节距的实例6至8中的氧化物超导线可以减少交流损耗。

比较实例3至8

使用Bi₂O₃、PbO、SrCO₃、CaCO₃和CuO。将它们的粉末混合以达到组成比例Bi∶Pb∶Sr∶Ca∶Cu＝1.79∶0.4∶1.96∶2.18∶3。对混合粉末进行加热和粉碎处理以获得具有铋-2223基氧化物超导体粉末的原料粉末。将该原料粉末填充进入具有12mm的外径和10mm的内径的银管中，该银管用作第一金属护套。

对填充有粉末的银管进行牵拉处理直至其直径变为2mm，以产生单丝超导线。在单丝超导线的表面上形成由碳酸锶制成的阻挡层。将其中的每一个的表面上都具有阻挡层的19个单丝超导线容纳在具有12mm的外径和9mm的内径的银管中，该银管用作第二金属护套。对该容纳有单丝超导线的银管进行牵拉处理直至其直径变为1.8mm，以产生多丝超导线。

其次，从产生的多丝超导线上切割出多个多丝超导线。对获得的多丝超导线单独进行软化步骤和随后的扭绞导线的步骤，在软化步骤中将导线在250℃的空气中保持一小时。重复进行上述步骤的组合直至比较实例3至8中的每一个所制造的氧化物超导线中的细丝具有不同于这一组的其他比较实例的扭绞节距。从而，产生了多个多丝超导线。在该过程中，当扭绞节距意图为8mm或小于8mm时，发生导线的频繁断开，使得处理过程不能执行。

对经过制造过程的多丝超导线进行软化步骤，在该步骤中将导线在250℃的空气中保持一小时。然后，对导线进行表皮光轧步骤和随后的轧制处理步骤。在空气中对轧制的多丝超导线进行第一烧结处理。然后，再次对导线进行轧制。接着，在200个大气压下以850℃对导线进行热处理50小时。从而，获得具有表III中所示结构的比较实例6至8中的带状氧化物超导线。另一方面，因为在上述扭绞操作过程中频繁发生的导线断开，不能制造在比较实例3至5中的带状氧化物超导线。另外，因为比较实例8中的氧化物超导线不经过多丝超导线的软化步骤和扭绞步骤。因此，表III没有对该导线的扭绞节距的部分进行描述。

在比较实例6到8中的每一个所示出的结构中，在垂直于氧化物超导线长度方向的横截面上，细丝嵌在银制的基材中并且每个细丝被阻挡层围绕。

在比较实例6到8中的每一个的氧化物超导线的横截面上，横截面积是0.8mm²。在该断面中，每个细丝的平均横截面积是整个氧化物超导线的横截面积的1％。

使用和实例1中相同的方法和相同的条件对比较实例6到8中的每一个的氧化物超导线进行临界电流密度和交流损耗的测量。测量结果在表III中示出。至于比较实例3到5中的氧化物超导线，由于不能制造它们，也不能测量它们的临界电流密度和交流损耗。

表III

如表III所示，测量结果确定，比较实例6到8中的氧化物超导线具有比实例1至12中的氧化物超导线大的交流损耗。

实例13至18

除了不在单丝超导线的表面上形成由碳酸锶制成的阻挡层之外，使用和实例1中相同的方法和相同的条件制造实例13至18中的氧化物超导线，其中这些氧化物超导线的每一个具有彼此不同的扭绞节距。另一个区别是，实例18中的氧化物超导线不经过多丝超导线的软化步骤和扭绞步骤。因此，表IV没有对该导线的扭绞节距的部分进行描述。

在实例13到18中的每一个所示出的结构中，在垂直于氧化物超导线长度方向的横截面上，细丝嵌在银制的基材中并且每个细丝被阻挡层围绕。

在实例13到18中的每一个的氧化物超导线的横截面上，横截面积是0.5mm²。在该断面中，每个细丝的平均横截面积是整个氧化物超导线的横截面积的1％。实例13到18中的每一个的氧化物超导线中包括的细丝具有大于10的平均纵横比。

使用和实例1中相同的方法和相同的条件对实例13到18中的每一个的氧化物超导线进行临界电流密度和交流损耗的测量。测量结果在表IV中示出。

表IV

如表IV所示，测量结果确定，与具有大于8mm的扭绞节距的实例15至18中的氧化物超导线相比，具有8mm或小于8mm的扭绞节距的实例13和14中的氧化物超导线可以减少交流损耗。

实例19

通过在实例1中的氧化物超导线的表面上使用半叠方法搭叠聚酰亚胺基的带而制造实例19的氧化物超导线。在使用上述带确定将实例19的氧化物超导线的整个长度都绝缘之后，产生了扁平线圈。

传统地，通过将绝缘板和氧化物超导线缠绕在一起以确保氧化物超导线之间的绝缘而制造扁平线圈。另一方面，使用半叠方法为实例19的氧化物超导线提供在其表面上搭叠的聚酰亚胺基的带。因此，不需要将绝缘板和氧化物超导线缠绕在一起，从而可使用性得到了相当地改善。

实例20

通过将铜带沿长度方向结合在实例1中的氧化物超导线的两个主表面(具有最大面积的表面)上而制造实例20的氧化物超导线。

当对实例20的氧化物超导线进行拉力试验时，结果显示该导线具有至少是实例1中的氧化物超导线的1.5倍的抗拉强度。抗拉强度的增加不仅在线圈绕组的缠丝张力设计中产生了余量，还在铺设超导电缆时的负荷设计中产生了余量，其中缠丝张力由氧化物超导线的强度决定。因此，进行灵活(flexible)设计变得可能。

实例21

实例21的氧化物超导线通过下面的过程制造。首先，将铜带沿长度方向结合在实例1中的氧化物超导线的两个主表面上。然后，还通过沿设置有结合的铜带的氧化物超导线的长度方向将两个由聚四氟乙烯制成的绝缘带结合到该超导线上，从而向该超导线提供该两个绝缘带提供。这时，如图8所示，两个绝缘带首先结合至氧化物超导线的两个主表面，并且然后彼此结合从而覆盖导线的整个表面。

确定将实例21的氧化物超导线的整个长度绝缘。当对实例21的氧化物超导线进行拉力试验时，结果显示该导线具有至少是实例1中的氧化物超导线的两倍的抗拉强度。

实例22

通过将以1,000mm的弯曲直径连续地沿边缘弯曲的三个实例19的氧化物超导线扭绞在一起而制造实例22的氧化物超导线。实例22的氧化物超导线用于制造电磁铁线圈。使用Rogowski线圈的测量确定，三个氧化物超导线之间的不均匀电流被抑制。

应该考虑的是，上述公开的实施方式和实例是说明性的而不对任何方面进行限制。本发明的保护范围通过所附权利要求的保护范围示出，而不是通过上述说明。因此，本发明意图覆盖包括在与权利要求的保护范围等同的意义和范围之内的所有修改和改进。

工业实用性

本发明可以提供下列产品和方法：

(a)一种氧化物超导线，不仅可以增加其临界电流密度，还可以减少其交流损耗，

(b)一种结合上述氧化物超导线的超导结构，

(c)一种制造氧化物超导线的方法，该方法可以制造上述氧化物超导线，

(d)一种超导电缆和一种超导磁体，其中的每一个都结合上述氧化物超导线或由上述制造氧化物超导线的方法所制造的氧化物超导线，以及

(e)一种结合超导磁体的产品。