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Perfectionnements aux supraconducteurs.
La présente invention, concerne des substances supra. conductrices et en particulier un procédé pour les fabriquer.
On connaît depuis de nombreuses années le phénomène de la supraconductibilité de que diverses substances capa- bles d'un bon comportement en présence de champsélevés,par exem- ple des alliages de Nb et de 44% en poids de '.Ci,, de Nb et de 67% en poids de.Ti., de Nb et de 25% en poids de Zr, outre les composés Nb3Sn, V3Si et V3Ga.
Ces substances,toutefois,se dégradent lorsqu'elles sont utilisées à l'état de bobine et la caractéristique maximum (valeur
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\11 t:tmo du courant) pour un supraconducteur ùéten1Lnô est ol>se;.v0e en 8néral sur des éprouv\}ttez de petite ,,'ttlt;üx' cais Icrqu'un filament supraconducteur est bobine le ,2 c;x7r.Lc.â al.: l;ûi :.'0 :..r...:.1;. plus atteintes. Cet effet a 6àô a.ppe16u<l6gradation"ct résulte au moins en partie d>instab;tlitâ locnlc..Hlu flux (clost-à-dira m ri.tuationsdu flux) provoquant un ick;.u';rrFcn local.
On sait que le simple dépôt sur la surface du 1==-1ri, conducteur dune substance ordinaire ayant.une bonne cc.nduct.-:'.,1.. ré thermique et wio bonne conductivité ëlectriquu C,)ir.v ,1,e cutv:,' améliora la stabilité de la bobina La substance conductric... a d.. naire cons ti tue, croi t...on, un autre trajet au eUH ou apparaît une région résistante locale et foré autour du supraconducteur uns zaza haut!) conductibilité ,a.x;, Lu,= qui bbsorbe la chaleur , do zrbmit%re 4 tab1115cr,u moins par supraconductour .en évacuant la chaleur dégagée par les fluctuations du .flux, ce qui maintient le supraconducteur au-dessous ùo Ja e:,5xa;ra
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critique.
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Pour do telles applications 1'uHlUation d,a n.in2e& : monts supraconducteurs offre im ;a taIn s4:lin.7 1' lI.ve..:-.tf...:.I!'" aai, 1'un cst la tgré 41 b:l.n,i . i;da âi.F qU1Q subJ le supraconducteur.
Toutefois, bien que l'on compte au nombre ds st'sts,a; supraconductrices divers m4tau>< et (Ùlillces qui ont <J?1</ àictrit4 sufiisamment élevée pour pormettre 1 i'dJl'.!.c<ltlon un produitsaant1ïa<ttu és, corame des .t'ils.. barreaux tôles et tutcs.. la fêil1:,,'j.,(.I.... tion de ces substances)sous les forces filamentairos fines irequ..14ses, et munie/) d"un bon conducteur améliorant la stabilité'provoqua d'importantes difficultés. L"invention a donc pour but dattênuer
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sensiblement.ces difficultés.
Suivant l'invention,un procédé pour fabriquer un conducteur électrique mixte consiste à. travailler mécaniquement ensemble
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une substance supraconductrice ductile avec une substance normale ductile ayant une haute conductivité électrique et une haute conductibilité 'thermique, de manière à enrober un ruban, filament ou couche de la substance supraconductrice dans une Matrice de la substance normale à laquelle ils sont soudés, le travail mécanique unissant le supraconducteur à la matière normale ductile est exécuté au moins initialement à une température suffisamment Élevée pour provoquer la soudure entre la substance supraconductrice et la substance normale, mais inférieure à la température à laquelle se forme un eutectique à bas point de fusion entre la substance supraconductrice et l'autre.
De préférence, le procédé consiste à travailler en outre mécaniquement les substances supraconduetrices, et normales environ à la température ambiante.
La substance supraconductrice est ainsi amenée à une section suffisamment petite et est 'écroule dans la mesure requise, tandis qu'elle est supportée par la substance normale et en pratique, il est possible d'obtenir si nécessaire, un très mince filament d'une substance supraconductrice complètement entouré du conducteur normal et en bon contact thermique et électrique avec ce dernier.
Le travail mécutée a une température élevée et à la temp'r ture ambiante peut être exécuté par extrusion, laminage, forgzage, martdage et étirage. Ainsi, 1-'extrusion peut être exécutée a des températures élevées et suivie d'une extrusion ou d'un étirage à la température amiante, mais en vanante, l'étirage peut être appliqué pour ces deux stades du travail.
Le conduchtear mixte peut être constitué par un ou plusieurs métaux ou alliages supraconducteurs et par un ou plu-
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sieurs conducteurs normaux. Un'métal supraconducteur approprié est le niobium, et des exemples d'alliages supraconducteurs con- .venables sont les alliages de niobium avec un ou plusieurs métaux choisis parmi le ziroonium, le titane, le hafnium et le tantale, comme l'alliage de niobium avec 44% en poids de titane et l'alliage de niobium avec 67% en poids de titane.
De même, on peut'utiliser' des alliages de niobium et de titane contenant 0 à 3000 parties par million d'éléments interstitiels, comme le carbone et/ou l'oxygène et/ou l'azote et/ou 1''hydrogène et l'exécution de l'in- vention.reste possible jusqu'à des teneurs de 5000 p.p.m. àe ces éléments interstitiels.
Les substances normales disponibles comprennent le cuivre qui est préféré,{l'aluminium, l'argent, l'indium et le cadmium conviennent aussi) et ont de préférence un conductivité électrique très élevée aux très basses températures par exemple à 4,2 K. En,pratique, i@ est préférable que la substan- ce supraconductrice et la substance normale aient des propriétés de travail comparables.
