用于制造含Nb3Sn的超导体线材的单芯线，尤其是用于内部氧化专利检索-合金合金类专利检索查询-专利查询网

用于制造含Nb3Sn的超导体线材的单芯线，尤其是用于内部 氧化

阅读：323发布：2020-05-08

专利汇可以提供用于制造含Nb3Sn的超导体线材的单芯线，尤其是用于内部氧化专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于制造含Nb3Sn的超导体线材(33)的单芯线(100)，所述单芯线(100)包括：粉末芯(1)，所述粉末芯包含含Sn的粉末；由Nb 合金制成的反应管(3)，所述反应管包含Nb和至少一个另外的合金组分X，所述粉末芯(1)设置在反应管(3)的内部；此外，在单芯线(100)中还包含至少一个用于至少一个配合组分Pk的源(4)，各源(4)在单芯线(100)中在统一的径向位置处包括一个或多个源结构；这样来选择合金组分X和配合组分Pk，即，在单芯线(100)的反应性退火时，所述合金组分X和配合组分Pk能够形成析出物XPk，而来自粉末芯(1)的Sn和来自反应管(3)的Nb反应生成Nb3Sn，其特征在于，所述粉末芯(1)设置在缓释管(2)中，并且所述缓释管(2)设置在反应管(3)的内部。本发明提供了一种单芯线，用于基于粉末套管的含Nb3Sn的超导体线材，通过所述单芯线可以进一步提高载流能力。，下面是用于制造含Nb3Sn的超导体线材的单芯线，尤其是用于内部氧化专利的具体信息内容。

权利要求

1.用于制造含Nb3Sn的超导体线材(33)的单芯线(100)，
所述单芯线(100)包括：
粉末芯(1)，所述粉末芯包含含Sn的粉末，
由Nb 合金制成的反应管(3)，所述反应管包含Nb和至少一个另外的合金组分X，所述粉末芯(1)设置在反应管(3)的内部，
此外，在单芯线(100)中还包含至少一个用于至少一个配合组分Pk的源(4)，各源(4)在单芯线(100)中在统一的径向位置处包括一个或多个源结构；
这样来选择合金组分X和配合组分Pk，即，在单芯线(100)的反应性退火时，所述合金组分X和配合组分Pk能够形成析出物XPk，而来自粉末芯(1)的Sn和来自反应管(3)的Nb反应生成Nb3Sn，
其特征在于，
所述粉末芯(1)设置在缓释管(2)中，并且所述缓释管(2)设置在反应管(3)的内部。
2.根据权利要求1所述的单芯线(100)，其特征在于，在单芯线(100)中，包括至少两个设置在不同径向位置处的用于所述至少一个配合组分Pk的源(4)。
3.根据权利要求1或2所述的单芯线(100)，其特征在于，所述缓释管(2)全部或部分地由Cu或Cu合金或Ag或Ag合金或Sn或Sn合金或Nb或Nb合金制成。
4.根据前述权利要求之一所述的单芯线(100)，其特征在于，所述至少一个用于所述至少一个配合组分Pk的源(4)包括粉末。
5.根据前述权利要求之一所述的单芯线(100)，其特征在于，所述至少一个用于所述至少一个配合组分Pk的源(4)包括包含在粉末芯(1)中的粉末。
6.根据权利要求5所述的单芯线(100)，其特征在于，包括包含在粉末芯(1)中的粉末的所述源(4)包含氧作为配合组分Pk，并且所述缓释管(2)由Cu或Cu合金制成。
7.根据权利要求5或6所述的单芯线(100)，其特征在于，缓释管(2)的壁厚WM用下式选择：
WM≤0.075×DP和/或WM≤0.2×WR
DP：粉末芯(1)的直径，而WR：反应管(3)的壁厚。
8.根据权利要求5至7之一所述的单芯线(100)，其特征在于，粉末芯(1)包含Cu、Ag和/或Sn，特别是包含元素态的Cu、Ag和/或Sn。
9.根据前述权利要求之一所述的单芯线(100)，其特征在于，用于所述至少一个配合组分Pk的所述至少一个源(4)包括环状源(4)，所述缓释管(2)沿径向设置在环状源(4)的内部。
10.根据权利要求9所述的单芯线(100)，其特征在于，所述环状源(4)包括环绕的粉末层(6)中的粉末。
11.根据权利要求9所述的单芯线(100)，其特征在于，所述环状源(4)包括环状设置的源管(14)或源袋(12)的粉末填充物(13)中的粉末，所述源袋(12)在单芯线(100)的与所述环状源(4)相邻的结构中构成。
12.根据权利要求10或11所述的单芯线(100)，其特征在于，所述粉末层(6)或粉末填充物(12)包含金属粉末，金属粉末尤其是包含元素态的Cu或Cu合金或Ag或Ag合金。
13.根据权利要求9所述的单芯线(100)，其特征在于，所述环状源(4)包括单芯线(100)的与环状源(4)相邻的结构的环绕涂层(10)，所述相邻的结构尤其是反应管(3)或缓释管(2)。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的单芯线(100)，其特征在于，所述反应管(3)沿径向设置在环状源(4)的内部，尤其是所述环状源(4)在外部直接包围反应管(3)。
15.根据权利要求14所述的单芯线(100)，其特征在于，所述单芯线(100)包括附加反应管(9)，所述附加反应管(9)包含Nb，所述附加反应管(9)尤其是此外还包含至少一个另外的合金组分X，并且环状源(4)沿径向设置在附加反应管(9)的内部，尤其是所述附加反应管(9)在外部直接包围环状源(4)。
16.根据权利要求9至13之一所述的单芯线(100)，其特征在于，所述环状源(4)沿径向设置在所述缓释管(2)的外部并且沿径向设置在所述反应管(3)的内部。
17.根据权利要求16所述的单芯线(100)，其特征在于，
单芯线(100)此外还包括附加缓释管(7)，
并且环状源(4)沿径向设置在附加缓释管(7)内，并且附加缓释管(7)沿径向设置在反应管(3)内部。
尤其是其中附加缓释管(7)在外部直接包围环状源(4)。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的单芯线(100)，其特征在于，所述至少一个源(4)包含化合物，所述化合物包括所述至少一个配合组分Pk的一个配合组分Pk，在第一温度T1下的热作用下，所述化合物分解成所述配合组分Pk和第一剩余化合物，所述第一剩余化合物也还包含所述配合组分Pk，但与所述化合物相比以较低的化学计量的比例包含所述配合组分Pk，并且在第二温度T2下的进一步热作用下，其中T2>T1，第一剩余化合物分解成所述配合组分Pk和第二剩余化合物。
19.根据前述权利要求之一所述的单芯线(100)，其特征在于，所述至少一个源(4)包含至少两个不同的配合组分Pk，所述配合组分Pk在反应退火期间能够与所述至少一种另外合金组分X形成不同类型的析出物XPk，所述反应管(3)尤其是还包含至少两个不同的另外的合金组分X，所述不同的配合组分Pk分别与所述不同的另外的合金组分X中的另一个合金组分形成不同的析出物XPk。
20.根据前述权利要求之一所述的单芯线(100)，其特征在于，所述至少一个源(4)包含第一化合物和分别包含相同的配合组分Pk的第二化合物，其中在热处理下，相对于第二化合物，第一化合物在更低温度下释放配合组分Pk。
21.根据前述权利要求之一所述的单芯线(100)，其特征在于，所述至少一个配合组分Pk包括氧，并且所述至少一个合金组分X包括不如Nb贵重的金属。
22.根据权利要求21所述的单芯线(100)，其特征在于，用于所述至少一个配合组分Pk的所述源(4)包括含有金属氧化物的粉末，所述金属氧化物特别是SnO、SnO2、CuO、Cu2O、AgO、Ag2O、Ag2O3、Na2O2、CaO2、ZnO2、MgO2、NbO2或Nb2O5。
23.根据权利要求21或22所述的单芯线(100)，其特征在于，所述至少一个合金组分X包括元素Mg、Al、V、Zr、Ti、Gd或Hf中的一种或多种。
24.根据前述权利要求之一所述的单芯线(100)，其特征在于，所述析出物XPk包括非氧化的析出物，特别是仅包括非氧化的析出物。
25.根据前述权利要求之一所述的单芯线(100)，其特征在于，所述析出物包括非金属的析出物，特别是仅包括非金属的析出物。
26.根据权利要求25所述的单芯线(100)，其特征在于，所述至少一个配合组分Pk包括硫，而所述至少一个合金组分X包括锌。
27.根据权利要求25或26所述的单芯线(100)，其特征在于，所述至少一个配合组分Pk包括硅、碳或卤族元素。
28.制造超导体线材(33)的方法，
其中单步地或多步地对多个根据上述权利要求之一的单芯线(100)进行集束和成型，从而获得半成品线材(22)，
并且将所述半成品线材(22)制成希望的形状，尤其是卷绕所述半成品线材，并对所述半成品线材进行反应退火，其中，由所述至少一个合金组分X和所述至少一个配合组分Pk中形成析出物XPk，并且由反应管(3)的Nb和粉末芯(1)的Sn形成Nb3Sn。

