ES2272797T3 - Procedimiento de fabricacion de una funda electricamente aislante y mecanicamente estructurante sobre un conductor electrico. - Google Patents

Procedimiento de fabricacion de una funda electricamente aislante y mecanicamente estructurante sobre un conductor electrico. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de fabricación de una funda eléctricamente aislante y mecánicamente estructurante sobre un conductor (2) eléctrico, en particular un conductor de metal no superconductor o un conductor de precursor de superconductor, comprendiendo este procedimiento las etapas de: - formar un precursor (4) de cerámica en forma gelificada, - formar un revestimiento (3) del conductor con este precursor de cerámica en forma gelificada y por tanto sin sedimentación, y - tratar térmicamente este revestimiento (3), siendo este tratamiento térmico apto para formar la cerámica a partir del precursor de cerámica en forma gelificada, caracterizado porque el precursor de cerámica es un líquido constituido por una disolución que comprende agua, un componente mineral, seleccionado de entre boehmita y arcillas de la familia del caolín, y un aglutinante orgánico, y se hace reaccionar el componente mineral con un ácido para gelificar la disolución y por tanto obtener el precursor (4) de cerámica en forma gelificada, comprendiendo además este procedimiento una etapa de eliminar el aglutinante orgánico después de la etapa de formación de revestimiento (3), comenzando esta etapa de eliminación antes de la etapa de tratamiento térmico apto para formar la cerámica, pero finalizando durante esta etapa de tratamiento térmico.

Description

Procedimiento de fabricación de una funda eléctricamente aislante y mecánicamente estructurante sobre un conductor eléctrico.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una funda eléctricamente aislante y mecánicamente estructurante sobre un conductor eléctrico.
Se aplica especialmente a la fabricación de imanes superconductores así como a la fabricación de piezas polares de un motor eléctrico.
La necesidad de disponer un aislamiento eléctrico estructurante, obtenido a partir de un precursor cerámico flexible es común en numerosas aplicaciones electrotécnicas.
El precursor se presenta, según una variante de la invención, en forma de un tejido impregnado blando, que permite conformar el conductor que se quiere aislar y, en ciertos casos, garantiza el control del espesor y determina la precisión geométrica de los bobinados realizados por medio del conductor.
A la salida de un tratamiento térmico a una temperatura del orden de los 700ºC, el precursor se sinteriza y el aislamiento eléctrico así constituido absorbe los esfuerzos mecánicos ejercidos sobre el conductor durante las fases posteriores de montaje y de funcionamiento. La naturaleza cerámica del aislamiento realizado permite temperaturas de funcionamiento que van de 1,8 K a 1270 K.
Estas propiedades son capitales en la realización de imanes superconductores, capaces de crear campos magnéticos intensos para los que se hace frente a una mayor dificultad.
En efecto, los materiales que tienen propiedades superconductoras y la capacidad de hacer circular densidades de corriente elevadas, materiales entre los que se encuentran el compuesto intermetálico definido por Nb_{3}Sn o también NB_{3}Al, requieren un tratamiento térmico a una temperatura elevada (superior a los 600ºC para Nb_{3}Sn y a los 700ºC para Nb_{3}Al), de larga duración (superior a 100 horas para Nb_{3}Sn y del orden de algunas decenas de horas para Nb_{3}Al) y en presencia de una atmósfera inerte o a vacío.
Las condiciones de temperatura mencionadas anteriormente impiden el uso de aislamientos eléctricos clásicos, realizados a partir de productos orgánicos, durante el tratamiento térmico. Además, el material superconductor obtenido a la salida de este tratamiento térmico es frágil y las eventuales tensiones mecánicas que son susceptibles de aplicársele pueden deteriorar fácilmente sus propiedades superconductoras.
Por tanto, ya no es posible después del tratamiento térmico garantizar la conformación de este material ni las curvaturas necesarias para su bobinado. En estas condiciones, la colocación del aislamiento eléctrico es particularmente delicada.
La solución clásica para solucionar los inconvenientes anteriores consiste en:
-
encintar de un cable superconductor, antes de su bobinado, con ayuda de una cinta de fibras minerales que soporta el tratamiento térmico,
-
realizar este tratamiento térmico, y después
-
colocar el bobinado en un módulo de impregnación a vacío, y
-
realizar una impregnación de resina orgánica.
