CS231677B1 - A method of modifying the initial multi-fiber superconducting conductor blanks - Google Patents

A method of modifying the initial multi-fiber superconducting conductor blanks Download PDF

Info

Publication number
CS231677B1
CS231677B1 CS83310A CS31083A CS231677B1 CS 231677 B1 CS231677 B1 CS 231677B1 CS 83310 A CS83310 A CS 83310A CS 31083 A CS31083 A CS 31083A CS 231677 B1 CS231677 B1 CS 231677B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
niobium
conductor
superconducting
cross
bronze
Prior art date
Application number
CS83310A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CS31083A1 (en
Inventor
Vaclav Klabik
Ladislav Cesnak
Original Assignee
Vaclav Klabik
Ladislav Cesnak
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaclav Klabik, Ladislav Cesnak filed Critical Vaclav Klabik
Priority to CS83310A priority Critical patent/CS231677B1/en
Publication of CS31083A1 publication Critical patent/CS31083A1/en
Publication of CS231677B1 publication Critical patent/CS231677B1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

Vynález se týká způsobu úpravy výchozích polotovarů mnohovláknových supravodivých vodičů NbzSn určených k výrobě supravodivých magnetů s vysokými parametry, zejména pro oblast magnetických indukci nad 8 T. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se niobová trubka, jejíž tloušíka stěny činí 0,05 až 0,3 jejího průměru, vyplní cínovým bronzem nebo čistou mědi. Objemový podíl niobové trubky s výplní činí 20 až 50 % objemových průřezu matrice.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for the preparation of NbzSn multi-fiber superconducting conductors for producing high-performance superconducting magnets, in particular for magnetic induction areas above 8 T. 3 of its diameter, filled with tin bronze or pure copper. The volume fraction of the niobium tube with the filling is 20 to 50% by volume of the matrix.

Description

Vynález se týká způsobu úpravy výchozích polotovarů mnohovláknových supravodivých vodičů Nb^Sn určených k výrobě supravodivých magnetů s vysokými parametry, zejména pro oblast magnetických indukcí nad 8 T.The invention relates to a method of treating starting semi-finished products of multi-filament superconducting Nb^Sn conductors intended for the production of superconducting magnets with high parameters, especially for the range of magnetic inductions above 8 T.

Mnohovláknové supravodivé vodiče Nb^Sn jsou v současné době nejprogresivnějším typem supravodivých vodičů. Známý způsob jejich výroby tzv. bronzovou metodou spočívá v průtlačném lisování a postupném tažení soustavy niobových vláken, umístěných v základní matrici z cínového bronzu. Nejdůležitějším prvkem celé soustavy tvořícímvodič jsou právě niobová vlákna, která se po reaktivním difuzním žíhání stávají nositelem supravodivosti. Difúzí cínu z matrice z cínového bronzu se vytvoří na povrchu každého vlákna vrstva supravodivé fáze Nb^Sn.Multifilament superconducting conductors Nb^Sn are currently the most progressive type of superconducting conductors. The well-known method of their production, the so-called bronze method, consists in extrusion pressing and gradual drawing of a system of niobium fibers placed in a basic matrix of tin bronze. The most important element of the entire system forming the conductor are the niobium fibers, which after reactive diffusion annealing become the carrier of superconductivity. Diffusion of tin from the tin bronze matrix forms a layer of the superconducting phase Nb^Sn on the surface of each fiber.

Rozborem fyzikálně metalurgických podmínek difúze cínu do niobových vláken byly nalezeny optimální parametry pro vznik supravodivých vrstev Nb^Sn, za kterých se dosahuje maximálních hodnot kritického proudu celého vodiče. Ve vodičích, vykazujících tyto vysoké parametry, nedošlo difúzí cínu k přeměně niobového vlákna na fázi Nb^Sn v celém průřezu, vnitřní část vlákna však zůstala nezreagována a je tvořena původním niobem.By analyzing the physical-metallurgical conditions of tin diffusion into niobium fibers, optimal parameters for the formation of superconducting Nb^Sn layers were found, at which the maximum values of the critical current of the entire conductor are achieved. In conductors exhibiting these high parameters, tin diffusion did not transform the niobium fiber into the Nb^Sn phase throughout the entire cross-section, but the inner part of the fiber remained unreacted and is composed of the original niobium.