说明书全文

用于制造含Nb3Sn的超导体线材的单芯线，尤其是用于内部

氧化

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于制造含Nb3Sn的超导体线材的单芯线，

[0002] 其中，所述单芯线包括：

[0003] -粉末芯，所述粉末芯包含含Sn的粉末

[0004] -由Nb 合金制成的反应管，所述反应管包含Nb和至少一个另外的合金组分X，[0005] 所述粉末芯设置在所述反应管的内部，

[0006] 在单芯线中还包含至少一个用于至少一个配合组分Pk的源Q，

[0007] 各源Q在单芯线中统一的径向位置处包括一个或多个源结构；

[0008] 其中这样地选择合金组分X和配合组分Pk，即，在单芯线的反应退火时，来自粉末芯的Sn和来自反应管的Nb反应生成Nb3Sn，而所述合金组分X和配合组分Pk可以形成析出物XPk，其中。

背景技术

[0009] 这种单芯线是由WO 2015/175064 A2已知的。

[0010] 超导材料可以无损耗地承载电流，在不同的技术应用中可以对此加以利用，例如用于利用超导体线材圈产生强磁场。在技术应用中常用的超导材料是Nb3Sn。为了制造含Nb3Sn的超导体线材，通常制造成半成品线材，所述半导体线材含有Nb和Sn并且使其具有用于技术应用希望的形状，然后对其进行反应退火。此时形成超导Nb3Sn相。对于半成品线材材，区分为不同的类型，尤其是所谓的管型半成品线材、粉末套管半成品线材，或者还有棒重组工艺(Rod-Restack-Process)半成品线材，对于棒重组工艺例如参见US 7,585,377 B2。这些制造方法和工艺的进程在反应性退火时对于不同类型的半成品线材有时是非常不同的。

[0011] 含Nb3Sn的线材的超导载流能力尤其是取决于Nb3Sn相的组织结构。较小的平均粒度、即较精细的组织结构改善超导载流能力。为了实现较精细的组织结构，已知各种不同的措施，例如，在反应退火时较低的温度，这通过添加确定的元素例如铜来来提供辅助，由此可以降低形成Nb3Sn相的温度。

[0012] 另一种获得较精细的Nb3Sn相组织结构的措施是所谓的内部氧化(internal oxidation)。在内部氧化时，在热处理过程中会产生氧化析出物。所述氧化析出物在Nb3Sn的相形成中用作成核晶种，这使得得到较精细的Nb3Sn组织结构。此外，析出物可能在热处理过程中抑制Nb3Sn相的晶粒成长。通过所得到的较小粒度，可以获得相应超导体线材的改善的载流能力，参见例如A.Godeke,博士论文“Performance Boundaries in Nb3Sn”，University of Twente，恩斯赫德，荷兰(2005)，chapter 2.7。

[0013] 析出物也可以用作人工钉扎中心(APC)，所述人工钉扎中心同样可以提高载流能力，参见L.R.Motowidloet et al.，Supercond.Sci.Technol.31,014002。

[0014] 内部氧化例如也记载在WO 2015/175064 A2中，或记载在X.Xu et al.,Adv.Mater.2015,27,1346-1350页中，或记载在X.Xu et al.,Appl.Phys.Lett.104,082602(2014)中，或记载在X.Xu,论文“Prospects for Improving the Critical Current Density of Superconducting Nb3Sn Strands via Optimization of Nb3Sn Fraction,Stochiometry,and Grain Size”，The Ohio State University，chapter 5，或记载着X.XU et al.FERMILAB-CONF-16-342-TD(2016)中。

[0015] 例如，在EP 2 779 258 B1中记载了用于粉末套管半成品线材的传统单芯线的常见结构。这种单芯线包括多数由铜制成的薄壁内管，在所述内管中设置含Sn的粉末(粉末芯)。所述内管又设置在多数由铌制成的厚壁外管中(反应管)。在反应退火中，Sn从粉末芯扩散到反应管，并在这里形成Nb3Sn相。

[0016] 在WO 2015/175064 A2中提出了一种用于粉末套管半成品线材的单芯线，所述半成品线材用于内部氧化，其中，在由NbZr合金制成的管中直接设置由含Sn的粉末和金属氧化物粉末组成的混合物。来自金属氧化物粉末的氧在反应退火时进入NbZr合金构成的管，并形成ZrO2析出物。利用这种半成品线材，对于所形成的Nb3Sn应可以实现达到例如5-30nm的平均粒度的晶粒精细化。

[0017] 由Zeitlin等提出了一种用于内部氧化的导体，所述导体在内部和外部铜基体中的包括多个环形设置的NbZr丝线并具有没有表现出晶粒细化的含Sn和SnO2的粉末芯，在X.Xu et al.,Adv.Mater.2015,27,第1346-1350页中，针对这种导体进行了说明，即，粉末芯和ZrO2四吸纳之间的铜层阻隔氧输送，见第2页右栏最后一段。在Xu的论文中，出处同上，第121页最后一句表达了同样的猜测。

