FR2873488A1 - FIL SUPRACONDUCTEUR A PHASE Nb-Sn ET PRECURSEUR POUR CE FIL - Google Patents
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Abstract
Ce fil supraconducteur (15) à phase Nb-Sn comporte en coupe transversale une partie formant âme (17) et une partie formant coque (16, 17) entourant la précédente et comprenant une matrice de bronze (17), et des filaments (16) de Nb3Sn noyés dans le bronze, disposés radialement et couplés électromagnétiquement et radialement entre eux dans la direction radiale du fil (15) autour de la partie formant âme, et les filaments (16) ont des diamètres plus grands en direction de l'extérieur et sont maintenus à un espacement réciproque, dans la direction circonférentielle du fil, pour être isolés électromagnétiquement entre eux.Application notamment aux fils supraconducteurs.
Description
L'invention concerne un fil supraconducteur à phase Nb-Sn et un précurseur
pour ce fil.
En tant que fils supraconducteurs à phase Nb-Sn, ceux possédant une structure dans laquelle des filaments en Nb3Sn sont noyés de façon aussi dense que possible dans une matrice de bronze pour accroître une densité de courant critique (Jc) qui est l'une des propriétés supraconductrices d'un fil, à un niveau aussi élevé que possible ont été développés (par exemple on se référera à la demande de brevet japonais examinée N de publication 61-16141 (page 1)).
En outre, pour réduire la perte par hystérésis (Qh), qui est une autre propriété électrique d'un fil, on a développé des fils possédant une structure dans laquelle aucun filament de Nb ne peut exister dans la région du bronze de phase E devant être produite lors du traitement thermique préliminaire, et également les fils possédant une structure dans laquelle l'espacement entre les filaments dans cette région est accru de manière à empêcher que du Nb3Sn soit produit après le traitement thermique à partir d'un contact (par exemple on se référera à la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique N de publication 6- 338228 (page 1)).
Cependant, le fil supraconducteur décrit dans la demande de brevet japonais examiné N de publication 61- 16141 (page 1) mentionné précédemment est désigné comme étant du type à Jc élevé, et un précurseur du fil supraconducteur à phase Nb-Sn comprend des filaments de Nb disposés d'une manière aussi dense que possible et possède une valeur Jc égale à environ 1500 A/mm2 (une valeur mesurée dans un champ magnétique de 12T et ensuite, Jc dans cette spécification est une valeur mesurée de façon similaire dans le champ magnétique), mais étant donné que les filaments de Nb3Sn sont placés en contact les uns avec les autres ou sont couplés électromagnétiquement entre eux pendant le traitement thermique pour la production de la couche supraconductrice, la valeur Qh du fil est accrue à environ 2000 mJ/cm3 (une valeur mesurée indiquant la perte produite à l'intérieur du supraconducteur par modification du champ magnétique appliqué dans un cycle de +3T à -3T, et ensuite la valeur Qh dans la description est une valeur mesurée de façon similaire dans une modification du champ magnétique appliquée) ou plus et il en résulte que, bien qu'il ne se présente aucun problème pour l'utilisation en courant continu, il se pose un problème consistant en ce qu'une perte élevée par hystérésis se produit dans le cas d'une application de courant pulsé, et la stabilité de la bobine supraconductrice est altérée par la production de chaleur.
En outre, le fil supraconducteur décrit dans la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique N 6-338228 (page 1) est dit du type à faible perte par hystérésis et est commandable pour la réduction de la valeur Qh à une valeur aussi faible que 200 mJ/cm3, mais il est nécessaire d'augmenter l'espacement des filaments de Nb3Sn qui, dans cette région, viennent facilement en contact réciproque et/ou de maintenir une distance entre les filaments dans la couche la plus intérieure et une âme en Sn lors de la fabrication, et par conséquent il devient difficile de satisfaire à Jc > 1000 A/mm2.
L'invention a été mise au point pour résoudre les problèmes mentionnés précédemment et vise à fournir un fil possédant une valeur Jc suffisamment élevée pour une utilisation dans la pratique et dans lequel l'augmentation de Qh est supprimée.
Conformément à un aspect de la présente invention, il est prévu un fil supraconducteur à phase Nb- Sn, qui s'étend dans la direction longitudinale et possède une section transversale incluant une partie formant âme et une partie formant coque entourant la partie formant âme, caractérisé en ce que ce fil comprend: une partie formant âme constituée uniquement de bronze, et une partie formant coque incluant: une matrice formée de bronze; et des filaments de Nb3Sn noyés dans le bronze, en ce que les filaments de Nb3Sn sont disposés radialement et couplés électromagnétiquement et radialement entre eux dans la direction radiale du fil aux abords de la partie formant âme, en ce que les filaments de Nb3Sn possèdent des diamètres plus grands en direction de l'extérieur, et en ce que les filaments de Nb3Sn sont maintenus à un espacement tel qu'ils sont isolés électromagnétiquement les uns des autres dans la direction circonférentielle du fil.