Pro vlastní techniku výroby a provozu supravodivých magnetů je nezbytné, aby každý supravodivý vodič, ze kterého se magnet na viji, byl tzv. stabilizován, tj. ve svém průřezu, a to na povrchu nebo v jádru a/nebo v několika pruzích nebo žilách, obsahoval nesupravodivý, ale v podmínkách provozu při 4,2 K vysoce vodivý kov - nejčastěji velmi čistou měň.For the actual technique of manufacturing and operating superconducting magnets, it is necessary that each superconducting conductor from which the magnet is wound is so-called stabilized, i.e. in its cross-section, on the surface or in the core and/or in several strips or veins, it contains a non-superconducting, but highly conductive metal under operating conditions at 4.2 K - most often very pure metal.

Z technologických důvodů je obvykle nutné vrstvu stabilizující |velmi čisté mědi umístit v matrici výchozího polotovaru již na začátku celého výrobního postupu, tj. před průtlačným lisováním. Protože by v průběhu technologického zpracování a zejménaFor technological reasons, it is usually necessary to place a stabilizing layer of |high-purity copper in the matrix of the initial semi-finished product at the beginning of the entire production process, i.e. before extrusion. Because during technological processing and especially

231 877231,877

- 2 při závěrečném difuzním žíhání nezbytně došlo k úplnému znehodnocení požadovaných vlastností stabilizační vrstvy mědi - difúzí cínu z bronzové matrice - odděluje se měcí od bronzové matrice tzvi, bariérou, tvořenou kovem účinně zabraňujícím difúzi cínu. Nejčastěji se k tomuto účelu používá tantal. Vnesení této bariéry do matrice výchozího polotovaru nejen přináší s sebou technologické problémy a komplikuje výrobní postup, ale navíc tato bariéra zabírá určitý podíl efektivního průřezu supravodivého vodiče.- 2 during the final diffusion annealing, the required properties of the copper stabilization layer inevitably become completely degraded - by the diffusion of tin from the bronze matrix - the copper is separated from the bronze matrix by a so-called barrier, formed by a metal that effectively prevents the diffusion of tin. Tantalum is most often used for this purpose. The introduction of this barrier into the matrix of the initial semi-finished product not only brings with it technological problems and complicates the production process, but in addition, this barrier occupies a certain proportion of the effective cross-section of the superconducting conductor.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob úpravy výchozích polotovarů mnohovláknových supravodivých vodičů Nb^Sn podle předmětného vynálezu, určený k výrobě supravodivých magnetů s vysokými parametry, zejména pro oblast magnetických indukci nad 8 T. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se niobová trubka, jejíž tlouštka stěny činí 0,05 až 0,3 jejího průměru, vyplní cínovým bronzem nebo čistou mědí. Objemový podíl všech niobových trubek s výplní činí 20 až 50 % objemových průřezu matrice.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the method of treating the initial semi-finished products of multi-filament superconducting conductors Nb^Sn according to the present invention, intended for the production of superconducting magnets with high parameters, especially for the area of magnetic induction above 8 T. The essence of the invention lies in the fact that a niobium tube, the wall thickness of which is 0.05 to 0.3 of its diameter, is filled with tin bronze or pure copper. The volume fraction of all niobium tubes with filling is 20 to 50% of the volume cross-section of the matrix.

Způsob podle vynálezu řeší komplet polotovaru stabilizovaného mnohovláknového supravodivého vodiče Nb^Sn, obsahujícího vedle základní matrice z cínového bronzu a niobových vláken i podíl stabilizační mědi tak, še výchozí niobové polotovary budou tvořeny trubkami, které budou mít současně funkci bariéry, oddělující od sebe obě další aložky, cínový bronz a mečí. Způsob je zaměřen na zvýšení průřezové efektivnosti supravodivého vodiče tedy k relátivnímu zvýšení kritické proudové hustoty, vztažené na celý průřez vodiče. Řešení vychází z fyzikálně metalurgických a technologických principů mnohovláknových supravodivých vodičů na bázi niob - cín,a to jak pro účel, kdy v konečném tvaru vlákno Nb^Sn obsahuje niobové jádro, tak i pro uspořádání, kdy supravodivý vodič je třeba stabilizovat vrstvou čisté mědi a tuto poté oddělit od základní matrice z cínového bronzu. Další výhodou podle vynálezu je, že vynecháním tantalové bariéry dosáhne se zlevnění a podstatného zjednodušení výrobního postupu.The method according to the invention solves the problem of a complete semi-finished product of a stabilized multi-filament superconducting conductor Nb^Sn, containing in addition to the basic matrix of tin bronze and niobium fibers also a proportion of stabilizing copper so that the initial niobium semi-finished products will be formed by tubes, which will simultaneously have the function of a barrier, separating the two other components, tin bronze and swords from each other. The method is aimed at increasing the cross-sectional efficiency of the superconducting conductor, i.e. to a relative increase in the critical current density, related to the entire cross-section of the conductor. The solution is based on the physical metallurgical and technological principles of multi-filament superconducting conductors based on niobium - tin, both for the purpose when the Nb^Sn fiber contains a niobium core in the final form, and for the arrangement when the superconducting conductor needs to be stabilized with a layer of pure copper and then separated from the basic matrix of tin bronze. Another advantage of the invention is that by omitting the tantalum barrier, the manufacturing process is reduced in cost and significantly simplified.

