PL207355B1

PL207355B1 - Method for manufacture of superconductor wires basing on MgB₂

Info

Publication number: PL207355B1
Application number: PL368883A
Authority: PL
Inventors: Wacław Józef Pachla; Andrzej Mazur
Original assignee: Inst Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2010-12-31
Also published as: PL368883A1

Abstract

Sposób dotyczy wytwarzania drutów nadprzewodzących na bazie MgB2 typu metalowa otulina-rdzeń proszkowy i polega na zastosowaniu do obróbki plastycznej procesu wyciskania hydrostatycznego prowadzonego przy ciśnieniu zakresu od 350 do 1200 MPa. Wyciskanie hydrostatyczne może poprzedzać inny rodzaj obróbki plastycznej bądź stanowić jedyny sposób obróbki plastycznej zastosowany przy wytwarzaniu nadprzewodnika.The method concerns the production of MgB2-based superconducting wires of the metal sheath-powder core type and consists in the use of the hydrostatic extrusion process for plastic working at a pressure in the range of 350 to 1200 MPa. Hydrostatic extrusion may precede another type of forming or may be the only form of forming applied in the manufacture of the superconductor.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania drutów nadprzewodzących na bazie MgB2 typu metalowa otulina-rdzeń proszkowy.The subject of the invention is a method for the production of MgB2-based superconducting wires of the metal casing-powder core type.

Nadprzewodniki w postaci drutów i taśm stosuje się od dłuższego już czasu w urządzeniach elektrycznych, na przykład w elektromagnesach, kablach, silnikach elektrycznych, generatorach i transformatorach. Nadprzewodniki stosowane w tych urządzeniach oparte są najczęściej na dwóch związkach podwójnych typu niob-cyna (NbSn3) i niob-tytan (NbTi). Związki te posiadają temperaturę krytyczną poniżej 20 K, co determinuje ich praktyczne stosowanie do temperatur pomiędzy 1,5 K i 4,2 K, które to temperatury są osiągalne jedynie poprzez odpowiednie chłodzenie w ciekłym helu. Główne ograniczenie tych związków polega na ich niskich polach krytycznych, co znacznie zawęża możliwości ich stosowania do pól magnetycznych rzędu 7-9 Tesla. Dalszymi ich wadami są duża kruchość, cena oraz skomplikowana technologia wytwarzania. Odkryty niedawno [J.Nagamatsu, N.Nakagawa, T.Muranaka, Y.Zenitani, J.Akimitsu „SuperconductMty at 39K in magnesium diboride, Nature 410, str. 63-64, 2001] efekt nadprzewodnictwa w prostym związku podwójnym MgB2 o temperaturze krytycznej około 40 K (czyli najwyższej z dotychczas zmierzonych dla związków podwójnych) otwiera możliwość uzyskiwania materiałów nadprzewodzących mogących z powodzeniem konkurować z materiałami nadprzewodzącymi stosowanymi dotychczas.Wire and strip superconductors have been used for a long time in electrical devices, such as electromagnets, cables, electric motors, generators and transformers. The superconductors used in these devices are most often based on two double compounds of the niobin-tin (NbSn3) and niob-titanium (NbTi) type. These compounds have a critical temperature below 20 K, which determines their practical use at temperatures between 1.5 K and 4.2 K, which temperatures are only achievable by adequate cooling in liquid helium. The main limitation of these compounds is their low critical fields, which significantly limits their applicability to magnetic fields of 7-9 Tesla. Their further disadvantages are high fragility, price and complicated production technology. The recently discovered [J. Nagamatsu, N. Nakagawa, T. Muranaka, Y.Zenitani, J. Akimitsu "SuperconductMty at 39K in magnesium diboride, Nature 410, pp. 63-64, 2001] effect of superconductivity in a simple binary MgB2 at temperature critical temperature of about 40 K (i.e. the highest so far measured for binary compounds) opens the possibility of obtaining superconducting materials that can successfully compete with superconducting materials used so far.