Las operaciones de transferencia del bobinado son particularmente delicadas y, a día de hoy, nunca han permitido la producción en serie de bobinados complejos (de tipo bipolar o cuadrupolar), de gran tamaño (especialmente de longitud superior a 1 metro), utilizando superconductores de la familia del Nb_{3}Sn.
El coste de los materiales superconductores utilizados (del orden de 750 
\euro
/kg a 2000 
\euro
/kg según los procedimientos de realización empleados) así como los tiempos de tratamiento y la duración de las operaciones de bobinado representan más del 30% del coste de fabricación de los electroimanes superconductores.
El riesgo asociado a la transferencia del molde de reacción (en el que el precursor del superconductor se transforma en superconductor) hacia el molde de impregnación es por tanto muy importante.
La posibilidad de disponer de un bobinado completamente aislado y que presente una integridad mecánica completa a la salida del tratamiento de reacción del superconductor permitiría desarrollar la industrialización de los electroimanes superconductores.
Estado de la técnica anterior
Se conocen ya técnicas de aislamiento eléctrico de electroimanes superconductores con Nb_{3}Sn. Pero todas estas técnicas conocidas precisan una impregnación con ayuda de una resina epoxídica y no permiten garantizar el comportamiento mecánico del bobinado de un electroimán superconductor para resistir a los esfuerzos magnéticos creados por el funcionamiento del electroimán para campos intensos.
Otras técnicas conocidas utilizan un aislamiento cerámico.
Se hace referencia en concreto al documento siguiente:
EP-A-0044144 (invención de G.R. Sutcliffe, S.J. Warden y D. Humpherson), correspondiente al documento US-A-4.407.062.
No obstante, todas estas otras técnicas conocidas consisten en depositar un aislante alrededor de hebras de un material superconductor, ya sea mediante el paso de estas hebras por una disolución de un precursor inorgánico, ya sea por extrusión del precursor alrededor de las hebras a través de dados, y ninguna de estas otras técnicas conocidas permite disponer de una cinta de fibras minerales, estando esta cinta impregnada previamente con el precursor de una matriz cerámica.
Descripción de la invención
La presente invención tiene como objetivo solucionar los inconvenientes de las técnicas conocidas de fabricación de fundas eléctricamente aislantes sobre conductores eléctricos, en particular aquellos que están fabricados a partir de materiales superconductores.
La invención tienen como objeto un procedimiento de fabricación de un aislante eléctrico que puede depositarse sobre un conductor eléctrico o con el que puede encintarse este conductor, en particular en el caso de un conductor destinado a bobinarse, permitiendo el procedimiento encintar el conductor con el aislante o depositar este último, antes del bobinado del conductor.
Este procedimiento pretende también dejar una cierta flexibilidad al conductor revestido de esta manera, permitiendo esta flexibilidad curvar, en particular bobinar, este conductor.
Además, este procedimiento permite la síntesis de un material cerámico durante un tratamiento térmico.
En el caso particular del bobinado, la invención lleva a los resultados siguientes, especialmente en el caso de un conductor superconductor:
-
el aislamiento eléctrico del conductor es adecuado,
-
la cohesión mecánica del bobinado a temperatura ambiente es buena,
-
esta cohesión mecánica se mantiene durante un enfriamiento por helio líquido del conductor aislado de este modo así como durante la alimentación del bobinado con corriente,
-
el dominio de las dimensiones del bobinado es bueno, en particular en lo que concierne al espacio entre las vueltas del bobinado, a cualquier temperatura, y
-
el bobinado presenta ventajosamente una cierta porosidad al helio líquido.
Además, el aislante cerámico fabricado según la invención carece de fase orgánica a la salida del tratamiento térmico y no requiere la adición de una fase orgánica para obtener sus propiedades de aislamiento eléctrico.
Además, en un modo de realización particular, este aislante está formado por una matriz cerámica reforzada con fibras cerámicas cortas.
De forma precisa, la presente invención tienen como objeto un procedimiento de fabricación de una funda eléctricamente aislante y mecánicamente estructurante sobre un conductor eléctrico, en particular un conductor de metal no superconductor o un conductor de precursor de superconductor, comprendiendo este procedimiento las etapas de:
-
formar un precursor de cerámica en forma gelificada,
-
formar un revestimiento del conductor con este precursor de cerámica en forma gelificada y por tanto sin sedimentación, y
-
tratar térmicamente este revestimiento, siendo este tratamiento térmico apto para formar la cerámica a partir del precursor de cerámica en forma gelificada.
