用于超导线圈的模板的制作方法

专利名称：用于超导线圈的模板的制作方法
用于超导线圏的模板
本发明涉及一种在基本弯曲的模型上制造用于超导线圏的模板的 方法，以及涉及一种在基本弯曲的模型上制造用于超导线圏的模板的装置。
在2003年3月6日7>布的名称为"Superconducting Coil Fabrication (超导线圏制造)"的欧洲专利申请No. 02755238. 9中介 绍了 一种在模型上直接制造超导线圈的在先公开方法。此申请公开了 一种制造超导线圏的方法。该方法包括通过在具有基本弯曲表面的模 型上的各个沉积层上原位沉积、成形以及织构超导材料来制造各个线 圏轨道的步骤。此申请还公开了用来产生其上形成线圏的最初织构层 的许多过程。那些过程包括使用例如所谓的IBAD(离子束辅助沉积)、 IAD (离子辅助沉积)或者ISD (倾斜基体沉积)方法或这些方法的变 体，沉积用于随后的织构超导材料的模板层。
在IBAD沉积方法中，必须以高度磨光的表面开始并且在存在以特 定角度撞击在基体上的离子束下沉积例如YSZ(钇稳定氧化锆)，该离 子束具有在正生成的YSZ膜上感生紋理的作用。在另一个技术中(有 时称作ISD)，实现了织构层的蒸发或者脉冲激光沉积，还是以特定角 度，但不需要离子束。也已研究了使用溅射来在表面生成所需条件的 方案""一IAD是一个例子，分子束溅射(MBS)是另一个例子。目标总 是相同的产生织构层，在该织构层之上可以生成例如YBC0 (钇钡铜 氧化物)的高超导膜。如欧洲专利申请No. 02755238. 9中所描述的， 通过连续地沉积交替的超导和非超导层，可以这些膜制造到超导线圏 中。通过连续的层复制线圏的结构。但是，层中存在的严重缺陷可能 破坏线圈的结构，以致它可以使得测试步骤不能测出线圏是否超导。
已经改进了该已知的制造方法来增加所制造的工作线圏轨道的比 例以及提高它们的超导性能。在名称为"Superconducting Coil Testing (超导线圏测试)"的欧洲专利申请No. 04717702. 7中完整地 介绍了对该制造过程的改进。改进包括绘制最外层的表面以检测缺陷、 选择避免缺陷的路径以及在将路径限定在层中或在层上来产生线圏轨道之前计算对期望的超导场的影响。因而改进的方法使得线圏轨道的 结构在线圏中的连续层之间变化。在模型上制造超导线圏的另一种方法使用以带形缠绕在模型上的织构柔性基体，例如RABiTS (轧制辅助双轴织构基体)。RABiTS材料 是通过交叉进行热处理的连续轧制变形(reduction)过程生产的。最 终结果是在轧制基体的平面和在轧制方向上都具有期望的晶粒 (grain)排列的结构。因此，带形基体是双轴织构。紋理的程度可以由XRD (X射线衍射)或者EBSD (电子反向散射 衍射)确定。目的是产生最好的紋理，即通过减少大角度晶界的数量 在晶粒之间产生最少的定向误差。这通常在平面或非平面内表示为所 选的X射线峰值的或EBSD技术的定向误差柱状图中的FWHM (半峰全 宽(full width half-maximum ))。这些是规定好的过程。注意，形成RABiTS带的技术已经发展到可以控制晶粒的形状和尺 寸的程度。例如，可以形成具有等轴晶粒的RABiTS,其中晶体晶粒的 尺寸在材料"ab"平面的两个方向上基本相等。替代地，所生成的晶 粒的形状可以是各向异性的，使得可以改变晶粒延长度。最近在2005 年9月10-15日奥地利维也纳的EUCAS2005上，Eichemeyer等人已经 报告使用诸如将受控量的杂质引入到开始材料中的技术来增加对这些 参数的控制。以未织构基体开始的优点是，与RABiTS相比该基体机械地可以非 常结实，因此可以更薄。因此，对于相同的YBCO膜性能，工程电流密 度可以比RABiTS覆盖的导体的更高。尽管由于这些原因RABiTS型材 料不能生成与使用IBAD技术生成的基体一样好的基体，但是生产它更 快更便宜。在制造使用例如由RABiTS材料制成的织构带基体的线圏时，待涂 层的带必须织构良好，即它的结构应该尽可能接近单晶体的结构。所 有晶粒的"c"轴必须在基本相同的方向对准，接近膜沉积的平面的法 线，并且也必须减小在"ab"平面内的大角度晶界的数目。因为带的 紋理被复制到随后沉积的层中，所以大角度晶界充当"弱连接"或者 充当随后沉积的超导线圏的渗透超电流的阻碍。因此，要避免这种阻 碍，这是因为它们减小超电流。在涂层的导体带中，在带基体和超导层之间有过渡层。需要这些
过渡层来阻止不希望的化学物质在基体和YBC0层以及在YBC0层和基 体之间扩散。这些过渡层可以是绝缘的或导电的，并且具有与基体适 度匹配的晶格参数和膨胀率。典型的过渡层是氧化铈(CeO)以及YSZ、 钯(Pd )、银(Ag )或任意其他展示过渡层所需的物理和物理化学性质 的适当材料。结果是，带(典型地是50-100微米厚)具有极好的紋理， 同时晶粒具有总体指向[1， 0, O]方向的c轴并且具有非常小的平面内 的定向误差。
在由多段涂层的导体带制造超导线圏中，通过围绕模型缠绕的带 的几何结构来约束每个线圏轨道的几何结构。
为了优化原位沉积在模型上的超导线團的性能以及为了调整随后 形成的线圏轨道的结构和最小化缺陷区域的影响，可以设计一种可选 的且改进的制造路线(route )来由柔性双轴织构材料的薄片制造模板 层，在该模板层上原位沉积具有基本弯曲的几何形状的、具有例如圆 柱形的旋转对称的超导线圏。
本发明的目的是提供这样一种可选的且改进的路线来由柔性双轴 织构材料的薄片制造模板。在很多情况下这需要在薄片的相邻边之间 产生连接。
在本说明书中，下面的以字母顺序列出的术语表示具有至少如下 限定的特定含义
"对准的晶粒"是基体中的晶体晶粒，该晶体晶粒具有基本沿着 与基体中的其他晶体晶粒相同的方向的、接近基体平面的法线的"c" 轴；并且该晶粒在"ab"平面内也是对准的。对于细长晶粒，晶粒的 细长尺寸通常会有一个优选晶向。
"线圏和/或模型的特征的结构"分别是绕线圏和/或模型的特征 的轨迹。因此线圏轨道的结构是该线圏轨道的三维几何形状，其特别 是线圏中的线圏轨道的轨迹，并且在线圏轨道互联的方案里，其可能 是在多于一个层上。
"相邻边的结构，，是为了在薄片之间形成薄片连接所产生的边的 轨迹。连接的结构是在模板中形成的连接的轨迹。
"复制"是底层的晶体紋理的再现，即，模板紋理的再现。复制过程是应用这种复制的过程。
"限定"是模板或层的边中的特征的边界或范围的确定，或者是层
的特征形式的描绘。因此限定包括写、复制、印刷以及构图。 "边"是限定在薄片的表面中的线。
"细长晶粒"具有优选的方向，在这个方向上具有主要尺寸。
"等轴晶粒"是在薄片材料中的在平面的各个方向具有类似尺寸 的晶体晶粒；它们可以大小相似。
"模型"是一个装置，该薄片大小适于安装和定位在它上面以形 成模板。就本发明而言，模型具有一个基本弯曲的表面，优选地具有 一个旋转对称的轴。
"连接"形成在两个相邻边之间。
"层，，是膜、优选地是薄膜的单个沉积，在用于沉积线圏的初始层 的模板表面上，或在用于沉积线圏的随后层的模型的最上层的表面上。
"线"是一条横穿薄片、优选地沿晶粒的边界的路线，该路线基 本上最小化经过的晶粒的数目或横穿晶粒边界的数目，为了选择用于 在边之间形成连接的最优的边沿该边界进行计算，沿该路线进行计算 以选择用于在其之间形成连接的最优边。为了形成连接，计算两条线； 因此选择两条线来选择最优连接。线是虚边。
"路径或线圏路径，，是为了限定用于超导线圏的最优轨道而绕其 进行计算的路线。因此它是虚轨道。
"构图"是去除或增加特定几何形状中的材料，包括限定层中的路径。
"印刷"是平行地写。
"模板"是由一薄片柔性双轴织构的金属基体制成的，该基体用 于通过原位沉积材料来制造超导线圏。
"紋理"是在表面特征的粗糙度以及形状方面的物理外观；在显 微镜检查中，它涉及微结构特征，例如晶粒形状、相分布、晶界特征 以及晶向，即晶向中的统计变异(FWHM)。在本申请中它更特别的是晶 体纹理或者优选的是晶向。关于超导材料，超导材料试样的紋理代表 那个试样的超导特性。通常，例如通过X射线或电子衍射来检测材料 的紋理，如薄膜超导体的紋理，但是存在其他方法，例如光学显微法。"织构"在由RABiTS型薄片制成的模板的情况下通过热-机械方 法实现，或者在初始层的情况下，它是织构薄膜的生成物。 "轨道"是限定在超导层中的线圏路径。 "圏"是绕具有基本弯曲表面的模型的单个环。 "弱连接"是超导层中会阻碍渗透超电流的一个特征。包含弱连
下。在模板里导致弱连接的特征包括"ab"平面内的大角度晶界。
"绕组"是在构图的单个层中形成的线圏轨道，并且在本说明书
的上下文中，它不是通过物理缠绕过程形成的。
"写"是通过放弃或除去材料来几何上局部地限定路径和轨道。
写可以包括蚀刻、划痕以及平板印刷的方法。
在本发明的第一方面，提供一种用具有至少两个连接边的柔性双 轴织构材料薄片在模型上制造用于超导线图的模板的方法，该薄片的 表面紋理由多个晶粒限定，该模型具有基本弯曲的表面，该方法包括 步骤i)成形该薄片，使得a)在将该薄片应用到该模型上时，每 个连接边紧邻另一个连接边，每个连接边及其相邻边是一对边；并且 b )确定该薄片的尺寸以覆盖该模型的部分表面并且基本符合该模型的 该部分；ii)将该薄片定位在该模型上，使得在该对边的每侧的薄片 的区域都具有基本对准的晶粒；以及iii)形成该对边之间的连接， 从而该模板在该连接上具有基本连续的织构表面。
有利地是，具有连续织构基体的模板可以用诸如RABiTS的材料的 柔性织构薄片以低成本制成。可以将该模板的尺寸确定为适合该模型； 在相邻边之间形成的连接是使在该连接每侧的晶粒的定向是类似的。 因此这保证了织构在该连接上是基本连续的。因此，这给出具有弯曲 的(即，圆柱形的)表面、使用例如IBAD和ISD技术制成的织构基体