Znany jest sposób wytwarzania drutów nadprzewodzących metodą tzw. proszku w rurce, ujawniony na przykład: w opisie patentu USA numer 5 935 911, w publikacji międzynarodowego zgłoszenia patentowego numer WO 00/38251 lub w publikacji twórców niniejszego wynalazku [W.Pachla,There is a known method of producing superconducting wires by the so-called a powder in a tube, disclosed, for example, in U.S. Patent No. 5,935,911, in International Patent Application Publication No. WO 00/38251 or in the publication of the present inventors [W. Pachla,

Ρ.Κονάό, I.Huśek, M.Kozłowski, A.Mazur, H.Marciniak, M.Wróblewski „The effects of hydrostatic pressure on the BSCCO compound for the OPIT procedure Superconductor Science and Technology 9 str. 957-964, 1996]. W sposobie tym zasypuje się metalową rurkę proszkiem związku nadprzewodnikowego, następnie zagęszcza się ten proszek, po czym pocienia się zewnętrzny wymiar rurki z proszkiem w powszechnie znanych procesach przeróbki plastycznej, takich jak na przykł ad mł otkowanie, przeciąganie, walcowanie, aż do uzyskania wymaganego wymiaru poprzecznego drutu. W celu wytworzenia nadprzewodnika wielożyłowego otrzymany według opisanej wyżej technologii drut jednożyłowy tnie się na kawałki i wkłada w postaci wiązki do metalowej rurki, która jest ponownie pocieniana na drodze przeróbki plastycznej. Następnie, tak pocieniony nadprzewodnik poddawany jest obróbce cieplnej polegającej na jego spiekaniu w celu przereagowania składników rdzenia nadprzewodzącego i jego rekrystalizacji. Wymienione metody pocieniania zewnętrznego wymiaru rurki są proste i powszechnie stosowane ale nadaj ą się tylko do otrzymywania drutów o stosunkowo duż ych przekrojach poprzecznych, to jest wynoszących co najmniej trzy milimetry kwadratowe. Wytwarzane w ten sposób nadprzewodniki charakteryzują się gęstościami prądów krytycznych rzędu 10⁵ Acm^-2 w temperaturze 4,2 K i polu magnetycznym B=0 T.Ρ.Κονάό, I.Huśek, M.Kozłowski, A.Mazur, H.Marciniak, M.Wróblewski "The effects of hydrostatic pressure on the BSCCO compound for the OPIT procedure Superconductor Science and Technology 9 pp. 957-964, 1996] . In this method, a metal tube is filled with a superconducting compound powder, then the powder is compacted, and the outer dimension of the tube with the powder is thinned using commonly known plastic working processes, such as, for example, hammering, broaching, rolling, until the required dimension is obtained. cross wire. To produce a multi-strand superconductor, the single strand wire obtained according to the above-described technology is cut into pieces and bundled into a metal tube which is again thinned by plastic working. Then, the thinned superconductor is subjected to a heat treatment involving its sintering in order to react the components of the superconducting core and to recrystallize it. The methods mentioned for thinning the outer dimension of the tube are simple and commonly used, but are only suitable for obtaining wires with relatively large cross-sections, i.e. at least three square millimeters. The superconductors produced in this way are characterized by critical current densities of 10 ⁵ Acm ^-2 at a temperature of 4.2 K and a magnetic field of B = 0 T.

Opisana wyżej technologia proszku w rurce była dotąd jedyną znaną metodą wytwarzania nadprzewodników jedno- i wielożyłowych typu metalowa otulina-rdzeń proszkowy, przy czym, tradycyjne metody przeróbki plastycznej (czyli wymienionego wyżej pocieniania), szczególnie przeciąganie i walcowanie bardzo cienkich drutów, stanowią duży problem technologiczny, związany z twardością i kruchością rdzeni proszkowych. Jest to spowodowane nieuprzywilejowanym stanem naprężeń w strefie odkształ cania otuliny z rdzeniem podczas prowadzenia tych procesów, mianowicie dwuosiowym ściskaniem połączonym z jednoosiowym rozciąganiem. Zagadnienie to opisano między innymi w publikacji: I.Huśek, P. Κονάό, W.Pachla „Microhardness profiles in BSCCO/Ag composites made by various technological steps Superconductor Science and Technology 8 str. 617-625, 1995. Taki znany sposób otrzymywania nadprzewodników daje niską gęstość rdzenia proszkowego skutkującą słabym kontaktem międzyziarnowym, co z kolei powoduje, że w wytwarzanych obecnie nadprzewodnikach grubości rdzeni wynoszą nie mniej niż 20 μm. Efektem tego jest obniżenie własności użytkowych gotowego produktu ze względu na obniżenie jego wytrzymałości na rozciąganie i zginanie oraz ze względu na obniżenie stabilności cieplnej.The above-described powder-in-tube technology has so far been the only known method of producing single- and multi-strand superconductors of the metal sheath-powder core type, while the traditional methods of plastic processing (i.e. the aforementioned thinning), especially pulling and rolling very thin wires, are a big technological problem , related to the hardness and brittleness of powder cores. This is due to the unprivileged state of stress in the deformation zone of the cover with the core during these processes, namely biaxial compression combined with uniaxial stretching. This issue was described, among others, in the publication: I.Huśek, P. Κονάό, W.Pachla "Microhardness profiles in BSCCO / Ag composites made by various technological steps Superconductor Science and Technology 8 pp. 617-625, 1995. Such a known method of obtaining superconductors. gives a low density of the powder core, resulting in poor intergrain contact, which in turn causes that in the currently manufactured superconductors, the core thicknesses are not less than 20 μm. The result is a reduction in the functional properties of the finished product due to the reduction of its tensile and bending strength and due to the reduction of thermal stability.

