Способ изготовления сверхпроводящего провода и сверхпроводящее устройство
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления сверхпроводящего провода и к сверхпроводящему устройству с таким проводом. Способ включает формирование сверхпроводящего слоя на подложке или промежуточном слое, сформированном на этой подложке, формирования стабилизирующего слоя серебра на сверхпроводящем слое с последующим погружением упомянутой подложки в раствор сульфата меди, после того как на ней сформированы сверхпроводящий слой и стабилизирующий слой серебра, и формирование стабилизирующего слоя меди на стабилизирующем слое серебра путем нанесения гальванического покрытия с использованием раствора сульфата меди в качестве электролитической ванны при плотности тока не более 9 А/дм2. Техническим результатом изобретения является снижение стоимости изготовления провода, а также повышение механической прочности сверхпроводящего провода. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 9 ил., 2 табл.
[0001] Настоящее изобретение относится к способу изготовления сверхпроводящего провода и к сверхпроводящему устройству.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] На фиг. 9 схематически показан пример поперечного сечения традиционного сверхпроводящего провода. Традиционный сверхпроводящий провод имеет структуру, в которой промежуточный слой 2, состоящий, например, из оксида церия или стабилизированного оксидом иттрия оксида циркония, сверхпроводящий слой 3, состоящий из оксидного сверхпроводника системы Ho-Ba-Cu-O или системы Y-Ba-Cu-O, и стабилизирующий серебряный слой 4, служащий в качестве стабилизирующего слоя для сверхпроводящего слоя 3, состоящего из серебра, последовательно расположены на подложке 1, состоящей из сплава Ni или подобного сплава (например, см. фиг. 1 Японского выложенного патента № 07-37444 (Патентный документ 1)).
[0003] В вышеупомянутом традиционном сверхпроводящем проводе изменение в количестве кислорода в оксидном сверхпроводнике, образующем сверхпроводящий слой 3, существенно изменяет характеристики сверхпроводящего слоя 3. Поэтому общепринято регулировать количество кислорода в оксидном сверхпроводнике, образующем сверхпроводящий слой 3, путем осуществления термообработки после того, как на сверхпроводящем слое 3 сформирован стабилизирующий серебряный слой 4.
[0004] Однако существует проблема, состоящая в том, что стоимость изготовления повышается в том случае, если для формирования стабилизирующего серебряного слоя 4 используется большое количество серебра, поскольку серебро является относительно дорогостоящим для промышленного материала. В дополнение также существует проблема, состоящая в том, что сверхпроводящий провод не может обладать достаточной механической прочностью при использовании стабилизирующего слоя 4 серебра.
[0005] Для решения таких проблем был предложен способ закрепления медной фольги равномерно на сверхпроводящем слое 3 сверхпроводящего провода в продольном направлении путем пайки.
Патентный документ 1: Японский выложенный патент № 07-37444.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Проблемы, решаемые изобретением
[0006] Однако в вышеупомянутом способе закрепления медной фольги возникает проблема, состоящая в том, что для равномерного закрепления медной фольги на сверхпроводящем проводе в продольном направлении путем пайки требуется сложная технология, и в том, что плохая адгезия между медной фольгой и сверхпроводящим слоем склонна вызывать отслаивание.
[0007] В свете вышеупомянутых обстоятельств, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ изготовления сверхпроводящего провода, который позволяет снизить стоимость изготовления, а также позволяет повысить механическую прочность сверхпроводящего провода, а также сверхпроводящее устройство, включающее в себя сверхпроводящий провод, полученный данным способом.
Средства для решения проблем
[0008] Настоящее изобретение предлагает способ изготовления сверхпроводящего провода, включающий в себя этапы формирования сверхпроводящего слоя на подложке или промежуточном слое, сформированном на этой подложке, формирования стабилизирующего слоя серебра на сверхпроводящем слое, погружения подложки в раствор сульфата меди после того, как на ней сформированы сверхпроводящий слой и стабилизирующий слой серебра, и формирования стабилизирующего слоя меди на стабилизирующем слое серебра путем нанесения гальванического покрытия (электроосаждения) с использованием раствора сульфата меди в качестве электролитической ванны. Следует отметить, что в настоящем изобретении между подложкой и сверхпроводящим слоем может быть расположен еще один слой. В дополнение еще один слой может быть расположен между сверхпроводящим слоем и стабилизирующим слоем серебра.