Le premier fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon l'invention comprend des filaments en Nb3Sn qui sont noyés dans le bronze et est caractérisé en ce que la partie formant âme est formée uniquement de bronze et que les filaments en Nb3Sn sont disposés radialement et sont réunis de façon électromagnétique et radialement les uns aux autres dans la direction radiale du fil supraconducteur à phase Nb-Sn dans l'entourage ou aux abords de la partie formant âme, possèdent des diamètres plus grands en direction de l'extérieur, et sont disposés avec un espacement tel qu'ils sont isolés électriquement les uns des autres dans la direction circonférentielle du fil supraconducteur à phase Nb-Sn, et le fil supraconducteur est pourvu d'une valeur Je suffisamment élevée pour une utilisation dans la pratique et avec suppression de l'augmentation de la valeur Qh.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les filaments de Nb3Sn sont disposés radialement dans la direction radiale sont placés en contact les uns avec les autres.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les filaments de Nb3Sn disposés radialement dans la direction radiale sont disposés en étant séparés par un espacement inférieur à 0,4 m.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'espacement des filaments de Nb3Sn dans la direction circonférentielle du fil n'est pas inférieur à 0,4 pm et est inférieur à 0,8 m.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les filaments de Nb3Sn sont disposés concentriquement en une pluralité de couches aux abords du bronze dans la partie formant âme du fil et satisfont à D1/L1<D2/L2<D3/L3<D4/L4... , DN désignant le diamètre des filaments de Nb3Sn dans la N-ème couche à partir des couches les plus intérieures et LN désignant la distance depuis le centre des filaments en Nb3Sn dans la N-ème couche jusqu'au centre du fil.
En outre il est prévu conformément à l'invention un précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn, le précurseur étant chauffé pour produire le fil supraconducteur, ce dernier s'étendant dans la direction longitudinale et possédant une section transversale incluant une partie formant âme et une partie formant coque entourant la partie formant âme, caractérisé en ce que le précurseur comprend: une partie formant âme constituée uniquement d'un matériau à base de Sn, le matériau métallique à base de Sn étant allongé dans la direction longitudinale, et une partie formant coque incluant: une matrice formée d'un matériau métallique à 30 base de Cu, un matériau métallique à base de Nb noyé dans le matériau métallique à base de Cu, en ce que le matériau métallique à base de Nb est disposé radialement dans l'entourage de la partie formant âme et avec un espacement de manière à former un couplage électromagnétique après le traitement thermique, le matériau métallique à base de Nb possédant un diamètre plus grand en direction du côté extérieur et dans la direction circonférentielle du précurseur, en ce que le matériau métallique à base de Nb est disposé avec un espacement tel qu'il est isolé électromagnétiquement après le traitement thermique, et en ce que le matériau métallique à base de Nb s'étend dans la direction longitudinale.
Selon une autre caractéristique de l'invention, dans la direction radiale du précurseur, le matériau métallique à base de Nb est agencé de manière que le composé de Nb3Sn entre en contact avec lui-même au moment de l'exécution du traitement thermique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, dans la direction radiale du précurseur, le matériau métallique à base de Nb est agencé de manière à maintenir l'espacement du composé de Nb3Sn de manière qu'il soit inférieur à 0,4 pm au moment de l'exécution du traitement thermique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le matériau métallique à base de Nb est noyé dans une pluralité de couches concentriquement dans l'entourage du matériau métallique à base de Sn et est agencé de manière à satisfaire sr < 0,07 x (dN + dN+1) + 0,4, sr ( m) désignant l'espacement du matériau métallique à base de Nb entre la N-ème couche et la (N+1)-ème couche à partir de la couche la plus intérieure et dN ( m) et dN+1 ( m) désignant le diamètre du matériau métallique à base de Nb dans la N-ème couche et dans la (N+1)-ème couche à partir de la couche la plus intérieure.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le précurseur satisfait à st > 0,14 x d + 0,9, st ( m) désignant l'espacement dans la direction circonférentielle du matériau métallique à base de Nb et d( m) désignant le diamètre du matériau métallique à base de Nb.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le précurseur satisfait à dl/ll < d2/12 < d3/13 < d4/14... , dans les couches respectives du matériau métallique à base de Nb, dN désignant le diamètre du matériau métallique à base de Nb dans la N-ème couche à partir des couches les plus intérieures et 1N désignant la distance entre le centre du matériau métallique à base de Nb dans la N-ème couche et le centre du précurseur.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, dans lesquels des références identiques désignent des éléments identiques ou analogues, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue explicative d'un fil 15 supraconducteur à phase Nb-Sn selon une première forme de réalisation; - la figure 2 est une vue explicative d'un précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon une seconde forme de réalisation; - la figure 3 est une vue explicative d'un disque en cuivre exempt d'oxygène, important pour le précurseur du fil supraconducteur à phase Nb- Sn de la seconde forme de réalisation; - la figure 4 est une vue explicative d'un composite avant le processus d'extrusion qui est important pour le précurseur du fil supraconducteur à phase Nb-Sn de la deuxième forme de réalisation; - la figure 5 est une vue explicative d'un fil supraconducteur à phase Nb- Sn selon une troisième forme de 30 réalisation; - la figure 6 est une vue explicative de l'agencement du matériau métallique à base de Nb important pour un précurseur du fil supraconducteur à phase Nb-Sn d'une cinquième forme de réalisation; - la figure 7 est une vue explicative de l'agencement du matériau métallique à base de Nb important pour un précurseur du fil supraconducteur à phase Nb-Sn d'une sixième forme de réalisation; et - la figure 8 est une vue explicative de l'agencement du matériau métallique à base de Nb important pour un précurseur du fil supraconducteur à phase Nb-Sn d'une septième forme de réalisation.
