CN108346492B - 用于制造用于超导线材的半成品的方法 - Google Patents
用于制造用于超导线材的半成品的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108346492B CN108346492B CN201810061243.4A CN201810061243A CN108346492B CN 108346492 B CN108346492 B CN 108346492B CN 201810061243 A CN201810061243 A CN 201810061243A CN 108346492 B CN108346492 B CN 108346492B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nbti
- electron beam
- melting
- zones
- selective laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 74
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 64
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000005204 segregation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 8
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 31
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 21
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0156—Manufacture or treatment of devices comprising Nb or an alloy of Nb with one or more of the elements of group IVB, e.g. titanium, zirconium or hafnium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/80—Constructional details
- H10N60/85—Superconducting active materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于制造用于超导线材的半成品(50；51)的方法，其中，所述半成品(50；51)具有至少一个含有NbTi的结构(2)、特别是含有NbTi的棒结构，其特征在于，逐层地通过对包含Nb和Ti粉末(6)的选择性激光熔化或选择性电子束熔化制造含有NbTi的结构(2)，并且在制造含有NbTi的结构(2)的至少一些层(5、5a、5b)时，在制造相应的层(5、5a、5b)的设置用于材料离析的被照射区域(20)期间，使选择性激光熔化或电子束熔化的一个或多个过程参数在被照射区域(20)的一个或多个第一区(23)中相对于被照射区域(20)的一个或多个第二区(24)变化。本发明简化了人工扎钉中心向超导线材或用于这种超导线材的半成品的NbTi材料中的引入。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造用于超导线材的半成品的方法，其中，所述半成品具有至少一个含有NbTi的结构、特别是含有NbTi的棒结构。
背景技术
这样的方法例如由US5,223,348已知。
NbTi超导线材用于实际上无损耗地引导大的电流，特别是在超导的电磁线圈中用于产生强磁场。在此，NbTi具有良好延展性的优点，这使材料的处理变得容易；特别是能良好地实现塑性成形。
NbTi超导线材的载流能力可以通过超导材料中的人工扎钉中心(英语：artificial pinning centers)改进，所述扎钉中心固定磁通量线。
经常用于将扎钉中心引入到NbTi材料中的方法使用一系列热处理和拉伸变形的序列(“杆拉伸和线材拉伸”)。由此，在NbTi晶界处产生α-Ti的离析物，其作为扎钉中心起作用。此外已知的是，在NbTi基质中引入过渡金属(例如铌、钛或钒)的丝，其作为人工扎钉中心起作用。也已知的是，将铌和钛在变换的层中接合成坯件、拉伸并且捆扎成第二坯件。第二坯件热等静压(“HIP”过程)、挤压并且成形成线。在Ti和Nb的分界面上产生NbTi，其中，然而基于不完全的反应残留一些正常导电的材料。此外已知的是，将变换的Nb层和Ti层的堆叠用Nb包围并且导入到由铜制成的挤压套中。在HIP过程、挤压和拉伸之后，将挤压套去除并且将所获得的丝堆叠。接着又进行向Cu挤压套中的引入、HIP过程、挤压、拉伸、去除挤压套、堆叠和用Nb包围。通过重新向Cu的挤压套中的引入、HIP过程、挤压和拉伸，最后获得完成的含有NbTi的线。所述方法例如在US5,223,348中概括。
利用已知的方法将扎钉中心引入到NbTi超导材料中是耗费且困难的。为了离析α-钛需要非常准确的方法引导。为了将其他材料引入到NbTi基质中需要耗费的机械的组合步骤；对应情况适用于由Nb和Ti构成的交替的层的组合。
为了借助CAD数据制造金属构件已知的是，所述构件分层地通过利用激光束或电子束局部地熔化金属粉末制造(“选择性激光熔化”或“选择性电子束熔化”)，例如参考在2016年7月6日访问的网站：
http://netzkonstrukteur.de/fertigungstechnik/3d-druck/selektives-laserschmelzen/，或者还有在2016年11月22日访问的网站：
http://netzkonstrukteur.de/fertigungstechnik/3d-druck/selektives-elektronenstrahlschmelzen/。所述制造方法不需要阴模并且能实现底切。
