СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОЖИЛЬНОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПРОВОДА НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ NB*003SN Российский патент 1997 года по МПК H01B12/00 

Изобретение относится к получению сверхпроводящих материалов и может быть использовано в электротехнической промышленности и других отраслях науки и техники при изготовлении сверхпроводящих магнитных систем различного назначения.

Известен способ получения сверхпроводящего провода на основе соединения Nb₃Sn, основанный на "бронзовой технологии", который включает: заключение стержня ниобия в оболочку из бронзы, содержащей олова 8-13 мас. герметизацию сборки путем сварки, горячее выдавливание композитной заготовки и последующую холодную деформацию прутка волочением до получения шестигранного профиля требуемого размера, разрезку шестигранного прутка на заготовки для последующей сборки их в бронзовую оболочку, повторную герметизацию сборки и последующую деформацию ее до получения шестигранного профиля требуемого размера. В зависимости от конструкции сверхпроводящего провода таких стадий может быть 2 или 3. На последней стадии сборку деформируют до необходимого размера провода, после чего проводят термодиффузионный отжиг с целью получения сверхпроводящего соединения Nb₃Sn на границе контакта ниобий-бронза (Металловедение и технология сверхпроводящих материалов. /под ред. С.Фенера и Б.Шварца, пер. с англ. М. Металлургия, 1987, с. 274-289).

При этом способе получения сверхпроводящего провода используется бронза с содержанием олова как правило 8-13 мас. Ограничение содержания олова в бронзе определяется главным образом требованием к ее пластичности в процессе получения провода.

Известен ряд изобретений и работ по влиянию легирования ниобия и бронзы различными элементами на сверхпроводящие свойства получаемого провода. Такие добавки, как Ti, Zr, Zn, In повышают токовые характеристики сверхпроводящих проводов, особенно в высоких полях, однако затрудняют технологию получения провода (Levingston I. D. Effekt of Ta additions on bronse proctised Nb3Sn superconductors IEEE. Trans. Magn. 1978. Mag 14, N-5, p. 611-613).

Наиболее близким по сущности является способ получения сверхпроводящего провода "бронзовая технология", при котором в композитной заготовке, предназначенной для получения провода, между стенкой чехла и композитными прутками, помещают ленту из Sn и Nb, причем Sn лента контактирует с композиционными прутками, после чего ее подвергают деформации до конечного размера провода, который термообрабатывают по заданному режиму (прототип, статья D.Hohno, I. Ikeno, N. Sadahata и M.Suginoto Ti added Nb3Sn wires by new fabrication processes IEEE. Trans. Magn. Mag-23, N-2, 1986, p. 964-967).

Недостатком этого способа является то, что в процессе волочения сборки более пластичная по сравнению с медью и бронзой полоса из олова утоняется до минимального размеров, что мало влияет на повышение содержания олова в бронзе при изготовлении провода, а также то, что область, богатая оловом, находится на периферии многожильного провода, что обуславливает неоднородность формирования слоя Nb₃Sn по сечению проводника.

Целью изобретения является повышение токовых характеристик сверхпроводящего провода, получаемого по "бронзовой технологии". Поставленная цель достигается тем, что в способе получения сверхпроводящего провода на основе соединения Nb₃Sn, заключающемся в том, что стержень ниобия размещают в оболочку из бронзы, содержащей олова 8-13 мас. герметизируют сборку путем сварки, проводят горячее выдавливание с последующей холодной деформацией прутка волочением до получения шестигранного профиля требуемого размера, разрезку шестигранного прутка на заготовки и сборку их в медную оболочку, герметизируют сборку, подвергают деформации до конечного размера провода, который термообрабатывают по заданному режиму, на поверхность элементов сборки перед операцией герметизации наносится слой олова или оловянного сплава, имеющего в составе In, Ga, Zn 1-40 мас. толщиной 3-10 мкм на каждой из ступеней обработки сборки. Нанесение олова или оловянного сплава на элементы сборки может осуществляться путем напыления или горячего лужения.

