Title:
SUPRALEITENDE HOCHTEMPERATUR-MULTIFILAMENT-BANDLEITUNG UND VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG DERSELBEN
Kind Code:
T5


Abstract:

Das Verfahren ist zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts mit einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem bandförmigen Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer Metallstabilisierungsschicht, die auf der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist, wobei ein oder mehrere Längsschlitze in der supraleitenden Oxidschicht und der Zwischenschicht ausgebildet sind und keine Schlitze in dem Metallsubstrat und der Stabilisierungsschicht ausgebildet sind. Das Verfahren weist Folgendes auf: einen Schritt zum Bereitstellen eines supraleitenden Hochtemperaturdrahtmaterials mit einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem bandförmigen Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer Stabilisierungsschicht, die auf der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist; und einen Schritt zum Aufbringen einer Last auf das supraleitende Hochtemperaturdrahtmaterial, um Schlitze auszubilden. Das Verfahren ermöglicht ein einfaches Herstellen eines supraleitenden Hochtemperaturdrahtmaterials mit einer feineren supraleitenden Schicht ohne ein Opfern einer Supraleitfähigkeitsleistung und einer mechanischen Festigkeit.




Inventors:
Jin, Xinzhe (Saitama, Wako-shi, JP)
Maeda, Hideaki (Saitama, Wako-shi, JP)
Application Number:
DE112015003735T
Publication Date:
05/18/2017
Filing Date:
08/06/2015
Assignee:
Riken (Saitama, Wako-shi, JP)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
TBK, 80336, München, DE
Claims:
1. Supraleitender Hochtemperatur-Multifilament-Banddraht mit einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem bandförmigen Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer Metallstabilisierungsschicht, die auf der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist, wobei die supraleitende Oxidschicht und die Zwischenschicht mit einem oder mehreren Längsschlitzen versehen sind, wobei das Metallsubstrat und die Stabilisierungsschicht mit keinem Schlitz versehen sind.

2. Supraleitender Hochtemperatur-Multifilament-Banddraht nach Anspruch 1, wobei die supraleitende Oxidschicht REBa2Cu3O7-δ aufweist, wobei RE eines oder mehrere seltene Erdenelemente ist.

3. Supraleitender Hochtemperatur-Multifilament-Banddraht nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schlitz stetig in der Längsrichtung ausgebildet ist.

4. Supraleitender Hochtemperatur-Multifilament-Banddraht nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schlitz diskontinuierlich in der Längsrichtung ausgebildet ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts mit einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem bandförmigen Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer Metallstabilisierungsschicht, die auf der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist, wobei die supraleitende Oxidschicht und die Zwischenschicht mit einem oder mehreren Längsschlitzen versehen sind, wobei das Metallsubstrat und die Stabilisierungsschicht mit keinem Schlitz versehen sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
ein Bereitstellen eines supraleitenden Hochtemperaturdrahts mit einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem bandförmigen Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer Stabilisierungsschicht, die auf der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist, und
ein Ausbilden eines Schlitzes entweder durch ein Biegen des supraleitenden Hochtemperaturdrahts in einer Längsrichtung von diesem oder einem Konzentrieren einer Spannung auf dem supraleitenden Hochtemperaturdraht in der Längsrichtung oder durch ein Ausführen von sowohl dem Biegen als auch der Spannungskonzentration zur gleichen Zeit.

6. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts nach Anspruch 5, wobei in dem Schlitzausbildungsschritt der Schlitz durch ein Drücken eines Kantenbauteils gegen den supraleitenden Hochtemperaturdraht ausgebildet wird.

7. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts nach Anspruch 6, wobei in dem Schlitzausbildungsschritt der Schlitz durch ein Führen des supraleitenden Hochtemperaturdrahts zwischen ein sich drehendes Kantenbauteil und eine Führungswalze ausgebildet wird, die einander gegenüberliegend vorgesehen sind.

8. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts nach Anspruch 7, wobei das sich drehende Kantenbauteil nicht mit einem Kantenbauteil an einem Teil eines Umfangs von diesem versehen ist, und in dem Schlitzausbildungsschritt der Schlitz diskontinuierlich in einer Längsrichtung des supraleitenden Hochtemperaturdrahts ausgebildet wird.

9. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts nach Anspruch 5, wobei in dem Schlitzausbildungsschritt der Schlitz durch ein Biegen des supraleitenden Hochtemperaturdrahts in eine V-Form durch eine Prägeverarbeitung ausgebildet wird.

10. Verfahren eines Herstellens eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts nach Anspruch 9, wobei in dem Schlitzausbildungsschritt der Schlitz durch ein Führen des supraleitenden Hochtemperaturdrahts zwischen eine erste Walze mit einem Außenumfang in einer erhabenen V-Form und eine zweite Walze mit einem Außenumfang in einer vertieften V-Form ausgebildet wird, wobei die erste und die zweite Walze einander gegenüberliegend vorgesehen sind.

11. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts nach Anspruch 10, wobei zumindest eine von der ersten Walze und der zweiten Walze mit einem Kerbenteil an einem Teil des Außenumfangs von dieser versehen ist, und in dem Schlitzausbildungsschritt der Schlitz diskontinuierlich in der Längsrichtung des supraleitenden Hochtemperaturdrahts ausgebildet wird.

12. Vorrichtung zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts mit einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem bandförmigen Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer Metallstabilisierungsschicht, die auf einer Fläche bzw. Oberfläche der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist, wobei die supraleitende Oxidschicht und die Zwischenschicht mit einem oder mehreren Längsschlitzen versehen sind, die angepasst sind, um die supraleitende Oxidschicht und die Zwischenschicht aufzuteilen, wobei das Metallsubstrat und die Stabilisierungsschicht nicht mit einem Schlitz versehen sind, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:
eine Führungswalze;
ein sich drehendes Kantenbauteil, das der Führungswalze gegenüberliegend vorgesehen ist; und
einen Aufwickelabschnitt und einen Zuführabschnitt zum Zuführen des supraleitenden Hochtemperaturdrahts zwischen die Führungswalze und das sich drehende Kantenbauteil.

13. Vorrichtung zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts nach Anspruch 12, wobei das sich drehende Kantenbauteil nicht mit einem Kantenbauteil an einem Teil eines Außenumfangs von diesem versehen ist.

14. Vorrichtung zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts nach Anspruch 12 oder 13, ferner mit einer Vielzahl von Sätzen von Führungswalzen und den sich drehenden Kantenbauteilen, wobei die entsprechenden sich drehenden Kantenbauteile Kanten haben, die in verschiedenen Breitenpositionen angeordnet sind.

15. Vorrichtung zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts mit einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem bandförmigen Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer Stabilisierungsschicht, die auf einer Oberfläche der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist, wobei die supraleitende Oxidschicht und die Zwischenschicht mit einem oder mehreren Längsschlitzen versehen sind, die angepasst sind, um die supraleitende Oxidschicht und die Zwischenschicht aufzuteilen, wobei das Metallsubstrat und die Stabilisierungsschicht nicht mit einem Schlitz versehen sind, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:
eine erste Walze mit einem Außenumfang in einer erhabenen Form;
eine zweite Walze, die entgegengesetzt zu der ersten Walze vorgesehen ist und einen Außenumfang in einer vertieften Form hat; und
einen Aufwickelabschnitt und einen Zuführabschnitt zum Zuführen eines supraleitenden Hochtemperaturdrahts zwischen die erste Walze und die zweite Walze.

16. Vorrichtung zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts nach Anspruch 15, wobei zumindest einer von den Außenumfängen der ersten Walze und der zweiten Walze mit einem Kerbenteil versehen ist.

17. Vorrichtung zum Herstellen eines Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts nach Anspruch 15 oder 16, ferner mit einer Vielzahl von Sätzen von den ersten Walzen und den zweiten Walzen, wobei die entsprechenden Sätze der ersten Walzen und der zweiten Walzen Spitzenenden in einer erhabenen V-Form und einer vertieften V-Form haben, die in verschiedenen Breitenpositionen angeordnet sind.

Description:
[Technisches Gebiet]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine supraleitende Hochtemperatur-Multifilament-Bandleitung, die durch ein Aufteilen einer supraleitenden Schicht in Filamente hergestellt wird, und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung derselben.

[Stand der Technik]

Supraleitende Leitungen bzw. Drähte wurden weitgehend zum Beispiel in NMR-(kernmagnetische Resonanz) Vorrichtungen und MRI-(Magnetresonanzbildgebungs-)Vorrichtungen verwendet. In jüngsten Jahren wurden auf seltenen Erden basierende supraleitende Hochtemperaturdrähte bzw. -leitungen (REBCO-Drähte) in Betrieb genommen und eine Forschung und Entwicklung unter Verwendung dieser Drähte bzw. Leitungen halten an.

In einer Spule, die aus einem supraleitenden Draht hergestellt ist, muss eine supraleitende Schicht einen Filamentaufbau haben, um ein Screeningstrominduziertes Magnetfeld oder einen AC-Verlust bzw. Wechselstromverlust zu reduzieren. Jedoch muss eine Orientierung in einer einheitlichen bzw. uniformen Richtung in einem Kristallwachstum sein, um einen REBCO-Draht mit einem hohen kritischen Strom zu erzeugen, und deshalb wird typischerweise eher ein Einzelfilamentbanddraht mit einer Breite von mehreren Millimetern und einer Dicke von mehreren hundert µm hergestellt als ein Multifilamentdraht mit einem kreisförmigen Querschnitt wie in dem Fall eines NbTi-Drahts. Als eine Lösung des Problems wurde ein Anreißdraht (scribing wire), der durch ein Ausbilden einer Anzahl von Längsnuten auf einem Drahtsubstrat in einem Ausbilden einer supraleitenden Schicht in mehreren Filamenten hergestellt ist, vorgeschlagen, und ein mechanisches Schleifen, chemisches Ätzen und Schneiden durch Laserbestrahlung, etc. wurden als Anreißverfahren bzw. Scribing-Verfahren vorgeschlagen (PTL 1).

