способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb3sn
Классы МПК: | H01B12/00 Сверхпроводники, сверхпроводящие кабели или передающие линии |
Автор(ы): | Плашкин Э.И., Малафеева О.В., Салунин Н.И., Шиков А.К., Ведерников Г.П., Воробьева А.Е., Силаев А.Г., Дергунова Е.А., Осколков Е.А., Маракулин А.В. |
Патентообладатель(и): | Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-03-13 публикация патента:
20.05.2002 |
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, преимущественно предназначенных для работы в магнитных полях выше 10 Тл при высоких плотностях тока и низких гистерезисных потерях. Предлагаемый способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения Nb3Sn, включающий операции формирования первичной композитной заготовки, содержащей наружную оболочку из матричного материала и осевой цилиндрический блок из ниобия, содержащий продольно расположенный легирующий компонент, деформирования с промежуточными термообработками первичной композитной заготовки до получения шестигранного прутка, резки шестигранного прутка на мерные длины, повторной операции сборки в чехлы из сплава меди с оловом или меди с введением на данной стадии технологического процесса других элементов провода, например, диффузионного барьера из тантала или ниобия, деформирования с промежуточными термообработками до конечного диаметра провода и проведения диффузионной термообработки при 600-750oС для образования сверхпроводящего соединения Nb3Sn, характерен тем, что для разупрочнения диффузионных барьеров из тантала или ниобия вводят дополнительные промежуточные термообработки композитного сверхпроводника, которые проводят на проход через каждые 50-99,5% холодной деформации при температуре от 600 до 795oС при условии прогрева 1 мм наружной оболочки провода по диаметру за 90-5 с и времени выдержки при этой температуре от 3 до 10 с. Технический результат предложенного способа заключается в устранении обрывности провода за счет разупрочнения диффузионных барьеров. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения Nb3Sn, включающий формирование первичной композитной заготовки, содержащей наружную оболочку из матричного материала и осевой цилиндрический блок из ниобия, содержащий продольно расположенный легирующий компонент, холодную деформацию с промежуточными термообработками при 450-550oС первичной композитной заготовки до получения шестигранного прутка, резку шестигранного прутка на мерные длины, сборку в чехлы из меди с введением диффузионного барьера из тантала или комбинированного из тантала и ниобия, холодную деформацию с промежуточными термообработками при 450-550oС до конечного диаметра провода и проведение диффузионной термообработки при 600-750oС, отличающийся тем, что через каждые 50-99,5% холодной деформации вводят дополнительные промежуточные термообработки на проход при температуре от 600 до 795oС и времени выдержки при этой температуре от 3 до 10 с при условии прогрева 1 мм наружной оболочки провода по диаметру за 90-5 с. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные промежуточные термообработки провода композитной заготовки проводят на проход в печах непрерывного действия протяжного типа.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, преимущественно предназначенных для работы в магнитных полях выше 10 Тл при высоких плотностях тока и низких гистерезисных потерях. Известен способ получения композитного сверхпроводника на основе интерметаллического соединения Nb3Sn ("бронзовая" технология), включающий формирование заготовки, наружной оболочки в виде бронзовой трубы, размещаемого в ней ниобиевого прутка, деформирование полученного композита с промежуточными термообработками до необходимого поперечного сечения, резку сформированного провода на отдельные прутки и дальнейшее формирование композита требуемое число раз путем размещения прутков в наружной оболочке в виде бронзовой трубы, деформирование заготовки с промежуточными термообработками до конечного диаметра провода требуемого размера и осуществление окончательной диффузионной термообработки для образования соединения Nb3Sn /1/. Проводники, полученные этим способом, обладают высокими значениями критического тока, критической температуры и верхнего критического поля, но неудовлетворительной степенью стабилизации, связанной с низкой теплопроводностью и высоким сопротивлением матрицы. В случае больших магнитных систем требуется введение дополнительного стабилизирующего металла, в большинстве случаев которым является медь высокой чистоты, что в свою очередь требует введения барьера из тантала, а часто комбинированного барьера из тантала и ниобия, препятствующих диффузии атомов олова в стабилизирующую медь. В этом случае проводник представляет собой многокомпонентную систему из металлов и сплавов с различными механическими свойствами, а некоторые из них вместе с тем обладают ограниченной пластичностью. Обычно в таких проводах, предназначенных для работы в средних и высоких магнитных полях, используются до пяти различных металлов и сплавов (медь, ниобий, тантал, БрO13, НТ-50), при этом некоторые элементы провода из одного и того же материала имеют разную конфигурацию: например, из ниобия выполнен и диффузионный барьер (фактически тонкостенная труба) и волокна. При этом в процессе изготовления провода структурные изменения, происходящие на границе их соприкосновения с другими материалами, совершенно разные. На границе соприкосновения ниобиевого диффузионного барьера с медью возможно наличие твердого раствора на основе меди (![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182002/945.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182002/946.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182002/945.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182012/247.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182003/8226.gif)
![способ изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения nb<sub>3</sub>sn, патент № 2182736](/images/patents/288/2182003/8226.gif)
На фиг. 2 представлен сверхпроводящий провод на основе интерметаллического соединения Nb3Sn диаметром 0,81 мм, включающий 7225 волокон, с объемной долей стабилизирующей меди 60% (МКНОС-7225-0,81). Маршрут термообработок, проведенных в проходной печи с восстановительной атмосферой, окончательно сформированного провода представлен в таблице 2. По указанной технологии была выпущена партия провода общей массой более 200 кг в отсутствие обрывности провода. В таблице 2 технологический маршрут включает два кратковременных высокотемпературных отжига, направленных на разупрочнение комбинированного Nb/Ta барьера. Новый технический результат предложенного способа изготовления композитного сверхпроводника на основе интерметаллического соединения Nb3Sn заключается в устранении обрывности провода за счет разупрочнения диффузионных барьеров из тантала и ниобия в процессе кратковременных высокотемпературных отжигов, не связанных с образованием интерметаллического соединения Nb3Sn и распадом твердого раствора NbTi сплава на промежуточных стадиях изготовления. Источники информации
1. "Металловедение и технология сверхпроводящих материалов". Под ред. С. Фонера и Б. Шварца. Пер. с англ. М.: "Металлургия", 1987, с. 282. 2. "Bronze-route Nb3Sn superconducting wires with improved Jc and reduced bridging", Advanced in Cryogenic Engineering (Materials), Vol.36, Edited by R. P. Reed and F. R. Fikett, Plenum Press, New York, 1990 (p.139-146) (прототип).
Класс H01B12/00 Сверхпроводники, сверхпроводящие кабели или передающие линии