W technologii przeróbki plastycznej znany jest również proces wyciskania hydrostatycznego przedstawiony na przykład w opisie polskiego patentu numer 132609 na wynalazek p.t. „Sposób i urządzenie do wytwarzania drutów aluminiowych, którego jednym z autorów jest twórca niniejszego wynalazku. Pomimo, że od daty zgłoszenia tego wynalazku upłynęło ponad 20 lat, a sam proces wyciskania hydrostatycznego znany jest jeszcze dłużej, to w literaturze istnieją dotąd jedynie śladowe doniesienia o próbach zastosowania wyciskania hydrostatycznego w technologii nadprzewodnikowej.In the technology of plastic processing, the hydrostatic extrusion process is also known, as presented, for example, in the description of the Polish patent number 132609 for the invention p.t. "A method and device for the production of aluminum wires, one of the authors of which is the inventor of the present invention. Although more than 20 years have elapsed from the date of filing this invention, and the process of hydrostatic extrusion itself is known even longer, there are only traces of reports in the literature on attempts to use hydrostatic extrusion in superconducting technology.

PL 207 355 B1PL 207 355 B1

Wspomniane doniesienia dotyczą jednak innego materiału nadprzewodzącego, a mianowicie kompozytu Bi2223/Ag [publikacja D.A.Korzekwa, J.F.Bingert, E.J.Podtburg, P.Miles „Deformation processing of wires and tapes using the oxide-powder-in-tube metod Applied Superconductivity 2 nr 3/4, str 261270, 1994] oraz kompozytu Bi2223/Ag-Mg-Ni [publikacja L.Martini, LBigoni, F.Curcio, R.FIukiger, G.Grasso, M.Migliazza, E. Varesi, S.Zanella „Fabrication and properties of extruded Ag-Mg-Ni sheathed Bi-2223 tapes Inst. Phys. Conf Ser No 158, str. 1335-1338, 1997]. W wymienionych publikacjach wytworzone druty albo nie uzyskały własności nadprzewodzących albo ich parametry fizyczne były niskie, gdyż najlepsze z nich - kompozyty Bi2223/Ag-Mg-Ni - posiadały prądy krytyczne nieprzekraczające 11000 Acm^-2 w 77 K i polu magnetycznym B=0 T [L.Martini i współautorzy 1997], co dyskwalifikowało je w zastosowaniach praktycznych. Prace twórców niniejszego wynalazku dotyczące wyciskania hydrostatycznego kompozytu Bi2223/Ag [wspomniane wyżej publikacje I.Huśek, P. Κονάό, W.Pachla 1995 oraz W.Pachla i współautorzy 1996] doprowadziły do uzyskania dla tego kompozytu podobnych prądów krytycznych (rzędu 7500 Acm^-2), podczas gdy najwyższe prądy krytyczne prezentowane w latach 1993-1999 dla taśm nadprzewodzących Bi2223 wytwarzanych metodami klasycznymi sięgały wartości 6-8x10⁴ Acm^-2 w 77 K iB=0 T [Q.Li, K.Brodersen, K. Hjuler and T.Freltoft Physica C 217 str. 360, 1993; M.W.Rupich et al. 1998 ISTEC-MRS Workshop on Superconductivity, Okinawa, Japan, TokioilSTEC, str. 147; X. Y. Cal, J. Jiang, R. D. Polyanski, et al. 1999 MRS Fali Meeting, Nov.29-Dec.3, Boston, Massachusetts, USA]. Jak z tego widać przy użyciu technologii wyciskania hydrostatycznego otrzymano dotychczas materiały nadprzewodzące o wielkości prądów krytycznych od 7 do 10 razy niższych w stosunku do powszechnie uzyskiwanych w tradycyjnych technologiach nadprzewodnikowych w tym czasie, i w okolicach roku 1997 ustało praktycznie zainteresowanie badaczy zastosowaniem procesu wyciskania hydrostatycznego do wytwarzania nadprzewodników w postaci drutów.These reports, however, concern another superconducting material, namely the Bi2223 / Ag composite [the publication of DAKorzekwa, JFBingert, EJPodtburg, P.Miles "Deformation processing of wires and tapes using the oxide-powder-in-tube method Applied Superconductivity 2 No. 3/4, pp 261270, 1994] and the Bi2223 / Ag-Mg-Ni composite [publication by L. Martini, LBigoni, F. Curcio, R. FIukiger, G. Grasso, M. Migliazza, E. Varesi, S. Zanella "Fabrication and properties of extruded Ag-Mg-Ni sheathed Bi-2223 tapes Inst. Phys. Conf Ser No 158, pp. 1335-1338, 1997]. In the above-mentioned publications, the produced wires either did not obtain superconducting properties or their physical parameters were low, because the best of them - Bi2223 / Ag-Mg-Ni composites - had critical currents not exceeding 11000 Acm ^-2 at 77 K and the magnetic field B = 0 T [ L. Martini et al. 1997], which disqualified them in practical applications. The works of the inventors on the hydrostatic extrusion of the Bi2223 / Ag composite [the above-mentioned publications I.Huśek, P. Κονάό, W. Pachla 1995 and W. Pachla et al. 1996] led to obtaining similar critical currents for this composite (in the order of 7500 Acm ^-2 ), while the highest critical currents presented in the years 1993-1999 for the Bi2223 superconducting tapes produced by classical methods reached the values of 6-8x10 ⁴ Acm ^-2 at 77 K iB = 0 T [Q.Li, K.Brodersen, K. Hjuler and T Freltoft Physica C 217 p. 360, 1993; MWRupich et al. 1998 ISTEC-MRS Workshop on Superconductivity, Okinawa, Japan, TokioilSTEC, p. 147; XY Cal, J. Jiang, RD Polyanski, et al. 1999 MRS Fali Meeting, Nov.29-Dec.3, Boston, Massachusetts, USA]. As can be seen from this, using hydrostatic extrusion technology has so far obtained superconducting materials with the size of critical currents 7 to 10 times lower than those commonly obtained in traditional superconducting technologies at that time, and around 1997, the interest of researchers in the use of the hydrostatic extrusion process for the production of superconductors in the form of wires.