En référence au fil supraconducteur à phase Nb-Sn fabriqué au moyen d'un processus classique à étain interne, si on essaie d'obtenir une valeur Jc élevée, la valeur Qh augmente et si on essaie d'obtenir une faible valeur Qh, la valeur Jc diminue.
C'est pourquoi, il était difficile de satisfaire à ces deux caractéristiques: une valeur Jc suffisamment élevée pour une utilisation pratique et une valeur Qh utilisable dans la pratique, ces valeurs étant Jc > 1000 A/mm2 et Qh < 800 mJ/cm3.
Cette forme de réalisation de l'invention vise à obtenir un fil supraconducteur à phase Nb-Sn qui satisfait aux deux caractéristiques: Jc > 1000 A/mm2 et Qh < 800 mJ/cm2, moyennant la suppression de l'accroissement de Qh qui est provoquée par un accroissement de Jc.
Dans le domaine du champ d'un aimant pour la fusion nucléaire, le fil de Nb3Sn doit posséder une valeur Jc élevée de manière à réaliser l'aimant de manière qu'il soit compact et de manière à obtenir une valeur Qh qui ne soit trop élevée pour réduire la charge de réfrigération de l'aimant et que le fil supraconducteur de cette forme de réalisation soit effectivement utilisable pour un tel domaine.
La figure 1 est une vue explicative d'un fil supraconducteur 15 à phase Nb-Sn de la première forme de réalisation de l'invention, qui inclut des filaments 16 en Nb3Sn, noyés dans du bronze et est caractérisé en ce que la partie formant âme est formée uniquement de bronze 17 et que les filaments formés en Nb3Sn sont disposés radialement dans la direction du rayon du fil supraconducteur à phase Nb-Sn dans l'entourage de la partie formant âme et sont placés en contact réciproque radialement et possèdent des diamètres qui augmentent de plus en plus en direction de l'extérieur.
De même, les filaments 16 formés de Nb3Sn sont maintenus à un espacement tel qu'ils sont isolés électromagnétiquement les uns des autres dans la direction circonférentielle du fil supraconducteur 15 à phase Nb-Sn.
On notera que le bronze 17 peut exister dans la partie formant âme. De même, le bronze 17 peut exister en tant que matrice dans la partie formant coque entourant la partie formant âme. Alors, on peut considérer à la fois les filaments 16 formés de Nb3Sn et le bronze 17 en tant que matrice, comme constituants de la partie formant coque.
En outre, comme cela est représenté sur la figure 1, les filaments sont entourés par un matériau formant barrière 5 représenté avec du Nb ou du Ta et un matériau de stabilisation 6, comme par exemple du cuivre exempt d'oxygène, est disposé à l'extérieur du matériau formant barrière 5.
Comme cela sera décrit dans les formes de réalisation suivante, le bronze 17 dans la partie formant âme est un bronze à faible concentration de Sn, qui contient du Sn en une teneur plus faible que dans le bronze qui est obtenu pendant le traitement thermique dans le cas de la fabrication d'un fil supraconducteur à partir d'un précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn, au moyen du traitement thermique dans un processus à étain interne.
En outre la même figure montre le cas où les filaments de Nb3Sn disposés dans la direction radiale sont en contact réciproque, et il est préférable que les filaments soient disposés d'une manière plus dense afin qu'il existe un contact physique ou un couplage électromagnétique entre eux, avec un espacement inférieur à 0,4 gm et une disposition radiale dense des filaments dans la direction radiale a pour effet que l'espacement des filaments dans la direction circonférentielle est plus grand que celui existant dans l'agencement classique. En d'autres termes, la liaison des filaments uniquement dans la direction radiale rend possible de maintenir la valeur Qh égale à 800 mJ/cm3 ou moins et, par conséquent, les filaments peuvent être disposés d'une manière plus dense.
L'expression couplage électromagnétique signifie que les électrons supraconducteurs sortant en direction de la circonférence des filaments formés de Nb3Sn chevauchent réciproquement des électrons supraconducteurs sortant des filaments de Nb3Sn voisins et que les filaments isolés se comportent du point de vue électromagnétique comme s'ils formaient un seul filament lié, et l'expression isolation électromagnétique signifie que ces électrons supraconducteurs sortant n'interfèrent pas mutuellement.
Comme cela est représenté sur la figure 1, dans le cas où les filaments de Nb3Sn sont disposés concentriquement selon une pluralité de couches autour du bronze 17 au centre du fil supraconducteur en Nb3Sn, l'accroissement du diamètre des filaments de Nb3Sn est plus important sur le côté extérieur de manière à satisfaire D1/L1<D2/L2<D3/L3<D4/L4... , DN désignant le diamètre des filaments de Nb3Sn dans la N-ème couche à partir des couches les plus intérieures et LN désignant la distance entre le centre des filaments en Nb3Sn dans la N-ème couche et le centre du fil supraconducteur en Nb3Sn, conduit à une amélioration efficace de la valeur Jc.
