FI69486C - Saett att armera en supraledande produkt medelst kompositionsmaterial - Google Patents
Saett att armera en supraledande produkt medelst kompositionsmaterial Download PDFInfo
- Publication number
- FI69486C FI69486C FI842076A FI842076A FI69486C FI 69486 C FI69486 C FI 69486C FI 842076 A FI842076 A FI 842076A FI 842076 A FI842076 A FI 842076A FI 69486 C FI69486 C FI 69486C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- superconducting
- composite
- superconductor
- copper
- alloy
- Prior art date
Links
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims description 40
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 33
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 29
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910017526 Cu-Cr-Zr Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910017810 Cu—Cr—Zr Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 229910020012 Nb—Ti Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 3
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 8
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- QZLJNVMRJXHARQ-UHFFFAOYSA-N [Zr].[Cr].[Cu] Chemical compound [Zr].[Cr].[Cu] QZLJNVMRJXHARQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017532 Cu-Be Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001275 Niobium-titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910001293 incoloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RJSRQTFBFAJJIL-UHFFFAOYSA-N niobium titanium Chemical compound [Ti].[Nb] RJSRQTFBFAJJIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
1 69486
TAPA SUPRAJOHTAVAN TUOTTEEN LUJITTAMISEKSI SEOSMATERIAALIN AVULLA
Tämän keksinnön tarkoituksena on lujittaa kupari-kromi-zirkoniumseoksen avulla suprajohtavia tuotteita kuten 5 suprajohteita ja suprajohdekaapeleita. Kaupallisten suprajohteiden ainesosat muodostuvat metalliseoksesta valmistetuista suprajohdesäikeistä ja kupari- tai pronssi-matriisista. Lujittava seosmateriaali voidaan esim. kupariin yhdistettynä komposiittina liittää suprajohtavaan 10 tuotteeseen eri tavoin kuten esim. liittämällä komposiitti valmiin suprajohteen ympärille tai liittämällä suprajohde komposiitin ympärille. Komposiittia voidaan suprajohteiden lisäksi käyttää myös suprajohtavissa generaattoreissa sekä rakennemateriaalina kryostaattisissa olosuhteissa 15 toimivissa laitteissa.
Suprajohtavana materiaalina käytetään metalliseoksia. Tällaisia ovat esim. niobin eri seokset kuten Nb^Sn ja Nb-Ti. Suprajohtavan materiaalin ympärillä on kuparia, joko matriisissa ja/tai tukiprofiilissa. Kuparin määrä 20 suprajohteen + tukiprofiilin poikkipinta-alasta on oltava kaikissa kaupallisissa suprajohteissa sellainen, että koko virta kulkee kuparin kautta, mikäli suprajohde muuttuu normaalijohteeksi.
Suprajohteelta, jossa sekä matriisi että suprajohdesäi-25 keet ovat metallia, puuttuu mekaaninen lujuus, jota kor keassa magneettikentässä vaaditaan. Sen vuoksi pitää metalleista ja metalliseoksista muodostuvaa suprajohdetta lujittaa jollakin tavalla.
Eräs tunnettu suprajohde muodostuu niobi-titaanisupra-30 johdesäikeistä ja puhtaasta kuparimatriisista. Tällä suprajohteella on riittävä mekaaninen lujuus keskivahvassa magneettikentässä, eikä yleensä tarvita lujitusta.
2 69486
Mutta jos matriisissa olevan kuparin määrä on moninkertainen Nb-Ti:iin nähden, lisäinjitusta usein tarvitaan. Koska suprajohteen lujuus määräytyy etupäässä Nb-Ti:n mukaan, tarvitaan lujitusta sitä pienemmässä magneetti-5 kentässä, mitä enemmän kuparia suprajohteessa on.
