专利名称：在单个导体上敷设塑料和由单个导体制造高温超导体复合物的方法
技术领域：
本发明涉及一种在按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物的至少一个单个导体上敷设塑料的方法，以及涉及一种采用本方法制造的高温超导体(HTQ复合物，其中，所述至少一个单个导体包括至少一个载体和至少一个超导层。
背景技术：
勒贝尔导体经常使用在动力工程中，因为各电导体互相“扭绞”或“绞合”导致电流通过整个勒贝尔导体时较低的电损失。在成排使用时，勒贝尔导体承受交变的磁场。此时在各电导体中感应耦合电流，耦合电流导致所谓的AC损失。通过各电导体彼此绝缘，可以防止产生耦合电流。在例如由铜或铝组成的传统勒贝尔复合导体中，为了绝缘通常使用常规的绝缘漆。将传统勒贝尔复合导体的绝缘方法移植到按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物，仅有有限的可能性或是不可能的。一方面，高温超导体(HTQ复合物通常包括一个个带状导体，在这里，这些条带具有大的外观比。例如，典型地宽与厚的外观比，对于铋-铜酸盐HTS带而言大于或等于10，以及对于YBCO (钇-钡-氧化铜)带而言大于等于20。由此在常规的绝缘漆时，导致绝缘层沿带的周边壁厚非常不均勻的“边缘稀薄”或“犬骨形隆凸 (Hundeknochenb i1dung) ”。另一方面，绝缘材料必须在温度低于110° K时能使用，不会变脆或破碎。典型的 HTS材料从低于110° K的温度起才有其跃变温度，亦即超导特性。只有高质量的塑料才能在如此低的温度时不会变脆或不会失去其机械的完整性。因此为了绝缘只能使用优质塑料。此外还应当注意，绝缘层的壁厚使所谓的工程电流密度减小，工程电流密度由临界电流或工作电流除以导体横截面得出。因此绝缘层小的壁厚是有利的。在常规的漆绝缘时，壁厚基于边缘稀薄问题只能有限地减小。在勒贝尔单个导体的S形交变区，只有在绝缘层有弹性特性时，才有可能在成形为S形前绝缘。高温超导体一般由陶瓷材料构成，亦即它们是脆性的。只有在高温超导体允许塑性弯曲时才不会断裂，例如铋-铜酸盐HTS带便是这种情况，从而才能在S区成形前实施绝缘。对于YBCO高温超导体，S区必须通过从较宽的带冲压出单个导体来成形。只有在冲压后绝缘才是合理的。勒贝尔单个导体用自粘式聚酰亚胺胶带缠绕一次或两次，意味着一种简单的绝缘方法。聚酰亚胺胶带本身通常具有的厚度在大于13 μ m的范围内。通过胶粘剂层和必要的重叠，通过缠绕，得出单个导体每侧的厚涂层大于30 μ m。采用聚酰亚胺胶带缠绕技术，导致降低单个导体尤其相互间的滑动特性。这造成由单个导体组成的导体复合物降低柔性或可弯性。缠绕技术不能使用于具有已成形的S区形状的单个导体。另一种绝缘方法可以基于聚酰胺。在这种情况下，通过单个导体每侧绝缘，必要的重叠导致厚度增加为大于50 μ m。与之不同，绝缘可以通过共挤压PEEK(Polyetheretherketon)变成软管状来实现。这例如由EP1273015B1已知。采用这种方法单个导体即使沿HTS带的窄侧也能达到均勻地绝缘。每侧的厚度增加为20至40 μ m。这种技术在以铋-铜酸盐为基的勒贝尔HTS复合导体中也已证实是适用的。当然，它不适用于绝缘以YBCO材料为基的HTS勒贝尔复合导体，其中S区的成形在绝缘前已经完成。
发明内容
按本发明在按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物的至少一个单个导体上敷设塑料的方法的目的是，提供一种单个导体的绝缘的简单方法，它可以构成均勻和非常薄的绝缘层。尤其是，按本发明方法的目的是提供一种方法，这种方法改善或至少不恶化或仅轻微恶化在敷设绝缘层时单个导体的超导特性。另一个目的是提供一种用于单个导体的绝缘方法，按此方法将单个导体组合成一种柔性、易弯的导体复合物。按本发明按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物的目的是，提供一种稳定、机械柔性、超导的导体复合物，业已证实这种导体复合物即使在低的温度时，尤其在单个导体的绝缘方面，具有它的机械完整性。