FR2855313A1 - Procede de fabrication d'une gaine electriquement isolante et mecaniquement structurante sur un conducteur electrique. - Google Patents
Procede de fabrication d'une gaine electriquement isolante et mecaniquement structurante sur un conducteur electrique. Download PDFInfo
- Publication number
- FR2855313A1 FR2855313A1 FR0350158A FR0350158A FR2855313A1 FR 2855313 A1 FR2855313 A1 FR 2855313A1 FR 0350158 A FR0350158 A FR 0350158A FR 0350158 A FR0350158 A FR 0350158A FR 2855313 A1 FR2855313 A1 FR 2855313A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- conductor
- ceramic
- heat treatment
- precursor
- coating
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000012700 ceramic precursor Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 229910000657 niobium-tin Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 19
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 11
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical group O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 8
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 8
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 8
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 238000001595 flow curve Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 206010067484 Adverse reaction Diseases 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000006838 adverse reaction Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001473 noxious effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/06—Insulating conductors or cables
- H01B13/16—Insulating conductors or cables by passing through or dipping in a liquid bath; by spraying
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/0016—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables for heat treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Insulating Bodies (AREA)
- Processes Specially Adapted For Manufacturing Cables (AREA)
- Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
Abstract
Selon l'invention, qui s'applique notamment à la fabrication d'aimants supraconducteurs, on forme un précurseur de céramique (10) sous forme d'une solution fluide, puis un revêtement du conducteur (2) avec ce précurseur et l'on traite thermiquement ce revêtement pour former la céramique.
Description
PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE GAINE ÉLECTRIQUEMENT
ISOLANTE ET MÉCANIQUEMENT STRUCTURANTE SUR UN CONDUCTEUR ÉLECTRIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une gaine électriquement isolante et mécaniquement structurante sur un conducteur électrique.
L'invention permet d'obtenir un conducteur électriquement isolé, utilisable dans une large gamme de températures et plus particulièrement aux très basses températures, inférieures ou égales à 4,2K, correspondant au domaine d'exploitation des aimants 15 supraconducteurs que l'on utilise pour engendrer de forts champs magnétiques.
L'invention s'applique ainsi notamment à la fabrication de tels aimants supraconducteurs.
Elle s'applique aussi à la fabrication de 20 pièces polaires de moteurs électriques.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
On connaît déjà des électro-aimants supraconducteurs, faits à partir d'alliages de type 25 Nb3Sn. De tels alliages sont capables de produire d'intenses champs magnétiques, allant jusqu'à 24 teslas, ce qui leur donne un avantage certain sur les alliages de type NbTi, habituellement employés dans de tels électro-aimants.
B 14326.3 PV Cependant, les caractéristiques de Nb3Sn rendent sa mise en oeuvre délicate car, contrairement à NbTi qui est un alliage très ductile et facilement extrudable, il est délicat de fabriquer des composés multifilamentaires de Nb3Sn.
En effet, Nb3Sn est un matériau intermétallique polycristallin qui, pour être formé, doit subir un long traitement thermique pouvant aller jusqu'à 3 semaines à des températures de 600 C à 720 C 10 sous atmosphère inerte. Une fois traité, il devient cassant et ses propriétés supraconductrices sont très sensibles à toute déformation mécanique.
Ainsi, lorsqu'on veut fabriquer un électroaimant à partir de l'alliage Nb3Sn, il s'avère 15 nécessaire de mettre en forme le bobinage de l'électroaimant avec un câble formé à l'aide d'un " précurseur " de cet alliage et de lui faire subir ultérieurement un traitement, à savoir un cycle thermique, permettant la formation de Nb3Sn.
Ce traitement est aussi appelé " réaction " dans la suite de la description et le câble formé à l'aide d'un précurseur de Nb3Sn est appelé " câble non-réagi " (en anglais " non-reacted cable ").
La mise en oeuvre de l'isolation électrique 25 du câble est particulièrement délicate car, pour cette isolation, il est difficile d'utiliser un matériau classique, de type organique. En effet, un tel matériau ne résiste pas à un traitement thermique au cours duquel la température dépasse 600 C.
On se reportera au document suivant: B 14326.3 PV WO 03/010781A invention de Jean-Michel Rey, Sandrine Marchant, Arnaud Devred et Eric Prouzet.
Ce document divulgue un procédé de fabrication d'une gaine électriquement isolante et 5 mécaniquement structurante sur un conducteur électrique et propose l'emploi d'une solution gélifiée, contenant un liant organique, pour le dépôt d'un précurseur de céramique soit directement sur le conducteur à isoler soit sur un ruban servant à entourer ce conducteur.