Toinen tunnettu suprajohdintyyppi on ^-tyyppinen, jossa suprajohtavina säikeinä käytetään Nb^Sn-säikeitä ja matriisina pronssimatriisia. Tämäntyyppinen suprajohdin tarvitsee myös usein lujitusta. Tällaista suprajohdetta -j q on yritetty lujittaa teräksellä. Teräksen haittana on sen huono sähkönjohtavuus, ja siten teräksen osuus suprajohtimen poikkipinnasta merkitsee vastaavaa menetystä sähkönjohtokyvyssä. Toinen haitta on teräksen ja kuparin huono kosketus (tarttuvuus), mikä merkitsee huonoja •j 5 käsittelyominaisuuksia. Useimmilla muuten käyttöön sopivilla teräksillä tapahtuu lisäksi alhaisissa lämpötiloissa magneettisen olotilan muutos, mikä vaikuttaa haitallisesti suprajohtaviin omainaisuuksiin. Vielä eräänä haittana voidaan mainita teräksen ja kuparin 2q erilainen lämpölaajeneminen, mistä aiheutuu mekaanista jännitystä kupari- ja teräspintojen välille. On kokeiltu myös ns. incoloy-yhdisteeliä vahvistamista sekä Nb-Ti-suprajohteen lujittamista Cu-Be-seoksella.
Keksinnön mukaisen tavan avulla voidaan Cu- tai pronssi-25 matriisista ja Nb-Ti- tai Nb^Sn-säikeistä muodostuva suprajohtava tuote lujittaa siten, että suprajohtavan tuotteen sähkön- ja lämmönjohtavuus säilyvät korkeina käyttämällä lujitemateriaalina kupari-kromi-zirkonium-seosta edullisesti kupariin yhdistettynä komposiittina.
3Q Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille vaati muksesta 1.
Cu-Cr-Zr-seos omaa hyvän sähkön- ja lämmönjohtokyvyn ja lujuuden. Tämän seoksen haittana on kuitenkin alhainen sitkeys. Yhdistettynä esim. puhtaaseen kupariin Cu-Cr-Zr- li 3 69486 seos antaa kuitenkin suprajohteelle paremmat lujuusominaisuudet; sekä lujuuden ja sitkeyden että hyvän sähkön- ja lämmönjohtokyvyn. Kuparista ja Cu-Cr-Zr-seoksesta muodostuvan komposiitin sähkönjohtokyky on 84-100 % IACS riip-5 puen Cu-Cr-Zr:n ja puhtaan kuparin suhteesta.
Cu-Cr-Zr-seoksessa voi Cr:n määrä vaihdella välillä 0,4-0,7 % ja Zr:n välillä 0,1-0,2 % lopun ollessa kuparia.
Suprajohdetta, joka muodostuu Nb-Ti-säikeistä ja niiden ympärillä olevasta Cu-matriisista voidaan lujittaa Cu-Cr-10 Zr-seoksen avulla eri tavoin:
Suprajohteen lujiteseos voidaan valmistaa upottamalla reititettyyn kuparirakenteeseen Cu-Cr-Zr-sauvoja. Sauvojen lukumäärää rakenteessa voidaan muuttaa tarpeen mukaan ja siten saadaan kulloinkin tarvittavien ominaisuuksien 15 yhdistelmä, ja lämpö- ja mekaanisten käsittelyjen avulla voidaan muodostaa haluttu profiili.
Cu-Cr-Zr-seoksesta voidaan myös valmistaa rakeita, joita sekoitetaan puhtaaseen Cu-pulveriin. Pulverimetallurgisin keinoin tästä komposiitista voidaan sitten tehdä sen muo-20 toisia tukiprofiileita suprajohteelle kuin mitä kulloin kin tarvitaan: levyjä, U-profiileja, putkia jne. Tässä komposiitissa on myös Cu-Cr-Zr-rakeiden ja Cu-pulverin seossuhteiden säätö yksinkertaista.
Komposiitti voidaan liittää suprajohteeseen eri tavoin.