发明内容

[0018] 本发明的目的是，提出一种用于基于粉末套管的含Nb3Sn的超导体线材的单芯线，通过实现单芯线可以实现进一步改进的载流能力。

[0019] 根据本发明，所述目的通过上述类型的单芯线来实现，其特征在于，粉末芯设置在缓释管中，并且所述缓和管设置在反应管的内部。

[0020] 根据本发明的单芯线构造成，在通常在400℃至800℃之间的温度范围内发生的反应退火中，在Nb3Sn相的组织结构中产生析出物XPk。通过反应管提供合金组分X，并且通过(至少一个)设置在单芯线中的源提供(至少一个)配合组分Pk。在反应退火的热处理中，配合组分Pk扩散到反应管中，并且在这里形成析出物XPk。

[0021] 在Nb3Sn相的组织结构中的析出物可以以两种方式有助于实现改善的载流能力：在出现Nb3Sn相之前形成的析出物产生成核晶种并抑制晶粒成长并由此确保形成较精细的组织结构。由于晶粒界限起钉扎中心的作用，组织结构的精细化提高了载流能力。Nb3Sn相形成后形成的析出物可以用作同样可以提高载流能力的人工钉扎中心(APC)。

[0022] 利用缓释管可以控制Sn从粉末芯到反应管的扩散。只要粉末芯同时构成用于所述(至少一个)配合组分Pk的源，则通过缓释管也可以影响配合组分Pk向反应管的扩散；尤其是在热处理期间，在形成各种Nb-Sn金属间相时，可以调整在反应前锋之前/之上的配合组分Pk(例如氧)的浓度。

[0023] 由此可以在时间上有目的地形成析出物。尤其是可以通过在相应的热处理中缓释管的尺寸和位置和用于配合组分的所述至少一个源的尺寸和位置设置，是否或应该以什么程度在Nb3Sn相形成之前或之后实现析出物的形成。通过晶粒精细化(通过在Nb3Sn形成之前的析出/氧化)和点状析出物(主要通过在Nb3Sn相形成之后的析出/氧化)之间的这种平衡，可以针对导体的应用场合调整导体中钉扎中心之间的距离。如果在Nb3Sn相形成之前发生析出物形成/氧化，则会形成较精细的Nb3Sn组织结构。如果其后进行，则在已经形成的Nb3Sn组织结构的内部形成析出物。通过调整这些过程，可以在很大的磁场范围内获得Nb3Sn相的特别高的临界电流密度。

[0024] 在现有技术中对于这里用于粉末套管半成品线材的单芯线设定，将粉末芯的粉末混合物直接设置在反应管中，而根据发明人的见解，更好的是，设有包含粉末芯的缓释管，以便能够更好地控制Sn以及必要时还有配合组分Pk的从粉末芯到反应管的扩散特性。粉末芯与反应管不需要直接接触，并且根据发明人的发现，对于实现使完成的Nb3Sn超导体线材具有改进的载流能力，这种直接接触甚至是不利的。根据发明人的发现，至少在单芯线具有合适的尺寸时，不会发生对来自粉末芯的可能的配合组分、尤其是氧的禁止性阻断。

[0025] 合金组分X通常是金属，而配合组分Pk通常是氧，并且析出物XPk通常由金属氧化物构成；但是也可以利用其他配合组分获得非氧化物析出物，并且尤其是在反应退火后在没有氧化物析出物的情况下获得超导体线材。

[0026] 在本发明的范围内，可以在反应管中保存一种或多种合金组分X，并且可以在所述至少一个源中保持一种或多种配合组分Pk，通过合金组分和配合组分可以形成一种或多种的析出物XPk。在简单的实施形式中，仅使用一种合金组分X和一种配合组分Pk，它们形成一种析出物XPk。如果使用多种配合组分Pk，则所述配合组分可以保存在共同的源中，或者也可以将其分配到不同的源，从而尤其是每个源仅保存一种配合组分Pk。缩写XPk代表析出物中X和Pk有任意的化学计量比例。

[0027] 一个源由一个或多个源结构构成，所述源结构设置在统一的径向位置处(对应于一个半径间隔，在所述半径间隔之内所有源结构相同地延伸)。源可以构造成环式的或环形的(不包括单芯线的中心，就是说沿径向向内和向外是有限)，也可以在中央构成(包括单芯线的中心，就是说径向仅向外有限)。如果所述源仅由一个源结构构成，则其通常构造成完整环绕的(大于360°)。如果所述源由多个源结构构成，则这些源结构通常环式地和/或在周向上均匀分布地设置。不同的源具有不同的径向位置(具有不重叠的半径间隔)。常见的源通过粉末芯(此时所述粉末芯同时是源结构)中的粉末(或粉末成分)构成，或通过在单芯线中环形环绕的粉末层(作为源结构)中的粉末(或粉末成分)构成，或通过环状设置的源管(作为多个源结构)的填充物的粉末(或粉末成分)构成，或通过在单芯线的另一个结构上或中环式设置的源袋(作为多个源结构)的填充物的粉末(或粉末成分)构成，或通过单芯线的另一各结构上的环绕涂层(作为源结构)构成。

[0028] 缓释管通常构造成连续地具有统一的组织结构并且优选具有统一的单位壁厚；但是所述缓释管也可以由多个所嵌套的具有不同组成的分管组成。相对于粉末芯的直径DP，缓释管的壁厚WM多数情况下较小，多数情况下有：

[0029] WM≤0.2×DP。

[0030] 缓释管通常具有与反应管不同的化学组成。如果缓释管直接邻接反应管，则与反应管相比，缓释管通常不包含或包含显著更少的铌，例如，包含按重量10.0％或更少的Nb，或也可以是按重量1.0％或更少的Nb。如果缓释管不与反应管邻接，则缓释管也可以毫无问题包含更多的Nb或由Nb组成。但是，缓释管主要含有Cu，例如按重量50％或更多。

[0031] 除了Nb和所述至少一个另外的合金组分X之外，所述反应管还可能包含其他的不形成析出物但对于Nb3Sn相的形成和/或载流能力必要的合金组分，例如钽或钛。反应管连续地构成并且基本上具有统一的组织结构，优选具有统一的壁厚。

[0032] 粉末芯可以包含Ag、Cu、Sn、C、MoS2、硬脂酸盐和/或α-BN，尤其是以便改善在单芯线的制造和/或成型、例如在拉伸中的加工性能。Cu此外可以用作用于形成Nb3Sn相的催化剂。包含在粉末芯中的元素和化合物此外还在在热处理过程中用于调节Sn释放量以及必要时也调节Pk释放量。

[0033] 单芯线通常包括套管(也称为基体)，所述套管通常由Cu或Cu合金制成，并且所述套管在外部包围单芯线。多数情况下，还在套管的内侧构成扩散阻隔结构，以防止Sn或Pk扩散到Cu中，并且因此不会降低残余电阻比(RRR)和基体的热传导性。

[0034] 通常将多个的单芯线集束并且成型，必要时也可以多步地进行集束和成型，以获得半成品线材。将半成品线材卷绕成希望的形状(例如线圈)并进行反应退火，此时形成Nb3Sn相和并由此形成超导体线材。通常热处理选择成，使得产生的析出物在应用情况中提供尽可能高的电流密度。特别是，这里重要的是，在Nb3Sn相形成之前和/或之后是否局部地发生X与Pk的反应。