Cependant, l'emploi d'un gel nécessite l'utilisation d'un acide pour engendrer ce gel. Par ailleurs, la présence d'un liant organique n'est pas souhaitable car elle peut conduire à la création de résidus carbonés qui sont néfastes aux propriétés 15 isolantes de la céramique. Cet effet indésirable nécessite donc une phase d'élimination du liant organique.
On se reportera également au document suivant: US 6 387 852 B, E. Celik, Y. Hascicek et I. Mutlu.
Ce document décrit un procédé pour recouvrir des supraconducteurs d'un isolant électrique.
Cependant, ce procédé utilise également une solution 25 sol-gel nécessitant des oxydes et des solvants organiques, à savoir l'isopropanol et l'acétyl-acétone, pour former le précurseur de céramique.
EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents.
B 14326.3 PV Dans l'invention, on n'utilise aucun liant organique et la suspension servant à la formation du précurseur céramique n'est pas un gel mais une solution fluide.
Le procédé objet de l'invention conduit à une simplification des compositions employées pour sa mise en oeuvre et à une séparation nette des phases d'élaboration du conducteur isolé, comme on le verra par la suite.
De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une gaine électriquement isolante et mécaniquement structurante sur un conducteur électrique, en particulier un conducteur en métal non supraconducteur, un conducteur 15 en métal supraconducteur ou un conducteur en précurseur de supraconducteur, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - formation d'un précurseur de céramique sous forme d'une solution fluide, - formation d'un revêtement du conducteur avec ce précurseur de céramique, et - traitement thermique de ce revêtement, ce traitement thermique étant apte à former la céramique à partir du précurseur de céramique.
Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé objet de l'invention, le précurseur de céramique est un liquide constitué par une solution comprenant de l'eau, de la fritte de verre et une argile en suspension dans l'eau.
B 14326.3 PV De préférence, l'argile est choisie dans le groupe des smectites et, dans ce groupe, on choisit de préférence la montmorillonite.
Selon un mode de réalisation préféré de 5 l'invention, la solution comprend, en pourcentage massique, 35% à 50% d'eau, 8% à 15% d'argile et 35% à 55% de fritte de verre.
Selon un premier mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, le 10 conducteur est en précurseur d'un supraconducteur, en particulier Nb3Sn, et l'on effectue un traitement thermique global de ce conducteur pourvu du revêtement, ce traitement thermique global étant apte à former le supraconducteur et la céramique.
Selon un deuxième mode de mise en oeuvre particulier, le conducteur est soit en métal non supraconducteur soit en métal supraconducteur et l'on effectue un traitement thermique de ce conducteur pourvu du revêtement, ce traitement thermique étant 20 apte à former la céramique.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'étape de formation du revêtement comprend une étape de dépôt du précurseur de céramique sur un ruban de fibres puis une étape de disposition du 25 ruban pourvu du précurseur de céramique autour du conducteur.
Dans ce cas, il se produit une enduction du ruban par le précurseur céramique et les fibres peuvent être faites d'un matériau choisi parmi le verre 30 de type E, le verre de type C, le verre de type R, le B 14326.3 PV verre de type S2, la silice pure, une alumine et un aluminosilicate.
De préférence, le ruban de fibres est préalablement désensimé, par exemple de façon thermique ou chimique.
Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, on met en forme le conducteur pourvu du revêtement, avant l'étape de traitement thermique apte à former la céramique.
Pour mettre en forme le conducteur, on peut par exemple bobiner ce conducteur (pourvu du revêtement), avant l'étape de traitement thermique apte à former la céramique.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins 20 annexés sur lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement des étapes d'un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, - la figure 2 illustre schématiquement une 25 application particulière de l'invention, et - les figures 3 et 4 montrent des courbes d'écoulement de suspensions céramiques ayant des compositions différentes.
B 14326.3 PV EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS La technique d'isolation électrique proposée dans la présente invention permet de déposer un gainage céramique sur un câble conducteur non-réagi 5 (fait d'un précurseur de Nb3Sn), avant la mise en forme d'une bobine d'aimant supraconducteur.
Le gainage céramique va réagir simultanément pendant le cycle thermique nécessaire à la formation du supraconducteur Nb3Sn et va contribuer 10 ainsi à l'isolation électrique et à la cohésion mécanique de la bobine (fonction structurante).
Afin de faciliter l'exploitation industrielle du procédé d'isolation, les phases de préparation du précurseur céramique, de préparation de 15 la gaine céramique (par enduction d'un ruban de fibres de verre par exemple) et de gainage du câble conducteur (guipage) sont distinctes.