La figure 2 est un dessin explicatif d'un précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn de la deuxième forme de réalisation de l'invention et le précurseur 1 du fil supraconducteur à phase Nb-Sn est formé par l'insertion d'un matériau métallique 2 à base de Sn dans la partie formant âme, la disposition d'une pluralité de couches d'un matériau métallique 3 à base de Nb séparément et d'une manière concentrique autour du matériau métallique 2 à base de Sn, et l'enrobage de ces éléments dans un matériau métallique 4 à base de Cu de manière à former par traitement thermique un fil supraconducteur. Un composé formé du matériau métallique 2 à base de Sn, un matériau métallique 3 à base de Nb devant être amené à l'état supraconducteur par traitement thermique, et du matériau métallique 4 à base de Cu, est désigné comme étant un module de base 7. Le module de base 7 est entouré par un matériau formant barrière 5 qui est représenté avec du Nb ou du Ta et un matériau de stabilisation 6 tel que du cuivre exempt d'oxygène est placé à l'extérieur du matériau formant barrière 5. On notera que le matériau métallique 4 à base de Cu peut être désigné comme étant une matrice. Alors, à la fois le matériau métallique 3 à base de Nb et le matériau métallique 4 à base de Cu peuvent être considérés comme une partie formant coque entourant la partie formant âme.
Le matériau métallique à base de Nb du précurseur est agencé de manière à former un couplage électromagnétique dans le matériau lui-même quand il devient supraconducteur sous l'effet du traitement thermique, et l'agencement est réalisé de manière à satisfaire aux relations sr < 0,07 x (dN + dN+l) + 0,4 et st > 0,14 x d + 0, 9, où dN ( m) et dN+l ( m) désignent les diamètres de la N-ème couche et de la (N+1)-ème couche à partir de la couche la plus intérieure dans la direction radiale du précurseur, sr(pm) désigne l'espacement du matériau métallique à base de Nb présent entre la N-ème couche et la (N+1)-ème couche par rapport à la couche la plus intérieure et st( m) représente l'espacement du matériau métallique à base de Nb dans la N-ème couche dans la direction circonférentielle.
Le premier terme des inégalités relatif à sr et st exprime la quantité d'augmentation du diamètre des filaments sous l'effet du traitement thermique ultérieur, et le second terme des égalités exprime la quantité de réduction de l'espacement entre les filaments sous l'effet de la réduction ultérieure du bronze, qui est la matrice, en raison de la diffusion mutuelle de Cu/Sn.
En rapport avec le fil supraconducteur de la première forme de réalisation, pour augmenter d'une manière effective le diamètre des filaments d'une manière plus conséquente sur le côté extérieur comme décrit précédemment, dans le précurseur de cette forme de réalisation, le matériau métallique à base de Nb est disposé dans les couches respectives de manière à satisfaire aux relations d1/l1 < d2/12 < d3/13 < d4/14... , où dN désigne le diamètre du matériau métallique à base de Nb dans la Nème couche à partir des couches les plus intérieures et 1N désigne la distance entre le centre du matériau métallique à base de Nb dans la Nème couche et le centre du précurseur.
Dans la pratique, le diamètre/espacement des filaments dans la couche la plus intérieure, dans la seconde couche et dans la couche la plus extérieure sont ajustés respectivement à 2,7/1,3 m, 3,2/1,6 m, 3,8/1,9 m et les espacements des filaments entre la couche la plus intérieure et la seconde couche et entre la seconde couche et la couche la plus extérieure, sont ajustés respectivement à 0,4 m et 0,5 m.
Le précurseur 1 du fil supraconducteur à phase 30 Nb-Sn dans cette forme de réalisation peut être obtenu par exemple comme suit.
Comme représenté sur la figure 3, chacun des 28 trous ayant des diamètres de 10,6 mm, 12,6 mm et 14,9 mm sont formés radialement à partir de la couche intérieure dans un disque de cuivre exempt oxygène 10 ayant un diamètre de 229 mm et une épaisseur de 20 mm au moyen d'une perceuse à commande numérique. Comme cela est représenté sur la figure 4, trente disques obtenus de cette manière sont disposés dans un conteneur en cuivre exempt d'oxygène 11 possédant un diamètre extérieur de 250 mm et un diamètre intérieur de 230 mm d'une manière telle que les positions des trous sont conformes entre elles et que des tiges en Nb 12 ayant des diamètres respectifs de 10,5 mm, 12,5 mm et 14,8 mm et une longueur de 600 mm sont insérées dans les trous du groupe de disques, et le conteneur est fermé de façon étanche par un soudage à l'aide d'un faisceau d'électrons, dans des conditions de vide de manière à former un composite.
