Круглый ВТСП провод. Первые попытки
2006, Tом 3, выпуск 3
Тематика: ВТСП провода и кабели
Для ряда применений весьма желательны ВТСП провода круглого сечения. Во-первых, они обеспечивают значительно более низкие потери на переменном токе, что важно для таких применений как высокополевые магниты, электродвигатели и генераторы. В настоящее время производятся ВТСП пленочные (2G СС) провода с сечением в виде тонкой пластины (thin-slab): традиционно толщина металлической ленты-подложки 72 мкм, буферного слоя - 1 мкм, сверхпроводящего слоя – менее 5 мкм, защитного покрытия – несколько десятков мкм. При ширине ленты 3-10 мм аспектное отношение (отношение ширины ленты к толщине) > 100 с учетом общей толщины ленты и > 1000, если учитывать только толщину сверхпроводящего слоя. Это приводит к высоким потерям на переменном токе. Круглые провода, имеющие аспектное отношение 1, решают эту проблему.
Во-вторых, круглые провода позволяют обойти и другое препятствие, связанное с проводами ленточного типа, - анизотропию, т.е. сильную зависимость критического тока от направления приложенного магнитного поля (ток максимален в поле, направленном вдоль поверхности ленты, и резко падает в поле, перпендикулярном поверхности ленты,). Круглые провода изотропны в радиальном направлении и потому перспективны для применений, в которых будут использоваться высокие магнитные поля.
Широко используемые в настоящее время технологии формирования пленочных ВТСП лент не позволяют изготавливать круглый провод. В RABiTS технологии для текстурирования используют операции прокатки. В IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) технологии для формирования хорошо текстурированного подслоя ионный пучок должен отклоняется на 5 градусов от угла каналирования, что достижимо только для плоских поверхностей. ISD (Inclined Substrate Deposition) технология имеет очевидные преимущества перед RABiTS и IBAD для создания ВТСП покрытий на цилиндрических поверхностях: не требует деформации подложки, сложных процессов отжига, относительно не зависит от качества поверхности и допускает использование искривленных поверхностей.
Рис. 1. Схема установки для осаждения буферного слоя на цилиндрическую подложку.
Попытки создать ВТСП провода круглого сечения предприняты в США в Argonne Nat. Lab. [1] и Oxford Instruments [2]. В Argonne Nat. Lab. использовали цилиндрическую подложку (диаметр 2,5 мм) из сплава хастеллоя, на которую электронно-лучевым методом осаждали хорошо текстурированный буферный слой MgO при вращении подложки, как показано на рис. 1. В контрольном образце на аналогичную, но плоскую подложку осаждали ВТСП YBCO слой методом импульсного лазерного испарения (PLD), в котором получены токи Jc = 1,62x106 A/см2 и Ic = 110A/см1 при 77 К в собственном поле.
В работе сотрудников Oxford Instruments изучали поведение Bi2212 проводов (1G) прямоугольного сечения с различным аспектным соотношением 1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 (см. рис. 2).
Рис. 2. Зависимость инженерного тока для проводов с начальным диаметром 0,91 мм от аспектного отношения для магнитного поля, параллельного и перпендикулярного оси провода.