[Literaturstellungsliste] [Patentliteratur]

  • [PTL 1] Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2007-141688
  • [PTL 2] Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2011-96566
  • [PTL 3] Japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung Nr. 2013-503422

[Nicht-Patentliteratur]

  • [NPL 1] T Machi, K Nakao, T Kato, T Hirayama, und K Tanabe, „Reliable fabrication process for long-length multi-filamentary coated conductors by a laser scribing method for reduction of AC loss“, Supracond. Sci. Technol. 26 (2013) 105016 (15 pp)

[Zusammenfassung der Erfindung] [Technisches Problem]

Es wurde jedoch berichtet, dass in einem Scribing-Verfahren durch ein mechanisches Schleifen oder chemisches Ätzen die minimale Nutbreite zwischen Filamenten ungefähr 0,2 mm ist und ein kritischer Strom um ungefähr eine Hälfte reduziert wird, wenn eine Vielzahl von Nuten ausgebildet sind (NPL 1). Die Verfahren können eine stabilisierende Schicht schneiden und die mechanische Festigkeit des Drahts kann verringert werden.

In der Zwischenzeit kann in einem Scribing-Verfahren durch eine Laserbestrahlung die Nutbreite reduziert werden, wenn der Laserpunktdurchmesser reduziert wird, und deshalb wird erwartet, dass ein AC-Verlust verglichen mit dem mechanischen Schleifen oder chemischen Ätzen verringert wird. Jedoch verbleibt in dem Verfahren eine Schmelze (Verschmutzung), die von dem Material der stabilisierenden Schicht herrührt, in den Nuten zwischen den Filamenten, so dass der elektrische Widerstand zwischen den Filamenten reduziert ist, und ein reduzierender Effekt in einem AC-Verlust kann als ein Ergebnis eines Kopplungseffekts (PTL 2 und PTL 3) nicht erlangt werden. Deshalb sollte ein Scribing langsam durch eine schwache Laserbestrahlung bei einer Geschwindigkeit ungefähr so langsam wie mehrere m/h ausgeführt werden und ein Prozess zum Entfernen der Schmelze (wie zum Beispiel ein Ätzen) sollte zusätzlich zu dem Laserbestrahlungsprozess ausgeführt werden, was den Herstellungsprozess verkomplizieren oder die Kosten erhöhen kann. Ähnlich zu dem Fall des mechanischen Schleifens und des chemische Ätzens kann die stabilisierende Schicht getrennt werden und deshalb gibt es weiter einen Nachteil hinsichtlich der mechanischen Festigkeit des Drahts bzw. der Leitung.

In Anbetracht des Nachteils ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen supraleitenden Hochtemperaturdraht bzw. -leitung mit einer supraleitenden Filamentschicht in einer vereinfachten Art und Weise und in einer Menge zu bieten, ohne die supraleitfähigen Eigenschaften und mechanische Festigkeit zu verschlechtern.

[Lösung des Problems]

Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts bzw. -Bandleitung mit einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem bandförmigen Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer stabilisierenden Schicht bzw. Stabilisierungsschicht, die auf der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist, wobei die supraleitende Oxidschicht und die Zwischenschicht mit einem oder mehreren Längsschlitzen versehen sind und das Metallsubstrat und die stabilisierende Schicht nicht mit einem Schlitz versehen sind. Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt weist die folgenden Schritte auf:
ein Bereitstellen einer supraleitenden Hochtemperaturleitung bzw. eines supraleitenden Hochtemperaturdrahts mit einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem bandförmigen Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer Metallstabilisierungsschicht, die auf der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist; und ein Ausbilden eines Schlitzes entweder durch ein Biegen des supraleitenden Hochtemperaturdrahts in einer Längsrichtung von diesem oder einem Konzentrieren einer Spannung auf dem supraleitenden Hochtemperaturdraht in der Längsrichtung.

Hierin wird in einem supraleitenden Hochtemperaturdraht mit einer Multischichtstruktur einschließlich einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer Metallstabilisierungsschicht, die auf der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist, ein Längsschlitz, der in der supraleitenden Oxidschicht und der Zwischenschicht oder lediglich in der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist, als ein „interner Schlitz bzw. innerer Schlitz“ bezeichnet. Der innere Schlitz kann stetig oder unstetig in der Längsrichtung sein. Der supraleitende Hochtemperatur-Multifilament-Banddraht gemäß der vorliegenden Erfindung kann als ein supraleitender Hochtemperaturdraht mit einem inneren Schlitz bezeichnet werden. Der Schlitzausbildungsschritt kann als ein Schritt eines Ausbildens eines inneren Schlitzes in dem supraleitenden Hochtemperaturdraht bezeichnet werden.

Ein Ausbilden eines Schlitzes in einem Material bedeutet, dass das Material an der Stelle geschnitten wird. Genauer gesagt bedeutet ein Ausbilden eines Schlitzes in einer supraleitenden Oxidschicht, dass der Teil derart geschnitten wird, dass supraleitender Strom nicht dort hindurch geführt wird.

Hierin bedeutet ein Biegen eines Drahts in der Längsrichtung ein Biegen des Drahts entlang einer Faltlinie in der Längsrichtung. Ferner bedeutet ein Konzentrieren einer Spannung, dass ein Spannungskonzentrationspunkt in der Breitenrichtung des Drahts ist.

Gemäß dem Herstellungsverfahren schneidet eine Last, die auf den supraleitenden Hochtemperaturdraht aufgebracht wird, die supraleitende Oxidschicht (und die Zwischenschicht) als ein keramisches Material, während das Metallsubstrat und die Stabilisierungsschicht wiederhergestellt werden können und an einem Geschnittenwerden gehindert werden können. Deshalb kann ein Schlitz lediglich in der supraleitenden Oxidschicht und der Zwischenschicht vorgesehen werden. Da die supraleitende Oxidschicht durch den Schlitz unterteilt wird, kann die supraleitende Oxidschicht eine Filamentstruktur bzw. einen Filamentaufbau haben, und ein Diamagnetismus hinsichtlich einem magnetischen Feld senkrecht zu der Oberfläche des Drahts kann reduziert werden. Deshalb kann eine supraleitende Spule, die unter Verwendung solch eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts hergestellt ist, ein Untersuchungsstrom bzw. Screeningstrom-induziertes Magnetfeld reduzieren und einen AC-Verlust bzw. Wechselstromverlust reduzieren. Da das Metallsubstrat und die Stabilisierungsschicht nicht geschnitten sind, wird die mechanische Festigkeit nicht übermäßig reduziert. Wenn die supraleitende Oxidschicht durch ein Aufbringen einer Last geschnitten wird, kann die Schlitzbreite kleiner als die Nutbreite (Schadensgröße) durch ein mechanisches Schleifen oder chemisches Ätzen sein, so dass eine Verschlechterung in den Supraleiteigenschaften reduziert werden kann. Deshalb kann eine erhöhte Anzahl von Schlitzen ausgebildet werden und die supraleitende Oxidschicht kann eine signifikant feinere Filamentstruktur haben.

In dem Schlitzausbildungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Verfahren eines Biegens des supraleitenden Hochtemperaturdrahts in der Längsrichtung, ein Verfahren eines Konzentrierens einer Spannung ohne ein Deformieren des supraleitenden Hochtemperaturdrahts und sowohl das Biege- als auch Spannungskonzentrationsverfahren angewendet werden. In dem Biegeverfahren kann die supraleitende Oxidschicht durch ein Aufbringen lediglich in einem Teil in der Breitenrichtung (teilweises Biegen) gebogen werden oder durch ein Aufbringen einer Last gänzlich in der Breitenrichtung (gänzliches Biegen) gebogen werden. Die Magnitude der aufzubringenden Last ist ungefähr auf dem Niveau, das es der supraleitenden Oxidschicht erlaubt, geschnitten zu werden, jedoch dem Metallsubstrat und der Stabilisierungsschicht erlaubt, wieder hergestellt zu werden und ungeschnitten zu verbleiben.

In dem Schlitzausbildungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Schlitz durch ein Drücken bzw. Pressen eines Randbauteils bzw. Kantenbauteils gegen den supraleitenden Hochtemperaturdraht ausgebildet werden. Im vorliegenden Fall wird das Kantenbauteil gegen einen Draht gedrückt, der auf einem weichen Bauteil platziert ist, so dass der Teil, gegen den der Kantenteil gedrückt wird, gebogen werden kann. Wenn das Kantenbauteil gegen einen Draht gedrückt wird, der auf einem harten Bauteil platziert ist, kann eine Spannung an dem Teil konzentriert werden, gegen das das Kantenbauteil gedrückt wird.

Zum Beispiel, wenn ein supraleitender Hochtemperaturdraht zwischen ein sich drehendes Kantenbauteil und eine Führungswalze geführt wird, die einander gegenüberliegend vorgesehen sind, wird eine Last lediglich auf einen Teil des supraleitenden Hochtemperaturdrahts in der Breitenrichtung aufgebracht, so dass der Draht in der Längsrichtung gebogen werden kann oder eine Spannung konzentriert werden kann. Durch das Verfahren kann ein langer supraleitender Hochtemperaturdraht mit einem kontinuierlichen Schlitz in einer vereinfachten Art und Weise vorgesehen werden. Im vorliegenden Fall, falls ein sich drehendes Kantenbauteil, das das Kantenbauteil nicht an einem Teil des Umfangs hat, verwendet wird, wird der Draht unstetig gebogen oder Spannung wird konzentriert, so dass ein Schlitz unstetig in der Längsrichtung ausgebildet werden kann. Der unstetige Längsschlitz kann als ein Längsschlitz einer unterbrochenen Linie bezeichnet werden. Ein anderes Verfahren zum Ausbilden eines Schlitzes mit unterbrochener Linie ist es, eine aufgebrachte Last verglichen mit jener zu reduzieren, die erforderlich ist, um einen vorstehenden Schlitz in dem Draht während einer Verarbeitung auszubilden. Wenn der Schlitz unstetig vorgesehen wird, kann der Bereich bzw. die Region zwischen den Filamenten eine Shunt-Funktion haben, welche den kritischen Strom verbessern kann und den Kopplungseffekt reduzieren kann.

In dem Schlitzausbildungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Schlitzen durch Einführen des Drahts gegen eine Vielzahl von sich drehenden Kantenbauteilen mit Kanten in verschiedenen Breitenrichtungspositionen vorgesehen werden. Eine Vielzahl von Schlitzen kann durch ein Führen des Drahts entlang eines sich drehenden Kantenbauteils einschließlich einer Vielzahl von Kanten in verschiedenen Breitenrichtungspositionen ausgebildet werden.

Wenn der gesamte Biegeansatz eingesetzt wird, kann in dem Schlitzausbildungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung ein Schlitz durch ein Aufbringen einer Last durch eine Prägeverarbeitung an einem supraleitenden Hochtemperaturdraht gänzlich in der Breitenrichtung und dementsprechend ein Biegen des supraleitenden Hochtemperaturdrahts in eine V-Form ausgebildet werden. Durch diesen Ansatz kann ein Schlitz an einer Ecke der V-Form vorgesehen werden.