Le gainage céramique du conducteur doit présenter certaines propriétés pour garantir le bon 20 fonctionnement du câble supraconducteur qui sera finalement formé. Ce gainage doit: * assurer l'isolation électrique du câble conducteur, * garantir une cohésion mécanique à la 25 bobine résultant de la mise en forme du conducteur isolé, * maintenir une bonne résistance mécanique dans une plage de températures allant de la température ambiante (environ 300K) jusqu'à 1,6K, et B 14326. 3 PV présenter si possible une certaine porosité afin de permettre la diffusion d'hélium jusqu'à la surface du conducteur pour les applications relatives aux aimants supraconducteurs.
Dans un exemple de l'invention, l'élaboration d'un câble supraconducteur en Nb3Sn électriquement isolé est réalisée en plusieurs phases bien distinctes, à savoir: - préparation d'une suspension formant un 10 précurseur céramique, - fabrication d'un gainage céramique par enduction d'un ruban de fibres de verre au moyen de cette suspension, - guipage, au moyen de ce ruban, d'un câble 15 conducteur constitué d'un précurseur de Nb3Sn non-réagi, - formation d'une bobine à partir du câble conducteur ainsi guipé, et - accomplissement d'un cycle thermique 20 nécessaire à la réaction du précurseur de Nb3Sn. Ce cycle thermique réalise simultanément la transformation du précurseur Nb3Sn en supraconducteur et du revêtement en précurseur céramique en céramique.
On obtient ainsi une bobine supraconductrice de Nb3Sn électriquement isolée et possédant une cohésion mécanique.
On explique dans ce qui suit la préparation d'un précurseur de céramique.
La solution utilisée dans l'invention pour 30 la formation de ce précurseur ne possède aucun composant organique de type liant pour éviter la B 14326.3 PV formation de résidus carbonés que l'on sait être néfastes à une bonne isolation électrique.
Cette solution est de préférence un mélange ternaire d'une argile de type montmorillonite, de 5 fritte de verre et d'eau qui forment une suspension céramique.
Dans un exemple, la montmorillonite utilisée est produite par la société Arvel SA sous la dénomination commerciale Expans.
Cette argile permet de donner la plasticité nécessaire au ruban imprégné qui sera utilisé lors du guipage du câble conducteur (fait d'un précurseur de l'alliage Nb3Sn). De plus, elle autorise des rayons de cintrage de l'ordre de 2mm pour le ruban de gainage.
Par comparaison avec d'autres argiles, son pouvoir plastifiant élevé permet de réduire la quantité utilisée et d'augmenter proportionnellement la fritte de verre.
La fritte de verre utilisée est fabriquée 20 par la société Johnson & Mattey, sous la référence 2495F. Son point de fusion est de 538 C.
La fritte de verre est un élément fusible qui contribue à la cohésion de l'isolation céramique après le traitement thermique.
L'eau permet d'ajuster la viscosité de la suspension.
A la fin de la présente description, on a
considéré le comportement rhéologique de deux compositions particulières de la suspension céramique. 30 Comme cela est indiqué, les conditions expérimentales B 14326.3 PV sont telles qu'on se situe dans le régime décrit par le démarrage des courbes de comportement.
L'argile et la fritte de verre sont chauffées à 100 C pendant 12 heures dans une étuve pour 5 éliminer les éventuelles traces d'humidité. Puis les deux poudres d'argile et de fritte de verre sont broyées séparément jusqu'à atteindre une granulométrie inférieure à 20gm. La fritte de verre est ensuite mélangée à l'eau avec un agitateur magnétique.
La solution résultant de ce mélange est alors soumise aux effets d'un canon à ultrasons de marque Bioblock Scientific, modèle Vibracell 72412, utilisé à une puissance de 300 watts. Ce traitement a pour but de casser les éventuels agrégats de 15 particules.
Puis la solution est laissée sous agitation pendant 4 heures pour permettre la stabilisation de la valeur de son pH. Cette attente de stabilisation permet d'assurer la reproductibilité des conditions expérimentales dans la préparation du précurseur de céramique.
L'argile est ensuite incorporée par ajouts successifs, ce qui facilite le mélange de l'ensemble, puis la suspension obtenue est à nouveau traitée à 25 l'aide du canon à ultrasons afin d'obtenir un mélange homogène.
On constate expérimentalement qu'on obtient une gélification de la suspension.
Cette suspension est alors agitée. Pour ce 30 faire, dans l'exemple décrit, elle est mise sur un agitateur à rouleaux pendant 12 heures, dans un flacon B 14326.3 PV en polyéthylène contenant une vingtaine de billes en porcelaine de diamètre 20mm. Grâce à cette technique d'agitation, on obtient une bonne homogénéisation de la solution et on confère à la suspension un aspect fluide.
En pratique, l'agitation brise le processus de gélification constaté précédemment.