PříkladExample

Příkladem provedení podle předloženého vynálezu jsou typy mnohovláknových supravodivých vodičů Nb^Sn, uvedené se svými základními parametry v následující tabulce pod bodem B a C. Pro srovnání vlastností jsou zde uvedeny tři typy vodičů o stejném průměru 0,5 mm ve třech alternativních provedeních:An example of an embodiment according to the present invention are types of multi-filament superconducting Nb^Sn conductors, listed with their basic parameters in the following table under points B and C. For comparison of properties, three types of conductors with the same diameter of 0.5 mm in three alternative embodiments are presented here:

231 677231,677

A - klasická metoda stabilizace pomocí tantalové bariéry/A - classic stabilization method using a tantalum barrier/

B - metodou niobových trubek s bronzovým jádrem v měděné trubce/B - by the method of niobium tubes with a bronze core in a copper tube/

C - metodou niobových trubek s měděným jádrem v bronzové matriciC - by the method of niobium tubes with a copper core in a bronze matrix

Ve všech uvedených typech se předpokládá stejný průřezový poměr bronzu k niobu 2 : 1. V typech B a C se používá stejná tlouštka stěny niobové trubky 2 jam, což je polovina průměru vláken vodiče typu A.In all the types listed, the same cross-sectional ratio of bronze to niobium of 2:1 is assumed. In types B and C, the same wall thickness of the niobium tube of 2 yam is used, which is half the diameter of the fibers of the type A conductor.

Průměr Average Průměr Average Podíl Share složek components Typ^ Type^ jádra cores trubky pipes Počet Number v průřezu vodiče in the cross-section of the conductor vodiče conductors (Nb, Cu, (Nb, Cu, ( Nb ) ( Nb ) vláken fibers / % / / % / Cu-Sn) Cu-Sn) / /im / / /im / / /im / / /im / Ta That Cu Cu Cu-Sn Cu-Sn Nb Nb A . A . 4 4 -- -- 2821 2821 12 12 33,34 33.34 36,4 36.4 18,2 18.2 B B 17,8 17.8 21,8 21.8 351 351 ^a·» ^a·» 33,34 33.34 44,4 44.4 22,2 22.2 C C 5 5 9 9 1295 1295 13 13 58 58 29 29 uvedeného podílu of the said share složek v components in průřezu.vodiče cross-section.of.the.conductor vyplývá, it follows, že vodič that the conductor typu type

B lze vyrobit se stejným podílem mědi k celkovému průřezu vodiče jako u typu A. Ušetřený podíl plochy průřezu na tantalovou bariéru se využije na zvýšení podílu niobu a příslušného podílu bronzu v průřezu vodiče. Mírně zvýšená pracnost tohoto typu vodiče je vyvážena tím, že počet vláken ve vodiči může být nižší při vyšším a efektivněji proreagóvaném průřezu niobu. Měděná matrice vodiče typu B je v bezprostředním styku s vlákny; to zvyšuje účinek dynamické stabilizace a lépe chrání vodič při přechodu do normálního stavu. Vodič typu B je proto výhodný pro stavbu stejnosměrných supravodivých magnetů pro silná pole.B can be produced with the same proportion of copper to the total cross-section of the conductor as in type A. The saved proportion of cross-sectional area for the tantalum barrier is used to increase the proportion of niobium and the corresponding proportion of bronze in the cross-section of the conductor. The slightly increased labor intensity of this type of conductor is balanced by the fact that the number of fibers in the conductor can be lower with a higher and more effectively reacted niobium cross-section. The copper matrix of the type B conductor is in direct contact with the fibers; this increases the effect of dynamic stabilization and better protects the conductor during the transition to the normal state. The type B conductor is therefore advantageous for the construction of DC superconducting magnets for strong fields.