Zum Beispiel kann ein Schlitz durch ein Führen des supraleitenden Hochtemperaturdrahts zwischen einer ersten Walze mit einem Außenumfang in einer angehobenen V-Form und einer zweiten Walze mit einem Außenumfang in einer vertieften V-Form, die gegenüber voneinander vorgesehen sind, und dementsprechend ein Biegen des Drahts in eine V-Form ausgebildet werden. Durch diesen Ansatz kann ein stetiger Schlitz in einem langen supraleitenden Hochtemperaturdraht in einer vereinfachten Art und Weise ausgebildet werden. Im vorliegenden Fall, falls zumindest einer von den Außenumfängen der ersten Walze und der zweiten Walze mit einem Kerbenteil versehen ist, und die Walzen eine an der Stelle des Kerbenteils auszuführende Prägeverarbeitung nicht erlauben, kann ein unstetiger Schlitz (Schlitz mit unterbrochener Linie) ausgebildet werden.

In dem Schlitzausbildungsschlitz gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Schlitzen durch ein Führen des Drahts zwischen eine Vielzahl von Sätzen von erster und zweiter Walze mit V-Erhebungsteilen, die in verschiedenen Breitenrichtungspositionen angeordnet sind, ausgebildet werden.

Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein supraleitender Hochtemperatur-Multifilament-Banddraht mit einer supraleitenden Oxidschicht, die auf einem bandförmigen Metallsubstrat mit einer Zwischenschicht dazwischen ausgebildet ist, und einer Metallstabilisierungsschicht, die auf der supraleitenden Oxidschicht ausgebildet ist, wobei die supraleitende Oxidschicht und die Zwischenschicht mit einem oder mehreren Längsschlitzen versehen sind und das Metallsubstrat und die Stabilisierungsschicht nicht mit einem Schlitz versehen sind.

Gemäß dem Aspekt kann die supraleitende Oxidschicht REBa2Cu3O7-δ aufweisen (wobei RE eines oder mehrere seltene Erdenelemente ist). Die Stabilisierungsschicht kann lediglich auf der supraleitenden Oxidschicht oder um die supraleitende Oxidschicht und das Metallsubstrat herum ausgebildet sein. Die Stabilisierungsschicht kann eine Einzelschichtstruktur oder eine Multischichtstruktur haben.

Die Breite des inneren Schlitzes ist ungefähr 200 µm oder weniger, noch wünschenswerter 50 µm oder weniger und noch wünschenswerter 30 µm oder weniger.

Der innere Schlitz gemäß der vorliegenden Erfindung kann stetig sein oder unstetig in der Längsrichtung ausgebildet sein. Wenn ein unstetiger Schlitz bzw. unterbrochener Schlitz länger als das Schlitzintervall in der Breitenrichtung des Rads ausgebildet wird, hat die Länge des Teils ohne einen Schlitz (der Schlitzunterbrechungsteil) vorzugsweise eine Länge von nicht weniger als der Breitenrichtungslänge (Filamentbreite) des supraleitenden Hochtemperaturdrahts mit dem Filamentaufbau. Auf diese Weise kann die Shunt-Funktion zwischen den Schlitzen optimiert werden und der kritische Strom kann verbessert werden. Die Länge jedes Schlitzes ist auf einen geeigneten Wert in Abhängigkeit von der Form einer unter Verwendung des supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts herzustellenden Spule eingestellt, welcher vorzugsweise gleich wie oder größer als der Durchmesser der Spule ist. Im vorliegenden Fall muss das Schlitzintervall bzw. der Schlitzabstand nicht äquidistant sein. Das Schlitzintervall bezieht sich auf den Abstand zwischen benachbarten Schlitzen und auf den kürzesten Abstand in der Breitenrichtung, wenn die Schlitze nicht parallel zueinander sind.

Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts einschließlich einer Führungswalze, einem sich drehenden Kantenbauteil, das der Führungswalze gegenüberliegend vorgesehen ist, und einem Aufnahmeabschnitt und einem Zuführabschnitt bzw. Förderabschnitt zum Fördern des supraleitenden Hochtemperaturdrahts zwischen die Führungswalze und das sich drehenden Kantenbauteil.

Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines supraleitenden Hochtemperatur-Multifilament-Banddrahts einschließlich einer ersten Walze mit einem Außenumfang in einer erhabenen Form, einer zweiten Walze, die der ersten Walze gegenüberliegend vorgesehen ist und einen Außenumfang in einer vertieften Form hat, und einem Aufnahmeabschnitt und einem Förderabschnitt zum Fördern eines supraleitenden Hochtemperaturdrahts zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze.

Unter Verwendung dieser Vorrichtungen kann ein supraleitender Multifilament-Banddraht, in dem lediglich die supraleitende Oxidschicht und die Zwischenschicht geschnitten sind und das Metallsubstrat und die Stabilisierungsschicht nicht geschnitten sind, in einer vereinfachten Art und Weise und für eine kurze Zeitdauer hergestellt werden.

Ferner kann die vorliegende Erfindung auch eine supraleitende Spule betreffen, die aus einem supraleitenden Hochtemperaturdraht in einer beliebigen der vorangehend beschriebenen Verbindungsanordnung hergestellt ist.

[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein supraleitender Hochtemperaturdraht mit einer supraleitenden Filamentschicht in einer vereinfachten Art und Weise im Wesentlichen ohne ein Verschlechtern der Supraleiteigenschaften und der mechanischen Festigkeit hergestellt werden. Das Vorliegen der supraleitenden Filamentschicht kann einen Diamagnetismus hinsichtlich eines Magnetfelds senkrecht zu der Fläche des Drahts reduzieren, so dass eine supraleitende Spule, die aus dem supraleitenden Hochtemperaturdraht hergestellt ist, ein Screeningstrom-induziertes Magnetfeld und einen reduzierten Wechselstromverlust reduzieren kann.

[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]

1(a) bis 1(d) sind Ansichten zum Darstellen der Konfiguration eines REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der vorliegenden Erfindung.

2(a) und 2(b) sind schematische Ansichten zum Darstellen eines inneren Drahtschlitzes, der in einer REBCO-Schicht in dem REBCO-Multifilament-Banddraht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.

3(a) bis 3(c) sind schematische Ansichten zum Darstellen eines Verfahrens zum Herstellen des REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der vorliegenden Erfindung.

4(a) und 4(c) sind schematische Ansichten zum Darstellen einer Vorrichtung zum Herstellen eines REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß einer ersten Ausführungsform.

5(a) bis 5(d) stellen Ergebnisse einer Erscheinungsbeobachtung einer Kupferstabilisierungsschichtoberfläche und einer REBCO-Schichtoberfläche in dem REBCO-Multifilament-Banddraht gemäß der ersten Ausführungsform dar.

6 ist ein Graph, der ein Ergebnis einer Magnetisierungsmessung des REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.

7(a) und 7(c) sind Graphen, die Ergebnisse einer Strom-Spannungs-Eigenschaftsmessung des REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.

8(a) und 8(c) sind Graphen, die Ergebnisse einer mechanischen Festigkeitsmessung des REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.

9(a) und 9(c) sind Ansichten, die Modifikationen der Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung des REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.

10(a) bis 10(c) sind schematische Ansichten zum Darstellen der Konfiguration eines REBCO-Multifilament-Banddrahts und eines Herstellungsverfahrens von diesem gemäß einer zweiten Ausführungsform.

11(a) bis 11(c) sind Graphen, die Ergebnisse einer Magnetisierungsmessung, einer Strom-Spannungs-Eigenschaftsmessung und einer mechanischen Festigkeitsmessung für verschiedene Anzahlen von Schlitzen zeigen.

12(a) bis 12(c) sind schematische Ansichten zum Darstellen der Konfiguration eines REBCO-Multifilamentbanddrahts und eines Herstellungsverfahrens von diesem gemäß einer dritten Ausführungsform.

[Beschreibung von Ausführungsformen]

Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen durch Bezugnahme auf Beispielsausführungsformen beschrieben. Es sei jedoch vermerkt, dass die Größen, Materialien und Formen von Komponenten und relative Positionierung von diesen in der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen nicht ausgelegt werden sollten, um den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung lediglich auf die beschriebenen Inhalte zu begrenzen, soweit nicht anderweitig spezifiziert.

<Allgemeine Beschreibung>

Die vorliegende Erfindung betrifft einen REBCO-Multifilament-Banddraht (supraleitender Hochtemperatur-Multifilament-Banddraht) mit Schlitzen, die lediglich in einer REBCO-Schicht und einer Zwischenschicht (Pufferschicht) von dieser ausgebildet sind, so dass diese Schichten in einer Filamentstruktur sind und keine Schlitze in den Stabilisierungsschichten sind. Die Konfiguration des REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.

Die Konfiguration eines REBCO-Multifilament-Banddrahts 10 ist in 1(a) gezeigt. Der REBCO-Multifilament-Banddraht 10 gemäß einer Ausführungsform hat einen Multischichtaufbau mit einem Metallsubstrat 11, einer Zwischenschicht 12, einer REBCO-Schicht 13, einer Silberstabilisierungsschicht 14, und einer Kupferstabilisierungsschicht 15. Im vorliegenden Fall, wie in 1(b) bis 1(d) gezeigt ist, sind die REBCO-Schicht 13 und die Zwischenschicht 12 mit einem Schlitz 16 entlang der Längsrichtung des REBCO-Multifilament-Banddrahts 10 versehen, während die Silberstabilisierungsschicht 14 und die Kupferstabilisierungsschicht 15 nicht mit solch einem Schlitz versehen sind. Die Zwischenschicht 12 muss nicht immer mit solch einem Schlitz versehen sein. Es sei vermerkt, dass 1(b) eine vertikale Schnittansicht des REBCO-Multifilament-Banddrahts 10 ist, 1(c) eine Draufsicht der REBCO-Schicht 13 und der Zwischenschicht 12 ist, und 1(d) eine Draufsicht der Silberstabilisierungsschicht 14 und der Kupferstabilisierungsschicht 14 ist.