[0035] 优选实施形式

[0036] 单芯线常见的实施形式

[0037] 在根据本发明的单芯线的一个优选实施形式中，在单芯线中包含至少两个设置在不同径向位置处的用于所述至少一个配合组分Pk的源Q。由于这些源在空间上(尤其是沿径向)不同地设置，所以在反应退火期间配合组分Pk从相应的源到反应管所需的扩散时间可以不同地进行调整，例如通过相应扩散路径的长度上和/或通过扩散的速度、尤其是通过单芯线可能的设置在中间的结构来进行调整。由此，由于各源空间上的分离，在热处理期间可以实现相应的(通常对于两个源相同的)配合组分Pk从至少两个源到达反应管中的时间差，尤其是以便在反应管的区域中可以在形成Nb3Sn之前提供在单芯线中提供的配合组分物质量的一部分，而在形成Nb3Sn之后再提供一部分，或者说使其发生反应形成析出物XPk。因此，可以有目的地既实现或调整Nb3Sn的晶粒精细化，也可以有目的地实现在所形成的Nb3Sn中形成钉扎中心。由此可以实现使最终超导体线材具有特别高的载流能力。

[0038] 还有一个实施形式是优选的，其中缓释管全部地或部分地由Cu或Cu合金或Ag或Ag合金或Sn或Sn合金或Nb或Nb合金制成的。利用这些材料，尤其是对于进一步的横截面减小和集束步骤，可以实现单芯线良好的成型特性。应当注意的是，缓释管也可以由多个嵌套的分管组成，这些分管由不同的材料制成，尤其是由上面所述金属或合金制成。

[0039] 此外这样的实施形式也是有利的，其中用于所述至少一个配合组分Pk的所述至少一个源Q包括粉末。优选所有的源都基于粉末。粉末在成型工艺中允许粉末颗粒相对于相邻的结构和其他粉末颗粒移动，由此，尤其是如果粉末颗粒(例如金属氧化物粉末)本身是不可塑性可变形的，可以使在单芯线或半成品线材中的材料缺陷最小化。

[0040] 具有粉末芯中的源的实施形式

[0041] 一个实施形式是优选的，其中用于所述至少一个配合组分Pk的所述至少一个源Q包括包含在粉末芯中的粉末。在粉末芯中建立用于所述至少一个配合组分的源可以特别简单地实现；可以将相应的含Pk的粉末添加到用作Sn源的粉末中。另外，也可以通过缓释管对来自所述源的配合组分Pk的扩散特性产生影响。

[0042] 该实施形式的一个有利的改进方案设定，包括包含在粉末芯中含有的粉末的源Q包含氧作为配合组分Pk，并且缓释管由Cu或Cu合金制成。出人意料地已经证实，可以实现氧从粉末芯出发通过含Cu的缓释管的充分扩散，以为了良好的载流能力或晶粒精细化在反应管中及时且充分地形成大量析出物。尤其是可以通过缓释管的厚度(壁厚)来调节Sn和配合组分Pk的扩散路径，其中缓释管中的Sn和Pk的扩散速度基本上不同(必要时通过粉末芯中的添加物对此加以辅助)，并且因此可以调节XPk析出的时间和位置。

[0043] 这样的改进方案是特别优选的，其中，缓释管的壁厚WM按下式选择：

[0044] WM≤0.075×DP和/或WM≤0.2×WR

[0045] DP：粉末芯的直径，而WR：反应管的壁厚。在缓释管具有这样的壁厚时，包括在粉末芯中的配合组分Pk是氧情况下，实现了配合组分Pk充分良好的通过缓释管的扩散；尤其是也没有形成对于O有阻碍作用的氧化铌阻隔层。如果壁厚在圆周上发生波动，则可以分别假设所出现的最大壁厚为上式的璧厚。通常，对于单芯线，0.5-30的质量比Pk/X也被证明是有利的；在粉末芯中的Pk的份额为原子百分比1-30％通常也是有利的。缓释管的壁厚可以这样地选择，使得提高析出物的产生以及由此还有导体的在-场-性并且必要时使其与应用场合相适配。优选适用的是WM≥0.02×DP和/或WM≥0.05×WR。

[0046] 此外，这样的改进方案是优选的，其中粉末芯包含Cu、Ag和/或Sn，特别是包含元素态的Cu、Ag和/或Sn。由此可以改善单芯线的加工性能，并且必要时，尤其是当配合组分是氧是，可以调节粉末芯中的配合组分Pk的扩散性能。

[0047] 具有环状源的实施形式

[0048] 在一个优选实施形式中，用于所述至少一个配合组分Pk的所述至少一个源Q包括环状源，所述缓释管沿径向设置在环状源的内部。利用缓释管外部的环状源可以在配合组分Pk不必经管缓释管的情况下将配合组分Pk引入单芯线中。此时，可以仅根据来自粉末芯的Sn希望的扩散行为来调整缓释管的形式和壁厚。这使得对扩散过程的控制变得简单。如果配合组分Pk设置在粉末芯的外部，则特别是利用壁厚较大和/或对于Sn只有较低的透过性的缓释管可以使由粉末芯的Nb-Sn相形成在时间上明显地与析出物形成(例如氧化)分离，以便在Nb3Sn相形成开始之前，形成较大数量的析出物。尤其是向反应管中的引入Pk(例如释放氧)必要时可直接在反应管上进行。Pk的引入可以根据所使用的Pk的量通过添加剂、例如Cu粉末来进行调节。通过所述环形，可以在圆周上基本上均匀地将配合组分引入单芯线中。要注意的，单芯线也可以包括多个用于所述至少一个配合组分Pk的环状源，在这些环状源中分别设置有缓释管。尤其是可以将一个环形换设置在反应管的外部并将一个环状源设置在反应管的内部，或者也可以在反应管的外部设置两个环状源。环状源可以由一个源结构(例如作为环绕的涂层或作为环绕的粉末层)构成，或者也可以由多个设置在一个环上的离散的源结构(例如源袋或源管中的粉末填充物)形成。

[0049] 这个实施形式的一个改进方案是优选的，其中环状源包括在环绕的粉末层中的粉末。即使所述粉末包含非金属的和/或不可塑性变形的粉末颗粒，利用所述粉末也可以获得良好的成型特性。粉末层可以比较容易地引入，例如可以填充到两个管状结构之间的间隙中。