La viscosité réduite du mélange est nécessaire à une bonne imprégnation du ruban de fibres 10 de verre qui sera utilisé pour le gainage du conducteur.
Un volume d'environ 600 millilitres de mélange est constitué pour chaque préparation.
On indique maintenant le domaine de 15 composition de la suspension.
Dans le précurseur céramique, les pourcentages massiques peuvent varier dans les intervalles donnés ci-après (la somme des pourcentages devant bien entendu être égale à 100% pour un 20 précurseur céramique donné) : * 35% à 50% pour l'eau, * 35% à 55% pour la fritte de verre, et * 8% à 15% pour l'argile de type montmorillonite.
On explique dans ce qui suit la fabrication du gainage céramique.
Dans l'exemple décrit, la gaine céramique est constituée d'un ruban de fibres de verre qui est imprégné de la suspension céramique décrite cidessus. 30 Les fibres de ce ruban peuvent être en verre de type E, B 14326.3 PV C, R ou S2. Ces fibres peuvent tout aussi bien être en silice pure, alumine ou aluminosilicate.
Avant d'être imprégné, le ruban subit un traitement thermique - il est maintenu à 350 C pendant 5 12 heures - pour éliminer l'ensimage organique des fibres dont il est constitué.
Cet ensimage est en effet néfaste à une bonne enduction des fibres par la suspension céramique et constitue une source d'éléments carbonés, 10 susceptibles de diminuer les propriétés isolantes de la céramique.
L'enduction du ruban de fibres de verre par la solution céramique est effectuée grâce à un banc d'imprégnation qui est schématiquement représenté sur 15 la figure 1.
Le ruban désensimé, sous la forme d'un rouleau 2, est fixé à un système de frein 4 qui permet de dérouler le ruban tout en gardant une tension constante. Des poulies 6 permettent de guider le ruban 20 à travers les différents composants du banc d'imprégnation. Le sens de déplacement est indiqué par la flèche F. Dans un premier temps, le ruban passe dans un bac d'imprégnation 8 contenant la suspension 25 céramique 10. Celle-ci est maintenue sous agitation, grâce à un agitateur magnétique 12, pendant la phase d'imprégnation du ruban, pour conserver l'homogénéité de ce dernier et éviter les problèmes de sédimentation.
A la sortie du bac 8, le ruban 2 passe à 30 travers un système de racleurs 14 qui permet de limiter B 14326.3 PV l'épaisseur du dépôt céramique 16 formé sur le ruban (du fait de son passage dans la suspension céramique).
Une colonne de séchage 18, chauffée à 150 C, permet l'évaporation complète de l'eau de la solution céramique déposée sur le ruban.
A la sortie de la colonne, la gaine, en précurseur céramique, est complètement sèche. Elle est conditionnée sous la forme d'un rouleau 20, grâce à un moteur 22 qui maintient une vitesse de défilement 10 constante de 20cm par minute.
On décrit dans ce qui suit la fabrication d'un électro-aimant quadripolaire en utilisant la présente invention.
La construction d'un tel électro-aimant 15 nécessite de fabriquer quatre bobinages identiques, chaque bobinage étant constitué de 75m de câble supraconducteur de type Rutherford.
Les câbles de Rutherford ont une section approximativement trapézoïdale et sont constitués de 36 20 brins conducteurs qui sont torsadés entre eux et faits, finalement, de Nb3Sn dans l'exemple.
Ces brins sont répartis de manière à former un conducteur plat à deux couches, dont la section droite a les dimensions approximatives suivantes: 25 1,3 mm pour le petit côté, 1,6 mm pour le grand côté et 15,1 mm pour la largeur.
Le gainage de céramique, constitué du ruban de fibres de verre imprégné du précurseur de céramique, est guipé autour du câble conducteur de Rutherford 30 (formé du précurseur de Nb3Sn), en deux couches B 14326.3 PV décalées d'une demi-largeur, comme on le voit sur la figure 2.
Sur cette figure, les références 24, 26, 28 et 30 représentent respectivement le câble (avant le 5 traitement destiné à former Nb3Sn), les brins du câble, la première couche du ruban et la deuxième couche du ruban.
Pour chacune de ces couches, le bord d'un tour de ruban se trouve contre le bord du tour 10 adjacent. De plus, la première couche 28 est mise en place la première sur le câble et la deuxième couche 30 permet d'assurer la continuité de l'isolation électrique, comme on le voit sur la figure 2.
Après avoir guipé le câble conducteur au 15 moyen des deux couches de gainage céramique 28 et 30, ce câble est mis sous forme de bobinages selon des moyens connus dans l'état de la technique. Puis les bobinages ainsi obtenus à partir du câble conducteur, constitué du précurseur guipé de la gaine céramique, 20 sont soumis à un traitement thermique sous un gaz neutre tel que l'argon.