发明内容
本发明的任务在于，简化人工扎钉中心向超导线材的或者说用于这样的超导线材的半成品的NbTi材料中的引入。
该任务通过一种文首提及类型的方法得以解决，其特征在于，逐层地通过对包含Nb和Ti的粉末的选择性激光熔化或选择性电子束熔化制造所述含有NbTi的结构，并且在制造所述含有NbTi的结构的至少一些层时，在制造相应的层的设置用于材料离析的被照射区域期间，使选择性激光熔化或电子束熔化的一个或多个过程参数在所述被照射区域的一个或多个第一区中相对于所述被照射区域的一个或多个第二区变化。
在本发明的范围内，通过对粉末(粉末状材料)的逐层地选择性激光熔化或电子束熔化制造含有NbTi的结构，所述含有NbTi的结构使用在用于NbTi超导线材的半成品中或直接用作用于NbTi超导线材的半成品。通过选择性激光熔化或电子束熔化对结构的逐层地制造也在添加制造(英文：additive manufacturing)的范围内已知。
在此，在每个层中分别设置有一个区域，所述区域被激光束或电子束扫过并且由此局部熔化，从而在那里粉粒相互连接(“被激光照射区域”或“被电子束照射区域”，也简称“被照射区域”)。在此，被激光照射区域或被电子束照射区域也可以包括多个未连接的部分区域。此外，一般相应的层的另一个区域也不由激光束或电子束扫过，从而在那里粉粒保持未连接(“未被照射区域”)。在此，未被照射区域同样可以包括多个未连接的部分区域。一般多个层依次且彼此重叠地制造，通常100层或更多，其中，在每个层中相应的那里的被激光照射区域或电子束被照射区域凝固(verfestigen)。在制造所有层之后，剩余的粉末被去除，并且获得含有NbTi的结构。
现在本发明规定，在至少一些(必要时也所有)层的相应的被激光照射区域或被电子束照射区域中，在制造含有NbTi的结构时，不进行均一的激光熔化加工或电子束熔化加工，而将被激光照射区域或被电子束照射区域划分成一个或多个第一区和一个或多个第二区。在所述一个或多个第一区中，激光熔化或电子束熔化以不同于在所述一个或多个第二区中的过程参数实施。由此，所述一个或多个第一区中的所获得的凝固的材料(“第一材料”)与所述一个或多个第二区中的所获得的凝固的材料(“第二材料”)。
具有所获得的不同材料的不同区导致，磁通量线在其运动方面被阻碍。所述区之间的一个分界面或多个分界面亦或一种类型的所述一个区或多个区(例如第二区)、亦或一种类型的所述一个区或多个区(例如第二区)的组成部分作为人工扎钉中心起作用。
典型地，所述方法这样引导，使得所获得的材料中的一种材料(例如第一材料)是超导的，例如具有Nb53重量％Ti47重量％相，并且所述材料中的另一个材料(例如第二材料)是非超导的或者无论如何具有提高的份额的非超导的一个相或多个相，例如具有纯的Nb相或例如Nb60重量％Ti40重量％相(＝Nb44原子％Ti56原子％相)。
通过在用于第一区和第二区的激光熔化或电子束熔化时的不同的过程参数，可以影响第一材料和第二材料的化学成分、相分布和/或结构。特别是可以通过选择性激光熔化或电子束熔化的参数影响蒸发过程、熔化过程、扩散过程、凝结过程、离析过程和结晶过程。
激光熔化或电子束熔化的参数的变化是相对而言简单的，并且在逐层地制造的范围内能毫无问题地实现接近要制造的含有NbTi的结构的内部。由此，人工扎钉中心可以实际上任意地安放在要制造的含有NbTi的结构中。特别是也可以容易地将大数量的人工扎钉中心以整体结构的相对小的体积份额引入，这改进超导的载流能力。优选地，含有NbTi的结构至少80重量％、特别优选至少95重量％、特别优选至少99重量％由超导的NbTi相构成。
含有NbTi的结构典型地具有30cm至1.50m之间、优选50cm至1m之间的长度L，并且此外典型地具有5cm至50cm之间、优选10cm至25cm之间的直径D(铸模应用)，或者也具有5mm至100mm之间的直径(应用于在基质中的直接使用)。含有NbTi的结构典型地沿着轴向方向具有恒定的外横截面(“棒结构”)。
本发明的优选的实施方式和变型方案：
在按照本发明的方法的一种优选的变型方案中，在所述一个或多个第二区中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使Ti的含量相对于所述一个或多个第一区降低。由此，由具有常见的成分比的粉末成分配合于超导的Nb53重量％Ti47重量％相可以容易产生(在4.2K附近的常见的使用温度时)非超导的Nb60重量％Ti40重量％相(＝Nb44原子％Ti56原子％相)，其良好地适用于构成人工扎钉中心。为了降低Ti，可以利用Ti相对于Nb低得多的沸点。在激光束或电子束作用到局部的粉末状材料或局部的熔池上时的作用时间短或辐射功率小的情况下，不发生或仅发生Ti的较轻微的降低，并且通过较长的作用时间或较大的辐射功率可以加速Ti的降低。
一种同样有利的变型方案规定，在所述一个或多个第二区中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使熔池的最高温度相对于所述一个或多个第一区提高。由此，可以促进Ti的降低，Ti的沸点(3287℃)比Nb(4927℃)低。典型地，第二区中的最高熔池温度处于Ti的沸点的范围内(优选大约3200℃至3300℃)，并且第一区中的最高熔池温度明显处于它之下(优选大约1800℃至3000℃)。但第一区中的最高熔池温度在此处于Ti(1668℃)和Nb(2469℃)的熔点之上。
也优选的是一种变型方案，其中，在所述一个或多个第二区中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使熔池的局部的停留时间相对于所述一个或多个第一区提高。由此，延长用于第二区中的熔池中的蒸发过程的时间，由此可以改变化学成分，例如用于降低Ti。停留时间可以容易地通过控制激光束或电子束或其命中点(Aufpunkt)、例如由马达驱动地可移动的和/或可偏转的镜系统或可电操控的透镜系统来影响。
