Способ получения сверхпроводящего покрытия на основе интерметаллического соединения Советский патент 1990 года по МПК H01B13/04 H01B12/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при -изготовлении жесткого сверхпроводящего кабеля линии электропередачи.

Известен способ получения сверхпроводящего покрытия на основе интерметалличесКого соединения, при котором поверхность из металла тугоплавкого компонента упомянутого соединения погружают в расплав легкоплавкого компонента, затем извлекают ее из расплава и выполняют диффузный отжиг. Перечисленные операции составляют процесс термообработки в присутствии легкоплавкого компонента сверхпрово- дящего интерметаллического соединения

00 Clt

о о:

со структурой типа А-15. Причем, например, для получения сверхпроводни ка на основе станнида ниобия время to погружения в расплав олова или оловяСПнистой бронзы составляет 30 с - 2 ч при температуре 800-1100 С, а время диффузионного отжига в том же интервале температур составляет 5-100 ч. Операции погружения и диффузионного отжига могут повторяться. В качестве легкоплавкого компонента в паре с ниобием вместо олова может быть алюминий. Аналогичную технологию применяют для получения галлида ванадия, отличие только в температурном интервале. 38 При осуществлении защиты стабилизи рующего СЛОЯ; например меди или алюми ния, от воздействия расплава легкоплавкого компонента или его паров по известному способу можно изготавливать трубчатый коаксиальньй сверхпроводник, сосгоящий из композитных труб Однако с целью повышения производител ности поступают по ругому, Известен способ изготовления сверх проводящего кабельного изделия на основе интерметаллического соединенияj заключающршся в сборке в коаксил внутреннего и наружного трубчатого проводников каждый из которых содержит слои меди и размещенньй меж,цу ними слой тугоплавкого компонента интерметаллического соединения, например ниобия, образования сверхпроводящего слоя с помощью термообработки в присутствии легкоплавкого .компонента, интерметаллического соединения и вращения коаксила во время термообработки. Защиту стабилизирующего слоя меди на концевых участках проводников осуществляют путем приварки заглутпеКс Дпя получения сверхпроводящего (СП) слоя в межтрубномзазоре коаксила создают жидкую ванну из легкоплавкого компонента упомянутого СП - соединения, при этом легкоплавкий компо нент контактирует с поверхностями композитных труб лшпь на части периметра каждой из них. В расплаве легк плавкого компонента, напримерj олова для случая образования слоя станнида ниобия, соответствующие слои меди наружной и внутренней композитных труб р ас ТВ о ряют ся, При вращении коаксила происходит совместное вращение обоих композитны труб, последовательно выполняются операции погружения поверхности туго плавкого компонента в расплав легкоплавкого компонента, извлечения ее из расплава и диффузионного отжига. Дпя увеличения длительности последней операции применяют дискретное вр щение коаксила. В кабельных изделиях, где жидкий гелий прокачивается в межтрубном зазоре коаксила, величина межтрубного зазора обусловлена электроизоляционньми свойствами хладагента. При передаче больших мощностей (более 2ГТЗА,) этот saiaop превышает 50 мм на сторону. На стадии образования-СП-слоя композитные трубы врардаются с одинаковой угловой скоростью. Из-за большого расхождения в диаметрах обеих труб . линейные скорости входа поверхности тугоплавкого компонента каждой трубы в жидкую ванну легкоплавкого компонента отличаются. При больших скоростях движения, например, ниобиевой подложки в жидкой ванне вследствие . растворения поверхностного слоя ниобия уменьшается толщина СП-слоя. Как было установлено экспериментами в ИМФ АИ УССР, по измерению толщины слоя станнида ниобия с помощью микроструктурного и микрорентгеноспектрального анализов толщина СП-слоя на внутренней поверхности наружной трубы была всегда меньше на 10-50% толпшны СП-слоя на наружной поверхности внутренней трубы,. Величина передаваемого тока зависит от толщины СП-слоя. Втрубчатом коаксиальном сверхпроводнике обычно по СП-слою внутреннего проводн1-1ка пропускается транспортный электрический ток, а ток, прохол;ящий по СП-слою наружного проводника; оказывает экранирующее действие на возникающее при прохождении тока переменное магнитное поле о Передача меньшего тока ло наруж-Чому проводнику ухудшает экранирующее действие. Таким образом, изза неидентичных условий образования СП-слоя на внутренней поверхности наружного проводника и на наружной поверхности внутренней толщины СП-слои , D каждом проводнике не разньк Это пг кв:5дит к снижению качества и надежкссгл сверхпроводящего кабельного изделия, в чем и состоит основной недостаток известного способа. Цель изобретения - устранение указанного недостатка известного способа, а именно в повьш1ении качества покрытия. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения сверхпроводя1чего покрытия на.