CS233473B1 - Spósob zvýšenia parametrov supravodičov z intermetalickej zlúčéniny Nb,Sn - Google Patents

Abstract

Očejom vynélezu je zvýílť hrůbku vrstvy NbjSn e kritický prúd difúznych Nb^Sn supravodičov. Uvedeného účelu sa dosiahne tým, povrchovo- .oxidované podložka zo zliatiny niobu a zirkonia sa po disocisčnom žíhaní podrobí tepelnému spracovaniu, počas ktorého sa vo vrstvě podložky presýtenej kyslíkom vytvára, velké množstvo nových častíc suboxidu niobu Nb^O. Tieto částice vytvárajú nové vysokodifúzne dráhy, umožňujúce rýchléjžiu difúziu cínu do podložky a tým aj tvorbu hrubžích vrstiev Nb,Sn. Takto připravené a cínom alebo zliatinou cínu pokovená pódložke sa potom podrobí difúznemu žíhanlu.

Description

233473 2

Vynález sa týká spOsobu zvýienla parametrov supravodičov z intermetallckej zlúčeninyNb-jSn, připravovaných metodou difúzie z kvapalnej fázy a určených hlavně na použitie v supra-*vodivých kábloch.

Jeden zo spOsobov výroby difúznych Nb^Sn supravodičov s vysokými kritickými prúdmia prúdovými hustotami je založený na difúzi! cínu z kvapálnej fázy do podložky zo zliatlnyniobu a zirkónia, ktorej povrchová vrstva je presýtená kyslíkom. Uvedený spOsob výrobyzahrnuje následovně technologické operácie: povrchová oxidécla, dlsociačné žíhanle, poko·*venie podložky cínom alebo zliatinou cínu a následné difúzne žíhanle. Přitom dlsociaSnéžíhanle a pokovenie je možné uskutočnit oddelene alebo spojit' do jednej operácie. Privhodné zvolených parametrech procesov povrchovej oxidácle a disociačného žíhania vznikána povrchu podložky vrstva nióbovej matrice presýtená kyslíkom, ktorá má pozitivny vplyvna tvorbu NbjSn a spolu s částicemi kysličníku zirkoničitého ZrOg zabezpečuje dosiahnutievysokého kritického prúdu supravodiče. U takto připravených supravodičov dosahuje vrstva

Nb,Sn v závislosti od podmienok dlfúzneho žíhania hrůbku 1,5 až 5 um a kritickú prúdovú*10-2 hustotu do 2.10 A.m v kolmom magnetickom poli B 5 T pri teplote 4,2 K, čo u supra-vodivej Nb^Sn pásky Sirokej 10 mm představuje v romských podmienkách kritický prúd 600 Aaž 1 400 A.

Uvedený spOsob výroby Nb^Sn supravodičov má z hPadiska požiadaviek, ktoré sú kladenéna supravodiče určené pre aplikáciu v supravodivých kábloch závažný nedostatok v tom, žev takto připravených supravodlčoch dochádza k vysokým'střetám prenáéanej elektrickéj energiev dfisledku drsného povrchu vrstvy Nb,Sn. Tieto straty u supravodivých pások dosahujú hodnoty

A J 0,1 až 1 W na 1 m plochy supravodiče pri transportnom prúde 50 A na 1 mm Sirky supravodivejpásky. Pri zohlednění geometrie supravodiče a závislosti strát na teplote vychádsa, že přitransportnom prúde 50 A/1 mm by straty v Nb^Sn páskech určených pre supravodivý kábel nemalibyt vačSie sko 0,-1 W/1 m2 pri teplote 4,2 K. Vzhladom na to, že velkost strát je okrem obje-mového pinningu fluxoidov silné závislá aj na stave povrchu Nb^Sn, j* možné straty výrazné zní-žit odstránením drahého a pórovitého povrchu vrstvy NbjSn. Exlatujú tri možnosti sko vyhladilpovrch Nb^Sn: chemickým oleptáním, elektrolytickým alebo mechanlokým lsitením, priSómk zní-ženiu strát o 1 až 2 rády na hodnoty menSie ako cca 0,05 V/m2 pri transportnom prúde 50 A/mma"”teplote 4,2 K je potřebné odstrániť povrchovú vrstvu Nb^Sn o hrúbke minimálně 1 až 2 <ua.

Pri hrúbke vrstvy Nb^Sn 1,5 až 5 /um však odstránenie povrchového sloja o hrúbke 1 až 2/izmá za následok výrazné zníženie hodnoty kritického prúdu a uvedená hrúbka Nb^Sn neposkytujezáruku, že v dfisledku náhddných fluktuácií parametrov procesu vyhladzovania nsdOjde k lo-kélnemu preruienlu vrstvy Nb^Sn.

Spomínané problémy, ktoré vznikajú pri vyhladzovaní povrchu Nb^Sn, je možné odstránlfzvačSením hrůbky vrstvy Nb^Sn pri súčasnom zachovaní jej kritickej prúdovej hustoty.Experimentálně sa zlatilo, že pre rčzne teploty je hrúbka vrstvy Nb^Sn úměrná t*, kde t jedoba difúzie a exponent m charakterizuje podmlenky přípravy Nb^Sn. Keáže pri difúzli cínuz kvapalnej fázy bývá m menSie ako 0,5, je neefektívne v podmienkách kontinuálněj výrobyNbjSn supravodičov zvačSovať hrůbku vrstvy Nb^Sn prostým predlžovaním doby dlfúzneho ží-hania. Podstatné vačSí přínos je možné očekávat od změny exponente m, t.j. od ovplyneniapodmienok přípravy vrstvy Nb^Sn.