在一种有利的变型方案中，在所述一个或多个第二区中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使辐射功率相对于所述一个或多个第一区提高。通过辐射功率(激光功率或电子束功率)，可以改变向被照射的粉末中的能量输入，例如以便影响熔池中的温度。如果希望的话，在该变型方案中激光束或电子束的射束引导则可以在被照射区域上均匀地进行。
此外优选的是一种方法变型方案，其中，在所述一个或多个第二区中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使激光束或电子束的命中点的推进速度相对于所述一个或多个第一区中的命中点的推进速度降低。通过降低推进速度，可以提高所扫过的每单位面积的能量输入，以便例如提高熔池的温度。推进速度可以容易地通过控制激光束或电子束或其命中点、例如借助于由马达驱动地可移动的和/或可偏转的镜系统或可电操控的透镜系统来影响。
同样有利的是一种方法变型方案，其中，在所述一个或多个第二区中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使激光束或电子束的调焦相对于所述一个或多个第一区改变。由此，可以影响每单位面积的能量输入。典型地，所述一个或多个第二区中的激光束或电子束相对于所述一个或多个第一区收缩(verengen)。
此外，有利的是一种方法变型方案，其规定，在所述一个或多个第一区中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使用第一激光源或电子枪，并且在所述一个或多个第二区中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，备选或附加于所述第一激光源或电子枪使用第二激光源或电子枪。由此，可以改变局部起作用的辐射功率，而不必调节各个激光器或各个电子枪的功率。
也优选的是一种变型方案，其中，使所述含有NbTi的结构制造有沿纵向方向的长度L和垂直于纵向方向的最大直径D，其中，L≥3*D、优选L≥4*D、特别优选L≥5*D。按照本发明使用的选择性激光熔化或电子束熔化良好地适用于也制造较大的纵宽比L/D。此外也能良好的实现，建立有(通常第二)区横向于纵向方向的(线性的)最大延展尺寸MA与沿纵向方向的长度L的大的纵宽比。通常L≥10*MA或者甚至L≥30*MA适用。对应的纵宽比以机械的方式(例如通过钻孔和使用填充棒)仅能非常耗费且困难地完成。
特别优选的是该方法变型方案的一种改进方案，其中，使所述含有NbTi的结构逐层地垂直于其纵向方向地制造。由此，在两个层之间引入的可能的平面误差或非超导的面平行于纵向方向并且因此平行于电流方向地取向并且因此仅对载流能力具有小影响。对应地，在该方法中能实现完成的NbTi超导线材的特别大的载流能力。要注意，对于该改进方案，粉末状材料和激光束或电子束必须在相对而言大的路段或大的制造面上分布或引导；然而仅需要小的提升高度。
在上述的方法变型方案的一种备选的改进方案中，使含有NbTi的结构逐层地沿其纵向方向地制造。在这种情况下，可以使用相对小的构造平台。
也优选的是一种方法变型方案，其中，所述被照射区域中的所述一个或多个第二区分别具有5μm至1000μm之间的最大延展尺寸。所述(线性的)最大延展尺寸MA垂直于纵向方向/载流方向地测量。通常最大延展尺寸MA为20μm或更大，经常也为40μm或更小。此外，最大延展尺寸MA通常为500μm或更小，经常为250μm或更小。这样的最大延展尺寸MA以按照本发明的方法可相对简单地制造，与机械的方法相反。
在一种有利的变型方案中规定，在相继的层中第二区不重叠，优选其中，在至少五个相继的层中第二区不重叠。由此，在含有NbTi的结构中避免沿制造方向较大的连续的、非超导的区域。该变性方案主要是当制造方向(层相继的方向)垂直于纵向方向时使用。
在另一种变型方案中规定，相继的层的第二区至少部分地重叠，从而在所述含有NbTi的结构中构成第二区的连续的空间结构。通过该变型方案可能的是，非常有针对性地建立用于通量线的区域并且特别是有针对性地与外部磁场的取向相适配。由此，同样可以提高载流能力。该变型方案主要是当制造方向(层相继的方向)沿着纵向方向时使用。
在一种优选的方法变型方案中，所述含有NbTi的结构经受横截面减小的成形。在所述横截面减小的成形中，也可以进行压实。横截面减小的成形特别是在以铸模尺寸逐层地制造NbTi结构之后进行，从而接着所成形的NbTi结构可以嵌接到套管或半成品块中。在其他情况下，通过伴随沿纵向方向的延长的横截面减小的成形也可以实现关于最后的超导线材的希望的确定尺寸(必要时也多阶段地通过中间捆扎)。此外，扎钉中心沿纵向方向延伸。为了横截面减小的成形例如可以应用挤压、拉出或热等静压。
也优选的是一种变型方案，其中，在制造所述含有NbTi的结构之后，将所述含有NbTi的结构插入到套管、特别是Cu套管中。套管可以在完成的超导线材中用于电稳定或者在熄灭情况下用作备用电流路径，并且此外改进机械的拉伸特性。套管可以在横截面减小的成形之前或之后嵌入。
特别优选的是一种变型方案，其规定，逐层地通过选择性激光熔化或电子束熔化制造多个含有NbTi的结构、特别是至少六个含有NbTi的结构并且接着将其插入到半成品块的、特别是Cu半成品块的空隙部中。所述半成品块可以在完成的超导线材中用于电稳定或者在熄灭情况下用作备用电流路径，并且此外改进机械的拉伸特性。套管可以在横截面减小的成形之前或之后嵌入。在包块(Hüllblock)中可以使用多个(经常多于50个)含有NbTi的结构。
也优选的是一种变型方案，其中，将所述一个或多个第二区基本上均匀分布地设置在所述被照射区域中。由此，可以优化超导线材中的载流能力；避免横向流。
用于超导线材的半成品也落入本发明的范围内，其中，所述半成品具有至少一个含有NbTi的结构，所述含有NbTi的结构按照上述按照本发明的方法制造。利用所述半成品可以制造具有大载流能力的超导线材，在所述半成品中可以以简单的方式引入扎钉中心。
本发明的其他优点由说明和附图得出。同样地，上面提及的和还进一步实施的特征按照本发明可以分别单独或多个以任意组合地使用。所示出的和所描述的实施方式不应理解为最后的列举，而相反具有用于描绘本发明的示例性特征。