[0009] В способе изготовления сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению плотность тока на поверхности покрываемого объекта при нанесении гальванического покрытия предпочтительно составляет менее 10 A/дм2.
[0010] В дополнение в способе изготовления сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению является предпочтительным, чтобы стабилизирующий слой серебра формировался до толщины не более 5 мкм, а стабилизирующий слой меди формировался до толщины по меньшей мере 10 мкм.
[0011] Настоящее изобретение также предлагает сверхпроводящее устройство, включающее в себя сверхпроводящий провод, полученный вышеописанным способом изготовления сверхпроводящего провода.
Результаты изобретения
[0012] С помощью настоящего изобретения можно обеспечить способ изготовления сверхпроводящего провода, который позволяет снизить стоимость изготовления и повысить механическую прочность сверхпроводящего провода, и сверхпроводящее устройство, включающее в себя сверхпроводящий провод, полученный данным способом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Фиг. 1 представляет собой схематический поперечный разрез предпочтительного примера подложки, используемой в настоящем изобретении.
Фиг. 2 представляет собой схематический поперечный разрез предпочтительного примера подложки, используемой в настоящем изобретении, после формирования промежуточного слоя.
Фиг. 3 представляет собой схематический поперечный разрез предпочтительного примера подложки, используемой в настоящем изобретении, после формирования сверхпроводящего слоя.
Фиг. 4 представляет собой схематический поперечный разрез предпочтительного примера подложки, используемой в настоящем изобретении, после формирования стабилизирующего слоя серебра.
Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение конструкции предпочтительного примера устройства для нанесения гальванических покрытий, используемого в настоящем изобретении.
Фиг. 6 представляет собой схематический поперечный разрез предпочтительного примера сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению.
Фиг. 7 показывает соотношение между степенью деформации изгиба и критическим током в сверхпроводящем проводе согласно настоящему изобретению и в традиционном сверхпроводящем проводе.
Фиг. 8 показывает соотношение между растягивающим напряжением и критическим током в сверхпроводящем проводе согласно настоящему изобретению и в традиционном сверхпроводящем проводе.
Фиг. 9 представляет собой схематический поперечный разрез примера традиционного сверхпроводящего провода.
ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
[0014] 1 - подложка, 2 - промежуточный слой, 3 - сверхпроводящий слой, 4 - стабилизирующий слой серебра, 5 - стабилизирующий слой меди, 6 - электрод, 7 - раствор сульфата меди, 8 - контейнер.
Лучшие варианты осуществления изобретения
[0015] Здесь и далее будет описан предпочтительный пример способа изготовления сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что одинаковые ссылочные обозначения на чертежах по настоящему изобретению означают одинаковые или соответствующие элементы.
[0016] Как показано в схематическом поперечном разрезе на фиг. 1, приготавливают подложку 1 в форме, например, ленты. В качестве подложки 1 может быть использована, например, электропроводная подложка, сформированная из сплава, включающего в себя никель в качестве основного компонента. Является предпочтительным, чтобы для выполнения подложки 1 был использован сплав, включающий в себя никель в качестве основного компонента, и является особенно предпочтительным, чтобы сплав, включающий в себя никель в качестве основного компонента, содержал также вольфрам. Следует отметить, что понятие «основной компонент» в настоящем изобретении означает, что он составляет по меньшей мере 50% от общего количества атомов, которые образуют подложку.
[0017] Затем, как показано в схематическом поперечном разрезе из фиг. 2, на подложке 1 формируют промежуточный слой 2. Например, в качестве промежуточного слоя 2 может быть использован по меньшей мере один электропроводный слой, выбранный из группы, состоящей из слоя оксида церия, слоя стабилизированного оксидом иттрия оксида циркония (слоя YSZ), слоя GdZrO, включающего в себя оксид гадолиния и оксид циркония, и слоя оксида магния. В частности, является предпочтительным, чтобы в качестве промежуточного слоя 2 была использована трехслойная структура, в которой слой оксида церия, слой YSZ и слой оксида церия последовательно расположены на подложке 1.
[0018] В данном случае состав слоя YSZ представлен следующей формулой состава (1)
(ZrO2)1-x(Y2O3)x …(1).
В формуле состава (1) 1-х означает долю содержания ZrO2 (оксида циркония), а x означает долю содержания Y2O3 (оксида иттрия). Следует отметить, что в формуле состава (1) x является действительным числом, которое удовлетворяет условию 0,03≤x≤0,1.