Un procedimiento de este tipo se conoce por el documento EP 0 435 154.
Según la invención, reivindicación 1, el precursor de cerámica es un líquido constituido por una disolución que comprende agua, un componente mineral, seleccionado de entre la boehmita y las arcillas de la familia del caolín, y un aglutinante orgánico y se hace reaccionar el componente mineral con un ácido para gelificar la disolución y obtener por tanto el precursor de cerámica en forma gelificada.
El ácido puede seleccionarse del grupo que comprende el ácido bórico, el ácido cítrico, el ácido clorhídrico, el ácido nítrico y los ácidos carboxílicos, preferiblemente el ácido fórmico.
La disolución puede comprender además frita de vidrio y/o al menos un óxido mineral suplementario.
Según un modo de realización particular de la invención, la disolución comprende, en porcentaje en masa, del 35% al 45% de agua, del 8% al 30% del componente mineral, del 1% al 10% de aglutinante orgánico, del 0% al 15% de uno o varios óxidos minerales suplementarios y un complemento eventual de frita de vidrio, estando comprendido este complemento eventual de frita de vidrio, por supuesto, de un 0% a un 56%.
Ha de observarse que la función del agua en esta disolución es hacer la mezcla fluida y también hidratar los óxidos minerales, especialmente la boehmita o el caolín. Posteriormente en el tratamiento, el agua se evapora durante un secado y, en consecuencia, será posible aumentar de hecho algo artificialmente el porcentaje de agua en la disolución y disminuir, en proporción, el de los otros constituyentes, sin salirse del marco de la invención ya que sería suficiente por tanto prolongar la fase de secado para eliminar el exceso de agua.
Evidentemente no hay que añadir tanta agua como para estropear la gelificación.
Según un modo de realización preferido de la invención, el porcentaje en masa del componente mineral va del 15% al 30% en esta disolución, estando comprendido el complemento eventual de frita de vidrio por tanto, por supuesto, del 0% al 49%.
Cada uno de los óxidos minerales suplementarios puede seleccionarse del grupo que comprende alúmina, circona, sílice y arcillas silicoaluminosas.
Según la invención (reivindicación 1), este procedimiento comprende además una etapa de eliminación del aglutinante orgánico después de la etapa de formación del revestimiento, comenzando esta etapa de eliminación antes de la etapa de tratamiento térmico apto para formar la cerámica pero finalizando durante esta etapa de tratamiento térmico, de forma que estas dos etapas se solapan parcialmente en el tiempo.
Preferiblemente, el procedimiento comprende además una etapa de eliminación del aglutinante orgánico mediante reacción con oxígeno, después de la etapa de formación de revestimiento.
Según un primer modo de realización particular del procedimiento objeto de la invención, el conductor es de precursor del superconductor Nb_{3}SN o Nb_{3}Al y se realiza un tratamiento térmico global de este conductor dotado del revestimiento, realizándose este tratamiento térmico global en una atmósfera neutra y apto para formar el superconductor Nb_{3}SN o Nb_{3}Al, eliminar el aglutinante orgánico y formar la cerámica.
Según un segundo modo de realización particular, el conductor es de precursor del superconductor a base de óxido de cobre, en particular YBa_{2}Cu_{3}O_{7}, Bi_{2}Sr_{2}CaCu_{2}O_{2} o Bi_{2}Sr_{2}Ca_{2}Cu_{3}O_{10}, y se elimina el aglutinante orgánico mediante calentamiento, en aire, del conductor dotado del revestimiento y después se realiza un tratamiento térmico global, en aire, del conductor dotado del revestimiento, siendo este tratamiento térmico global apto para formar el superconductor a base de óxido de cobre y para formar la cerámica.
Según un tercer modo de realización particular, el conductor es de metal no superconductor y se realiza un tratamiento térmico global de este conductor dotado del revestimiento, realizándose este tratamiento térmico global en una atmósfera neutra y apto para eliminar el aglutinante orgánico y para formar la cerámica.