的可选类型所有优点来改进已知的超导线圏制作过程，从而提高了由 该制造过程制造的工作线圏轨道的比例，改进了它们的超导特性以及 使得能够根据底层线圏的特征和预期应用构造随后形成在的模板上的 线圏。有利地是，在随后沉积的层中制造轨道时，可以检测和定位缺 陷；该缺陷可以被识别为是可修复的；可修复的缺陷可以被修复；可以选择避免不可修复缺陷的轨道的路径；如果随后将该路径限定在层 中使得它产生预定的磁场，那么可以修改线圏轨道的所选路径以适应 由该轨道所生成的^P兹场；可以选择所选路经以调整由在底层中形成的 轨道所产生的磁场的形状；以及可以将该路径限定在层中或上来产生 线圈轨道。优选地，用来制作模板的材料是金属薄片(foil)。
晶粒可以是基本平的、相互具有小角度晶界的晶粒，该晶粒具有 基本垂直于材料的表面的晶体c轴，该薄片是仅一个晶粒厚。优选地, 该晶体晶粒是细长的并且相互对准的。细长的晶粒可以是在该平面内 或外都相互对准。替代地，晶体晶粒是等轴的，在该平面内或外都相 互对准。等轴晶粒可以大小相似。
优选地，该方法还包括探测该薄片表面得到包括薄片的材料的物 理特性的步骤，以检测薄片中的物理特性的变化。在把该薄片安装到 该模型之前或之后，可以定位薄片上的缺陷。优选地，当将该薄片安 装到该模型时，检测缺陷。
探测表面的步骤可以限于在边区域中的表面的面积。有利地是， 仅需要扫描用来选择连接的那部分薄片，从而节省否则扫描整个薄片 所花费的时间并且保证探测步骤快速和高效。
探测步骤可以包括多个探测步骤，在每个探测步骤中探测所述材 料的不同的物理特性。有利地是，可以探测该薄片的几个物理特性， 使得在连接的区域中能够定位和识别更多的缺陷。
该或每个探测步骤优选地提供该薄片的物理特性的数据集，每个 数据集是可处理的以形成各自的图，该图具有指示该薄片上各个物理 特性中的变化的特征。有利地是，可以由操作者观察某个缺陷的相对 位置，例如，通过使用具有视频摄像机的显微镜。
每个图可以和一个或多个其他图组合以提供合成图。优选地，当 组合来提供合成图时，每个图相对于每个其他图加权。有利地是，通 过使用 一个这种合成图像可以观察不同类型的缺陷的相对位置，例如 通过颜色编码不同类型的缺陷。
成形薄片的步骤可以包括计算该薄片的最优尺寸的步骤，以便在 该对边的每个中以及在连接附近的该薄片的区域中，基本最小化表示 缺陷以及可以随后导致弱连接的该薄片物理特性的变化，并且在成形步骤中将该薄片成形到最优尺寸。有利地是，可以避免问题区域并且 可以在随后的线圏轨道中实现最大的渗流。
成形薄片的步骤可以包括为每个边计算最优线的步骤，以便该对 边的线合作，每条线穿过基本最小数目的晶粒，并且在成形薄片中， 每条边由线限定。
该方法可以还包括计算该薄片的最优位置的步骤以便在该对边的 边处的晶粒是基本对准的，并且该定位薄片的步骤可以还包括以最优 的位置将该薄片应用到该模型上。
该方法可以还包括计算要在随后沉积的层中形成的轨道的方向的 步骤，以便该轨道与晶粒主轴的方向基本对准。有利地是，基本优化 在随后形成的轨道中的渗流。而且，可以选择模板的晶体结构以及表 面紋理，以最适合随后形成在该模板上的超导线圏的预期目的。
计算步骤可以采取迭代过程。有利地是，通过一系列计算步骤计
算每个参数(即尺寸、线和位置)，来获得每个参数的最优值。
该方法可以还包括下列步骤如果对于提供模板的薄片，薄片的 物理特性的变化表示在该整个或部分薄片上存在太多缺陷，则放弃整 个或部分薄片。有利地是，在沉积随后的超导层和过渡层之前，可以 放弃不会产生有效模板的模板或部分模板。
优选地，在连接步骤中，优选地通过热-机械过程，向薄片应用压 力和热处理的组合，从而保证相邻边附近的薄片区域相互形成连接。
优选地，相邻边附近的薄片区域重叠，并且该连接步骤包括对相 邻边附近的薄片区域打孔以在薄片中限定线来通过剪断重叠区域成形 该连接的边。有利地是，保证两条边的完美配合。
相邻边附近的薄片区域可以重叠并且连接步骤可以包括化学、等 离子或者离子束蚀刻或者电铸过程来蚀刻重叠区域。有利地是，这种 处理会抑制在连接处形成台阶，从而使该连接上的表面光滑。
优选地，该方法还包括通过退火和/或热处理将边熔合起来的步骤 来形成连接，从而通过修复存在的缺陷来提高连接的质量。
该连接步骤可以还包括掺杂步骤，从而通过调整晶界来提高连接 的质量。优选地，该掺杂步骤包括在连接处受控地引入钙或氧或两者。
该方法可以还包括探测连接的任一侧的模板区域的步骤来评估连接的质量。有利地是，这是一个在连接步骤之后的质量控制步骤以进 一步优化连接。
该方法可以还包括修复步骤，在该修复步骤中薄片接受处理以提 高连接的质量。有利地是，可以修复在至少连接区域中的薄片上的缺陷。
该处理可以包括退火和/或掺杂和/或热-机械处理。
该处理可以还包括在模板上沉积至少一个过渡层。有利地是，该 处理包括沉积多于一个过渡层来提高晶体紋理。更厚的过渡层会提供 更光滑的表面，厚到不会出现任何缺陷为止。
在成形薄片的步骤中，该对边中至少一个是圆锯齿状，从而最大 化围绕随后沉积的线圏的渗流。有利地是，最大化在连接任一侧通常 平行的晶粒之间的接触。圆锯齿可以是相似的、不规则的、规则的、 周期的或非周期的、或者这些特征的组合的齿状。它们可以是锯齿、 细圆齿、圆齿、城垛状齿或者这些特征的组合。
优选地是，该对边的两边都是圆锯齿状并且它们互锁。
沿该对边的圆锯齿可以每个都有楔形结构，每个圆锯齿是楔形， 该对边的边可相互互锁。优选地，每个圆锯齿基本上大于出现在该薄 片中的晶粒的尺寸。优选地，每个圆锯齿基本小于在随后沉积的层中 形成的轨道的宽度。有利地是，该连接利用晶粒延伸度，最小化不利 的定向误差的晶界的数目以及它们的重叠面积，以及同时最大化有利 的晶界的界面的横截面面积，该晶界通常相互对准。
优选地，圆锯齿的尺寸大于晶粒大小，但是比在随后沉积的层中 形成的轨道宽度小得多。
该对边可以汇合以沿该模型的纵轴形成连接来最大化围绕随后沉 积的线圏的渗流。
有利地是，通过绕圆柱形薄片的表面分布连接，阻止可能出现在 生成的磁场中的严重的不均匀，该磁场是由随后重叠的超导线圏产生 的。
该连接可以基本围绕该模型的圆周。
优选地，该方法还包括围绕模型放置薄片，细长的晶体晶粒基本 在随后沉积的线圈的圏的方向上。有利地是，晶粒的主方向平行于线圈的圏的方向，即，与电流的方向一致。
用来制造薄片的材料可以由RABiTS材料制成。有利地是，该过程 产生具有为使用该要求保护的方法所需的特性的材料。
优选地，该模型具有旋转对称的轴。该模型可以具有封闭的表面。 更优选地，该模型是圆柱形。有利地是，这利于沉积随后的层，保证 沉积过程的 一致性以及利于缺陷绘图过程。
在连接步骤中，可以在该对边的边之间形成电分流器。有利地是， 当形成低质量的连接时，该分流器可以用来使得在模板上形成具有通 过连接的轨道的运行线圏；否则，不能在原位制成运行线圏。优选地， 该分流器由金或银制成。可以由多种技术中的任 一 种沉积该分流器， 该技术包括放置与该对边互联起来的连接线或者在边之间沉积互联薄 膜。
在将薄片放置在模型上的步骤中，该对边任一侧的区域可以重叠。 在本发明的第二方面，提供了一种用至少两个柔性双轴织构材料 薄片在模型上制造用于超导线圏的多组分模板的方法，每个薄片具有 多条边，每个薄片的特征由多个晶粒限定，该模型具有基本弯曲的表 面，该方法包括步骤1)成形每个薄片以覆盖该模型的部分表面；2) 将每个薄片相对于该或每个其它薄片定位并且固定在模型表面的预选
位置，每个薄片的晶粒相互对准并且具有相对于该/每个其它薄片的晶 粒的对准的预定方位。
该方法可以还包括计算薄片的形状以及薄片在模板上的预选位置 的步骤。
在本发明的第三方面，提供了一种将至少两段带连接起来，即拼 接操作的方法，每段带均由柔性双轴织构材料制成并且具有连接边， 该带的紋理由多个基本定向的晶粒限定，每个连接边临近另 一段带的 连接边，每个连接边及其相邻边是一对边，该方法包括步骤a)选择 在该对边的每条边附近的最优线，以便该对中的每条边的线相互符合 并且每条线最小化穿过的晶粒的数目；b)通过限定每条线来成形每个 带以形成一个连接边；c )将该对边的边定位在一起并且连接其间的该 对边的边。优选地，晶粒基本相互定向。
在本发明的第四方面，提供了一种用具有至少两条边的柔性双轴织构材料薄片在模型上制造用于超导线圏的模板的方法，该薄片的表 面紋理由多个晶粒限定，该模型具有基本弯曲的表面，该方法包括步
骤i)成形该薄片，使得a)当将该薄片应用于该模板时每条边临 近另一条边，每条边及其邻边是一对边；并且b)将该边的尺寸确定 为覆盖该模型的部分表面并且基本适于该模型的该部分；以及ii)将 该薄片定位在该模型上，使得该对边的任一侧的该薄片区域具有基本 对准的晶粒，从而该模板在该对边之间具有 一个基本连续的织构表面。
在本发明的第五方面，提供了一种计算机程序或者一套计算机程 序，其被布置为使当由计算机运行该计算机程序时，它/它们操作计算 机来控制装置执行本发明的第一至第四方面中至少一个的方法。
在本发明的第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，该存储 介质存储本发明的第五方面的计算机程序或该套计算机程序中至少一 个。
在本发明的第七方面，提供了一种用于用具有至少两条边的织构 材料薄片在模型上制造用于超导线圏的模板的装置，该装置被布置为 执行根据本发明第 一方面的方法。
在本发明的第八方面，提供了一种用于用具有至少两条连接边的 柔性双轴织构材料薄片在模型上制造用于超导线圏的模板的装置，该 薄片的紋理由多个晶粒限定，该装置包括i)用于在制造模板期间支 撑薄片的模型，该模型具有基本弯曲的表面；ii)连接到该模型的计 算机，该计算机具有被布置为控制模型运动的处理器；iii)用于成形 模型上的薄片的成形器，该成形器连接到该处理器，该处理器被布置 为用来控制该成形器确定该薄片的尺寸，使得当该薄片应用于该模型 时a)每条连接边紧邻另一条连接边，每条连接边及其相邻边是一对 边；以及b)将该薄片的尺寸确定为盖住该模型的部分表面以及基本 匹配该模型的该部分；iv)用于将该薄片形成在该模型上的定位器， 该定位器连接到该处理器，该处理器被布置为控制该定位器，使得在 该对边的任一侧的该薄片区域具有基本对准的晶粒；以及iv)用于连 接在该对边之间的连接的连接器，该连接器连接到该处理器，该处理 器被布置为控制该连接器来在一对边中的边之间形成连接，从而该模 板在该连接上具有基本连续的织构表面。该薄片可以包括多个基本平的、细长的、相互对准的晶粒，该晶 粒具有相互小角度的晶界，该晶粒具有基本垂直于材料表面的晶体C 轴，并且该薄片仅一个晶粒厚。