Der Schlitz 16 wird durch ein Schneiden des REBCO-Materials der REBCO-Schicht 13 an der Stelle ausgebildet. Der Schlitz 16 isoliert elektrisch das REBCO-Material. Die elektrische Isolation des REBCO-Materials bedeutet, dass supraleitender Strom nicht an der Stelle hindurchgeführt wird. Die REBCO-Schicht 13 wird in zwei Filamente durch den einzelnen Schlitz 16 aufgeteilt und die Dicke von jedem der Filamente wird auf eine Hälfte der Dicke in dem Fall ohne den Schlitz reduziert.

In dem dargestellten Beispiel hat der REBCO-Multifilament-Banddraht 10 lediglich den Einzelschlitz 16, jedoch, wie in 2(a) gezeigt ist, kann eine Vielzahl von Schlitzen 16 ausgebildet sein. Die Vielzahl von Schlitzen 16 kann ferner die Dicke des REBCO-Materials reduzieren. Das Beispiel, das in 2(a) gezeigt ist, hat drei Schlitze, aber jede andere Anzahl von Schlitzen 16 kann vorgesehen sein, soweit die Supraleiteigenschaften nicht verschlechtert sind.

In dem dargestellten Beispiel des REBCO-Materials ist der Schlitz 16 kontinuierlich in der Längsrichtung ausgebildet, wobei ein Schlitz 17, der in der Längsrichtung diskontinuierlich bzw. unterbrochen ausgebildet ist, ausgebildet sein kann, wie in 2(b) gezeigt ist. Genauer gesagt können ein Teil 17(a) mit einem Schlitz und ein Teil 17(b) mit keinem Schlitz abwechselnd in der Längsrichtung angeordnet sein. Das Vorliegen des Teils 17(b) ohne einen Schlitz erlaubt es dem Bereich zwischen den isolierten REBCO-Filamenten, eine Shunt-Funktion zu haben, so dass der REBCO-Multifilament-Banddraht 10 verbesserte Supraleiteigenschaften haben kann. Es sei vermerkt, dass eine Vielzahl von solchen diskontinuierlichen Schlitzen ausgebildet sein kann, wie vorangehend beschrieben ist. Alternativ können ein kontinuierlicher Schlitz und ein diskontinuierlicher Schlitz kombiniert werden.

Es kann drei Hauptverfahren zum Ausbilden des Schlitzes geben. Gemäß einem ersten Verfahren, wie in 3(a) gezeigt ist, wird ein Rand bzw. eine Kante gegen einen REBCO-Draht gedrückt, um den REBCO-Draht teilweise zu biegen. Die Kante wird gegen den REBCO-Draht auf einem weichen Material von oben her gedrückt und der REBCO-Draht kann teilweise gebogen werden. Die REBCO-Schicht 13 und die Zwischenschicht 12 sind aus Keramik hergestellt und haben eine kleine reversible Spannungsgrenze gegen Biegen, während das Metallsubstrat 11 und die Stabilisierungsschichten 14 und 15 aus Metall hergestellt sind und einen größeren Schneidwiderstand haben, selbst wenn diese Schichten sich teilweise plastisch deformieren. Deshalb, wenn der REBCO-Draht in der Längsrichtung gebogen wird, wie vorangehend beschrieben ist, können die REBCO-Schicht 13 und die Zwischenschicht 12 geschnitten werden, ohne das Metallsubstrat 11 und die Stabilisierungsschichten 14 und 15 zu schneiden.

Gemäß einem zweiten Verfahren, wie in 3(b) gezeigt ist, wird der gesamte REBCO-Draht mit einer Spannung in der Art und Weise eines Prägens (Pressenbearbeitung) versehen und der REBCO-Draht wird in einer V-Form gebogen. Gemäß diesem Verfahren erlaubt es ein Biegen in der Längsrichtung lediglich der REBCO-Schicht 13 und der Zwischenschicht 12 ähnlich zu dem Vorangehenden geschnitten zu werden.

Ein drittes Verfahren ist das gleiche wie das erste Verfahren darin, dass eine Kante gegen den REBCO-Draht gedrückt wird, aber verschieden dazu, dass der REBCO-Draht auf einem harten Bauteil platziert wird. Der REBCO-Draht, der auf dem harten Bauteil platziert ist, wird nicht gebogen, sondern die Spannung konzentriert sich an dem Teil, an dem die Kante gedrückt wird. Die Spannungskonzentration an einem geraden Teil entlang der Länge erlaubt lediglich der REBCO-Schicht 13 und der Zwischenschicht 12, geschnitten zu werden.

Es sei vermerkt, dass das erste und zweite Verfahren einen Schlitz durch ein Biegen ausbilden, während das dritte Verfahren einen Schlitz durch eine Spannungskonzentration ausbildet. Unter den Schlitzausbildungsverfahren durch Biegen bildet das erste Verfahren einen Schlitz durch ein teilweises Biegen aus, während das zweite Verfahren einen Schlitz durch ein gänzliches Biegen ausbildet.

<Erste Ausführungsform> (Herstellungsverfahren und Herstellungsvorrichtung)

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen REBCO-Multifilament-Banddraht mit einem einzelnen kontinuierlichen Schlitz, der in einer REBCO-Schicht von diesem ausgebildet ist. Nun werden eine detaillierte Konfiguration des REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der Ausführungsform und ein Herstellungsverfahren von diesem beschrieben.

Ein REBCO-Banddraht mit keinem Schlitz in einer REBCO-Schicht wird bereitgestellt. Der Draht kann irgendein beliebiger vorliegender REBCO-Banddraht sein. Es sei jedoch vermerkt, dass ein Schlitz durch ein Biegen gemäß der Ausführungsform ausgebildet wird, und deshalb ist der REBCO-Banddraht vorzugsweise so dünn wie 0,3 mm oder weniger, so dass der Draht ohne eine große Verschlechterung durch ein Biegen verarbeitet werden kann. Zum Beispiel kann ein SCS4540-Draht verwendet werden, der von SuperPower Inc. hergestellt wird. Der REBCO-Banddraht hat eine Breite von 4 mm und eine Dicke von 0,1 mm und ist ausgebildet, wie in 1(a) gezeigt ist. Das Metallsubstrat 11 ist aus einem Metallmaterial, wie z. B. Nickel und einer Nickellegierung, etc. hergestellt und hat eine Dicke von ungefähr 50 µm. Die Zwischenschicht (Pufferschicht) 12 hat einen Einzelschichtaufbau oder einen Multischichtaufbau, der aus Metalloxid hergestellt ist, und eine Dicke von ungefähr 0,2 µm. Die REBCO-Schicht 13 ist aus einem supraleitenden Oxidmaterial auf Basis einer seltenen Erde (REBa2CU3O7-δ) hergestellt und hat eine Dicke von ungefähr 1 µm. Im vorliegenden Fall repräsentiert RE eines oder mehrere seltene Erdenelemente. Die seltenen Erdenelemente umfassen Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu. Die Silberstabilisierungsschicht 14 ist aus Silber (Ag) hergestellt und hat eine Dicke von ungefähr 1 µm. Die Kupferstabilisierungsschicht 15 ist aus Kupfer (Cu) hergestellt und hat eine Dicke von ungefähr 20 µm. In dem REBCO-Banddraht sind die Stabilisierungsschichten 14 und 15 nicht lediglich auf der REBCO-Schicht 13 vorgesehen, sondern auch um das Metallsubstrat 11 zu der REBCO-Schicht 13 hin abzudecken.

Der REBCO-Banddraht wird einer Verarbeitung unter Verwendung einer Schlitzausbildungsvorrichtung einschließlich eines Walzensplitters (Drehkantenbauteil) unterzogen, so dass die REBCO-Schicht des REBCO-Banddrahts mit einem Schlitz versehen wird.

Der Aufbau einer Schlitzausbildungsvorrichtung 20 wird mit Bezug auf 4 beschrieben. 4(a) zeigt eine allgemeine Übersicht der Schlitzausbildungsvorrichtung 20. Die Schlitzausbildungsvorrichtung weist einen Vorschubabschnitt bzw. Förderabschnitt 21, ein Führungswalzenpaar 22, ein Schlitzausbildungswalzenpaar 23, ein Führungswalzenpaar 24 und einen Aufwickelabschnitt 25 auf.

Der Förderabschnitt 21 weist eine Spule bzw. Rolle mit einem darum gewickelten REBCO-Banddraht auf und der Aufnahmeabschnitt 25 weist eine elektrische Walze auf, die angepasst ist, um den REBCO-Banddraht aufzunehmen. Der Aufnahmeabschnitt bzw. Aufwickelabschnitt 25 nimmt den REBCO-Banddraht auf, so dass der REBCO-Banddraht sich zwischen dem Förder- bzw. Zuführabschnitt 21 und dem Aufnahme- bzw. Aufwickelabschnitt 25 bewegt. Es sei vermerkt, dass die Rolle des Förderabschnitts bzw. Zuführabschnitts 21 mit einer Bremse versehen ist, die eine Drehkraft umgekehrt zu der Bewegungsrichtung vorsieht, um ein bestimmtes Niveau einer Zugspannung auf dem REBCO-Banddraht zu erzeugen. Gemäß der Ausführungsform ist es geeignet, dass die Zugspannung ungefähr 10 MPa bis 50 MPa ist.

Das Führungswalzenpaar 22 ist angepasst, um die Bewegung des REBCO-Banddrahts in der Breitenrichtung zu regulieren. Das Führungswalzenpaar 22 weist eine untere Walze 22a und eine obere Walze 22b auf, die einander gegenüberliegend vorgesehen sind. Die untere Walze 22a hat eine Nut (vertiefter Teil) ungefähr so breit wie die Breite des Banddrahts (4 mm) an einem Außenumfang von dieser ähnlich zu einer Führungswalze 23a, die beschrieben werden wird. Die obere Walze 22b hat einen erhabenen Teil, der zu der Nut der unteren Walze 22a passt. Die untere Walze 22a und die obere Walze 22b nehmen den REBCO-Banddraht in der Nut zwischen sich, so dass der REBCO-Banddraht in der Breitenrichtung positioniert ist. Das Führungswalzenpaar 24 hat den gleichen Aufbau wie das Führungswalzenpaar 22.

Das Schlitzausbildungswalzenpaar 23 ist angepasst, um einen Schlitz in der REBCO-Schicht (und der Zwischenschicht) des REBCO-Banddrahts auszubilden. Das Schlitzausbildungswalzenpaar 23 weist die Führungswalze 23a und einen Walzensplitter 23b auf, die einander gegenüberliegend vorgesehen sind. 4(b) ist eine Ansicht des Schlitzwalzenpaars 23, wenn in der Bewegungsrichtung des Banddrahts betrachtet.