Ensuite, le composite est soumis à un pressage hydroisostatique (HIP) puis est extrudé à chaud pour l'obtention d'une colonne d'un composite Nb/Cu. Le Cu en excès dans la circonférence extérieure du composite est éliminé par découpage et la partie formant âme est percée et une tige de Sn est insérée dans cette partie et le composite résultant est soumis à un tréfilage pour l'obtention d'un fil composite formant un module de base. On insère le module dans un tube de Ta, qui est un matériau formant barrière contre la diffusion de Sn et est en outre recouvert par un tube en Cu utilisé à des fins de stabilisation pour obtenir un fil assemblé en second lieu, puis on étire le fil pour atteindre un diamètre du fil de 0, 5 mm afin d'obtenir un précurseur du fil supraconducteur à phase de Nb-Sn.
Ensuite, on chauffe le précurseur mentionné précédemment du fil supraconducteur de 600 à 750 C pendant 100 à 300 heures pour former un supraconducteur en Nb3Sn dans les filaments métalliques à base de Nb.
Il a été confirmé que des filaments contenus dans les 1-ère à 3-ème couches, disposées radialement dans la direction radiale, sont réunis entre eux par le traitement thermique, et ce par observation d'une section transversale du fil supraconducteur à phase Nb-Sn obtenu, avec un microscope optique. La raison pour laquelle il se produit la modification du diamètre des filaments et de l'espacement des filaments avant et après le réaction est dû au fait que, lorsque le composé Nb3Sn est formé, la surface des filaments en Nb3Sn augmente d'environ 30 %, et le bronze, qui est la matrice, diminue en raison de la diffusion mutuelle Cu/Sn.
Les valeurs Jc et Qh du fil supraconducteur à phase Nb-Sn mentionnées précédemment s'avèrent être égales respectivement à 1057 A/mm2 et 700 mJ/mm3 par mesure dans de l'hélium liquide, ce qui confirme que le fil supraconducteur dans cette forme de réalisation satisfait à la fois à Jc > 1000 A/mm2 et Qh < 800 mJ/cm3.
En outre, en ce qui concerne l'agencement du précurseur, le précurseur obtenu en disposant uniquement un module de base dans le matériau formant barrière est pris à titre d'exemple, mais un grand nombre de modules de base obtenus de cette manière peuvent être disposés dans le matériau formant barrière.
De même, dans cette forme de réalisation, le précurseur du fil supraconducteur comprenant le matériau de stabilisation représenté avec du Cu et le matériau formant barrière représenté avec du Ta ou du Nb est reproduit à titre d'exemple pour l'explication, le précurseur peut posséder un agencement sans comporter le matériau de stabilisation ni le matériau format barrière contre une diffusion, et même un précurseur ayant un tel agencement peut fournir les mêmes effets que ceux indiqués dans cette forme de réalisation.
En outre en tant que fil supraconducteur et précurseur de ce fil dans cette forme de réalisation, il existe de nombreux fils supraconducteurs, qui contiennent une faible quantité de Ti, Ta, Ga, In, Mn ou analogues en plus du Nb3Sn indiqué à titre d'exemple dans la forme de réalisation, et l'invention inclut également ces matériaux.
La figure 5 est un dessin explicatif d'un fil supraconducteur à phase NbSn dans la forme de réalisation 3 de l'invention et peut être réalisé de la même manière que le fil supraconducteur à phase Nb-Sn de la deuxième forme de réalisation, hormis que le nombre des couches des filaments en Nb3Sn est changé en 4 et étant donné qu'on utilise des structures à 4 couches de filaments de Nb3Sn, 28 tiges en Nb ayant un diamètre de 8,8 mm et une longueur de 600 mm sont ajoutées en tant que matériau métallique à base de Nb sur le côté le plus intérieur de la couche la plus intérieur du précurseur dans la deuxième forme de réalisation.
On a trouvé que le diamètre/espacement des filaments de la couche la plus intérieure, de la seconde couche, de la troisième couche et de la couche la plus extérieure sont égaux respectivement 2,6/0,5 m, 3,1/0,6 m, 3, 6/0,7 pm et 4,3/0,9 m, et les filaments sont placés en contact réciproque entre la couche la plus intérieure et la seconde couche, entre la seconde couche et la troisième couche, entre la troisième couche et la couche la plus extérieure, lors de l'observation de la coupe transversale du fil supraconducteur obtenu de la manière indiquée précédemment.
Les valeurs Je et Qh du fil supraconducteur se sont avérées être égales respectivement à 1100 A/mm2 et 790 mJ/cm3, au moyen de la mesure dans l'hélium liquide, ce qui a confirmé que le fil supraconducteur dans cette forme de réalisation fournit les mêmes effets que celui de la deuxième forme de réalisation.
En référence aux fils supraconducteurs à phase Nb-Sn dans la quatrième forme de réalisation de l'invention, le nombre de filaments en Nb3Sn est augmenté de 28 à 29 dans la deuxième forme de réalisation de sorte que les filaments en Nb3Sn sont disposés d'une manière plus dense que dans la deuxième forme de réalisation, mais pas avec une densité conduisant à l'établissement d'un couplage électromagnétique entre les filaments en Nb3Sn dans la direction circonférentielle, et le diamètre/espacement des filaments en Nb3Sn dans la couche la plus intérieure sont modifiés en 3, 1/0,4 12m.