Ce traitement comprend une montée lente en température, à une vitesse voisine de 6 C par heure, jusqu'à la température de 660 C, puis un palier à 660 C 25 pendant 240 heures, puis un refroidissement lent jusqu'à la température ambiante (20 C à 23 C) dans l'enceinte du four de traitement.
Ce traitement permet la réaction du câble précurseur et l'obtention d'un matériau supraconducteur 30 Nb3Sn ayant les propriétés recherchées.
B 14326.3 PV Pendant ce traitement thermique, une circulation continue de gaz neutre a lieu à l'intérieur du four. L'utilisation d'une telle atmosphère inerte pendant le traitement thermique permet d'éviter les 5 réactions néfastes entre le précurseur de Nb3Sn et l'oxygène de l'air qui peuvent former divers oxydes métalliques, susceptibles de diminuer les propriétés du supraconducteur formé.
L'utilisation d'une température de 660 C 10 sous gaz neutre est une contrainte importante pour la mise au point d'une isolation céramique adaptée.
En effet, la fritte de verre utilisée dans l'exemple de l'invention possède un point de fusion de 540 C. Elle fond donc pendant le traitement thermique 15 nécessaire à la formation du supraconducteur Nb3Sn (au cours duquel on maintient la température à 660 C) et apporte ainsi, après refroidissement à la température ambiante, l'isolation électrique et la cohésion mécanique nécessaires aux applications de l'invention, 20 telles que la formation de bobinages supraconducteurs.
Durant l'exploitation des électro-aimants supraconducteurs, chaque bobinage est refroidi à la température de l'hélium liquide (4,2K à la pression atmosphérique) ou à celle de l'hélium superfluide 25 (température inférieure à 2,1K sous pression réduite) pour rendre supraconducteur l'alliage Nb3Sn composant le conducteur dont est formé le câble du bobinage.
Lorsque l'électro-aimant est parcouru par un courant d'excitation, des forces de Lorentz 30 considérables apparaissent dans chaque bobinage. La cohésion mécanique apportée par l'isolation céramique B 14326.3 PV facilite la manipulation des bobines après le traitement thermique et permet de résister aux efforts engendrés par le fonctionnement de l'électro-aimant à des champs magnétiques intenses.
Dans l'invention, à la place de la montmorillonite, on peut utiliser toute autre argile du groupe des smectites.
De plus, l'invention peut être mise en oeuvre avec d'autres conducteurs qu'un précurseur de 10 Nb3Sn, par exemple: - un précurseur de Nb3Al ou un précurseur d'un supraconducteur à base d'oxyde de cuivre, tel que YBa 2Cu307, Bi2Sr2CaCu202 ou Bi2Sr2Ca2Cu3010, ou - un métal qui n'est pas supraconducteur, par exemple le cuivre, ou - tout conducteur y compris un supraconducteur supportant le traitement thermique que l'on fait subir au précurseur céramique.
L'invention s'applique notamment: * à la fabrication de petits solénoïdes supraconducteurs compacts, dépourvus d'éléments métalliques structurants, utilisés principalement à basse température, * à la fabrication de bobinages de machines électriques tournantes supraconductrices, * à la fabrication de bobinages de machines électriques tournantes non supraconductrices, destinées à fonctionner à des températures supérieures à 300 C, 30 par utilisation de conducteurs classiques, et B 14326.3 PV * à l'isolation électrique de câbles conducteurs devant résister pendant un certain temps à de fortes températures, sans dégagement de vapeurs nocives en cas d'incendie.
Considérons maintenant le comportement rhéologique de deux suspensions céramiques particulières, utilisables dans l'invention.
On se reportera aux figures 3 et 4 qui représentent les courbes d'écoulement pour deux 10 suspensions céramiques ayant des compositions différentes: la figure 3 correspond à une première composition et la figure 4 à une deuxième composition, différente de la premiere.
Chacune de ces courbes d'écoulement 15 représente les variations de la contrainte t (exprimée en Pa) en fonction de la vitesse de cisaillement 7 (exprimée en s-1).
Le comportement n'est pas de type newtonien, les viscosités moyennes des deux 20 compositions sont proches, aux alentours de 45mPa.s, mais seule la première composition (figure 3) donne un dépôt suffisant sur le ruban de verre.
Cette différence s'explique par la variation du comportement thixotropique des deux 25 suspensions. En effet, les deux courbes de descente D1 et D2 sont équivalentes mais, pour les courbes de montée Ml et M2, la première composition possède un comportement plus rhéofluidifiant qui entraîne une thixotropie plus importante.