附图说明
本发明在附图中示出并且借助实施例详细阐述。未按比例的示图示出：
图1示出一种用于按照本发明借助对粉末的选择性激光熔化来制造用于超导线材的半成品的含有NbTi的结构的设备的示意性视图；
图2根据一种按照本发明的方法变型方案示出一个含有NbTi的结构的一个要制造的层的俯视图，其中，标记射束命中点的路径和第一区和第二区；
图3根据一种按照本发明的方法变型方案示出一个正处于制造中的层的示意性横剖图；
图4示出利用按照本发明的方法制造的一个含有NbTi的结构的示意性视图，此时，制造方向沿着纵向方向；
图5示出利用按照本发明的方法制造的另一个含有NbTi的结构的示意性视图，此时，制造方向垂直于纵向方向；
图6在一个按照本发明的方法变型方案的范围内示出一个含有NbTi的结构向套管中的引入的示意图；
图7在一个按照本发明的方法变型方案的范围内示出六个含有NbTi的结构向半成品块中的引入的示意图；
图8在一个按照本发明的方法变型方案的范围内示出一个半成品的横截面减小的示意图；
图9示出一种用于按照本发明借助对粉末的选择性电子束熔化来制造用于超导线材的半成品的含有NbTi的结构的设备的示意性视图。
具体实施方式
图1在示意性的部分剖切的视图中示出一种用于按照本发明借助于选择性激光熔化逐层地制造用于超导线材的半成品的含有NbTi的结构2的设备1。
设备1具有构造平台3，所述构造平台在引导装置4中可竖直移动。在构造平台3上设置有部分制造的含有NbTi的结构2，其中，已经制造一些层5。
此外，设置有具有粉末(粉末状材料)6的储备容器9，其中，粉末底部7在引导装置8中可竖直移动。通过粉末底部7的向上运动，小量粉末状材料6到达设备底部10的水平之上，从而该粉末状材料6可以通过可水平移动的滑动件11带到构造平台3。在示出的示例中，粉末状材料6是包括钛元素和铌元素的混合物。
此外，设置有激光器12，所述激光器的激光束13可以通过可旋转和/或可移动的镜系统14指向构造平台3的整个面。
激光器12(优选还有其功率)、镜系统14、滑动件11、构造平台3和粉末底部7可以通过电子的控制装置15自动操控。在控制中，包含关于要制造的含有NbTi的结构2的CAD数据。
为了制造含有NbTi的结构2的一个新的处于上面的层5a，使构造平台3下降一个层厚(通常大约25μm至100μm)，使粉末底部7稍微向上移动，并且利用滑动件11将粉末状材料6填补到构造平台3和部分制造的含有NbTi的结构2上直至设备底部10的水平并且将其弄平。之后，激光束13或其命中点扫过设置在该层5a中的区域(被照射区域)20。在那里，粉末状材料6熔化和凝固。通常至少在处于上面的层5a周围存在保护气体氛围(例如氮气或氩气或真空)，以便避免在热的或者说熔化的材料上的氧化过程。在未被照射区域16中，粉末状材料6保持松散。
图9示出一种用于借助选择性激光熔化逐层地制造用于超导线材的半成品的含有NbTi的结构2的备选设备1。该设备1很大程度上对应于图1中的设备，从而在这里仅阐述主要区别。
借助于电子枪12a产生电子束13a，所述电子束借助于透镜系统14a转向。电子束13a扫描构造平台3上的设置在粉末6的处于上面的层5a中的区域。为此，电子枪12a(优选还有其功率)和透镜系统14a由控制装置15对应地自动操控。通过电子束13a中的电子的能量，粉末6在被照射区域20中熔化和凝固。电子束13a在真空下传播。
图2示出引导装置4中的粉末状材料6的处于上面的层5a的俯视图。在示出的示例中，为了材料离析、也就是说粉末状材料6的凝固，设置有圆盘形的被照射区域20；环形的、处于外面的区域16不由激光器或电子枪照射。
被照射区域20这样由用于激光束或电子束的命中点的轨迹曲线21覆盖/驶过，使得整个区域20在射束的作用之后凝固。在这里，射束在激光熔化加工或电子熔化加工中跟随轨迹曲线21(为此也参考箭头方向)。
按照本发明，在此规定在轨迹曲线21上可变的激光熔化加工或电子熔化加工。轨迹曲线21的最大部分在这里落到第一区23，并且轨迹曲线21的小部分在这里落到七个第二区24(以虚线的边缘标记)。在虚线的第二区24中应建立有用于通量线的扎钉中心。为此，激光加工或电子束加工的至少一个参数在第一区23中与第二区24相比改变。由此，凝固的材料在第一区23中获得不同于在第二区24中的特性。
在图解说明的示例中规定，使射束或其命中点在第一区23内部以恒定的第一推进速度v1在轨迹曲线21上前进，并且在第二区24中以恒定的第二推进速度v2前进。在此，第二推进速度v2明显小于第一推进速度v1，例如其中v2≤1/3*v1。
图3在示意性横剖图中图解说明激光束13或电子束13a在轨迹曲线21的部分区段上的前进(其在图3中从左向右延伸)。激光束13或电子束13a在其命中点25的周围环境中由最上面的层5a中的局部的粉末状材料6产生熔池26；必要时在此处于其下面的(已经制造的凝固的)层5b也还可以稍微熔化。在此，在熔池26的前沿27处粉末状材料6熔化，并且在熔池26的后沿28处熔池26凝结为凝固的材料。
在较高推进速度(在第一区23中v1)时，熔池26的温度比在低推进速度(在第二区24中v2)时小。这是因为，(假定不变的辐射功率)在较低的推进速度时每单位量要熔化的材料提供更多能量。在较高的熔池温度时，产生熔池组成部分的增强的蒸发，与相应的组成部分(特别是其沸点)有关。在液态的Nb和液态的Ti的混合物中，Ti比Nb强地蒸发，因为Ti具有比Nb低得多的沸点或蒸汽压力。在低温度(在第一区23中)时蒸发过程总体上非常微不足道并且因此不重要，而在较高温度(在第二区24中)时很大量的Ti可以蒸发，而同时仅较少的Nb蒸发。因此，在熔池26中在较高温度(在第二区24中)时，Ti则显而易见地降低。此外出现，通过第二区24中的较慢的推进速度，熔池26在轨迹曲线21上的某一点上的停留时间相对于第一区23延长，这同样有利于较容易挥发的Ti的降低。
因此，在第一区23和第二区24中产生不同的相的构成。特别是在第二区24中，非超导的相、如Nb和/或Nb60重量％Ti40重量％相(＝Nb44原子％Ti56原子％相)用于构成第二区中的人工扎钉中心。由此，改进含有NbTi的结构中的超导的载流能力。