优选地，该装置还包括用于在边的区域中探测薄片表面的探测器， 该计算机还包括存储器，该探测器连接到该处理器和该存储器，该处
理器被布置为l)控制该探测器；2)从该探测器接收信号，该计算 机将该信号转换成该薄片的所探测表面的图；3)将图存储在存储器中； 4 )计算该薄片的最优尺寸，从而最大化随后重叠的超导线圏中的渗流； 以及5)控制该成形器来将该薄片的尺寸确定到最优尺寸。
该处理器可以被布置为计算该对边中的每条边的最优线，使得一 旦形成，该对边中的边合作并且该边穿过基本最小数目的晶粒，并且 通过限定该薄片中的线以形成每个连接边来确定该薄片的尺寸。
该处理器可以还被布置为通过计算与晶粒的细长尺寸的方位基 本对准的轨道方向，基本优化要在随后沉积的层中形成的轨道中的渗 流。有利地是，可以选择该模板的晶体结构以及表面紋理，以最佳符 合随后在该模板上形成的超导线圏的预期目的，考虑它的特定几何外 形。
该处理器可以还被布置为，计算该薄片的最优位置，使得在一对 边中的边处的晶粒相互对准，并且用来控制该薄片的位置在模型上最 优位置。
该装置可以还包括修复器，该修理器用来修复在连接中和周围出 现的缺陷，以及用来提高该连接的质量，该修复器连接到该处理器， 该处理器被布置控制该修复器来修复该薄片的表面。
当被该处理器操作时，该修复器可以被布置为在该模板上沉积至 少一个过渡层，从而改善在连接附近的模板材料的微观结构和紋理。
当被处理器操作时，该修复器可以布置为对该连接进行退火、掺 杂或者热-机械处理，从而去除模板中存在的缺陷。
该连接器可以包括热-机械涂抹器，该涂抹器当被处理器操作时被 布置为向该对边附近的薄片区域施加压力和热量，从而在它们之间形 成连接。优选地，该热-机械涂抹器包括一个滚筒和一个加热器。
该连接器可以包括； 一个切割器或蚀刻器，该切割器或蚀刻器当被处理器操作时被布置为同时对该薄片的重叠区域打孔；以及一个退火 器，该退火器当由处理器操作时被布置为相邻边附近的薄片区域进行 退火、热处理和/或掺杂以在它们之间形成连接。
在本发明的第九方面，提供了一种用于根据本发明的第八方面的 装置的模型，其中该模型可弹性变形，从而在连接每对边的边时该模 型弹性变形，使得该模型上的模板的表面基本光滑且连续。优选地， 该模型在连接区域内可弹性变形。
在本发明的第十方面，提供了一种用于根据本发明的第八方面的 装置的模型，其中该模型有一个凹陷，该凹陷被布置为当将该薄片应 用于该才莫型时在重叠的薄片区域下面，该凹陷从而容纳该重叠区域以 便模板的表面基本光滑和连续。该凹陷可以是一个沟槽。
优选地，该凹陷或沟槽在该连接的位置处倾斜。该凹陷或沟槽允 许在相邻边接合的区域内的多余材料挤压进该凹陷或沟槽中。
优选地，该模型可弹性变形，从而当连接每对边中的边时该模型 弹性变形以便模型上的模板的表面基本光滑和连续。
在本发明的第十一方面，提供了一种用来通过在其上原位沉积形 成超导线圏的模板，该模板具有一个基本弯曲的表面，其中该模板具 有一个基本连续的织构表面，该模板的紋理是由多个晶粒限定的，并 且该晶粒基本对准。
该模板可以还包括在一对边之间形成的连接，在连接任一侧的模 板区域具有基本对准的晶粒，并且在连接上具有基本连续的织构表面。
在本发明的第十二方面，提供了一种根据本发明的第一至第四方 面中任一个制成的模板。
在本发明的第十三方面，提供了一种包括根据本发明的第十一或 第十二方面的模板的超导设备，其中该超导设备具有包括轨道的线圏， 该线圏位于模板上。
该超导设备可以是电动机、电阻式故障限流器或发电机，并且该 才莫板可以包括细长晶粒。优选地，该细长晶粒与轨道基本对准。有利 地是，将轨道方向与该晶体晶粒的主轴对准以优化通过该轨道的渗流。
该超导设备可以是电感式故障限流器，优选地是电感式故障限流 器，并且该模板可以具有等轴晶体晶粒。优选地，该等轴晶粒大小基本相似。有利地是，等轴晶粒的晶轴中的主轴相等使得故障限流器能 够在载流元件周围提供有效屏蔽。
该设备可以包括同心系列的模板。
在本发明的第十四方面，提供了一种包括根据本发明第十二方面 的多个超导设备中一个的系统。
在制造具有基本弯曲的表面且在此公开的模板层的方法中，该模 板由柔性双轴织构材料薄片制成。该薄片的表面紋理由晶体晶粒限定，
并且该薄片优选地由RABiTs材料制成。将该薄片定形以符合模型来具 有至少两个相互临近的边。该薄片定位在该模型上以便该边任一侧的 区域内的晶粒基本对准。然后优选地通过形变-机械方法连接该边，以 便该模板在连接上具有基本连续的织构表面。
为了定位晶体晶粒，扫描该薄片并且从该扫描形成图。由于仅需 要边区域中的晶粒结构，所以可以,仅扫描这些区域。该薄片的所扫描 部分的图示出了晶体晶粒的位置。然后可以使用该图来在薄片中选择 线，在该线处要形成该薄片的待连接边。选择该线，以便该线在形成 连接时相互符合、当形成边时切割最小量的晶粒、基本优化了在随后 沉积的层中形成的轨道中的渗流，并且以便该薄片可以符合用来制造 模板的模型。
为了最大化该连接的质量，该线是圆锯齿状，其中圆锯齿大于晶 体晶粒的尺寸，并且小于随后在模板上形成的轨道的宽度。为了基本 优化通过随后形成的线圏导轨的渗流，成形圆锯齿以基本最小化该连 接的比例，该连接一旦在模板中形成就垂直于通过随后形成的超导线 圈的超电流的方向。而且，基本最大化了连接中晶体之间的界面的横 截面面积，该晶体在连接中具有平行于该超电流的方向分量。实现这 个圓锯齿的一个优选形状是互锁的楔形结构。
晶粒可以是任意形状的，但是对于其中使用模板的特定超导组件， 优选特定形状，例如相互对准的细长晶粒或者等轴晶粒。对于用于制 造电阻式故障限流器、发电机以及电动机线圏的模板，优选细长晶体。 在用于制造电感式故障限流器的模板中，优选等轴晶体。
一旦形成模板，就扫描它来评估它的质量。如果它是劣质的，若 需要，则可以通过用过渡层"贴墙纸"的方式或者通过在连接处形成电分流器来修复它。然后可以使用薄膜沉积技术在模板的弯曲表面上 原位制造超导线圏。可以优化沉积在模型上的超导线圈的性能，并且 像制造线圏 一样调整形成在线圏中的线圏轨道的结构。
现在通过示例、参照下面附图更详细地描述本发明，其中


图1是使用扫描电子显微照片生成的RABiTS材料薄片的表面的图
像；
图2显示了图1的晶粒及其晶界的外形；
图3是图2中显示的晶界的表示；
图4显示了沿图3中显示的一些晶界穿过的所选线；
图5是绘图过程的流程图6是安装到合适的圆柱形模型以形成模板的RAB i TS材料薄片的 示意图7是在连接处两条边之间形成的楔形互锁的示意表示；
图8是在如图6中显示的圆柱形模型上的模板的示意图，其中连
接分布在圆柱的圆周周围；
图9是沿非螺旋形路径的超导线圏的示意表示，此线圏可以形成
电动机或发电4几的基础；
图IO是制造模板的过程的流程图ll是用于制造模板的装置的示意图；以及
图12是用于操作制造模板的自动装置的计算机环境的示意图。
参见附图，图1是使用扫描电子显微照片生成的RABiTS材料薄片 表面的图像。可以使用光学技术生成类似的图像。它示出了晶体的晶 界。单个晶粒的相对对比度表示晶粒之间的相对方位。在图2和图3 中更清楚地描绘了晶界，在图2中用晶界示出了晶粒的相对对比度并 且图3仅示出了晶界的结构。注意，晶粒沿图形的短轴是细长的。
柔性双轴织构材料薄片(诸如RABiTS材料薄片)具有将在圆柱形 模型上相互临近的两条边。确定该薄片的尺寸，以便它可以被安装到 该模型上。该模型在它的通常平行于该模型的旋转轴的表面上具有倾 斜的凹陷。确定该薄片的尺寸，使得当它被安装到该模型上时，该薄片的相邻边中的一条在倾斜的凹陷上方重叠另一条边。可以调整该模 型以利于将该薄片安装到它上。
将该模型引进到连接装置中，该连接装置连接到并且由包含处理 器的计算机操作。可以使用许多过程进行连接该薄片的相邻边，以及 该连接装置适于执行这些优选过程中的任一种。每个过程用于实现相
同的目的在该薄片的两个相邻边之间形成的连接上保留高织构的特 征。因此一条边的细长的织构晶粒与相对边的细长晶粒符合。例如， 如图4所示，在该薄片上通常沿薄片3中第一区域内的晶界形成线1。 线1通常匹配该薄片中第二区域5内的第二条线的结构。在该薄片中 已限定线的结构以形成第一边和第二边。如图4中所示，两条边相互 符合。
一个优选过程使用压力和热处理的组合，从而将一条边附近的薄 片区域焊接到它的相邻边附近的薄片区域上。位于薄片的重叠下方的 倾斜凹槽最小化由一个薄片区域重叠另一个区域引起的凸起表面。用
来执行该过程的连接装置包括一 系列滚筒以及加热器，该滚筒和加热 器在待连接的相邻边的区域中应用该薄片，以在它们之间形成连接。
第二个优选过程是切割过程，该切割过程导致在相邻边附近的两 个区域打孔来分别或同时地压断或切断该薄片的两个重叠区域。该连 接装置具有机械切割机、机械压模机、激光或者电子束来执行切割或 压模。在切割或压模相邻边附近的该薄片区域后，将它们退火、压焊 或者热处理来把相邻边熔合起来以形成连接。
如果分别切割重叠区域，可以在最上方区域的下面放置牺牲层。 切割或压模最上面的层。然后折叠它，并且在下方区域的下面放置另 一个牺牲层。切割或压模下方区域。然后将该最上方区域压进该下方 区域来形成连接，该两区域具有最小重叠。
退火可以还包括掺杂步骤。掺杂、退火以及热处理用来通过修复 任何存在的缺陷来提高连接质量。通常，结合掺杂过程进行退火。
除了形成相邻边的切割步骤使用化学刻蚀或电铸方法之外，第三 个优选过程基本与第二个过程相同。连接装置相应地具有电化学蚀刻 室来执行这个"蚀刻"步骤。
因为目的是在连接上保留高织构的特征，所以实现此目的依赖该