Для предотвращения стекания легкоплавкого сплава с поверхности элементов сборки в процессе нагрева ее перед выдавливанием толщина покрытия не должна превышать 10 мкм. Нижний предел толщины покрытия составляет 3 мкм, что определяется возможным эффектом повышения содержания олова в бронзе в процессе термообработки провода.

Так как в процессе получения сверхпроводящего провода предусмотрено несколько операций сборки шестигранников, то процесс покрытия элементов сборки сплавом на основе олова может осуществляться перед каждой операцией сборки.

Таким образом, сборка перед последней операцией деформирования будет иметь элементы (шестигранники), в которых равномерно по сечению композита ниобий-бронза будут располагаться зоны богатые оловом. Так как они имеют достаточно узкую (3-5 мкм) зону внутри пластичной бронзы, то на обработку путем горячего выдавливания и волочения они практически не оказывают влияния.

Легирование олова такими элементами, как In, Ga, Zn позволяет улучшить смачивание бронзы, а также повысить скорость и токовые характеристики образования соединения Nb₃Sn при термодиффузионном отжиге. Наиболее оптимальным является легирование олова этими элементами в пределах 1-40 мас.

Пример выполнения. Перед сборкой конструктивных элементов (шестигранников), имеющих композиционную структуру с количеством жил 121, они подвергались лужению по всей поверхности, с помощью специальной фильеры, сплавом: 8% Sn, In; 0,5% Ga, 1% Zn. Толщина покрытия сохранялась на уровне 5-7 мкм. Шестигранники собирались в трубу из бронзы марки БрО 13, внутренняя поверхность которой также покрывалась этим же сплавом толщиной 3-5 мкм. Сборка герметизировалась, после чего подвергалась горячему выдавливанию с предварительным нагревом 600^oC в течение 2 часов и волочилась с промежуточными термообработками до диаметра 0,3 мм, после чего провод подвергался термодиффузионному отжигу.

Электрофизические измерения, проведенные на образцах провода, изготовленного по выбранной технологии, показали, что критический ток их на 12-15% выше по сравнению с проводом, полученным по обычной "бронзовой технологии", а прочностные характеристики мало отличаются друг от друга.

Таким образом, совместное использование в предлагаемом способе упомянутых выше известных и отличительных признаков, позволяет получить новый технический результат, заключающийся в повышении критического тока по сравнению с проводником, полученным по обычной "бронзовой технологии", на 12-15%

Использование: изобретение относится к получению сверхпроводящих материалов и может быть использовано в электротехнической промышленности и других отраслях науки и техники при изготовлении сверхпроводящих магнитных систем различного назначения. Сущность изобретения: в способе, включающем операции изготовления сверхпроводящего провода по "бронзовой технологии", перед операцией герметизации на каждой из ступеней обработки сборки наносят слой толщиной 3-10 мкм из олова или сплава на его основе, содержащего один или несколько легирующих элементов, выбранных из перечня In, Ga, Zn, общее количество легирующих элементов составляет от 1% до 40%. Изобретение позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении критического тока по сравнению с проводником, получаемым по обычной "бронзовой технологии", на 12-15%. 1 з.п. ф-лы.

Способ получения многожильного сверхпроводящего провода на основе соединения Nb₃Sn, при котором стержень из ниобия размещают в оболочке из бронзы, содержащей олово 8 13 мас. полученную сборку с элементами герметизируют путем сварки, проводят горячее выдавливание с последующей холодной деформацией прутка волочением до получения шестигранного профиля требуемого размера, разрезают шестигранный пруток на заголовки и собирают в медную оболочку, полученную сборку с элементами герметизируют, подвергают деформации до конечного размера провода, который термообрабатывают по заданному режиму, при этом перед герметизацией каждой сборки в ней образуют зоны, содержащие олово, отличающийся тем, что указанные зоны образуют путем нанесения на элементы сборки слоя толщиной 3 10 мкм олова или сплава на его основе, содержащего один или несколько легирующих элементов, выбранных из перечня Jn, Ga, Zu.