BE693330A - - Google Patents

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BE693330A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C27/00Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/02Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



    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 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
 EMI2.1 
 \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 
 EMI2.2 
 critique. 
 EMI2.3 
 



  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 
 EMI2.4 
 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'        
 EMI7.1 
 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

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS.
    1.- Procédé de fabrication d'un conducteur électrique mixte, caractérisé en ce qu'on travaille mécaniquement ensemble une substance supraconductrice ductile avec une substance normalement ductible ayant une haute conductivité électrique et une haute conductibilité thermique, de manière à enrober un ruban, filament ou une couche de la substance supraconductrice dans une matrice de la substance normale à laquelle ce ruban ou filament ou cette couche est soudé, le travail mécanique unissant la substance supraconductrice à la substance normalement 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 @ctique à bas point de fusion entre la substance supraconductrice et l'autre.
    2. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le travail mécanique unissant la substance supraconductrice à la substance normale ductile est exécuté aussi à une température voisine de la température ambiante.
    3.- Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que le travail mécanique est - euté par extrusion, laminage, martelage, forgeage et étirage.
    4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que de la substance supraconduc- trice et la substance normale sont disposées dans une gaine d'une substance normale ductile avant le travail mécanique, 5.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la gaine est évacuée et scellée avant le travail méca- nique. <Desc/Clms Page number 9>
    6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que la substance supraconduc- @rice est un alliage de niobium à 67% en poids de titane.
    7 - Procédé suivant l'une quelconque des r=ven- d'entions 1 à 5, caractérisé en ce que la substance supraconductride est un alliagede nibium à 44% en poids de titane.
    8 - Procédé suivant la revendication 6 ou 7, caracté- rise en ce que @ supraconducteur est soumis à un traite- @ent de dissolution a une température supérieure à 700 C et est ensuite trempa.
    9- Procédé :vivant la revendication 7 ou 8,caracté- risé en ce qu'on soumet le conducteur électrique mixte)untraitament thermique à 100-700 Cpour faire précipiterune ou plusieurs phases finement dispersées.
    10 - Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le traitement thermique est exécute à 250-450 C.
    11 - Procédé suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le conducteur électrique mixte est sotunis à un traitement thermique à 200-500 C pendant ou après le travail à la température ambiante.
    12 - Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le traitement thermique est effectué à 300-450 C.
    13 - Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, 'caractérisé en ce que la substance normale duc- tile comprend au moins un des métaux de la'classe formée par le cuivre, l'aluminium, l'argent, l'indium et le cadmium.
    14- Procédé de fabrication d'un conducteur électri- que mixte;.en substance comme décrit ci-dessus avec référence aux Fig. 1 et 2,du dessin annexé. <Desc/Clms Page number 10>
    15.- Conducteur électrique mixte obtenu par un procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes.
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