提出的涉及在按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTS)复合物的至少一个单个导体上敷设塑料的方法的目的，通过权利要求1的特征达到，以及提出的涉及用上述方法制造的按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTS)复合物的目的，通过权利要求12的特征达到。由各相关的从属权利要求，可知按本发明在按勒贝尔导体类型的高温超导体 (HTS)复合物的至少一个单个导体上敷设塑料的方法以及高温超导体(HTQ复合物有利的扩展设计。其中独立权利要求的特征可以与从属权利要求的特征组合，和/或从属权利要求的特征可以互相组合。按本发明在按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物的至少一个单个导体上敷设塑料的方法中，所述至少一个单个导体包括至少一个载体和至少一个超导层。将粒子敷设在所述至少一个单个导体上，以及，随后实施热处理。敷设粒子和接着热处理，导致在所述至少一个单个导体上形成电绝缘的塑料层。 与此同时，通过热处理实现改善超导层的超导特性。在单个导体的所述至少一个载体上超导层的粘附特性，通过热处理得到改善。由此在所述至少一个载体和所述至少一个超导层上，构成一个平坦的、即使在低温时仍机械稳定、非脆性的绝缘层。粒子可以通过热喷射和/或通过弥散法和/或通过基于静电相互作用的方法敷设。热处理可以在100°C至500°C的温度范围内，尤其在120°C至430°C的温度范围内进行。在这种温度下粒子熔化并接着通过冷却互相机械连接，并与所述至少一个载体和/ 或所述至少一个超导层的表面稳定连接。在所说明的温度范围内，将所述至少一个超导层进行高温加热(AusglUhen)，此时不仅改善超导层的晶体结构，并因而改善低温时的超导特性，而且改善超导层在载体上的粘附特性。在所述至少一个单个导体上可主要敷设直径在小于ΙΟμπι范围内的粒子。由此可以构成厚度在小于20 μ m范围内的塑料层。
粒子可以部分或全部由一种尤其由PEEK(Polyetheretherketon)或PEEEK或 PEEKEK或PEKK材料组成的热塑性塑料构成，或包括这些材料或由它们部分或全部组成。这些材料导致绝缘层在低温时不变脆，尤其在超导设备的工作温度时不变脆。这些材料是电绝缘的，而且不仅随时间而且在机械上都是稳定的。它们可构成具有良好滑动特性的平坦表面。它们的熔点处于300至500°C的范围内，并因而在已说明的热处理温度范围内。在热处理时可以从塑料去除载体介质。因此尤其在采用弥散法敷设塑料层时，在热处理时将粒子作为弥散物处于其中的载体介质蒸出或蒸发。载体介质蒸发后形成一个机械稳定的平坦绝缘层。在热处理时粒子可以熔化并互相连接和/或与所述至少一个单个导体机械稳定地连接。因此绝缘层可以良好地粘附在单个导体上，以及可以形成一个不发脆、机械稳定的平坦绝缘层。通过热处理可以实现改善高温超导体(HTQ复合物的超导特性，以及改善所述至少一个超导层在载体上的粘附。超导材料高温加热还能在大的范围内生成晶体结构，由此使晶体尤其单晶结构中的裂缝和断裂减少或消失。在高温下实现超导材料与载体材料或与载体母材上的缓冲层机械稳定地连接。单个导体超导层特性的改善，导致改进高温超导体 (HTS)复合物的特性。在所述至少一个单个导体上的塑料，可以构成一个基本上平坦的和/或电绝缘的和/或能弯曲的和/或基本上能滑动的表面。借助单个导体表面的这些特性，由单个导体组成一种柔性、机械稳定的高温超导体(HTS)复合物，它在低温时有良好的超导特性和随时间稳定的机械特性。在所述至少一个单个导体上敷设塑料可以在单个导体成形前进行，尤其在单个导体成形为S形前和/或尤其在通过冲压成形前进行。与之不同，在所述至少一个单个导体上敷设塑料也可以在单个导体成形后进行， 尤其在单个导体成形为S形后和/或尤其在通过冲压成形后进行。按本发明采用上述方法制造的按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物，由多个单个导体组成。这些单个导体分别包括至少一个载体和至少一个超导层以及一个在所述至少一个载体和/或所述至少一个超导层上构成的塑料层。这些单个导体互相插接，构成一个勒贝尔导体，以及彼此相继的相邻单个导体分别在其端部通过接触区导电地触点接通，以及单个导体表面的其余区域分别敷有塑料层，并与相邻的单个导体电绝缘。单个导体的塑料层具有的最大厚度在小于ΙΟμπι的范围内。由此可以实现高的 “工程电流强度”，亦即高的临界电流。不再形成或减少形成如在常规的漆绝缘时出现的边缘稀薄。塑料层即使在温度低于超导层的跃变温度时仍能使用，亦即在这些温度时不会变脆以及允许单个导体彼此滑动，由此使高温超导体(HTQ复合物易弯曲和有柔性。按本发明采用上述方法制造的按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物，具有上面已提及的采用按本发明在按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物所述至少一个单个导体上敷设塑料的方法相关联的优点。