La etapa de formación del revestimiento puede comprender una etapa de deposición del precursor de cerámica en forma gelificada sobre un tejido de fibras cerámicas previamente desencolado (es decir, un tejido de fibras cerámicas cuyo encolado se ha retirado previamente), y después una etapa de deposición del tejido dotado del precursor de cerámica alrededor del conductor.
Las fibras de cerámica pueden fabricarse de un material seleccionado de entre vidrio E, vidrio C, vidrio R, vidrio S2, sílice, alúmina y mullita.
El tejido de fibras cerámicas puede desencolarse previamente de manera térmica o química.
Según un modo de realización particular de la invención, se conforma, en particular en forma de bobina, el conductor dotado del revestimiento, antes de la etapa de tratamiento térmico apto para formar la cerámica.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción de ejemplos de realización facilitados a continuación a título puramente indicativo y de ningún modo limitativo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:
- la figura 1 ilustra esquemáticamente un modo de realización particular del procedimiento de la invención y
- la figura 2 ilustra esquemáticamente una aplicación particular de la invención.
Descripción detallada de los modos de realización particulares
Se facilitan ahora ejemplos del procedimiento de fabricación de una funda eléctricamente aislante y mecánicamente estructurante sobre un conductor eléctrico según la invención. Este conductor es, por ejemplo, un hilo o cable eléctrico.
Conviene remarcar que el procedimiento se aplica tanto a conductores comunes, de metales no superconductores, como a superconductores. Además, este procedimiento es compatible con la técnica denominada "WAR" ("Wind And React", bobinado y reacción).
En un ejemplo de la invención se utiliza una cinta de vidrio impregnada de un precursor de cerámica. Este precursor de cerámica se obtiene a partir de una disolución líquida y no tiene sedimentación porque la disolución líquida contiene boehmita o una arcilla de la familia del caolín, que se hace reaccionar con un ácido para obtener una gelificación de esta disolución líquida.
Esta propiedad de homogeneidad del precursor de cerámica, que permite obtener un aislante estructurante, facilita su uso durante su depósito sobre el conductor, en particular en el caso en el que el depósito se hace mediante el paso del conductor por un baño de este precursor de cerámica, sirviendo este baño para formar una funda flexible que permite la conformación (en particular el bobinado) posterior del conductor.
Tras la cocción del conductor tratado y conformado de esta manera, la funda es rígida y el conductor (en particular el superconductor) se encuentra eléctricamente aislado y encerrado dentro de una matriz cerámica. La resistencia a las tensiones mecánicas aumenta considerablemente con respecto a la técnica anterior. El aislamiento eléctrico es muy bueno y la porosidad de la funda es débil debido a la vitrificación.
Se precisa que la invención se aplica en particular a la fabricación de electroimanes con campos elevados y a bobinados para motores eléctricos.
Se proporciona ahora un ejemplo del procedimiento objeto de la invención.
En una primera etapa de este procedimiento se fabrica el precursor de cerámica en forma de una disolución líquida, más o menos viscosa y sin sedimentación.
La composición de esta disolución en porcentaje en masa es:
-
del 35% al 40% de agua,
-
del 1% al 10% de un aglutinante orgánico (comercialmente disponible),
-
del 15% al 30% de boehmita o de una arcilla de la familia del caolín,
-
del 0% al 15% de otros óxidos minerales tales como alúmina, circona, sílice, una arcilla silicoaluminosa (por ejemplo la mica), que forman una adición de cargas minerales, y
-
del 5% al 49% de frita de vidrio.
Tras la agitación de esta disolución, por ejemplo mediante un recipiente giratorio o agitador magnético, se añade el ácido para obtener la gelificación de la disolución en presencia de boehmita o de arcilla de la familia del caolín. Se utiliza por ejemplo ácido fórmico con un porcentaje en masa del 0,3% al 2%. Se elimina así la sedimentación.
El gel se forma por la reacción química del ácido sobre la boehmita o la arcilla de la familia del caolín y el resto de la disolución se encuentra encerrado en el gel. La gelificación permite utilizar mucho menos aglutinante orgánico con respecto a la técnica tradicional que consiste en añadir un dispersante orgánico que después hay que eliminar.
A propósito de la gelificación en presencia de boehmita, pero en un campo técnico totalmente diferente, puede remitirse al documento siguiente:
Artículo de F. Ananthakumar et al., Materials Letters 43, páginas 174-179, 2000.
