СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ КАБЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК H01B12/00 H01B13/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к сверхпроводящему устройству и сверхпроводящему кабелю, в частности оно относится к сверхпроводящему устройству и сверхпроводящему кабелю, которые способны подавлять вспучивание даже при повышении температуры без регулирования температуры.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При использовании сверхпроводящего устройства, такого как сверхпроводящий кабель, это сверхпроводящее устройство погружают в жидкий хладагент, такой как, например, жидкий азот или жидкий гелий, и выдерживают при криогенной температуре для охлаждения волокна сверхпроводника в сверхпроводящем устройстве ниже критической температуры (Т_с). С другой стороны, сверхпроводящее устройство вынимают из жидкого хладагента, например, во время осмотра или т.п., и для нагревания устройства от криогенной температуры до комнатной температуры вокруг сверхпроводящего устройства подают газообразный хладагент или т.п. комнатной температуры. Однако когда устройство нагревается до комнатной температуры после того, как оно было погружено в жидкий хладагент, в обычном сверхпроводящем устройстве возникает следующая проблема.

На поверхности оксидного сверхпроводящего провода, входящего в состав сверхпроводящего устройства, обычно присутствуют мелкие поверхностные поры. Когда этот оксидный сверхпроводящий провод на длительное время погружают в хладагент, то жидкий хладагент через эти поверхностные поры просачивается в зазоры волокна сверхпроводника в оксидном сверхпроводящем проводе. При повышении температуры до нормальной из этого состояния жидкий хладагент, просочившийся в оксидный сверхпроводящий провод, испаряется, и, если скорость повышения температуры является слишком большой, то испарившийся газ не успевает выходить. При этом повышается внутреннее давление в оксидном сверхпроводящем проводе, и оно расширяет этот оксидный сверхпроводящий провод (что приводит к вспучиванию). Когда происходит вспучивание, волокно сверхпроводника, к сожалению, повреждается, что приводит к характерному снижению рабочих характеристик, такому как снижение критической плотности тока.

В этом отношении, например, выложенный патент Японии № 2002-260458 (Патентный документ 1) раскрывает способ регулирования скорости испарения для предотвращения вспучивания сверхпроводящего кабеля. Способ регулирования скорости испарения, раскрытый в упомянутой публикации, представляет собой способ регулирования скорости испарения хладагента путем задания скорости повышения температуры сверхпроводника в сверхпроводящем кабеле не более 10 К/час. В частности, скорость испарения хладагента регулируют путем задания скорости повышения температуры сверхпроводника в сверхпроводящем кабеле не более 10 К/час с помощью средств подачи хладагента, втекающего в сверхпроводящий кабель при более высокой температуре, чем температура при обычном охлаждении; средств подачи хладагента, втекающего в сверхпроводящий кабель со скоростью, меньшей, чем при обычном охлаждении; средств введения повышающей температуру текучей среды с температурой, превышающей температуру хладагента при обычном охлаждении, в хладагент, подаваемый в сверхпроводящий кабель; или средств подачи хладагента в сверхпроводящий кабель с одновременным постепенным повышением давления хладагента из состояния, в котором температура хладагента не превышает температуру кипения или близка к этой температуре кипения. Таким образом, скорость испарения жидкого хладагента, просочившегося в сверхпроводящий провод, относительно снижается настолько, что расширение провода может быть подавлено.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачи, решаемые изобретением

Однако в способе, раскрытом в упомянутой публикации, скорость нагревания сверхпроводника от криогенной температуры до комнатной температуры необходимо регулировать, и при этом регулирование температуры при повышении температуры является сложным. Помимо этого, скорость повышения температуры сверхпроводника находится на столь низком уровне, составляющем не более 10 К/час, что для повышения температуры требуется много времени.

В качестве способа, способного подавлять вспучивание после повышения температуры без регулирования температуры, также может применяться следующий способ. То есть, может также примениться способ подавления вспучивания путем нанесения на периферию оболочки оксидного сверхпроводящего провода, входящего в состав сверхпроводящего устройства, металла для блокирования пор, посредством чего затрудняется просачивание жидкого хладагента в зазоры волокна сверхпроводника в оксидном сверхпроводящем проводе.

Согласно этому способу, однако, масса сверхпроводящего устройства повышается на массу нанесенного металла, с увеличением размера сверхпроводящего устройства. Помимо этого, также увеличивается число стадий изготовления сверхпроводящего устройства.

Соответственно, задача настоящего изобретения заключается в создании сверхпроводящего устройства и сверхпроводящего кабеля, способных подавлять вспучивание даже при повышении температуры без регулирования температуры.

Средства для решения этих проблем

Сверхпроводящее устройство согласно настоящему изобретению имеет оксидный сверхпроводящий провод. Плотность после спекания оксидного сверхпроводника в оксидном сверхпроводящем проводе составляет по меньшей мере 93%.

Сверхпроводящий кабель согласно настоящему изобретению имеет оксидный сверхпроводящий провод. Плотность после спекания оксидного сверхпроводника в оксидном сверхпроводящем проводе составляет по меньшей мере 93%.

В сверхпроводящем устройстве и сверхпроводящем кабеле согласно настоящему изобретению число зазоров в оксидном сверхпроводнике настолько мало, что жидкий хладагент по существу не просачивается в зазоры оксидного сверхпроводника. Поэтому при повышении температуры из состояния погруженности в жидкий хладагент до обычной температуры без регулирования температуры количество испаряемого жидкого хладагента является чрезвычайно малым. Следовательно, внутреннее давление в оксидном сверхпроводящем проводе по существу не повышается, и вспучивание может быть подавлено.

В сверхпроводящем устройстве согласно настоящему изобретению плотность после спекания оксидного сверхпроводника в оксидном сверхпроводящем проводе предпочтительно составляет по меньшей мере 95%.

В сверхпроводящем кабеле согласно настоящему изобретению плотность после спекания оксидного сверхпроводника в оксидном сверхпроводящем проводе предпочтительно составляет по меньшей мере 95%.

Таким образом, число зазоров в оксидном сверхпроводнике уменьшено настолько, что жидкий хладагент по существу не просачивается в зазоры оксидного сверхпроводника. Поэтому при повышении температуры из состояния погруженности в жидкий хладагент до обычной температуры без регулирования температуры вспучивание может быть подавлено в большей степени.

В сверхпроводящем устройстве согласно настоящему изобретению плотность после спекания оксидного сверхпроводника в оксидном сверхпроводящем проводе предпочтительно составляет по меньшей мере 99%.

В сверхпроводящем кабеле согласно настоящему изобретению плотность после спекания оксидного сверхпроводника в оксидном сверхпроводящем проводе предпочтительно составляет по меньшей мере 99%.

Таким образом, число зазоров в оксидном сверхпроводнике уменьшено настолько сильно, что жидкий хладагент по существу не просачивается в зазоры оксидного сверхпроводника. Поэтому при повышении температуры из состояния погруженности в жидкий хладагент до обычной температуры без регулирования температуры вспучивание может быть подавлено в еще большей степени.

Оксидный сверхпроводящий провод, имеющий оксидный сверхпроводник, обладающий упомянутой плотностью после спекания, может быть изготовлен с помощью следующего способа изготовления:

приготавливают провод, имеющий конфигурацию, полученную путем покрытия металлом порошка исходного материала для оксидного сверхпроводника. Провод подвергают термообработке в атмосфере повышенного давления. Совокупное давление в атмосфере повышенного давления составляет по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа.

Согласно предложенному в настоящем изобретении способу изготовления оксидного сверхпроводящего провода, из-за значительного внешнего давления на провод, составляющего по меньшей мере 1 МПа, возникают пластическая деформация и деформация ползучести формируемых при термообработке сверхпроводящих кристаллов, за счет чего число зазоров между этими оксидными сверхпроводящими кристаллами уменьшается (плотность после спекания оксидного сверхпроводника увеличивается). Кроме того, расширение газа в зазорах формируемого при термообработке порошка оксидных сверхпроводящих кристаллов или газа, присутствующего за счет адгезии на формируемом при термообработке порошке оксидных сверхпроводящих кристаллов, может быть затруднено в ходе термообработки за счет давления снаружи металлической трубки, посредством чего исключается появление пузырчатости в оксидном сверхпроводящем проводе. Следовательно, улучшается критическая плотность тока.

Для образования стабильной оксидной сверхпроводящей фазы парциальное давление кислорода необходимо постоянно регулировать в неизменном диапазоне независимо от значения совокупного давления в атмосфере повышенного давления. Если совокупное давление в атмосфере повышенного давления в данном случае превышает 50 МПа, то парциальное давление кислорода по отношению к совокупному давлению снижается. Таким образом, значение концентрации кислорода в атмосфере повышенного давления снижается настолько, что на него в значительной степени влияет погрешность измерения или т.п., и поэтому парциальное давление кислорода, к сожалению, трудно регулировать. Согласно предложенному способу изготовления оксидного сверхпроводящего провода, термообработку выполняют в атмосфере повышенного давления менее 50 МПа, посредством чего парциальное давление кислорода по отношению к совокупному давлению в атмосфере повышенного давления столь сильно не снижается, а концентрация кислорода в атмосфере повышенного давления находится на достаточно высоком уровне, в результате чего парциальное давление кислорода легко регулируется, причем без значительного влияния со стороны погрешности измерения или т.п. Оксидный сверхпроводящий провод, имеющий оксидный сверхпроводник, обладающий плотностью после спекания, составляющей, по меньшей мере, примерно 93% и не более примерно 96%, получают путем термообработки провода в атмосфере повышенного давления, в которой совокупное давление составляет по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода стадию термообработки предпочтительно выполняют путем горячего изостатического прессования (ГИСП).

Таким образом, оксидный сверхпроводящий провод настолько изотропно подвергают воздействию давления, что появление в нем зазоров и пузырчатости предотвращается единообразным образом.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода оксидный сверхпроводник предпочтительно представляет собой оксидный сверхпроводник на основе Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O, включающий в себя фазу Bi2223, содержащую висмут, свинец, стронций, кальций и медь при атомных отношениях (висмут и свинец):стронций:кальций:медь, составляющих приблизительно 2:2:2:3.

Таким образом, зазоры между кристаллами, а также пузырчатость оксидного сверхпроводящего провода подавляются настолько, что в результате этого может быть улучшена критическая плотность тока.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода стадию термообработки предпочтительно выполняют в кислородной атмосфере, и при этом парциальное давление кислорода составляет по меньшей мере 0,003 МПа и не более 0,02 МПа.

Таким образом, парциальное давление кислорода поддерживают в пределах диапазона по меньшей мере 0,003 МПа и не более 0,02 МПа, так что образуется стабильная оксидная сверхпроводящая фаза, и поэтому может быть улучшена критическая плотность тока. Если парциальное давление кислорода превышает 0,02 МПа, то образуется гетерофаза, в то время как образование оксидной сверхпроводящей фазы затруднено и поэтому снижается критическая плотность тока, если парциальное давление кислорода составляет менее 0,003 МПа.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода парциальное давление кислорода регулируют для его повышения вслед за (в соответствии с) повышением температуры в атмосфере повышенного давления при повышении температуры перед термообработкой на стадии термообработки.

Значение оптимального парциального давления кислорода для образования оксидной сверхпроводящей фазы увеличивается вслед за повышением температуры. Таким образом, надлежащее парциальное давление кислорода обеспечивается также при повышении температуры перед термообработкой на стадии термообработки, в результате чего образуется стабильная оксидная сверхпроводящая фаза, и при этом может быть улучшена критическая плотность тока.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода совокупное давление в атмосфере повышенного давления предпочтительно регулируют таким образом, чтобы оно было постоянным в ходе термообработки.

При термообработке совокупное давление может проявлять тенденцию к снижению из-за расхода газообразного кислорода, обусловленного окислением несущей провод опоры в сосуде повышенного давления, бросанием регулятора давления, такого как поддерживающий давление клапан, во время регулирования давления, или колебанием давления при введении газа, добавляемого для восполнения израсходованного кислорода. Если эти обстоятельства приводят к резкому понижению давления в сосуде, то внутреннее давление в проводе достигает высокого уровня по сравнению с внешним давлением, и в результате на проводе появляется вспучивание. Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения, однако, совокупное давление в ходе термообработки регулируют таким образом, чтобы оно было постоянным, в результате чего может быть предотвращено появление пузырчатости на проводе, возникающей по причине резкого снижения давления в ходе термообработки.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода стадию термообработки предпочтительно выполняют в кислородной атмосфере, и при этом парциальное давление кислорода в ходе этой термообработки регулируют таким образом, чтобы оно было постоянным с диапазоном колебаний в пределах 10%.

Таким образом, парциальное давление кислорода может выдерживаться в оптимальном диапазоне для образования оксидной сверхпроводящей фазы независимо от колебаний температуры, в результате чего образуется стабильная оксидная сверхпроводящая фаза, и при этом может быть улучшена критическая плотность тока.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода для восполнения снижения давления, возникающего в результате снижения температуры, которое происходит непосредственно после термообработки, предпочтительно вводят газ.

При снижении температуры непосредственно после термообработки вслед за изменением температуры следует снижение давления. Если в это время нагревательный сосуд подвергают резкой декомпрессии, то внутреннее давление провода повышается по сравнению с внешним давлением, что приводит к появлению пузырчатости провода. Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения, однако, для восполнения снижения давления, обусловленного снижением температуры, вводят газ, в результате чего может быть предотвращено появление пузырчатости, обусловленной резким снижением давления при снижении температуры непосредственно после термообработки.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода скорость снижения давления (скорость декомпрессии) при снижении температуры непосредственно после термообработки регулируют на уровне не более 0,05 МПа/мин, если металл, покрывающий порошок исходного материала, содержит серебро, и отношение площади металлической части к площади оксидного сверхпроводника в поперечном сечении провода (далее - «доля серебра») после стадии термообработки составляет 1,5.

Таким образом, более заметный эффект предотвращения появления пузырчатости, возникающей в результате резкого снижения давления, может быть достигнут в том случае, когда доля серебра составляет 1,5.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода скорость снижения давления по совокупному давлению в атмосфере повышенного давления предпочтительно регулируют на уровне не более 0,05 МПа/мин, когда температура атмосферы на стадии термообработки составляет по меньшей мере 200^оС, если металлическое покрытие порошка исходного материала содержит серебро, и при этом доля серебра составляет 1,5.

Если нагревательный сосуд подвергают резкой декомпрессии, когда температура атмосферы составляет по меньшей мере 200^оС, то внутреннее давление провода повышается по сравнению с внешним давлением, в результате чего на проводе появляется пузырчатость. Поэтому более заметный эффект предотвращения пузырчатости на проводе в результате резкого снижения давления на стадии термообработки (перед термообработкой, в ходе термообработки и после термообработки) обеспечивается в том случае, когда доля серебра составляет 1,5.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода скорость снижения давления в ходе снижения температуры непосредственно после термообработки предпочтительно регулируют на уровне не более 0,03 МПа/мин, если металл, покрывающий порошок исходного материала, содержит серебро, и при этом доля серебра составляет 3,0.

Таким образом, более заметный эффект предотвращения пузырчатости на проводе, возникающей в результате резкого снижения давления, может быть обеспечен в том случае, когда доля серебра составляет 3,0.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода скорость снижения давления по совокупному давлению в атмосфере повышенного давления регулируют на уровне не более 0,03 МПа/мин, если металл, покрывающий порошок исходного материала, содержит серебро, доля серебра составляет 3,0, и температура атмосферы на стадии термообработки составляет по меньшей мере 200^оС.

Если нагревательный сосуд подвергают резкой декомпрессии, когда температура атмосферы составляет по меньшей мере 200^оС, то внутреннее давление провода повышается по сравнению с внешним давлением, в результате чего появляется пузырчатость провода. Поэтому более действенный эффект предотвращения пузырчатости провода, возникающей в результате резкого снижения давления на стадии термообработки (перед термообработкой, в ходе термообработки и после термообработки), обеспечивается в том случае, когда доля серебра составляет 3,0.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода скорость снижения давления по совокупному давлению в атмосфере повышенного давления регулируют на уровне не более 0,05 МПа/мин, если совокупное давление атмосферы повышенного давления на стадии термообработки составляет по меньшей мере 1 МПа.