Proces wyciskania hydrostatycznego polega na wyciskaniu materiału (wsadu) znajdującego się w komorze roboczej pod wpływem wysokiego ciśnienia płynnego medium otaczającego wsad. Wzrost ciśnienia hydrostatycznego w komorze roboczej następuje na skutek ściskania tego medium pod wpływem ruchu tłoka poruszającego się w głąb tej komory. Po osiągnięciu ciśnienia charakterystycznego dla danego materiału wsadowego, płynne medium zaczyna wyciskać wsad w postaci gotowego produktu przez otwór matrycy zamykającej koniec komory roboczej przeciwległy do poruszającego się tłoka. Podczas wyciskania hydrostatycznego wsad nie dotyka ani tłoka ani ścian komory roboczej, co znacznie obniża siły tarcia i stwarza możliwość stosowania matryc o małych kątach. Dzięki temu deformacja wyciskanej struktury jest bardzo homogeniczna, to znaczy uzyskuje się znacznie mniejszą niejednorodność odkształceń (zniekształceń siatki deformacji) w przekroju poprzecznym wyciskanego produktu niż ma to miejsce na przykład przy wyciskaniu konwencjonalnym. Ze względu na użycie w procesie wyciskania hydrostatycznego płynnego medium, materiały kompozytowe składające się z rdzeni proszkowych muszą być pakowane w szczelne kapsuły.The process of hydrostatic extrusion consists in squeezing the material (charge) in the working chamber under the influence of high pressure of the liquid medium surrounding the charge. The increase in hydrostatic pressure in the working chamber occurs as a result of squeezing this medium as a result of the movement of the piston moving into the chamber. After reaching the pressure characteristic for a given batch material, the liquid medium begins to squeeze the batch in the form of a finished product through the opening of the matrix closing the end of the working chamber opposite to the moving piston. During hydrostatic extrusion, the charge does not touch either the piston or the walls of the working chamber, which significantly reduces the friction forces and makes it possible to use dies with small angles. As a result, the deformation of the extruded structure is very homogeneous, i.e. a much lower deformation heterogeneity (deformation of the deformation mesh) in the cross-section of the extruded product is obtained than is the case, for example, with conventional extrusion. Due to the use of a hydrostatic liquid medium in the process of extrusion, composite materials consisting of powder cores must be packed in sealed capsules.