En este ejemplo se utiliza ácido fórmico porque la molécula de este ácido sólo contiene un átomo de carbono y proporciona propiedades de gelificación interesantes, sin embargo podrían utilizarse otros ácidos, por ejemplo el ácido nítrico, el ácido bórico, el ácido clorhídrico, el ácido cítrico u otro ácido de la familia de los ácidos carboxílicos. Además, el ácido fórmico es un ácido relativamente fuerte entre los ácidos débiles, pero si se utiliza un ácido más débil hará falta más.
La viscosidad de la disolución se ajusta según las necesidades, mediante dosificación de diversas cargas minerales y el agua.
En particular, pueden añadirse cargas fibrosas para obtener un precursor de cerámica viscoso o incluso pastoso. Se utiliza entre un 5% y un 40% de carga fibrosa para tener una viscosidad suficiente.
Después de haber fabricado el precursor de cerámica en forma gelificada, puede tratarse directamente de manera superficial el hilo o el cable haciendo circular éste último por un baño de este precursor de cerámica en forma gelificada.
En una variante de este ejemplo, después de la etapa de fabricación del precursor de cerámica en forma gelificada, se encuentra una etapa de de desencolado y de impregnación de una cinta de fibras cerámicas.
Esta cinta de fibras cerámicas se desencola en primer lugar. Esta cinta es, por ejemplo, de vidrio E, vidrio C, vidrio R, vidrio S2, sílice, alúmina o mullita (que es un silicato que forma un constituyente esencial de las cerámicas).
Esta cinta puede ser una cinta comercial, por ejemplo de vidrio E de la empresa Bourgeois o de vidrio S2 de la empresa Hiltex o de cerámica comercializada con la marca Nextel de la empresa 3M.
También pueden utilizarse fibras de sílice comercializadas con la marca Quartzel por la empresa Saint-Gobain, preferiblemente tejidas con un espesor de 60 \mum por la empresa Textile Bourguisanne.
El desencolado puede ser térmico (según las prescripciones del fabricante de la cinta), por ejemplo a 700ºC durante 1 minuto o a 350ºC durante 20 horas.
En una variante, se utiliza un desencolado químico con un disolvente adaptado. En este caso, el disolvente sólo sirve para disolver el encolado. La elección del disolvente y del tiempo de estancia en la disolución depende del tipo de cinta y de los productos utilizados para su encolado. El disolvente sólo debe disolver por tanto los polímeros y no debe atacar la fibra cerámica.
A continuación se impregna la cinta desencolada con el precursor cerámico en forma gelificada.
A continuación, se dispone la cinta así impregnada alrededor del hilo o del cable conductor, formando esta cinta entonces una funda flexible, y después se conforma el conductor. A título de ejemplo, se bobina el conductor.
A continuación, se distinguen tres casos.
(1) Si el conductor está fabricado a partir de un precursor de superconductor, es decir, el precursor de Nb_{3}Sn o de Nb_{3}Al (antes de que este material se haya sometido al tratamiento térmico que le confiere sus propiedades superconductoras), se realiza entonces a la vez mediante aumento de la temperatura:
-
el tratamiento térmico de reacción del Nb_{3}Sn o del Nb_{3}Al,
-
la eliminación, por cocción, del aglutinante orgánico (y de los residuos carbonados) bajo una atmósfera neutra (por ejemplo una atmósfera de argón o de nitrógeno), con una adición de oxígeno en el momento en que la temperatura es suficiente para iniciar la carbonización (oxidación) del aglutinante (aproximadamente de 350ºC a 450ºC según el aglutinante) para inyectar el mínimo de oxígeno (correspondiente a la carbonización completa), lo que permite obtener la carbonización completa del aglutinante sin oxidación del conductor porque, entre 350ºC y 450ºC, la reacción de oxidación es activa de manera muy preferida sobre el aglutinante, y
-
la sinterización de la cerámica.
Para este tratamiento térmico global, en el caso del Nb_{3}Sn, se aumenta la temperatura desde la temperatura ambiente (alrededor de 20ºC) hasta una meseta del orden de 600ºC a 700ºC (temperatura de reacción del Nb_{3}Sn) durante de 100 horas a 300 horas, duración que es necesaria para la transformación del precursor del superconductor en superconductor Nb_{3}Sn.
