СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ТОКОНЕСУЩЕГО ЭЛЕМЕНТА Советский патент 1996 года по МПК H01B12/00 

Изобретение относится к технологии получения низкотемпературных сверхпроводящих токонесущих элементов (СТНЭ) большого сечения с высокой конструктивной плотностью тока, предназначенных для изготовления крупных магнитных систем целевого назначения.

Целью изобретения является повышение величины критического тока сверхпроводящегро токонесущего элемента на основе интерметаллического соединения, отношения сопротивлений гальванической меди и стабильности его значений по длине, получение СТНЭ с высокой точностью геометрических размеров, а также значительное увеличение выхода годного.

Указанная цель достигается использованием предложенного способа, который позволяет проводить все технологические операции, включая нанесение стабилизирующей меди и калибровку, с проводом не содержащем в своем сечения хрупкого интерметаллического соединения, и тем самым избежать разрушение этого соединения. Диффузионный отжиг, который проводится для образования интерметаллического соединения Nb₃Sn и повышения отношения электросопротивлений ρ₃₀₀/ρ_4,2 стабилизирующей меди, при этом осуществляется на исключительном этапе технологического процесса после калибровки провода, обеспечивающей повышение плотности прилегания составляющих токонесущего элемента и достижение строго заданных геометрических размеров.

Пример конкретного выполнения. Предлагаемый способ (см. технологическую схему) реализован следующим образом.

Электроосаждение меди проводят на пакет СТНЭ, состоящий из транспонированного провода, изготовленного из 11 единичных проводников и двух медных трубок, уложенных на гальванический барабан.

Подготовка поверхности пакета заключается в предварительном обезжиривании раствора каустической соды 30-50 г/л в течение 10-20 мин при 60-80^оС.

Затем пакет СТНЭ промывают последовательно в ваннах с горячей и холодной водой (в течение 20 мин в каждой) и подвергают деканированию в растворе серной кислоты концентрацией 80-100 г/л при комнатной температуре в течение 30-40 мин.

Электроосаждение меди проводят из электролита следующего состава, г/л: Серная кислота 70-200 Медный купорос 50-210
при комнатной температуре и катодной плотности тока 4 А/дм².

Процесс проводят до полного сращивания составляющих пакета СТНЭ. Толщина покрытия при этом составляет 1,10-1,15 мм.

Промывка пакета осуществляется трехразовым погружением в ванну с горячей водой и выдержкой не менее 1 мин.

Затем пакет СТНЭ перематывается на другой гальванический барабан для нанесения медного покрытия на вторую сторону. Подготовка пакета СТНЭ и процесс электроосаждения осуществляется в порядке и последовательности, указанных ранее.

После окончания электроосаждения меди осуществляют промывку СТНЭ в ванне с горячей водой и сушку на воздухе.

Полученный СТНЭ калибруют на конечный размер прокатки в гладких валках или волочения, пропуская токонесущий элемент через фильеру прямоугольного сечения.

Диффузионный отжиг СТНЭ для создания в его сечении интерметаллида Nb₃Sn проводят в вакууме при остаточном давлении 1·10^-4к мм рт.ст. (создание более глубокого вакуума в отжиговых печах больших рабочих объемов не обеспечивается действующим промышленным оборудованием) или в атмосфере инертного газа (гелий, аргон).

Для сравнения предлагаемого способа с прототипом проводили изготовление СТНЭ в соответствии с известными данными.

Полученные СТНЭ сравнивали по механическим и электрическим свойствам, по допускам на геометрические размеры готового токонесущего элемента и процент выхода годного.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из приведенных данных видно, что использование предложенного способа для получения сверхпроводящего стабилизированного токонесущего элемента на основе интерметаллического соединения позволяет по сравнению с известным способом:
повысить отношение электросопротивлений гальванической меди ρ₃₀₀/ρ_4,2 и стабильность его значений по длине СТНЭ;
повысить токонесущую способность СТНЭ;
увеличить эффективную поверхность теплопередачи токонесущего элемента к хладагенту, а тем самым улучшить отвод тепла;
улучшить геометрический профиль получаемой поверхности и ужесточить после допуска геометрических размеров СТНЭ. При калибровке токонесущих элементов достигается гладкая поверхность без разрывов;
уменьшить процент брака, связанного с шероховатостью и неравномерностью покрытия по длине СТНЭ, образованием дендритов, выводящих токонесущий элемент за пределы допуска, путем проведения калибровки. Нарушение целостности хрупких интерметаллических слоев исключается путем проведения диффузионного отжима на заключительном этапе технологического процесса;
создавать сверхпроводящие магнитные системы целевого назначения с различными размерами и конфигурацией обмоток, поскольку позволяет проводить диффузионный отжиг для образования в сечении токонесущего элемента интерметаллического соединения после намотки заготовки СТНЭ в секцию магнитной системы (или на обмоточную катушку), а затем проводить сборку отдельных секций.

Использование: в технологии низкотемпературных сверхпроводящих токонесущих элементов большого сечения с высокой конструктивной плотностью тока, предназначенных для изготовления крупных магнитных систем. Сущность изобретения: для изготовления сверхпроводящего стабилизированного медью токонесущего элемента на основе интерметаллического соединения Nb₃Sn применяют следующую последовательность операций: гальваническое сращивание медью единичных проводников и проведение калибровки полученной заготовки, диффузионный отжиг, который проводится для образования интерметаллического соединения Nb₃Sn, осуществляется на заключительном этапе технологического процесса в вакууме не ниже 1 • 10^- 4 мм рт.ст. или атмосфере инертного газа. Предложенный способ позволяет в 1,5 раза повысить отношение электросопротивлений гальванической меди ρ₃₀₀/ρ_4,2 и стабильность его значений по длине токонесущего элемента на 10% повысить величину критического тока, улучшить геометрический профиль и отвод тепла от токонесущего элемента к хладагенту. При таком способе исключается возможность нарушения целостности хрупких интерметаллических слоев, что значительно увеличивает выход годного. 1 з. п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ТОКОНЕСУЩЕГО ЭЛЕМЕНТА на основе интерметаллического соединения Nb₃Sn, основанный на диффузионном отжиге для образования указанного соединения, при котором гальванически сращивают медью единичные проводники, образуя заготовку токонесущего элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения критического тока, отношения электросопротивления гальванической меди ρ₃₀₀/ρ_4,2 и стабильности его значений по длине, образованную заготовку калибруют, а указанный диффузионный отжиг производят после калибровки в вакууме не ниже 1 • 10^- 4 мм рт.ст. или атмосфере инертного газа. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заготовку образуют гальванически, сращивая медью единичные проводники и две медные трубки для прокачки хладагента.