Если нагревательный сосуд подвергают резкой декомпрессии, когда совокупное давление в атмосфере составляет по меньшей мере 1 МПа, то внутреннее давление провода повышается по сравнению с внешним давлением, в результате чего на проводе появляется пузырчатость. Поэтому обеспечивается более заметный эффект предотвращения появления пузырчатости провода, возникающей в результате резкого снижения давления на стадии термообработки (перед термообработкой, в ходе термообработки и после термообработки).

Вышеупомянутый способ изготовления оксидного сверхпроводящего провода предпочтительно также включает в себя стадию прокатки провода при помощи валка после стадии приготовления провода и перед стадией термообработки, причем толщина наружного слоя оболочки провода после прокатки составляет по меньшей мере 20 мкм.

Поверхностные поры образуются в основном отверстиями, проникающими снаружи в волокно оксидного сверхпроводника, когда поверхности провода придается шероховатость из-за трения между проводом и валком. Когда на стадии прокатки прокатывают до такого состояния, что толщина наружного слоя оболочки оксидного сверхпроводящего провода составляет по меньшей мере 20 мкм на каждом участке, поры не проникают снаружи в волокно оксидного сверхпроводника даже в том случае, если поверхности провода при прокатке придается шероховатость, и поэтому поверхностные поры не образуются. Таким образом, формирование зазоров и пузырчатости в ходе вышеупомянутой стадии термообработки подавляется, и поэтому может быть улучшена критическая плотность тока.

Во всем данном описании термин «поверхностная пора» обозначает отверстие, проникающее снаружи в волокно оксидного сверхпроводящего провода и имеющее диаметр, который позволяет проходить жидкому хладагенту. Кроме того, термин «провод, имеющий поверхностные поры» обозначает провод, содержащий по меньшей мере две поверхностные поры на длине 1000 м.

Вышеупомянутый способ изготовления оксидного сверхпроводящего провода предпочтительно также включает в себя стадию нанесения серебра или серебряного сплава на поверхность упомянутого провода после стадии приготовления провода и перед стадией термообработки.

Долю серебра в оксидном сверхпроводящем проводе минимизируют с тем, чтобы повысить количество тока сверхпроводимости, пропускаемого на единицу площади. В проводе с малой долей серебра доля металлической части является настолько малой, что толщина наружного слоя оболочки не может быть увеличена. В частности, в проводе с толщиной наружного слоя оболочки после стадии термообработки менее 20 мкм поверхностные поры легко формируются при такой обработке, как прокатка, перед стадией термообработки. В проводе, имеющем поверхностные поры, создающий повышенное давление газ просачивается в провод через поверхностные поры также в том случае, когда вышеупомянутую стадию термообработки провода выполняют в атмосфере повышенного давления. Поэтому разница между внутренним и внешним давлениями провода исчезает, и это дает слабый эффект предотвращения снижения критической плотности тока путем подавления формирования зазоров и пузырчатости за счет повышения давления. Поэтому серебро или серебряный сплав наносят на поверхность провода после стадии приготовления провода и перед стадией термообработки таким образом, что поверхностные поры покрываются серебром или серебряным сплавом и исчезают с поверхности. Поэтому стадию термообработки выполняют уже после удаления поверхностных пор с провода, в результате чего создающий повышенное давление газ не проникает в провод через эти поверхностные поры на стадии термообработки. Таким образом, формирование зазоров и пузырчатости подавляется на всей вышеупомянутой стадии термообработки провода в атмосфере повышенного давления, и поэтому может быть улучшена критическая плотность тока.

Вышеупомянутый способ изготовления оксидного сверхпроводящего провода предпочтительно также включает в себя стадию прокатки провода с помощью валка после стадии приготовления провода и перед стадией термообработки, и при этом шероховатость R_y поверхности той части валка, которая вступает в контакт с проводом, составляет не более 320 нм.

Таким образом, трение между проводом и валком снижается настолько, что поверхность провода почти не приобретает шероховатости, и поэтому получают провод без поверхностных пор независимо от толщины наружного слоя его оболочки. Поэтому создающий повышенное давление газ не просачивается в провод через поверхностные поры на стадии термообработки. Таким образом, подавляется формирование зазоров и пузырчатости на упомянутом стадии термообработки провода в атмосфере повышенного давления независимо от толщины наружного слоя оболочки провода, и поэтому может быть улучшена критическая плотность тока. Термин «шероховатость R_y поверхности» обозначает максимальную высоту, определяемую Промышленными Стандартами Японии (JIS).

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода давление предпочтительно регулируют для его ступенчатого повышения вслед за увеличением температуры в атмосфере при повышении температуры перед термообработкой на стадии термообработки.

В проводе, имеющем поверхностные поры, создающий повышенное давление газ просачивается в провод через эти поверхностные поры даже тогда, когда стадию термообработки провода в атмосфере повышенного давления выполняют обычным способом повышения давления, и поэтому разница между внутренним и внешним давлениями провода исчезает, в результате чего создается небольшой эффект предотвращения уменьшения критической плотности тока вследствие формирования зазоров и пузырчатости при повышении давления. При регулировании давления для его ступенчатого повышения вслед за повышением температуры в атмосфере, однако, внешнее давление повышается до просачивания создающего давление газа в провод через поверхностные поры. Таким образом, имеет место разница между внутренним и внешним давлениями провода, так что формирование зазоров и пузырчатости подавляется, и поэтому критическая плотность тока может быть улучшена независимо от наличия или отсутствия поверхностных пор перед стадией термообработки.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода совокупное давление атмосферы предпочтительно регулируют для его повышения со скоростью по меньшей мере 0,05 МПа/мин при повышении температуры перед термообработкой на стадии термообработки.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что скорость повышения давления газа, просачивающегося в провод через поверхностные поры на стадии термообработки провода, составляет менее примерно 0,05 МПа/мин. Поэтому давление в атмосфере может постоянно поддерживаться выше внутреннего давления провода путем регулирования совокупного давления атмосферы для его непрерывного повышения со скоростью по меньшей мере 0,05 МПа/мин при повышении температуры перед термообработкой. Таким образом, в ходе увеличения температуры перед термообработкой к проводу может быть приложено сжимающее усилие, независимо от наличия или отсутствия поверхностных пор в проводе перед стадией термообработки, в результате чего подавляется формирование зазоров и пузырчатости. Вследствие этого, может быть фактически подавлено уменьшение критической плотности тока при термообработке в атмосфере повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода совокупное давление в атмосфере предпочтительно регулируют для его непрерывного повышения в ходе термообработки на стадии термообработки.

Таким образом, уравновешивание внутреннего давления провода и давления атмосферы может быть задержано в ходе термообработки, так что состояние, в котором давление в атмосфере выше внутреннего давления провода, может поддерживаться в течение более длительного периода времени. Поэтому формирование зазоров и пузырчатости в ходе термообработки подавляется, и может быть фактически подавлено снижение критической плотности тока при термообработки в атмосфере повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа.

Вышеупомянутый способ изготовления оксидного сверхпроводящего провода также предпочтительно включает в себя стадию прокатки провода после стадии приготовления провода и перед стадией термообработки, и при этом степень обжатия провода на стадии прокатки составляет не более 84%, более предпочтительно - не более 80%.

Когда стадию термообработки провода выполняют в атмосфере повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа, оксидный сверхпроводящий провод сжимается также и на стадии термообработки. Также, когда стадию прокатки провода выполняют со степенью обжатия не более 84%, меньшей по сравнению с обычным обжатием, и поэтому порошок исходного материала сжимают на последующей стадии термообработки, то, следовательно, в результате этого может быть увеличена плотность волокон сверхпроводника. С другой стороны, стадию прокатки провода выполняют со степенью обжатия не более 84%, меньшей по сравнению с обычным обжатием, так что зазоры в порошке исходного материала по существу не формируются, в результате чего может быть подавлено формирование зазоров, проходящих перпендикулярно к продольному направлению оксидного сверхпроводящего провода. Таким образом, может быть улучшена критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода. Кроме того, стадию прокатки провода предпочтительно выполняют со степенью обжатия не более 80%, так что в порошке исходного материала не образуются поверхностные поры, в результате чего может быть еще в большей степени подавлено формирование зазоров, проходящих перпендикулярно к продольному направлению оксидного сверхпроводящего провода.

Во всем этом описании степень обжатия (в %) определяется следующим образом:

[Уравнение 1]

Степень обжатия (%) = (1 - толщина провода после прокатки/толщина провода до прокатки) × 100.

В вышеупомянутом способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода термообработку провода предпочтительно выполняют множество раз, и при этом по меньшей мере одну из этого множества термообработок выполняют в атмосфере повышенного давления, совокупное давление которой составляет по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа.

Таким образом, могут быть подавлены формирование зазоров между оксидными сверхпроводящими кристаллами при термообработке и пузырчатость на оксидном сверхпроводящем проводе.

Оксидный сверхпроводящий провод, имеющий оксидный сверхпроводник, обладающий более высокой плотностью после спекания, может быть изготовлен с помощью следующего способа изготовления. Кроме того, оксидный сверхпроводящий провод может быть переформирован (преобразован) в оксидный сверхпроводящий провод, имеющий оксидный сверхпроводник, обладающий более высокой плотностью после спекания, при помощи следующего способа переформирования:

способ изготовления оксидного сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению включает в себя стадию приготовления провода, имеющего конфигурацию, полученную путем покрытия металлом порошка исходного материала для оксидного сверхпроводника, и стадию термообработки с выполнением термообработки провода в атмосфере повышенного давления, совокупное давление которой в ходе термообработки составляет по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа. В ходе повышения температуры перед термообработкой на стадии термообработки повышение давления начинается с температуры, при которой 0,2%-ный условный предел текучести металла, используемого для покрытия, меньше совокупного давления при термообработке.

Способ переформирования оксидного сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению включает в себя стадию термообработки оксидного сверхпроводящего провода, имеющего конфигурацию, полученную путем покрытия металлом оксидного сверхпроводника, в атмосфере повышенного давления, совокупное давление которой в ходе термообработки составляет по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа. При повышении температуры перед термообработкой на стадии термообработки повышение давления начинается с температуры, при которой 0,2%-ный условный предел текучести металла, используемого для покрытия, меньше совокупного давления при термообработке.

Согласно предложенному в настоящем изобретении способу изготовления или предложенному в настоящем изобретении способу переформирования оксидного сверхпроводящего провода, давление к проводу прикладывают в состоянии, в котором 0,2%-ный условный предел текучести металла, применяемого для покрытия, меньше совокупного давления в атмосфере повышенного давления в ходе термообработки. Таким образом, металлическая часть, которая воспринимает сжимающее усилие, обусловленное повышенным давлением, легко сжимается благодаря эффекту, аналогичному горячей обработке. Поэтому провод сжимается до того, как создающий повышенное давление газ просачивается в провод через поверхностные поры, в результате чего повышенное давление может эффективно подавлять формирование зазоров и пузырчатостей. Вследствие этого, может быть улучшена плотность после спекания оксидного сверхпроводника, так что может быть улучшена критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода.

Еще один способ изготовления оксидного сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению включает в себя стадию приготовления провода, имеющего конфигурацию, полученную путем покрытия содержащим серебро металлом порошка исходного материала для оксидного сверхпроводника, и стадию термообработки с выполнением термообработки провода в атмосфере повышенного давления, совокупное давление которой в ходе термообработки составляет по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа. В ходе повышения температуры перед термообработкой на стадии термообработки повышение давления начинают после того, как температура атмосферы превысит 400^оС.

Еще один способ переформирования оксидного сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению включает в себя стадию термообработки с выполнением термообработки оксидного сверхпроводящего провода, имеющего конфигурацию, полученную путем покрытия содержащим серебро металлом оксидного сверхпроводника, в атмосфере повышенного давления, совокупное давление которой в ходе термообработки составляет по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа. В ходе повышения температуры перед термообработкой на стадии термообработки повышение давление начинают после того, как температура атмосферы превысит 400^оС.

Согласно предложенному в настоящем изобретении способу изготовления или предложенному в настоящем изобретении способу переформирования оксидного сверхпроводящего провода, давление к проводу прикладывают в состоянии, в котором 0,2%-ный условный предел текучести содержащего серебро металла снижается до уровня, равного совокупному давлению атмосферы повышенного давления в ходе термообработки. Таким образом, металлическая часть, которая воспринимает сжимающее усилие, обусловленное повышенным давления, легко сжимается в силу эффекта, аналогичного горячей обработке. Поэтому провод сжимается до того, как создающий повышенное давление газ просачивается в провод через поверхностные поры, в результате чего формирование зазоров и пузырчатости при повышенном давлении может быть в достаточной степени подавлено. Вследствие этого, может быть улучшена плотность после спекания оксидного сверхпроводника, так что может быть улучшена критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода. Оксидный сверхпроводящий провод, имеющий оксидный сверхпроводник, обладающий плотностью после спекания, составляющей по меньшей мере 95%, получают при помощи вышеупомянутого способа изготовления или вышеупомянутого способа переформирования, независимо от наличия или отсутствия поверхностных пор.

И в вышеупомянутом способе изготовления, и в вышеупомянутом способе переформирования повышение давления предпочтительно начинают после того, как температура атмосферы превысит 600^оС при повышении температуры перед термообработкой на стадии термообработки.

Таким образом, давление прикладывают к проводу в состоянии, в котором 0,2%-ный условный предел текучести содержащего серебро металла уменьшается примерно до половины совокупного давления атмосферы повышенного давления в ходе термообработки. За счет этого металлическая часть, которая воспринимает сжимающее усилие, обусловленное повышенным давлением, сжимается более легко. Вследствие этого, плотность после спекания оксидного сверхпроводника может быть улучшена в еще большей степени, так что в еще большей степени может быть улучшена критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода. Оксидный сверхпроводящий провод, имеющий оксидный сверхпроводник, обладающий плотностью после спекания, составляющей по меньшей мере 97%, получают с помощью вышеупомянутого способа изготовления или вышеупомянутого способа переформирования, независимо от наличия или отсутствия поверхностных пор.

И в вышеупомянутом способе изготовления, и в вышеупомянутом способе переформирования скорость повышения давления предпочтительно составляет по меньшей мере 0,05 МПа/мин.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что скорость повышения давления газа, просачивающегося в провод через поверхностные поры, на стадии термообработки составляет менее примерно 0,05 МПа/мин. Поэтому давление в атмосфере может постоянно поддерживаться выше внутреннего давления провода путем регулирования совокупного давления атмосферы для его непрерывного повышения со скоростью по меньшей мере 0,05 МПа/мин в ходе повышения температуры перед термообработкой. Таким образом, к проводу в ходе повышения температуры перед термообработкой может быть приложено сжимающее усилие, независимо от наличия или отсутствия поверхностных пор в проводе перед стадией термообработки, в результате чего подавляется формирование зазоров и появление пузырчатости. Вследствие этого, плотность после спекания оксидного сверхпроводника может быть эффективным образом повышена путем термообработки в атмосфере повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа, и при этом может быть эффективным образом улучшена критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода.

И в вышеупомянутом способе изготовления, и в вышеупомянутом способе переформирования скорость повышения давления предпочтительно составляет по меньшей мере 0,1 МПа/мин.

Таким образом, давление в атмосфере может поддерживаться более высоким, чем внутреннее давление в проводе. Поэтому сжимающее усилие может быть в еще большей степени приложено к проводу в ходе повышения температуры перед термообработкой, независимо от наличия или отсутствия поверхностных пор в проводе перед стадией термообработки, в результате чего подавляется формирование зазоров и пузырчатостей. Вследствие этого, плотность после спекания оксидного сверхпроводника может быть более эффективно увеличена путем термообработки в атмосфере повышенного давления в по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа, и может быть более эффективно улучшена критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода.