En el caso del conductor con el precursor de Nb_{3}Al, se aumenta la temperatura desde la temperatura ambiente hasta una meseta del orden de 700ºC a 800ºC (temperatura de reacción del Nb_{3}Al) durante algunas decenas de horas, duración que es necesaria para la transformación del precursor del superconductor en superconductor Nb_{3}Al.
El aglutinante y el precursor de cerámica reaccionan también en el intervalo de temperatura anterior. Hay que vigilar el aumento de temperatura que debe ser muy lento, para que el conductor no "explote" por el paso del estaño (el aluminio) al estado líquido, lo que conlleva una expansión demasiado fuerte.
En una variante, se modifica la atmósfera de forma gradual mediante la introducción de una mezcla gaseosa ligeramente reductora (por ejemplo una mezcla que contiene menos del 5% de hidrógeno y más del 95% de nitrógeno porque, si hubiese más hidrógeno, la mezcla sería explosiva) al inicio de la meseta de tratamiento térmico de reacción del Nb_{3}Sn o del Nb_{3}Al. Esta mezcla sustituye la atmósfera de argón o de nitrógeno y permite garantizar que el conductor no se oxidará por eventuales residuos de oxígeno.
Los que sigue es igualmente válido para los casos (2) y (3).
En lo que respecta a la eliminación del aglutinante orgánico, se precisa que la reacción debe tener lugar a temperaturas compatibles con la sinterización de la cerámica y con el tratamiento de reacción del superconductor y tampoco debe dejar ningún residuo de carbono (que es un buen conductor eléctrico).
Se utiliza aquí oxígeno con el que se asegura la eliminación total mediante formación de gas. Además, esta reacción es muy rápida en cuanto se superan los 350ºC. El gas creado (CO o CO_{2}) debe evacuarse. Por ello el tratamiento térmico tiene lugar con barrido de gas.
Además, la eliminación del aglutinante y la sinterización se realizan durante una misma operación mediante encadenamiento y entrelazado de la fase de eliminación del aglutinante y la fase de sinterización. Se trata de una característica esencial del ejemplo considerado de la invención.
En efecto, la funda no se deshace gracias a este entrelazado o solapamiento parcial en el tiempo de la etapa de eliminación del aglutinante y la etapa de sinterización. Sin entrelazado, se correría el riesgo de obtener una funda pulverulenta muy frágil y no se podría perturbar el conductor conformado. Ahora bien, en la técnica anterior, estas etapas se separan lo que precisa una impregnación de resina.
Además, cuando se quiere formar un enrollado muy preciso, que es el caso de los imanes superconductores de tipo bipolar o cuadrupolar, se coloca preferiblemente en un molde, por ejemplo de acero refractario, para la operación de eliminación del aglutinante y de sinterización y el barrido gaseoso se realiza en este molde.
(2) Si el conductor está hecho de un precursor de un superconductor a base de óxido de cobre, tal como:
-
YBa_{2}Cu_{3}O_{7} de 92 K de temperatura crítica,
-
Bi_{2}Sr_{2}CaCu_{2}O_{8} de 95 K de temperatura crítica,
-
Bi_{2}Sr_{2}Ca_{2}Cu_{3}O_{10} de 110 K de temperatura crítica,
la etapa de eliminación completa del aglutinante orgánico se realiza por cocción en aire según los parámetros de temperatura, de duración y de aumento de la temperatura que dependen del aglutinante seleccionado y se indican por el proveedor de éste último.
A continuación, tienen lugar a la vez el tratamiento térmico de reacción del superconductor y la sinterización de la cerámica. Los parámetros de este tratamiento térmico que se realiza al aire son una temperatura de meseta del orden de 800ºC a 900ºC y un tiempo de meseta de 10 minutos a 3 horas.
(3) Si el conductor está fabricado de un metal o de un compuesto metálico no superconductor, la etapa de eliminación térmica del aglutinante orgánico tiene lugar en atmósfera neutra, con introducción de una cantidad controlada de oxígeno, correspondiente a la carbonización completa del aglutinante. En efecto, en aire el metal se oxidaría totalmente, a menos que ese metal fuese oro.
A título puramente indicativo y de ningún modo limitativo, se proporciona un ejemplo del procedimiento según la invención haciendo referencia a la figura 1. En esta figura se observa un hilo 2 sobre el que se forma un revestimiento 3 de precursor de cerámica en forma gelificada haciendo pasar este hilo 2 a través de este precursor 4 de cerámica en forma gelificada contenido en un recipiente 6.
