СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ МАТЕРИАЛА Российский патент 1999 года по МПК H01B12/00 

Изобретение относится к разработке конструкционных материалов, обладающих новыми свойствами. Оно может найти применение при разработке сверхпроводящих материалов /СМ/.

Известен способ повышения КТС материалов /1/.

Сущность его заключается в том, что используют сплавы, холодную и горячую деформацию и стабилизацию СМ. Все эти факторы способны образовывать растягивающие внутренние напряжения /ВН/.

Основным недостатком его является отсутствие избирательности, т.е. нет разделения растягивающих и сжимающих ВН, эффекты которых противоположны. Поэтому не известны способы закономерного регулирования процесса.

Известен способ повышения КТС материалов /2/, принятый в качестве прототипа. Он заключается в том, что установлена количественная связь КТС с массой изотопа, т.е. между химическим составом и структурой материала, при этом КТС пропорциональна характеристической температуре /ХТ/.

Указанный способ использует деформацию материала и его отжиг.

Недостатком его является неоднородность материала, ограниченность временной стабильности и пределов закономерного регулирования КТС, а также большое рассеивание ее из-за того, что материал содержит ВН сжатия.

Целью настоящего изобретения является увеличение пределов закономерного регулирования КТС, а также ограничение рассеивания и повышение временной стабильности.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно стабилизируют материал нагревом до температуры, при которой прекращается приращение частоты собственных колебаний, а указанную деформацию производят путем сжатия его выше предела текучести до образования однородных ВН растяжения, удаляют измененный поверхностный слой из контролируемого материала резанием, при котором приращение частоты продольных собственных колебаний изменяет знак, после чего производят повторную стабилизацию материала нагревом до указанной температуры.

Дефект структуры типа вакансия уменьшается параметры ячейки и вызывает образование силы. При этом возникает реакция, которая вызывает образование ВН растяжения.

Понижение температуры материала уменьшает параметры ячейки и вызывает образование силы. При этом возникает реакция, которая вызывает образование ВН растяжения.

На чертеже изображены зависимости деформации от напряжения - предела текучести свинца при различных температурах в пределах от абсолютного нуля до комнатной температуры. 1 - исходное состояние материала; 2 - состояние материала после образования ВН растяжения.

Стабилизацию материала для полного удаления пластических ВН выполняют отжигом. Для определения режима нагревают несколько заготовок материала до различных температур при определенном времени выдержки /2 ч/ и измеряют частоту собственных колебаний при комнатной температуре в исходном состоянии материала и после отжига. Максимальная температура нагрева, при которой прекращается приращение частоты с принятым временем выдержки, определяет искомый режим.

Силовое воздействие структурного поля состояния материала зависит от однородности и стабильности вещества, поэтому пластические релаксирующие ВН удаляют.

Удаление измененного поверхностного слоя осуществляют с помощью чистовой обработки резанием, при которой изменяется знак приращения частоты продольных собственных колебаний заготовки материала. Это свидетельствует о том, что дефекты структуры поверхностного слоя, созданные силовым и тепловым воздействием, взаимокомпенсируют друг друга.

Однородность материала обеспечивает переход его в сверхпроводящее состояние в одной точке, т.е. без рассеивания КТС.

Для получения воспроизводимого значения КТС необходимо обеспечить однородность и стабильность материала и выравнивание температуры по объему тела. Время выравнивания температуры по объему определяют по прекращению приращения его частоты собственных колебаний.

Простейший способ определения ВН, созданный воздействием пониженной температуры, - экспериментальный, по данным фиг.

Определение упругих ВН, созданных состоянием структуры материала, выполняют, например, /I/
σ_вну = -(σ_тру+ σ_тсу),
где σ_вну - упругие ВН, которые сохраняются в материале после удаления пластических ВН;
σ_тру, σ_тсу - упругий предел текучести соответственно при растяжении и сжатии материала после удаления пластических ВН.

Однородные структурные ВН растяжения получают в процессе производства материала, например, кристаллизации металлов и сплавов. Изменяя скорость роста кристаллов и скорость зарождения центров кристаллизации от степени переохлаждения получают величину и знак ВН. Увеличение степени переохлаждения способствует увеличению числа центров кристаллизации. Образуется мелкое зерно, повышается плотность, образуются ВН растяжения.

Величина растягивания ВН зависит от состояния сплава и термической обработкой.

Принцип Баумингера позволяет получать растягивающие ВН от состояния структуры путем однородной деформации материала сжатием в холодном и горячем состоянии, которые могут достигать величины предела текучести.

Однородность по упругим свойствам материала определяют по линейной зависимости частоты предельных собственных колебаний от толщины снятого слоя. При этом используют режим, который не изменяет поверхностный слой.

Использование растягивающих ВН, вызванных состоянием структуры материала, уменьшает энергию, затраченную на превращение вещества в сверхпроводящее состояние. КТС при этом повышается.

Пример. Использован свинец повышенной чистоты Pb >99,99. Стабилизировав материал в исходном состоянии отжигом до полного удаления пластических ВН, т. е. превращения его в линейную систему, определяют величину и знак упругих ВН

Определяют также ХТ, T_е = 41,5 K и КТС, T_к = 1,3 K. Используя стабильную заготовку исходного материала, воздействуют на нее сжатием выше предела текучести, т. е. вносят растягивающие ВН. Повторно стабилизируют ее отжигом до полного удаления пластических ВН. Получают материал, представляющий линейную систему после воздействия для повышения КТС.

Удаляют измененный поверхностный слой и определяют упругие ВН,
2,4 кгс/мм², 45 K и КТС, 2,9 K.

Предлагаемый способ повышения КТС материалов имеет следующие преимущества перед существующими.

1. Разделено воздействие состояния структуры материала от понижения температуры на переход в сверхпроводящее состояние.

2. Полнее использовано внутреннее состояние материала путем удаления пластических релаксируемых ВН, повышение однородности, а также использование величины растягивающих упругих ВН, которые сохраняются в материале неограничено долго.

3. Ограничено рассеивание КТС в процессе производства и во времени.

4. Подтверждено, что началом перехода материала в сверхпроводящее состояние является микроравновесие частиц, где избыточные силы межатомного взаимодействия равны нулю, т.е. XII.

Использование: при разработке сверхпроводящих материалов. Сущность изобретения: критическую температуру (КТС) сверхпроводящего материала повышают путем его отжига до полного удаления пластических внутренних напряжений, деформации сжатием выше предела текучести материала и последующего отжига до полного удаления пластических внутренних напряжений. Изобретение позволяет более полно использовать внутреннее состояние материала, ограничить рассеивание КТС в процессе производства и во времени. 1 ил.

Способ повышения критической температуры сверхпроводимости материала, при котором производят его деформацию и отжиг, отличающийся тем, что предварительно производят отжиг до полного удаления пластических внутренних напряжений, указанную деформацию осуществляют сжатием выше предела текучести материала, создавая в нем однородные растягивающие внутренние напряжения, а указанный отжиг производят до полного удаления пластических напряжений.