W publikacji numer WO 03/035575 międzynarodowego zgłoszenia patentowego ujawniono sposób otrzymywania drutów nadprzewodzących na bazie MgB2 w wyniku tradycyjnego procesu ciągnienia w celu uzyskania drutu okrągłego i tradycyjnego walcowania w celu uzyskania taśmy nadprzewodzącej. W celu podniesienia gęstości rdzenia MgB2 przed etapem przeciągania, po napełnieniu rurki proszkiem, poddawano ją działaniu zewnętrznego ciśnienia o wielkości około 100 MPa. Mocno komplikowało to proces wytwarzania nadprzewodnika, szczególnie w sytuacji, gdy ze względu na długość rurki z proszkiem niemożliwe było poddawanie jej wpływowi ciśnienia, gdy miała ona postać prostego pręta.WO 03/035575 of the international patent application discloses a method for obtaining MgB2-based superconducting wires by a conventional drawing process to obtain a round wire and conventional rolling to obtain a superconducting strip. In order to increase the density of the MgB2 core, before the drawing stage, after the tube was filled with powder, it was subjected to an external pressure of about 100 MPa. This greatly complicated the process of producing the superconductor, especially in a situation where, due to the length of the tube with the powder, it was impossible to pressurize it when it was in the form of a straight rod.

W publikacji numer WO 02/069353 międzynarodowego zgłoszenia patentowego ujawniono kolejny proces otrzymywania drutów nadprzewodzących metodą proszku w rurce, w którym zagęszczenie rdzenia proszkowego w metalowej rurkowej kapsule następuje w wyniku zastosowania bliżej niesprecyzowanej metody przeróbki plastycznej.The publication number WO 02/069353 of the international patent application discloses another process for obtaining superconducting wires by the powder-in-tube method, in which the densification of the powder core in a metal tubular capsule takes place by using a more unspecified plastic working method.

Proces wyciskania konwencjonalnego (czyli nie-hydrostatycznego) w znanym stanie techniki jest wymieniany jedynie sygnalnie, jako jedna z możliwych opcji przeróbki plastycznej, na przykład w procesie wytwarzania tlenkowych nadprzewodników wysokotemperaturowych o strukturze kryształu perovskitu (wspomniany wyżej patent USA nr 5 935 911) oraz, w połączeniu z kombinacją ciągnienia, walcowania profilowego i walcowania płaskiego, dla związków Bi(Pb)SrCaCuO, TIBaCaCuO, HgBaCaCuO, Y(Nd)BaCuO (wspomniana wcześniej publikacja międzynarodowa nrWO 00/38251).The conventional (i.e. non-hydrostatic) extrusion process in the known art is only mentioned in signaling as one of the possible forming options, for example in the production of perovskite crystal structure high temperature oxide superconductors (the above-mentioned US Patent No. 5,935,911) and, in combination with a combination of drawing, profile rolling and flat rolling, for the compounds Bi (Pb) SrCaCuO, TIBaCaCuO, HgBaCaCuO, Y (Nd) BaCuO (the previously mentioned international publication No.WO 00/38251).

Otrzymywanie drutów nadprzewodzących na bazie MgB2 z wykorzystaniem wyciskania hydrostatycznego ujawniono w japońskiej publikacji zgłoszenia patentowego numer JP2003217369. Ujaw4The preparation of MgB2-based superconducting wires using hydrostatic extrusion is disclosed in Japanese Patent Application Publication No. JP2003217369. Reveal4

PL 207 355 B1 nione w tej publikacji wyciskanie hydrostatyczne prowadzone jest w wysokiej temperaturze (co najmniej 250°C) co mocno komplikuje cały proces technologiczny.The hydrostatic extrusion described in this publication is carried out at high temperature (at least 250 ° C), which greatly complicates the entire technological process.

Celem wynalazku było opracowanie nowej technologii otrzymywania drutów nadprzewodzących na bazie MgB2 o własnościach nadprzewodzących co najmniej równych otrzymywanym w technologiach tradycyjnych, a jednocześnie umożliwiającej wytworzenie nadprzewodników o przekrojach poprzecznych znacznie mniejszych od dotychczas uzyskiwanych.The aim of the invention was to develop a new technology for obtaining superconducting wires based on MgB2 with superconducting properties at least equal to those obtained in traditional technologies, and at the same time enabling the production of superconductors with cross-sections much smaller than those obtained so far.