25 Eräs käyttökelpoinen tapa on valmistaa suprajohdekaapelin tukiprofiili tämän keksinnön mukaisesta komposiitista. Suprajohdekaapeli kiinnitetään tukiprofiiliin jollakin sopivalla tavalla esim. juottamalla. Tukiprofiili voi olla esim. U-muotoinen, tai putkimaiseksi taivutettuna 30 suprajohdekaapelin päällä.
4 69486
Eräs tapa suprajohdekaapelin lujittamiseksi komposiitin avulla on tehdä komposiittiprofiili, jonka ympärille supra johdekaapeli kierretään ja liitetään esim. juottamalla.
Cu-Cr-Zr:n ja kuparin komposiitilla saavutetaan useita 5 etuja esim. teräkseen nähden, kuten jo edelläkin on todettu. Keksinnön mukaista komposiittia käytettäessä voidaan johtimen paksuutta vähentää, koska lujitemateri-aali toimii samanaikaisesti sekä mekaanisena vahvistajana että lämpö- ja sähköjohtimena.
Ί q Erityinen etu on, että tämä komposiitin vaatima loppukäsittely on samanlainen kuin varsinaisen Nb-Ti-suprajohteen. Lämpökäsittelyssä komposiittiin syntyvät erkaumat antavat vaadittavaa lujuutta. Erkautuminen ja suprajohteen viimeinen lämpökäsittely vaativat saman -j cj lämpötilan ja ajan, joten tämä käsittely voidaan tehdä siinäkin vaiheessa, kun suprajohde ja lujiteseos ovat lopullisena rakennekokonaisuutena kuten esim. kaapeli tukivaippoineen.
Nb-Ti-suprajohdesäikeistä ja Cu-matriisista muodostuva 2Q suprajohde vaatii loppukäsittelynä noin 2 h kestävän hehkutuksen noin 400°C:ssa (stress-relieving). Myös komposiitti, jossa on Cu-Cr-Zr-seosta, vaatii saman pituisen hehkutuksen 400°C:ssa (precipitation annealing). Koska loppukäsittely on siten yhtenäistä, voidaan supra-25 johde yhdistää tukiprofiiliin ennen loppukäsittelyä ja suorittaa loppuhehkutus valmiille rakennekokonaisuudelle. Suprajohde ja tukiprofiili yhdistetään jo loppuhehkutusta edeltävän vedon ajaksi, suoritetaan loppuhehkutus ja viimeinen mekaaninen käsittely (5-10 % veto) koko rakenteel-30 le. Näin ei tarvita muuta liitosta (esim. juottamista) rakenneosien välillä. Mikäli rakennekokonaisuus tehdään vasta loppukäsittelyn jälkeen, yhdistetään tukiprofiili suprajohteeseen esim. juottamalla. Nb^Sn-suprajohteen kohdalla on meneteltävä aina näin, koska Nb^Sn-suprajohde
II
35 69486 5 vaatii monipäiväisen loppuhehkutuksen n. 700°C:ssa (diffusion annealing).
Cu-Cr-Zr-seoksesta ja puhtaasta kuparista muodostettua komposiittia voidaan käyttää lujittajana myös muissa kor-5 keaa lämmön ja sähkön johtavuutta vaativissa tuotteissa kuten generaattoreissa, joissa tarvitaan sekä mekaanista lujuutta että suprajohtavia ominaisuuksia omaavia osia. Komposiittia voidaan käyttää myös rakennemateriaalina kryostaattisissa olosuhteissa toimivissa laitteissa, jois-10 sa vaaditaan hyviä johtavuus- ja lujuusominaisuuksia.
Keksintöä kuvataan vielä oheisten esimerkkien avulla:
Esim. 1 Komposiitin valmistamiseksi meneteltiin samantapaisesti kuin valmistettaessa Nb-Ti-suprajoh-15 detta käyttäen kuitenkin korkeampaa lämpötilaa.