Les éléments interstitiels sont présents en solution dans l'alliage ou à l'état de phase dispersée,'par exemple de préci- pités de nitrure de titane existant aans l'alliage à l'état de i'inespar- ticules permettant la déviation du flux dit "flux pinning".Le pré-- oipité lui-même peut provoquer @et effet, mais en variante, . peut favorisera dislocation du réseau oula formation de perturbations qui peuvent former des centra.:
de dêviation dits "pinning centers".Un trai. tement thermique avant et/ou pendant et/ou après le travail peut être nécessaire pour la formation de la structure interne la plus favorable pour que le conducteur mixte ait les meilleures pro- priétés de supraconductibilité. Par exemple, l'alliage de niobium et de 67% de titane peut subir un traitement de dissolution au delà de 700 C et,être trempé ensuite.
Le supraconducteur mixte
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peut subir un traitement dans l'intorvalle de 100 à 700 C, de préférence de 200 à 600 C, mais plus avantageusement de 250 à 450 C, pour faire précipiter une ou plusieurs phases particulaires fines sous une forme favorisant la formation de dislocations(par réaction entre les dislocations formées au cours de l'écrouissage les fines particules précipitées au cours du vieillissement); ou qui peuvent favcri@er elles-mêmes la déviation du flux.
La structure peut être avantage affinée par un écrouissage suppmémetaire.@i on utilise un alliage de niobium et de 44% de ti- fane, on recourt pendant eu après 3'écrouissage, en vue d'ob- tenir les propriétés les plus favorables,à un traitement thermique du conducteur mixte à des t@m^ératures de 200 à 500 C, de préférence de 300 à 450 C,pour favoriser la dislocation résultant de l'écrouis- ' sage et/ou provoquer une précipitation de composés interstitiels.
Les assemblages à partir desquels les conducteurs mixtes sont formés peuvent être constitués au moyen de la substance supra- conductrice et de la substance normale sous diverses formes, par exemple, de clinquants,de tôles, de barreaux ou de tubes, ou d'ob- jets façonnes au préalable, par exemple d'objets coulés. Le métal normal peut être fondu également et coule sur les âmes supracon- ductrices.
On trouvera ci-après une description plus particulière ' de modes d'exécution typ@@ues du procédé de l'invention, faite . avec référence au dessin annexé ,dans lequel :
Fig. 1 et 2 sont des vues en.bout de deux produits, . manufacturés obtenus,par le procédé suivant 1'invention,
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Comme le montre le dessin, une billette collée (et/ou travaill@e@ en substance supraconductrice, par exemple en alliage de niobium à 44% en poids de titane est insérée dans une gaine tubulaire en cuivre de haute pureté choisi en raison de sa haute conductivité électrique aux températures extrêmement basses de l'or- dre de 4,2 K, La gaine est fermée et peut,si on le désire,
être évacuéeet @ mais ceci n'est pas essentiel à condition que les faces à unir ne soient pas excessivement souillées.
L'assemblage de barreaux et de récipients est alors excrudé à une temérature élevée suffisante pour provoquer une sou- dure, mais inférieure à celle à laquelle un eutectique à bas point de fusion se forme entre l'alliage et le cuivre.On recourt typiquement à un rapport d'extrusion de 6 :1 pour obtenir un barreau d'un diamètre de 12,7 mm, et on exécute l'extrusion à une température de 350 à 550 C, de préférence de 400 à 500 C.
Dans cet exemple, on exécute le traitement à froid ultérieur par dtirage pour soumettre l'alliage à lécrouissage nécessaire pour lui conférer les propriétés supraconductrices optimum et pour conduire aux dimensions requises. Un diamètre typi- que est de 0,25 mm. Le conducteur mixte obtenu peut être façonné dans la forme désirée pendant l'écrouissage et deux formes typiques sont représentées dans le dessin annexé. Dans les deux cas, une âme approximativement cylindrique de l'alliage supra@on- ducteur 5 est entourée d'une tôle . de cuivre C, mais'dans la Fig.
1, le conducteur mixte a une section hexagonale qui permet un meil- leur, empilement ou enroulement avec des fils analogues et dans la Fig. 2, le conducteur mixte a une section circulaire.
'Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, on utilise d'autres procédés pour le travail du conducteur mixte, par exemple 'le martelage et le laminage. Si on le désire, l'ex-
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trusion, notamment 7.'extrusion hydrostatique peut être utilisée tant pour le travail à froid que pour le travail à chaud du con- ducteur mixte, mais de préférence, l'étirage est utilisé pour la totalité lu traitement, c'est-à-dire tant pour le travail à chaud que pour le travail à froid. L'étirage permet de manipuler facilement 'des gaines en cuivre et des biliettes'
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en substance supraconductriec plus, longues. Ceci ' veut dire qu'on obtient finalement des fils en conducteur mixte plus longs.
En variante, au lieu d'assembler les constituants du conducteur mixte tous à l'état solide, on peut disposer les âmes supraconductrices dans un, moule et 'couler le cuivre autour pour constituer la matrice. Le conducteur mixte est extrudé ou Étiré, comme ci-dessus. Ce procé- dé permet une grande liberté dans le choix des formes des âmes supraconductrices.
En outre, la matrice peut être constituée par un bloc de cuivre, dans lequel sont ménagés des orifices dans lesquels on insère la substa@ c supraconductrice. Un tel bloc peut être
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une pièce coulée ou une pièce de métal travaillé pour fornierparusjnage des orifices. Après insertion des âmes supraconductrices, le pro- édé est le même que pour la matrice coulée mixte ci-dessus. t