основе интерметаллического соединения на трубчатых проводниках, каждый из которых имеет слой тугоплавкого компонента, размещенньй между слоями меди, заключающийся в том, что трубчатьш проводник меньшего диаметра устанавливают в проводншсе большего диаметра, создшот в зазоре между ними жидкую ванну с легкоплавким компонентом указанного соединения, контактирующую с поверхностями проводников на части периметра каждого из них, и вращением указанных провод ников осуществляют операции последовательного погружения участков повер ности проводников, извлечения их из расплава и диффузионного отжига, тру чатые проводники приводят в соприкос новение и осуществляют вращение пово ротом одной из них. При обкатке за счет сил трения в точке контакта обеспечивается равенство линейных скоростей перемещения обеих труб и достигается полная I идентичность условий образования СП-соединения на соответствующих поверхностях обоих проводников (труб). Способ осуществляется следующим образом. На концевые участки внутреннего трубчатого проводника приваривают заглушки, например, ,из металла тугоплавкого компонента. Помещают его в наружньм проводник, с одной стороны которого приваривают аналогичную загл шку, а с другой загружают шихту из легкоплавкого компонента и привар вают контейнер для слива непрореагировавшего легкоплавкого компонента. Сборку осутцествляют либо в вакууме 1 , либо в среде инертног газа аргона, затем проводники помеща ют в горизонтальную печь. Шихту рассчитьшают так, чтобы в процессе тер 1Ообработки внутренний проводник (композитная труба) контактировал с расплавом легкоплавкого компонента на 0,1-0,9 ее периметра. После нагре ва труб до 800--1100°С осуществляют вращение наружной трубы со скоростью 0,5-10 об/ч, причем при изотермической выдержке в течение 5-100 ч враще ние осуществляют через каждые 1-50 ч, с Выбор скорости вращения, температурного интервала обработки и времени диффузионного отлдага .обусловлен термодиффузионными параметрами контактирующих металлов (особенностями термодинамики растворения и диффузии), а также условиями получения слоя тугоплавкого компонента на стабилизирующей подложке (горячая совместная деформация, напыление в вакууме, ионная бомбардировка и т.п. (и размерами обрабатываемых проводников) композитных труб). Чем меньше диаметры композитных труб при прочих равных услови ях, тем предпочтительнее назначать более высокие o6opoTiii вращения. Выбор части периметра внутренней композитной трубы, на котором осуществляется контакт с легкоплавким компонентом, преим тцественно зависит от размеров обрабатываемых труб. Чем больше отличаются диаметры труб, тем меньшая часть поверхности трубы должна находиться в контакте. При вращении нар окной трубы происходит раздельное обеих труб сборки, причем внутренняя труба обкать1вается по наружной. Последовательно выполняются операции погружения поверхности тугоплавкого компонента в расплав легкоплавкого компонента, извле- чения ее из расплава и диффузионного отжига, После термообработки трубы наклоняют, сливают остатки непрореагировавшего легкоплавкого компонента, удаляют заглушки и выполняют финишную злектрохимическую обработку СП-слоя. Па чертеже показано поперечное сечение проводников в сборе, В наружной трубе 1 со слоями 2-4 стабилизирующего металла меди, тугоплавкого компонента 3 и меди размещена внутренняя труба 5, имеющая аналогичные слои 2-4. Вращение наружной трубы, показанное стрелкой, ос тцествляют со скоростью вдоль ее продольной оси. Вращение внутренней трубы осуществляется за счет сил трения. Жидкая ванна 6 покрывает только часть наружной noBepkности внутренней трубы 5. Пример. Были взяты две композитные трубы 1 и 5, одна диаметром 76 мм со слоем меди тотщиной 2,5 мм, слоем ниобия толщиной 0,3 мм и слоем меди толщиной 0,5 мм, другая труба диаметром 51 мм имеет те же слои. На концевых участках трубы 0 51 мм механической обработкой и травлением удаляют оба слоя меди на дш-гне примерно 15-30 мм и помещают ее в вакуумную камеру или камеру с инертной Р&кой, Затем к слою ниобия приваривают с обоих концов трубы 5 заглушку из того же металла. Для сварки может быть использован электронный, лазерньй луч или дуга. От выбора источника сварки зависит длина удаленных слоев 2 и 4 меди. Аналогично обрабатываются концы трубы диаметром 76 мм, С одного конца трубы приваривают заглушку, Загружают в трубу олово и помещают в трубу 5, Количество олова рассчитыают так, чтобы жидкая бронзовая ванна 6 содержала 70% олова и покрывала 0,2-0,4 поверхности композитной трубы 5. С другого конца трубы 1 затем приваривают ниобиевый контейнер для слива непрореагировавшего расплава. Сборку помещают в нагревательную печь с инертной или вакуумной средой и нагревают до 830-850 С. Олово расплавляется и растворяет слой меди 4 на части поверхности труб 1 и 5. Образуется бронзовая ванна 6. При изотермической выдержке трубу 1 при помощи специального привода начинают вращать со скоростью 1-2 об/ч. После поворота на 180-240 С делаю остановку на 10-15 мин. Когда трубу 8 8 провернут на один o6opoTj то через каждый час выполняют поворот на 360450. .Общее время изотермической выдержки составляет 20 ч. Послетермообработки при остывании труб 1 и 5 сборку поднимают в вертикальной плоскости примерно на 30 и сливают остатки бронзы в ниобиевый контейнер. По достижении комнатной температуры трубы вынимают из нагревательной печи, механическим путем отрезают заглушки и ниобиевый контейнер. Производят разделение труб 1 и 5 и выполняют финишную электрохимическую обработку образовавшегося СП-слоя. Толщина последнего равна 20-30 мк. Измерения критического тока показали, что плотность критического тока сверхпроводящего слоя на обеих трубах составляет 4-5-10 А/см. в поле 60 кЭ.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕЛИНЕНИЯ, на трубчатых проводниках, каждый из которых имеет слой тугоплавкого компонента, размещенный между слоями меди, заключающийся в том, что трубчатый проводник меньшего диаметра устанавливают в проводнике большего диаметра, создают в зазоре между ними жидкую ванну с легкоплавким компонентом указанного соединения, контактирующую с поверхностями проводников на части периметра каждого из них, и вращением указанных проводников осуществляют операции последовательного погружения участков поверхности проводников, извлечения их из расплава и диффузионного отжига, отличающи йс я тем, что, с целью повышения качества покрытия, трубчатые проводниС ки приводят в соприкосновение и осуществляют вращение поворотом одного (Л из них.

4