[0019] Промежуточный слой 2 может быть сформирован, например, по меньшей мере одним способом, выбранным из группы, состоящей из распыления, лазерной абразии, электронно-лучевого осаждения и ассистируемого ионным пучком осаждения (IBAD, Ion Beam Assist Deposition).
[0020] Затем, как показано в схематическом поперечном разрезе на фиг. 3, на промежуточном слое 2 формируют сверхпроводящий слой 3. В данном случае в качестве сверхпроводящего слоя 3 может быть использован оксидный сверхпроводник системы Re-Ba-Cu-O, такой как оксидный сверхпроводник системы Ho-Ba-Cu-O, включающий в себя гольмий (Ho), барий (Ba), медь (Cu) и кислород (O), или оксидный сверхпроводник системы Y-Ba-Cu-O, включающий в себя иттрий (Y), барий (Ba), медь (Cu) и кислород (O). Re означает редкоземельный элемент, и, помимо Ho и Y, в качестве Re могут быть использованы, например, гадолиний (Gd) или самарий (Sm).
[0021] В данном случае состав оксидного сверхпроводника системы Re-Ba-Cu-O представлен следующей формулой состава (2):
ReaBabCucOd …(2)
[0022] В формуле состава (2) a представляет собой долю содержания редкоземельного элемента, b представляет собой долю содержания бария, с представляет собой долю содержания меди, а d представляет собой долю содержания кислорода. Следует отметить, что в формуле состава (2) a представляет собой действительное число, удовлетворяющее условию 0,7≤a≤1,3, b представляет собой действительное число, удовлетворяющее условию 1,7≤b≤2,3, с представляет собой действительное число, удовлетворяющее условию 2,7≤с≤3,3, а d представляет собой действительное число, удовлетворяющее условию 6≤d≤8. Из оксидных сверхпроводников системы Re-Ba-Cu-O в качестве сверхпроводникового слоя 3 предпочтительно использован оксидный сверхпроводник системы Ho-Ba-Cu-O с составом, который представлен формулой состава, где Re в формуле состава (2) заменен на Ho.
[0023] В дополнение сверхпроводящий слой 3 может быть сформирован, например, по меньшей мере одним способом, выбранным из группы, состоящей из распыления, лазерной абразии, осаждения из металлоорганических соединений (MOD, Metal Organic Deposition) и химического осаждения из паров металлоорганических соединений (MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition).
[0024] Впоследствии, как показано в схематическом поперечном разрезе на фиг. 4, на сверхпроводящем слое 3 формируют стабилизирующий слой 4 серебра. В данном случае стабилизирующий слой 4 серебра может быть сформирован, например, путем использования по меньшей мере одного способа, такого как распыление, для осаждения состоящей из серебра пленки на сверхпроводящий слой 3. Предпочтительно стабилизирующий слой 4 серебра формируют до толщины не более 5 мкм. Если стабилизирующий слой 4 серебра формируют до толщины более 5 мкм, то имеется тенденция к повышению стоимости изготовления, поскольку для образования стабилизирующего слоя 4 серебра используется большое количество серебра, а низкая механическая прочность серебра имеет тенденцию приводить к недостаточной механической прочности сверхпроводящего провода. В дополнение к этому стабилизирующий слой 4 серебра формируют до толщины по меньшей мере 1 мкм. Если стабилизирующий слой 4 серебра формируют до толщины менее 1 мкм, то защита сверхпроводящего слоя 3 может быть недостаточной. Следовательно, по вышеупомянутым причинам является предпочтительным, чтобы толщина стабилизирующего слоя 4 серебра составляла по меньшей мере 1 мкм и не более 5 мкм.
[0025] Затем, как показано на схематическом изображении конструкции по фиг. 5, подложку 1 с последовательно сформированными на ней промежуточным слоем 2, сверхпроводящим слоем 3 и стабилизирующим слоем 4 серебра погружают в качестве отрицательного полюса в раствор 7 сульфата меди, служащий в качестве электролитической ванны, содержащейся в контейнере 8, а в качестве положительного полюса погружают электрод 6. Затем осуществляют нанесение гальванического покрытия путем приложения напряжения между стабилизирующим слоем 4 серебра и электродом 6 так, что электрод 6 обладает более высоким электрическим потенциалом, чем электрический потенциал стабилизирующего слоя 4 серебра. Таким образом, как показано на схематическом поперечном разрезе на фиг. 6, на поверхности стабилизирующего слоя 4 серебра формируют стабилизирующий слой 5 меди с получением сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению.
