СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО КАБЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК H01B12/00 

Изобретение относится к способам изготовления сверхпроводящих проводов и кабелей и может быть использовано при получении сильноточных сверхпроводников для крупных магнитных систем.

Известен способ изготовления ленточного многожильного сверхпроводящего провода методом обработки давлением составных композитных заготовок, включающий следующие технологические операции /1/: сборку биметаллической заготовки путем помещения обжатого цилиндрического слитка из сплава Nb-Ti (сплава марки НТ) в стакан из чистой меди с последующей герметизацией заготовки; экструзию нагретой заготовки для получения биметаллического прутка, который разрезают на мерные длины (отрезки); холодное волочение прутков и калибровку на шестигранник, сборку составной композитной заготовки из медных шестигранников с проволочным сверхпроводником в новом стакане из чистой меди и герметизацию заготовки, повторную экструзию нагретой составной заготовки для получения композитного прутка, разрезаемого на отрезки, многократное волочение прутков с промежуточными термообработками до получения сверхпроводящего провода требуемого диаметра, который подвергают твистированию (скручиванию), калибрование провода с приданием прямоугольного сечения прокаткой или волочением и заключительную термическую обработку.

Недостатком известного способа является невозможность обеспечить строгую периодичность выделений частиц α Ti (центров пиннинга), что снижает пластичность сверхпроводящих жил провода и критическую плотность транспортного тока. Другой недостаток известного способа заключается в образовании интерметаллида Cu-Ti на границе контакта Cu-сплав Nb-Ni в процессе горячей деформации и при длительных термообработках. Твердые частицы интерметаллида с размерами, соизмеримыми с толщиной жил, могут разрывать жилы в процессе многократного волочения, что также приводит к снижению критической плотности тока.

Известен также способ изготовления ленточного многожильного сверхпроводящего провода методом обработки давлением составных композитных заготовок, обеспечивающий получение регулярной гетерогенной структуры с заданным распределением искусственных центров пиннинга /2/. Данный способ включает те же технологические операции, что и способ /1/. Отличие заключается в том, что в качестве материала жил провода используется Nb, а оболочки - сплав Nb-Ti. Соответственно сначала осуществляется экструзия ниобиевого слитка, помешенного в стакан из сплава Nb-Ti, а повторно экструзия композитной заготовки, собранной из Nb-Ti-шестигранников с ниобиевыми сердечниками в новом стакане из сплава Nb-Ti. Недостатком известного способа является возможность изготовления проводов лишь с малыми размерами поперечных сечений и, следовательно, с ограниченной токонесущей способностью. Если исходная заготовка для экструзии имеет размеры DxL (D, L диаметр и длина заготовки), то для провода длиной l нельзя изготовить провод диаметром d, большим, чем это допускается условием постоянства объема обрабатываемого материала, т.е.

Например, для заготовки DxL 200х400 мм (обычно D 100-250 мм) для провода длиной l 1 км 10⁶ мм диаметр провода не может быть более 4 мм. Применение калибровки провода на прямоугольное сечение ведет к дальнейшему уменьшению сечения провода.

Целью изобретения является повышение производительности способа изготовления ленточного сверхпроводящего кабеля путем сокращения числа технологических операций.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления ленточного сверхпроводящего кабеля, при котором собирают заготовку из продольно расположенных проводников, содержащих сверхпроводящие волокна, формируют оболочку из стабилизирующего материала и калибруют ленточный кабель прокаткой, согласно изобретению, проводники подвергают плющению, заготовку собирают многослойной, оболочку из стабилизирующего материала формируют в виде чехла, в котором размещают многослойную заготовку, а прокатку ведут с обжатием от 50 до 60% до получения кабеля заданного поперечного сечения.

Сущность изобретения состоит в том, что после экструзии композитных заготовок в соответствии со способами /3, 1, 2/ следуют операции волочения до тех пор, пока размер поперечного сечения провода не достигнет 0,5-0,3 мм, а в предлагаемом способе эти переходы обработки исключены. Сразу после экструзии осуществляются более производительные и менее трудоемкие операции прокатки. При этом поперечное сечение подката остается большим или равным (в последнем переходе) поперечному сечению готового кабеля.