Or, la circulation à faible vitesse du ruban de verre dans la suspension céramique crée de B 14326.3 PV faibles vitesses de cisaillement. Ainsi, pendant la phase d'imprégnation, les conditions expérimentales sont telles que le comportement rhéologique correspondant au début des courbes d'écoulement.
La composition des deux suspensions est donnée dans le tableau I cidessous. L'argile utilisée pour les deux suspensions est la montmorillonite commercialisée par la société Arvel SA sous la dénomination Expans.
Tableau 1
Argile Fritte de Eau (% massique) verre (% massique) (% massique) Suspension 1 11,5 46 42,5 Suspension 2 10 50 40 B 14326.3 PV
Claims (13)
1. Procédé de fabrication d'une gaine électriquement isolante et mécaniquement structurante 5 sur un conducteur électrique (2) , en particulier un conducteur en métal non supraconducteur, un conducteur en métal supraconducteur ou un conducteur en précurseur de supraconducteur, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: formation d'un précurseur de céramique (10) sous forme d'une solution fluide, - formation d'un revêtement du conducteur avec ce précurseur de céramique, et - traitement thermique de ce revêtement, 15 ce traitement thermique étant apte à former la céramique à partir du précurseur de céramique.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le précurseur de céramique (10) est un liquide 20 constitué par une solution comprenant de l'eau, de la fritte de verre et une argile en suspension dans l'eau.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'argile est choisie dans le groupe des 25 smectites.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'argile est la montmorillonite.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la solution comprend, B 14326.3 PV en pourcentage massique, 35% à 50% d'eau, 8% à 15% d'argile et 35% à 55% de fritte de verre.
6. Procédé selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 5, dans lequel le conducteur (2) est en précurseur d'un supraconducteur, en particulier Nb3Sn, et l'on effectue un traitement thermique global de ce conducteur pourvu du revêtement, ce traitement thermique global étant apte à former le supraconducteur 10 et la céramique.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le conducteur (2) est en métal non supraconducteur ou en métal 15 supraconducteur et l'on effectue un traitement thermique de ce conducteur pourvu du revêtement, ce traitement thermique étant apte à former la céramique.
8. Procédé selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 7, dans lequel l'étape de formation du revêtement comprend une étape de dépôt du précurseur de céramique sur un ruban de fibres puis une étape de disposition du ruban pourvu du précurseur de céramique autour du conducteur.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel les fibres sont faites d'un matériau choisi parmi le verre de type E, le verre de type C, le verre de type R, le verre de type S2, la silice pure, une 30 alumine et un aluminosilicate.
B 14326.3 PV
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, dans lequel le ruban de fibres est préalablement désensimé.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le ruban de fibres est préalablement désensimé de façon thermique ou chimique.
12. Procédé selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 11, dans lequel on met en forme le conducteur (2) pourvu du revêtement, avant l'étape de traitement thermique apte à former la céramique.
13. Procédé selon la revendication 12, dans 15 lequel on bobine le conducteur (2) pourvu du revêtement, avant l'étape de traitement thermique apte à former la céramique.
B 14326.3 PV
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0350158A FR2855313A1 (fr) | 2003-05-19 | 2003-05-19 | Procede de fabrication d'une gaine electriquement isolante et mecaniquement structurante sur un conducteur electrique. |
| DE602004002867T DE602004002867T2 (de) | 2003-05-19 | 2004-05-18 | Verfahren zur herstellung einer elektrisch isolierenden und mechanisch strukturierenden mantelung auf einem elektrischen leiter |
| ES04767829T ES2273285T3 (es) | 2003-05-19 | 2004-05-18 | Procedimiento de fabricacion de un funda electricamente y mecanicamente estructurante sobre un coductor electrico. |
| CN200480013805.4A CN1791949A (zh) | 2003-05-19 | 2004-05-18 | 在电导体上制造电绝缘和机械结构外皮的方法 |
| EP04767829A EP1625598B1 (fr) | 2003-05-19 | 2004-05-18 | Procede de fabrication d'une gaine electriquement isolante et mecaniquement structurante sur un conducteur electrique. |