Когда скорость повышения давления задают на уровне по меньшей мере 0,15 МПа/мин в обоих случаях начала повышения давления после того, как температура атмосферы достигнет соответственно 400^оС и 600^оС, то при этом получают оксидный сверхпроводящий провод, имеющий оксидный сверхпроводник, обладающий плотностью после спекания, составляющей по меньшей мере 99%, независимо от наличия или отсутствия поверхностных пор.

В вышеупомянутом способе изготовления порошок исходного материала для оксидного сверхпроводника содержит фазу Bi2223, и при этом оксидный сверхпроводящий провод отжигают в содержащей кислород атмосфере при температуре, составляющей по меньшей мере 100^оС и не более 600^оС, на стадии термообработки.

Таким образом, во всем проводе улучшается критическая плотность тока J_с при низкой температуре в примерно 20К.

Эффект изобретения

В предложенном в настоящем изобретении сверхпроводящем устройстве число зазоров в оксидном сверхпроводнике является столь чрезвычайно малым, что жидкий хладагент по существу не просачивается в зазоры оксидного сверхпроводника. Поэтому при увеличении температуры из состояния погруженности в жидкий хладагент до обычной температуры без регулирования температуры количество испарившегося жидкого хладагента является чрезвычайно малым. Вследствие этого, внутреннее давление оксидного сверхпроводящего провода по существу не повышается, и вспучивание может быть подавлено.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1А - вид в сечении сверхпроводящего кабеля согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.1В - увеличенный вид жилы кабеля по Фиг.1А.

Фиг.2 - частичный местный вид в перспективе, схематически показывающее строение оксидного сверхпроводящего провода.

Фиг.3 - технологическая схема, показывающая стадии изготовления оксидного сверхпроводящего провода.

Фиг.4 - схематический вид в сечении устройства горячего изостатического прессования (ГИСП).

Фиг.5(а)-5(d) - схематические изображения, постадийно показывающие поведение зазоров между оксидными сверхпроводящими кристаллами.

Фиг.6 - диаграмма, показывающая соотношение между совокупным давлением Р (МПа) атмосферы повышенного давления и числом пузырчатостей на проводе (количество/10 м).

Фиг.7 - диаграмма, показывающая совокупные давления и парциальные давления кислорода в смеси газов, приготовленной при соотношении примерно 80% азота и примерно 20% кислорода.

Фиг.8 - диаграмма, показывающая соотношение между совокупными давлениями и концентрациями кислорода в случае задания парциального давления кислорода постоянным.

Фиг.9А - диаграмма, показывающая соотношение между временем и температурой провода в случае выполнения регулирования скорости снижения давления непосредственно после термообработки.

Фиг.9В - диаграмма, показывающая соотношение между временем и совокупным давление в сосуде в случае выполнения регулирования скорости снижения давления непосредственно после термообработки.

Фиг.10А - график, показывающий толщины оксидных сверхпроводящих проводов, не имеющих поверхностных пор, перед термообработкой и после термообработки в атмосфере повышенного давления.

Фиг.10В - график, показывающий толщины оксидных сверхпроводящих проводов, имеющих поверхностные поры, перед термообработкой и после термообработки в атмосфере повышенного давления.

Фиг.11 - частичный местный вид в перспективе, схематически изображающий строение оксидного сверхпроводящего провода, имеющего поверхностные поры.

Фиг.12 - схематический вид в сечении, показывающий способ прокатки во втором варианте осуществления.

Фиг.13 - технологическая схема, показывающая другие стадии изготовления оксидного сверхпроводящего провода.

Фиг.14 - частичный местный вид в перспективе, схематически показывающий строение оксидного сверхпроводящего провода после стадии электроосаждения серебра или серебряного сплава на проводе.

Фиг.15 - диаграмма, показывающая соотношение между температурами и давлениями в ходе термообработки и временем согласно четвертой методике во втором варианте осуществления.

Фиг.16А - диаграмма, показывающая соотношение между температурой на стадии термообработки и временем в случае, когда доля серебра составляет 1,5, во втором варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.16В - диаграмма, показывающая соотношение между давлением на стадии термообработки и временем в случае, когда доля серебра составляет 1,5, во втором варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.16С - диаграмма, показывающая соотношение между концентрацией кислорода на стадии термообработки и временем в случае, когда доля серебра составляет 1,5, во втором варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.16D - диаграмма, показывающая соотношение между парциальным давлением кислорода на стадии термообработки и временем в случае, когда доля серебра составляет 1,5, во втором варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.17 - диаграмма, показывающая соотношение между температурами и давлениями на стадии термообработки и временем согласно пятой методике во втором варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.18 - диаграмма, показывающая оптимальное сочетание температуры и парциального давления кислорода в ходе термообработки.

Фиг.19 - вид в сечении, схематически показывающий строение оксидного сверхпроводящего провода, имеющего оставшиеся в нем поверхностные поры.

Фиг.20 - диаграмма, схематически показывающая соотношение между степенями обжатия и критическими плотностями тока при первичной прокатке в оксидных сверхпроводящих проводах.

Фиг.21 - диаграмма, показывающая примерное соотношение между температурами, совокупными давлениями и парциальными давлениями кислорода при повышении температуры перед термообработкой и в ходе термообработки и временем согласно шестой методике в шестом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.22 - диаграмма, показывающая соотношение между скоростями повышения давления и плотностями после спекания при разных температурах начала повышения давления.

Фиг.23 - диаграмма, показывающая температурную зависимость 0,2%-ного условного предела текучести серебра.

Фиг.24 - диаграмма, показывающая соотношение между плотностями после спекания оксидных сверхпроводников и значениями критического тока оксидных сверхпроводящих проводов.

Фиг.25 - диаграмма, показывающая примерное соотношение между температурами, совокупными давлениями и парциальными давлениями кислорода и временем в случае выполнения отжига после термообработки в седьмом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.26 - диаграмма, показывающая значения критического тока I_с при соответствующих температурах (в К) оксидных сверхпроводящих проводов перед отжигом и после отжига, выполняемого при температуре 500^оС.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ НОМЕРОВ

1, 1а, 1b - оксидный сверхпроводящий провод, 2 - волокно оксидного сверхпроводника, 3 - оболочка, 4 - вход газа, 5 - верхняя крышка, 6 - цилиндрический сосуд, 7 - тепловой барьер, 8 - обрабатываемый продукт, 9 - нагреватель, 10 - опора, 11 - нижняя крышка, 12 - сверхпроводящий кристалл, 13 - пресс горячего изостатического прессования, 14 - поверхностная пора, 15 - валок, 15а - поверхность валка, 16 - серебро или серебряный сплав, 20 - зазор, 30 - сверхпроводящий кабель, 31 - жила кабеля, 32 - несущий каркас для намотки, 34 - изолирующая бумага, 35 - крафт-бумага, 37 - канал для хладагента, 38 - адиабатическая труба, 39 - антикоррозионный слой.

НАИЛУЧШИЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления настоящего изобретения ниже описываются со ссылкой на чертежи.

Первый вариант осуществления

Фиг.1А показывает вид в сечении сверхпроводящего кабеля согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, а Фиг.1В показывает увеличенный вид жилы кабеля по Фиг.1А.

Обращаясь к Фиг.1А и 1В, сверхпроводящий кабель 30 содержит кабельные жилы 31, адиабатическую трубу 38 и антикоррозионный слой 39. Каждая одноволоконная или многоволоконная скрученная кабельная жила 31 вставлена в канал 37 хладагента, сформированный внутри адиабатической трубы 38 и антикоррозионного слоя 39. Хладагент циркулирует вдоль внешней периферии кабельной жилы 31 в канале 37 хладагента. Кабельная жила 31 состоит из несущего каркаса 32 для намотки (из множества медных нитей или проволок), множества оксидных сверхпроводящих проводов 1а, крафт-бумаги 35, еще одного множества оксидных сверхпроводящих проводов 1b и изолирующей бумаги 34 в порядке изнутри наружу. Лентовидные оксидные сверхпроводящие провода 1а и 1b спирально намотаны на внешнюю периферию несущего каркаса 32 для намотки, состоящего из множества медных нитей (проволок) с внешним диаметром, например, 20 мм. Множество оксидных сверхпроводящих проводов 1а и множество оксидных сверхпроводящих проводов 1b, образующих слоистую структуру, изолированы друг от друга крафт-бумагой 35. В нижнем слое множества оксидных сверхпроводящих проводов 1а размещены, например, 13 оксидных сверхпроводящих проводов 1а с шагом 200 мм. В верхнем слое множества оксидных сверхпроводящих проводов 1b расположены, например, 14 оксидных сверхпроводящих проводов 1b с шагом 200 мм. Каждый из оксидных сверхпроводящих проводов 1а и 1b имеет прямоугольное сечение с размерами, например, 0,21 мм × 4,1 мм. Оксидные сверхпроводящие провода 1b снаружи покрыты изолирующей бумагой 34, выполненной, например, из полипропиленовой слоистой бумаги (PPLR(R)).

Ниже описывается строение каждого оксидного сверхпроводящего провода, входящего в состав сверхпроводящего кабеля.

Фиг.2 представляет собой частичный местный вид в перспективе, схематически показывающий строение оксидного сверхпроводящего провода.

Многоволоконный оксидный сверхпроводящий провод, например, описывается со ссылкой на Фиг.2. Оксидный сверхпроводящий провод 1 имеет множество проходящих продольно волокон 2 оксидного сверхпроводника и закрывающую их оболочку 3. Материал каждого из этого множества волокон 2 оксидного сверхпроводника предпочтительно имеет состав, например, на основе Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-О, и при этом материал, содержащий фазу Bi2223, имеющую атомные отношения (висмут и свинец):стронций:кальций:медь, по существу составляющие приблизительно 2:2:2:3, является наиболее оптимальным. Материал оболочки 3 состоит, например, из серебра.

Хотя выше был описан многоволоконный провод, в альтернативном варианте может использоваться оксидный сверхпроводящий провод, имеющий одноволоконное строение и образованный одним единственным волокном 2 оксидного сверхпроводника, покрытым оболочкой 3.

Ниже описывается способ изготовления вышеупомянутого оксидного сверхпроводящего провода.

Фиг.3 представляет собой технологическую схему, показывающую стадии изготовления оксидного сверхпроводящего провода.

Обращаясь к Фиг.3, сначала в металлическую трубку загружают порошок исходного материала для оксидного сверхпроводника (стадия S1). Этот порошок исходного материала для оксидного сверхпроводника состоит, например, из материала, содержащего фазу Bi2223.

Металлическая трубка предпочтительно выполнена из серебра или серебряного сплава, имеющего высокую теплопроводность. Таким образом, тепло, генерируемое в том случае, когда сверхпроводник частично претерпевает «гашение» (потерю сверхпроводимости), может быть быстро отведено от этой металлической трубки.

Затем металлическую трубку, загруженную порошком исходного материала, обрабатывают в провод нужного диаметра путем волочения (вытягивания) в провод (стадия S2). Таким образом, получают провод, имеющий конфигурацию, полученную путем покрытия металлом порошка исходного материала для оксидного сверхпроводящего провода. Для изготовления многоволоконного провода в металлическую трубку вставляют множество тянутых проволок, с последующим волочением в провод. Первичную прокатку выполняют на этом проводе (стадия S3), а после этого выполняют первую термообработку (стадия S4). В ходе этих операций из порошка исходного материала образуется оксидная сверхпроводящая фаза. Вторичную прокатку выполняют на проводе, прошедшем термообработку (стадия S5). Таким образом, устраняют пустоты, образовавшиеся в результате первой термообработки. Вторую термообработку выполняют на вторично прокатанном проводе (стадия S6). При этом идет спекание оксидной сверхпроводящей фазы, и в то же время в ходе второй термообработки выделяется оксидная сверхпроводящая фаза.

Вышеупомянутым способом может быть изготовлен, например, оксидный сверхпроводящий провод, показанный на Фиг.2.

Согласно этому варианту осуществления, по меньшей мере либо первую термообработку (стадия S4), либо вторую термообработку (стадия S6) выполняют в атмосфере повышенного давления, к которой в качестве совокупного давления прикладывают давление, составляющее по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа.

Термообработку в этой атмосфере повышенного давления выполняют, например, путем горячего изостатического прессования (ГИСП). Ниже описывается это горячее изостатическое прессование.

Фиг.4 представляет собой схематический вид в сечении устройства горячего изостатического прессования (ГИСП).

Обращаясь к Фиг.4, устройство 13 для выполнения горячего изостатического прессования состоит из цилиндрического сосуда 6 высокого давления, верхней крышки 5 и нижней крышки 11, закрывающих оба торца цилиндрического сосуда 6 высокого давления, вход 4 газа, предусмотренный на верхней крышке 5 для введения газа в цилиндрический сосуд 6 высокого давления, нагреватель 9, нагревающий обрабатываемый продукт 8, тепловой барьер 7 и опору 10, на которой расположен обрабатываемый продукт 8.

Согласно этому варианту осуществления, в цилиндрическом сосуде 6 высокого давления в качестве обрабатываемого продукта 8 на опору 10 устанавливают провод, приготовленный путем загрузки металлической трубки порошком исходного материала и последующих волочения в провод и прокатки. В этом состоянии в цилиндрический сосуд 6 высокого давления из входа 4 газа вводят соответствующий газ, в результате чего в цилиндрическом сосуде 6 высокого давления формируется атмосфера повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа, так что провод 8 нагревается нагревателем 9 до заданной температуры в этой атмосфере повышенного давления. Такую термообработку предпочтительно выполняют в кислородной атмосфере, и при этом парциальное давление кислорода предпочтительно составляет по меньшей мере 0,003 МПа и не более 0,02 МПа. Таким образом, на проводе 8 выполняют термообработку горячим изостатическим прессованием.

Согласно этому варианту осуществления, термообработку выполняют в атмосфере повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа, согласно вышеизложенному для достижения, главным образом, следующих трех эффектов.

Во-первых, может быть уменьшено число зазоров, сформированных между оксидными сверхпроводящими кристаллами в ходе термообработки.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что число зазоров между оксидными сверхпроводящими кристаллами, в основном формируемыми в ходе термообработки, может быть в значительной степени уменьшено за счет выполнения термообработки в атмосфере повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа, по сравнению со случаем с давлением менее 1 МПа.

Фиг.5(а)-5(d) представляют собой схематические диаграммы, постадийно показывающие поведение зазоров между оксидными сверхпроводящими кристаллами.

Обращаясь к Фиг.5(а)-5(d), площадь контакта между оксидными сверхпроводящими кристаллами, сформированными в ходе термообработки, увеличивается за счет пластической деформации при выполнении термообработки в атмосфере повышенного давления, с уменьшением числа зазоров размером от нескольких мкм до нескольких десятков мкм, присутствующих между сверхпроводящими кристаллами (Фиг.5(а)-5(b)). Когда это состояние поддерживается, то вызывается деформация ползучести, как показано на Фиг.5(с), которая сокращает зазоры, присутствующие на переходных границах раздела, и при этом загрязненная часть, такая как оксидная пленка, частично разрушается/разлагается, вызывая диффузию атомов и продолжение спекания. Наконец, большинство зазоров между сверхпроводящими кристаллами исчезает, как показано на Фиг.5(d), с образованием стабильной переходной границы раздела.

Подача тока в сверхпроводящий провод означает прохождение тока между сверхпроводящими кристаллами, образующими сверхпроводящий провод. Как правило, переход между сверхпроводящими кристаллами, демонстрирующий состояние слабой сверхпроводимости (сверхпроводящие кристаллы имеют более сильную сверхпроводимость, чем переход между кристаллами), ограничивает количество пропускаемого тока, при этом сохраняя сверхпроводящее состояние (не вызывая никакого электрического сопротивления) в хладагенте (например, жидком азоте или жидком гелии) для использования сверхпроводящего провода или при охлаждении холодильного устройства (рефрижератора). При обычном прокаливании под атмосферным давлением в переходе между сверхпроводящими кристаллами неизбежно остаются зазоры. Поэтому число зазоров между сверхпроводящими кристаллами может быть уменьшено (плотность после спекания сверхпроводника может быть улучшена) при помощи термообработки в атмосфере повышенного давления, в результате чего улучшаются рабочие характеристики сверхпроводящего провода и может быть предотвращено уменьшение критической плотности тока.