[0026] В данном случае при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта предпочтительно составляет менее 10 A/дм2, в частности не более 9 A/дм2. Если при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляет по меньшей мере 10 A/дм2, то такая плотность тока может быть слишком большой для формирования стабилизирующего слоя 5 серебра с высокой адгезией. Если при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляет не более 9 A/дм2, то имеется тенденция к образованию стабилизирующего слоя 5 меди с высокой адгезией.
[0027] Дополнительно стабилизирующий слой 5 меди предпочтительно формируют до толщины по меньшей мере 10 мкм. Если стабилизирующий слой 5 меди формируют до толщины менее 10 мкм, то такой стабилизирующий слой 5 меди является слишком тонким и не может в достаточной мере функционировать в качестве электрически стабилизирующего слоя. Следовательно, при утрате состояния сверхпроводимости стабилизирующий слой 5 меди, возможно, может сгореть или же механическая прочность стабилизирующего слоя 5 меди может быть недостаточной, вызывая ухудшение сверхпроводящих характеристик в результате манипулирования. Более того, стабилизирующий слой 5 меди предпочтительно формируют до толщины не более 50 мкм. Следовательно, по вышеуказанным причинам является предпочтительным, чтобы толщина стабилизирующего слоя 5 меди составляла по меньшей мере 10 мкм, но не более 50 мкм.
[0028] Следует отметить, что медь может быть осаждена на поверхности подложки 1 или чего-то подобного при нанесении гальванического покрытия, однако для удобства объяснения она не показана на фиг. 6.
[0029] К раствору 7 сульфата меди, если это необходимо, может быть добавлена любая традиционно известная добавка, такая как добавка для придания блеска.
[0030] Полученный таким образом сверхпроводящий провод согласно настоящему изобретению может быть применен, например, для изготовления сверхпроводящих устройств, таких как сверхпроводящие кабели, электродвигатели со сверхпроводящей обмоткой, генераторы, устройства для магнитной сепарации, магниты для ростовых печей выращивания монокристаллов, устройства магниторезонансной томографии (MRI, Magnetic Resonance Imaging), устройства ядерно-магнитного резонанса (NMR, Nuclear Magnetic Resonance), автомобили с линейными электродвигателями или трансформаторы.
ПРИМЕРЫ
(Пример 1)
[0031] Была приготовлена подложка с ориентацией, состоящая из сплава никеля и вольфрама и имеющая форму ленты шириной 10 мм, длиной 100 м и толщиной 0,1 мм. В данной подложке никель составлял 95% от общего количество атомов, образующих подложку, а вольфрам составлял 5% от общего количество атомов, образующих подложку.
[0032] Затем на подложке путем распыления был сформирован первый слой оксида церия толщиной 0,1 мкм. Впоследствии путем лазерной абразии на первом слое оксида церия был сформирован слой YSZ толщиной 1 мкм. В дополнение на слое YSZ путем распыления был сформирован второй слой оксида церия толщиной 0,1 мкм. Таким образом, на подложке был сформирован промежуточный слой, имеющий трехслойную структуру, при которой первый слой оксида церия, слой YSZ и второй слой оксида церия были последовательно расположены на подложке. В данном случае слой YSZ имел состав, представленный формулой состава (ZrO2)0,92(Y2O3)0,08.
[0033] Впоследствии на промежуточном слое путем лазерной абразии был сформирован сверхпроводящий слой толщиной 1 мкм, состоящий из оксидного сверхпроводника системы Ho-Ba-Cu-O с составом, представленным формулой состава HoBa2Cu3O7-д, удовлетворяющего формуле (2).
[0034] Затем на этом сверхпроводящем слое путем распыления был сформирован стабилизирующий слой серебра толщиной 3 мкм.
[0035] После этого покрываемый объект с последовательно сформированными на подложке промежуточным слоем, сверхпроводящим слоем и стабилизирующим слоем серебра был погружен в качестве отрицательного полюса в раствор сульфата меди, служащий в качестве электролитической ванны, содержащейся в контейнере, а в качестве положительного полюса был погружен электрод. Нанесение гальванического покрытия было осуществлено путем приложения напряжения между стабилизирующим слоем серебра и электродом так, что электрод имел более высокий электрический потенциал, чем потенциал стабилизирующего слоя серебра, с образованием стабилизирующего слоя меди толщиной 10 мкм на стабилизирующем слое серебра. Таким образом, был получен сверхпроводящий провод согласно Примеру 1. В данном случае нанесение гальванического покрытия осуществляли так, что плотность тока при гальванопокрытии на поверхности покрываемого объекта составляла 3 A/дм2.