下面借助附图详细说明本发明优选的实施形式和按从属权利要求特征的有利的
5扩展设计，但不受此限制。其中图1表示一种用粒子为高温超导体(HTQ复合物单个导体进行塑料敷层的工艺流程图；图2表示用粒子为单个导体进行塑料敷层的弥散法流程图；图3表示按图1的方法在高温加热熔化(khmelzglilhen)工序前用粒子为单个导体敷层；图4表示按图1的方法在高温加热熔化工序后用粒子为单个导体敷层；图5表示按图2的方法在高温加热干燥(TrockenglUhen)工序前用粒子为单个导体敷层；图6表示按图2的方法在高温加热干燥工序后用粒子为单个导体敷层；以及图7表示按图2的方法在高温加热熔化工序后用粒子为单个导体敷层。
具体实施例方式图1表示用“干燥”的塑料粒子12为单个导体10进行粒子敷层的工艺流程1。在图3和4中相应地表示在各工序后的单个导体10。单个导体10包括有至少一个超导层的载体11。载体例如由钢组成。超导层可例如由YBCO材料构成，以及设计为在载体11 一侧或多侧表面上的薄的敷层。为了改善超导层的粘附，可以在载体11表面和处于其上的超导层之间设置一个或多个缓冲层。用塑料为单个导体10敷层的粒子12，按图1所示的方法，第一步借助静电敷层或借助粉末敷层敷设在单个导体10上。接着，已敷层的单个导体10在连续式加热炉中，在例如430°C的温度下进行热处理3，所谓的高温加热熔化。此时，粒子12在其表面熔化或整个熔化，并与相邻的粒子12和/或单个导体10表面连接。在方法1的下一步，已敷层的单个导体10例如借助压缩空气区段冷却到环境温度4。作为方法1的结果是，形成一个用塑料敷层的单个导体10，如图4所示。塑料层13 可以完全包围载体11和/或超导层，或如图4所示，仅覆盖载体11或超导层的某些区域。图2表示为单个导体10敷层的另一种方法5。在图5、6和7中表示在实施方法5 不同工序后的单个导体10。类似于图1所示的方法，具有超导层和可能的具有设在载体11 与超导层之间的一个或多个缓冲层的载体11，用作图2所示方法的出发点。在载体11上和/或为了简化没有在图3至图7中表示的超导层上敷设弥散物6， 包括塑料粒子12和载体介质14。弥散物的敷设6可借助喷雾嘴或直接的喷嘴涂敷进行。 在接着的工序中，已敷层的单个导体10例如在连续式加热炉中，在约120°C的温度下实行高温加热干燥7。如图6所示，其结果是粒子12的载体介质14蒸发，以及粒子12基本上以 “干燥”状态处于具有超导层的载体11上。在随后的工序中，可类似于图1所示的过程，在 120°C至430°C之间的温度范围内进行高温加热熔化8。在这种情况下粒子12部分或完全熔化并互相连接，和/或与单个导体10的表面，亦即与载体11表面和/或与超导层表面连接。接着，单个导体10可以在压缩空气区段中冷却到环境温度9。在这里，在具有超导层的载体11上形成一个闭合或开口的塑料层13。多个单个导体10在按图1或图2的方法用粒子12敷层后，可以使用于制造按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物。其中单个导体10或在敷层前制成S形，或在敷层后由已敷层的带冲压成或通过激光加工切割成S形。已敷层的单个导体10互相插接，以获得“扭绞的”导体结构，亦即所谓的勒贝尔导体。单个导体10在端部仅部分敷层或不敷层，为的是使串排的单个导体互相电接触。非串排的相邻单个导体10通过塑料层13彼此电绝缘。 作为塑料层13的材料可以采用PEEK。但也可以是其他材料，这与在方法中所使用的温度有关。
权利要求