В частности, плотность после спекания оксидного сверхпроводника, прошедшего термообработку при атмосферном давлении, составляет от 80 до 90% для оксидного сверхпроводящего провода, содержащего фазу Bi2223, в то время как плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника, полученного с помощью способа изготовления согласно настоящему изобретению при задании совокупного давления в атмосфере повышенного давления на уровне 10 МПа, составляла по меньшей мере 93%, и было установлено уменьшение числа зазоров, сформированных между оксидными сверхпроводящими кристаллами.

Оксидный сверхпроводящий провод, полученный при помощи вышеупомянутого способа изготовления, применяется в сверхпроводящем устройстве, таком как сверхпроводящий кабель, поскольку жидкий хладагент по существу не просачивается в зазоры оксидного сверхпроводника. Даже при повышении температуры без регулирования температуры, когда сверхпроводящее устройство нагревается из состояния погруженности в жидкий хладагент до обычной температуры, по этой причине жидкий хладагент по существу не испаряется. Вследствие этого, внутреннее давление оксидного сверхпроводящего провода по существу не повышается, и в сверхпроводящем устройстве, таком как сверхпроводящий кабель, может быть подавлено вспучивание.

Во-вторых, может быть предотвращено появление вызываемой термообработкой пузырчатости на оксидном сверхпроводящем проводе.

Авторы настоящего изобретения изучили число пузырчатостей, образовывавшихся на прошедшем термообработку проводе в тех случаях, когда варьировали совокупное давление в ходе термообработки оксидного сверхпроводящего провода в атмосфере повышенного давления. Фиг.6 представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между совокупным давлением Р (МПа) в атмосфере повышенного давления и числом пузырчатостей (число/10 м) в таком проводе.

Обращаясь к Фиг.6, видно, что число пузырчатостей в оксидном сверхпроводящем проводе заметно уменьшилось в том случае, когда совокупное давление атмосферы повышенного давления превысило 0,5 МПа, и при этом пузырчатости в оксидном сверхпроводящем проводе по существу исчезают, когда совокупное давление превышает 1 МПа. Эти результаты, предположительно, были получены в силу следующих причин.

Порошок оксидного сверхпроводника в металлической трубке обычно имеет перед спеканием коэффициент заполнения примерно 80% от теоретической плотности, и поэтому в зазорах порошка присутствует газ. Газ в зазорах порошка объемно расширяется при нагревании до высокой температуры в ходе термообработки, и появляется пузырчатость. Согласно этому варианту осуществления, однако, термообработку выполняют в атмосфере повышенного давления по меньшей мере 10 МПа, посредством чего внешнее по отношению к металлической трубке давление может быть сделано более высоким, чем внутреннее давление в металлической трубке. Таким образом, предположительно, предотвращается появление пузырчатости в результате наличия газа в зазорах порошка.

Авторы настоящего изобретения дополнительно изучили причину появления пузырчатости на проводе и установили также, что адсорбаты, такие как углерод (С), вода (Н₂О) и кислород (О₂), присутствующие за счет адгезии на порошке исходного материала для оксидного сверхпроводника, испаряются во время спекания и расширяются в объеме в металлической трубке, со вспучиванием провода этим газом. Однако эта пузырчатость провода, появляющаяся в результате испарения адсорбатов на порошке, также, предположительно, предотвращается за счет выполнения термообработки в атмосфере повышенного давления по меньшей мере 1 МПа, поскольку внешнее давление может быть сделано более высоким по сравнению с внутренним давлением в металлической трубке.

Таким образом, не только пузырчатость, возникающая по причине присутствия газа в зазорах порошка исходного материала для оксидного сверхпроводника, но также и пузырчатость, возникающая из-за испарения адсорбатов, присутствующих на поверхностях его зерен за счет адгезии, может, предположительно, быть по существу устранена путем задания совокупного давления атмосферы повышенного давления на уровне по меньшей мере 1 МПа. Пузырчатость оксидного сверхпроводящего провода вызывает снижение критической плотности тока, и поэтому снижение этой критической плотности тока может быть предотвращено за счет предотвращения появления пузырчатости на проводе.

В-третьих, может быть упрощено регулирование парциального давления кислорода в ходе термообработки.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что 2223-фаза оксидного сверхпроводника на основе Bi стабильно образуется в том случае, когда парциальное давление кислорода регулируют на уровне по меньшей мере 0,003 МПа и не более 0,02 МПа, независимо от совокупного давления. Другими словами, если парциальное давление кислорода превышает 0,02 МПа, то образуется гетерофаза, такая как Ca₂PbO₄, а если парциальное давление кислорода составляет менее 0,003 МПа, то фаза Bi2223 образуется трудно, что уменьшает критическую плотность тока.

Фиг.7 представляет собой диаграмму, показывающую совокупные давления и парциальные давления кислорода в смешанном газе, приготовленном при отношении примерно 80% азота и примерно 20% кислорода. Фиг.8 представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между совокупными давлениями и концентрациями кислорода в случае задания парциального давления кислорода постоянным.

Обращаясь к Фиг.7, когда, например, совокупное давление атмосферы повышенного давления соответствует атмосферному давлению в 1 атм (0,01 МПа), парциальное давление кислорода эквивалентно уровню в 0,2 атм (0,02 МПа), показанному пунктирной линией, и при этом фаза Bi2223 образуется стабильно без регулирования парциального давления кислорода. По мере повышения совокупного давления атмосферы повышенного давления до 2 атм (0,2 МПа), 3 атм (0,3 МПа) и т.п., парциальное давление кислорода также повышается и превышает показанный пунктирной линией уровень в 0,2 атм (0,02 МПа). Вследствие этого, фаза Bi2223 не образуется стабильным образом. Поэтому парциальное давление кислорода необходимо регулировать на уровне по меньшей мере 0,003 МПа и не более 0,02 МПа путем изменения отношения смешения (доли) газообразного кислорода в смешанном газе, как показано на Фиг.8. Пунктирная линия на Фиг.8 показывает уровень в 0,2 атм (0,02 МПа), аналогично пунктирной линии на Фиг.7.

На практике парциальное давление кислорода регулируют при отслеживании (мониторинге) совокупного давления и концентрации кислорода. Другими словами, парциальное давление кислорода вычисляют путем умножения значения совокупного давления на концентрацию кислорода. Таким образом, если совокупное давление составляет, например, 50 МПа, то концентрация кислорода составляет 0,01% в том случае, когда термообработку выполняют при парциальном давлении кислорода в 0,005 МПа. Поэтому вводимый смешанный газ необходимо отрегулировать на измерение концентрации кислорода в 0,01%. Однако измерение концентрации кислорода в 0,01% приводит к значительным ошибкам измерения, и поэтому трудно правильно управлять парциальным давлением кислорода в камере обработки путем регулирования количества газообразного кислорода во вводимом смешанном газе. Согласно этому варианту осуществления концентрация кислорода может поддерживаться на уровне, менее подверженном влиянию ошибок измерения, путем задания совокупного давления в атмосфере повышенного давления на уровне менее 50 МПа, в результате чего парциальное давление кислорода может легко регулироваться.

Когда термообработку выполняют в атмосфере повышенного давления в по меньшей мере 1 МПа, скорость снижения давления предпочтительно регулируют таким образом, чтобы не происходило резкого падения давления в атмосфере повышенного давления в ходе термообработки и после термообработки.

Когда термообработку выполняют в атмосфере повышенного давления в по меньшей мере 1 МПа, подаваемый извне газ, предположительно, просачивается в провод через поверхностные поры этого провода и уравновешивает внутреннее и внешнее давление в проводе друг с другом. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что выделение газа изнутри не может успеть за снижением внешнего давления, и поэтому внутреннее давление превышает внешнее давление с образованием пузырчатости в том случае, когда внешнее давление снижается по причине резкого падения давления в этой имеющей высокое давление атмосфере.

Поэтому, для предотвращения такой пузырчатости в сосуд в ходе термообработки предпочтительно вводят смешанный газ из инертного газа, такого как Ar (аргон) или N₂ (азот), и газообразного кислорода (О₂) так, что совокупное давление остается постоянным. При понижении температуры непосредственно после термообработки, кроме того смешанный газ из инертного газа и газообразного кислорода вводят в сосуд для восполнения снижения давления, вызванного снижением температуры. Формирование пузырчатости из-за резкого снижения давления может быть предотвращено путем регулирования этих скоростей снижения давления в ходе термообработки и снижения температуры непосредственно после термообработки.

Фиг.9А представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между временем и температурой провода в сосуде, подвергающемся регулированию скорости снижения давления непосредственно после термообработки. Фиг.9В представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между временем и совокупным давлением в сосуде, подвергающемся регулированию скорости снижения давления непосредственно после термообработки.

Обращаясь к Фиг.9А и 9В, совокупное давление регулируется на постоянном уровне, как показано на Фиг.9В, в ходе термообработки (температура примерно 800^оС), показанной на Фиг.9А. Иными словами, газообразный кислород в сосуде расходуется в ходе термообработки из-за окисления опоры, на которой установлен провод в нагревательном сосуде, или т.п., и поэтому давление в сосуде снижается. Чтобы предотвратить это, в сосуд вводят смешанный газ для поддержания давления постоянным. В ходе снижения температуры (диапазон температур от примерно 800^оС до примерно 300^оС) непосредственно после термообработки, показанной на Фиг.9А, смешанный газ вводят в сосуд для восполнения снижения давления, вызванного снижением температуры, как показано на Фиг.9В, с целью регулирования скорости снижения давления. Другими словами, давление газа также начинает резко снижаться с учетом уравнения состояния газа из-за уменьшения температуры в ходе такого снижения температуры, и поэтому снижение давления нужно замедлить путем введения смешанного газа. При температуре в диапазоне не выше 300^оС давление в проводе является уже достаточно низким, так как температура низка по сравнению со случаем от примерно 800^оС до примерно 300^оС. Поэтому пузырчатость на проводе не возникает даже в том случае, когда скорость снижения давления не регулируется.

Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что диапазон скоростей снижения давления, необходимых для предотвращения возникновения пузырчатости на оксидном сверхпроводящем проводе, варьируется с изменением отношения площади металлической части к площади оксидного сверхпроводника в поперечном сечении провода (доли серебра) после термообработки. Другими словами, скорость снижения давления в ходе снижения температуры (в диапазоне температур от 800^оС до 300^оС) непосредственно после термообработки не превышает 0,05 МПа/мин, если доля серебра составляет 1,5, при этом скорость снижения давления в ходе снижения температуры (в диапазоне температур от 800^оС до 300^оС) непосредственно после термообработки не превышает 0,03 МПа/мин, если доля серебра составляет 3,0.

Хотя способ изготовления оксидного сверхпроводящего провода, имеющего фазу Bi2223, путем горячего изостатического прессования изложен со ссылкой на этот вариант осуществления, настоящее изобретение может быть также осуществлено с помощью иного способа прессования, а не горячего изостатического прессования, при условии, что это - способ выполнения термообработки в атмосфере повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа. Помимо этого, настоящее изобретение также применимо к способу изготовления оксидного сверхпроводящего провода, имеющего другой состав, такой как состав на основе иттрия, а не состав на основе висмута.

Второй вариант осуществления

Фиг.10А представляет собой график, показывающий толщины оксидных сверхпроводящих проводов, не имеющих поверхностных пор, перед термообработкой и после термообработки в атмосфере повышенного давления. Фиг.10В представляет собой график, показывающий толщины оксидных сверхпроводящих проводов, имеющих поверхностные поры. Условиями термообработки согласно Фиг.10А и 10В являются: совокупное давление - 20 МПа, парциальное давление кислорода - 0,008 МПа, температура - 825^оС в некоторой атмосфере, и длительность термообработки - 50 часов.

Обращаясь к Фиг.10А, толщина каждого оксидного сверхпроводящего провода, не имеющего поверхностных пор, снизилась после термообработки на величину примерно от 0,006 мм до 0,01 мм. Это обусловлено тем, что число зазоров между оксидными сверхпроводящими кристаллами уменьшилось, и поэтому исключено появление пузырчатости на оксидном сверхпроводящем проводе благодаря термообработке в атмосфере повышенного давления с совокупным давлением 20 МПа. Обращаясь к Фиг.10В, с другой стороны, толщина в каждом оксидном сверхпроводящем проводе, имеющем поверхностные поры, снизилась после термообработки только на величину примерно от 0,002 мм до 0,005 мм, и при этом снижение числа зазоров между оксидными сверхпроводящими кристаллами и подавление пузырчатости оксидного сверхпроводящего провода обеспечены в недостаточной степени. Помимо этого, толщина одного участка (участка А) провода, имеющего «заключенные» (закрытые) поверхностные поры, после термообработки увеличилась по сравнению с толщиной перед термообработкой.

Таким образом, было установлено, что формирование зазоров и пузырчатостей может быть эффективно подавлено путем термообработки в предложенном диапазоне давлений (по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа) согласно первому варианту осуществления в том случае, когда поверхностные поры отсутствуют, в то время как формирование зазоров и пузырчатостей невозможно в достаточной степени подавить просто путем термообработки в предложенном диапазоне давлений согласно первому варианту осуществления в том случае, когда поверхностные поры присутствуют.

В ходе термообработки в атмосфере повышенного давления согласно настоящему изобретению пластическая деформация и деформация ползучести сверхпроводящих кристаллов, сформированных в ходе термообработки, вызваны большим давлением снаружи провода, составляющим по меньшей мере 1 МПа, в результате чего подавляются формируемые при термообработке зазоры между оксидными сверхпроводящими кристаллами. Помимо этого, расширение газа в зазорах порошка оксидных сверхпроводящих кристаллов, сформировавшихся в ходе термообработки, и газа, присутствующего за счет адгезии на порошке оксидных сверхпроводящих кристаллов, сформировавшихся в ходе термообработки, может быть исключено в ходе термообработки вследствие давления снаружи металлической трубки, в результате чего предотвращается появление пузырчатости на оксидном сверхпроводящем проводе. Вследствие этого, предотвращается снижение критической плотности тока, обусловленное зазорами или пузырчатостями.

В проводе, имеющем поверхностные поры, создающий повышенное давление газ просачивается в провод через эти поверхностные поры несмотря на термообработку в вышеупомянутой атмосфере повышенного давления, и поэтому не остается разницы между внутренним и внешним давлениями провода, и при этом формирование зазоров и пузырчатости подавляются за счет повышенного давления не в достаточной степени. Вследствие этого, снижается эффект предотвращения уменьшения критической плотности тока.

Авторы настоящего изобретения выполнили углубленные исследования по выработке методик, способных в достаточной степени подавить формирование зазоров и пузырчатостей при формовании провода, не имеющего поверхностных пор перед термообработкой.

Согласно первой методике, толщина наружного слоя оболочки оксидного сверхпроводящего провода устанавливают на уровне по меньшей мере 20 мкм после прокатки (стадия S3 или S5) и перед термообработкой (стадия S4 или стадия S6) на Фиг.3.

Согласно второй методике, шероховатость Ry поверхности тех частей валков, которые используются для выполнения показанной на Фиг.3 прокатки (стадия S3 или S5) и контактируют с проводом, устанавливают на уровне не более 320 нм.

Согласно третьей методике, на оксидный сверхпроводящий провод выполняют электроосаждение серебра или серебряного сплава (серебрение) после прокатки (стадия S3 или S5) и перед термообработкой (стадия S4 или S6) на Фиг.3.