[0036] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Примеру 1 был подвергнут контролю, и было обнаружено, что сверхпроводящий провод согласно Примеру 1 обладал блеском и гладкой поверхностью и что стабилизирующий слой меди обладал очень высокой адгезией.
(Пример 2)
[0037] Сверхпроводящий провод согласно Примеру 2 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что стабилизирующий слой меди сформировали до толщины 20 мкм.
[0038] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Примеру 2 был подвергнут контролю таким же образом, что и в Примере 1, и было обнаружено, что сверхпроводящий провод согласно Примеру 2 также обладал блеском и гладкой поверхностью, аналогично сверхпроводящему проводу согласно Примеру 1, и что стабилизирующий слой меди обладал очень высокой адгезией.
(Сравнительный пример 1)
[0039] Сверхпроводящий провод согласно Сравнительному примеру 1 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что в качестве электролитической ванны вместо раствора сульфата меди был использован раствор цианида меди.
[0040] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Сравнительному примеру 1 был подвергнут контролю таким же образом, что и в Примере 1, и было обнаружено, что имеется много участков, где стабилизирующий слой меди не был прикреплен и адгезия в сверхпроводящем проводе согласно Сравнительному примеру 1 была недостаточной. В дополнение в сверхпроводящем проводе согласно Сравнительному примеру 1 было много участков, где электролитическая ванна пропиталась в сверхпроводящий провод, вызвав изменение цвета.
(Сравнительный пример 2)
[0041] Сверхпроводящий провод согласно Сравнительному примеру 2 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Сравнительном примере 1, за исключением того, что стабилизирующий слой меди сформировали до толщины 20 мкм.
[0042] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Сравнительному примеру 2 был подвергнут контролю таким же образом, что и в Примере 1, и было обнаружено, что имеется много участков, где стабилизирующий слой меди не был прикреплен и адгезия в сверхпроводящем проводе согласно Сравнительному примеру 2 была недостаточной. В дополнение в сверхпроводящем проводе согласно Сравнительному примеру 2 было много участков, где электролитическая ванна пропиталась в сверхпроводящий провод, вызвав изменение цвета.
[0043] Результаты контроля внешнего вида каждого из сверхпроводящих проводов согласно Примерам 1-2 и Сравнительным примерам 1-2 показаны в табл. 1.
[0044]
| Таблица 1 | |||||
| Электролитическая ванна | Плотность тока (A/дм2) |
Толщина стабилизирующего слоя серебра (мкм) |
Толщина стабилизирующего слоя меди (мкм) |
Внешний вид | |
| Пример 1 | Раствор сульфата меди | 3 | 3 | 10 мкм | С блеском Хорошая адгезия |
| Пример 2 | Раствор сульфата меди | 3 | 3 | 20 мкм | С блеском Хорошая адгезия |
| Сравнительный пример 1 | Раствор цианида меди | 3 | 3 | 10 мкм | С изменением цвета Плохая адгезия |
| Сравнительный пример 2 | Раствор цианида меди | 3 | 3 | 20 мкм | С изменением цвета Плохая адгезия |
[0045] Как показано в табл. 1, было обнаружено, что сверхпроводящие провода согласно Примерам 1 и 2, где стабилизирующий слой меди был сформирован путем нанесения гальванического покрытия с использованием в качестве электролитической ванны раствора сульфата меди, обладали более высокой адгезией и лучшим внешним видом без изменения цвета по сравнению со сверхпроводящими проводами согласно Сравнительным примерам 1 и 2, где в качестве электролитической ванны был использован раствор цианида меди.
(Сравнительный пример 3)
[0046] Сверхпроводящий провод согласно Сравнительному примеру 3 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Сравнительном примере 1, за исключением того, что стабилизирующий слой меди не формировали.
(Измерения критического тока)
[0047] В сверхпроводящих проводах согласно Примерам 1 и 2 и Сравнительному примеру 3 был измерен критический ток. В результате для сверхпроводящих проводов согласно Примерам 1 и 2 измерение критического тока было возможно, однако критический ток в сверхпроводящем проводе согласно Сравнительному примеру 3 было невозможно измерить, поскольку сверхпроводящий провод сгорал в ходе измерения.