| US10/557,407 US20070042910A1 (en) | 2003-05-19 | 2004-05-18 | Method of manufacturing an electrically insulating and mechanically structuring sheath on an electrical condutor |
| AT04767829T ATE343212T1 (de) | 2003-05-19 | 2004-05-18 | Verfahren zur herstellung einer elektrisch isolierenden und mechanisch strukturierenden mantelung auf einem elektrischen leiter |
| PCT/FR2004/050200 WO2004105058A1 (fr) | 2003-05-19 | 2004-05-18 | Procede de fabrication d'une gaine electriquement isolante et mecaniquement structurante sur un conducteur electrique. |
| JP2006530442A JP2007510257A (ja) | 2003-05-19 | 2004-05-18 | 電気絶縁性及び機械的構造の外装を導電体上に製造する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0350158A FR2855313A1 (fr) | 2003-05-19 | 2003-05-19 | Procede de fabrication d'une gaine electriquement isolante et mecaniquement structurante sur un conducteur electrique. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2855313A1 true FR2855313A1 (fr) | 2004-11-26 |
Family
ID=33396869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0350158A Withdrawn FR2855313A1 (fr) | 2003-05-19 | 2003-05-19 | Procede de fabrication d'une gaine electriquement isolante et mecaniquement structurante sur un conducteur electrique. |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20070042910A1 (fr) |
| EP (1) | EP1625598B1 (fr) |
| JP (1) | JP2007510257A (fr) |
| CN (1) | CN1791949A (fr) |
| AT (1) | ATE343212T1 (fr) |
| DE (1) | DE602004002867T2 (fr) |
| ES (1) | ES2273285T3 (fr) |
| FR (1) | FR2855313A1 (fr) |
| WO (1) | WO2004105058A1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005047938A1 (de) * | 2005-10-06 | 2007-04-12 | Bruker Biospin Gmbh | Supraleitendes Magnetspulensystem mit Quenchschutz |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100945195B1 (ko) * | 2008-08-27 | 2010-03-03 | 한국전기연구원 | 러더퍼드 케이블을 이용한 전류리드 |
| DE102014207373A1 (de) * | 2014-04-17 | 2015-10-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Spulenwicklung mit einem zweifach zusammenhängenden Bandleiter |
| CN109509590A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-22 | 上海申远高温线有限公司 | 一种硅橡胶电缆湿法涂滑石粉的专用装置 |
| CN114446536A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-05-06 | 福建师范大学 | 一种改进的制备Nb3Al超导长线材的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3352009A (en) * | 1962-12-05 | 1967-11-14 | Secon Metals Corp | Process of producing high temperature resistant insulated wire, such wire and coils made therefrom |
| US4407062A (en) * | 1980-07-15 | 1983-10-04 | Imi Kynoch Limited | Methods of producing superconductors |
| US5246729A (en) * | 1986-06-30 | 1993-09-21 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method of coating superconductors with inorganic insulation |
| US6387852B1 (en) * | 1997-04-14 | 2002-05-14 | Florida State University | Method of applying high temperature compatible insulation to superconductors |
| US20030017950A1 (en) * | 2001-07-20 | 2003-01-23 | Commissariat A L'energie Atomique | Manufacturing process for an electrically insulating and mechanically structuring sheath on an electric conductor |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3298936A (en) * | 1961-04-17 | 1967-01-17 | North American Aviation Inc | Method of providing high temperature protective coatings |
| US4342814A (en) * | 1978-12-12 | 1982-08-03 | The Fujikura Cable Works, Ltd. | Heat-resistant electrically insulated wires and a method for preparing the same |
| US5587226A (en) * | 1993-01-28 | 1996-12-24 | Regents, University Of California | Porcelain-coated antenna for radio-frequency driven plasma source |
| AU5057096A (en) * | 1995-04-24 | 1996-11-07 | Rohm And Haas Company | Method for forming extruded parts from inorganic material |
-
2003
- 2003-05-19 FR FR0350158A patent/FR2855313A1/fr not_active Withdrawn
-
2004
- 2004-05-18 CN CN200480013805.4A patent/CN1791949A/zh active Pending
- 2004-05-18 US US10/557,407 patent/US20070042910A1/en not_active Abandoned
- 2004-05-18 JP JP2006530442A patent/JP2007510257A/ja not_active Withdrawn
- 2004-05-18 DE DE602004002867T patent/DE602004002867T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2004-05-18 EP EP04767829A patent/EP1625598B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 2004-05-18 WO PCT/FR2004/050200 patent/WO2004105058A1/fr active IP Right Grant
- 2004-05-18 AT AT04767829T patent/ATE343212T1/de not_active IP Right Cessation
- 2004-05-18 ES ES04767829T patent/ES2273285T3/es not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3352009A (en) * | 1962-12-05 | 1967-11-14 | Secon Metals Corp | Process of producing high temperature resistant insulated wire, such wire and coils made therefrom |