Ниже приводится подробное описание этих методик.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что поверхностные поры не формируются при прокатке (стадия S3 или S5) в том случае, когда толщина W наружного слоя оболочки оксидного сверхпроводящего провода установлена на уровне по меньшей мере 20 мкм на каждом участке после прокатки (стадия S3 или S5) и перед термообработкой (стадия S4 или S6) на Фиг.3, как в первой методике.

Фиг.11 представляет собой частичный местный вид в перспективе, показывающий строение оксидного сверхпроводящего провода, имеющего поверхностные поры.

Толщина W наружного слоя оболочки обозначает расстояние W между волокнами 2 оксидного сверхпроводника, расположенными на наружном периферийном участке в сечении провода 1, и наружной поверхностью провода 1 после прокатки, как показано на Фиг.11. Когда толщина W наружного слоя оболочки была установлена на уровне по меньшей мере 20 мкм, никаких поверхностных пор 14 сформировано не было, предположительно - по следующим причинам.

Поверхностные поры 14 образуются в основном отверстиями, проникающими снаружи в волокна 2 оксидного сверхпроводника, когда поверхности провода 1 придается шероховатость вследствие трения между проводом 1 и прижимными валками. Однако, когда оксидный сверхпроводящий провод 1 был прокатан таким образом, что толщина W наружного слоя оболочки составила по меньшей мере 20 мкм на каждом участке после прокатки, какие бы то ни было поверхностные поры 14, проникающие снаружи в волокна 2 оксидного сверхпроводника, сформированы не были. Строение, показанное на Фиг.11, является по существу идентичным со строением, показанным на Фиг.2, за исключением вышеупомянутого момента, и поэтому одинаковые элементы обозначены теми же самыми ссылочными номерами позиций, а излишнее описание не повторяется.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что провод, не имеющий поверхностных пор 14, получается перед термообработкой в том случае, если вышеупомянутые вторая и третья методики применяются также, когда толщина W наружного слоя оболочки прокатанного оксидного сверхпроводящего провода составляет менее 20 мкм, и формирование зазоров и пузырчатости при этом подавляется путем термообработки в атмосфере повышенного давления, и одновременно эффективным образом предотвращается уменьшение критической плотности тока.

Фиг.12 представляет собой схематический вид в сечении, поясняющий способ прокатки в соответствии со вторым вариантом осуществления.

Обращаясь к Фиг.12, прокатка представляет собой способ обработки путем пропускания материала типа пластин или прутков через множество (обычно два) вращающихся валков 15 для уменьшения его толщины или площади сечения, при этом формируя сечение нужной формы. При прокатке оксидный сверхпроводящий провод 1 втягивают в раствор между множеством валков 15 за счет силы трения о валки 15 и деформируют сжимающим усилием, развиваемым поверхностями 15а валков 15.

Согласно второй методике, валки 15, имеющие шероховатость Ry поверхности не более 320 нм на поверхностях 15а, контактирующих с проводом 1, используются, по меньшей мере, либо при первичной прокатке (стадия S3), либо при вторичной прокатке (стадия S5), показанных на Фиг.3.

Иными словами, трение между проводом 1 и поверхностями 15а валков 15 уменьшается в такой степени, что поверхность провода 1 по существу не приобретает шероховатости, и провод 1, не имеющий поверхностных пор, получают независимо от толщины наружного слоя оболочки провода 1 в том случае, если шероховатость Ry поверхностей 15а используемых при прокатке валков 15 не превышает 320 нм. Поэтому создающий повышенное давление газ не просачивается в провод 1 через поверхностные поры на стадии термообработки. Таким образом, формирование зазоров и пузырчатостей на упомянутой стадии выполнения термообработки в атмосфере повышенного давления подавляется независимо от толщины W наружного слоя оболочки провода 1, и эффективным образом предотвращается уменьшение критической плотности тока.

Фиг.13 представляет собой технологическую схему, показывающую другие стадии изготовления оксидного сверхпроводящего провода.

Согласно третьей методике, после прокатки (стадия S3 или S5) и перед термообработкой (стадия S4 или S6) на поверхность провода выполняют электроосаждение (стадия S11 или S12) серебра или серебряного сплава, как показано на Фиг.13. Этот способ по существу идентичен способу по Фиг.3, за тем исключением, что дополнительно выполняют электроосаждение (стадия S11 или S12), и поэтому соответствующие стадии обозначены соответствующими ссылочными номерами, а излишнее описание не повторяется.

Фиг.14 представляет собой частичный местный вид в перспективе, схематически показывающий строение оксидного сверхпроводящего провода после стадии электроосаждения серебра или серебряного сплава на проводе.

Обращаясь к Фиг.14, наружная периферия оболочки 3 была покрыта путем электроосаждения серебра или серебряного сплава 16, посредством чего открывающиеся наружу поверхностные поры 14 были блокированы серебром или серебряным сплавом 16. В остальном строение по существу одинаково со строением согласно Фиг.2, и поэтому одинаковые элементы обозначены теми же ссылочными номерами позиций, а излишнее описание не повторяется.

В целом, долю серебра в оксидном сверхпроводящем проводе 1 минимизируют в целях повышения величины тока сверхпроводимости, передаваемого из расчета на единицу площади. В проводе 1, имеющем небольшую долю серебра, однако, доля металлической части является настолько небольшой, что толщина W наружного слоя оболочки не может быть увеличена. Поэтому толщина наружного слоя оболочки провода 1, имеющего небольшую долю серебра, составляет менее 20 мкм, и поверхностные поры 14 легко формируются в ходе обработки (например, прокаткой) перед стадией термообработки. В проводе 1, имеющем поверхностные поры 14, формирование зазоров и пузырчатостей не в достаточной степени подавляется за счет повышенного давления, как упоминалось выше. Поэтому эффект предотвращения уменьшения критической плотности тока снижается. Когда перед стадией термообработки поверхность провода 1 выполняют электроосаждение серебра или серебряного сплава 16, поверхностные поры 14 блокируются этим серебром или серебряным сплавом 16, и исчезают с поверхности. Поэтому стадию термообработки выполняют уже после исчезновения поверхностных пор 14 с провода 1, и посредством чего создающий повышенное давление газ не просачивается в провод 1 через поверхностные поры 14 на стадии термообработки. Таким образом, формирование зазоров и пузырчатостей подавляется в ходе вышеупомянутой стадии выполнения термообработки в атмосфере повышенного давления независимо от значения толщины W наружного слоя оболочки провода 1 и значения шероховатости Ry поверхности используемых для прокатки валков 15, и уменьшение критической плотности тока эффективно предотвращается.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что формирование зазоров и пузырчатостей подавляется (плотность после спекания улучшается) также и в проводе 1, имеющем поверхностные поры 14, и уменьшение критической плотности тока эффективно предотвращается, когда используется описываемые ниже четвертая методика или пятая методика. Согласно четвертой методике, давление регулируют для его ступенчатого повышения вслед за подъемом температуры при повышении температуры перед термообработкой в ходе, по меньшей мере, либо первой термообработки (стадия S4), либо второй термообработки (стадия S6), показанных на Фиг.3. Согласно пятой методике, совокупное давление атмосферы регулируют для его повышения со скоростью по меньшей мере 0,05 МПа/мин при повышении температуры перед термообработкой в ходе, по меньшей мере, либо первой термообработки (стадия S4), либо второй термообработки (стадия S6), показанных на Фиг.3. В ходе термообработки совокупное давление атмосферы регулируют для его непрерывного повышения. При понижении температуры непосредственно после термообработки также выполняют регулирование для восполнения снижения давления (для подъема давления), вызванного снижением температуры. Сначала описывается четвертая методика.

Фиг.15 представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между температурами и давлениями в ходе термообработки и временем согласно четвертой методике второго варианта осуществления.

Обращаясь к Фиг.15, термообработку выполняют при условиях в виде температуры термообработки 800^оС и давления 20 МПа. При этом давление регулируют для его ступенчатого повышения вслед за подъемом температуры. Иными словами, давление регулируют для повторения процесса повышения давления после выдерживания заданного давления в течение постоянного времени и выдерживания повышенного давления в течение постоянного времени снова при повышении давления. В частности, в процессе повышения давления давление поддерживают на уровне примерно 7 МПа, примерно 10 МПа, примерно 12,5 МПа, примерно 15 МПа и примерно 17 МПа в течение постоянного времени. Временной интервал для повышения давления после его выдерживания в течение постоянного времени определяют на основе измеренного значения температуры в атмосфере. Иными словами, давление регулируют таким образом, что давление повышается до примерно 7 МПа при комнатной температуре, давление повышается до примерно 10 МПа, когда температура достигает примерно 400^оС, давление повышается до примерно 12,5 МПа, когда температура достигает 500^оС, давление повышается до примерно 15 МПа, когда температура достигает 600^оС, и давление повышается до примерно 17 МПа, когда температура достигает 700^оС. В целях формирования стабильной оксидной сверхпроводящей фазы, парциальное давление кислорода постоянно регулируют в диапазоне от 0,003 до 0,008 МПа.

В проводах, имеющих поверхностные поры, через эти поверхностные поры в провод просачивается создающий повышенное давление газ, когда стадию выполнения термообработки в атмосфере повышенного давления проводят с помощью общего способа повышения давления, и поэтому разница между внутренним и внешним давлениями провода исчезает, и эффект предотвращения уменьшения критической плотности тока, возникающий в результате наличия зазоров и пузырчатостей, за счет повышения давления является небольшим. Однако, когда давление регулируют для его ступенчатого повышения вслед за подъемом температуры согласно четвертой методике, то внешнее давление увеличивается до того, как создающий повышенное давление газ просачивается в провод через поверхностные поры. В силу этого возникает разница между внутренним и внешним давлениями провода, так что образование зазоров и пузырчатостей подавляется (улучшается плотность после спекания), и эффективно предотвращается снижение критической плотности тока независимо от наличия или отсутствия поверхностных пор в проводе перед стадией термообработки.

Кроме того, образование зазоров и пузырчатостей в проводе может быть подавлено еще более эффективно путем комбинирования следующей методики с вышеупомянутыми методиками с первой по четвертую. Ниже приводится описание этой методики.

Согласно этой методике, скорость снижения давления (скорость декомпрессии) по совокупному давлению в атмосфере повышенного давления регулируют на уровне ниже постоянной скорости в ходе, по меньшей мере, либо первой термообработки (стадия S4), либо второй термообработки (стадия S6), показанных на Фиг.3, если температура атмосферы составляет по меньшей мере 200^оС на стадии термообработки.

Фиг.16А представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между температурой на стадии термообработки и временем в том случае, когда доля серебра во втором варианте осуществления настоящего изобретения составляет 1,5. Фиг.16В представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между давлением на стадии термообработки и временем в том случае, когда доля серебра во втором варианте осуществления настоящего изобретения составляет 1,5. Фиг.16С представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между концентрацией кислорода на стадии термообработки и временем в том случае, когда доля серебра во втором варианте осуществления настоящего изобретения составляет 1,5. Фиг.16D представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между парциальным давлением кислорода на стадии термообработки и временем в том случае, когда доля серебра во втором варианте осуществления настоящего изобретения составляет 1,5.

Обращаясь к Фиг.16А-16D, давление регулируют для его постепенного повышения вслед за подъемом температуры в атмосфере при повышении температуры перед термообработкой, аналогично вышеупомянутой четвертой методике. Хотя давление, как было видно, не поддерживается на заданном уровне в течение постоянного времени на Фиг.16В, масштаб истекшего времени на Фиг.16В настолько превышает масштаб на Фиг.15, что участок поддержания давления выглядит отсутствующим, и давление практически удерживается на заданном уровне в течение постоянного времени, аналогично случаю, показываемому на Фиг.15. Температура и давление заданы соответственно на уровне 815^оС и 20 МПа на этой стадии повышения температуры, и в этом состоянии термообработку выполняют в течении 50 часов. При повышении температуры перед термообработкой и в ходе термообработки скорость снижения давления по совокупному давлению в атмосфере повышенного давления регулируют на уровне не более 0,05 МПа/мин, если температура атмосферы составляет по меньшей мере 200^оС. После термообработки температуру снижают со скоростью 50^оС/час. Также после термообработки скорость снижения давления по совокупному давлению в атмосфере повышенного давления регулируют на уровне не более 0,05 МПа/мин, если температура атмосферы составляет по меньшей мере 200^оС. Если скорость снижения температуры после термообработки составляет 50^оС/час, то естественная скорость снижения давления вслед за снижением температуры постоянно составляет не более 0,05 МПа/мин, и поэтому скорость снижения давления можно и не регулировать. Помимо этого, концентрацию кислорода поддерживают на уровне 0,04% перед термообработкой, в ходе термообработки и после термообработки. Таким образом, парциальное давление кислорода постоянно находится в диапазоне от 0,003 до 0,008 МПа, и поэтому может быть образована стабильная оксидная сверхпроводящая фаза.

Если нагревательный сосуд подвергают резкому снижению давления, когда температура в атмосфере составляет по меньшей мере 200^оС, то внутреннее давление провода повышается по сравнению с внешним давлением, и на проводе появляется пузырчатость. Когда скорость снижения давления по совокупному давлению в атмосфере повышенного давления регулируют до значения ниже постоянного уровня, то по этой причине эффект предотвращения появления пузырчатости на проводе в результате резкого снижения давления в ходе термообработки (перед термообработкой, в ходе термообработки и после термообработки) становится более выраженным.

Что касается провода с долей серебра в 3,0, то скорость снижения давления регулируют на уровне не более 0,03 МПа/мин, когда температура атмосферы составляет по меньшей мере 200^оС.

Ниже приводится описание пятой методики. Согласно пятой методике, совокупное давление атмосферы регулируют для его постоянного повышения со скоростью по меньшей мере 0,05 МПа/мин при подъеме температуры в ходе, по меньшей мере, либо первой термообработки (стадия S4), либо второй термообработки (стадия S6), показанных на Фиг.3. В ходе термообработки совокупное давление атмосферы регулируют для его непрерывного повышения. При снижении температуры непосредственно после термообработки также выполняют регулирование для восполнения снижения давления (для подъема давления), происходящего в результате снижения температуры.

Фиг.17 представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между температурами и давлениями на стадии термообработки и временем согласно пятой методике второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Обращаясь к Фиг.17, давление медленно повышают согласно уравнению состояния газа при повышении температуры перед термообработкой, если температура атмосферы составляет не более, например, 700^оС. Когда температура превысит 700^оС, то давление атмосферы повысится до примерно 10 МПа. При этом давление атмосферы повышается за один ход со скоростью повышения давления, составляющей по меньшей мере 0,05 МПа/мин.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что скорость повышения давления газа, просачивающегося в провод через поверхностные поры, составляет менее примерно 0,05 МПа/мин, когда оксидный сверхпроводящий провод с поверхностными порами подвергается термообработке в атмосфере повышенного давления. Поэтому давление атмосферы может постоянно поддерживаться более высоким, чем внутреннее давление в проводе при повышении температуры перед термообработкой путем регулирования совокупного давления атмосферы для его непрерывного повышения со скоростью по меньшей мере 0,05 МПа/мин при повышении температуры перед термообработкой.

После этого, в ходе термообработки температуру поддерживают на уровне, например, 830^оС. С другой стороны, давление атмосферы непрерывно повышают. В то время как скорость повышения давления в ходе термообработки предпочтительно максимизируют, совокупное давление превышает 50 МПа, если эта скорость слишком высока, и поэтому давление необходимо постоянно повышать с такой надлежащей скоростью повышения давления, чтобы совокупное давление в ходе термообработки не превышало 50 МПа. Обращаясь к Фиг.17, давление повышают до примерно 30 МПа. Поэтому момент времени с уравновешиванием внутреннего давления провода и давления атмосферы друг с другом может быть задержан (отложен) с момента времени t₁ до момента времени t₂ по сравнению со случаем поддерживания давления постоянным в ходе термообработки. Таким образом, состояние, в котором давление атмосферы является более высоким, чем внутреннее давление в проводе, может поддерживаться при термообработке в течение более длительного периода времени.