Ve vodiči typu C je možné podstatně snížit poměr průřezu mědi k celkovému průřezu vodiče až na krajní mez nezbytnou k ochraně vodiče při přechodu d,o normálního stavu. Získaný průřez se opět využije na zvýšení podílu niobu a úměrného podílu bronzu v průřezu vodiče. Při tom je možné dosáhnout tenká vlákna proto, aby se omezily ztráty při pomalých, časově proměnných dějích. Bronzová matrice svým poměrně vysokým měrným odporem současně potlačuje vířivé proudy. Vodič typu C je výhodný na stavbu supravodivých magnetů s časově proměnný silným magnetickým polem.In a type C conductor, it is possible to significantly reduce the ratio of the copper cross-section to the total cross-section of the conductor to the extreme limit necessary to protect the conductor during the transition from the normal state. The obtained cross-section is again used to increase the proportion of niobium and the proportional proportion of bronze in the cross-section of the conductor. In this case, it is possible to achieve thin fibers in order to reduce losses during slow, time-varying processes. The bronze matrix, with its relatively high resistivity, simultaneously suppresses eddy currents. A type C conductor is advantageous for the construction of superconducting magnets with a time-varying strong magnetic field.

Zvýšený průřez niobu a po proreagování vytvořená supravodivá fáze Nb^Sn znamená ve vodičích typu 3 a C vyšší kritický proud/ a tím i vyšší střední kritickou proudovou hustotu, než je možnéThe increased cross-section of niobium and the superconducting Nb^Sn phase formed after the reaction mean a higher critical current/ and thus a higher average critical current density in type 3 and C conductors than is possible

231 877231,877

- 4 dosáhnout ve vodičích typu A klasického provedení s tantalovou bariérou.- 4 to achieve in type A conductors of the classic design with a tantalum barrier.

Vodiče typu B i C je možné zkrucovat, podobně jako se zkracují Nb^Sn mnohovláknové supravodičové vodiče v klasickém provedení, aby se omezily vířivé proudy, indukované cizími, časově proměnnými poli.Both type B and C conductors can be twisted, similar to how Nb^Sn multi-strand superconducting conductors in the classical design are shortened, to limit eddy currents induced by extraneous, time-varying fields.

Tlouštka stěny niobových trubek nemůže být příliš snížena, aby při závěrečné operaci - reaktivním difuzním žíhání - vytvořená supravodivá vrstva Nb^Sn dosáhla potřebného rozměru a rovněž, aby nedošlo k difúzi cínu touto stěnou do mědi; je zřejmé, že podíl složky, která bude umístěna do trubky, je omezen.The wall thickness of the niobium tubes cannot be reduced too much so that the superconducting Nb^Sn layer formed during the final operation - reactive diffusion annealing - reaches the required size and also so that tin does not diffuse through this wall into the copper; it is obvious that the proportion of the component that will be placed in the tube is limited.

Lze proto podle požadovaného podílu stabilizační mědi v průřezu celého supravodivého vodiče volit dvě varianty: v případě požadavku na nižší podíl stabilizační mědi se tato umístí jako jádro do niobových trubek, zbývající matrice je tvořena cínovým bronzem; v opačném případě se niobové trubky vyplní cínovým bronzem a čistá měá tvoří základní matrici, do které se umístí niobové trubky. K dosažení efektivního průřezu výsledné supravodivé vrstvy Nb^Sn vůči základní matrici i vzhledem k technologickým a fyzikálně metalurgickým podmínkám výrobního postupu, činí tloušt ka použitých niobových trubek 0,05 až 0,3 jejich průměru a podíl těchto polotovarů (trubek vyplněných uvnitř bronzem nebo mědí) činí 20 % až 50 % celkového průřezu matrice.Therefore, depending on the required proportion of stabilizing copper in the cross-section of the entire superconducting conductor, two variants can be chosen: in the case of a requirement for a lower proportion of stabilizing copper, this is placed as a core in niobium tubes, the remaining matrix is formed by tin bronze; otherwise, the niobium tubes are filled with tin bronze and the pure copper forms the basic matrix into which the niobium tubes are placed. To achieve the effective cross-section of the resulting superconducting layer Nb^Sn relative to the basic matrix and with regard to the technological and physical metallurgical conditions of the production process, the thickness of the niobium tubes used is 0.05 to 0.3 of their diameter and the proportion of these semi-finished products (tubes filled with bronze or copper inside) is 20% to 50% of the total cross-section of the matrix.