24连接每侧的晶粒的性质和几何形状。 一些晶粒(如果位于边处)适于 制造连接，而其他的不适合。另外，优选地在用薄片制造模板或壳之
前从该薄片去除其他的晶粒；即，放弃它们所在的那部分薄片。由此， 更有利地是"绘图"该薄片的晶体晶粒结构以选择连接的和形成连接 的边的最优位置。在上面引用的名称为"Superconducting Coil Testing (超导线圏测试)"的欧洲专利申请No. 04717702. 7号中充分 介绍了绘图技术。
在探测室中进行绘图，该探测室包括多种探测器，以探测该薄片 或者该薄片所选区域的表面的每个点。由处理器控制每个探测器。处 理器控制这些探测器中的一些来发射探测束。该层所位于的模型相对 于该室以及每个探测器旋转和在其轴上平移，提供在该层和固定的探 测器之间的相对运动。因此，探测器探测该层的表面上的每个点。每 个探测器扫描该薄片的所选部分的薄片表面，询问该表面的不同物理 特性。该探测方法评估该薄片的空间区域或该薄片的所选部分的特性。 为探测和为计算最优线所选择的该薄片部分可以是例如其中可以限定 边的该薄片的那些部分，使得当成形的薄片安装或缠绕在模型上时， 该薄片的边汇合形成连接。
将探测器采集的数据转换成图，该图可以在屏幕上显示给操作者 或专家系统。对于每个不同属性，该层的图的分辨率取决于对应探测 器即探测束的分辨率，该图示出了表示在该薄片的所选区域内检测到 的物理特性的变化的特征。理想地，该图的细节应足以限定待连接的 边的线。重要地是，对于在为相邻边和连接计算优选的最优线中起重 大作用的图，图的分辨率必须足以表示重要的晶粒结构、晶界以及该 薄片的表面的紋理的特征。另外，图像的分辨率必须足以计算随后重 叠的轨道的最优线。因此，因为图像的分辨率依赖于探测束的分辨率， 所以探测束的宽度必须比重叠层中的轨道宽度明显小。
所探测的该薄片的一些特性包括层的紋理、表面粗糙度、以及 光学特性。可以使用的探测器包括电磁辐射(诸如X射线或包括红外 线和紫外线的光)以及各种离子束，诸如电子束和离子束。对于每种 探测器，探测室还包括至少一个检测器或者至少一个检测器阵列。每 个检测器通过一个输入端连接到处理器，并且当事件检测时向处理器发送信号，该处理器将信号携带的信息存储在存储器中。该处理器处 理该信号并指令该信号显示在屏幕上，从而提供作为该层的图的信号 的实时显示。该处理器还连接到各种的探测器，它操作每个该探测器。 在同时操作探测器的情况下，每个探测器的信号可以同时显示在屏幕 上。
探测技术测量该薄片的一个或多个特性例如紋理、成分以及其 他物理特性。适于探测层的紋理的一些技术使用X射线、光的光学 波长、离子束或者电子束。对于这些中的每一个，理想地具有一个以 "适当的角度"照射到表面的固定束，用于反射和衍射光束的固定检 测器以适当角度或位置定位。优选地，这些技术是衍射技术。在探测 束相对于该薄片的表面不固定的情况下能够使用探测技术。 一个光学 方法使用一种常称作斑点监测器的设备，在该设备中探测器和检测器 彼此相对固定并且该设备测量被导向到相对于光束和探测器不固定的 (例如振动)表面的光束的相对反射强度。
一些用于探测层的成分的合适扫描技术使用X射线束或电子束激 发，同时探测器在适当位置。这些不同的技术采用波长和能量色散分 析，并且他们通常是众所周知的。另外，使用碰撞离子束的卢瑟福反 向散射可以用来确定层中的氧含量。
每个物理特性具有被布置为探测特性的不同装置。例如，通过光 学技术、X射线或者中子衍射、或电子反向散射衍射，可以分析层的 紋理。这些技术通常是众所周知的并且可以并行使用它们。
在图5中示出了阐述绘图过程中的步骤的流程图。
在绘图过程中的第一步骤11中，探测室中的探测器扫描层的整个 表面，或者仅扫描所选择的部分表面。通过一系列指示模型相对于每 个探测器的横向位置以及相对于探测室的角度位置的位置传感器，相 对该室、该探测器的位置定位模型。每个位置传感器连接到处理器， 它向该处理器传送信号。因此，可以确定薄片的准确晶粒结构和晶界 的构造并且将其作为电子文件存储在存储器中，该存储器连接到处理 器。该图可以还包含关于该薄片的表面中存在的缺陷的位置的信息。
在绘图过程的第二步骤13中，每个探测器的电子文件可以作为图 显示在屏幕上。因此对于多个探测器中的每个有一个图。该图提供对应探测器所检测的层的表面特征的图像，每个特征表示该探测器所检 测的物理特性的变化。可以改变薄片的每个图的阈值，以表示指示晶 界的不同特性。因此，图可以展示晶体结构、晶界的位置以及晶粒的 各自方位。对应于不同探测器的图当作为直观表示显示时可以被操作 者颜色编码为了更细致的观察。因此，通过响应屏幕上显示的图的动 作，操作者可以影响探测。
在绘图过程的第三步骤15，通过软件中包含的算法来组合薄片的 图以提供一个合成图。通过加权每个图相对每个其它图的值，来组合 不同的图。预先确定每个图的加权，但是可以改变。在不同的条件下 使用特定的加权值，例如薄片中不同材料、模型和随后的线圏导轨 的不同形式和几何外形、线圏和不同的最终线圏应用中的不同位置。 合成图比从单个探测方法得到的图更精确地识别和定位在该薄片中存 在的每个晶体晶界。
在最简单的形式中，会通过使用加权系数将各个图简单相加形成 合成图。在更复杂的形式中，会使用，例如关系可以是乘积而不是相 加或相减的组合形式。
优选的用于探测薄片的紋理的探测技术包括EBSD (电子反向散射 衍射)，或者光学模拟，在该光学模拟中在所选的光条件下显示RABiTS 的多面结构和晶界。因此，这些技术可以用来确定晶界。
另 一个合适的技术使用激光点扰动来探测晶体晶粒的多个面的平 均相对角。使用这种技术的一种这样的装置被称作斑点监测器。在该 斑点监测器中，光学检测器用来检测从保持在振动机械中试样(例如 薄片)反射的激光。检测器检测到的光信号的强度取决于所反射的光 的强度。如果薄片是单晶面，则检测信号不会波动。但是，由于晶粒 面朝向不同的方向，因此随着薄片振动，反射光的强度以及因此的信 号强度变化很大。检测信号因而给出了晶体晶粒定向(无定向)、表面 粗糙度、晶粒的各向异性度以及晶粒的大小的指示。
注意，通过简单的光学显微技术不一定得到晶粒的相对定向。从 这些探测器得到的信息用来确定形成连接的边以及可能的随后的线圏 路径的最优线。
连接的显微结构会重要地确定随后重叠线圏的电流，因为连接会不可避免地是重叠线圏中大量的弱连接和缺陷的源。因此，给待连接 的边的区域中的薄片绘图的目的是使得在随后线圏中的弱连接源的数 目最小化。
在第四步骤17中， 一旦使用探测器或多个探测器已经获得图，就 将它存储在与处理器连接的存储器中并且将它视觉显示地显示给用 户。
一旦已生成图，就为待连接边中的每一条边选择或计算最优或优 选的线。计算该线，使得它基本上最小化该边遇到的缺陷或弱连接源 的数目，并且从而避免包括在薄片中随后形成的模板区域内，因此引 起形成劣质超导线圈。还选择它，使得在随后沉积的层中形成的轨道 具有基本优化的超电流。最大超电流发生在电流的方向不垂直于超导 层中紋理的限定处(即，垂直于晶体晶界)的情况。因此，最优线应 该最小化晶界的数目，该晶界垂直于在随后沉积的超导层中形成的轨 道中超电流的预期方向。还优化在连接上的超电流，其中待连接的边 的相反侧的晶粒具有大的重叠横截面的表面面积的界面。优选地，该 界面具有大的方向分量，该方向通常平行于超电流的方向。
例如，如果超电流方向垂直于连接，那么每对边的每一个的主要 部分优选地具有垂直于连接方向且平行于超电流方向的方向分量。另 外，在形成连接的相对边中的晶体晶粒之间的界面成分在超电流的方 向上是大的。
因而，在计算最优线时，考虑和计算多条可能的线。另外，在计 算每条最优线以及晶体晶粒方位中应该考虑三个不同因素，每个以不 同比例。
首先，应在薄片中的位置形成线以便当薄片应用于模型时，由优 选线所限定的边基本汇合。从而可以连接边。因此，线之间的距离取 决于模型的周长、模型的形状、沟槽的存在以及模板的形状。该因素 的比例是用来形成模板的薄片的尺寸和形状。
第二，线应穿过基本最小数目的晶粒。因此，线应该尽可能地沿 晶界，最小化晶界的数目。但是，因为由线限定的每条边必须符合由 另一条线限定的边，所以为了两条边形成良好的连接，不太可能两条 线仅沿晶界。这种计算的比例约是晶粒的尺寸。由于这种计算的缘故，每条线的轨迹是基本圆锯齿状。每个圆锯齿基本沿晶粒之间的边界。 圆锯齿不仅沿晶体的晶界，而且被选择为一旦在薄片中形成线允许相 邻边就互锁。圆锯齿的互锁元件的数量级大于晶体晶粒的尺寸，但小
于在随后沉积的层中形成的轨道的宽度。注意圆锯齿的尺寸是由晶 粒尺寸决定的，RABiTS型材料的晶粒尺寸一般比例如使用IBAD技术 的其他织构方法的大很多。
第三，当相邻放置形成的边时，每条边附近的薄片区域内的晶粒 的排列可以不相同。通过相对另一条边横向移动一条边，可以微微调 整相对方位。这也可以提高边的相互符合。
最后，线需要解决晶体晶粒的优选定位。如果晶粒是细长的并且 相互对准，那么该细长晶粒的主轴优选地对准在随后沉积的层中形成 的轨道的方向。如上所述，晶粒的相互定位以及在该对边之间的界面 上晶粒的重叠程度对于连接上的渗流以及通过随后形成于模板上的线 圏中轨道的超流是重要的考虑。因此，当计算最优线时，在该三个因
素中的每个里均需要考虑晶粒的定位。
在选择最优线中，希望它能优化在模板中形成的连接，通过考虑 这四个因素薄片的尺寸、晶粒的尺寸、边的相对定位、以及相对于 薄片以及因此相对于模型的晶粒定位。
在选择最优线中，可以选择圆锯齿的形状以适合模板的应用，即 要在模板上形成的线圏。圆锯齿是沿待连接的边的齿形结构、或者齿 槽。圆锯齿可以是不规则的；它们可以是规则的；它们可以是相似的； 它们可以是周期的；它们可以是非周期的；或者是沿着边的长度方向 的这些的组合。例如，从大范围上看，周期的程度可以更明显，但从 小范围上看，边可以是不规则的非周期的。圓锯齿可以具体是锯齿、 细圆齿、圆齿、或者这些的组合。大范围规则的、周期的圆锯齿状的 边的一个优选类型是锯齿状。