Затем в ходе снижения температуры непосредственно после термообработки давление также начинает снижаться вместе со снижением температуры атмосферы согласно уравнению состояния газа. В это время давление регулируют так, чтобы восполнить (компенсировать) снижение давления в результате снижения температуры (для подъема давления). Чтобы образовалась стабильная оксидная сверхпроводящая фаза, парциальное давление кислорода регулируют так, чтобы оно постоянно находилось в диапазоне от 0,003 до 0,008 МПа.

Согласно пятой методике, давление в атмосфере превышает внутреннее давление провода при повышении температуры перед термообработкой, в результате чего к проводу может быть приложено сжимающее усилие. Более того, состояние, в котором давление атмосферы выше внутреннего давления провода, может поддерживаться в течение более длительного периода времени в ходе термообработки. Вследствие этого, образование зазоров и пузырчатостей подавляется в ходе повышения температуры перед термообработкой и в ходе самой термообработки, и поэтому снижение критической плотности тока может быть эффективно подавлено за счет термообработки в атмосфере повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа или менее 50 МПа.

Хотя выше со ссылкой на этот вариант осуществления был описан случай с выполнением стадии электроосаждения серебра или серебряного сплава на проводе, настоящее изобретения может быть также осуществлено с использованием, например, напыления, при условии нанесения серебра или серебряного сплава на провод на этой стадии. В дополнение к этому, хотя Фиг.15 и 16А-16D показывают конкретные условия регулирования температур, давлений, концентраций кислорода и парциальных давлений кислорода, настоящее изобретение не ограничивается этими условиями, и давление может регулироваться для ступенчатого его повышения вслед за повышением температуры, а скорость снижения давления по совокупному давлению в атмосфере повышенного давления может регулироваться на уровне не более 0,05 МПа/мин, когда температура в атмосфере составляет по меньшей мере 200^оС.

Формирование поверхностных пор может быть предотвращено, или же может быть эффективно подавлено формирование зазоров и пузырчатостей при формировании поверхностных пор, за счет комбинирования методик с первой по пятую этого варианта осуществления с условиями термообработки согласно первому варианту осуществления.

Формирование зазоров и пузырчатостей в проводе может быть эффективно подавлено путем надлежащего комбинирования методик с первой по пятую этого варианта осуществления.

Хотя пятая методика этого варианта осуществления была описана со ссылкой на случай проведения регулирования для компенсации снижения давления (для подъема давления), происходящего в результате снижения температуры непосредственно после термообработки, настоящее изобретение также не ограничивается этим случаем, и давление в атмосфере может регулироваться для его с непрерывного повышения, по меньшей мере - в ходе термообработки.

Третий вариант осуществления

С целью улучшения критической плотности тока оксидного сверхпроводящего провода, авторы настоящего изобретения провели углубленное исследование в отношении оптимального парциального давления кислорода в ходе повышения температуры перед термообработкой и в ходе самой термообработки. Таким образом были получены результаты, представленные на Фиг.18.

Фиг.18 представляет собой диаграмму, показывающую оптимальную комбинацию температуры и парциального давления кислорода в ходе термообработки.

Обращаясь к Фиг.18, видно, что стабильная оксидная сверхпроводящая фаза образуется, а критическая плотность тока улучшается в диапазоне температур по меньшей мере 815^оС и не более 825^оС при парциальном давлении кислорода, например, 0,007 МПа. Хотя это и не показано на данной фигуре, но нужно отметить, что стабильная оксидная сверхпроводящая фаза образуется, а критическая плотность тока улучшается в диапазоне температур, составляющих по меньшей мере 750^оС и не более 800^оС, предпочтительно - в диапазоне температур по меньшей мере 770^оС и не более 800^оС, когда парциальное давление кислорода составляет 0,003 МПа. Когда парциальное давление кислорода составляет 0,02 МПа, стабильная оксидная сверхпроводящая фаза образуется, а критическая плотность тока улучшается в диапазоне температур по меньшей мере 820^оС и не более 850^оС, предпочтительно - в диапазоне температур по меньшей мере 830^оС и не более 845^оС. Также было установлено, что парциальное давление кислорода необходимо регулировать в диапазоне по меньшей мере 0,00005 МПа и не более 0,02 МПа, когда температура составляет не более 650^оС.

Исходя из вышеупомянутого соотношения между температурой и парциальным давлением кислорода, оптимальное значение парциального давления кислорода для образования оксидной сверхпроводящей фазы повышается вслед за подъемом температуры. Поэтому парциальное давление кислорода может быть задано в оптимальном диапазоне для образования оксидной сверхпроводящей фазы путем регулирования парциального давления кислорода для его повышения вслед за подъемом температуры в атмосфере. Таким образом, образуется стабильная оксидная сверхпроводящая фаза, и критическая плотность тока может быть улучшена.

Когда провод выдерживают при постоянной температуре в ходе термообработки, нередко возникают колебания (флуктуации) температуры (погрешность) в несколько °С (градусов Цельсия). Учитывая соотношение между этими колебаниями температуры и оптимальным диапазоном парциального давления кислорода, оптимальное парциальное давление кислорода составляет по меньшей мере 0,006 МПа и не более 0,01 МПа, когда провод выдерживают при температуре, например, 822,5^оС, в то время как оптимальное парциальное давление кислорода составляет по меньшей мере 0,07 МПа и не более 0,011 МПа, когда температура колеблется вокруг 825^оС. Когда температура колеблется вокруг 820^оС, оптимальное парциальное давление кислорода составляет по меньшей мере 0,005 МПа и не более 0,009 МПа. Поэтому парциальное давление кислорода может регулироваться так, чтобы быть постоянным в диапазоне этих колебаний (заштрихованный участок на Фиг.18), составляющих по меньшей мере 0,007 МПа и не более 0,009 МПа, когда провод выдерживается при 822,5^оС, чтобы постоянно обеспечивать оптимальное парциальное давление кислорода несмотря на такие колебания температуры.

Этот диапазон колебаний парциального давления кислорода составляет примерно 10% от значения парциального давления кислорода. Поэтому парциальное давление кислорода во время термообработки регулируют таким, чтобы оно было постоянным в диапазоне колебаний в пределах 10%, так что парциальное давление кислорода может быть задано в оптимальном диапазоне парциального давления кислорода несмотря на колебания температуры, в результате чего образуется стабильная оксидная сверхпроводящая фаза, и может быть улучшена критическая плотность тока.

Хотя со ссылкой на этот вариант осуществления был описан приводимый в качестве примера диапазон парциального давления кислорода в ходе повышения температуры перед термообработкой и в ходе самой термообработки, настоящее изобретение не ограничивается случаем регулирования парциального давления кислорода в этом диапазоне числовых значений, и парциальное давление кислорода может регулироваться для его повышения вслед за подъемом температуры в атмосфере.

Четвертый вариант осуществления

С целью еще большего улучшения критической плотности тока оксидного сверхпроводящего провода, авторы настоящего изобретения регулировали скорость снижения давления по совокупному давлению в ходе термообработки на уровне 0,05 МПа/мин, а также провели углубленное исследование соотношения между значением совокупного давления и пузырчатостью на проводе.

Был приготовлен порошок исходного материала с составом, имеющим соотношения Bi:Pb:Sr:Ca:Cu = 1,82:0,33:1,92:2,01:3,02. Этот порошок исходного материала был подвергнут термообработке при 750^оС в течение 10 часов, а затем - термообработке при 800^оС в течение 8 часов. После этого порошок, полученный путем измельчения (термообработанного материала) в порошок, был подвергнут термообработке при 850^оС в течение 4 часов, а затем снова измельчен. Полученный после измельчения порошок был подвергнут термообработке в условиях пониженного давления, а затем был загружен в металлическую трубку из серебра с наружным диаметром 36 мм и внутренним диаметром 31 мм. Затем эту металлическую трубку с загруженным в нее порошком подвергли волочению (вытягиванию) в провод. Далее, тянутые провода в количестве 61 были свернуты в жгут и вставлены в металлическую трубку с наружным диаметром 36 мм и внутренним диаметром 31 мм. Затем были выполнены волочение в провод и первичная прокатка для получения лентовидного сверхпроводящего провода, имеющего фазу Bi2223, толщиной 0,25 мм и шириной 3,6 мм. Затем на этом проводе была выполнена первая термообработка.

Первая термообработка была выполнена в атмосфере при температуре термообработки 842^оС и в течение времени термообработки 50 часов. Затем после выполнения вторичной прокатки была выполнена вторая термообработка. Вторая термообработка была выполнена при задании парциального давления кислорода на уровне 0,008 МПа, температуры термообработки - на уровне 825^оС, а времени термообработки - на уровне 50 часов, с регулированием скорости снижения давления по совокупному давлению в ходе термообработки на уровне не более 0,05 МПа/мин и варьированием совокупного давления так, как показано Таблице 1. После второй термообработки изучали присутствие/отсутствие пузырчатостей. В Таблице 1 приведены результаты по совокупным давлениям и присутствию/отсутствию пузырчатостей в проводе.

Таблица 1Совокупное давление (МПа)Расширение провода0,1Нет0,2Нет0,3Нет0,4Нет0,5Нет0,8Нет1,0Да2,0Да3,0Да5,0Да10,0Да20,0Да30,0Да

Согласно результатам, представленным в Таблице 1, на проводе появляется пузырчатость, когда совокупное давление составляет по меньшей мере 1 МПа. Таким образом, скорость снижения давления в атмосфере повышенного давления нужно регулировать на уровне не более 0,05 МПа/мин, когда совокупное давление составляет по меньшей мере 1 МПа, с тем, чтобы подавить появление пузырчатости на проводе.

Затем температура термообработки для второй термообработки была задана на уровне 500^оС для аналогичного изучения присутствия/отсутствия пузырчатостей на проводе. Таблица 2 показывает совокупные давления и присутствие/отсутствие пузырчатостей на проводе.

Таблица 2Совокупное давление (МПа)Расширение провода0,1Нет0,2Нет0,3Нет0,4Нет0,5Нет0,8Нет1,0Да2,0Да3,0Да5,0Да10,0Да20,0Да30,0Да

Согласно результатам, представленным в Таблице 2, на проводе появляется пузырчатость, когда совокупное давление составляет по меньшей мере 1 МПа, также в том случае, когда температура термообработки составляет 500^оС. Таким образом, скорость снижения давления в атмосфере повышенного давления нужно регулировать на уровне не более 0,05 МПа/мин, когда совокупное давление составляет по меньшей мере 1 МПа и когда температура термообработки составляет 500^оС, с тем, чтобы подавить появление пузырчатости на проводе.

Пятый вариант осуществления

Фиг.19 представляет собой вид в сечении, схематически показывающий строение оксидного сверхпроводящего провода, имеющего оставшиеся в нем зазоры.

Обращаясь к Фиг.19, зазоры, удлиненные в продольном направлении (поперечное направление на Фиг.19), по существу исчезают, в то время как зазоры 20, проходящие перпендикулярно к продольному направлению, в некоторой степени остаются в волокне 2 оксидного сверхпроводящего провода 1 после термообработки в атмосфере повышенного давления, имеющей совокупное давление, составляющее по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа. Фиг.19 показывает одноволоконный оксидный сверхпроводящий провод, имеющий одно единственное волокно сверхпроводника.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что число зазоров 20, проходящих перпендикулярно к продольному направлению оксидного сверхпроводящего провода 1, трудно снизить за счет термообработки в атмосфере повышенного давления. Это, предположительно, происходит по следующей причине. В атмосфере повышенного давления давление эквивалентно прикладывается ко всем поверхностям оксидного сверхпроводящего провода. Оксидные сверхпроводящие кристаллы под воздействием этого давления претерпевают деформацию ползучести со стягиванием зазоров, присутствующих на переходной границе раздела между кристаллами. Таким образом, сокращается число зазоров, сформированных между оксидными сверхпроводящими кристаллами. Однако оксидный сверхпроводящий провод 1 имеет форму, удлиненную в продольном направлении, и поэтому усилие по существу не передается в продольном направлении, и провод 1 по существу не сжимается в продольном направлении. Вследствие этого, число зазоров 20, проходящих перпендикулярно к продольному направлению оксидного сверхпроводящего провода 1, по существу не уменьшается за счет термообработки в атмосфере повышенного давления.

Зазоры 20, проходящие перпендикулярно к продольному направлению оксидного сверхпроводящего провода 1 и блокирующие ток в волокне сверхпроводника, являются одним из факторов, уменьшающих критическую плотность тока оксидного сверхпроводящего провода 1. Поэтому, когда формирование зазоров 20 подавлено, критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода 1 может быть улучшена в еще большей степени.

Соответственно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что формирование зазоров, проходящих перпендикулярно к продольному направлению оксидного сверхпроводящего провода, может быть подавлено перед термообработкой, и вследствие этого критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода может быть улучшена путем задания степени обжатия оксидного сверхпроводящего провода на уровне не более 84%, предпочтительно - не более 80%, в ходе первичной прокатки (стадия S5) на Фиг.3. Причины этого поясняются ниже.

Первичная прокатка является стадией, выполняемой для увеличения плотности порошка исходного материала, загруженного в металлическую трубку. По мере того, как увеличивается степень обжатия оксидного сверхпроводящего провода (повышается коэффициент обработки) в ходе первичной прокатки, увеличивается плотность порошка исходного материала, загруженного в металлическую трубку. При увеличении плотности порошка исходного материала плотность сверхпроводящих кристаллов, формируемых при последующей термообработке (стадия S4 и стадия S5), увеличивается, что улучшает критическую плотность тока оксидного сверхпроводящего провода.

Однако, когда степень обжатия оксидного сверхпроводящего провода в ходе первичной прокатки увеличивается, могут быть выделены следующие три явления, возникающие в силу увеличенного коэффициента обработки. Первое явление заключается в том, что в порошке исходного материала формируются зазоры (трещины). Во-вторых, легко возникает явление «колбасовидного» утолщения, что делает форму волокна в оксидном сверхпроводящем проводе неединообразной в продольном направлении. В-третьих, часть волокна сверхпроводника, имеющая локально увеличенную площадь сечения из-за колбасовидного утолщения, легко входит в другое волокно сверхпроводника, что вызывает образование перемычек. Все эти явления могут служить факторами, уменьшающими критическую плотность тока оксидного сверхпроводящего провода.

Поэтому первичную прокатку необходимо выполнять со степенью обжатия, увеличивающей плотность порошка исходного материала, но без формирования зазоров или т.п. в порошке исходного материала. В случае обычной первичной прокатки оксидный сверхпроводящий провод прокатывали со степенью обжатия, составляющей примерно от 86 до 90%.

Однако, если термообработку выполняют в атмосфере повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа, то эффект сжатия оксидного сверхпроводящего провода обеспечивается также в ходе термообработки. Также, при выполнении первичной прокатки со степенью обжатия не более 84%, порошок исходного материала сжимается за счет последующей термообработки в атмосфере повышенного давления, в результате чего плотность волокна сверхпроводника, образующего оксидный сверхпроводящий провод, может быть впоследствии увеличена. С другой стороны, первичную прокатку выполняют со степенью обжатия не более 84%, и поэтому зазоры по существу не формируются в порошке исходного материала, в результате чего формирование зазоров, проходящих перпендикулярно к продольному направлению оксидного сверхпроводящего провода, может быть подавлено. Помимо этого, первичную прокатку выполняют со степенью обжатия не более 80%, так что в порошке исходного материала не формируются какие бы то ни было зазоры. Критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода в силу изложенных выше причин может быть увеличена.

Фиг.20 представляет собой диаграмму, схематически показывающую соотношение между степенями обжатия и значениями критических плотностей тока в первичной прокатке в оксидных сверхпроводящих проводах.