Uvedenú problematiku rieéi navrhovaný spOsob zvýienla parametrov Nb^Sn supravodičov,ktorý umožňuje pri rovnakýeh podmienkách dlfúzneho žíhania vytvářet vrstvu Nb^Sn o váčlejhrúbke. Podstata vynálezu spočívá v tom, že podložka zo zliatlny niobu a zirkónia, ktorejpovrchová vrstva je presýtená kyslíkom, sa v intervale medzi technologickými operáciami diso-ciačného a dlfúzneho žíhania podrobí tepelnému spracovanlu vo vákuu alebo i inertnej atmosfé-ře, počas ktorého sa vo vrstvě podložky presýtenej kyslíkom vytvárajú částice suboxidu niobuNb^O. Pomocou selekčnej elektrónovej difrakcie a elektronového rastrovacieho mikroskopu sa zlstilo, že suboxid Nb.O má kubickú mriežku s parametrem a » 0,69 nm a plošná hustota’ 4 7 2 jeho častíc, ktoré majú pri «ser 0,1 až 0,4 jum, dosahuje hodnoty 10' častíc na 1 mm .

KeSže difúzie po hraniciaeh zrn a fáz vyžaduje podstatné nižiiu aktlvačnú energiu jako di-fúzia objemové, vytvárajú tieto částice nové vysokodifúzne dráhy, v dOsledku čoho sa vytvá-

Claims (1)

1. 3 233473 rajú hrubSie vrstvy Nb^Sn a supravodič má vySSí kritický prúd. Ak sa disociaSná žíhanie a pokovenie uskutočňujú oddálená, je možná uvedená tepelná spracovanie urobit před alebo po pokovení. V případe, že disociaSná žíhanie a pokovenie sa realizuji! v jednej technologickej operácii, robi sa tepelná spracovanie po tejto Operácii. Příklad 1 Podložka zo zliatiny niobu s 1,5 hmotnostným % zirkónia v tvare pásky Sirokej 10 mmbola po povrchovej oxidácii na vzduchu, poSas ktorej vzrástol obsah kyslíka v podložke o0,34 hmotnostného %, podrobená disociaSnému žíhaniu vo vákuu 5.10*^ Pa pri teplote Tg “ » 900 °C po dobu t~ = 4 minii ty. Nasledovná tepelná spracovanie sa robilo vo vákuu 5.10“^ Papri teplote Tj « 400 C po dobu t^ = 5 hodin. Vo vákuu 5.10 Pa bola podložka pokovenáponořením do kúpela z roztavenej zliatiny cínu s 26 hmotnostným! % médi pri teploteTp = 700 °C po dobu tp » 40 s a difúzne žíhaná pri teplote Tg = 900 °C po dobu tg = 20 mi-nút. Vrstva Nb^Sn sa skladala z povrchového sloja hrubého 1 až 2 fim, zloženého z izolova-ných zrn o rozmeroch 1 až 2 /um a z vnútorného sloja hrubého 6 ^im, zloženého z tesne uspo- riadaných zrn o priemere 0,2 /um’. Kritický prúd takto priprsvenej supravodivej pásky bol10 —2 1 655 A a kritická prúdová hustota dosiahla hodnotu 1,4.10 A.m v kolmom magnetickompoli B = 5 T pri teplote 4,2 K. Příklad 2 Podložka zo zliatiny niobu s 1,5 hmotnostným % zirkónia v tvare pásky Sirokej 10 mm .mala po povrchovej oxidácii realizovanej zahrlatím na vzduchu obsah kyslíka zvýSený o 0,34hmotnostného %- DisociaSná žíhanie i pokovenie sa uskutoSnilo v jednej technologickej ope-rácii vo vákuu 5.10-4 Pa pri teplote Tg 3 Tp = 800 °C po dobu tg = tp = 40 s a bol použitýkúpel zo zliatiny cínu s 26 hmotnostným! t médi. Po tejto operácii následovalo tepelnáspracovanie vo vákuu 5.10“^ Pa pri teplote T^ x 400 °C po dobu t» 5 hodin. Difúzne žíhaniesa robilo vo vákuu 5.10“^ Pa při teplote Tg « 880 °C po dobu tg = 11 minút. Supravodičpřipravený uvedeným epSsobom mal kritický prúd 1 445 A v kolmom magnetickom poli B => 5 Tpri 4,2 K. Uvedený spfisob zvýSenia parametrov Nb^Sn supravodičov je možná využit pri výroběsupravodiSov z podložiek rOznych tvarov, ako aj aplikovat ho pri várobe Nb^Sn supravodičovurčených pre použitie v supravodivých magnetických systámoch. PREDMET VYNÁLEZU SpSsob zvýSenia parametrov supravodiSov z intermetalickej zlúčeniny Nb^Sn, připra-vovaných metodou difúzie z kvapalnej fázy, spočívajúci v povrchovej oxidácii podložky zozliatiny niobu a zirkónia, disoclačnom žíhaní, pokovení podložky cínom alebo zliatinou cínu anáslednom difúznom žíhení vyznačujúci se tým, že podložke se po disociačnom žíhaní, alebopřed difúznym žíháním podrobí tepelnému spracovaniu vo vákuu 10"^ až 10'^ Pa alebo v inertnejatmosféře pri teplote 250 až 550 °C po dobu 1 až 20 hodin.