Pro výrobu vodičů určených pro stejnosměrné supravodivé magnety se použijí výchozí polotovary - niobové trubky, vyplněné cínovým bronzem.For the production of conductors intended for DC superconducting magnets, starting semi-finished products are used - niobium tubes filled with tin bronze.

Pro účely výroby vodičů určených pro supravodivé magnety s časově proměnnými poli se s výhodou použijí výchozí polotovary - niobové trubky, vyplněné mědí.For the purpose of producing conductors intended for superconducting magnets with time-varying fields, starting semi-finished products - niobium tubes filled with copper - are preferably used.

Claims (1)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION 231 677231 677 - Způsob úpravy výchozích polotovarů mnohovláknových supravodivých vodičů niob - cín zhotovených z cínového bronzu, niobu a čisté mědi průtlačným lisováním,vyznačený tím, že se niobová trub ka, jejíž tlouětka stěny činí 0,05 až 0,3jejího průměru,vyplní cínovým bronzem nebo čistou mědí, přičemž objemový podíl průřezu všech niobových trubek s výplní činí 20 až 50 % objemových průřezu matrice.- Method for treating precursors of niobium tin multi-stranded superconducting conductors made of tin bronze, niobium and pure copper by extrusion, characterized in that the niobium tube, the wall thickness of which is 0.05 to 0.3 mm in diameter, is filled with tin bronze or pure copper, the cross-sectional volume of all filler niobium pipes being 20 to 50% by volume of the matrix cross-section.
CS83310A 1983-01-18 1983-01-18 A method of modifying the initial multi-fiber superconducting conductor blanks CS231677B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS83310A CS231677B1 (en) 1983-01-18 1983-01-18 A method of modifying the initial multi-fiber superconducting conductor blanks

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS83310A CS231677B1 (en) 1983-01-18 1983-01-18 A method of modifying the initial multi-fiber superconducting conductor blanks

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS31083A1 CS31083A1 (en) 1984-04-16
CS231677B1 true CS231677B1 (en) 1984-12-14

Family

ID=5334986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS83310A CS231677B1 (en) 1983-01-18 1983-01-18 A method of modifying the initial multi-fiber superconducting conductor blanks

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS231677B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CS31083A1 (en) 1984-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3366728A (en) Superconductor wires
US3731374A (en) Method of fabricating a hard intermetallic superconductor by means of diffusion
EP0525224A1 (en) Process for producing fine and ultrafine filament superconductor wire
KR20060135824A (en) How to increase the critical density of NX3SN superconducting wire
KR102715216B1 (en) Method for manufacturing multifilament Nb₃Sn superconducting wire
US3730967A (en) Cryogenic system including hybrid superconductors
US4791241A (en) Stabilized superconducting wire
US4224735A (en) Method of production multifilamentary intermetallic superconductors
US5127149A (en) Method of production for multifilament niobium-tin superconductors
US4367102A (en) Method for the manufacture of a superconductor containing an intermetallic compounds
CS231677B1 (en) A method of modifying the initial multi-fiber superconducting conductor blanks
Koike et al. Fabrication of multifilament Nb3Sn conductors
US4153986A (en) Method for producing composite superconductors
US3835242A (en) Multi-filament composite superconductor with transposition of filaments
US3996662A (en) Method for the manufacture of a superconductor having an intermetallic two element compound
Lee et al. Advances in superconducting strands for accelerator magnet application
RU2088993C1 (en) Method of production of multiple-fiber alloyed super- conductor based on intermetallic compound nb*003sn
Miyazaki et al. Development of bronze-processed Nb3Sn superconductors for 1GHz NMR magnets
Inoue et al. Development of high strength aluminum-stabilized superconductor for the SDC detector
JP3059570B2 (en) Superconducting wire and its manufacturing method
Pyon et al. Some effects of matrix additions to internal tin processed multifilamentary Nb/sub 3/Sn superconductors
JPH02260328A (en) Compound superconductor and manufacture thereof
Gregory et al. Niobium Tin conductors for high energy physics, fusion, MRI and NMR applications made by different techniques
JPH04341710A (en) Superconducting wire manufacturing method
KR20250094520A (en) Precursor used for manufacturing superconductive wire and superconductive wire using the same