CS224442B1 - Způsob výroby polotovarů z cínových bronzů pro výrobu mnohovláknových supravodivých vodičů Nb3Sn - Google Patents

Description

Vynález řeší způsob výroby polotovarů z cínových bronzů pro výrobu mnohovláknových supravodivých vodičů Nb₃Sn. Jedna z obecně známých metod výroby mnohovláknových supravodivých vodičů na bázi intermetalické fáze Nb₃Sn spočívá v postupu, kdy do otvorů v bronzovém čepu se umístí míobové žíly a z tohoto celku se postupně mechanickým tvářením — lisováním, zdražováním a tažením vyrobí dráty, obsahující v bronzové matrici až několik tisíc niobových vláken o průměru několik μιη. Potom se žíháním vytváří na niobových vláknech difúzí cínu z bronzové matrice vrstva vlastní supravodivé fáze Nb₃Sn. Základním předpokladem tohoto postupu jsou dobré plastické vlastnosti bronzové matrice i niobových žil, neboť oba tyto materiály jsou v průběhu mechanického zpracování podrobeny celkové deformaci více jak 99,999 %.

Vysoká tvářitelnost niobu je zabezpečena tím, že se použije velmi čistý kov připravený tavením v elektronové peci. Na bronz jako matricový materiál jsou kladeny v podstatě protichůdné požadavky. Vedle vysoké plasticity má mít relativně značný obsah cínu, aby se zajistila efektivní tvorba fáze Nb₃Sn při difúzním žíhání. Obecně se však se stoupajícím obsahem cínu plastické vlastnosti cínových bronzů snižují a zvyšuje se jejich tvrdost a křehkost .(například podle ČSN 42 3018 224442 se za maximální obsah cínu v cínových bronzech pro tváření udává 9 % hmot.) Za minimální obsah cínu v bronzech na výrobu mnohovláknových supravodivých vodičů Nb₃Sn se však považuje obsah 10 % hmotnostních. Čím vyšší je obsah cínu, tím může bronzová matrice obsahovať vyšší relativní podíl niobových vláken; s tím přímo souvisí možnost dosáhnout při témže průměru vodiče vyšší kritický proud, který je nejdůležitějším parametrem každého supravodivého vodiče. Zvýšení obsahu cínu přináší podstatné zvýšení technologických potíží v procesu výroby, jako je praskání polotovarů při lisování a tažení, nutnost častějšího žíhání k odstranění zpevnění apod.

Uvedené nedostatky řeší způsob výroby polotovarů z cínových bronzů pro výrobu mnohovláknových supravodivých vodičů Nb₃Sn podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že výchozí surovina o čistotě nejméně 99,9 % se přetaví metodou tavné elektrody ve vakuové obloukové peci a nechá se ztuhnout v intenzívně chlazeném krystalizátoru s grafitovou vložkou ve tvaru dutého válce. Slitinu lze dále deformovat výtlačným lisováním při teplotě 600 až 750 °C, popř. ji dále žíhat v oblasti teplot 650 až 780 °C po dobu 5 až 50 hodin.

Způsobem podle vynálezu připravené polotovary z cínových bronzů jako materiály matrice supravodivých vodičů s vlákny Nb₃Sn, mají i při relativně vysokém obsahu cínu, tj. 10 až 15 % hmot., velmi dobré plastické vlastnosti. Základním í technologickým požadavkem pro přípravu těchto bronzů je vysoká čistota základní slitiny zajištěná speciálním výběrem výchozích surovin a způsob tavby určitou metodou vakuové metalurgie, zabezpečující minimalizaci obsahu plynů i dalších nečistot a příznivě ovlivňující krystalickou strukturu výsledného slitku. Z výchozích surovin (měd a cín nebo předem jinou metodou připravená slitina o daném složení) minimální čistoty 99,9 % se zhotoví tavné elektrody, které se přetaví ve vaku' ové obloukové peci. Slitek přitom tuhne postupně I ode dna ve speciálně upraveném kovovém, vodou ' chlazeném krystalizátoru s grafitovou vložkou ' tvaru dutého válce, vyrobenou z materiálu, který , ve srovnání s materiálem krystalizátoru má řádově J nižší tepelnou a elektrickou vodivost, avšak je zcela odolný vůči tavenině, např. hutný grafit. Tímto , Opatřením se dosáhne vhodného průběhu tavícího oblouku i tepelného toku v tuhnoucím kovu, takže struktura výsledného slitku, bez pórů a segregací, je tvořena jemnými krystality orientovanými souběžně s osou krystalizátoru tedy s osou válcového slitku — ingotu i s hlavním směrem následujícího tváření.

Claims (3)

1. Způsob výroby polotovarů z cínových bronzů pro výrobu mnohovláknových supravodivých vodičů Nb₃Sn, s obsahem cínu 12 až 15 % hmotnostních, vyznačený tím, že výchozí surovina o čistotě nejméně 99,9 % se přetaví metodou tavné elektrody ve vakuové obloukové peci a nechá ztuhnout v intenzívně chlazeném krystalizátoru s grafitovou, vložkou ve tvaru dutého válce.

ί Příklad 1 | Příprava polotovaru ze slitiny CuSn 12 (12 % i hmot. cínu). Výchozí tavná elektrody byla vyrobena z válcového čepu z elektrovodné mědi E Cu j 99,95 a cínu čistoty 99,99 %. Elektroda má průměr 75 mm a délku 600 mm. Cín jé umístěn do potřebného počtu otvorů o průměru 15 mm, vyvrtaných kolmo k ose čepu a uzavřených mědě- ; nými zátkami. Otvory jsou rozmístěny rovnoměrně po délce celého čepu. Tavba ve válcové obloukové peci byla uskutečněna proudem 2, 2 kA při napětí na oblouku 28 V. Intenzívně vodou chlazený krystalizátor o průměru 150 mm byl opatřen grafitovou vložkou o vnitřním průměru 120 mm. Výsledný ingot o průměru 116 mm a délce 250 mm ©yl dále zpracován výtlačným lisováním při teplotě 700 °C deformací 90 %.

Příklad 2

Příprava polotovaru ze slitiny CuSn 14 (14 % hmot. cínu). Výchozí tavná elektroda byla vyrobena natavením výchozích surovin o požadované čistotě v indukční peci pod ochrannou atmosférou a odlita do kovové kokily na válcové čepy o 0 75 mm. Tavba byla provedena za stejných podmínek jako v příkladu ě. 1. Natavený ingot byl před dalším tvářením difúzně žíhán 20 hodin při teplotě 750 °C.

VYNÁLEZU

2. Způsob výroby polotovarů z cínových bronzů i podle bodu 1, vyznačený tím, že se slitina žíhá v oblasti teplot 650 až 780 °C po dobu 5 až 50 hodin. ,

3. Způsob výroby polotovarů podle bodu 1 a 2, vyznačený tím, že slitina se deformuje výtlačným lisováním při teplotě 600 až 750 °C.