在选择圆锯齿的形状和尺寸中，应做出与选择最优线中相同的考 虑。圆锯齿的形状应最小化穿过的晶界的数目。应选择它们以最小化 晶界的数目，该晶界垂直于通过在随后沉积的层中形成的轨道的超流 的方向。即，连接上的轨道中的渗流必须易于穿过连接。应优化超流 方向上在连接中的对立边的晶粒之间的横截面界面的组分。而且，可以调整圆锯齿以适合晶体晶粒的形状，例如，它们可以 适合相互对准的细长晶粒、或等轴晶粒。对于细长晶粒，随着线相对 晶粒主轴的方向改变方位，圆锯齿可以改变形状，以最小化穿过的晶 体晶粒的数目。圆锯齿的形状可以呈现规则的，但是从该晶体晶粒的 范围看，为了最小化穿过的晶体晶粒的数目，线的轨迹可以是不规则 的。
为了帮助选择最优线，可以在屏幕上显示其中被推荐限定线的薄 片部分。薄片的表示显示了薄片中的晶界和所推荐的线。可以调整图 像以便薄片的图像移动到相互重叠。可以评估优选线的相互匹配以及 薄片中的晶界。可以观察到薄片上的不同线，以便可以将相互最符合 和最匹配晶线边界的线选择为最优线。
代替线的可视选择，可以使用迭代算法从所有可能的计算得出的 线中选择线。计算机对对应图的数据集应用该方法。选择最优线来使 得在它们的轨迹之间具有基本最小的差别，以穿过基本最小数目的晶 粒并且具有穿过的晶粒的交叉线的总长度最小化。
然后将模型送到连接室，用于切割边中的 一条或两条并且将相邻 边连接起来供给模板。
如图6所示，在形成连接21之后，将薄片23安装到模型25以形 成模板，模型可以返回探测室。然后探测连接、以及连接21每侧的薄 片23的区域来确定连接的质量。这可以当作质量控制步骤或者当作可 以通过退火、掺杂或其他相似技术修复的缺陷的检测。在修复步骤之 后，可以再探测模板来绘制连接。可以进行进一步修复步骤并且对于 每个修复步骤重复绘制过程。
已绘制连接区域内的薄片的表面紋理，处理器可以使用数据来计 算线圈轨道的路径，该线圏轨道可以在沉积随后超导层来形成线圏时 被形成。
有时发现连接是劣质的。如可能，通过将"贴壁纸"层应用到模 板，可以改善或提高该连接，或者该薄片接受退火或掺杂过程来修复 连接区域内的模板。
但是，有时通过"贴壁纸"不能修复该连接，或者可能确定该连 接不应改善。通过沉积电分路器来连接在该连接每侧随后沉积的线圏轨道，该模板可以仍用来制成线圏。该分路器通常由合金或诸如金或 银之类的金属制成。它通常以焊料的方式应用于需要结合的连接位置。 在可以将电线强塞在边之间的情况下，也可以通过放置将该对边互联 起来的连接电线形成分路器。可以将互联薄膜沉积在边之间。在形成 分流器的另一个方法中，例如优选地通过掩膜喷溅或涂抹厚膜，或者 经过喷墨方法在该连接上印出厚膜。这些方法可以伴随有热处理，例 如线的熔化、或者沉积膜，以例如通过填充连接来改善它。在连接处， 可以有多于一个的分流器，例如可以有一个分流器位于连接的经过随 后沉积的轨道的每个交叉口 。
在使用分流器来改善连接的情况下，模板通常用来制成单层超导 线圏，因为分流器的尺寸如此大，即相对于晶粒其数量级更大，以便 它会是在随后沉积的层中的缺陷源。如果线圏具有交叉连接的轨道， 最后该连接会是在随后形成在该模板上的超导线圈里的弱连接源。在 需要分流器的连接上的紋理如此低劣以致经过该连接的轨道不会超 导。因此，为了携带所需的电流，该分流器需要厚。
通常，用来形成连接的边在微观范围上不是直线，而具有圆锯齿 状的边，例如，更具体地锯齿状的边。它仍具有关于圆柱形模型的轴 线确定的一般方向.。 一般精制每条边的锯齿，使得相邻边在微观范围 上以竖锯件的方式相互互锁。
在优选的实施方案，精制相邻边，以多个楔形接缝的方式被构造。
图7显示了两条边33、 35的互相啮合的楔形接缝31。成形这些接缝 以利用晶粒延伸度，从而最小化不利晶界的数目以及那些不利晶界的 总面积。同时，最大化了有利晶界的截面的横截面面积。在连接垂直于 电流的方向的情况下，减小了通过连接的渗流。在连接每侧的晶粒之 间的截面平行渗流的情况下，电流的减少最小。因而通过该布置最大 化渗流。为了最大化渗流，也基本最小化连接中大角度晶界的数目。 但是，对于细长晶粒，如果晶粒的细长尺寸平行于边，则在相邻边的 晶粒之间的最优横截面界面易于发生。在相邻边中晶粒之间的大角度 晶界数目和横截面界面面积之间明显存在折中。当计算最优线时，可 以考虑这个。
通过连接处的精确的晶粒结构表示一对相邻边中的楔形接缝的互联的精确结构。因此在定形相邻边之前，通过绘制确定选择或优化边 的线。
这些楔形互锁接缝的尺寸相对于晶界尺寸和随后的超导轨道的宽 度是重要的。楔形互锁接缝可以比晶粒的尺寸大许多。理想地，它们 应该比随后的超导轨道的宽度小，否则随后重叠的超导线圏轨道的"节 距"可以干扰楔形接缝的周期并且引起连接处渗流的大的统计波动。
例如，可能的轨道宽度可以是5mm，楔形可以有约lmm的宽度并且晶 粒尺寸可以有约200微米的宽度。如上所述，通过使用从探测过程获 得的图，可能为一个优质的整个轨道选择一条路径。因此，处理器使 用图来计算薄片中优选的位置以产生连接。
如上所述，连接可以具有一个关于模型的圆柱轴的一般"方向"。 由于连接可能是不均匀(在由随后沉积的线圏产生的合成超导场的产 生方面)源，因此优选地为了最小化它绕模型的圆周分布该不均匀性。 即，该连接不应平行于旋转中心轴。它可以是如图6所示的直线，或 者它可以具有任意形状，例如，如图8所示的螺线。图8示出在圆柱 形模型25上形成的模板27，该模板具有围绕模型25的圆周运行的连 接21。在微观水平上该连接沿在生成该薄片的图的结果中计算得到的 任意优化线，如图3所示。沿该线形成的连接， 一旦形成，就应该允 许最大渗流流经该边界。通过将该连接围绕由薄片制成的圆柱模板的 圆周分布，阻止可能在由重叠线圏产生的磁场中生成的严重不均匀性。
RABiTS的碾压方向是晶粒一般伸长的方向。但是，RABiTS材料可 以具有等轴晶粒，其中该晶粒形状相同，有时尺寸相同。即使碾压该 材料时，通过掺杂、退火或，2005年9月10日至15日奥地利维也纳 的EUCAS2005 Eickemeyer等人的其他技术，也实现形状的均一性。因 此可以制作RABiTS材料的晶体结构和定位，以满足它的具体应用。然 后可以选择其中RABiTS薄片绕圆柱缠绕的方向以及切割它的方式。在 标准的RABiTS材料中晶粒伸长的方向给出了巻绕该薄片的主方向。因 而碾压方向应与线圏的螺旋圏中的路径、轨道(一旦形成)同向。因 此，在每个线圏结构中，该薄片中的细长晶粒优选地平行于线圏轨道 的优选方向。
选择晶粒的方向在形成线圏中是有用的，其中螺旋轨道虽然不必参照纵轴限定。通常线圏被显示为绕纵轴缠绕。但是， 一个可替换的 线圏结构，其中线圏的轴垂直该圆柱的纵轴。该第二个线圈结构更常 用于电动机线圏结构。该第二线圈结构不需要每个线圏围绕模型的旋 转轴，或者，实际上，对于线圈的圏不需要绕模型的整个轴分布。在 电动机线圏的一个优选实施方案中，线圈包括三个相似大小的、等间
距布置在模型表面上的转子线圏，如图9所示。
在像图9中所示一样的线圏中，因为轨道没有通过该模型的整个 圆周，所以该模板不必在随后将形成线圏的模板的那些部件之间具有 优质连接。该模板的这些部件可以通过分流器连接，因为不会在连接 上形成线圏轨道。在任何情况下，通过由分流器形成的连接的轨道会 比在模板上其他地方形成的轨道更限制渗流。
在另一个实施方案中，如果随后形成于模板上的线圏将单独连接 到电源，则没有必要覆盖该模型的整个表面。例如，在图9所示的实 施方案中，仅必要在该模型的、线圏随后将位于的三个部分上具有模 板。在这样的模板中，不必将模板的所有部分连接在一起，但必须成 形薄片以覆盖将形成线圏的模型部分，并且以保证在该模板的不同薄 片上的相对晶粒定向具有预定的相互对准。
在形成连接之后，该连接可能具有一些缺陷，并且通过使用后来 的层光滑或抛光该模板或壳从而改善该连接附近的微观结构，可以改 善该连接。这通常被称作"贴墙纸"、"抹灰泥"、"填充"。当然，这达 到另一个目的，其中该"贴墙纸"层、或"抹灰泥"层在沉积于"该 贴墙纸，，层上方的超导层和该薄片之间反之亦然，充当过渡层，防止 例如点缺陷或者或化学物质的有害物质侵入。通过绘制、或探测该表 面以形成图可以评估在沉积"贴墙纸，，层之后的微观结构的和模板表 面紋理的质量，如上所述。YSZ是一种用在"贴墙纸""层、"抹灰泥" 层、或"填充，，层中的特别好的材料，因为它可以生成为厚层而不失 去紋理；即，它从模板的表面向其外表面传递更多的紋理。它还相当 好地与ReBC0 (例如YBCO)晶格参数和膨胀系数匹配，其典型地用来 制造覆盖的超导层。当在织构的YSZ表面生长超导层时，通过应用"贴 墙纸，，层，实际上缺陷长得过快，从而减小它们的影响。
在本发明优选的实施方案中，方法采取图10中显示的步骤。
33在第一步骤41中，取RABiTS材料薄片并且将它放置在预备的模 型上。
在第二步骤43中，为了检测RABiTS薄片的紋理中的缺陷，探测 待连接的相邻边附近的薄片区域。仅探测相邻边附近的那些区域；可 选地可以探测整个薄片。
在第三步骤45中，使用通过探测产生的数据来构建相邻边的区域 内的紋理的图。
在第四步骤47中，使用该图来计算相邻边的优选线，避开劣质紋 理的区域以及选择在任意随后沉积的超导线團中允许良好渗流的线。 即，如果限定在该薄片中，该线及其对应线每个会形成边在薄片固 定到模型时相邻；相互符合；每个基本最小化它们关心的晶粒的数目； 以及具有当连接边相邻放置时相互对准的晶粒方向。如果紋理中的缺 陷太多，则放弃该线并且探测新的薄片区域来发现不同的一对线，沿 该线可以形成连接。在更坏的情境下，放弃整个薄片。可以重复步骤 二至四，直到计算出适当的对于每个连接边的最优线和连接。
在第五步骤49中，生成或成形该薄片，以从边的所计算的优选线 中产生边。
在第六步骤51中，连接该成形的边。
在第七步骤53中，为了检测在连接处或区域中的紋理中的缺陷， 绘制或探测该连接，以评估所形成的连接的质量。如果连接太差，那 么i欠弃该形成的才莫板或壳。