[0050] 在一个备选的改进方案中，环状源包括在环状设置的源管或源袋的粉末填充物中的粉末，其中源袋在单芯线的与环状源相邻的结构中构成。借助于源管(所述源管可以具有圆形的或其他的横截面)，可以在制造单芯线时简化对用于源的粉末的操作。尤其是通常可以在源管中比较容易地获得均匀的高粉末密度。源管尤其是可以由铜或Nb或含X的Nb合金(特别是反应管的含X的Nb合金)制成。通常将源管置入单芯线的两个其他结构之间的间隙中，例如置入缓释管与反应管之间，或置入反应管与附加反应管之间。源袋可以构造成相邻结构的内侧或外侧上的径向回缩部(Rücknehmung)，或者也可以构造成相邻结构中的空腔；与环绕粉末层中相比，在源袋中通常更容易获得均匀的粉末密度。在包括多个环状设置的源结构的源中，可以沿圆周方向在源结构之间保留(径向)连续的结构区域，与环绕的(在圆周方向上连续的或分段的)源相比，这种结构区域确保了更好的可加工性。

[0051] 这里，优选的是，粉末层或粉末填充物包含金属粉末，尤其是所述金属粉末包含元素态的Cu或Cu合金或Ag或Ag合金。通过金属粉末可以改善加工性能，以及必要时可以改善或者针对应用场合调整Pk释放或Pk吸收。Cu、Ag或Sn尤其是适于调整配合组分的扩散特性。

[0052] 在另一个改进方案中，环状源包括单芯线的与所述环状源相邻的结构的环绕涂层，所述相邻结构尤其是反应管或缓释管。在一个结构装入单芯线之前，可以较为简单地例如向所述结构上施加涂层。可以例如通过喷涂实现涂层。

[0053] 具有外部环状源的实施形式

[0054] 此外这样的改进方案是优选的，其中反应管沿径向设置在环状源的内部，尤其是环状源在外部直接包围反应管。可以独立于Sn从粉末芯向反应管中的扩散地实现配合组分从反应管外部的环状源向反应管中的扩散。由此可以容易地使两个扩散过程相互协调。在环状管直接包围反应管时，可以实现特别快速地将配合组分Pk引入反应管，例如，用于在形成Nb3Sn相之前对析出物实现良好的晶粒精细化。备选于所述直接包围，也可以设有设置在反应管和环状源之间的辅助缓释管；由此，在反应退火期间可以在时间上更好地控制配合组分的引入，并且尤其是使其延迟。

[0055] 这里优选设定，单芯线包括附加反应管，所述附加反应管包含Nb，此外所述附加反应管尤其是还包含至少一个另外的合金组分X，并且所述环状源沿径向设置在所述附加反应管的内部，尤其是所述附加反应管在外部直接包围环状源。当环状源设置在反应管和附加反应管之间时，配合组分可以沿径向向外和向内传送，以便特别快速地穿透这两个管。

[0056] 具有内部环状源的实施形式

[0057] 这样的改进方案也是有利的，其中环状源沿径向设置在缓释管的外部并且沿径向设置在反应管的内部。在这种设置中，配合组分和Sn从同一侧到达反应管，由此通常可以在Nb3Sn形成的反应前锋上实现Sn和Pk以及Nb和X的平衡浓度比。尤其是，不需要配合组分借助于扩散完整地横穿反应管，如位于外部的环状源中那样。因此可以实现特别高的载流能力。如果通过缓释管仅发生Sn扩散，则可以更灵活地选择缓释管的材料。这允许使用具有特别低的Sn可透过性的材料。由此，与混合粉末芯中相比，Sn扩散和Pk扩散可以更显著地解耦。

[0058] 这里有利地设定，所述单芯线此外还包括附加缓释管，并且所述环状源沿径向设置在所述附加缓释管的内部，而所述附加缓释管沿径向设置在反应管内部，尤其是附加缓释管在外部直接包围环状源。利用附加缓释管可以控制从环状源向反应管中的扩散。用于附加缓释管的常见材料对应于用于缓释管的材料。

[0059] 关于化学系统的实施形式

[0060] 在一个优选的实施方式中设定，所述至少一个源包括化合物，所述化合物含有所述至少一个配合组分Pk中的一个配合组分Pk，在第一温度T1下的热作用下，所述化合物分解成所述配合组分Pk和第一剩余化合物，所述第一剩余化合物也还包含所述配合组分Pk，但与所述化合物相比以较低的化学计量的比例包含所述配合组分Pk，并且在第二温度T2下的进一步热作用下，其中T2>T1，第一剩余化合物分解成所述配合组分Pk和第二剩余化合物。由此，在反应退火期间，在采用适当的温度程序(例如，具有在T1处或略高于T1的第一温度平台和在T2处或略高于T2的第二温度平台，或者还具有直到T1并且此外还直到T2或略高的缓慢温度上升)的情况下，可以在不同的时刻释放的配合组分Pk，由此在形成Nb3Sn之前有目的地提供配合组分的一部分，并且在形成Nb3Sn之后或期间再提供一部分。两级释氧的化合物是例如高锰酸钾。备选地，所述源也可以包含这样的化合物，所述化合物分解成配合组分Pk和不再包含配合组分Pk的剩余化合物。

[0061] 在另一个有利的实施形式中设定，所述至少一个源Q包含至少两种不同的配合组分Pk，所述配合组分在反应退火期间可以与至少一个另外的合金组分X形成不同类型的析出物XPk，尤其是所述反应管还包含至少两种不同的另外的合金组分X，并且所述不同的配合组分Pk分别与所述不同的另外的合金组分X中的另外一种分别形成不同的析出物XPk。通常，在反应退火时的热处理期间，在不同的时刻释放所述两种不同的配合组分和/或所述不同的配合组分具有不同的扩散速度。由此可以在形成Nb3Sn相之前和之后有目的地形成析出物，以便通过晶粒精细化和形成钉扎中心来提高载流能力。

[0062] 这样的实施形式也是有利的，其中，所述至少一个源Q包含分别包含相同的配合组分Pk的第一化合物和第二化合物，在热处理的情况下，与第二化合物相比，第一化合物在较低的温度下释放配合组分Pk。第一化合物在温度T1下释放Pk，而第二化合物在T2下释放Pk，且T1

[0063] 这样的实施形式是特别优选的，其中，所述至少一种配合组分Pk包括氧，并且所述至少一种合金组分X包括不如Nb贵重的金属。这种材料系统设置得特别简单和经济。

[0064] 在这个实施形式的一个改进方案中，用于所述至少一种配合组分Pk的源Q包括含有金属氧化物的粉末，所述金属氧化物特别是SnO、SnO2、CuO、Cu2O、AgO、Ag2O、Ag2O3、Na2O2、CaO2、ZnO2、MgO2、NbO2或Nb2O5。这些材料系统表现出对超导载流能力的良好改进，并且是易于使用和经济的。合金组分X的金属选择得不如配合组分Pk的金属氧化物的金属贵重。通过粉末形式，单芯线中的金属氧化物能够较容易地成型。

[0065] 这样的改进方案也是优选的，其中至少一种合金组分X包含元素Mg、Al、V、Zr、Ti、Gd或Hf中的一种或多种。这些合金组分易于处理并形成有效的析出物以提高超导体线材的载流能力。