(Пример 3)
[0048] Сверхпроводящий провод согласно Примеру 3 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляла 2 A/дм2 и нанесение гальванического покрытия проводили в течение 23 минут.
[0049] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Примеру 3 был подвергнут контролю, и было обнаружено, что сверхпроводящий провод согласно Примеру 3 также обладал блеском и гладкой поверхностью, аналогично сверхпроводящему проводу согласно Примеру 1, и что стабилизирующий слой меди обладал очень высокой адгезией.
(Пример 4)
[0050] Сверхпроводящий провод согласно Примеру 4 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляла 2 A/дм2 и нанесение гальванического покрытия было проведено в течение 45 минут с образованием стабилизирующего слоя меди толщиной 20 мкм.
[0051] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Примеру 4 был подвергнут контролю таким же образом, что и в Примере 1, и было обнаружено, что сверхпроводящий провод согласно Примеру 4 также обладал блеском и гладкой поверхностью, аналогично сверхпроводящему проводу согласно Примеру 1, и что стабилизирующий слой меди обладал очень высокой адгезией.
(Пример 5)
[0052] Сверхпроводящий провод согласно Примеру 5 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляла 3 A/дм2 и нанесение гальванического покрытия было проведено в течение 15 минут.
[0053] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Примеру 5 был подвергнут контролю таким же образом, что и в Примере 1, и было обнаружено, что сверхпроводящий провод согласно Примеру 5 также обладал блеском и гладкой поверхностью, аналогично сверхпроводящему проводу согласно Примеру 1, и что стабилизирующий слой меди обладал очень высокой адгезией.
(Пример 6)
[0054] Сверхпроводящий провод согласно Примеру 6 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляла 3 A/дм2 и нанесение гальванического покрытия было проведено в течение 30 минут с образованием стабилизирующего слоя меди толщиной 20 мкм.
[0055] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Примеру 7 был подвергнут контролю таким же образом, что и в Примере 1, и было обнаружено, что сверхпроводящий провод согласно Примеру 7 также обладал блеском и гладкой поверхностью, аналогично сверхпроводящему проводу согласно Примеру 1, и что стабилизирующий слой меди обладал очень высокой адгезией.
(Пример 7)
[0056] Сверхпроводящий провод согласно Примеру 7 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляла 3 A/дм2 и нанесение гальванического покрытия было проведено в течение 10 минут с образованием стабилизирующего слоя меди толщиной 6 мкм.
[0057] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Примеру 7 был подвергнут контролю таким же образом, что и в Примере 1, и было обнаружено, что сверхпроводящий провод согласно Примеру 7 также обладал блеском и гладкой поверхностью, аналогично сверхпроводящему проводу согласно Примеру 1, и что стабилизирующий слой меди обладал очень высокой адгезией. Однако характеристики сверхпроводимости при измерении критического тока были ухудшены из-за манипуляций.
(Пример 8)
[0058] Сверхпроводящий провод согласно Примеру 8 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляла 5 A/дм2 и нанесение гальванического покрытия было проведено в течение 10 минут с образованием стабилизирующего слоя меди толщиной 10 мкм.
[0059] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Примеру 8 был подвергнут контролю таким же образом, что и в Примере 1, и было обнаружено, что сверхпроводящий провод согласно Примеру 8 также обладал блеском и гладкой поверхностью, аналогично сверхпроводящему проводу согласно Примеру 1, и что стабилизирующий слой меди обладал очень высокой адгезией.
(Пример 9)
[0060] Сверхпроводящий провод согласно Примеру 9 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляла 9 A/дм2 и нанесение гальванического покрытия было проведено в течение 10 минут с образованием стабилизирующего слоя меди толщиной 18 мкм.
[0061] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Примеру 9 был подвергнут контролю таким же образом, что и в Примере 1, и было обнаружено, что сверхпроводящий провод согласно Примеру 9 также обладал блеском и гладкой поверхностью, аналогично сверхпроводящему проводу согласно Примеру 1, и что стабилизирующий слой меди обладал очень высокой адгезией.
(Пример 10)
[0062] Сверхпроводящий провод согласно Примеру 10 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляла 10 A/дм2 и нанесение гальванического покрытия было проведено в течение 10 минут с образованием стабилизирующего слоя меди толщиной 20 мкм.