要注意，备选或附加于激光束或电子束的减慢的推进速度，第二区中的辐射功率例如也可以提高，或者在第二区中也可以使用另一个射束源或同时使用一个第二射束源，或者射束的调焦可以收缩，这同样导致第二区24中的较高的熔池温度。
图4示出用于半成品的一个示例性的含有NbTi的结构2，其利用按照本发明的方法制造。
含有NbTi的结构2在这里基本上是圆柱形的形状，其具有沿纵向方向的长度L(在图4中从上向下)和垂直于纵向方向的直径D。含有NbTi的结构2具有由超导的NbTi构成的基质30(对应于第一区)和在这里七个包含部(Einschluss)31(对应于第二区)，在所述包含部中包含一个或多个非超导的相。包含部31在含有NbTi的结构2的超导的状态中作为用于通量线的扎钉中心起作用。在这里，包含部31棒形地构造并且沿直线方向穿过含有NbTi的结构2的整个长度L。在含有NbTi的结构2的横截面中，包含部31大致均匀地分布，在这里分布在六角形的栅格上。
在这里，长度L大约是直径D的3倍。在这里，包含部31具有横向于纵向方向的最大延展尺寸MA(直径)，其小于含有NbTi的结构2的直径D的1/10。因此，MA≤1/30*L也适用。
含有NbTi的结构2沿着纵向方向地制造，从而层5沿纵向方向相继，参见图4中的放大的局部图。为了构造棒形的包含部31，相应的第二区在相继的层5中重叠地设置；每个棒形的包含部31因此可以作为连续的空间结构32由第二区包围。含有NbTi的结构2可以利用相对而言小的设备(参考图1或图9)制造。
图5示出用于半成品的另一个示例性的含有NbTi的结构2，其利用按照本发明的方法制造。
含有NbTi的结构2在这里同样基本上是圆柱形的形状，其具有沿纵向方向(在图5中从左向右)的长度L和垂直于纵向方向的直径D。含有NbTi的结构2具有由超导的NbTi构成的基质30(对应于第一区)和多个包含部31(对应于第二区)，在所述包含部中包含一个或多个非超导的相。包含31在含有NbTi的结构2的超导的状态中作为用于通量线的扎钉中心起作用。在这里，包含部31大致球形地构造并且分布地设置在含有NbTi的结构2中。在此，避免相继的层5中的不同的包含部31的重叠，为此，也参考图5中的放大的局部图。
在这里，长度L大于直径D的3倍。在这里，包含部31具有横向于纵向方向的最大延展尺寸MA(直径)，其小于含有NbTi的结构2的直径D的1/10。因此，MA≤1/30*L也适用。
含有NbTi的结构2横向于纵向方向地制造，从而层5处于平行于纵向方向并且垂直于纵向方向地相继，参见图5中的放大的局部图。由此保证，相继的层5之间的可能的平面误差或非超导的面不妨碍沿纵向方向的超导电流。
图6在本发明的范围内示意性地图解说明含有NbTi的结构2向套管40中的插入，如其例如在图4中示出，以便制造半成品。同样可能的是，可将多个含有NbTi的半成品2插入到半成品块41中，如在图7中示意性示出的那样，以便制造半成品。但要说明，含有NbTi的结构2也可以仅为超导线材的半成品。
最后在图8中示出，在这里由套管40和含有NbTi的结构2构成的半成品50如何被挤压，由此，获得在横截面方面减小的半成品51。通过横截面减小和捆扎(必要时也多次)可以获得具有很多单独的超导丝的超导线材。
附图标记列表
1 设备
2 含有NbTi的结构
3 构造平台
4 引导装置
5 层
5a 最上面的层
5b 处于下面的层
6 粉末/粉末状材料
7 粉末底部
8 引导装置
9 储备容器
10 设备底部
11 滑动件
12 激光器(激光源)
12a 电子枪
13 激光束
13a 电子束
14 镜系统
14a 透镜系统
15 电子的控制装置
16 未被照射区域
20 被照射区域
21 轨迹曲线
23 第一区
24 第二区
25 命中点
26 熔池
27 前沿
28 后沿
30 基质
31 包含部
32 连续的空间结构
40 套管
41 半成品块
50 半成品
51 横截面减小的半成品
D 直径
L 长度
MA 最大延展尺寸
Claims (26)
1.用于制造用于超导线材的半成品(50；51)的方法，
其中，所述半成品(50；51)具有至少一个含有NbTi的结构(2)，
其特征在于，
逐层地通过对包含Nb和Ti的粉末(6)的选择性激光熔化或选择性电子束熔化制造所述含有NbTi的结构(2)，
并且在制造所述含有NbTi的结构(2)的至少一些层(5、5a、5b)时，在制造相应的层(5、5a、5b)的设置用于材料离析的被照射区域(20)期间，使选择性激光熔化或电子束熔化的一个或多个过程参数在所述被照射区域(20)的一个或多个第一区(23)中相对于所述被照射区域(20)的一个或多个第二区(24)变化。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有NbTi的结构(2)是含有NbTi的棒结构。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述一个或多个第二区(24)中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使Ti的含量相对于所述一个或多个第一区(23)降低。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述一个或多个第二区(24)中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使熔池(26)的最高温度相对于所述一个或多个第一区(23)提高。
5.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述一个或多个第二区(24)中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使熔池(26)的局部的停留时间相对于所述一个或多个第一区(23)提高。
6.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述一个或多个第二区(24)中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使辐射功率相对于所述一个或多个第一区(23)提高。