Valmistettiin Cu-Cr-Zr-sauvoja, joiden halkaisija on 5-10 mm ja pituus 40-60 mm. Sauvat työnnettiin revitettyyn Cu-sylinteriin. Rakenteesta tehtiin billetti, jonka sisälle 20 muodostettiin vakuumi. Billettiä hehkutettiin tunnin ajan 700-900 °C:ssa. Saavutettuaan tämän lämpötilan, missä Cr ja Zr ovat liuenneet, pursotettiin billetti 3-5 kertaa ohuemmaksi tangoksi veteen. Tankoa vedettiin n. 60 % 25 ohuemmaksi, hehkutettiin 1 tunti 700-900 °C:ssa ja sammutettiin veteen. Veto- hehkutus-sammutus-menettelyä jatkettiin, kunnes saavutettiin vaaditut mitat.
Nb-Ti-suprajohde voidaan liittää nyt komposiitis-30 ta valmistettuun profiiliin. Suprajohdetta ja esim. U-profiiliksi taivutettua komposiittia ve- 6 69486 detään vielä yhdessä 30 %, rakennetta hehkutetaan 60-120 minuutta n. 400°C:ssa, karkaistaan ja käsitellään mekaanisesti (veto 5-10 %).
Esim. 2 Kuparista, kromista ja zirkoniumista valmiste-5 taan seos, jossa Cu = 99,2 %, Cr = 0,7 % ja Zr = 0,1 %. Tästä seoksesta tehdään rakeita ja sekoitetaan puhtaan kuparipulverin kanssa. Pulveri puristetaan kuparisylinteriin, josta tehdään billetti, jonka jatkokäsittely tapahtuu samoin j q kuin esimerkissä 1.
Il
Claims (12)
- 7 69486
- 1 Tapa Nb-Ti-suprajohdesäikeistä ja puhtaasta Cu-matriisista tai Nb^Sn-suprajohdesäikeistä ja pronssimatriisista muodostuvan suprajohtavan 5 tuotteen mekaaniseksi lujittamiseksi, tun nettu siitä, että suprajohtavaa tuotetta lujittavana seosmateriaalina käytetään Cu-Cr-Zr-seosta.
- 2 Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, t u n - 10. e t t u siitä, että suprajohtavan tuotteen lujittava komposiitti muodostuu Cu-Cr-Zr-seoksen ja puhtaan kuparin yhdistelmästä, jossa Cu-Cr-Zr-seos antaa suprajohtavalle tuotteelle tarvittavan mekaanisen lujuuden.
- 15. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen tapa, tun nettu siitä, että Cu-Cr-Zr-seoksen ja kuparin suhdetta komposiitissa voidaan säätää.
- 4 Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että Cu-Cr-Zr-seossauvat on 2o upotettu kuparirakenteeseen.
- 5 Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että raemaisesta Cu-Cr-Zr-seoksesta ja pulverimaisesta kuparista muodostetaan komposiitti pulverimetallurgisin keinoin.
- 25. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnet- t u siitä, että Cu-Cr-Zr-seoksessa on Cr 0,4-0,7 % ja Zr 0,1-0,2 %, loput Cu.
- 7 Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen tapa, tun nettu siitä, että suprajohtava tuote on 30 suprajohdekaapeli. e 69486 r- _
- 8 Patenttivaatimuksen 7 mukainen tapa, tunnet- t u siitä, että komposiitista valmistettu tuki-profiili sovitetaan suprajohdekaapelin ympärille joko U-muotoisena tai putkimaisena.
- 5. Patenttivaatimuksen 7 mukainen tapa, tunnet- t u siitä, että suprajohdekaapeli sovitetaan komposiittiprofiilin ympärille.
- 10 Patenttivaatimuksen 7 mukainen tapa, tunnet-t u siitä, että Nb-Ti-suprajohdesäikeistä ja <1 q Cu-matriisista muodostetun suprajohdekaapelin ja komposiitin viimeinen lämpö- ja mekaaninen käsittely tehdään valmiille, suprajohdekaapelin ja komposiitin käsittävälle rakennekokonaisuudelle.