Die Führungswalze 23a hat eine Nut (vertiefter Teil) G so breit wie die Breite des Banddrahts (4 mm) an einem Außenumfang von dieser. Zumindest die Bodenfläche des Nutteils ist aus einem weichen Material, wie z. B. Polyacetal (POM), Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) hergestellt. Auf diese Weise kann der REBCO-Banddraht gebogen werden, wenn eine Spannung auf den REBCO-Banddraht durch den Walzensplitter 23b aufgebracht wird.

Der Walzensplitter 23b hat seinen gesamten Außenumfang mit einer Kante (Kantenbauteil) B versehen. Das Material des Kantenbauteils B kann irgendein beliebiges Material mit ausreichender Härte sein und kann z. B. Hartmetall sein, das normalerweise für eine Schneideinrichtungskante bzw. Cutter-Kante verwendet wird. Die Kante hat eine Breite von 20 µm gemäß der Ausführungsform. Der Walzensplitter 23b ist mit einem Spannungssteuergerät verbunden, so dass eine vorgeschriebene Spannung aufgebracht werden kann. Die vorgeschriebene Spannung kann die REBCO-Schicht 13 (und die Zwischenschicht 12) schneiden, wenn sie aufgebracht wird, um den REBCO-Banddraht zu biegen, aber das Metallsubstrat 11 und die Stabilisierungsschichten 14 und 15 ungeschnitten belassen. Die vorgeschriebene Spannung unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Größe der Kante oder des Materials des zu verarbeitenden REBCO-Banddrahts oder der Führungswalze 23a. Gemäß der Ausführungsform wird die aufgebrachte Spannung auf 50 N eingestellt, so dass die Konzentrationsspannung der Kante ungefähr von 100 MPa bis 300 MPa wird. Das Spannungssteuergerät umfasst eine Druckmessdose bzw. einen Kraftaufnehmer (Spannungsdetektor) und eine Spannungsaufbringungseinheit, die eine Spannung in Erwiderung auf die Ausgaben der Druckmessdose aufbringt. Alternativ kann das Spannungssteuergerät eine Feder sein, die angepasst ist, um den Walzensplitter 23b zu der Führungswalze 23a hin vorzuspannen.

Die Führungswalzenpaare 22 und 24 sind unterhalb des Schlitzausbildungswalzenpaars 23 positioniert (auf der Seite der Führungswalze 23a), so dass der REBCO-Banddraht eine gebogene Form hat, die zu den Seiten des Walzensplitters 23b an der Position des Schlitzausbildungswalzenpaars 23 hin angehoben ist. Auf diese Weise erhöht sich die Kontaktfläche zwischen dem REBCO-Banddraht und der Führungswalze 23a und eine ausreichende Breitenregulierung kann vorgesehen werden. Der Kontaktbereich zwischen dem REBCO-Banddraht und dem Walzensplitter 23b wird verringert und vorteilhafte Effekte werden dadurch vorgesehen, dass z. B. die Bewegung des Walzensplitter 23b in der Querrichtung (der Breitenrichtung des Banddrahts) reduziert werden kann und die V-förmige Biegung des REBCO-Banddrahts reduziert werden kann.

Der REBCO-Banddraht wird zwischen dem Schlitzausbildungswalzenpaar 23 der Schlitzausbildungsvorrichtung 20 mit dem vorangehenden Aufbau derart geführt, dass der REBCO-Banddraht entlang der Längsrichtung gebogen wird, um einen Längsschlitz in der REBCO-Schicht 13 (und der Zwischenschicht 12) zu haben.

Der REBCO-Banddraht wird durch das Schlitzausbildungswalzenpaar 23 gebogen und deformiert, jedoch kann das Führungswalzenpaar 24 den REBCO-Banddraht zu der flachen Form hin zurückführen.

Es sei vermerkt, dass die Schlitzausbildungsvorrichtung 20 eine noch vereinfachtere Struktur haben kann. Zum Beispiel kann der REBCO-Banddraht manuell bewegt werden, anstelle eines Vorsehens des Zuführabschnitts bzw. Förderabschnitts 21 und des Aufnahmeabschnitts bzw. Aufwickelabschnitts 25, und mit einem Schlitz durch das Schlitzausbildungswalzenpaar 23 versehen werden. Alternativ können eines oder beide von den Führungswalzenpaaren 23 und 24 weggelassen werden.

(Messergebnisse)

Die Merkmale des dementsprechend hergestellten REBCO-Multifilament-Banddrahts werden beschrieben.

  • • Erscheinungsbeobachtung

Die Oberfläche der Kupferstabilisierungsschicht 15 wurde unter Verwendung eines dreidimensionalen Mikroskops beobachtet und das Ergebnis wird in 5(a) und 5(b) angegeben. 5(a) zeigt das Ergebnis einer Beobachtung eines Teils einschließlich einer Stelle der Oberfläche der Kupferstabilisierungsschicht 15, gegen die der Walzensplitter 23b gedrückt wurde. Die Links-Rechts-Richtung in der Figur repräsentiert die Längsrichtung des Banddrahts und die Oben-Unten-Richtung repräsentiert die Breitenrichtung von diesem. Wie aus 5(a) heraus verstanden werden kann, hat der Teil, gegen den der Walzensplitter 23b gedrückt wurde, eine Nut. 5(b) zeigt einen Schnitt des Nutteils der Kupferstabilisierungsschicht 15. Der Nutteil hatte eine Breite von 67,5 µm an einem oberen Ende von diesem, eine Breite von 18,3 µm an einem unteren Ende von diesem und eine Tiefe von 8,3 µm. Die Kupferstabilisierungsschicht 15 hatte eine Dicke von ungefähr 20 µm, was anzeigt, dass die Kupferstabilisierungsschicht 15 nicht durch das Schlitzausbildungsverarbeiten geschnitten wurde.

Die Ergebnisse einer Beobachtung der Oberfläche der REBCO-Schicht unter Verwendung des dreidimensionalen Mikroskops werden beschrieben. 5(c) und 5(d) zeigen das Ergebnis einer Beobachtung der Oberfläche der REBCO-Schicht 13, die freiliegend ist, nachdem das Metallsubstrat 11 von der REBCO-Schicht 13 unter Verwendung des dreidimensionalen Mikroskops entfernt wurde. 5(c) ist das Ergebnis einer Beobachtung des Teils einschließlich der Stelle, gegen die der Walzensplitter 23b gedrückt wurde. Die Links-Rechts-Richtung in der Figur repräsentiert die Längsrichtung des Banddrahts, die Oben-Unten-Richtung repräsentiert die Breitenrichtung von diesem und die Figur zeigt einen Bereich von ungefähr 70 µm jeweils in der Längs- und Breitenrichtung einschließlich des Teils, gegen den der Walzensplitter 23b gedrückt wurde. Eine zerknitterte Bruchspur bzw. Frakturspur wurde ungefähr in der Mitte der Figur beobachtet. Der Teil mit der Fraktur hatte eine Breite von ungefähr 33 µm und eine Tiefe von ungefähr 3,3 µ. Der Teil entspricht einem Schlitz, der durch die Schlitzausbildungsvorrichtung 20 ausgebildet ist. Wie gesehen werden kann, wurde die REBCO-Schicht nicht zertrümmert (nicht pulverisiert) an der Stelle des Schlitzes. Da der Teil nicht zertrümmert wurde, wird die Adhäsionsfestigkeit des Schlitzteils beibehalten und die mechanische Festigkeit des Drahts kann ausreichend beibehalten werden. 5(d) zeigt einen größeren Bereich um den Teil herum, gegen den der Walzensplitter 23b gedrückt wurde. Wie aus der Figur heraus gesehen werden kann, wurde der Schlitz kontinuierlich bei einer vorgeschriebenen Breite in der Längsrichtung (in der Links-Rechts-Richtung in der Figur) ausgebildet.

  • • Magnetisierungsmessung

Eine Magnetisierungsmessung des REBCO-Multifilament-Banddrahts, der mit dem Schlitz versehen ist, wird beschrieben werden. 6 zeigt die Beziehung zwischen aufgebrachten Magnetfeldern und Magnetisierungsintensitäten, die unter Verwendung eines SQUID-Magnetometers (MPMS hergestellt von Quantum Design Japan, Inc.) gemessen. In der Magnetisierungsmessung wurden zwei REBCO-Multifilament-Banddrähte, die aufeinander platziert wurden und jeweils eine Länge von 4 mm haben, als eine Probe gemessen. Während der Messung wurde die Probe auf 4,2 K mit keinem magnetischen Feld, das aufgebracht ist, eingefroren und dann zur Magnetisierung gemessen, während ein Magnetfeld senkrecht zu der Bandoberfläche aufgebracht wurde, und das Band wurde bei 4,2 K beibehalten.

Die Abszisse in dem Graphen in 6 repräsentiert die Intensität des aufgebrachten Magnetfelds und die Ordinate repräsentiert die Intensität der Magnetisierung der Probe. Als Proben zum Vergleich wurden ein REBCO-Banddraht, der vorher mit einem Schlitz versehen wurde, und ein Bi2223-Multifilament-Draht, der in einer existierenden NMR-Vorrichtung vorhanden ist, ähnlicher Weise zur Magnetisierung gemessen. In dem Graphen in 6 ist das Messergebnis des REBCO-Banddrahts (REBCO-Multifilament-Banddraht) mit einem Schlitz durch 61 bezeichnet, der REBCO-Banddraht mit keinem Schlitz ist durch 62 bezeichnet, und das Messungsergebnis des Bi2223-Multifilament-Drahts ist durch 63 bezeichnet.

Wie aus 6 heraus verstanden werden kann, hatte der REBCO-Multifilament-Banddraht, der mit dem Schlitz versehen ist, einen signifikant verbesserten Diamagnetismus, wenn verglichen mit dem REBCO-Banddraht ohne einen Schlitz. Diese Reduktion in dem Diamagnetismus kann ein Screeningstrom-induziertes Magnetfeld oder einen AC-Verlust bzw. Wechselstromverlust in einer supraleitenden Spule reduzieren.

  • • Messung einer Strom-Spannungs-Charakteristik

Eine Messung einer Strom-Spannungs-Charakteristik des REBCO-Multifilament-Banddrahts mit dem Schlitz wird beschrieben.