También se observa que el hilo pasa sobre una sucesión de poleas 8, 12 y 14 y pasa también a través de una serie de dispositivos 16 y 18 de control del espesor para quitar las cantidades en exceso del revestimiento 3 formado sobre el hilo. El hilo se seca entonces pasando a través de un horno 20 de secado y se bobina a continuación sobre una bobina 22 apropiada.
Puede entonces someterse el hilo así bobinado a los tratamientos térmicos mencionados anteriormente, que permiten la eliminación del aglutinante orgánico, la formación de la cerámica y la formación del superconductor cuando el hilo 2 es superconductor.
El hilo 2 se dota por tanto de una funda eléctricamente aislante y mecánicamente estructurante.
Se proporciona ahora a modo de ejemplo una aplicación de la invención para la fabricación de bobinados de electroimanes superconductores de Nb_{3}Sn, aptos para soportar el tratamiento térmico del conductor y, durante el funcionamiento, importantes esfuerzos mecánicos debidos a las fuerzas de Lorentz.
De manera más precisa, se fabrican electroimanes cuadrupolares que comprenden cada uno cuatro bobinados idénticos. Cada uno de ellos necesita aproximadamente 75 m de cable superconductor. Este último, de sección ligeramente trapezoidal, está constituido por 36 hebras a base de Nb_{3}Sn. Estas hebras tienen un diámetro de 0,825 mm y están retorcidas entre sí y repartidas en dos capas.
Las dimensiones de la sección derecha de este cable son: 1,362 mm para el lado corto, 1,598 mm para el lado largo y 15,1 mm de anchura.
Cada una de las longitudes (75 m) de cable se encinta por aproximadamente 40 m de una cinta de 15 mm de anchura.
Esta cinta está constituida por fibras cerámicas y está impregnada de una disolución que contiene boehmita y mica como cargas minerales, una frita de vidrio comercializada con la referencia VN 821 por la empresa Cerde, un dispersante y un aglutinante respectivamente comercializados con las referencias D-3005 y B-1000 por la empresa Rohm et Haas y agua como disolvente.
Esto se ilustra esquemáticamente por el ejemplo de la figura 2 en la que se observa un cable 24 (antes del tratamiento). Este cable es un cable plano de tipo Rutherford, con dos capas de hebras 26.
El cable 24 está encintado: se observa una primera cinta 28 de fibras de vidrio, que está impregnada de precursor cerámico y que rodea el cable 24.
Se observa además una segunda cinta 30 de fibras de vidrio, que es idéntica a la primera y por tanto igualmente impregnada de precursor cerámico.
Cada una de estas cintas 28 y 30 se enrolla alrededor del cable de forma que el borde de una vuelta de cinta se encuentra contra el borde de la vuelta adyacente, pero, con el fin de garantizar la continuidad del aislamiento eléctrico, la segunda cinta 30, que se enrolla por encima de la primera, se desplaza medio paso con respecto a esta primera cinta 28.
Pueden utilizarse otra clase de fritas de vidrio y/o aglutinantes.
Después de haber formado los bobinados, estos últimos se someten a un tratamiento térmico que comprende un calentamiento a 6ºC/hora hasta 660ºC. Este calentamiento va seguido de una meseta de 240 horas a 660ºC y de un enfriamiento lento en el recinto del horno que sirve para el tratamiento térmico.
Antes de este tratamiento térmico se evacua el aire contenido dentro de este recinto y se rellena éste último con un gas neutro tal como argón. Además, tiene lugar un barrido continuo de argón durante el tratamiento térmico.
Para alcanzar el estado superconductor, cada bobinado se enfría a la temperatura del helio líquido (4,2 K a presión atmosférica) o a la del helio superfluido (inferior o igual a 2,1 K a presión atmosférica).
Resulta conveniente observar que, durante la excitación de cada electroimán por una corriente, se crean fuerzas de Lorenzt considerables en los bobinados del mismo.
La invención se aplica también a la fabricación de pequeños selenoides superconductores compactos, desprovistos de elementos metálicos estructurantes.
La invención también puede utilizarse para los bobinados de máquinas eléctricas giratorias superconductoras.