| US4407062A (en) * | 1980-07-15 | 1983-10-04 | Imi Kynoch Limited | Methods of producing superconductors |
| US5246729A (en) * | 1986-06-30 | 1993-09-21 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method of coating superconductors with inorganic insulation |
| US6387852B1 (en) * | 1997-04-14 | 2002-05-14 | Florida State University | Method of applying high temperature compatible insulation to superconductors |
| US20030017950A1 (en) * | 2001-07-20 | 2003-01-23 | Commissariat A L'energie Atomique | Manufacturing process for an electrically insulating and mechanically structuring sheath on an electric conductor |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005047938A1 (de) * | 2005-10-06 | 2007-04-12 | Bruker Biospin Gmbh | Supraleitendes Magnetspulensystem mit Quenchschutz |
| DE102005047938B4 (de) | 2005-10-06 | 2022-01-27 | Bruker Biospin Gmbh | Supraleitendes Magnetspulensystem mit Quenchschutz |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2273285T3 (es) | 2007-05-01 |
| WO2004105058A1 (fr) | 2004-12-02 |
| US20070042910A1 (en) | 2007-02-22 |
| JP2007510257A (ja) | 2007-04-19 |
| ATE343212T1 (de) | 2006-11-15 |
| CN1791949A (zh) | 2006-06-21 |
| DE602004002867T2 (de) | 2007-05-10 |
| DE602004002867D1 (de) | 2006-11-30 |
| EP1625598B1 (fr) | 2006-10-18 |
| EP1625598A1 (fr) | 2006-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1816654B1 (fr) | Conducteur de transport électrique pour ligne aérienne | |
| US6387852B1 (en) | Method of applying high temperature compatible insulation to superconductors | |
| EP0138719B1 (fr) | Procédé d'élaboration de brins supraconducteurs multifilamentaires à partir de chalcogénure ternaire de molybdène | |
| EP0318921B1 (fr) | Brin composite supraconducteur à haute température critique et procédé de fabrication | |
| EP1410405B8 (fr) | Procede de fabrication d'une gaine electriquement isolante et mecaniquement structurante sur un conducteur electrique | |
| EP1625598B1 (fr) | Procede de fabrication d'une gaine electriquement isolante et mecaniquement structurante sur un conducteur electrique. | |
| FR2539550A1 (fr) | Procede de fabrication de supraconducteurs stabilises par de l'aluminium, et supraconducteur ainsi produit | |
| FR2761516A1 (fr) | Procede de decouplage d'un brin multifilamentaire supraconducteur htc a matrice a base d'argent, et brin multifilamentaire ainsi realise | |
| FR2483118A1 (fr) | Procede pour la preparation de fils supraconducteurs a partir de filaments multiples contenant du niobium et de l'aluminium, entoures de cuivre ou d'alliage de cuivre | |
| FR2599189A1 (fr) | Brin ou ruban hybride supraconducteur, son procede de preparation et brins multifilamentaires obtenus par association de tels brins hybrides | |
| EP0390016B1 (fr) | Procédé de fabrication d'un ruban à base d'oxyde supraconducteur | |
| WO1997022128A1 (fr) | Fibres en ceramique creuses supraconductrices haute temperature | |
| EP0141124B2 (fr) | Brins supraconducteurs utilisable aux fréquence industrielles | |
| FR2783084A1 (fr) | Supraconducteur a plusieurs ames en courant alternatif a haut point critique et son procede de fabrication | |
| BE1003160A5 (fr) | Incorporation de filaments ceramiques long dans une matrice metallique en vue d'obtenir un fil supraconducteur composite. | |
| EP0373180A1 (fr) | Procede pour augmenter la masse specifique et ameliorer l'homogeneite des poudres de phases de chevrel et fil a phases de chevrel obtenu selon ce procede | |
| KR101017779B1 (ko) | 붕화마그네슘 초전도 다심 선재의 제조 방법, 제조 장치 및이에 의해 제조된 붕화마그네슘 초전도 다심 선재 | |
| EP0357480B1 (fr) | Eléments composites comportant un coeur en matériau supraconducteur et leur procédé de préparation | |
| WO2002031894A1 (fr) | Conducteur supraconducteur comportant un stabilisateur cryogenique a base d'aluminium | |
| FR2787785A1 (fr) | Procede de preparation d'un supraconducteur oxyde ayant une grande partie de la phase bismuth du type 2223 et utilisation du procede | |
| EP0749637B1 (fr) | Procede de preparation d'un materiau supraconducteur du type oxyde mixte | |
| EP0390018A2 (fr) | Procédé de fabrication d'un conducteur à brins multifilamentaires supraconducteurs, pour applications aux fréquences industrielles, et conducteur en résultant | |
| JPH04362076A (ja) | ビスマス系超電導導体の製造方法 | |
| FR2538181A1 (fr) | Procede d'isolation de bobine pour machine electrique tournante | |
| FR2787622A1 (fr) | Procede de fabrication d'un ruban supraconducteur a haute tc, et dispositif pour sa mise en oeuvre |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20120131 |