C'est-à-dire que le précurseur relatif à cette forme de réalisation est réalisé de la même manière que dans la deuxième forme de réalisation, hormis que le diamètre/espacement des filaments du matériau métallique à base de Nb sont ajustés de manière à être égaux à 2,7/1,2 m, 3,2/1,4 m et 3,8/1,7 m respectivement dans la couche la plus intérieure, dans la seconde couche et dans la couche la plus extérieure.
On chauffe le précurseur de 600 à 750 C pendant 100 à 300 heures pour former un supraconducteur Nb3Sn dans les parties de filaments en Nb. On trouve que les valeurs de Je et Qh du fil supraconducteur à phase Nb-Sn dans cette forme de réalisation, obtenues de la manière mentionnée cidessus, sont égales respectivement à 1094 A/mm2 et 710 mJ/cm3, au moyen d'une mesure dans de l'hélium liquide.
En ce qui concerne un fil supraconducteur correspondant à un premier exemple comparatif, les filaments en Nb3Sn sont disposés de la même manière que dans le cas de la quatrième forme de réalisation, hormis que l'espacement des filaments est changé en 0,3 m, 0,4 12m et 0,5 m dans la direction circonférentielle respectivement de la couche la plus intérieure, de la seconde couche et de la couche la plus extérieure et, pour la fabrication d'un précurseur, le tréfilage du second fil assemblé en second lieu est exécuté de manière à passer d'un diamètre de fil de 0, 5 mm à 0,357 mm, ce qui est un diamètre de fil de la quatrième forme deréalisation, pour l'obtention d'un précurseur du fil supraconducteur à phase Nb-Sn.
Le précurseur obtenu de la manière mentionnée précédemment est chauffé de 600 à 750 C pendant 100 à 300 heures de manière à former un supraconducteur en Nb3Sn dans les parties des filaments Nb. Les valeurs Jc et Qh du fil supraconducteur à phase Nb-Sn obtenu s'avèrent être égales respectivement à 1133 A/mm2 et 2200 mJ/cm3, par mesure dans de l'hélium liquide.
La valeur de Qh = 2200 mJ/cm3 est une valeur 10 impliquant que les filaments situés dans la première couche sont couplés électromagnétiquement.
A partir des résultats de la quatrième forme de réalisation et du premier exemple comparatif, on trouve que si l'espacement des filaments en Nb3Sn dans la couche la plus intérieure est inférieure à 0,4 m, la valeur Qh est nettement accrue en raison du couplage électromagnétique. D'autre part, si cette valeur est égale à 0,8 m ou plus, la valeur Jc diminue de façon importante et par conséquent il est confirmé que la relation Qh<800 mJ/cm3 est obtenue moyennant l'ajustement de l'espacement des filaments dans la direction circonférentielle de manière qu'il ne soit pas inférieur à 0,4 m et soit inférieur à 0,8 m.
Dans la cinquième forme de réalisation, pour l'obtention d'une valeur Jc supérieure à celle du fil supraconducteur à phase Nb-Sn (l'espacement des filaments en Nb3Sn dans la couche la plus intérieure est égal à 0,6 m) fabriqué dans la deuxième forme de réalisation, un précurseur est fabriqué par réglage du diamètre/espacement des filaments métalliques à base de Nb comme indiqué ci- après de manière à régler l'espacement des filaments en Nb3Sn de manière qu'il soit égal à 0,5 m dans la couche la plus intérieure, dans la seconde couche et dans la couche la plus extérieure après le traitement thermique.
La figure 6 est un dessin explicatif de l'état 35 d'agencement du matériau métallique à base de Nb correspondant au précurseur du fil supraconducteur à phase Nb-Sn dans la cinquième forme de réalisation de l'invention, et le diamètre/espacement des filaments métalliques à base de Nb respectivement dans la couche la plus intérieure, dans la seconde couche et dans la couche la plus extérieure sont réglés de manière à être égaux à 2,8/1,3 pm, 3,4/1,4 pm et 4,2/1,5 pm.
On chauffe le précurseur de 600 à 750 C pendant 100 à 300 heures pour former un supraconducteur en Nb3Sn dans les parties de filament en Nb. Il a été confirmé, au moyen de l'observation du fil en coupe transversale que des filaments en Nb3Sn sont réunis dans la direction radiale et que le diamètre/espacement des filaments dans la couche la plus intérieure, dans la seconde couche et dans la couche la plus extérieure sont égaux à 3,1/0,5 pm, 3,9/0,5 pm et 4,8/0,5 pm.
Les valeurs Jc et Qh du fil supraconducteur à phase Nb-Sn s'avèrent être égales respectivement à 1215 A/mm2 et à 750 mJ/cm3 par mesure dans de l'hélium liquide.
La valeur Qh implique que les filaments dans la direction circonférentielle ne sont pas couplés électromagnétiquement.
Etant donné que le diamètre/espacement des filaments métalliques à base de Nb sont égaux à 2,7/1,3 pm, 3,2/1,6 pm et 3,8/1,9 pm respectivement la couche la plus intérieure, la seconde couche et la couche la plus extérieure du précurseur du fil supraconducteur à phase Nb-Sn dans la deuxième forme de réalisation et que les valeurs de Jc et Qh sont respectivement Jc = 1057 A/mm2 et Qh = 700 mJ/cm3, il est confirmé que la valeur Jc du fil supraconducteur dans cette forme de réalisation est accrue de manière plus importante que dans la deuxième forme de réalisation sous l'effet de l'accroissement du diamètre des filaments, et par conséquent par une disposition plus dense des filaments dans la mesure où le couplage électromagnétique dans la direction circonférentielle n'est pas réalisé.
La figure 7 est un dessin explicatif d'un précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn de la sixième forme de réalisation de l'invention, et pour l'obtention d'une valeur Jc supérieure à celle du fil supraconducteur à phase Nb-Sn de la deuxième forme de réalisation, le précurseur est formé de telle sorte qu'avec les filaments métalliques à base de Nb du précurseur dans cette forme de réalisation, l'espacement dans la direction circonférentielle dans les couches respectives est réglé égal à celui prévu dans la deuxième forme de réalisation, et les espacements des filaments métalliques à base de Nb entre la couche la plus intérieure et la seconde couche et entre la seconde couche et la couche la plus extérieure sont réglés respectivement à 0,3 m et 0,4 m, c'est-à-dire une valeur plus faible que dans la deuxième forme de réalisation.
On chauffe le précurseur de 600 à 750 C pendant 100 à 300 heures pour former le supraconducteur constitué de Nb3Sn dans les filaments en Nb. Il a été confirmé, au moyen d'une observation en coupe transversale du fil, que des filaments en Nb3Sn sont liés dans la direction radiale et que le diamètre/espacement des filaments dans la couche la plus intérieure, dans la seconde couche et dans la couche la plus extérieure sont respectivement égaux à 3,1/0,6 m, 3,6/0,7 m et 4, 3/0,9 (le diamètre/espacement des filaments dans la couche la plus intérieure, dans la seconde couche et dans la couche la plus extérieure sont égaux respectivement à 3,1/0,6 m, 3,6/0,7 m et 4,3/0,9 m, dans la deuxième forme de réalisation).
On a trouvé que les valeurs Jc et Qh du fil supraconducteur à phase Nb-Sn obtenues sont respectivement 1105 A/mm2 et à 780 mJ/cm3 par mesure dans de l'hélium liquide. La valeur Qh de 780 mJ/cm3 implique que les filaments dans la direction circonférentielle ne sont pas couplés électromagnétiquement.
D'autre part, l'espacement des filaments en matériau métalliques à base de Nb entre la couche la plus intérieure et la seconde couche et entre la seconde couche et la couche la plus extérieure du précurseur du fil supraconducteur à phase Nb-Sn dans la deuxième forme de réalisation sont égales respectivement à 0,4 pm et 0,5 pm et les valeurs Jc et Qh sont égales respectivement à 1057 A/mm2 et 700 mJ/cm3, et par conséquent il est confirmé que la valeur Jc est accrue de manière encore plus importante que dans la deuxième forme de réalisation compte tenu de l'agencement plus dense des filaments en Nb3Sn dans les première à troisième couches réunies radialement dans le fil supraconducteur dans cette forme de réalisation.
En rapport avec le fil supraconducteur à phase Nb-Sn dans la septième forme de réalisation, les filaments disposés radialement dans les première, seconde et troisième couches ne sont pas placés en contact entre elles mais sont disposés d'une manière suffisamment dense pour établir un couplage électromagnétique.
La figure 8 est un dessin explicatif de l'état arrangé pour le matériau métallique à base de Nb concernant le précurseur du fil supraconducteur à phase Nb-Sn dans la septième forme de réalisation, et le précurseur est réalisé de la même manière que dans deuxième forme de réalisation, hormis que les espacements des filaments métalliques à base de Nb entre la couche la plus intérieure et la seconde couche et entre la seconde couche et la couche la plus extérieure sont réglés respectivement à 1,1 pm et 1, 2 m, et le précurseur est chauffé de 600 à 750 C pendant 100 à 300 heures de manière à former un supraconducteur en Nb3Sn dans la partie des filaments métalliques à base de Nb.
Au moyen d'une observation d'une coupe transversale du fil supraconducteur à phase Nb-Sn on trouve que les filaments en Nb3Sn présentent un espacement réciproque de 0,3 pm entre la couche la plus intérieure et la seconde couche et entre la seconde couche et la couche la plus extérieure dans la direction radiale et par conséquent ne sont pas placés en contact réciproque et que les filaments en Nb3Sn sont disposés d'une manière suffisamment dense pour former un couplage électromagnétique. De même les diamètre/espacement des filaments sont égaux à 3,1/0,6 pm, 3,6/0,7 pm et 4,3/0,9 pm respectivement dans la couche la plus intérieure, dans la seconde couche et dans la couche la plus extérieure.
On trouve que les valeurs de Je et Qh du fil supraconducteur à phase NbSn sont égales respectivement à 1000 A/mm2 et 670 mJ/cm3 par mesure dans de l'hélium liquide.
Dans cette forme de réalisation, il est également confirmé que, étant donné que les filaments en Nb3Sn disposés radialement dans la direction radiale ne sont pas placés en contact réciproque, l'étendue de couplage électromagnétique dû à l'effet de sortie des électrons supraconducteurs est rétrécie et que par conséquent la valeur Qh est réduite d'une manière plus effective.
Bien que l'on ait décrit des formes de réalisation préférées de la présente invention en référence aux dessins annexés, on notera que différents changements et modifications apparaîtront aux spécialistes de la technique et doivent être considérés comme entrant dans le cadre de la présente invention.
Claims (11)
1. Fil supraconducteur à phase Nb-Sn, qui s'étend dans la direction longitudinale et possède une section transversale incluant une partie formant âme et une partie formant coque entourant la partie formant âme, caractérisé en ce que ce fil comprend: une partie formant âme (17) constituée uniquement de bronze, et une partie formant coque (16, 17) incluant: 10 une matrice (17) formée de bronze; et des filaments (16) de Nb3Sn noyés dans le bronze, en ce que les filaments (16) de Nb3Sn sont disposés radialement et couplés électromagnétiquement et radialement entre eux dans la direction radiale du fil aux abords de la partie formant âme (17), en ce que les filaments (16) de Nb3Sn possèdent des diamètres plus grands en direction de l'extérieur, et en ce que les filaments (16) de Nb3Sn sont maintenus à un espacement tel qu'ils sont isolés électromagnétiquement les uns des autres dans la direction circonférentielle du fil.
2. Fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon la revendication 1, caractérisé en ce que les filaments (16) de Nb3Sn sont disposés radialement dans la direction radiale sont placés en contact les uns avec les autres.
3. Fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon la revendication 1, caractérisé en les filaments (16) de Nb3Sn disposés radialement dans la direction radiale sont disposés en étant séparés par un espacement inférieur à 0,4 m.
4. Fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'espacement des filaments (16) de Nb3Sn dans la direction circonférentielle du fil n'est pas inférieur à 0,4 gm et inférieur à 0,8 m.
5. Fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon l'une 35 quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les filaments (16) de Nb3Sn sont disposés concentriquement dans une pluralité de couches aux abords du bronze (17) dans la partie formant âme du fil et satisfont à D1/L1<D2/L2<D3/L3<D4/L4... , DN désignant le diamètre des filaments de Nb3Sn dans la N-ème couche à partir des couches les plus intérieures et LN désignant la distance depuis le centre des filaments (16) en Nb3Sn dans la N-ème couche jusqu'au centre du fil.
6. Précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn, le précurseur étant chauffé pour produire le fil supraconducteur, ce dernier s'étendant dans la direction longitudinale et possédant une section transversale incluant une partie formant âme et une partie formant coque entourant la partie formant âme, caractérisé en ce que le précurseur comprend: une partie formant âme constituée uniquement d'un matériau à base de Sn, le matériau métallique à base de Sn étant allongé dans la direction longitudinale, et une partie formant coque incluant: une matrice formée d'un matériau métallique à base de Cu, un matériau métallique à base de Nb noyé dans le matériau métallique à base de Cu, en ce que le matériau métallique à base de Nb est disposé radialement dans l'entourage de la partie formant âme et avec un espacement de manière à former un couplage électromagnétique après le traitement thermique, le matériau métallique à base de Nb possédant un diamètre grand en direction du côté extérieur et dans la direction circonférentielle du précurseur, en ce que le matériau métallique à base de Nb est disposé avec un espacement tel qu'il est isolé électromagnétiquement après le traitement thermique, et en ce que le matériau métallique à base de Nb s'étend dans la direction longitudinale. 25
7. Précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans la direction radiale du précurseur, le matériau métallique à base de Nb est agencé de manière que le composé de Nb3Sn entre en contact avec lui-même au moment de l'exécution du traitement thermique.
8. Précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans la direction radiale du précurseur, le matériau métallique à base de Nb est agencé de manière à maintenir l'espacement du composé de Nb3Sn de manière qu'il soit inférieur à 0,4 m au moment de l'exécution du traitement thermique.
9. Précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le matériau métallique à base de Nb est noyé dans une pluralité de couches concentriquement dans l'entourage du matériau métallique à base de Sn et est agencé de manière à satisfaire sr < 0,07 x (dm + dN+1) + 0,4, sr (gm) désignant l'espacement du matériau métallique à base de Nb entre la N-ème couche et la (N+1)-ème couche à partir de la couche la plus intérieure et dN ( m) et dN+1 ( m) désignant le diamètre du matériau métallique à base de Nb dans la N-ème couche et dans la (N+1)- ème couche à partir de la couche la plus intérieure.
10. Précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon la revendication 9, caractérisé en ce que le précurseur satisfait à st > 0, 14 x d + 0, 9, st ( m) désignant l'espacement dans la direction circonférentielle du matériau métallique à base de Nb et d ( m) désignant le diamètre du matériau métallique à base de Nb.
11. Précurseur d'un fil supraconducteur à phase Nb-Sn selon la revendication 9, caractérisé en ce que le précurseur satisfait à dl/l1 < d2/12 < d3/13 < d4/14 dans les couches respectives du matériau métallique (16) à base de Nb, dN désignant le diamètre du matériau métallique à base de Nb dans la N-ème couche à partir des couches les plus intérieures et lN désignant la distance entre le centre du matériau métallique à base de Nb dans la N-ème couche et le centre du précurseur.
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