7.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述一个或多个第二区(24)中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使激光束(13)或电子束(13a)的命中点(25)的推进速度(v2)相对于所述一个或多个第一区(23)中的命中点(25)的推进速度(v1)降低。
8.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述一个或多个第二区(24)中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使激光束(13)或电子束(13a)的调焦相对于所述一个或多个第一区(23)改变。
9.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述一个或多个第一区(23)中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，使用第一激光源或电子枪，并且在所述一个或多个第二区(24)中进行选择性激光熔化或电子束熔化时，备选或附加于所述第一激光源或电子枪使用第二激光源或电子枪。
10.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使所述含有NbTi的结构(2)制造有沿纵向方向的长度L和垂直于纵向方向的最大直径D，其中，L≥3*D。
11.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使所述含有NbTi的结构(2)制造有沿纵向方向的长度L和垂直于纵向方向的最大直径D，其中，L≥4*D。
12.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使所述含有NbTi的结构(2)制造有沿纵向方向的长度L和垂直于纵向方向的最大直径D，其中，L≥5*D。
13.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述含有NbTi的结构(2)逐层地垂直于其纵向方向地制造。
14.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述含有NbTi的结构(2)逐层地沿其纵向方向地制造。
15.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述被照射区域(20)中的所述一个或多个第二区(24)分别具有5μm至1000μm之间的最大延展尺寸(MA)。
16.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在相继的层(5、5a、5b)中第二区(24)不重叠。
17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，在至少五个相继的层(5、5a、5b)中第二区(24)不重叠。
18.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，相继的层(5、5a、5b)的第二区(24)至少部分地重叠，从而在所述含有NbTi的结构(2)中构成第二区(24)的连续的空间结构(32)。
19.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使所述含有NbTi的结构(2)经受横截面减小的成形。
20.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在制造所述含有NbTi的结构(2)之后，将所述含有NbTi的结构插入到套管(40)中。
21.按照权利要求20所述的方法，其特征在于，所述套管(40)是Cu套管。
22.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，逐层地通过选择性激光熔化或电子束熔化制造多个含有NbTi的结构(2)并且接着将其插入到半成品块(41)的空隙部中。
23.按照权利要求22所述的方法，其特征在于，逐层地通过选择性激光熔化或电子束熔化制造至少六个含有NbTi的结构(2)。
24.按照权利要求22所述的方法，其特征在于，所述半成品块(41)是Cu半成品块。
25.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将所述一个或多个第二区(24)基本上均匀分布地设置在所述被照射区域(20)中。
26.用于超导线材的半成品(50；51)，其中，所述半成品(50；51)具有至少一个含有NbTi的结构(2)，所述含有NbTi的结构按照权利要求1至25中任一项所述的方法制造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017201039.8A DE102017201039A1 (de) | 2017-01-23 | 2017-01-23 | Verfahren zur Fertigung eines Halbzeugs für einen Supraleiterdraht |
| DE102017201039.8 | 2017-01-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108346492A CN108346492A (zh) | 2018-07-31 |
| CN108346492B true CN108346492B (zh) | 2020-02-14 |
Family
