Круглый ВТСП провод? Мнение технолога
2006, Tом 3, выпуск 5
Тематика: Позиция
В выпуске бюллетеня («Сверхпроводники для элек-троэнергетики», 2006, том 3, вып. 3 http://perst.isssph.kiae.ru/fsk/bulletin/fsk_2006_03a.pdf ) опубликовано интересное мнение проф. В.Е.Кейлина относительно проблем, связанных с существующей сейчас геометрией ВТСП провода. В том же выпуске приведен краткий обзор двух свежих работ по созданию ВТСП проводников с круглым сечением. Здесь мы публикуем мнение Сергея Самойленкова, к.х.н, старшего научного со-трудника Объединенного института высоких тем-ператур (ОИВТ) РАН.
С точки зрения технолога-разработчика ВТСП про-водов, хотелось бы отметить два серьёзных препят-ствия на пути к круглым ВТСП проводам.
Во-первых, "прямоугольность" сечения ВТСП ленты диктуется анизотропией свойств самого оксидного сверхпроводника. Высокие критические характери-стики можно получить только на покрытиях с высо-кой степенью текстуры, в которых слои CuO2 распо-ложены вдоль направления протекания тока. Такие покрытия получают либо на изначально текстуриро-ванных лентах (RABiTS), либо с использованием буферного слоя, текстурирующегося в процессе осаждения (методы ISD и IBAD). RABiTS круглого сечения реализовать невозможно, так как эта техно-логия основана на расплющивании ленты при про-катке. В проводе круглого сечения, изготовленном методом волочения, можно ожидать появления од-ноосной текстуры (самое большее!), в то время как для качественного ВТСП провода необходима двух-осная текстура.
Некоторое решение предлагает технология, опи-санная в работе [1] - осаждение на вращающийся провод (цилиндр) методом ISD через узкую щель. Но такой способ должен отличаться очень малой эффективностью, так как большая часть материала должна осесть на маску и только малая часть, про-летающая сквозь щель, идёт в дело. Тенденция по-следних лет к повышению эффективности процесса (отсюда, например, многопроходные модификации PLD) ставит шансы подобной технологии под со-мнение.
Второй важный аспект связан с тем, что ВТСП жи-лу с хорошими характеристиками невозможно соз-дать саму по себе, так как сверхпроводнику для развития текстуры необходима оболочка (в случае 1G) или подложка (2G). Сечение ВТСП составляет около 2% от сечения современного 2G провода (примем толщину ленты-подложки 100 мкм, а ВТСП слоя - 2 мкм). Для достижения такого же со-отношения при толщине ВТСП слоя 2 мкм на круг-лом проводе, диаметр провода должен составить не более 200 мкм. Как нанести на провод такой тол-щины текстурированную пленку, непонятно. В ра-боте [1] использовали провод с сечением в 10 раз большим (2,5 мм).
Тем не менее, поставленный вопрос крайне актуален. Для его решения уже сейчас разработчики предпри-нимают усилия в рамках ленточного провода:
o внедряют в сверхпроводник эпитаксиаль-ные нановключения (BaZrO3, BaSnO3), за-метно усиливающие критический ток при магнитном поле, параллельном оси c;
o разделяют ленты вдоль на тонкие жилы ши-риной до 50 мкм (SuperPower, ISTEC) для снижения потерь;
o апробируют различные технологии скрутки провода (Карлсруэ, см., например, рис. [2]).
Скрутка ВТСП-ленты (RACC - Roebel-assembled CC) [2]
Помимо этого, разработчики ВТСП устройств вы-сказывают мнение о необходимости уменьшения ширины ленты до 1 мм [3] вместо принятого стан-дарта 4 мм. Отметим также, что не последними по значимости факторами являются магнитные и рези-стивные характеристики используемых подложек-лент: для понижения потерь необходимы немагнит-ные подложки с низким сопротивлением. Ни сплав никеля с 5% вольфрама (температура Кюри TC=335K), ни хастеллой (r » 150 мкОм·см) этим требованиям в полной мере не отвечают. Так что, есть еще проблемы в технологии ВТСП провода, решение которых способно значительно улучшить качество ВТСП ленточного формата.
[1][2][3]