在第八步骤55中，如果可以改善或者提高该连接的质量，将"贴 墙纸，，层应用于该模板或者该薄片经受退火或掺杂过程，以修复在连 接区域中的模板，来改善连接的质量。为了修复模板的紋理中任何其 它可修复缺陷，然后执行前面的步骤来确定该层"贴墙纸，，的质量。 重复这些步骤直到连接是高质量的。
在本优选实施方案的一种形式中，该过程是完全自动化的。图11 中显示了这种自动装置。该装置包括多个室，所述室包括探测室61、 成形室63、连接室65以及沉积室67。该沉积室67用来将"贴墙纸" 层沉积到模板上。该成形室63用来限定薄片中的边的所选择的线。所 述室及其内部的工具所有都连接到计算机69,该计算机具有处理器71、存储器73、显示屏75以及包括键盘和鼠标的操作设备77。计算 机69的运行控制薄片的过程以通过其制造来提供模板。该装置优选地 采用上述的以及如图IO所示的优选过程。
在该优选的实施方案中，描述了一系列室，为了在模板上执行下 一个步骤模板从一个室移动到下一个室。该描述仅通过举例的方式。 在同一个室中可以执行不同的步骤，并且在本发明的一个实施方案中， 在单个室中执行所有的步骤。
已制得模板之后，可以在在交替地超导层和非超导过渡层中形成 一系列薄膜线圏。在欧洲专利申请No. 02755238. 9中描述了用来制造 这种超导线圏的方法和装置的完整描述；在欧洲专利申请 No. 04717702. 7中说明了用来在制造期间优化线圏性能的方法和装 置。本质上，可以制造像图9中所示的那样的电动机和发电机线團。
在图9中示出的线圏中，模板由具有细长晶粒的RABiTS型材料制 成。最佳性能的电动机或发电机线圏具有与模板中相互对准的晶粒的 方向主轴基本对准的线圏轨道。这些晶粒提供模板上的表面紋理，该 表面紋理随后通过随后沉积的层被复制，从而织构这些层。通过对准 细长晶粒的主轴和轨道方向，基本优化了渗流。因此，在制造电动才;u 或发电机的模板时，存在另外的计算步骤选择薄片中晶粒的主轴的 平均方向，以基本对准随后形成于模板上的线圏轨道的方向。这意味 着可以选择薄片中相对于模型的晶粒方向。另外，在这些设备中的线 圏具有螺旋轨道，该轨道可以沿模型的长度方向平行于弯曲的、优 选地圆柱形的模型的旋转轴；或者围绕模型的圆周垂直于模型的旋转 轴。包括形成于模板上的线圏的另 一个超导设备是故障限流器(FCL )。 电阻式FCL适于具有细长晶粒的模板，并且可以以电动机或发电机线 圏的形式制成。
在电感式FCL中，围绕载流元件放置线圏，并且FCL产生超导场 屏蔽载流元件产生磁场。为了提供这个屏蔽效应，FCL线圏形成于其 上的模板包括等轴晶粒。优选地，该等轴晶粒大小相似。形成在该才莫 板中的连接在FCL的表面紋理中产生中断，但是该连接基本不影响FCL 的有效的屏蔽性能。在需要电感屏蔽元件的任何地方，可以使用电感 式FCL。在这些线圏的变体中，线圏可以包括多于一个模板，其中模板是 一系列同心模板壳。在线圏通常是直圓柱体形状的情况下，那么线圏 具有一系列同心圆柱壳。在沉积于第一、内部模板上的层中的一系列 线圏绕组逐渐产生许多缺陷以致必须放弃一个层的情况下，那么将使 用一系列的同心壳。制造第二模板来围绕最后沉积的层安装，并且重 新开始线圏的制造过程直到形成要放弃的层。然后制造第三模板来围 绕该最后沉积的层安装。重复该过程，直到制成所希望的线圏。
在另一个实施方案，在已沉积一定数量的层之后，为线圏制造新 模板。因此，可以预制模板到某个尺寸，以制造线圏。
在另一个实施方案，可以使用两种方法的组合。例如，准备预定 尺寸的模板，但是仅在层已产生太多缺陷以致必须放弃层时才使用新 模板。在具有同心模板壳的线圏中，线團的大部分厚度来自模板，因
为才莫板比沉积层厚得多，即，30至50lam而不是lnm。
一旦制成，线圏就可以安装到需要它们的系统、装置、或者设备 中。这些系统可以包括仅一个超导线圏或者多个以阵列、串联、并联 或者这些布置的任意组合布置的线圏。例如，这些的系统和设备可以 包括核磁共振装置、电动机、发电机以及FCL。实质上，线圏可以安 装到需要发电机、电动机或FCL的任何机器。
为了提供可选的实施方案，可以以多种方式改进本发明的装置和 发明，下面描述其中的一些。
可以使用多于一个的RABiTS材料薄片来制造模板。 虽然必须在模型上制造由薄片形成的模板，但是在其制造之后可 以从模型上取下该薄片。
优选的实施方案涉及圆柱形模型。除了直圆柱体之外，可以使用 任意类型的具有弯曲表面的模型，例如圆锥体或鞍。当然，可以需要 调整装置和方法来制造具有这些形状的壳或模板。应注意，通常模型 具有旋转对称的轴以利于制造模板，以及利于形成随后沉积的线圏。
在一个优选实施方案中，相邻边必须重叠以使得能够形成一个良 好连接。但是，可以改变重叠的度并且在某些情况下可以排列待连接 的边，使得它们在连接处汇合。 一种实现这个的方法是使用"型板 (stencil)"过程的精确几何关系。该薄片一旦应用于模板，相邻边就开始重叠。第一边因此重叠在第二边附近的薄片区域。该第一边然 后用作型板来切出新的第二边以便它们精确匹配。例如，通过使用激 光、蚀刻方法或者光刻方法可以实现这种型板切割。
由于优选的实施方案使用具有倾斜凹陷的模板，因此仅需要在薄 片中限定一条线来形成一条边。如果在薄片中限定另 一条线来形成该 对边中的另一条边，那么该边可以放置在重叠处该薄片的下面部分的 上方，使得该边位于另一条线所在位置的上方。然后，采用上述连接 方法中的任一种(例如通过热-机械方法)，在该位置利用该边形成连 接。
在另一个方法中，利用位于重叠处该薄片的下面部分上方的任意 位置的边形成连接。然而，所形成的连接的质量比如果边位于在薄片 的下面部分的线的计算位置之上(如果它形成在薄片中)更差。
在层的部分有重叠的位置形成连接，可以使用各种焊接和连接技 术，其中一些技术在本说明书中的其他地方有所描述。 一种合适的技 术是摩擦焊接，该摩擦焊接是一种热-机械处理。向在重叠区域的薄 片施加压力，例如通过在重叠上放置摩擦地向该薄片施加压力的滚筒。 由于滚筒施加的摩擦导致产生热。压力和热的组合使得形成连接。
其他合适的技术包括离子束蚀刻和电子束蚀刻。这些技术以精密 标度运行，与更大标度的摩擦焊接相反。例如，在离子束蚀刻中，限 定第一边，并且一旦该第一边位于薄片上方的位置，就使用激光束切 割第二边。在形成边和连接时，使用精密标度技术可以比更大标度技 术实现更大的控制。例如，使用离子束蚀刻可以更易实现倾斜的边。
在本方法的一种形式中，首先探测相邻边的区域来提供图。 一旦 已经计算得出相邻边的优选线，则切割第一边。为了在切割期间使薄 片的两个区域彼此分开，将一个保护的、或者牺牲的带插到第一边的 区域中的薄片的下面并且在第二边附近的薄片的区域的上方。 一旦已 切割第一边，就除去该保护带，并且将该第一边的外形用作型板来切 割第二边。在切割第二边时，可以将其它牺牲层放置在第二边区域内 的薄片的下面。 一旦已切割第二边，则可以使用上述的技术将两个相 邻边连接起来。
优选的实施方案描述了带倾斜凹陷的模型。可以使用替换类型的模型。例如，模型可以是弹性的以便在制造连接期间压缩薄片时，模 型在施加的压力下弹性变形。因此， 一旦已制成连接，模型就回复到 它的原型以便模板的表面是基本光滑和连续的。
为了将薄片安装到模型，以及优化待形成的连接的连接边的对准， 该模型可以包括使模型的形状变形的设备。例如，该模型可以是包括 变形设备的圆柱体，该变形设备包括凸轮。在形成连接之前，当该凸 轮运行时，该模型的横截面形状变形成椭圆形，从而拉伸或压缩位于 模型表面上的薄片。因此移动了边的相对位置，以改善待形成的连接 的质量。
使模型变形的另一种设备是位于模型内部的弹簧，该弹簧可以压 缩以减小该模型的表面积，或者释放以增大该模型的表面积。当该设 备运行时，模型上的薄片的边会彼此相对移动以提高后来形成的连接。
在模型的可替换的实施方案中，使用沟槽来代替凹陷。所有四个 特征当然可以组合使用在模型中，因此它可以是弹性的，具有沟槽、 凹陷，以及具有到凹陷或槽或这两种特征的组合的斜边。
RABiTS带通常是自十分宽的RABiTS材料薄片制备的。为了制造 带，将这些宽段切割成各个条。通常带是4至10mm宽，薄片(或带子) 至少6000mm。因而薄片在宽度上比带大一个、接近两个数量级。
在此所描述的方法不仅适于制造用于超导线圏的模板。它也可以 用于将RABITS型材料薄片连接起来。 一个具体的应用是将多条带连接 起来形成一长条带，该带具有基本连续的织构表面，并且该带中的晶 粒在每个连接的任一侧基本对准。因此，通过去除缺陷所在的带的部 分，仍可以使用多段将用于一些应用、具有太多缺陷的带。
在本说明书中，RABiTS材料包括该材料的所有变体和改进，包括 RATS (轧制辅助织构基体)。使用不平行的滚筒挤压RATS材料。因而 RATS材料薄片受到弯曲，即是弯曲的。
模型可以是可调整的，使得一旦将薄片安装到它上，薄片就形成 具有所期望形状的模板。
在优选实施方案的变体中，模板是由通过IBAD型技术制得的材料 薄片制成的。
计算机69控制自动装置的运行。图12示出了一个可以用来操作自动装置的合适计算机系统环境100的例子。该计算系统环境100仅
是合适的计算环境的一个例子，并不意味着表示任何对自动装置的使 用范围或者功能性的限制。该计算环境ioo也不应被认为具有与在示
范性操作环境100中示出的任何元件或元件组合相关的依赖或要求。
在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中(例如由计 算机执行的程序模块)，可以描述自动装置的控制。通常，程序模块包 括执行特定任务或者运行实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、 元件、数据结构等等。可以在分布式计算环境下实现该装置的控制，
例如在通过通信网络连接的室61、 63、 65、 67的每个中的远程处理设 备执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和/或远程 的包括存储器存储设备的计算机存储介质中。