ID=60972037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810061243.4A Active CN108346492B (zh) | 2017-01-23 | 2018-01-23 | 用于制造用于超导线材的半成品的方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10622537B2 (zh) |
| EP (1) | EP3352235B1 (zh) |
| JP (1) | JP6826025B2 (zh) |
| CN (1) | CN108346492B (zh) |
| DE (1) | DE102017201039A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3828530A4 (en) | 2018-07-24 | 2022-03-16 | Hochiki Corporation | FIRE DETECTION DEVICE |
| TR201921955A2 (tr) * | 2019-12-27 | 2021-07-26 | Bahcesehir Ueniversitesi | Süperiletken şeritlerde kontrollü olarak çivileme merkezleri oluşturulması yöntemi. |
| CN111403105B (zh) * | 2019-12-30 | 2021-10-19 | 浙江百川导体技术股份有限公司 | 一种铜包钢合金线的制备方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1097418A (en) * | 1964-04-30 | 1968-01-03 | North American Aviation Inc | High magnetic field superconductor |
| GB1272656A (en) * | 1969-10-13 | 1972-05-03 | Central Electr Generat Board | Improvements in or relating to conductors for superconducting power transmission cables |
| JPS5524207A (en) | 1978-08-04 | 1980-02-21 | Kokka Kogyo Kk | Magnetic spring |
| US4746373A (en) | 1985-05-16 | 1988-05-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing compound superconductors |
| US5230748A (en) * | 1989-06-08 | 1993-07-27 | Composite Materials Technology, Inc. | Superconductor and process of manufacture |
| JPH03283478A (ja) * | 1990-03-30 | 1991-12-13 | Toshiba Corp | 紫外線パルスレーザー装置 |
| US5223348A (en) | 1991-05-20 | 1993-06-29 | Composite Materials Technology, Inc. | APC orientation superconductor and process of manufacture |
| JPH06275145A (ja) | 1993-03-18 | 1994-09-30 | Hitachi Ltd | ＮｂＴｉ超電導線及びその製造方法 |
| ATE466720T1 (de) | 2006-06-20 | 2010-05-15 | Univ Leuven Kath | Verfahren und vorrichtung zur in-situ-überwachung und rückkopplungssteuerung selektiver laserpulverbearbeitung |
| US9101979B2 (en) | 2011-10-31 | 2015-08-11 | California Institute Of Technology | Methods for fabricating gradient alloy articles with multi-functional properties |
| DE102012210770A1 (de) | 2012-06-25 | 2014-01-02 | Bruker Eas Gmbh | NbTi-Supraleiter mit in Umfangsrichtung verteilten Al-Blöcken zur Gewichtsreduzierung |
| DE202012102334U1 (de) | 2012-06-25 | 2012-07-17 | Bruker Eas Gmbh | NbTi-Supraleiter mit in Umfangsrichtung verteilten Al-Blöcken zur Gewichtsreduzierung |
| JP6247813B2 (ja) | 2012-08-08 | 2017-12-13 | 株式会社神戸製鋼所 | ＮｂＴｉ系超電導線材 |
| CN103617860B (zh) * | 2013-11-26 | 2016-06-01 | 中国科学院电工研究所 | 一种Nb3Al超导接头 |
| US9023765B1 (en) * | 2014-01-31 | 2015-05-05 | Jefferson Science Associates, Llc | Additive manufacturing method for SRF components of various geometries |
-
2017