Zuerst, um eine elektrische Isolation, die durch ein Vorsehen des Schlitzes erreicht wird, zu bestätigen, wurde eine Probe eines REBCO-Banddrahts, der eine Breite von 4 mm und ein Länge von 70 mm hat und mit einem Schlitz in der Breitenrichtung versehen ist, bereitgestellt und zur Strom-Spannungs-Charakteristik über den Schlitz hinweg gemessen. Das Messprozedere war wie folgt. Die Probe, die mit Spannungsterminals bzw. Spannungsklemmen in einem Intervall von 10 mm über den Schlitz hinweg versehen ist, wurde in flüssigem Stickstoff (77 K) platziert und zur Spannung gemessen, während der Strom, der durch die Probe hindurchführte, auf 10 A/min angehoben wurde. Es gab zu diesem Zeitpunkt kein extern aufgebrachtes Magnetfeld. Die resultierende Strom-Spannungs-Charakteristikakurve ist in 7(a) gegeben. Wie aus dem Ergebnis heraus verstanden werden kann, war ein supraleitender Strom nicht durch die Probe geführt und die REBCO-Schicht (supraleitende Schicht) wurde gänzlich durch den Schlitz geschnitten (elektrisch isoliert).

Dann wurde der REBCO-Multifilament-Banddraht, der mit dem Schlitz in der Längsrichtung des Bands versehen ist, für einen kritischen Strom gemessen. Spannungsterminals bzw. -klemmen wurden in Intervallen von 10 mm in der Längsrichtung platziert und der gesamte REBCO-Draht wurde für eine Strom-Spannungs-Charakteristik gemessen. In dem gleichen Prozedere wie dem vorangehenden wurde die Probe in flüssigem Stickstoff (77 K) eingefroren und der Strom wurde auf 10 A/min mit keinem extern aufgebrachten Magnetfeld angehoben. Die resultierende Strom-Spannungs-Charakteristikakurve ist in 7(b) gegeben. Es sei vermerkt, dass 7(b) die Strom-Spannungs-Charakteristik des REBCO-Multifilament-Banddrahts (schwarze Punkte) als auch die Strom-Spannungs-Charakteristik eines REBCO-Banddrahts zeigt, bevor dieser mit einem Schlitz (Vierecke) versehen ist. Die Referenz für einen kritischen Strom wurde als 1 µV/cm definiert. Wie aus dem Ergebnis heraus verstanden werden kann, wurde der kritische Strom lediglich um ungefähr 1% reduziert durch ein Ausbilden des einzelnen Schlitzes.

  • • Messung der mechanischen Festigkeit

Eine Messung der mechanischen Festigkeit des REBCO-Multifilament-Banddrahts, der mit dem Schlitz versehen ist, wird beschrieben.

Der REBCO-Multifilament-Banddraht gemäß der Ausführungsform wurde für eine reversible Spannungsgrenze gemessen. Das Messprozedere war wie folgt. Spannungsterminals bzw. -klemmen wurden in Intervallen von 10 mm an einer Probe des REBCO-Multifilament-Banddrahts vorgesehen, der eine Länge von 40 mm und eine Breite von 4 mm hat und mit einem Schlitz in der Längsrichtung versehen ist. Die Probe wurde für 10 mm an jedem Ende unter Verwendung einer Zugspannungsspannvorrichtung fixiert, in flüssigem Stickstoff (77 K) platziert, mit Strom dort hindurch versehen, während er gezogen wird, und für eine Spannung gemessen. Es wurde kein externes Magnetfeld aufgebracht und der Strom wurde bei einer Rate von 50 A/min auf 100 A/min angehoben.

Das Ergebnis ist in 8(a) gegeben. Die Abszisse in 8(a) repräsentiert die Zugspannung und die Ordinate repräsentiert den kritischen Strom (der hinsichtlich einem kritischen Strom unter keiner Zugspannung normalisiert ist). Im vorliegenden Fall, wenn eine Spannung für 90% des kritischen Stroms als die Zugspannungsfestigkeit bzw. Zugfestigkeit definiert ist, ist die Zugfestigkeit des REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der Ausführungsform ungefähr 837 MPa. Es sei vermerkt, dass 8(a) das Ergebnis der gleichen Prozedur für den REBCO-Banddraht vor einem Versehensein mit dem Schlitz zeigt und die Zugspannung von diesem war ungefähr 873 MPa. Wie aus dem Ergebnis des Experiments heraus verstanden werden kann, war in dem REBCO-Multifilament-Banddraht gemäß der Ausführungsform eine Verschlechterung in der mechanischen Festigkeit durch ein Ausbilden des Schlitzes so klein wie ungefähr 4% und der Draht hatte eine sehr hohe mechanische Festigkeit von zumindest 800 MPa.

Dann wurde die Abhängigkeit des kritischen Stroms von dem Magnetfeld unter einer Zugspannung gemessen. Während der Messung wurde der REBCO-Multifilament-Banddraht gemäß der Ausführungsform mit einer vorgeschriebenen Zugspannung von 50 MPa in der Längsrichtung versehen und der kritische Strom wurde gemessen, während das extern aufgebrachte magnetische Feld variiert wurde. Das Ergebnis ist in 8(b) gegeben. Die Abszisse in 8(b) repräsentiert die Intensität des extern aufgebrachten Magnetfelds und die Ordinate repräsentiert den kritischen Strom (der hinsichtlich dem kritischen Strom unter keinerlei extern aufgebrachtem magnetischem Feld normalisiert ist). 8(b) zeigt außerdem das Ergebnis des gleichen Prozedere für den REBCO-Banddraht, bevor dieser mit dem Schlitz versehen ist. Wie aus dem Ergebnis heraus verstanden werden kann, gab es keine Verschlechterung, die in dem kritischen Magnetfeld beobachtet wurde, während eine Zugspannung in dem Vorhandensein des Schlitzes aufgebracht wurde und der Drahtwiderstand im hohen Magnetfeld.

(Vorteilhafte Effekte der Ausführungsform)

Der REBCO-Multifilament-Banddraht gemäß der Ausführungsform hat den Schlitz in der Längsrichtung für die REBCO-Schicht und die Zwischenschicht, so dass der Diamagnetismus der Bandoberfläche reduziert werden kann. Deshalb kann ein Screeningstrom-induziertes Magnetfeld oder ein Wechselstromverlust in einer supraleitenden Spule des REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der Ausführungsform reduziert werden.

Die Breite des Schlitzes, der in der REBCO-Schicht ausgebildet ist, kann ungefähr so dick wie 33 µm sein, so dass eine Verschlechterung in den Supraleiteigenschaften reduziert werden kann. Die Reduktion bzw. Verringerung in dem kritischen Strom kann auf ungefähr 1%, wenn vergleichen mit dem Draht, bevor dieser mit dem Schlitz versehen ist, reduziert werden. Es sei vermerkt, dass die Nut durch ein konventionelles Verfahren, wie z. B. ein mechanisches Schleifen und chemisches Ätzen ausgebildet wird, wobei die untere Grenze für die Nutbreite ungefähr 200 µm ist. Deshalb kann gemäß der Ausführungsform die Schlitzbreite auf ungefähr 1/6 der Breite reduziert werden, die durch das mechanische Schleifen oder chemische Ätzen erlangt wird.

Außerdem sind in dem REBCO-Multifilament-Banddraht gemäß der Ausführungsform das Metallsubstrat und die Stabilisierungsschichten nicht mit einem Schlitz versehen und nicht frakturiert bzw. zerbrochen, und deshalb kann eine hohe mechanische Festigkeit beibehalten werden, so dass die Verwendung des Drahts nicht durch ein hohes Magnetfeld behindert wird.

Das Verfahren zur Herstellung des REBCO-Multifilament-Banddrahts, der in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, erlaubt es, eine vereinfachte und Hochgeschwindigkeitsverarbeitung auszuführen, so dass eine Massenproduktion ermöglicht ist. Ein Multifilament-Banddraht mit einer kleinen Nutbreite und einer ausreichenden mechanischen Festigkeit kann durch ein Ausbilden der Nut durch einen Laser hergestellt werden, aber die Herstellung involviert eine längere Zeit. Gemäß der Ausführungsform kann eine große Menge von langen Multifilament-Banddrähten in einer kurzen Zeitdauer hergestellt werden.

<Erste Modifikation der ersten Ausführungsform>

Gemäß der ersten Ausführungsform wird ein Schlitz durch ein teilweises Biegen des REBCO-Banddrahts unter Verwendung des Schlitzausbildungswalzenpaars 23 einschließlich des Walzensplitters 23b und der Führungswalze 23a ausgebildet. Jedoch kann der Schlitz durch ein lokales Konzentrieren einer Spannung eher als ein Deformieren des REBCO-Banddrahts ausgebildet werden.

Genauer gesagt kann in der Schlitzausbildungsvorrichtung 20 der Außenumfang der Führungswalze 23a des Schlitzausbildungswalzenpaars 23 aus einem harten Material, wie z. B. Hartmetall und SUS anstelle des weichen Materials hergestellt sein. Die Form (Breite) der Kante und eine aufzubringende Spannung können je nach Bedarf derart entworfen sein, dass die konzentrierte Spannung durch die Kante einen geeigneten Wert erreicht. Da der REBCO-Banddraht zwischen der Führungswalze und dem Walzensplitter 23b liegt, konzentriert sich die Spannung an dem Teil, gegen den die Kante des Walzensplitters 23b gedrückt wird, und der Schlitz kann an der Stelle der REBCO-Schicht ausgebildet werden.

Es sei vermerkt, dass dann, wenn der Schlitz durch die Spannungskonzentration ausgebildet wird, es wünschenswert ist, dass ein relativ dicker REBCO-Banddraht verwendet wird. Genauer gesagt ist ein Draht mit einer Dicke von zumindest 0,1 mm wünschenswert, und der Draht kann FYSC-SC05 von Fujikura Ltd. hergestellt sein.

<Zweite Modifikation der ersten Ausführungsform>

Gemäß der ersten Ausführungsform wird ein Schlitz durch ein teilweises Biegen des REBCO-Banddrahts unter Verwendung des Schlitzausbildungswalzenpaars 23 einschließlich des Walzensplitters 23b und der Führungswalze 23a ausgebildet. Jedoch kann der Schlitz durch ein Biegen des REBCO-Banddrahts in eine V-Form durch ein Aufbringen einer Last auf die gesamte Breite des REBCO-Banddrahts ausgebildet werden.

Gemäß der Modifikation wird ein Schlitzausbildungswalzenpaar 91 oder 92, das in 9(a) oder 9(b) gezeigt ist, anstelle des Schlitzausbildungswalzenpaars 23 in der Schlitzausbildungsvorrichtung 23 verwendet. 9(a) und 9(b) sind Ansichten des Schlitzausbildungswalzenpaars 91 und 92 gemäß der Modifikation, wenn in der Bewegungsrichtung des Banddrahts betrachtet.