参照图12, —个用于实现本发明的示范性系统包括以计算机69 形式的通用计算设备。计算机69的元件可以包括，但不限于，处理单 元120、系统存储器130、以及用于将包括系统存储器的各自系统元件 连接到该处理单元120的系统总线121。该系统总线121可以是几种 总线结构的任一种，所述总线结构包括存储总线或存储控制器、外围 总线，以及使用各种总线结构中任一种的局域总线。通过示例而不是 限制，这样的结构包括工业标准结构(ISA)总线、樣i通道结构(MCA) 总线、增强ISA (EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)局部总线、 以及也称为夹层总线的外围设备部件互连(PCI)总线。
计算机69典型地包括各种计算机可读介质。计算机可读介质可以 是能够被计算机69访问的可用介质，并且包括易失性和非易失性介质 以及可移动和不可移动介质。通过举例而不是限制，计算机可读介质 可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括在存储诸 如计算机可读指令、数据结构、程序模块或者其他数据之类信息的方 法或技术中实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算 机存储介质包括，但不限于，RAM、 ROM、 EEPROM、闪存或其他存储技 术、CD-R0M、数字化视频光盘(DVD)或者其他光盘存储、磁盒、磁带、 磁盘存储或其他磁存储设备、或者任何其他可以用来存储期望信息的 以及可以由计算机6 9访问的介质。通信介质通常将计算机可读指令、 数据结构、程序模块或者其他数据包含在诸如载波或其他传输机制的调制数据信号中，并且包括任何信息传递介质。术语"调制数据信号" 是指具有一种或多种以某种形式设置或改变的特征以编码信号中信息 的信号。通过举例而不是限制，通信介质包括诸如有线网络或直接有
线连接的有线介质，以及诸如声学的、RF、红外线之类的无线以及其 他无线介质。上述任一介质的组合也应包括在计算机可读介质的范围 内。
系统存储器130包括以非易失性和/或非易失性存储器形式的计 算机存储介质，诸如只读存储器(ROM) 131和随机访问存储器(RAM) 132。基本输入/输出系统133(BIOS)(包含例如开机期间在计算机110 内的元件之间帮助传输信息的基本程序)通常存储在R0M131中。RAM 132通常包含由处理器120直接可访问的和/或正在运行的数据和/或 程序模块。通过举例而不是限制，磁带盒、闪存卡、数字化视频光盘、 数字录像带、固态RAM、固态ROM以及类似物。硬盘驱动器141典型 地通过诸如接口 140的不可移动存储器接口连接到系统总线121;磁 盘驱动器151以及光盘驱动器155通常通过诸如接口 150的可移动存 储器接口连接到系统总线121。软盘152是由磁盘驱动器151读取的 存储介质的实例。光学介质DVD 156由光盘驱动器155读取。
上面讨论及图12示出的驱动器及其相关的计算机存储介质提供 计算机可读指令、数据结构、程序模块以及用于计算机69的其他数据 的存储。在图12中，例如，硬盘驱动器141被示为用作存储操作系统 144、应用程序145、其他程序模块146和程序数据147。注意，这些 元件可以与操作系统134、应用程序135、其他程序模块136、以及程 序数据137是相同的或不同的。在此给予操作系统144、应用程序145、 其他程序模块146和程序数据147不同的编号以示出在最低限度它们 是不同的复制。通过诸如键盘162和指针设备161 (通常称作鼠标、 轨迹球或触摸板)的输入设备，用户可以将命令和信息输入到计算机 69中。为了接收来电、或者拨给第三方人或计算机，诸如可以使用调 制解调器(Modem) 163和ISDN适配器164的设备来将计算机连接到 公共电话网络。图12中未示出的其他输入设备可以包括写字板、操纵 杆、游戏手柄、圆盘式卫星电视天线、扫描仪或者类似物。这些和其 他输入设备通常通过连接到系统总线的用户输入接口 160连接到处理单元120，但可以通过其他接口和总结结构(诸如并行端口、游戏端 口或者通用串行总线(USB))来连接。显示器191或者其他类型的显 示设备通过诸如视频接口 190的接口也连接到系统总线121。显示器 191可以也与触摸屏面板或类似物结合。注意，显示器和/或触摸屏面 板可以物理地连接到其内包含计算设备69的外壳，诸如在手写型个人 电脑中。另外，诸如计算设备69的计算机也可以包括诸如打印机196 的其他外围输出设备，该外围输出设备可以通过输出外围接口 194或 类似物连接。
计算机69可以使用到一个或多个远程计算机(诸如远程计算机 180,例如在室61、 63、 65、 67中)的逻辑连接而运行在网络环境下。 虽然图12中仅显示了存储器存储设备181，但是远程计算机180可以 是个人计算机、服务器、路由器、网络PC、对等设备或者其他通用网 络节点，并且通常包括上面关于计算机69相关描述述的许多或所有元 件。虽然在图12中显示的连接描述为局域网(LAN)或者广域网(WAN) 171,但是也可以包括其他网络。这样的网络环境在办公室、企业范围 计算机网络、内部网以及因特网中是习以为常的。例如，在本发明中， 计算机系统69可以包括从其移植数据的源机器，以及远程计算机180 可以包括目标机器。然而注意，源和目标机器不需要通过网络或任一 其他方式连接，相反，通过能够被源平台写入和被目标平台读取的任 何介质可以移植数据。
当用在LAN或WAN网络环境时，计算才凡69通过网络接口或适配器 170连接到LAN或WAN 171。
在网络环境下，描述的关于计算机69的程序模块或者它们的一部 分可以存储在远程存储器存储设备中。为了示例而不是限制，图12示 出存储于存储设备181上的远程应用程序185。应了解，所示出的网 络连接是示范性的，可以使用在计算机之间建立通信连接装置的其他 方法。
4权利要求
1.一种用具有至少两个连接边的柔性双轴织构材料薄片在模型上制造用于超导线圈的模板的方法，该薄片的表面纹理由多个晶粒限定，该模型具有基本弯曲的表面，该方法包括步骤i)成形该薄片，使得a)在该薄片应用到该模型上时每个连接边紧邻另一个连接边，每个连接边及其相邻边是一对边；并且b)将该薄片的尺寸确定为覆盖该模型的部分表面并且基本符合该模型的该部分；ii)将该薄片定位在该模型上，使得在该对边的每侧的该薄片区域都有基本对准的晶粒；以及iii)在该对边之间形成连接，从而该模板在该连接上具有基本连续的织构表面。
2. 根据权利要求l的方法，其中该晶粒是基本上平的、细长的、 相互对准的、相互具有小角度晶界的晶粒，该晶粒具有基本垂直于该 材料的表面的晶体c轴，并且该薄片是仅一个晶粒厚。
3. 根据权利要求1或2的方法，还包括探测该薄片表面获得包括 该薄片的材料的物理特性的步骤，以检测该薄片中物理特性的变化。
4. 根据权利要求3的方法，其中该探测表面的步骤限于仅在边区 域里的表面的面积。
5. 根据权利要求3或4的方法，其中该探测步骤包括多个探测步 骤，在每个探测步骤中探测所述材料的不同物理特性。
6. 根据权利要求3至5中任一项的方法，其中该或每个探测步骤 提供该薄片的物理特性的数据集，每个数据集可处理以形成各自的图，该图具有指示该薄片上各个物理特性中的变化的特征。
7. 根据权利要求6的方法，其中将每个图和一个或多个其他图组合，以提供合成图。
8. 根据权利要求3至7中任一项的方法，其中该成形薄片的步骤 包括计算该薄片的最优尺寸的步骤，使得在该对边的每个边中以及在 该连接附近的该薄片的区域中基本最小化指示缺陷的该薄片物理特性 的变化，并且在成形薄片步骤中将该薄片成形到最优尺寸。
9. 根据权利要求3至8中任一项的方法，其中该成形薄片的步骤 包括为每个边计算最优线的步骤，使得该对边的线合作，每条线穿过 基本最小数目的晶粒，并且在成形薄片中，每条边由线限定。
10. 根据权利要求3至9中任一项的方法，还包括计算该薄片的 最优位置的步骤，使得在该对边的边处的晶粒基本对准，并且该定位 薄片的步骤还包括以最优的位置将该薄片应用到该模型上。
11. 根据权利要求3至10中任一项的方法，还包括计算要在随后 沉积的层中形成的轨道的方向的步骤，使得该轨道与晶粒主轴的方位 基本对准。
12. 根据权利要求8至11中任一项的方法，其中该计算步骤采取 迭代过程。
13. 根据权利要求3至12中任一项的方法，还包括如果对于提 供给满意模板的薄片，该薄片的物理特性的变化表示在该整个或部分 薄片上存在太多缺陷，则放弃整个或部分薄片的步骤。
14. 根据上述权利要求中任一项的方法，其中，在该连接步骤中， 向该薄片应用压力和热处理的组合，从而保证该相邻边附近的薄片区 域相互形成连接。
15. 根据权利要求1至14中任一项的方法，其中该相邻边附近的 薄片区域重叠，并且该连接步骤包括对该相邻边附近的薄片区域进行 打孔以限定切割通过该重叠区域。
16. 根据权利要求1至15中任一项的方法，其中该相邻边附近的 薄片区域重叠，并且该连接步骤包括一个化学、等离子或者离子束蚀 刻或者电铸过程，以蚀刻该重叠区域。
17. 根据权利要求14至16中任一项的方法，还包括通过退火和/ 或热处理将该边熔合起来以形成连接的步骤，从而通过修复存在的缺 陷提高连接的质量。
18. 根据权利要求17的方法，其中该连接步骤还包括掺杂步骤， 从而通过修复存在的缺陷进一步提高连接的质量。
19. 根据上述权利要求中任一项的方法，还包括探测该连接的任 一侧的模板区域的步骤，以评价该连接的质量。
20. 根据上述权利要求中任一项的方法，还包括修复步骤，在该修复步骤中该薄片经受处理以提高该连接的质量。
21.根据权利要求20的方法，其中该处理包括退火和/或掺杂和/ 或热-机械处理。
22. 根据权利要求20或21的方法，其中该处理包括在该模板上 沉积至少一个过渡层。