[0063] Внешний вид изготовленного таким образом сверхпроводящего провода согласно Примеру 10 был подвергнут контролю таким же образом, что и в Примере 1, и было обнаружено, что в сверхпроводящем проводе согласно Примеру 10 имелись участки с порошкообразным налетом на стабилизирующем слое меди и что стабилизирующий слой меди обладал относительно слабой адгезией по сравнению со сверхпроводящим проводом согласно Примеру 1.
[0064] Результаты контроля внешнего вида каждого из сверхпроводящих проводов согласно Примерам 3-10 показаны в табл. 2.
[0065]
| Таблица 2 | ||||||
| Электролитическая ванна |
Плотность тока (A/дм2) | Период нанесения гальванического покрытия (мин) | Толщина стабилизирующего слоя серебра (мкм) | Толщина стабилизирующего слоя меди (мкм) |
Внешний вид | |
| Пример 3 | Раствор сульфата меди | 2 | 23 | 3 | 10 мкм | С блеском Хорошая адгезия |
| Пример 4 | Раствор сульфата меди | 2 | 45 | 3 | 20 мкм | С блеском Хорошая адгезия |
| Пример 5 | Раствор сульфата меди | 3 | 15 | 3 | 10 мкм | С блеском Хорошая адгезия |
| Пример 6 | Раствор сульфата меди | 3 | 30 | 3 | 20 мкм | С блеском Хорошая адгезия |
| Пример 7 | Раствор сульфата меди | 3 | 10 | 3 | 6 мкм | С блеском Хорошая адгезия |
| Пример 8 | Раствор сульфата меди | 5 | 10 | 3 | 10 мкм | С блеском Хорошая адгезия |
| Пример 9 | Раствор сульфата меди | 9 | 10 | 3 | 18 мкм | С блеском Хорошая адгезия |
| Пример 10 | Раствор сульфата меди | 10 | 10 | 3 | 20 мкм | Относительно плохая адгезия |
[0066] Как показано в табл. 2, сверхпроводящие провода согласно Примерам 3-9, которые были изготовлены путем нанесения гальванического покрытия с использованием в качестве электролитической ванны раствора сульфата меди при плотности тока на поверхности покрываемого объекта менее 10 A/дм2, склонны обладать более высокой адгезией и превосходным внешним видом без изменения цвета по сравнению со сверхпроводящим проводом согласно Примеру 10, который был изготовлен при плотности тока 10 A/дм2. Следовательно, при нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта предпочтительно составляет менее 10 A/дм2, в частности не более 9 A/дм2.
(Сравнительный пример 4)
[0067] Сверхпроводящий провод согласно Сравнительному примеру 4 был изготовлен тем же способом и при тех же условиях, что и в Примере 1, за исключением того, что стабилизирующий слой меди не формировали, а стабилизирующий слой серебра был сформирован с толщиной 20 мкм.
(Соотношение между степенью деформации изгиба и критическим током)
[0068] Было проанализировано соотношение между степенью деформации изгиба и критическим током для сверхпроводящих проводов согласно Примерам 3 и 4 и Сравнительному примеру 4. Результаты показаны на фиг. 7. Необходимо отметить, что на фиг. 7 по горизонтальной оси отложена степень деформации изгиба (%), а по вертикальной оси отложено значение критического тока (относительное значение) при каждой степени деформации изгиба, причем значение критического тока при степени деформации изгиба, равной 0%, принята за 1. Степень деформации изгиба, приведенная на фиг. 7, была вычислена согласно следующему уравнению (3):
Степень деформации изгиба (%) = 100×(Т/2)/{R+(T/2)} …(3)
[0069] Необходимо отметить, что в уравнении (3) R означает диаметр окружности кривизны, образованной при изгибе сверхпроводящего провода, а T означает толщину сверхпроводящего провода.
[0070] Как видно из фиг. 7, было обнаружено, что сверхпроводящие провода согласно Примерам 3 и 4, которые имели стабилизирующий слой меди, созданный путем нанесения гальванического покрытия с использованием раствора сульфата меди в качестве электролитической ванны, были склонны обеспечивать протекание через них большего критического тока даже при повышении степени деформации изгиба и демонстрировали лучшие характеристики сверхпроводимости по сравнению со сверхпроводящим проводом согласно Сравнительному примеру 4, где стабилизирующий слой меди не был сформирован, а был сформирован только стабилизирующий слой серебра.