Das Schlitzausbildungswalzenpaar 91, das in 9(a) gezeigt ist, weist eine untere Walze 91a und eine obere Walze 91b auf, die einander gegenüberliegend vorgesehen sind. Die untere Walze 91a ist mit einer Nut ungefähr so breit wie die Breite des Banddrahts (4 mm) an einem Außenumfang von diesem versehen und die Bodenfläche der Nut ist in einer erhabenen V-Form. Der Außenumfang der oberen Walze 91b ist in einer vertieften V-Form mit ungefähr der gleichen Breite, um mit der Nut der unteren Walze 91a gepasst zu werden. Die untere Walze 91a und die obere Walze 91b haben zumindest deren Außenumfänge, die aus einem harten Material, wie z. B. Hartmetall und SUS, hergestellt sind.

In dem Schlitzausbildungswalzenpaar 92, das in 9(b) gezeigt ist, hat die untere Walze 92a eine vertiefte V-förmige Bodennut an einem Außenumfang von dieser, und die obere Walze 92b hat einen Außenumfang in einer erhabenen V-Form. Der andere Aufbau ist der gleiche wie jener des Schlitzausbildungswalzenpaars 91 in 9(a).

Der REBCO-Banddraht wird zwischen das Schlitzausbildungswalzenpaar 91 oder 92 geführt, so dass der Banddraht in einer V-Form gebogen werden kann, und der Schlitz kann an der Stelle der Biegung (dem Scheitelpunkt der V-Form) ausgebildet werden.

<Zweite Ausführungsform>

Gemäß der ersten Ausführungsform ist der REBCO-Banddraht mit lediglich dem Einzelschlitz versehen. Ein REBCO-Multifilament-Banddraht, der mit einer Vielzahl von Schlitzen gemäß der vorliegenden Ausführungsform versehen ist, und ein Herstellungsverfahren von diesem, werden beschrieben.

10(a) ist eine Ansicht zum Darstellen von Schlitzen, die in einem REBCO-Multifilament-Banddraht 10 gemäß der Ausführungsform vorgesehen sind. Eine REBCO-Schicht 13 und eine Zwischenschicht 12 in dem REBCO-Multifilament-Banddraht 10 gemäß der Ausführungsform hat fünf Schlitze 16-1 bis 16-5, die vorgesehen sind, um die REBCO-Schicht 13 und die Zwischenschicht 12 in der Breitenrichtung gleich aufzuteilen. Diese fünf Schlitze teilen die REBCO-Schicht 13 und die Zwischenschicht 12 in sechs auf.

Gemäß der Ausführungsform sind die Schlitze in dem REBCO-Banddraht unter Verwendung einer Schlitzausbildungsvorrichtung 10 ausgebildet, die in 10(b) gezeigt ist. Die Schlitzausbildungsvorrichtung 100 hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie jenen der Schlitzausbildungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform, ist jedoch darin verschieden, dass die Vorrichtung mit fünf Schlitzausbildungswalzenpaaren 23-1 bis 23-5 versehen ist. Die Schlitzausbildungswalzenpaare 23-1 bis 23-5 umfassen Führungswalzen 23-1a bis 23-5a und Walzensplitter 23-1b bis 23-5b. Die Führungswalzen 23-1a bis 23-5a haben den gleichen Aufbau. Die Walzensplitter 23-1b bis 23-5b haben im Wesentlichen den gleichen Aufbau, aber haben Ränder bzw. Kanten, die in verschiedenen Breitenpositionen angeordnet sind. 10(c) ist eine schematische Ansicht des Schlitzausbildungswalzenpaars 23-1 bis 23-5, wenn in der Bewegungsrichtung des Banddrahts zum Darstellen der Positionen der Ränder bzw. Kanten der Walzensplitter 23-1b bis 23-5b betrachtet. Wie in der Figur gezeigt ist, sind die Positionen der Kanten in der Breitenrichtung des Banddrahts versetzt, so dass die Schlitze in verschiedenen Breitenpositionen ausgebildet werden. Die Walzensplitter 23-1b bis 23-5b sind mit entsprechenden Spannungssteuergeräten verbunden, so dass eine geeignete Spannungssteuerung für jeden von den Walzensplittern ausgeführt wird.

Es sei vermerkt, dass in 10(c) die Positionen der Kanten allmählich von einem Ende zum anderen Ende versetzt sind, während die Kanten in einer verschiedenen geeigneten Reigenfolge platziert werden können, die eher verschieden zu der geordneten Reihenfolge ist, wie sie gezeigt ist. Alternativ kann ein Walzensplitter eine Vielzahl von Kanten haben und ein Schlitzausbildungswalzenpaar kann eine Vielzahl von Schlitzen zur gleichen Zeit haben.

In 10(b) sind die Walzen derart vorgesehen, dass der Banddraht, der sich durch die Schlitzausbildungsvorrichtung 100 bewegt, eine kreisförmige Bogenform oder eine elliptische Bogenform bildet. Auf diese Weise können in jedem von den Schlitzausbildungswalzenpaaren der Bereich zum Vorsehen der Kante des Walzensplitters und des Banddrahts reduziert werden. Jedoch muss an der Stelle von jedem von den Schlitzausbildungspaaren, soweit sich der Banddraht in einer Bahn bewegt, die zu der Seite des Walzensplitters hin angehoben ist, die Form nicht eine kreisförmige Bogenform oder eine elliptische Bogenform sein.

Das Vorhandensein der fünf Schlitze unterteilt die REBCO-Schicht in sechs, und die Filamentbreite kann auf 1/6 reduziert werden. Die Filamentbreite kann auf 1/3 von jener gemäß der ersten Ausführungsform reduziert werden, in der die Schicht in zwei aufgeteilt ist durch ein Ausbilden des einzelnen Schlitzes. Deshalb kann der Diamagnetismus der Bandoberfläche reduziert werden. Eine supraleitende Spule, die aus solch einem REBCO-Multifilament-Banddraht hergestellt ist, hat ein verringertes Screeningstrom-induziertes Magnetfeld oder AC-Verlust bzw. Wechselstromverlust. Außerdem, da die Breite von jedem Schlitz klein ist, sind die supraleitenden Eigenschaften nicht verschlechtert durch ein Ausbilden der fünf Schlitze oder die Reduktion in dem kritischen Strom ist nicht groß. Die Stabilisierungsschichten sind nicht geschnitten, und deshalb ist die mechanische Festigkeit beibehalten.

In dem dargestellten Beispiel sind die fünf Schlitze vorgesehen, aber die Anzahl der Schlitze kann weniger oder mehr als fünf sein. Es ist wünschenswert, dass eine maximale Anzahl von Schlitzen vorgesehen ist, solange die Reduktion in dem kritischen Strom des supraleitenden Banddrahts innerhalb des erlaubten Bereichs ist.

Die Ergebnisse einer Magnetisierungsmessung, einer Strom-Spannungs-Charakteristikamessung und einer mechanischen Festigkeitsmessung, wenn die Anzahl der Schlitze von einem zu vieren variiert wird, sind in 11(a) bis 11(c) gegeben.

11(a) zeigt das Ergebnis einer Magnetisierungsmessung in dem gleichen Prozedere wie in der ersten Ausführungsform. In 11(a) sind die Messergebnisse der REBCO-Banddrähte (REBCO-Multifilament-Banddrähte), die mit einem bis vier Schlitzen versehen sind, durch 61, 64, 65 bzw. 66 bezeichnet. Als Beispiele zum Vergleich sind außerdem das Messergebnis 62 eines REBCO-Banddrahts ohne einen Schlitz und das Messergebnis 63 eines Bi2223-Multifilament-Drahts gezeigt. Wenn die Anzahl von Schlitzen steigt, kann der Diamagnetismus weiter reduziert werden und ein Screeningstrom-induziertes Magnetfeld oder Wechselstromverlust in einer supraleitenden Spule kann weiter reduziert werden.

11(b) zeigt das Ergebnis einer Messung einer Strom-Spannungs-Charakteristik in dem gleichen Prozedere wie in der ersten Ausführungsform, und ein kritischer Strom, der der Anzahl von Schlitzen entspricht, ist gezeigt (hinsichtlich dem kritischen Strom ohne einen Schlitz normalisiert). Es sei vermerkt, dass ähnlich zu der Messung gemäß der ersten Ausführungsform (7(b)) der kritische Strom als ein Strom mit einer Potenzialdifferenz von 1 µV/cm definiert ist. Das Vorliegen eines einzelnen Schlitzes reduziert den kritischen Strom um ungefähr 1%, und wenn die Anzahl von Schlitzen steigt, verringert sich der kritische Strom allmählich. Jedoch, wenn vier Schlitze ausgebildet sind, können ungefähr 95% des kritischen Stroms ohne einen Schlitz beibehalten werden.

11(c) zeigt das Ergebnis einer Messung der mechanischen Festigkeit in dem gleichen Prozedere wie in der ersten Ausführungsform, was die Zugfestigkeit gemäß der Anzahl von Schlitzen zeigt. Ähnlich zu der ersten Ausführungsform ist die Zugfestigkeit als eine Spannung definiert, die 90% des kritischen Stroms entspricht, wenn es keine Spannung gibt. Wie aus dem Ergebnis heraus verstanden werden kann, ändert sich die Zugfestigkeit des REBCO-Multifilament-Banddrahts kaum in Abhängigkeit von der Anzahl von Schlitzen, wenn die Anzahl von Schlitzen steigt. Genauer gesagt verschlechtert das Vorhandensein der vier Schlitze die mechanische Festigkeit lediglich um ungefähr 4% oder weniger und eine sehr hohe mechanische Festigkeit, so hoch wie 800 MPa oder mehr, kann vorgesehen werden.

Es sei vermerkt, dass das Verfahren zum Vorsehen eines Schlitzes durch ein teilweises Biegen eines Banddrahts durch ein Drücken der Kante eines Walzensplitters beschrieben wurde, während ein Schlitz auch durch einen beliebigen der Ansätze der Spannungskonzentration und ein Biegens des gesamten Drahts (die Ansätze gemäß der ersten und zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform) vorgesehen werden können. Während der Ansatz der Spannungskonzentration angewendet wird, kann der Bodenteil der Führungswalze des Schlitzausbildungswalzenpaars aus einem harten Material hergestellt sein. Wenn der Ansatz eines Biegens des gesamten Drahts angewendet wird, unter Verwendung einer Vielzahl von Schlitzausbildungswalzenpaaren, die durch ein Drücken erlangt werden, wie in 9 gezeigt ist, können die Positionen von entsprechenden V-förmigen spitzen Endteilen in der Breitenrichtung versetzt sein.