Пусть после экструзии составной композитной заготовки получен пруток диаметром D_n 20 мм с поперечным сечением F_n 3,14•20²/4 314 мм². Требуется изготовить кабель сечением F_k 10•1 10 мм² (высотой H 1 мм и шириной В 0,10 мм). Согласно предлагаемого способа, вытяжка прутка с F_n 314 мм² вплоть до F_k 10 мм² не будет превышать M_n F_n/F_k 31,4.

По изобретению степень деформации при прокатке-ковке должна быть 50-60% с целью обеспечения холодной сварки на межслойных границах многослойного пакета. Если степень деформации составляет менее 50% то сварка не происходит. Если степень деформации превысит 60% то возникает значительная неравномерность деформации, которая приводит к нарушению однородности распределения сверхпроводящей фазы по объему композита и снижению критической плотности тока.

Из сказанного следует, что совокупность отличительных существенных признаков изобретения устраняет недостатки прототипа.

На фиг. 1 изображена составная композитная заготовка для экструзии; на фиг. 2 многослойный пакет для прокатки-ковки.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Сначала изготовляют отдельные проводники из сверхпроводящего материала. Для этого цилиндрический слиток из сверхпроводящего сплава HT размерами DxL 74 x 150 мм подвергают экструзии в биметаллической оболочке ниобий-медь на шестигранный профиль с вытяжкой M 20. Экструдированный пруток разрезают на мерные длины шестигранники, с которых электрохимическим способом удаляют наружную медную оболочку. Затем осуществляют сборку составной композитной заготовки в медном стакане (см. фиг. 1) для последующей повторной экструзии на шестигранный профиль. Цикл "экструзия резка удаление наружной оболочки - сборка" повторяют 4 раза, причем медную оболочку в последнем цикле не удаляют. Суммарная вытяжка составляет M_Σ 20⁴ 1,6•10⁵. В результате получают композитные сверхпроводники с количеством волокон, при объединении в каждой сборке по 19 шестигранников, n_B 19³ 6859.

Полученные проводники подвергают плющению и прокатке в калибрах на размер BXH 10 x 1 мм. После этого осуществляют их сборку в многослойный пакет, который завальцовывают в медь (см. фиг.2). Размеры пакета BXH 12 x 10 мм. Далее выполняют холодную сварку слоев полученной заготовки методом прокатки-ковки с относительным обжатием 60% и продольную прокатку ленты до сечения ВХН 10 x 0,5 мм².

По сравнению с прототипом предлагаемый способ изготовления сверхпроводящего ленточного кабеля обеспечивает повышение производительности в 1,5-2,0 раза за счет сокращения числа переходов обработки (исключения операций многократного волочения) и применения более производительных операций обработки давлением (прокатки-ковки, продольной прокатки). Кроме того, снижаются трудо- и энергозатраты производства.

Источники информации
1. Металловедение и технология сверхпроводящих материалов. Под редакцией Фонера С. Шварца Б. США, 1981, Пep. с английского. М. Металлургия, 1987, с. 248-254.

2. Никулин А.Д. Филькин В.Я. Шиков А.К. Журнал всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1989, т.34, в.4, с. 519-527.

Использование: для получения сильноточных сверхпроводников для крупных магнитных систем. Способ позволяет повысить производительность процесса получения ленточного сверхпроводящего кабеля. Единичные отдельные проводники, содержащие сверхпроводящие волокна, подвергают плющению, собирают из них многослойную заготовку помещением в чехол из стабилизирующего материала и деформируют до требуемого размера прокаткой с обжатием от 50 до 60%. 2 ил.

Способ изготовления ленточного сверхпроводящего кабеля, в котором собирают заготовку из продольно расположенных проводников, содержащих сверхпроводящие волокна, формируют оболочку из стабилизирующего материала и калибруют ленточный кабель прокаткой, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности способа путем сокращения числа технологических операций, проводники подвергают плющению, заготовку собирают многослойной, оболочку из стабилизирующего материала формируют в виде чехла, в котором размещают многослойную заготовку, а прокатку ведут с обжатием от 50 до 60% до получения кабеля заданного поперечного сечения.