[0066] 在有利的实施形式中设定，析出物XPk包括非氧化的析出物，尤其是仅包括非氧化的析出物。为了形成非氧化的析出物XPk，配合组分没有选择为氧；如果只应形成非氧化的析出物，则各配合组分都不得为氧。氧对对于数量众多的物质、尤其是对于通常设置在单芯线中的金属，例如Nb、Sn和Cu具有高亲和性。这可能导致在不希望的位置形成氧化层，所述氧化层阻隔了希望的扩散过程。通过使用非氧化的析出物并对应于放弃氧作为配合组分，可以在很大程度上避免这些问题。非氧化的析出物的反应伙伴可以有目的地相互协调，以使它们在热处理过程中基本上仅相互反应，而不能与其他在单芯线中常用的金属反应，并且由此可以使不希望的阻碍希望的扩散过程的副反应最小化或避免这种副反应。对于具有两个配合组分Pk或两种不同的析出物XPk的单芯线，也可以设置一种氧化的析出物和一种非氧化的析出物。

[0067] 另一个有利的实施形式设定，析出物包括非金属的析出物，特别是仅包括非金属的析出物。非金属析出物与周围的金属Nb3Sn基体形成明显的相界，这在多数情况下对于磁通钉扎是有利的，并且允许实现特别高的载流能力。

[0068] 在这个实施形式的一个优选改进方案中设定，所述至少一种配合组分Pk包括硫，并且所述至少一种合金组分X包括锌。例如，可以将硫元素态地引入到粉末中，或者还可以作为比锌更贵重的金属的硫化物、例如作为硫化铜引入，并且硫是活性较强的。硫化锌可以较容易地形成析出物。代替锌，作为合金组分也可以使用其他非贵金属，特别是碱金属或碱土金属。

[0069] 这样的实施形式也是优选的，其中所述至少一个配合组分Pk包括硅、碳或卤组元素。作为对作为配合组分的氧的备选方案，利用这些配合组分同样也可以形成析出物。对于这些配合组分，作为合金组分X可以选择例如Ca(用于配合组分Si，Si优选以元素态存在于源中，用于析出Ca2Si)或Fe(用于配合组分C，C优选以石墨形式存在于源中，用于析出Fe3C)或Mg、Al、V、Zr、Ti、Ta、Gd或Hf(用卤组元素于配合组分，所述卤组元素优选作为卤化物存在于源中，尤其是作为AgF或SnF2或三氟乙酸铜，用于形成卤化析出物)。

[0070] 根据本发明的用于制造超导体线材的方法

[0071] 在本发明的范围内还包括一种用于制造超导体线材的方法，

[0072] 其中，单步地或多步地对多个根据本发明的上述单芯线进行集束和成型，由此获得半成品线材，并且将所述半成品线材加工成希望的形状，尤其是对其进行卷绕，并对所述半成品线材进行反应退火，此时，由所述至少一种合金组分X和所述至少一种配合组分Pk形成析出物XPk，并且由反应管的Nb和粉末芯的Sn形成Nb3Sn。通过这种方法，可以获得具有特别高的载流能力的超导体线材。所述成型例如可以作为拉伸来实施。反应退火通常在400℃至800℃之间的温度下进行。

[0073] 从说明书和附图中得出本发明的其他优点。同样，上面所述的并且还将进一步说明的特征根据本发明可以分别本身单独地或以多个任意组合地使用。所示和所述的实施形式不应理解为穷尽的列举，而是为了说明本发明更多地具有示例性的特征。

附图说明

[0074] 在附图中示意性示出本发明并根据实施例来详细说明本发明。

[0075] 其中：

[0076] 图1示出根据本发明的单芯线的一个实施形式，所述单芯线具有集成在粉末芯中的用于至少一种配合组分的源；

[0077] 图2示出根据本发明的单芯线的一个实施形式，所述单芯线具有围绕缓释管设置的环状源并且具有围绕环状源的附加缓释管；

[0078] 图3示出根据本发明的单芯线的一个实施形式，所述单芯线具有围绕反应管设置的环状源并且具有围绕环状源的扩散阻隔层；

[0079] 图4示出根据本发明的单芯线的一个实施形式，所述单芯线具有集成在粉末芯中的第一源和围绕缓释管设置的环状的第二源；

[0080] 图5示出根据本发明的单芯线的一个实施形式，所述单芯线具有集成在粉末芯中的第一源和围绕反应管的环状的第二源；

[0081] 图6示出根据本发明的单芯线的一个实施形式，所述单芯线具有围绕反应管设置的环状的第一源和围绕附加反应管设置的环状的第二源，所述附加反应管包围环状的第一源；

[0082] 图7示出根据本发明的单芯线的一个实施形式，所述单芯线具有环状源，所述环状源构造成具有在反应管的内侧上的凹陷状源袋；

[0083] 图8示出根据本发明的单芯线的一个实施形式，所述单芯线具有环状源，所述环状源构造成具有在反应管内部的封闭的源袋；

[0084] 图9示出根据本发明的单芯线的一个实施形式，所述单芯线具有环状源，所述环状源构造成具有设置在反应管和附加反应管之间的源管；

[0085] 图10示出Nb3Sn超导体线材的半成品，多个根据本发明的单芯线在所述半成品中集束；

[0086] 图11示出根据本发明的用于进行反应退火的炉装置；

[0087] 图12示出根据本发明制造的超导体线材的Nb3Sn相的SEM图像，所述超导体线材在断裂表面上具有可见的析出物。

具体实施方式

[0088] 图1至图9以示意性横向剖视图(即垂直于单芯线100的纵向方向)示出根据本发明的单芯线100的实施形式，利用所述单芯线在本发明的范围内可以按粉末套管原理制造含Nb3S的超导体线材。

[0089] 所有实施形式都包括中央的粉末芯1，在所述粉末芯中包含有含Sn的粉末或粉末混合物，此外还包括缓释管2和反应管3，在缓释管中包含粉末芯1，所述反应管由合金制成，所述合金包含Nb(通常以很大的比例，优选至最少按重量50％或最少按重量80％)以及还包含至少一种合金组分X(通常以低比例，例如按重量0.3-3.0％)。在反应退火中，由粉末芯1的Sn和反应管3的Nb形成Nb3Sn相。单芯线100向外分别由基体5(也称作套管)限定，所述基体多数由Cu或Cu合金制成，所述基体在所示的实施形式中分别具有六边形的外部轮廓，以便于集束；基体5备选地也可以构造成具有圆形的外部横截面。

[0090] 另外，在每个实施形式中，单芯线100都包括用于至少一个配合组分Pk的至少一个源4。在反应退火中，由配合组分Pk和合金组分X形成析出物XPk，所述析出物(根据形成时刻)使得所形成的Nb3Sn相的晶粒精细化或使得在已存在的Nb3Sn相中形成点状析出物，所述析出物起钉扎中心的作用，并且由此提高完成的超导体线材的超导载流能力。

[0091] 单芯线100不同的实施形式的区别主要在于一个或多个源4的构成，尤其是其数量、几何布置和组成。

[0092] 在图1的实施形式中，粉末芯1同时用作用于配合组分Pk(用粉末芯1的双阴影线表示)的(唯一的)源4。粉末芯1这里通过由Sn粉末和NbSn2粉末(作为用于形成Nb3Sn的Sn源)、此外还有Cu粉末(作为用于形成Nb3Sn的催化剂)和SnO2粉末(作为用于配合组分Pk的源，所述配合组分这里是氧)构成的混合物形成。