Обращаясь к Фиг.20, критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода максимизируется в том случае, когда термообработку выполняют в атмосфере, а первичную прокатку выполняют со степенью обжатия примерно 86%. С другой стороны, когда термообработку выполняют в атмосфере повышенного давления согласно настоящему изобретению, критическая плотность тока максимизируется в том случае, когда первичную прокатку выполняют со степенью обжатия примерно 82%. Таким образом, понятно, что степень обжатия в ходе первичной прокатки, оптимальная для увеличения критической плотности тока оксидного сверхпроводящего провода, смещается в сторону более низких значений, когда термообработку выполняют в атмосфере повышенного давления, составляющего по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа.

С целью подтверждения вышеупомянутого эффекта, авторы настоящего изобретения приготовили оксидные сверхпроводящие провода согласно этому варианту осуществления для измерения критических плотностей тока при следующих условиях.

На основе стадий изготовления оксидного сверхпроводящего провода, показанных на Фиг.3, металлические трубки были загружены порошком исходного материала и подвергнуты волочению в провод. Затем с помощью первичной прокатки были получены лентовидные сверхпроводящие провода. Первичную прокатку выполняли с двумя степенями обжатия: 82% и 87%. Кроме того, для первичной прокатки использовали валки диаметром 100 мм и смазочное масло с кинематической вязкостью 10 мм²/с. Затем на этих проводах была выполнена первая термообработка. Первую термообработку выполняли при задании парциального давления кислорода, температуры термообработки и времени термообработки на уровне соответственно 0,008 МПа, 830^оС и 30 часов. Затем была выполнена вторичная прокатка. Вторичную прокатку выполняли со степенью обжатия от 5 до 30% с использованием валков диаметром 300 мм и без смазочного масла. Затем была выполнена вторая термообработка. Вторую термообработку выполняли при задании совокупного давления, парциального давления кислорода, температуры термообработки и времени термообработки на уровне соответственно 25 МПа, 0,008 МПа, 820^оС и 50 часов. После второй термообработки были измерены критические плотности тока полученных оксидных сверхпроводящих проводов.

В результате, оксидный сверхпроводящий провод, подвергнутый первичной прокатке со степенью обжатия в 87%, продемонстрировал критическую плотность тока, равную 30 кА/см². С другой стороны, оксидный сверхпроводящий провод, подвергнутый первичной прокатке со степенью обжатия в 82%, продемонстрировал критическую плотность тока, равную 40 кА/см². Из вышеупомянутых результатов следует, что формирование зазоров, проходящих перпендикулярно к продольному направлению оксидного сверхпроводящего провода, может быть подавлено перед термообработкой, и критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода может быть вследствие этого улучшена при задании степени обжатия оксидного сверхпроводящего провода на уровне не более 84% в ходе первичной прокатки (стадия S5).

Хотя в этом варианте осуществления была указана приводимая в качестве примера кинематическая вязкость смазочного масла и приводимые в качестве примера диаметр используемых для прокатки валков, настоящее изобретение не ограничивается этими условиями прокатки, и степень обжатия провода на стадии прокатки может просто не превышать 84%.

Шестой вариант осуществления

Авторы настоящего изобретения провели также углубленное исследование по установлению того, подавляется ли формирование зазоров и пузырчатостей, и предотвращается ли эффективным образом уменьшение критической плотности тока также в проводе 1, имеющем поверхностные поры 14, в случае использования излагаемой ниже шестой методики. Они также установили, что вспучивание может быть также подавлено при повышении температуры без регулирования температуры в оксидном сверхпроводящем проводе, изготовленном с помощью шестой методики.

Согласно шестой методике, повышение давление начинают после того, как температура атмосферы превысит 400^оС, предпочтительно - 600^оС, при повышении температуры перед термообработкой либо в ходе первой термообработки (стадия S4), либо в ходе второй термообработки (стадия S6), показанных на Фиг.3. Скорость повышения давления предпочтительно устанавливают на уровне по меньшей мере 0,05 МПа/мин, более предпочтительно - по меньшей мере 0,1 МПа/мин.

Фиг.21 представляет собой диаграмму, показывающую приводимое в качестве примера соотношение между температурами, совокупными давлениями и парциальными давлениями кислорода в ходе повышения температуры перед термообработкой и в ходе самой термообработки и временем согласно шестой методике в шестом варианте осуществления настоящего изобретения.

Обращаясь к Фиг.21, температуру атмосферы медленно повышают до 820^оС. Давление атмосферы медленно повышается согласно уравнению состояния газа, когда температура составляет менее 600^оС. Повышение давления начинают после того, как температура атмосферы достигла 600^оС, и повышение давления выполняют до 25 примерно МПа со скоростью повышения давления примерно 0,1 МПа/мин. Парциальное давление кислорода поддерживают в диапазоне по меньшей мере 0,003 МПа и менее 0,02 МПа. При выполнении термообработки в этих условиях может быть дополнительно улучшена критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода. Для подтверждения эффекта вышеупомянутого способа термообработки авторы настоящего изобретения подвергли термообработке оксидные сверхпроводящие провода при различных температурах начала повышения давления согласно описанному ниже и, соответственно, измерили плотности после спекания приготовленных оксидных сверхпроводящих проводов.

Фиг.22 представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между скоростями повышения давления и плотностями после спекания для разных температур начала повышения давления.

Обращаясь к Фиг.22, плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника (оксидного сверхпроводника) составляет примерно от 93% до 96% при скорости повышения давления по меньшей мере 0,05 МПа в случае начала повышения давления, когда температура атмосферы составляет 30^оС. С другой стороны, в случае начала повышения температуры, когда температура атмосферы достигает 400^оС, плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника составляет по меньшей мере 95% при скорости повышения давления по меньшей мере 0,05 МПа/мин. Далее, при начале повышения давления после достижения температурой атмосферы значения 600^оС, плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника составляет по меньшей мере примерно 97% при скорости повышения давления по меньшей мере 0,05 МПа/мин, и плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника составляет по меньшей мере примерно 98% при скорости повышения давления по меньшей мере 0,1 МПа/мин. В дополнение к этому, в обоих случаях начала повышения давления после того, как температура атмосферы достигла 400^оС, и начала повышения давления после того, как температура достигла примерно 600^оС, плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника составляет по меньшей мере примерно 99% при скорости повышения давления по меньшей мере 0,15 МПа/мин.

Плотность после спекания, по-видимому, улучшается при скорости повышения давления по меньшей мере 0,05 МПа/мин, поскольку скорость повышения давления газа, просачивающегося в провод через поверхностные поры, составляет менее примерно 0,05 МПа/мин, и провод повергается воздействию давления со скоростью, более высокой, чем эта скорость просачивания, в результате чего давление в атмосфере может постоянно поддерживаться более высоким, чем внутреннее давление провода. Согласно результатам, представленным на Фиг.12, плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника увеличивается, когда повышение давления начинается после того, как температура атмосферы превысит 400^оС, предпочтительно - 600^оС. Кроме того, из этого следует, что плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника дополнительно увеличивается, когда скорость повышения давления предпочтительно задают на уровне по меньшей мере 0,05 МПа/мин, более предпочтительно - по меньшей мере 0,1 МПа/мин. Это, по-видимому, объясняется следующей причиной.

Фиг.23 является диаграммой, показывающей температурную зависимость 0,2%-ного условного предела текучести серебра.

Обращаясь к Фиг.23, 0,2%-ный условный предел текучести составляет примерно 370 МПа, когда атмосфера находится при комнатной температуре, и уменьшается с повышением температуры атмосферы. В частности, 0,2%-ный условный предел текучести снижается до примерно 50 МПа, когда температура атмосферы достигает 400^оС, и 0,2%-ный условный предел текучести снижается до примерно 25 МПа, когда температура атмосферы достигает 600^оС. Таким образом, 0,2%-ный условный предел текучести серебра снижается до степени, по существу идентичной совокупному давлению (по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа) вышеупомянутой атмосферы повышенного давления, когда температура атмосферы составляет 400^оС. Когда температура атмосферы составляет 600^оС, 0,2%-ный условный предел текучести серебра снижается примерно до половины совокупного давления (по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа) вышеупомянутой атмосферы повышенного давления. Из вышеупомянутой методики следует, что давление прилагается к проводу в состоянии, в котором прочность оболочки снижена. Поэтому оболочка легко сжимается сжимающим усилием, создаваемым повышенным давлением, за счет эффекта, аналогичного эффекту горячей обработки. Вследствие этого, провод сжимается до того, как создающий повышенное давление газ просачивается в провод через поверхностные поры, в результате чего формирование зазоров и пузырчатостей может быть достаточным образом подавлено путем повышения давления для увеличения плотности после спекания волокна оксидного сверхпроводника. Значения 0,2%-ного условного предела текучести, показанные на Фиг.23, были получены путем выполнения испытания на разрыв согласно Промышленным Стандартам Японии (JIS), проведенным на проволоке из чистого серебра диаметром 1,5 мм.

Плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника на Фиг.22 вычисляют по следующему методу. Во-первых, отделяют оксидный сверхпроводящий провод массой 5 г (= М_t (г))_. Затем отделенный оксидный сверхпроводящий провод погружают в спирт для измерения массы (W (г)) провода в спирте, и вычисляют плавучесть, воздействующую на оксидный сверхпроводящий провод. Объем (V_t (см³)) оксидного сверхпроводящего провода вычисляют по известной плотности спирта (ρ = 0,789 (г/см³). В частности, V_t вычисляют с помощью следующих формул (1) и (2), предполагая, что F_t обозначает плавучесть.

F_t = M_t - W ... (1)

V_t = F_t/ρ ... (2)

Затем оксидный сверхпроводящий провод растворяют в азотной кислоте с тем, чтобы подвергнуть раствор изучению методом эмиссионной спектроскопии с индукционно-связанной плазмой (ИСП), тем самым определить количество серебра и вычислить долю (Y) серебра в массе оксидного сверхпроводящего провода. Массу (M_f (г)) волокна оксидного сверхпроводника и массу (M_s (г)) оболочки вычисляют исходя из массы оксидного сверхпроводящего провода по следующим формулам (3) и (4):

M_s = M_t × Y ... (3)

M_f = M_t - M_s ... (4)

Затем объем (V_s (см³)) оболочки вычисляют исходя из известной плотности серебра (10,5 (г/см³)), а исходя из объема оболочки вычисляют объем (V_f (см³)) волокна оксидного сверхпроводника. Далее, исходя из объема волокна оксидного сверхпроводника вычисляют плотность ρ_f волокна оксидного сверхпроводника. В частности ρ_f вычисляют по следующим формулам с (5) по (7):

V_s = M_s/10,5 ... (5)

V_f = V_t - V_s ... (6)

ρ_f = M_f/V_f ... (7)

С другой стороны, в качестве теоретической плотности волокна оксидного сверхпроводника используют значение 6,35 г/см³. Это значение вычислено по следующему методу. Атомные отношения в фазе Bi2223 в волокне оксидного сверхпроводника вычисляют с помощью метода эмиссионной спектроскопии с индукционно-связанной плазмой (ИСП) и метода энергодисперсионного рентгеновского флуоресцентного анализа (EDX). Постоянную кристаллической решетки фазы Bi2223 получают с помощью метода рентгеновского дифракционного анализа для вычисления величин а- и с-осей. Теоретическую плотность вычисляют исходя из этих значений.

Плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника вычисляют по отношению между плотностью волокна оксидного сверхпроводника и теоретической плотностью волокна оксидного сверхпроводника, полученной вышеупомянутым методом. В частности, плотность после спекания вычисляют с помощью следующей формулы (8):

Плотность после спекания (%) = (ρ_f/6,35) × 100 ... (8).

Фиг.24 представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между плотностями после спекания волокон оксидного сверхпроводника и значениями критического тока в оксидных сверхпроводящих проводах.

Обращаясь к Фиг.24, значения критического тока в оксидных сверхпроводящих проводах с плотностями после спекания не более примерно 95% составляют менее 80 А, в то время как значения критического тока в оксидных сверхпроводящих проводах с плотностями после спекания, составляющими, по меньшей мере, примерно 95%, в основном находятся в диапазоне, превышающем 80 А. Значение критического тока получают умножением критической плотности тока на площадь поперечного сечения волокна оксидного сверхпроводника, и поэтому критическая плотность тока пропорциональна значению критического тока. Поэтому критическая плотность тока улучшается в оксидном сверхпроводящем проводе, имеющем высокую плотность после спекания. Это, по-видимому, объясняется большим количеством потоков электрического тока через волокно сверхпроводника, так как в оксидном сверхпроводящем проводе, имеющем высокую плотность после спекания, число зазоров между кристаллами сверхпроводника в волокне является небольшим.

Из вышеупомянутых результатов, показанных на Фиг.22 и Фиг.24, следует, что плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника увеличилась, с улучшением критической плотности тока оксидного сверхпроводящего провода, когда повышение давление начинали после того, как температура атмосферы превысила 400^оС, более предпочтительно - 600^оС, и предпочтительно - со скоростью, составляющей по меньшей мере 0,05 МПа/мин, более предпочтительно - по меньшей мере 0,1 МПа/мин.

Оксидный сверхпроводящий провод, имеющий плотность после спекания по меньшей мере 95%, предпочтительно - по меньшей мере 99%, получают вышеупомянутым способом изготовления. Оксидный сверхпроводящий провод, полученный вышеупомянутым способом изготовления, применяют в сверхпроводящем устройстве, таком как сверхпроводящий кабель, и поэтому жидкий хладагент уже по существу не просачивается в зазоры оксидного сверхпроводника. Также, при нагревании сверхпроводящего устройства от состояния погруженности в жидкий хладагент до комнатной температуры без регулирования температуры, жидкий хладагент по существу не испаряется. Вследствие этого, внутреннее давление оксидного сверхпроводящего провода по существу не повышается, и поэтому в этом сверхпроводящем устройстве, таком как сверхпроводящий кабель, может быть также предотвращено вспучивание.

Для подтверждения вышеупомянутого эффекта авторы настоящего изобретения выполнили следующий эксперимент.

Два типа оксидных сверхпроводящих проводов были приготовлены посредством способа изготовления, показанного на Фиг.3. Первый оксидный сверхпроводящий провод был подвергнут термообработке при температуре 820^оС в течение 50 часов при давлении 30 МПа и парциальном давлении кислорода 0,008 МПа в ходе второй термообработки (стадия S6). В ходе повышения температуры перед второй термообработкой (стадия S6) повышение давления было начато после того, как температура атмосферы достигла 600^оС, с регулированием, по существу аналогичным регулированию совокупного давления, парциального давления кислорода и температуры, показанному на Фиг.21. Второй оксидный сверхпроводящий провод подвергли термообработке при атмосферном давлении в ходе как первой термообработки (стадия S4), так и второй термообработки (стадия S6). Сверхпроводящие кабели 30, подобные тем, которые показаны на Фиг.1А, были приготовлены из оксидных сверхпроводящих проводов этих двух типов, соответственно полученных вышеупомянутыми способами. Соответствующие сверхпроводящие кабели 30 были погружены в жидкий азот на 24 часа и нагреты до комнатной температуры без регулирования скорости повышения температуры. После этого изучили наличие/отсутствие вспучивания. В результате, сверхпроводящий кабель 30, сформированный с оксидным сверхпроводящим проводом, прошедшим термообработку при атмосферном давлении, был вспучен. С другой стороны, сверхпроводящий кабель 30, в котором использовался оксидный сверхпроводящий провод, подвергавшийся при изготовлении регулированию совокупного давления, парциального давления кислорода и температуры, подобного тому, что показано на Фиг.21, не продемонстрировал абсолютно никакого вспучивания. Из этого следует, что в сверхпроводящем кабеле, имеющем оксидный сверхпроводящий провод, изготовленный вышеупомянутым способом, вспучивание может быть предотвращено.

В способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода согласно этому варианту осуществления давление прикладывают к проводу в таком состоянии, в котором 0,2%-ный условный предел текучести оболочки уменьшился до такого уровня, который по существу идентичен совокупному давлению атмосферы повышенного давления в ходе термообработки. Поэтому оболочка легко сжимается сжимающим усилием, вызванным повышенным давлением, из-за эффекта, сходного с горячей обработкой. Поэтому провод сжимается до того, как создающий повышенное давление газ просачивается в провод через поверхностные поры, в результате чего формирование зазоров и пузырчатостей может быть эффективно подавлено путем повышения давления. Вследствие этого, плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника может быть увеличена для улучшения критической плотности тока в оксидном сверхпроводящем проводе.

При вышеупомянутом изготовлении повышение давления предпочтительно начинают после того, как температура атмосферы достигнет 600^оС в ходе повышения температуры перед термообработкой на стадии термообработки.

Таким образом, давление прикладывают к проводу в таком состоянии, в котором 0,2%-ный условный предел текучести оболочки уменьшен до примерно половины совокупного давления атмосферы повышенного давления в ходе термообработки. Поэтому оболочка еще более легко сжимается сжимающим усилием, обусловленным повышением давления. Вследствие этого, плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводящего провода может быть дополнительно увеличена для дальнейшего улучшения критической плотности тока оксидного сверхпроводящего провода.

В вышеупомянутом способе изготовления скорость повышения давления предпочтительно составляет по меньшей мере 0,05 МПа/мин, более предпочтительно - по меньшей мере 0,1 МПа/мин.

Таким образом, плотность после спекания волокна оксидного сверхпроводника может быть дополнительно увеличена для дальнейшего улучшения критической плотности тока оксидного сверхпроводящего провода.

В вышеупомянутом способе изготовления стадию термообработки предпочтительно выполняют в кислородной атмосфере, и парциальное давление кислорода составляет по меньшей мере 0,003 МПа и не более 0,02 МПа.

Таким образом, образуется стабильная оксидная сверхпроводящая фаза, и поэтому может быть улучшена критическая плотность тока. Гетерофаза образуется в том случае, если парциальное давление кислорода превышает 0,02 МПа, в то время как оксидный сверхпроводящий провод по существу не формируется, и критическая плотность тока уменьшается, если парциальное давление кислорода составляет менее 0,003 МПа.

В этом варианте осуществления был изложен способ (способ изготовления оксидного сверхпроводящего провода) улучшения критической плотности тока путем выполнения заданного способа термообработки в ходе, по меньшей мере, либо первой термообработки (стадия S4), либо второй термообработки (стадия S6), показанных на Фиг.3. Однако в дополнение к этому случаю, настоящее изобретение также применимо в качестве стадии термообработки, выполняемой на уже изготовленном оксидном сверхпроводящем проводе (т.е. оксидном сверхпроводящем проводе после завершения стадий S1-S6 на Фиг.3), т.е. в качестве способа переформирования оксидного сверхпроводящего провода. Также, когда термообработку согласно настоящему изобретению применяют в качестве способа переформирования оксидного сверхпроводящего провода, плотность после спекания оксидного сверхпроводника может быть увеличена для улучшения критической плотности тока оксидного сверхпроводящего провода.

В этом варианте осуществления был изложен случай с термообработкой оксидного сверхпроводящего провода, имеющего оболочку из серебра, в атмосфере повышенного давления с совокупным давлением по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа в ходе термообработки и с началом повышения давления после того, как температура атмосферы превысит 400^оС в ходе повышения температуры перед термообработкой на стадии термообработки. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим случаем и применимо в целом к оксидному сверхпроводящему проводу, имеющему конфигурацию, полученную путем покрытия оксидного сверхпроводника металлом. В этом случае термообработку выполняют в атмосфере повышенного давления с совокупным давлением, составляющим в ходе термообработки по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа, а повышение давления начинают с температуры, при которой 0,2%-ный условный предел текучести металла является меньшим, чем совокупное давление (по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа) в ходе термообработки. Таким образом, давление к проводу прикладывают в таком состоянии, в котором 0,2%-ный условный предел текучести металла меньше совокупного давления атмосферы повышенного давления в ходе термообработки, в результате чего выполненная из этого металла часть легко сжимается сжимающим усилием, обусловленным повышением давления. Поэтому плотность после спекания оксидного сверхпроводящего провода может быть увеличена для улучшения критической плотности тока оксидного сверхпроводящего провода по причине, аналогичной той, которая изложена в отношении оксидного сверхпроводящего провода, имеющего оболочку из серебра.

Седьмой вариант осуществления

Оксидный сверхпроводящий провод на основе висмута (Bi) является общеизвестным оксидным сверхпроводящим проводом. Оксидный сверхпроводящий провод на основе висмута может использоваться при температуре жидкого азота и может обеспечивать относительно высокую критическую плотность тока. Помимо этого, ожидается, что такой оксидный сверхпроводящий провод на основе висмута, который может быть относительно легко удлинен, найдет применение в сверхпроводящих кабелях или магнитах. Однако до настоящего времени существовала проблема, которая заключалась в том, что обычный оксидный сверхпроводящий провод на основе висмута непригоден для применения, требующего высоких рабочих характеристик при низкой температуре, в связи с низкой критической плотностью тока (J_c) при низкой температуре, составляющей примерно 20К.

В этом отношении авторы настоящего изобретения обнаружили, что критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода на основе висмута при низкой температуре примерно 20К может быть улучшена путем комбинирования излагаемой ниже методики с упомянутыми выше методиками. Ниже приводится описание этой методики.

Согласно этой методике, провод отжигают в содержащей кислород атмосфере при температуре, составляющей по меньшей мере 100^оС и не более 600^оС, в ходе либо первой термообработки (стадия S4), либо второй термообработки (стадия S6), показанных на Фиг.3.

Фиг.25 представляет собой диаграмму, показывающую приводимое в качестве примера соотношение между температурами, совокупными давлениями и парциальными давлениями кислорода и временем в случае выполнения отжига после термообработки в седьмом варианте осуществления настоящего изобретения.

Обращаясь к Фиг.25, оксидный сверхпроводящий провод выдерживают в течение постоянного времени в состоянии, в котором температура атмосферы составляет 820^оС, а давление составляет 25 МПа, и после этого температуру атмосферы снижают. В это время совокупное давление атмосферы также медленно снижают. Провод выдерживают при постоянной температуре, когда температура и давление атмосферы достигают, соответственно, примерно 300^оС и примерно 16 МПа, и отжигают в течение примерно 30 часов. Одновременно с выдерживанием провода при постоянной температуре, совокупное давление также непрерывно и медленно снижают. Температуру атмосферы снова снижают после завершения отжига. Парциальное давление кислорода составляет примерно 0,008 МПа во время термообработки, и повышается до примерно 0,024 МПа во время отжига. Парциальное давление кислорода снижают вместе с совокупным давлением после отжига.

Для подтверждения эффекта от вышеупомянутого отжига, авторы настоящего изобретения выполнили следующий эксперимент.

Было изучено, насколько сильно значения критического тока при 20К улучшаются в случае выполнения отжига и в случае без выполнения такого отжига на стадиях термообработки. Отжиг выполняли с различными временами отжига и с различными парциальными давлениями кислорода. Таблица 3 показывает средние значения коэффициентов увеличения значений критического тока при 20К по отношению к значениям критического тока при 77К после стадий термообработки для соответствующих образцов. Значения критического тока измеряли в магнитном поле величиной в 3 Т.

Таблица 3Образец № ТемператураВремяПарциальное давление кислородаСредний коэффициент: I_c(20K)/
I_c(77K)1Неотожженный   1,62Неотожженный   1,73Неотожженный   1,54Отожженный300°С30 ч24 кПа2,15отожженный300°С30 ч12 кПа1,96отожженный300°С40 ч20 кПа2

Обращаясь к Таблице 3, средние значения коэффициентов увеличения значений критического тока при 20К в случае без выполнения отжига составили соответственно 1,6, 1,7 и 1,5. С другой стороны, средние значения коэффициентов увеличения критических токов при 20К в случае с выполнением отжигом составили соответственно 2,1, 1,9 и 2. Поэтому понятно, что значение критического тока при 20К может быть в еще большей степени улучшено в случае с выполнением отжига по сравнению со случаем без выполнения отжига. Какого-либо изменения I_с при 77К установлено не было.

Для подтверждения эффекта от отжига провода в содержащей кислород атмосфере при температуре по меньшей мере 100^оС и не более 600^оС, авторы настоящего изобретения выполнили следующий эксперимент.

Во-первых, были приготовлены лентовидные оксидные сверхпроводящие провода на основе висмута, каждый из которых имел многоволоконное строение и был снабжен 61 волокном с внешними размерами 4,2 мм в ширину и 0,24 мм в толщину и с долей серебра 1,5. Затем на этих оксидных сверхпроводящих проводах была выполнена термообработка, и в ходе этой термообработки был выполнен отжиг. Отжиг выполняли в кислородной струе в течение времени отжига в 20 часов при различных температурах отжига, показанных в Таблице 4. Кроме того, были приготовлены оксидные сверхпроводники с разными количествами фаз Bi2212 (сверхпроводящие фазы ((BiPb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+z). В Таблице 4 также приведены значения критического тока I_с соответствующих образцов при 77К и 20К соответственно перед отжигом и после отжига.

Использованные провода были выбраны из той же партии, и при этом предполагалось, что сверхпроводящие части всех проводов имели одинаковую площадь сечения. Таким образом, величины значений критического тока I_с в Таблице 4 пропорциональны значениям критической плотности тока J_c (J_c = I_c/площадь сечения сверхпроводящей части).

Таблица 4Образец №Количество фазы Bi2212
(%)Перед отжигом
I_c (A) при 77КПеред отжигом
I_c (A) при 20К
(1)Температура отжига (^оС)После отжига
I_c (A) при 77КПосле отжига
I_c (A) при 20К
(2)(2)/(1)7995500Нет---8995500100955151,039995500200955351,0710995500300945451,0911995500400925501,112995500500905751,1513995500600895501,114995500700704800,9615995500800603450,69162100527500995281,017597511500965431,0618995500500905551,11191392485500885401,11201990474500825301,12212583437500755001,14225060316500504101,3

Из результатов в Таблице 4 следует, что значение критического тока I_с (критической плотности J_c тока) при низкой температуре (20К) улучшается в большей степени по сравнению с его значением перед отжигом, когда отжиг выполняют в кислородной атмосфере при температуре по меньшей мере 100^оС и не более 600^оС. В частности, когда температура отжига составляет по меньшей мере 300^оС и не более 600^оС, а количество фазы Bi2212 в оксидном сверхпроводнике составляет по меньшей мере 5 мол.% и не более 20 мол.%, то значение критического тока I_c после отжига составляет по меньшей мере 530 А, и из этого следует, что абсолютное значение критического тока I_с (критической плотности J_с тока) увеличивается.

Авторы настоящего изобретения также изучили значения критического тока I_с оксидного сверхпроводящего провода при соответствующих температурах (в К) перед отжигом и после отжига при температуре 500^оС. Фиг.26 показывает результаты. Из представленных на Фиг.26 результатов следует, что значения критического тока I_с отожженных образцов являются более высокими, чем у образцов, еще не подвергавшихся отжигу, в случае температуры не более примерно 20К.

В способе изготовления оксидного сверхпроводящего провода в соответствии с этим вариантом осуществления оксидный сверхпроводящий провод содержит фазу Bi2223, и этот оксидный сверхпроводящий провод отжигают в содержащей кислород атмосфере при температуре по меньшей мере 100^оС и не более 600^оС. Таким образом улучшается критическая плотность тока оксидного сверхпроводящего провода при низкой температуре в примерно 20К.

В этом варианте осуществления был пояснен способ улучшения критической плотности тока путем выполнения заданного способа термообработки в ходе, по меньшей мере, либо первой термообработки (стадия S4), либо второй термообработки (стадия S6), показанных на Фиг.3. Однако в дополнение к этому случаю, настоящее изобретение также применимо в качестве стадии термообработки, выполняемой на уже изготовленном оксидном сверхпроводящем проводе (т.е. оксидном сверхпроводящем проводе после завершения стадий S1-S6 на Фиг.3), т.е. в качестве способа переформирования оксидного сверхпроводящего провода. Также, когда термообработку согласно настоящему изобретению применяют в качестве способа переформирования оксидного сверхпроводящего провода, может быть улучшена критическая плотность тока этого оксидного сверхпроводящего провода при низкой температуре в примерно 20К.

Настоящее изобретение применимо к сверхпроводящему устройству, такому как сверхпроводящий трансформатор (трансформатор со сверхпроводящими обмотками), сверхпроводящий ограничитель тока или генератор магнитного поля с использованием сверхпроводящего магнита, выполненного из оксидного сверхпроводящего провода или сверхпроводящего кабеля, сверхпроводящая электрическая шина или сверхпроводящая катушка с использованием оксидного сверхпроводящего провода, и особенно применимо к сверхпроводящему устройству, в котором оксидный сверхпроводящий провод используется в погруженном в хладагент состоянии. Кроме того, настоящее изобретение может эффективно подавлять вспучивание, особенно - применительно к сверхпроводящему кабелю из числа прочих сверхпроводящих устройств.

Описываемые выше варианты осуществления следует рассматривать во всех отношениях поясняющими, а не ограничивающими. Объем настоящего изобретения определяется не изложенными выше вариантами осуществления, а объемом патентных притязаний, изложенных в формуле настоящего изобретения, и при этом подразумевается, что в объем изобретения входят все уточнения и модификации в рамках сущности и объема, эквивалентных объему патентных притязаний, изложенных в формуле настоящего изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к сверхпроводящему устройству, которое имеет оксидный сверхпроводящий провод. При этом оксидный сверхпроводящий материал в этом оксидном сверхпроводящем проводе имеет плотность после спекания 93% или более, предпочтительно - 95% или более, более предпочтительно - 99% или более, которую получают путем термообработки провода в атмосфере повышенного давления по меньшей мере 1 МПа и менее 50 МПа. При термообработке провода в атмосфере повышенного давления подавляется формирование зазоров и пузырчатости. Техническим результатом изобретения является создание сверхпроводящего устройства и сверхпроводящего кабеля с высокой критической плотностью тока, за счет образования стабильной оксидной сверхпроводящей фазы Bi2223. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 32 ил., 4 табл.

1. Сверхпроводящее устройство (30), имеющее оксидный сверхпроводящий провод (1) с оксидным сверхпроводником (2), обладающим плотностью после спекания по меньшей мере 93%, причем упомянутый оксидный сверхпроводник (2) представляет собой оксидный сверхпроводник на основе Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O, содержащий висмут, свинец, стронций, кальций и медь и включающий в себя фазу Вi2223 с атомными отношениями (висмут и свинец):стронций:кальций:медь приблизительно 2:2:2:3.2. Сверхпроводящее устройство (30) по п.1, имеющее упомянутый оксидный сверхпроводящий провод (1) с упомянутым оксидным сверхпроводником (2), обладающим упомянутой плотностью после спекания по меньшей мере 95%.3. Сверхпроводящее устройство (30) по п.2, имеющее упомянутый оксидный сверхпроводящий провод (1) с упомянутым оксидным сверхпроводником (2), обладающим упомянутой плотностью после спекания по меньшей мере 99%.4. Сверхпроводящий кабель (30), имеющий оксидный сверхпроводящий провод (1) с оксидным сверхпроводником (2), обладающим плотностью после спекания по меньшей мере 93%, причем упомянутый оксидный сверхпроводник (2) представляет собой оксидный сверхпроводник на основе Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O, содержащий висмут, свинец, стронций, кальций и медь и включающий в себя фазу Bi2223 с атомными отношениями (висмут и свинец):стронций:кальций:медь приблизительно 2:2:2:3.5. Сверхпроводящий кабель (30) по п.4, имеющий упомянутый оксидный сверхпроводящий провод (1) с упомянутым оксидным сверхпроводником (2), обладающим упомянутой плотностью после спекания по меньшей мере 95%.6. Сверхпроводящий кабель (30) по п.5, имеющий упомянутый оксидный сверхпроводящий провод (1) с упомянутым оксидным сверхпроводником (2), обладающим упомянутой плотностью после спекания по меньшей мере 99%.