(Соотношение между растягивающим напряжением и критическим током)
[0071] Было проанализировано соотношение между растягивающим напряжением и критическим током для сверхпроводящих проводов согласно соответственно Примерам 3 и 4 и Сравнительному примеру 4. Результаты показаны на фиг. 8. Необходимо отметить, что на Фиг. 8 по горизонтальной оси отложено растягивающее напряжение (кг/мм2), а по вертикальной оси отложено значение критического тока (относительное значение) при каждом растягивающем напряжении, причем значение критического тока при растягивающем напряжении, равном 0, принято за 1. В дополнение растягивающее напряжение на фиг. 8 представляет собой растягивающее напряжение (кг), приложенное к поперечному сечению сверхпроводящего провода на 1 мм2, которое перпендикулярно направлению растяжения.
[0072] Как видно из фиг. 8, было обнаружено, что сверхпроводящие провода согласно Примерам 3 и 4, которые имели стабилизирующий слой меди, созданный путем нанесения гальванического покрытия с использованием раствора сульфата меди в качестве электролитической ванны, были склонны обеспечивать протекание через них большего критического тока даже при повышении растягивающего напряжения и демонстрировали лучшие характеристики сверхпроводимости по сравнению со сверхпроводящим проводом согласно Сравнительному примеру 4, где стабилизирующий слой меди не был сформирован, а был сформирован только стабилизирующий слой серебра.
[0073] С помощью настоящего изобретения часть стабилизирующего слоя серебра традиционного сверхпроводящего провода можно заменять стабилизирующим слоем меди для того, чтобы обеспечить возможность уменьшения количества используемого серебра, которое является дорогостоящим для применения в промышленном масштабе, и таким образом можно снизить стоимость изготовления сверхпроводящего провода. Кроме того, с использованием меди, имеющей более высокую механическую прочность, чем у серебра, можно улучшить механическую прочность сверхпроводящего провода. Более того, стабилизирующий слой меди формируют путем нанесения гальванического покрытия с использованием раствора сульфата меди в качестве электролитической ванны. Это обеспечивает сверхпроводящий провод с повышенной адгезией и лучшим внешним видом без изменения цвета. Конкретнее, для получения стабилизирующего слоя меди с повышенной адгезией является предпочтительным, чтобы плотность тока на поверхности покрываемого объекта при нанесении гальванического покрытия составляла менее 10 A/дм2, в частности не более 9 A/дм2.
[0074] Следует понимать, что раскрытые здесь варианты воплощения и примеры являются иллюстративными и не ограничительными во всех отношениях. Объем настоящего изобретения характеризуется терминами формулы изобретения, а не приведенным выше описанием, и предполагается включающим в себя любые модификации в пределах объема и значений, эквивалентных терминам формулы изобретения.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0075] С помощью настоящего изобретения могут быть предложены способ изготовления сверхпроводящего провода, который позволяет снизить стоимость изготовления и повысить механическую прочность сверхпроводящего провода, а также сверхпроводящее устройство, включающее в себя сверхпроводящий провод, полученный данным способом.
1. Способ изготовления сверхпроводящего провода, включающий в себя этапы:
формирования сверхпроводящего слоя (3) на подложке (1) или промежуточном слое (2), сформированном на этой подложке (1);
формирования стабилизирующего слоя (4) серебра на упомянутом сверхпроводящем слое (3);
погружения упомянутой подложки (1) в раствор (7) сульфата меди после того, как сформированы упомянутый сверхпроводящий слой (3) и упомянутый стабилизирующий слой (4) серебра; и
формирования стабилизирующего слоя (5) меди на упомянутом стабилизирующем слое (4) серебра путем нанесения гальванического покрытия с использованием упомянутого раствора (7) сульфата меди в качестве электролитической ванны, причем при упомянутом нанесении гальванического покрытия плотность тока на поверхности покрываемого объекта составляет не более 9 А/дм2.
2. Способ изготовления сверхпроводящего провода по п.1, в котором упомянутый стабилизирующий слой (4) серебра формируют до толщины не более 5 мкм, а упомянутый стабилизирующий слой (5) меди формируют до толщины по меньшей мере 10 мкм.
3. Сверхпроводящее устройство, включающее в себя сверхпроводящий провод, полученный способом изготовления сверхпроводящего провода по п.1.