1.一种在按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物的至少一个单个导体(10)上敷设塑料(1、幻的方法，其中，所述至少一个单个导体(10)包括至少一个载体(11)和至少一个超导层，其特征为将粒子(1 敷设在所述至少一个单个导体(10)上0、6)，以及，随后实施热处理(3、7、8)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为，将粒子(1 通过热喷射和/或通过弥散法 (6)和/或通过基于静电相互作用的方法(2)敷设。
3.按照权利要求1或2之一所述的方法，其特征为，所述热处理(3、7、8)在100°C至 5000C的温度范围内，尤其在120°C至430°C的温度范围内进行。
4.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在所述至少一个单个导体(10)上主要敷设直径在小于10 μ m范围内的粒子(12)，和/或通过敷设的粒子构成厚度在小于 20 μ m范围内的塑料层(13)。
5.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，所述粒子(1 部分或全部由一种尤其由PEEK(Polyetheretherketon)或PEEEK或PEEKEK或PEKK材料组成的热塑性塑料构成。
6.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在所述热处理(7)时从塑料去除载体介质。
7.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在所述热处理(3、8)时粒子熔化并互相连接和/或与所述至少一个单个导体机械稳定地连接。
8.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，通过所述热处理(3、7、8)实现改善高温超导体(HTQ复合物的超导特性，和/或，改善所述至少一个超导层在载体(11)上的粘附。
9.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在所述至少一个单个导体(10)上的塑料，构成一个基本上平坦的和/或电绝缘的和/或能弯曲的和/或基本上能滑动的表
10.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在所述至少一个单个导体上敷设塑料(2、6)是在单个导体(10)成形前进行，尤其在单个导体(10)成形为S形前和/或尤其在通过冲压成形前进行。
11.按照权利要求1至9之一所述的方法，其特征为，在所述至少一个单个导体上敷设塑料(2、6)是在单个导体(10)成形后进行，尤其在单个导体(10)成形为S形后和/或尤其在通过冲压成形后进行。
12.—种采用按照权利要求1至11之一所述方法制造的按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTQ复合物，其特征为高温超导体(HTQ复合物由多个单个导体(10)组成，这些单个导体分别包括至少一个载体(11)和至少一个超导层以及一个在所述至少一个载体(11)和 /或所述至少一个超导层上构成的塑料层(13)，其中，这些单个导体(10)互相插接，构成一个勒贝尔导体，以及彼此前后相继的相邻单个导体(10)分别在其端部通过接触区导电地触点接通，以及单个导体(10)表面的其余区域分别敷有塑料层(13)，并与相邻的单个导体 (10)电绝缘。
13.按照权利要求12所述的高温超导体(HTQ复合物，其特征为，一个单个导体(10) 的各塑料层(13)具有的最大厚度在小于10 μ m的范围内。
全文摘要
本发明涉及一种在按勒贝尔导体类型的高温超导体(HTS)复合物的至少一个单个导体(10)上敷设塑料的方法。此外还提供了一种采用本方法制造的高温超导体(HTS)复合物。所述至少一个单个导体(10)包括至少一个载体(11)和至少一个超导层。将粒子(12)敷设在单个导体上(2、6)。随后实施热处理(3、7、8)，它导致粒子(12)部分或全部熔化，并在冷却后导致在单个导体(10)上构成塑料层(13)。
文档编号H01B12/00GK102549677SQ201080043928
公开日2012年7月4日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月30日
发明者T.阿恩特 申请人:西门子公司