- 11 Patenttivaatimuksen 7 mukainen tapa, tunnet-t u siitä, että suprajohtava tuote ja lujite-seos kiinnitetään toisiinsa juottamalla. 9 69486
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI842076A FI69486C (fi) | 1984-05-24 | 1984-05-24 | Saett att armera en supraledande produkt medelst kompositionsmaterial |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI842076 | 1984-05-24 | ||
| FI842076A FI69486C (fi) | 1984-05-24 | 1984-05-24 | Saett att armera en supraledande produkt medelst kompositionsmaterial |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI842076A0 FI842076A0 (fi) | 1984-05-24 |
| FI69486B FI69486B (fi) | 1985-10-31 |
| FI69486C true FI69486C (fi) | 1986-02-10 |
Family
ID=8519130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI842076A FI69486C (fi) | 1984-05-24 | 1984-05-24 | Saett att armera en supraledande produkt medelst kompositionsmaterial |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI69486C (fi) |
-
1984
- 1984-05-24 FI FI842076A patent/FI69486C/fi not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI69486B (fi) | 1985-10-31 |
| FI842076A0 (fi) | 1984-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3881569T2 (de) | Vorrichtungen und Systeme mit einem supraleitenden Körper und Verfahren zur Herstellung dieses Körpers. | |
| US4411959A (en) | Submicron-particle ductile superconductor | |
| DE3531769C2 (fi) | ||
| US4917965A (en) | Multifilament Nb3 Al superconducting linear composite articles | |
| JPH0568808B2 (fi) | ||
| DE69635646T2 (de) | Draht aus supraleitendem Oxid und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| US4743713A (en) | Aluminum-stabilized NB3SN superconductor | |
| DE3531770A1 (de) | Multifilament-supraleiterdraehte, bestehend aus mit kupfer oder mit kupfer-legierung umgebenen filamenten aus nb(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)sn oder v(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)ga mit zusaetzen sowie verfahren zu deren herstellung | |
| US4791241A (en) | Stabilized superconducting wire | |
| GB2076430A (en) | Superconductor wires | |
| GB2078786A (en) | Superconductive wires | |
| EP0045584A1 (en) | Methods of making multifilament superconductors | |
| FI69486B (fi) | Saett att armera en supraledande produkt medelst kompositionsmaterial | |
| Flükiger et al. | Fabrication on a laboratory scale and mechanical properties of Cu‐Nb‐Sn multifilamentary superconducting composite wires produced by cold powder metallurgy processing | |
| EP0171918B1 (en) | A process for producing a pbmo6s8 type compound superconductor | |
| Dietederich | THE CRITICAL CURRENT DENSITY AND MICRO-STRUCTURAL STATE OF AN INTERNAL TIN MULTIFILAMENTARY SUPERCONDUCTING WIRE | |
| US4505762A (en) | Method of producing compound-type superconducting wires | |
| Tsuei | Ductile superconducting Cu-rich alloys containing A-15 filaments | |
| Pourrahimi et al. | Powder metallurgy processed Nb/sub 3/Sn (Ta) wire for high field NMR magnets | |
| JP3472452B2 (ja) | アルミニウム安定化超電導導体 | |
| Kamata et al. | High-Field Current-Carrying Capacities of ‘Titanium Bronze’Processed Multifilamentary Nb3Sn Conductors with Pure and Alloy Cores | |
| Spencer et al. | Development of an internally strengthened Nb3Sn conductor | |
| EP0437614A1 (en) | Superconductive wire | |
| Peter | Superconductor: Wires and cables: Materials and processes | |
| US3763553A (en) | Method of fabricating intermetallic type superconductors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM | Patent lapsed |
Owner name: OUTOKUMPU OY |