[0093] 与反应管3的壁厚WR和粉末芯1的直径DP相比，这里由Cu形成的缓释管2具有较小的壁厚WM，这里大约有WM＝0.15×WR和WM＝0.055×DP。因此，可以实现氧充分的通过缓释管2的扩散。要注意的是，在此，缓释管2既控制Sn的扩散也控制配合组分Pk的扩散；为了平衡Sn和Pk的扩散，可以在粉末芯1中设置合适的其他添加剂，例如Ag粉末。

[0094] 这里，反应管3是NbZr1合金，即以按重量1％的比例具有锆作为合金组分X。如果需要，反应管3的合金还可包含Ta或其他形成Nb3Sn相和/或实现其超导性能需要的合金添加剂。在反应退火中，这里在Nb3Sn材料中形成ZrO2析出物。

[0095] 可选地，除了SnO2之外，在粉末芯1中或在源4中还可以保存其他含氧的化合物，例如Gd2O3。因此，在热处理过程中，在时间错开地实现两次氧释放。

[0096] 备选地，替代SnO2，在粉末芯1中作为用于氧的源4也可以存储两级分解的含Pk的化合物、例如高锰酸盐化合物，如KMnO4。高锰酸盐可以首先释放其氧的一部分，此时作为第一反应产物(第一剩余化合物)主要产生MnO2。然后，这些MnO2可以在继续共给热量时进一步释放氧，此时作为第二反应产物(第二剩余化合物)形成元素态的Mn。同样，由此也实现时间错开地两次释放氧。

[0097] 通过时间错开地两次释放配合组分Pk可以实现的是，在Nb3Sn形成之前(用于Nb3Sn相的晶粒精细化)和之后(用于形成附加的人工钉扎中心)都形成析出物。

[0098] 在图2所示的单芯线100的实施形式中，粉末芯1仅用作Sn源，而没有用作用于配合组分的源(因此，仅用单阴影线示出粉末芯)。粉末芯1由缓释管2包围，所述缓释管这里仅控制Sn的扩散，而不控制配合组分Pk的扩散。缓释管2在这里又由用于配合组分Pk的(唯一)环状源4所包围，这里，所述环状源构造成完整环绕的粉末层6，所述粉末层包含SnO2粉末(用于提供配合组分Pk，即氧)和金属Cu粉末(用于改善成型特性)。这里在粉末层6和反应管3之间还设有附加缓释管7，利用所述附加缓释管共同控制配合组分Pk和Sn向反应管3中的扩散。

[0099] 在图3的单芯线100的实施形式中，用于配合组分Pk的(唯一的)环状源4也构造成粉末层6，但沿径向设置在反应管3的外部，这里粉末层6直接包围反应管3。由此，配合组分Pk可以非常快速地进入反应管3。为了扩散到含有合金组分X的反应管3中，来自粉末芯1中的Sn必须穿过缓释管2。由此可以延迟Sn向反应管3中的扩散，从而可以在形成Nb3Sn相之前在反应管中形成析出物XPk。

[0100] 在这个实施形式中，在基体5的内侧上还示例性地示出了例如由Ta构成的扩散阻隔结构8，利用所述扩散阻隔结构可以防止来自内部的元素(特别是Sn)的扩散污染基体5，并且由此可以防止基体5的残余电阻比(RRR)降低。

[0101] 在根据本发明的单芯线100的图4的实施形式中，设有两个用于配合组分Pk的源4。

[0102] 一方面，在这里粉末芯1同时用作用于配合组分Pk的源4，其方式是，所述粉末芯包含相应的含Pk的化合物，这里是用于作为配合组分Pk的氧的SnO2粉末。另一方面，这里，围绕缓释管2并且在包含合金成分X的反应管3之内设置另外的用于伙伴成分Pk的源4。所述另外的源4构造成具有环绕的粉末层6，所述粉末层这里同样具有用于作为配合组分Pk的氧的SnO2粉末。

[0103] 在反应退火期间，来自粉末层6的配合组分Pk在来自粉末芯1的配合组分Pk之前到达反应管3。由此可以在Nb3Sn形成之前以及在Nb3Sn形成之后将配合组分Pk引入反应管3(或由此形成的结构)。

[0104] 在所示的实施形式中，在两个源4中设置相同的化合物，所述化合物提供相同的配合组分Pk。备选地，也可以在不同的源4中设置不同的用于提供配合组分Pk的化合物，或者也可以用于提供不同的配合组分Pk(此时也用于形成不同的析出物XPk)。在反应退火的过程中，尤其是可以设定形成氧化析出物和形成非氧化析出物。

[0105] 在图5的实施例形式中，同样给这里的单芯线100设置两个源4。

[0106] 源4也由粉末芯1构成，这里给所述粉末芯掺入SnO2粉末。此外，设有环状源4，所述环状源这里构造成包含SnO2粉末的粉末层6并且这里直接包围反应管3。粉末层6又沿径向在外部由附加反应管9包围，所述附加反应管这里具有与反应管3相同的组成，并且尤其也包含Nb和合金组分X。

[0107] 在这种结构中，来自粉末层6的配合组分Pk可以非常快速地到达反应管3和附加反应管9中，以在这里特别是在形成Nb3Sn相之前形成析出物XPk，以便对于这个相实现精细的组织结构。来自粉末芯1的配合组分Pk很大部分在来自粉末芯1的Sn之后到达反应管3和附加反应管9中，以便然后形成点状的析出物作为人工钉扎。Sn和从来自粉末芯1的Pk扩散进入的时刻可以通过缓释管2、尤其是其壁厚进行适当的调节，必要时由粉末芯1中的添加剂对此进行辅助。

[0108] 图6的单芯线100的实施形式同样设有两个源4，这里这两个源都构造成环状源4。

[0109] 源4之一也构造成包含SnO2粉末的粉末层6，并且沿径向直接在外部支承在反应管3上，从而来自粉末层6的配合组分Pk可以迅速进入反应管3中，并且尤其是在Nb3Sn相出现之前，可以与这里存在的合金组分X、这里是锆石形成析出物XPk。用于配合组分Pk的另一个源4这里构造成附加反应管9的外侧上的涂层10。附加反应管9也在外部直接支承在粉末层6上。来自涂层10的配合组分Pk比粉末层6的配合组分Pk晚地到达反应管3。

[0110] 通过适当地设置附加反应管9的壁厚和缓释管2的壁厚可以实现的是，在来自涂层10的伙伴成分Pk到达反应管3之前，来自粉末芯1的Sn到达反应管3。

[0111] 附加反应管9这里具有与反应管3相同的组成，就是说，也包含铌和锆，从而附加反应管9的体积也可以用于形成Nb3Sn相。如果希望，也可以代替附加反应管9使用由这样的材料(例如Cu)制成的管，所述材料对于产生Nb3Sn相体积没有实现明显的贡献(例如因为不含或含很少的铌，或者因为所管构造得较薄)，利用所述材料可以对于来自涂层10的配合组分Pk沿径向向内扩散至反应管3实现希望的阻碍。在这种情况下，该管被称为辅助缓释管11。