- 2017-01-23 DE DE102017201039.8A patent/DE102017201039A1/de not_active Withdrawn
- 2017-12-21 JP JP2017245509A patent/JP6826025B2/ja active Active
-
2018
- 2018-01-11 EP EP18151152.8A patent/EP3352235B1/de active Active
- 2018-01-23 CN CN201810061243.4A patent/CN108346492B/zh active Active
- 2018-01-23 US US15/877,916 patent/US10622537B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102017201039A1 (de) | 2018-07-26 |
| EP3352235B1 (de) | 2019-05-01 |
| JP2018138692A (ja) | 2018-09-06 |
| JP6826025B2 (ja) | 2021-02-03 |
| US20180212135A1 (en) | 2018-07-26 |
| CN108346492A (zh) | 2018-07-31 |
| US10622537B2 (en) | 2020-04-14 |
| EP3352235A1 (de) | 2018-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108346492B (zh) | 用于制造用于超导线材的半成品的方法 | |
| US20210354242A1 (en) | Additive manufacturing utilizing metallic wire | |
| US11919070B2 (en) | Fabrication of metallic parts by additive manufacturing | |
| US20200156154A1 (en) | Process for manufacturing an aluminum alloy part | |
| CN103201059B (zh) | Cu-Cr材料的粉末冶金制造方法 | |
| KR20180117203A (ko) | 티타늄, 알루미늄, 바나듐, 및 철로 이루어진 bcc 재료, 및 이로 제조된 제품 | |
| DE1025631B (de) | Verfahren zur Raffination eines laenglichen Metallkoerpers nach dem Zonenschmelzverfahren | |
| CN108339980B (zh) | 用于制造至少两件式的结构的方法 | |
| CN106997811A (zh) | 一种电子束熔渗制备铜钨触头的方法 | |
| EP0296379A2 (de) | Verfahren zur Herstellung von draht- und/oder bandförmigen Supraleitern aus keramischer Sintermasse | |
| KR20170033921A (ko) | 동철합금 분말의 제조방법 및 이에 의해 제조된 동철합금 분말 | |
| JPS63264820A (ja) | 超伝導線の連続的製造方法 | |
| JP2590103B2 (ja) | 化合物超電導線の製造方法 | |
| EP3572539A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer nbti-legierung | |
| RU2559803C2 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПРОВОДА НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ Nb3Sn И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПРОВОДА НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ Nb3Sn | |
| RU2547814C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ Nb3Sn СВЕРХПРОВОДНИКА МЕТОДОМ ВНУТРЕННЕГО ИСТОЧНИКА ОЛОВА | |
| US20240009738A1 (en) | Method and apparatus for additive manufacturing of a workpiece | |
| WO1990001807A1 (de) | Supraleitendes kabel | |
| JPS63257125A (ja) | 超伝導線材およびその作製方法 | |
| MIKHAILOV et al. | THE INFLUENCE OF MELTING AND CRYSTALLIZATION TIMES ON THE STRUCTURE AND SUPERCONDUCTING PROPERTIES OF YBа2Cu3O7-£ | |
| JPH01132013A (ja) | 超伝導線材の製造方法 | |
| DE2339050A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines supraleiters mit einer aus wenigstens zwei elementen bestehenden supraleitenden intermetallischen verbindung |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |