FR2877493A1 - FIL METALLIQUE PRECURSEUR D'UN FIL METALLIQUE SUPRACONDUCTEUR EN PHASE Nb-Sn. - Google Patents

Abstract

Un fil métallique précurseur pour le fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn comprend une structure ayant une pluralité de modules qui sont chacun composés d'un noyau métallique à base de Sn placé dans une matrice métallique à base de Cu et les filaments métalliques à base de Nb concentriquement autour du noyau sont obtenus en ajustant la quantité de noyaux métalliques à base de Sn dans chaque module pour former les limites des couches de bronze en phase e que l'on doit former en faisant réagir Sn des noyaux métalliques à base de Sn et la matrice métallique à base de Cu par traitement thermique dans la plage comprenant tout ou partie qui n'est pas approximativement inférieure à 0,08 et pas supérieure à 0,32 de la région d'existence des filaments métalliques à base de Nb.

Description

L'invention concerne un fil précurseur d'un fil métallique supraconducteur

à phase Nb-Sn destiné à devenir par chauffage un fil métallique supraconducteur de Nb3Sn qui présente une propriété de densité de courant critique (Je) élevée et une propriété d'augmentation de

la perte d'hystérésis (Qh) supprimée.

Pour réaliser une bobine supraconductrice à grande échelle pour fusion nucléaire, il est indispensable de développer un fil supraconducteur présentant une propriété de densité de courant critique (Je) élevée et une propriété de faible perte d'hystérésis (Qh) et, en particulier pour une bobine toroïdale pour des champs magnétiques, on utilise un fil métallique supraconducteur de Nb3Sn. Pour sa stabilisation, il est nécessaire qu'un fil métallique supraconducteur ait une structure composée en noyant un grand nombre de filaments supraconducteurs d'un diamètre de plusieurs dizaines de micromètres ou moins dans une matrice d'un métal tel que Cu présentant une faible résistivité et dénommé fil métallique multifilamentaire ultramince. Le fil métallique précurseur du fil métallique supraconducteur de Nb3Sn a une structure composée en noyant un grand nombre de noyaux métalliques à base de Sn et de filaments métalliques à base de Nb dans une matrice métallique à base de Cu, et le traitement thermique du fil métallique après le processus d'étirage provoque des diffusions des noyaux métalliques à base de Sn du fil métallique dans la matrice à base de Cu, et également dans les filaments métalliques à base de Nb et, en conséquence, produit du Nb3Sn dans l'environnement des filaments métalliques à base de Nb ou dans la totalité du corps afin d'obtenir un fil métallique supraconducteur de Nb3Sn.

En ce qui concerne un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur de Nb3Sb traditionnel, dans le processus de traitement thermique précédemment cité, les noyaux métalliques à base de Sn sont diffusés dans la matrice métallique à base de Cu environnante si bien qu'il se forme une couche de bronze en phase E (Cu3Sn) et que, dans la région limite (bord extérieur) de la couche de bronze en phase E, les filaments de Nb3Sn sont en contact avec la couche, ce qui entraîne un problème d'augmentation de Qh.

Pour pallier le problème, on a proposé certaines techniques pour supprimer l'augmentation de Qh en plaçant les filaments métalliques à base de Nb dans le fil métallique précurseur de manière à ce que l'espacement des filaments de Nb3Sn soit plus large dans la région limite de la couche de bronze en phase E que celui dans d'autres régions. (Référence au brevet japonais n 3 012 436 (page 3, Fig. 2)).

La raison de l'augmentation de la propriété Qh d'un fil métallique supraconducteur est le contact mutuel des filaments de Nb3Sn dû au traitement thermique, et il a été entendu que le contact mutuel des filaments de Nb3Sn était provoqué dans la périphérie limite d'une région dans laquelle les noyaux métalliques à base de Sn disposés dans la partie centrale du fil métallique précurseur et dans la matrice métallique à base de Cu sont alliés et forment la couche de bronze en phase e par traitement thermique. Dans le fil métallique précurseur du fil métallique supraconducteur de Nb3Sn traditionnel divulgué dans le brevet japonais n 3 012 436 (page 3, Fig. 2), pour empêcher le contact mutuel des filaments de Nb3Sn, qui est une cause de l'augmentation de la propriété Qh sous la forme d'un fil métallique supraconducteur, provoquée par traitement thermique, il est nécessaire de maintenir élargis les intervalles des filaments métalliques à base de Nb à noyer dans la matrice métallique à base de Cu dans la périphérie limite de la région où la couche de bronze en phase e est censée se former. Plus pratiquement, comme la limite de la couche de bronze en phase c est censée se former entre les filaments métalliques à base de Nb dans la troisième et la quatrième couche depuis le centre, le diamètre de chaque filament métallique à base de Nb de la troisième à la cinquième couche est légèrement affaibli et, par suite, les espacements des filaments après le processus d'étirage sont légèrement élargis, comme décrit ci- dessus. De ce fait, la quantité de filaments métalliques à base de Nb noyés dans la matrice métallique à base de Cu est limitée et la propriété Je du fil métallique supraconducteur obtenue en chauffant le fil métallique précurseur est au maximum de 800 A/mm2 à une température de 4,2 K dans un champ magnétique de 12 T et il reste donc ce problème qu'il est impossible d'obtenir un fil métallique ayant une propriété J, encore plus élevée.

La présente invention a été réalisée pour résoudre les problèmes précédemment cités et vise un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn pour en faire un fil métallique supraconducteur de Nb3Sn par traitement thermique avec une propriété Je élevée et une augmentation de la propriété Qh supprimée.

Un fil métallique précurseur du fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn selon l'invention est chauffé pour produire le fil métallique supraconducteur et s'allonge dans la direction longitudinale. Le fil métallique précurseur comprend une pluralité de modules ayant une coupe transversale comprenant une partie de noyau et une partie de coque entourant la partie de noyau. Chacun des modules comprend: une partie de noyau constituée uniquement de métal 20 à base de Sn; et une partie de coque comprenant: une matrice constituée d'un métal à base de Cu; et des filaments métalliques à base de Nb intégrés au métal à base de Cu, les filaments métalliques à base de Nb étant placés à intervalles égaux concentriquement autour de la partie de noyau et également autour des circonférences des filaments métalliques à base de Nb en séquence vers la circonférence extérieure; et dans lequel, dans chacun des modules, la quantité de métal à base de Sn de la partie de noyau est ajustée pour former une zone définie par les limites des couches de bronze en phase s, qui sont formées dans le module par réaction du métal à base de Sn de la partie de noyau et du métal à base de Cu de la matrice par traitement thermique, de sorte que la zone comprenne tous les filaments métalliques à base de Nb dans le module.

En outre, le fil métallique précurseur est caractérisé en ce que le rapport volumique approximatif des filaments métalliques à base de Nb présents dans chacun des modules n'est pas inférieur à 0,28 et n'est pas supérieur à 0,34; que le rapport volumique approximatif de la couche de bronze en phase e à la matrice métallique à base de Cu de chaque module n'est pas inférieur à 0,6 et n'est pas supérieur à 0,8; que le diamètre approximatif de chaque filament métallique à base de Nb n'est pas plus faible que 1 m et n'est pas plus épais que 5 m; et que les intervalles approximatifs des filaments métalliques à base de Nb ne sont pas plus étroits que 0,7 m et ne sont pas plus larges que 1,5 m.

Un autre fil métallique précurseur selon l'invention est caractérisé en ce que la quantité des noyaux métalliques à base de Sn est ajustée de manière à former les limites des couches de bronze en phase c à former dans les modules par réaction des noyaux métalliques à base de Sn et de la matrice métallique à base de Cu par traitement thermique dans la plage comprenant un rapport approximatif qui n'est pas inférieur à 0,05 et n'est pas supérieur à 0,35 de la région d'existence des filaments métalliques à base de Nb.

En outre, le fil métallique précurseur est caractérisé en ce que le rapport volumique approximatif des filaments métalliques à base de Nb présents dans chacun des modules n'est pas inférieur à 0,23 et n'est pas supérieur à 0,27; que le rapport volumique approximatif de la couche de bronze en phase c à la matrice métallique à base de Cu dans chaque module n'est pas inférieur à 0,4 et n'est pas supérieur à 0,55; que le diamètre approximatif de chaque filament métallique à base de Nb n'est pas plus faible que 1 gm et n'est pas plus épais que 5 m; et que les intervalles approximatifs des filaments métalliques à base de Nb ne sont pas plus étroits que 0,7 m et ne sont pas plus larges que 1,5 m.

Selon l'invention, comme le fil métallique précurseur du fil métallique supraconducteur en phase Nb- Sn est composé de manière à présenter les caractéristiques suivantes, à savoir que le fil métallique comprend une pluralité de modules chacun composé en noyant des filaments métalliques à base de Nb et un noyau métallique à base de Sn dans une matrice métallique à base de Cu; que chaque module présente une structure formée en aménageant le noyau métallique à base de Cu dans la partie centrale du module et en plaçant les filaments métalliques à base de Nb à intervalles égaux de manière concentrique autour du noyau et également autour des circonférences des filaments métalliques à base de Nb en séquence vers la circonférence extérieure; et que la quantité des noyaux métalliques à base de Sn est ajustée de manière à former les limites des couches de bronze en phase e à former dans les modules par réaction des noyaux métalliques à base de Sn et de la matrice métallique à base de Cu par traitement thermique dans la plage comprenant tous les filaments métalliques à base de Nb, les limites précédemment citées des régions des couches de bronze en phase e se trouvant à l'extérieur de la région d'existence des filaments métalliques à base de Nb pour empêcher le contact mutuel des filaments de Nb3Sn, qui est responsable de l'augmentation de la propriété Qh et conférer de la sorte au fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn une augmentation de la propriété Qh supprimée. Par ailleurs, selon l'invention, pour la même raison, il n'est pas nécessaire de garder les filaments métalliques à base de Nb élargis pour supprimer l'augmentation de la propriété Qh, c'est-à-dire que la quantité de filaments métalliques à base de Nb n'est pas limitée et que, par suite, la quantité des filaments de Nb3Sn dans le fil métallique supraconducteur obtenu par traitement thermique du fil métallique précurseur est assurée et, par suite, on peut obtenir un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn ayant une propriété Je élevée.

Dans le fil métallique précurseur précédemment cité selon l'invention, comme le rapport volumique approximatif des filaments métalliques à base de Nb présents dans chacun des modules n'est pas inférieur à 0,28 et n'est pas supérieur à 34; que le rapport volumique approximatif de la couche de bronze en phase s à la matrice métallique à base de Cu dans chaque module n'est pas inférieur à 0,6 et n'est pas supérieur à 0,8; que le diamètre approximatif de chaque filament métallique à base de Nb n'est pas plus faible que 1 m et n'est pas plus épais que 5 m; et que les intervalles approximatifs des filaments métalliques à base de Nb ne sont pas plus étroits que 0,7 m et pas plus larges que 1,5 m, les limites précédemment citées des couches de bronze en phase s sont à l'extérieur de la région d'existence des filaments de Nb3Sn pour empêcher la liaison mutuelle des filaments métalliques à base de Nb et, en outre, on s'assure que la quantité de Nb pour former les filaments Nb3Sn sera élevée et que, par suite, on peut obtenir un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn ayant une propriété Je élevée et une propriété Qh faible.

En outre, dans un autre fil métallique précurseur selon l'invention, comme le fil métallique précurseur est composé pour avoir les caractéristiques que la quantité des noyaux métalliques à base de Sn est ajustée pour former les limites des couches de bronze en phase s à former dans les modules par réaction des noyaux métalliques à base de Sn et de la matrice métallique à base de Cu par traitement thermique dans la plage comprenant un rapport approximatif qui n'est pas inférieur à 0,05 et qui n'est pas supérieur à 0,35 de la région d'existence des filaments métalliques à base de Nb, la région de contact mutuel des filaments de Nb3Sn peut être limitée pour être étroite dans le fil métallique supraconducteur obtenu par traitement thermique du fil métallique précurseur et on peut obtenir de la sorte un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en Nb-Sn avec une augmentation supprimée de la propriété Qh. En outre, pour la même raison, il n'est pas nécessaire de conserver larges les intervalles des filaments métalliques à base de Nb pour supprimer l'augmentation de la propriété de Qh, c'est-à-dire que la quantité de filaments métallique à base de Nb n'est pas limitée et que, par suite, la quantité des filaments de Nb3Sn dans le fil métallique supraconducteur obtenu par traitement thermique du fil métallique précurseur est assurée, ce qui permet d'obtenir un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn ayant une propriété Je élevée.

Dans le fil métallique précurseur précédemment cité selon l'invention, comme le rapport volumique approximatif des filaments métalliques à base de Nb présents dans chacun des modules n'est pas inférieur à 0,23 et n'est pas supérieur à 0,27; que le rapport volumique approximatif de la couche de bronze en phase e à la matrice métallique à base de Cu dans chaque module n'est pas inférieur à 0,4 et n'est pas supérieur à 0,55; que le diamètre approximatif de chaque filament métallique à base de Nb n'est pas plus faible que 1 m et n'est pas plus épais que 5 m; et que les intervalles approximatifs des filaments métalliques à base de Nb ne sont pas plus étroits que 0,7 m et pas plus larges que 1,5 m, les limites des couches de bronze en phase e précédemment citées comprennent un rapport approximatif qui n'est pas inférieur à 0,05 et qui n'est pas supérieur à 0,35 de la région d'existence des filaments métalliques et la liaison mutuelle des filaments de Nb3Sn est supprimée au minimum et la quantité de Nb nécessaire pour former les filaments de Nb3Sn est assurée d'être élevée, ce qui permet d'obtenir un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn ayant une propriété J, élevée et une propriété Qh faible.

La présente invention sera aisément comprise dans la description suivante de formes de réalisation préférées non limitatives en se référant aux dessins ci-annexés, sur lesquels des parties similaires sont désignées par des notations de référence similaires et sur lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe transversale d'un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur selon la forme de réalisation 1 de l'invention; la Fig. 2 est une vue en coupe transversale d'une billette composite selon la forme de réalisation 1 de 25 l'invention; la Fig. 3 est un graphique illustrant la propriété J, mesurée dans un champ magnétique de 12T dans de l'hélium liquide et la propriété Qh mesurée dans un champ magnétique sur un cycle de 3T dans de l'hélium liquide du fil métallique précurseur du fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn selon la forme de réalisation 1 de l'invention en fonction du rapport de la région limite de la couche de bronze en phase E formée lorsqu'un fil métallique supraconducteur de Nb3Sn est produit à partir d'un fil métallique précurseur par traitement thermique; la Fig. 4 est une vue en coupe transversale d'une billette composite selon la forme de réalisation 2 de 10 l'invention; et La Fig. 5 est un graphique illustrant la propriété Je mesurée dans un champ magnétique de 12T dans de l'hélium liquide et la propriété Qh mesurée dans un champ magnétique sur un cycle de 3T dans de l'hélium liquide du fil métallique précurseur du fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn selon la forme de réalisation 2 de l'invention en fonction du rapport de la région limite de la couche de bronze en phase e formée lorsqu'un fil métallique supraconducteur de Nb3Sn est produit depuis un fil métallique précurseur par traitement thermique.

La Fig. 1 illustre une vue en coupe transversale d'un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en Nb-Sn selon une forme de réalisation 1 et la Fig. 2 illustre une vue en coupe transversale d'une billette composite pour produire un module 1 du fil métallique précurseur précédemment cité selon la forme de réalisation 1.

Dans la production de la billette composite 4 de la forme de réalisation 1, 106 trous au total sont ménagés en trois rangées de manière concentrique dans une colonne 2 de cuivre sans oxygène d'un diamètre de 140 mm dans une région allant d'un rayon de 35 mm à un rayon de 51 mm du centre de la colonne. Des tiges métalliques 3 à base Nb d'un diamètre de 6 mm sont tassées dans les trous respectifs formés pour obtenir la billette composite 4. Les tiges métalliques à base de Nb précédemment citées sont censées être les filaments métalliques à base de Nb d'un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn que l'on doit finalement obtenir. La billette composite obtenue 4 est traitée par extrusion pour réduire le diamètre de 50 mm et on élimine le matériau de cuivre inutile de la circonférence extérieure.

En outre, on forme un trou dans la partie de cuivre de la partie centrale et on y insère une tige métallique 5 à base de Sn qui est censée être un noyau métallique 5 à base de Sn. Il est à noter que la colonne de cuivre doit être désignée par matrice. Par suite, les filaments métalliques à base de Nb 6 et la matrice de cuivre peuvent être désignés par coque entourant les noyaux.

La position limite de la couche de bronze en phase c censée se former au moment du traitement thermique du fil métallique précurseur que l'on obtient finalement est déterminé en fonction du diamètre de la tige métallique à base de Sn et le rapport volumique x de la région de la couche de bronze en phase s censée se former dans la matrice métallique à base de Cu est calculé selon l'équation suivante (1) . x = (volume de la région de la couche de bronze en phase s) : (volume de la matrice métallique à base de Cu) = (moles de Sn) x 3: (moles de Cu) = 3 x (densité de Sn) x (rapport volumique de Sn présent dans le module) : (poids atomique de Sn) : {(densité de Cu) x (rapport volumique de Cu présent dans le module) : (poids atomique de Cu)} (1) Dans la forme de réalisation 1, on change le diamètre de la tige métallique à base de Sn pour qu'il soit (a) 16,9 mm, (b) 19,1 mm, (c) 19,8 mm, (d) 20,5 mm, (e) 20,9 mm, (f) 21,2 mm, (g) 21,9 mm et (h) 23,4 mm. Par suite, on change le rapport de la couche de bronze en phase e à la matrice métallique à base de Cu pour qu'il soit (a) 0,34, (b) 0,47, (c) 0,51, (d) 0,58, (e) 0,62, (f) 0, 67, (g) 0,71 et (h) 0, 80.

Après le processus d'extrusion, la billette composite 4, dans laquelle la tige métallique à base de Sn est insérée, est réduite en diamètre par un processus d'étirage et ensuite usinée pour former une tige hexagonale de 4 mm de longueur du côté opposé et on obtient de la sorte une tige composite de Cu/Nb/Sn pour un module. La tige composite de Cu/Nb/Sb est découpée et 37 tiges sont regroupées et les tiges composites regroupées sont entourées d'un tube de Ta pour former une barrière à la diffusion de Sn 7 et la circonférence extérieure du tube de Ta 7 est également entourée d'un tube de cuivre sans oxygène de 7,5 mm d'épaisseur pour former un stabilisateur de cuivre 8. La tige composite de Cu/Nb/Sn combinée au tube de Ta et au tube de cuivre sans oxygène est étirée à 0,5 mm de diamètre afin d'obtenir un fil métallique précurseur 9 d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn.

On découpe pour la mesure un échantillon dans le fil métallique précurseur obtenu et on le traite à chaud à 650 C pendant 10 jours dans une atmosphère de gaz inerte pour obtenir un fil métallique supraconducteur de Nb3Sn. La Je et la Qn du fil métallique supraconducteur obtenu sont mesurées dans un champ magnétique de 12T dans de l'hélium liquide et dans un champ magnétique sur un cycle de 3T dans de l'hélium liquide, respectivement. La Fig. 3 illustre la dépendance de taille de la tige métallique à base de Sn précédemment citée aux propriétés J, et Qh. Ici, lorsque le rapport x de la région de la couche de bronze en phase e est de 0,6 ou plus, la région limite de la couche de bronze en phase e se trouve en dehors de la région où les filaments métalliques à base de Nb 6 existent. En d'autres termes, dans le module 1 comprenant les filaments métalliques à base de Nb 6 et les noyaux métalliques à base de Sb 5 noyés dans la matrice métallique à base de Cu, les filaments métalliques à base de Nb n'existent que dans la région de la couche de bronze en phase e. Comme illustré sur la Fig. 3, si le rapport approximatif x de la région de la couche de bronze en phase e est ajusté pour qu'il ne soit pas inférieur à 0,6 et pas supérieur à 0,8, de préférence pas inférieur à 0,62 et pas supérieur à 0,78, on peut obtenir un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sb ayant une propriété Je élevée et une propriété Qh faible.

D'un autre côté, lorsque le rapport x de la région de la couche de bronze en phase e est inférieur à 0,6, c'est-à-dire que la région limite de la couche de bronze en phase e censée se former dans la matrice métallique à base de Cu lors du traitement thermique du fil métallique précurseur de 300 à 600 C entre dans la région des filaments métalliques à base de Nb 6, il est impossible de supprimer l'augmentation de la propriété Qh, comme c'est le cas dans la forme de réalisation 1, car il se produit un contact mutuel des filaments de Nb3Sn, qui est une cause de l'augmentation de la propriété Qh. En outre, lorsque le rapport x de la région de la couche de bronze en phase e est d'environ 0, 3, c'est-à-dire que la région limite de la couche de bronze en phase e se trouve dans la région des filaments métalliques à base de Nb, il est impossible d'obtenir une telle propriété Je élevée, comme décrit ci-dessous, en dépit de la diminution de Qh, car la quantité de Nb3Sn générée par traitement thermique est réduite en diminuant le rapport volumique des noyaux métalliques à base de Sn. En revanche, lorsque le rapport x de la région de la couche de bronze en phase e est supérieur à 0,8, il est impossible d'obtenir le fil métallique précurseur, car la tige métallique à base de Sn dans la billette composite 4 pénètre dans la région des filaments métalliques à base de Nb.

Dans la forme de réalisation 1, on ajuste le diamètre de la tige métallique à base de Nb 3 de la billette composite à 6 mm et on règle le nombre de trous à 106 et, dans le fil métallique précurseur finalement obtenu, le diamètre des filaments métalliques à base de Nb 6 devient 3 m, les intervalles des filaments métalliques à base de Nb 6 deviennent 0,9 mm et la rapport volumique des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 devient 0,32. On peut changer la taille et le nombre des tiges métalliques à base de Nb 3 précédemment citées dans des limites tolérées de la conception du fil en fonction des propriétés J, et Qh requises. Dans le cas où le fil supraconducteur a des propriétés J, élevée et Qh faible nécessaires pour une bobine supraconductrice à grande échelle utilisée pour la fusion nucléaire, le rapport volumique approximatif des filaments métalliques à base de Nb dans le module 1 n'est pas inférieur à 0,28 et n'est pas supérieur à 0,34 et, de préférence pas inférieur à 0,30 et pas supérieur à 0,33; le diamètre approximatif des filaments métalliques à base de Nb n'est pas plus faible que 1 gm et pas plus épais que 5 pm et, de préférence, pas plus faible que 2,0 mm et pas plus épais que 3,5 m; et les intervalles approximatifs des filaments métalliques à base de Nb 6 ne sont pas plus étroits que 0, 7 m et ne sont pas plus larges que 1,5, de préférence pas plus étroits que 0,8 m et pas plus larges que 1,2 m.

Lorsque le rapport volumique des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 est inférieur à 0,28, il est impossible d'obtenir une telle propriété J, comme décrite ci-dessus, car la quantité de Nb3Sn que l'on doit produire finalement par réaction des filaments métalliques à base de Nb 6 et les noyaux métalliques à base de Sn 5 par traitement thermique diminue. De plus, la région limite de la couche de bronze que l'on doit produire dans la matrice lors du traitement thermique du fil métallique précurseur de 300 à 600 C entre dans la région des filaments métalliques à base de Nb, il est impossible de supprimer l'augmentation de la propriété Qh comme c'est le cas dans la forme de réalisation 1, car il se produit le contact mutuel des filaments de Nb3Sn qui est une cause de l'augmentation de la propriété Qh. En revanche, lorsque le rapport volumique des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 est supérieur à 0,34, les intervalles des filaments métalliques à base de Nb 6 ne peuvent pas être suffisamment maintenus, il est impossible de supprimer l'augmentation de la proprité Qh, comme c'est le cas dans la forme de réalisation 1, car il se produit le contact mutuel des filaments de Nb3Sn qui est une cause de l'augmentation de la propriété Qh.

En outre, lorsque le diamètre des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 est plus faible que 1 m, on ne peut obtenir une propriété Je élevée, comme c'est le cas dans la forme de réalisation 1, car il est très possible que des parties des filaments soient brisées. En revanche, lorsque le diamètre des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 est plus épais que 5 m, il est impossible d'obtenir une propriété J, élevée, comme c'est le cas dans la forme de réalisation 1, car on ne peut pas nécessairement faire réagir entièrement les filaments par traitement thermique et que la quantité de Nb3Sn générée par traitement thermique est réduite.

En outre, lorsque les intervalles des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 sont plus étroits que 0,7 m, il est impossible de supprimer l'augmentation de la propriété Qh, comme c'est le cas dans la forme de réalisation 1, car il se produit le contact mutuel des filaments de Nb3Sn qui est une cause de l'augmentation de Qh. En revanche, lorsque les intervalles des filaments métalliques à :base de Nb 6 dans le module 1 sont plus larges que 1,5 m, il est impossible d'obtenir une propriété J, élevée, car la quantité de Nb3Sn générée par traitement thermique est réduite.

Bien qu'il s'agisse d'un matériau barrière à la diffusion de Sn, le tube de Ta qui est utilisé dans la forme de réalisation 1, par exemple, une plaque de Ta qui est usinée pour être tubulaire, peut entraîner des effets similaires à ceux observés dans la forme de réalisation 1. Par ailleurs, bien que du Ta soit utilisé comme matériau barrière à la diffusion de Sn, tous les métaux, tels qu'un métal à base de Nb, qui sont efficaces pour empêcher la diffusion de Sn peuvent provoquer des effets similaires à ceux observés dans la forme de réalisation 1.

Forme de réalisation 2 La Fig. 4 illustre une vue en coupe transversale d'une billette composite 4 pour produire un module 1 d'un fil métallique précurseur selon la forme de réalisation 2. Sur la Fig. 4, les éléments qui ont reçus les mêmes symboles que sur la Fig. 2 sont des matériaux ou des parties identiques ou équivalents.

Dans la production de la billette composite 4 de la forme de réalisation2, 224 trous au total sont formés en quatre rangées concentriquement dans une colonne de cuivre 2 sans oxygène, d'un diamètre de 140 mm dans une région allant d'un rayon de 37 mm à un rayon de 52 mm du centre de la colonne. Les tiges métalliques à base de Nb 3 d'un diamètre de 3,7 mm sont tassées dans les trous respectifs formés pour obtenir la billette composite 4. La billette obtenue 4 est traitée par extrusion pour réduire le diamètre à 50 mm de la même manière que dans la forme de réalisation 1 et on élimine le matériau de cuivre inutile dans la circonférence extérieure. En outre, on forme un trou dans la partie de cuivre de la partie centrale et une tige métallique à base de Sn destinée à être un noyau métallique à :base de Sn 5 est insérée dans le trou.

La position limite de la couche de bronze en phase e que l'on doit former au moment du traitement thermique du fil métallique précurseur à obtenir finalement est déterminée en fonction du diamètre de la tige métallique à base de Sn et le rapport volumique x de la région de la couche de bronze en phase e que l'on doit former dans la matrice métallique à base de Cu est calculé de la même manière que dans la forme de réalisation 1. Dans la forme de réalisation 2, on fait passer le diamètre de la tige métallique à base de Sn à, respectivement, (a) 16,4 mm, (b) 18,4 mm, (c) 19,4 mm, (d) 20,0 mm, (e) 20,5 mm, (f) 21,2 mm, (g) 21,9 mm et (h) 22,6 mm. Par suite, on change le rapport de la couche de bronze en phase e à la matrice métallique à base de Cu à (a) 0,28, (b) 0,37, (c) 0, 42, (d) 0, 47, (e) 0, 51, (f) 0, 52, (g) 0,56 et (h) 0,60, respectivement.

Après le processus d'extrusion, la billette composite 4 dans laquelle la tige de noyau métallique à base de Sn est insérée est réduite en diamètre par un processus d'étirage identique à celui de la forme de réalisation 1 et également usinée pour former une tige hexagonale ayant une longueur du côté opposé de 5,4 mm et on obtient de la sorte une tige composite de Cu/Nb/Sn pour un module. La tige composite de Cu/Nb/Sn est découpée et 19 tiges sont regroupées et les tiges composites regroupées sont entourées d'un tube de Ta pour former une barrière de diffusion au Sn 7 et la circonférence extérieure du tube de Ta est également entourée d'un tube de cuivre sans oxygène de 7,5 mm d'épaisseur pour former un stabilisateur de cuivre identique à celui de la forme de réalisation 1. La tige composite de Cu/Nb/Sn combinée au tube de Ta et au tube de cuivre sans oxygène est élargie de 0, 5 mm de diamètre pour obtenir un fil métallique précurseur 9 d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn.

On découpe pour la mesure un échantillon dans le fil métallique précurseur obtenu et, de la même manière que dans la forme de réalisation 1, on le traite à chaud à 650 C pendant 10 jours dans une atmosphère de gaz inerte pour obtenir un fil métallique supraconducteur de Nb3Sn. La Je et la Qn du fil métallique supraconducteur obtenu sont mesurées dans un champ magnétique de 12T dans de l'hélium liquide et dans un champ magnétique sur un cycle de 3T dans de l'hélium liquide, respectivement.

La Fig. 5 illustre la dépendance de la taille de la tige métallique à base de Sn précédemment citée aux propriétés J, et Qh. Ici, lorsque le rapport x de la région de la couche de bronze en phase e est de 0,4, le rapport des filaments métalliques à base de Nb 6 existant dans la région limite de la couche de bronze en phase e est de 0,08. Le rapport x de la région de la couche de bronze en phase e est également de 0,55, le rapport des filaments métalliques à base de Nb 6 existant dans la région limite de la couche de bronze en phase e est de 0,32. Comme illustré sur la Fig. 5, si le rapport approximatif x de la région de la couche de bronze en phase e est ajusté pour ne pas être inférieur à 0,4 et pas supérieur à 0,55, de préférence pas inférieur à 0,45 et pas supérieur à 0, 52, on peut obtenir un fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sb ayant une propriété Qh faible et une diminution supprimée de la propriété Je.

D'un autre côté, lorsque le rapport x de la région de la couche de bronze en phase e est inférieur à 0,4, c'est-à-dire que la région limite de la couche de bronze en phase e que l'on doit former dans la matrice métallique à base de Cu lors du traitement thermique du fil métallique précurseur de 300 à 600 C pénètre dans la région des filaments métalliques à base de Nb 6, il est impossible d'obtenir une propriété J, élevée bien que la Qh diminue, car la quantité de Nb3Sn générée par traitement thermique est réduite par diminution du rapport volumique des noyaux métalliques à base de Sn.

Par ailleurs, lorsque le rapport x de la région de la couche de bronze en phase e est supérieur à 0,55, il est impossible de supprimer l'augmentation de la propriété Qh, car il se produit le contact mutuel des filaments de Nb3Sn qui est une cause de l'augmentation de la propriété Qh dans une large région.

Dans la forme de réalisation 2, le diamètre de la tige métallique à base de Nb 3 de la billette composite est ajustée à 3,7 mm et le nombre de trous est réglé pour être de 224 et, dans le fil métallique précurseur finalement obtenu, le diamètre des filaments métalliques à base de Nb 6 devient 2,6 m, et les intervalles des filaments métalliques à base de Nb 6 deviennent 0,9 mm et le rapport volumique des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 deviennent 0,25. On peut changer la taille et le nombre de tiges métalliques à base de Nb précédemment citées dans les limites tolérées de la conception du fil en fonction des propriétés Je et Qh requises. Dans le cas d'un fil métallique supraconducteur ayant des propriétés Je élevée et Qn faible nécessaires à une bobine supraconductrice à grande échelle utilisée pour la fusion nucléaire, le rapport volumique approximatif des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 n'est pas inférieur à 0,23 et n'est pas supérieur à 0,27 et, de préférence, pas inférieur à 0,24 et pas supérieur à 0,26; le diamètre approximatif des filaments métalliques à base de Nb n'est pas plus faible que 1 m et pas plus large que 5 m, de préférence pas plus faible que 2,0 m et pas plus large que 3,5 m; et les intervalles approximatifs des filaments métalliques à base de Nb 6 ne sont pas plus étroits que 0,7 m et pas plus larges que 1,5 m et, de préférence, pas plus étroits que 0,8 m et pas plus larges que 1,2 m.

Lorsque le rapport volumique des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 est inférieur à 0,23, il est impossible d'obtenir une propriété J, élevée, car la quantité de Nb3Sn que l'on doit finalement produire en faisant réagir les filaments métalliques à base de Nb 6 et les noyaux métalliques à base de Sn 5 par traitement thermique diminue. En revanche, lorsque le rapport volumique des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 est supérieur à 0,27, la région limite de la couche de bronze en phase e produite par traitement thermique entre dans la région des filaments métalliques à base de Nb 6 et les intervalles des filaments métalliques à base de Nb 6 ne peuvent être suffisamment maintenus. De ce fait, il est impossible de supprimer l'augmentation de la propriété Qh, comme c'est le cas dans la forme de réalisation 2, car il se produit le contact mutuel des filaments Nb3Sn qui est une cause de l'augmentation de la propriété Qh.

En outre, lorsque le diamètre des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 est plus faible que 1 m, on ne peut obtenir une propriété J, élevée, comme c'est le cas dans la forme de réalisation 2, car il est fort possible que des parties des filaments soient brisées. En revanche, lorsque le diamètre des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 est plus épais que 5 m, il est impossible d'obtenir une propriété J, élevée, comme c'est le cas dans la forme de réalisation 2, car on ne peut pas nécessairement faire réagir entièrement les filaments par traitement thermique et que la quantité de Nb3Sn générée par traitement thermique est réduite.

En outre, lorsque les intervalles des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 sont plus étroits que 0,7 m, il est impossible de supprimer l'augmentation de la propriété Qh, car il se produit le contact mutuel des filaments de Nb3sn qui est une cause de l'augmentation de Qh. En revanche, lorsque les intervalles des filaments métalliques à base de Nb 6 dans le module 1 sont plus larges que 1,5 m, il est impossible d'obtenir une propriété J, élevée, car la quantité de Nb3Sn générée par traitement thermique est réduite.

Même s'il s'agit d'un matériau barrière à la diffusion de Sn, le tube de Ta est utilisé dans la forme de réalisation 2, par exemple, une plaque de Ta qui est usinée pour être tubulaire, peut entraîner des effets similaires à ceux observés dans la forme de réalisation 2. Par ailleurs, bien que Ta soit utilisé comme matériau barrière de diffusion de Sn, tous les métaux, tels qu'un métal à base de Nb, qui sont efficaces pour empêcher la diffusion de Sn peuvent provoquer des effets similaires à ceux observés dans la forme de réalisation 2.

Dans l'invention, le métal à base de Cu désigne du 10 Cu pur ou du Cu contenant environ 2% en poids ou moins de Sn.

En outre, le métal à base de Nb désigne du Nb pur ou du Nb contenant au moins environ 10% en poids ou moins de Ta ou environ 5% en poids ou moins de Ti.

Par ailleurs, le métal à base de Sn désigne du Sn ou du Sn contenant au moins environ 5% en poids ou moins de Ti, environ 2% en poids ou moins de Cu et environ 2% en poids ou moins de In.

Bien que l'invention ait été décrite en rapport avec ses formes de réalisation préférées en se référant aux schémas ci-annexés, il est à noter que des changements et des modifications diverses seront apparents pour l'homme du métier.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn, le fil métallique précurseur étant traité thermiquement pour produire le fil métallique supraconducteur et s'allongeant dans la direction longitudinale, le fil métallique précurseur comprenant une pluralité de modules ayant une section transversale comprenant une partie de noyau et une partie de coque entourant la partie de noyau, dans lequel chacun des modules comprend: une partie de noyau constituée de métal à base Sn uniquement; et une partie de coque comprenant: une matrice constituée d'un métal à base de Cu; et des filaments métalliques à base de Nb noyés dans le métal à base de Cu, dans lequel les filaments métalliques à base de Nb sont placés à intervalles égaux concentriquement autour de la partie de noyau et également autour des circonférences des filaments métalliques à base de Nb en séquence vers la circonférence extérieure, et dans lequel, dans chacun des modules, la quantité de métal à base de Sn de la partie de noyau est ajustée de manière à former un zone définie par les limites des couches de bronze en phase e, qui sont formées dans le module en faisant réagir le métal à base de Sn de la partie de noyau et le métal à base de Cu de la matrice par traitement thermique, pour que la zone comprenne tous les filaments métalliques à base de Nb dans le module.

2. Fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn selon la revendication 1, dans lequel chacun des modules répond aux exigences suivantes: le rapport volumique approximatif des filaments métalliques à base de Nb présents dans chacun des modules n'est pas inférieur à 0,28 et n'est pas supérieur à 0,34; le rapport volumique approximatif de la couche de bronze en phase c à la matrice métallique à base de Cu dans chaque module n'est pas inférieur à 0,6 et n'est pas supérieur à 0,8; le diamètre approximatif du filament métallique à 15 base de Nb n'est pas plus mince que J. gm et pas plus épais que 5 m; et les intervalles approximatifs des filaments métalliques ne sont pas plus étroits que 0,7 gm et pas plus épais que 1,5 m.

3. Fil métallique précurseur d'un fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn, le fil métallique précurseur étant traité thermiquement pour produire le fil métallique supraconducteur et s'allongeant dans la direction longitudinale, le fil métallique précurseur comprenant une pluralité de modules ayant une section transversale comprenant une partie de noyau et une partie de coque entourant la partie de noyau, dans lequel chacun des modules comprend: une partie de noyau constituée de métal à base de Sn uniquement, et une partie de coque comprenant: une matrice_ constituée d'un métal à base de Cu; et des filaments métalliques à base de Nb noyés dans le métal à base de Cu, dans lequel les filaments métalliques à base de Nb sont placés à intervalles égaux concentriquement autour de la partie de noyau et également autour des circonférences des filaments métalliques à base de Nb en séquence vers la circonférence extérieure; et dans lequel, dans chacun des modules, la quantité de métal à base de Sn de la partie de noyau est ajustée de manière à former un zone définie par les limites des couches de bronze en phase e, qui sont formées dans le module en faisant réagir le métal à base de Sn de la partie de noyau et le métal à base de Cu de la matrice par traitement thermique, pour que la zone comprenne un rapport approximatif qui n'est pas inférieur à 0,08 et n'est pas supérieur 0,32 de la région d'existence des filaments métalliques à base de Nb dans:1e module.

4. Fil métallique précurseur du fil métallique supraconducteur en phase Nb-Sn selon la revendication 3, dans lequel chacun des modules répond aux exigences suivantes: le rapport volumique approximatif des filaments métalliques à :base de Nb présents dans chacun des modules n'est pas inférieur à 0,23 et n'est pas supérieur à 0,27; le rapport volumique approximatif de la couche de bronze en phase c à la matrice métallique à base de Cu dans chaque module n'est pas inférieur à 0,4 et n'est pas supérieur à 0,55; le diamètre approximatif du filament métallique à base de Nb n'est pas plus mince que 1 pm et pas plus épais que 5 m; et les intervalles approximatifs des filaments métalliques ne sont pas plus étroits que 0,7 m et pas 10 plus larges que 1,5 gm.