<Dritte Ausführungsform>

Gemäß der ersten Ausführungsform ist ein REBCO-Banddraht mit einem kontinuierlichen Schlitz in der Längsrichtung in einer REBCO-Schicht von diesem versehen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein diskontinuierlicher bzw. unterbrochener Schlitz (strichlinienförmiger Schlitz) in der Längsrichtung vorgesehen.

12(a) ist eine Ansicht zum Darstellen eines Schlitzes, der in einem REBCO-Multifilament-Banddraht 10 gemäß der Ausführungsform vorgesehen ist. Wie in der Figur gezeigt ist, ist eine REBCO-Schicht 13 mit einem diskontinuierlichen bzw. unterbrochenen Schlitz 17 mit einer Länge L mit einem Spalt S in der Längsrichtung vorgesehen. Auf diese Weise ist ein Teil ohne einen Schlitz vorgesehen, so dass der Bereich zwischen den Filamenten des langen Banddrahts eine Shunt-Funktion haben kann, die den kritischen Strom durch den Banddraht verbessert. Es sei vermerkt, dass ein Kopplungsstrom des Drahts durch den Teil ohne einen Schlitz führt, die Dämpfungszeit für den Kopplungsstrom (Zeit konstant) reduziert werden kann, so dass der Kopplungseffekt signifikant reduziert werden kann. In Anbetracht des kritischen Stroms ist der Schlitzspalt S größer als die Filamentbreite W und die Differenz ist vorzugsweise so groß wie möglich. Jedoch, wenn der Spalt S in dem Schlitz übermäßig groß ist, wird der Effekt eines Reduzierens des Diamagnetismus verringert. Deshalb ist in Erwägung eines Screeningstrom- bzw. Untersuchungsstrom- oder Wechselstromverlusts in einer supraleitenden Spule die obere Grenze für den Spalt S vorzugsweise ungefähr die Hälfte des Innendurchmessers einer Spule, die unter Verwendung des Banddrahts herzustellen ist. Die Länge L eines einzelnen Schlitzsegments ist vorzugsweise größer als der Durchmesser der unter Verwendung des Banddrahts herzustellenden Spule. Falls die Länge L des Schlitzsegments kürzer als der Durchmesser der Spule ist, bildet sich eine diamagnetische Schleife hinsichtlich einem elektrischen Feld von einer Seite aus, die die Leistung hinsichtlich dem Screeningstrom absenkt. Wenn die Länge L des Schlitzsegments länger als der Durchmesser der Spule ist, kann ein Screeningstrom-Effekt äquivalent zu dem kontinuierlichen Schlitz vorgesehen werden.

Nun, mit Bezug auf 12(b) wird ein Verfahren zum Herstellen eines REBCO-Multifilament-Banddrahts gemäß der Ausführungsform beschrieben. 12(b) ist eine Ansicht zum Darstellen eines Walzensplitters 26, wenn der REBCO-Multifilament-Banddraht gemäß der Ausführungsform durch den Teilbiegeansatz hergestellt wird. Der Walzensplitter 26 ist nicht mit einer Kante (Kantenbauteil) an einem Teil 26a eines Außenumfangs von diesem versehen. Der Walzensplitter 26 kann anstelle des Walzensplitters 23b der Schlitzausbildungsvorrichtung angewendet werden, die in 4 gezeigt ist. Der Banddraht wird gebogen und mit einem Schlitz versehen durch die Kante des Walzensplitters und der Führungswalze in dem Teil, der mit der Kante versehen ist, während der Banddraht in dem Teil nicht gebogen wird, der nicht mit dem Rand bzw. der Kante versehen ist, und ein Schlitz wird nicht ausgebildet. Es sei jedoch vermerkt, dass ein unterbrochener Schlitz, wie in Fig. 12(c) gezeigt ist, durch eine kleinere Spannung an der Kante als der notwendigen Spannung zum Ausbilden eines Schlitzes anstelle eines Nichtvorsehens der Kante an dem Teil 26a des Außenumfangs des Walzensplitters 26 ausgebildet werden kann, so dass ein unvollständiger Schlitz durch die Kante des Außenumfangs 26 ausgebildet wird. In diesem Fall sind die Schlitzlängen L und der Schlitzspalt S ausreichend kurz, aber können noch immer solange wie mehrere µm bis mehrere hundert µm sein.

Wenn der Ansatz eines Biegens des gesamten Drahts angewendet wird, kann ein Kerbenteil, der verwendet wird, um einen Kontakt mit dem Außenumfang der gegenüberliegenden Walze zu verhindern, an zumindest einer von der oberen Walze und der unteren Walze des Schlitzausbildungswalzenpaars vorgesehen sein, das in 9 gezeigt ist. In dieser Anordnung wird der Banddraht nicht gebogen und ein Schlitz wird nicht an dem Kerbenteil ausgebildet bzw. vorgesehen, so dass ein diskontinuierlicher Schlitz ausgebildet werden kann. Wenn ein Schlitz durch die Spannungskonzentration anstelle eines Biegens des Banddrahts ausgebildet wird, kann der Banddraht unter Verwendung eines Walzensplitters teilweise ohne eine Kante ähnlich zu dem Vorangehenden belastet werden, so dass ein diskontinuierlicher Schlitz ausgebildet werden kann. Es sei vermerkt, dass die Last, die auf die Walze aufgebracht wird, kleiner als die Spannung eingestellt sein kann, die zum Ausbilden eines Schlitzes notwendig ist, so dass ein diskontinuierlicher Schlitz ebenfalls ausgebildet werden kann.

In 12(a) ist der REBCO-Multifilament-Banddraht mit einer einzelnen diskontinuierlichen Schlitzlinie versehen, während eine Vielzahl von diskontinuierlichen Schlitzen vorgesehen werden kann, wie in 12(c) gezeigt ist. In dem letzteren Fall ist es wünschenswert, dass die Spalten zwischen benachbarten Schlitzen, an denen kein Schlitz vorgesehen ist, derart versetzt sind, dass die Spalten einander in der Breitenrichtung nicht überlappen. In 12(c) stimmen die Längspositionen der Spalten zwischen den Schlitzen mit den Längsmitten der Schlitzausbildungsteile der Schlitze benachbart zu den Spalten überein. Die bevorzugten Zustände für die Länge L und den Spalt S der Schlitze sind die gleichen wie die vorangehenden. Genauer gesagt ist der Spalt S vorzugsweise größer als die Filamentbreite W und nicht mehr als eine Hälfte des Innendurchmessers einer herzustellenden Spule. Die Länge L ist vorzugsweise größer als die herzustellende Spule. In 12(c) sind die drei Schlitze hergestellt, während die Anzahl von Schlitzen mehr als drei sein kann.

<Andere Ausführungsformen>

Die Konfigurationen der REBCO-Multifilament-Banddrähte können in verschiedenen Arten modifiziert werden. Zum Beispiel wird in der vorangehenden Beschreibung der REBCO-Banddraht bewegt und ein Schlitz wird durch das Schlitzausbildungswalzenpaar der Schlitzausbildungsvorrichtung ausgebildet, während der REBCO-Banddraht fixiert sein kann und das Schlitzausbildungswalzenpaar (oder Walzensplitter) bewegt werden können.

Anstelle des REBCO-Banddrahts mit den Stabilisierungsschichten, die angepasst sind, um gänzlich um das Metallsubstrat und die REBCO-Schicht herum abzudecken, kann ein REBCO-Banddraht verwendet werden, der mit Stabilisierungsschichten lediglich auf der REBCO-Schicht versehen ist.

In der vorangehenden Beschreibung ist der Schlitz mit einer Breite von 33 µm ausgebildet, jedoch kann der Schlitz eine Breite haben, die gleich wie oder größer als die vorangehende ist. Die Schlitzbreite ist vorzugsweise so klein wie möglich, während, solange der Schlitz mindestens lediglich in der REBCO-Schicht und der Zwischenschicht, aber nicht in den Stabilisierungsschichten vorgesehen ist, der Diamagnetismus reduziert werden kann, ohne die mechanische Festigkeit zu verschlechtern. Es sei vermerkt, dass in Erwägung, dass die untere Grenze für die Breite eines Schlitzes, der durch ein mechanisches Schleifen oder chemisches Ätzen ausgebildet wird, ungefähr 200 µm ist, die Schlitzbreite vorzugsweise 200 µm oder weniger ist oder noch wünschenswerter weniger als diese, d. h. 100 µm oder weniger, noch wünschenswerter 50 µm oder weniger, noch wünschenswerter 33 µm oder weniger.

Wenn ein Schlitz in einem Draht durch ein Drücken einer Kante gegen den Draht ausgebildet wird, kann die Fläche, gegen die die Kante gedrückt wird, auf der einen Seite der supraleitenden Schicht oder der Seite des Substrats sein. Genauer gesagt, wenn die Kante gegen den Draht gedrückt wird, können die Kante und die supraleitende Schicht auf der gleichen Seite wie das Substrat oder auf der entgegengesetzten Seite zu dem Substrat positioniert sein. Ein Schlitz kann durch ein Biegen des Drahts in eine Bergfaltung oder eine Talfaltung ausgebildet werden. Wenn eine Vielzahl von Schlitzen ausgebildet wird, kann die Kante gegen verschiedene Flächen unter den Schlitzen gedrückt bzw. gepresst werden und der Draht kann wahlweise in eine Bergfaltung oder eine Talfaltung auf einer Schlitzbasis gebogen werden.

Wenn der Draht mit einer Vielzahl von Schlitzen versehen ist, können entsprechende Schlitze durch verschiedene Schlitzausbildungsansätze (die Teilbiegung, die Gesamtbiegung und die Spannungskonzentration) ausgebildet werden. Wenn ein einzelner Schlitz ausgebildet wird, können diese Verfahren kombiniert und ausgeführt werden.

Bezugszeichenliste

10
REBCO-Multifilament-Banddraht
11
Metallsubstrat
12
Zwischenschicht
13
REBCO-Schicht
14
Silberstabilisierungsschicht
15
Kupferstabilisierungsschicht
16
Schlitz
20
Schlitzausbildungsvorrichtung
23
Schlitzausbildungswalzenpaar
23a
Führungswalze
23b
Walzensplitter