23.根据上迷权利要求中任一项的方法，其中，在该成形薄片的 步骤中，该对边中的至少一个是圆锯齿状，从而最大化围绕随后沉积 的线圏的渗流。
24.根据权利要求23的方法，其中该对的两条边都是圆锯齿状并 且它们被布置为互锁。
25. 根据权利要求24的方法，其中沿该对边的圆锯齿可以每个都 具有楔形结构，每个圆锯齿是楔形，基本上大于出现在该薄片里的晶 粒的尺寸但基本小于在随后沉积的层中形成的轨道的宽度，该对边的 边可相互互锁。
26. 根据权利要求23至25中任一项的方法，其中该圆锯齿形状 相似且沿该边是周期性的。
27. 根据上迷权利要求中任一项的方法，其中该对边汇合以沿该 模型的纵轴形成连接来最大化围绕随后沉积的线圏的渗流。
28. 根据权利要求27的方法，其中该连接基本围绕该模型的圆周。
29. 根据上述权利要求中任一项的方法，还包括围绕该模型放置 该薄片，其中细长的晶体晶粒基本在随后沉积的线圏的圏的方向上。
30. 根据上述权利要求中任一项的方法，其中用来制造该薄片的 材料是由RABiTS材料制成的。
31. 根据上述权利要求中任一项的方法，其中该模型是基本圆柱 形的。
32. 根据上述权利要求中任一项的方法，其中在该连接步骤中， 在该对边的边之间形成电分流器。
33. 根据上述权利要求中任一项的方法，其中将该薄片定位在该 模型上时，该对边任一侧的区域重叠。
34. —种用具有至少两个边的柔性双轴织构材料薄片在模型上制 造用于超导线圏的模板的方法，该薄片的表面紋理由多个晶粒限定，该模型具有基本弯曲的表面，该方法包括步骤i) 成形该薄片，使得a) 在将该薄片应用到该模型上时每个边紧邻另一个边，每个 边及其相邻边是一对边；并且b) 将该薄片的尺寸确定为覆盖该模型的部分表面并且基本符 合该模型的该部分；以及ii) 将该薄片定位在该模型上，使得在该对边的任一侧的该薄片 的区域都具有基本对准的晶粒，该模板从而在该对边任一侧的该薄片区域之间具有基本连续的织 构表面。
35. —种用至少两个柔性双轴织构材料薄片在模型上制造用于超 导线圏的多组件模板的方法，每个薄片具有多条边，每个薄片的特征 由多个基本定向的晶粒限定，该模板具有基本弯曲的表面，该方法包 括步骤1) 成形每个薄片以覆盖该模型的部分表面；2) 将每个薄片定位并且固定在模板表面的关于该或每个薄片的预 选位置，每个薄片的晶粒相互对准并且具有关于该/每个其它薄片的晶 粒的对准的预定方位。
36. 根据权利要求35的方法，还包括计算该薄片的形状以及该薄 片在该模板上的预选位置的步骤。
37. —种将至少两段带连接起来的方法，每段带均由柔性双轴织 构材料制成并且具有连接边，该带的紋理由多个晶粒限定，每个连接 边临近另一段带的连接边，每个连接边及其相邻边是一对边，该方法 包括步骤a )在该对边的每条边附近选择最优线，使得该对中每条边的线相 互符合并且每条线最小化穿过的晶粒的数目；b) 通过限定形成连接边的每条线成形每个带；c) 将该对边的边定位在一起并且在它们之间连接该对边的边。
38. —种计算机程序或者一套计算机程序，将该计算机程序或该 套计算机程序布置为当被计算机运行，它/它们操作该计算机来控制该 装置执行上述权利要求中的任何一项的方法。
39. —种计算机可读的存储介质，该存储介质存储根据权利要求 38的计算机程序或该套计算机程序中的至少一个。
40. —种用具有至少两条边的材料薄片在模型上制造用于超导线 圏的模板的装置，该装置被布置为执行如权利要求1至37中任一项的 方法。
41. 一种用具有至少两条连接边的柔性双轴织构材料薄片在模型 上制造超导线圏的模板的装置，该薄片的紋理由多个晶粒限定，该装 置包括i) 用于在制造模板期间支撑该薄片的模型，该模型具有基本弯曲 的表面；ii) 连接到该模型的计算机，该计算机具有被布置为控制模型移 动的处理器；iii )用于成形该模型上的该薄片的成形器，该成形器连接到该处 理器，该处理器被布置为控制该成形器将薄片的尺寸确定为使得当该 薄片应用于该模型时a) 每条连接边紧邻另一条连接边，每条连接边及其相邻边是 一对边；以及b) 将该薄片的尺寸确定为盖住该模型的部分表面以及基本符 合该模型的该部分；iv)用于将该薄片形成在该模型上的定位器，该定位器连接到该 处理器，该处理器被布置为控制定位器，使得在该对边的任一侧的该 薄片区域具有基本对准的晶粒；以及iv)用于连接在该对边之间的连接的连接器，该连接器连接到该 处理器，该处理器被布置为控制该连接器在一对边中的每个边之间形 成该连接，从而该模板在该连接上具有基本连续的织构表面。
42. 根据权利要求41的装置，其中该薄片包括多个基本平面的、 细长的、相互对准的晶体晶粒，该晶粒具有相互小角度晶粒边界，该 晶粒具有基本垂直于该材料表面的晶体c轴，并且该薄片仅一个晶粒厚。
43. 根据权利要求41或42中任一项的装置，还包括用于探测在边的区域中的该薄片表面的探测器，该计算机还包括存储器，该探测器连接到该处理器和该存储器，该处理器被布置为1) 控制该探测器；2) 从该探测器接收信号，该计算机将该信号转换成该薄片的所探 测表面的图；3) 将该图存储在该存储器中；4) 计算该薄片的最优尺寸，从而最大化随后重叠的超导线圏中的 渗流；以及5) 控制该成形器将该薄片的尺寸确定到最优尺寸。
44. 根据权利要求43的装置，其中该处理器还被布置为计算该对 边中每条边的最优线，使得一旦形成，该对边中的边合作，并且该边 穿过基本最小数目的晶粒，并且通过限定在该薄片中的线以形成每个 连接边来确定薄片尺寸。
45. 根据权利要求43或44的装置，其中该处理器还被配置为该薄片计算最优位置，使得在一对边中的边处的晶粒相互对准，并且用 来控制该薄片的位置在模型上最优位置。
46. 根据权利要求41至45中的任一项的装置，还包括修复器， 该修复器用来修复在连接中和该连接周围出现的缺陷，并且用来提高 该连接的质量，该修复器连接到该处理器，该处理器被布置为控制该 修复器以修复该薄片的表面。
47. 根据权利要求46的装置，其中该修复器被布置为当由该处 理器操作时，在该模板上沉积至少一个过渡层，从而改善在该连接附 近的该模板材料的微观结构和紋理。
48. 根据权利要求46或47的装置，其中该修复器当由处理器操 作时被布置为对该连接进行退火、掺杂或者热-机械处理，从而去除 该模板中存在的缺陷。
49. 根据权利要求41至48中的任一项的装置，其中该连接器包 括热-机械涂抹器，该涂抹器当由处理器操作时被布置为向该对边附 近的薄片区域施加压力和热量，从而在它们之间形成连接。
50. 根据权利要求41至49中的任一项的装置，其中该连接器包 括切割器或蚀刻器，该切割器或蚀刻器当由处理器操作时被布置为同时对该薄片重叠区域打孔、以及一个退火器，该退火器当由处理器操 作时被布置为对相邻边附近的薄片区域进行退火、热处理和/或掺杂以 在它们之间形成连接。
51. —种用在根据权利要求41至50中的任一项的装置中的模型， 其中该模型可弹性变形，从而在连接每对边的边时，该模型弹性变形 使得该模型上的模板的表面基本光滑且连续。
52. —种用在根据权利要求41至50中的任一项的装置中的模型， 其中该模型有一个凹陷，该凹陷被布置为当将该薄片应用于该模型时 在重叠的薄片区域下面，该凹陷从而容纳该重叠区域，使得模板的表 面基本光滑和连续。
53. 根据权利要求52的模型，其中该凹陷是一个沟槽。
54. 根据权利要求52或53的模型，其中该凹陷在该连接的位置 处倾斜。
55. 根据权利要求52至54中的任一项的模型，其中该模型可弹 性变形，从而当连接每对边中的边时该模型弹性变形使得该模型上的 模板的表面基本光滑和连续。
56. —种用于通过在其上原位沉积形成超导线圏的模板，该模板 具有一个基本弯曲的表面，其中该模板具有一个基本连续的织构表面， 该模板的紋理是由多个晶粒限定的，并且该晶粒基本对准。
57. 根据权利要求56的模板，还包括在一对边之间形成的连接， 该连接任一侧的该模板区域具有基本对准的晶粒并且在该连接上具有 基本连续的织构表面。
58. —种根据权利要求1至37中的任一项的方法中的任一个制成 的模板。
59. —种包括根据权利要求56至58的任一项的模板的超导设备， 其中该超导设备具有包括轨道的线圈，该线圏位于模板上。
60. 根据权利要求59的超导设备，其中该超导设备是电动机、电 阻式故障限流器或发电机，并且该模板包括细长晶粒。
61. 根据权利要求60的超导设备，其中该细长晶粒基本对准轨道。
62. 根据权利要求61的超导设备，其中该超导设备是故障限流器， 并且该模板具有等轴晶粒。
63. 根据权利要求59至62中的任一个项的超导设备，其中该设 备包括同心系列的模板。
64. —种包括多个根据权利要求59至63中的任一项的超导设备 的一个的系统。
65. —种制造模板的方法，该模板用于通过在其上原位沉积形成 超导线圏，基本如在本说明书中所述的。
66. —种用于制造模板的装置，该模板用于通过在其上原位沉积 形成超导线圏，并被构造和被布置为基本如在本说明书中参照附图所 述的并且如附图所示的。
67. —种超导设备，该超导设备被构造和被布置为基本如在本说 明书中参照附图所述的并且如附图所示的。
全文摘要
公开了一种用具有至少两个连接边的柔性双轴织构材料薄片(23)在模型(25)上制造用于超导线圈的模板的方法，该薄片的表面纹理由多个晶粒限定，该模型具有基本弯曲的表面。该方法包括步骤成形该薄片，使得在将该薄片应用到该模型上时，每个连接边紧邻另一个连接边，每个连接边及其相邻边是一对边，并且使得将该薄片的尺寸确定为覆盖该模型的部分表面并且基本符合该模型的该部分；将该薄片定位在该模型上，使得在该对边的每侧的该薄片的区域都具有基本对准的晶粒；在该对边之间形成连接，从而该模板在该连接上具有基本连续的织构表面。
文档编号H01L39/24GK101322257SQ200680043685
公开日2008年12月10日 申请日期2006年11月23日 优先权日2005年11月23日
发明者E·马厄 申请人:涂层导体柱体有限公司