La invención puede utilizarse además para los bobinados de máquinas eléctricas giratorias no superconductoras, destinadas a funcionar a alta temperatura (superior a 300ºC).
La invención puede servir asimismo para la fabricación de aislamientos eléctricos resistentes a un fuerte calor, por ejemplo al de una llama, o a proyecciones de líquidos muy calientes debido a la débil porosidad del aislante estructurante.

Claims (15)

1. Procedimiento de fabricación de una funda eléctricamente aislante y mecánicamente estructurante sobre un conductor (2) eléctrico, en particular un conductor de metal no superconductor o un conductor de precursor de superconductor, comprendiendo este procedimiento las etapas de:
-
formar un precursor (4) de cerámica en forma gelificada,
-
formar un revestimiento (3) del conductor con este precursor de cerámica en forma gelificada y por tanto sin sedimentación, y
-
tratar térmicamente este revestimiento (3), siendo este tratamiento térmico apto para formar la cerámica a partir del precursor de cerámica en forma gelificada,
caracterizado porque el precursor de cerámica es un líquido constituido por una disolución que comprende agua, un componente mineral, seleccionado de entre boehmita y arcillas de la familia del caolín, y un aglutinante orgánico, y se hace reaccionar el componente mineral con un ácido para gelificar la disolución y por tanto obtener el precursor (4) de cerámica en forma gelificada, comprendiendo además este procedimiento una etapa de eliminar el aglutinante orgánico después de la etapa de formación de revestimiento (3), comenzando esta etapa de eliminación antes de la etapa de tratamiento térmico apto para formar la cerámica, pero finalizando durante esta etapa de tratamiento térmico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el ácido se selecciona del grupo que comprende ácido bórico, ácido cítrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico y ácidos carboxílicos, preferiblemente ácido fórmico.
3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la disolución comprende además frita de vidrio.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la disolución comprende además al menos un óxido mineral suplementario.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la disolución comprende, en porcentaje en masa, del 35% al 45% de agua, del 8% al 30% de componente mineral, del 1% al 10% de aglutinante orgánico, del 0% al 15% de uno o varios óxidos minerales suplementarios y un complemento eventual de frita de vidrio.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el porcentaje en masa del componente mineral va del 15% al 30% en esta disolución.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que cada óxido mineral suplementario se selecciona del grupo que comprende alúmina, circona, sílice y arcillas silicoaluminosas.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que se elimina el aglutinante orgánico mediante reacción con oxígeno.
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el conductor (2) es un precursor del superconductor Nb_{3}Sn o Nb_{3}Al y se realiza un tratamiento térmico global de este conductor dotado del revestimiento (3), realizándose este tratamiento térmico global en una atmósfera neutra y apto para formar el superconductor Nb_{3}SN o Nb_{3}Al, eliminar el aglutinante orgánico y formar la cerámica.
10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el conductor (2) es un precursor del superconductor a base de óxido de cobre, en particular YBa_{2}Cu_{3}O_{7}, Bi_{2}Sr_{2}CaCu_{2}O_{2} o Bi_{2}Sr_{2}Ca_{2}Cu_{3}O_{10}, y se elimina el aglutinante orgánico mediante calentamiento en aire del conductor dotado del revestimiento (3) y después se realiza un tratamiento térmico global, en aire, del conductor dotado del revestimiento, siendo este tratamiento térmico global apto para formar el superconductor a base de óxido de cobre y para formar la cerámica.
11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el conductor (2) es de metal no superconductor y se realiza un tratamiento térmico global de este conductor dotado del revestimiento (3), realizándose este tratamiento térmico global en una atmósfera neutra y apto para eliminar el aglutinante orgánico y para formar la cerámica.
12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la etapa de formación de revestimiento (3) comprende una etapa de deposición del precursor de cerámica en forma gelificada sobre un tejido de fibras cerámicas previamente desencolado y después una etapa de deposición del tejido dotado del precursor de cerámica alrededor del conductor.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que las fibras cerámicas están fabricadas de un material seleccionado de vidrio E, vidrio C, vidrio R, vidrio S2, sílice, alúmina y mullita.
14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 12 y 13, en el que el tejido de fibras cerámicas se desencola previamente de manera térmica o química.
15. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que se conforma, en particular en bobina, el conductor (2) dotado del revestimiento (3) antes de la etapa de tratamiento térmico apto para formar la cerámica.
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