[0112] 尤其是可塑性变形的或具有良好滑动性的材料适合于涂层10，因为这种材料在进一步加工(例如减小横截面的成型工艺)中不会产生缺陷。例如，所述涂层可以由作为配合组分Pk的石墨碳组成，这种碳与反应管3中作为合金组分X的Fe(铁)一起可以生成碳化铁，作为析出物。在粉末层6中也可以使用不可塑性变形的材料，例如由SnO2组成的氧化物粉末颗粒，因为粉末形式实现了一定的流动性。来自氧化物粉末颗粒的氧可以例如与反应管中作为合金组分X的Zr形成ZrO2析出物；因此在该示例中，反应管3(除Nb之外)作为两种合金组分X还含有Fe和Zr。

[0113] 在图7中示出单芯线100的一个实施形式，其中在反应管3的径向内侧上构成源袋12。源袋12这里是反应管3上的凹陷，源袋设有粉末填充物13。粉末填充物13包含这样的粉末，所述粉末包含(至少一种)配合组分Pk，这里是用于配合组分氧的SnO2粉末，并且这里还包含金属粉末、例如Cu粉末，以改善可成型性。各源袋12在单芯线100中都位于统一(相同)的径向位置处，并构成多个源结构，这些源结构在其总体上构成单芯线100中用于配合组分Pk的环状源4。沿圆周方向在源袋12之间保留沿径向连续的结构区域16，结构区域在此构造成由反应管3和缓释管2接触并改善单芯线100的可加工性。

[0114] 图8的单芯线100的实施形式同样示出环状源4，所述环状源由多个源袋12形成，这些源袋在单芯线100中位于统一的径向位置处并且也设有这里包含SnO2粉末的粉末填充物13。在所示的实施形式中，源袋12构造成反应管3内部的在所有侧面封闭的凹部。在源袋12之间也在反应管3中保留了径向连续的结构区域16。

[0115] 在图9中所示的单芯线100的实施形式中，设有环状源4，该环状源由多个作为源结构的源管14形成，所述源管被引入在内部邻接的反应管3与在外部邻接的附加反应管之间的径向间隙15中。源管14这里构造出具有圆形横截面并设有粉末填充物13，所述粉末填充物包含含有所述至少一种配合组分Pk的粉末。要注意的是，在常规的减小横截面的成型之后，间隙15中的源管14之间的空白空间由来自邻接的反应管3和来自邻接的附加反应管9的材料来填充(未示出)。

[0116] 图10示出用于本发明的含Nb3Sn的超导体线材的半成品20。半成品20包含多个根据本发明的单芯线100(“集束”)，各单芯线100这里环形地设置。这里，半成品20的其余部分由铜制成。

[0117] 通常，在半成品20中设置有多个单芯线100，所述单芯线具有六边形外横截面，并且必要时(如这里所示)还设有具有多个相同的六边形外横截面的稳定元件101，所述稳定元件通常由Cu或Cu合金制成，所述稳定元件按六边形紧密排列的形式彼此贴合地设置在外管中。

[0118] 在装入单芯线100之后，对半成品20进行减小横截面的成型(必要时，还使用多次集束和减小横截面的成型)，由此获得半成品线材，接下来将所述半成品例如以线圈的形式卷绕成希望的形状。

[0119] 图11示出在线圈体30上卷绕成线圈31的半成品线材20，所述半成品线材设置在炉32内。

[0120] 在炉子32中，通常在400℃至800℃之间的温度下对半成品线材20进行反应退火；这里反应退火可能持续几天。此时，由粉末芯的Sn和反应管的Nb形成超导Nb3Sn，并且由所述至少一个源的所述至少一种配合组分Pk和反应管的所述至少一种合金组分X形成析出物XPk。

[0121] 在反应退火之后，由半成品线材22形成含Nb3Sn的超导体线材33，在其Nb3Sn相中还包含析出物XPk。这种超导体线材33具有特别高的超导载流能力。

[0122] 图12示出根据本发明制造的超导体线材的Nb3Sn相的SEM(扫描电子显微)图像。相关单芯线在粉末芯中包含SnO2粉末作为氧源，这里粉末芯封装在铜制的缓释管中。包围的反应管由NbZr1合金制成。反应退火在具有640℃的最高温度的多级温度程序中设定了300小时的处理时间。导线直径为1mm，并且超导体线材中单芯线的直径为40μm。在Nb3Sn晶粒上可以清楚地看到ZrO2析出物(亮点)，所述析出物可以用作人工钉扎中心。Nb3Sn晶粒通常具有约为30-80nm的直径。在粉末芯不包含SnO2的复查试验中，未观察到析出物和观察到较粗糙的组织结构(未显示)。

[0123] 总之，本发明涉及一种单芯线，所述单芯线用于粉末套管的半成品线材，所述半成品线材用于含Nb3Sn的超导体线材，所述单芯线具有沿径向设置在含Nb的反应管内部的含Sn的粉末芯，所述单芯线设置成用于在反应退火期间在Nb3Sn相的区域中形成析出物XPk。单芯线包含用于至少一种配合组分Pk的至少一个源，并且反应管添加有至少一种合金组分X，从而在反应退火期间可以在反应管的区域中形成析出物XPk。粉末芯包含在缓释管中，以控制Sn向反应管的释放并由此控制(特别是延迟)Nb3Sn的形成，并与单芯线的结构一起总体上在时间上与析出物的形成相协调，特别是使得至少在形成Nb3Sn相之前并且优选在形成Nb3Sn相之后形成析出物。优选单芯线构造成成(并且反应退火设置成)，使得在反应退火中配合组分Pk以至少两个时间上相继的波中到达反应管，一个波尤其是主要在形成Nb3Sn相之前到达反应管，还有一个波主要在Nb3Sn相形成后到达反应管。为此，单芯线尤其是可以在不同的径向位置上具有至少两个分开的用于配合组分Pk的源，或者所述单芯线在所述至少一个源中具有至少两种不同的化合物，所述化合物分别在不同的温度下释放配合组分Pk，或者在所述至少一个源中具有一种化合物，所述化合物在不同的温度下两阶段地、即经由一个中间阶段释放配合组分Pk。

[0124] 附图标记列表

[0125] 1 粉末芯

[0126] 2 缓释管

[0127] 3 反应管

[0128] 4 源

[0129] 5 基体

[0130] 6 粉末层

[0131] 7 附加缓释管

[0132] 8 扩散阻隔结构

[0133] 9 附加反应管

[0134] 10 涂层

[0135] 11 辅助缓释管

[0136] 12 源袋

[0137] 13 粉末填充物

[0138] 14 源管

[0139] 15 间隙

[0140] 16 径向连续的结构区域

[0141] 20 半成品

[0142] 22 半成品线材

[0143] 30 线圈体

[0144] 31 线圈

[0145] 32 炉

[0146] 33 超导体线材

[0147] 100 单芯线

[0148] 101 稳定元件

[0149] DP 粉末芯的直径

[0150] WM 缓释管的璧厚

[0151] WR 反应管的璧厚

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