W pierwszej odmianie sposobu wedł ug wynalazku, polegają cym kolejno na zasypaniu metalowej kapsuły proszkiem MgB2, jego zagęszczeniu, zamknięciu kapsuły, zmniejszeniu przekroju poprzecznego kapsuły w co najmniej jednym etapie przeróbki plastycznej oraz na końcowym wyżarzeniu kapsuły, przy czym do zmniejszenia przekroju poprzecznego w co najmniej jednym etapie przeróbki plastycznej stosuje się wyciskania hydrostatyczne. Wyciskanie hydrostatyczne prowadzone jest w temperaturze pokojowej i przy ciśnieniu z zakresu od 350 MPa do 1200 MPa, przy czym stosunek pola przekroju poprzecznego kapsuły na początku każdego etapu wyciskania do pola przekroju poprzecznego kapsuły na końcu takiego etapu jest mniejszy od czterech. W jednym z wariantów tej odmiany wynalazku metalowa kapsuła ma postać rurki, którą po zagęszczeniu w niej proszku MgB2 zamyka się plastycznym korkiem metalowym.In the first variant of the method according to the invention, consisting in successively pouring the metal capsule with MgB2 powder, compacting it, closing the capsule, reducing the capsule cross-section in at least one plastic working stage and finally annealing the capsule, while reducing the cross-section in at least in one step of plastic working, hydrostatic extrusion is used. Hydrostatic extrusion is carried out at room temperature and at a pressure ranging from 350 MPa to 1200 MPa, the ratio of the cross-sectional area of the capsule at the beginning of each extrusion step to the cross-sectional area of the capsule at the end of such step is less than four. In one variant of this variant of the invention, the metal capsule is in the form of a tube which, after the MgB2 powder is concentrated therein, is closed with a plastic metal stopper.

Metalowa kapsuła na proszek MgB2 może mieć ściankę boczną o konstrukcji warstwowej.The metal MgB2 powder capsule may have a sidewall with a sandwich construction.

W innym wariancie tej odmiany wynalazku pole przekroju poprzecznego wnętrza kapsuły stanowi co najmniej 15% pola przekroju poprzecznego kapsuły liczonego z jej wymiarów zewnętrznych.In another variant of this variant of the invention, the internal cross-sectional area of the capsule is at least 15% of the cross-sectional area of the capsule based on its external dimensions.

W kolejnym wariancie tej odmiany wynalazku proszek MgB2 zagęszcza się w kapsule do gęstości zasypowej wynoszącej co najmniej 40% gęstości teoretycznej związku MgB2.In a further variant of this embodiment, the MgB2 powder is concentrated in the capsule to a bulk density of at least 40% of the theoretical density of the MgB2 compound.

W jeszcze innym wariancie tej odmiany wynalazku napeł nioną proszkiem MgB2 metalową kapsułę zamyka się w próżni.In yet another variant of this variant of the invention, the metal capsule filled with MgB2 powder is sealed under a vacuum.

Druga odmiana wynalazku polega kolejno na wypełnieniu metalowej kapsuły wiązką drutów jednożyłowych typu metalowa otulina-rdzeń MgB2, zamknięciu kapsuły, zmniejszeniu przekroju poprzecznego kapsuły w co najmniej jednym etapie przeróbki plastycznej oraz końcowym wyżarzeniu, przy czym do zmniejszenia przekroju poprzecznego kapsuły, w co najmniej jednym etapie przeróbki plastycznej stosuje się wyciskanie hydrostatyczne prowadzone w temperaturze pokojowej i przy ciśnieniu z zakresu od 350 MPa do 1200 MPa, przy czym stosunek pola przekroju poprzecznego kapsuły na początku każdego etapu wyciskania do pola przekroju poprzecznego kapsuły na końcu takiego etapu jest mniejszy od czterech.The second variant of the invention consists in successively filling the metal capsule with a bundle of single-strand wires of the MgB2 metal jacket-core type, closing the capsule, reducing the cross-section of the capsule in at least one stage of plastic working and final annealing, while reducing the cross-section of the capsule in at least one stage For plastic working, hydrostatic extrusion is used at room temperature and a pressure ranging from 350 MPa to 1200 MPa, the ratio of the capsule cross-sectional area at the beginning of each extrusion step to the capsule cross-sectional area at the end of such step is less than four.

W pierwszym wariancie drugiej odmiany wynalazku metalowa kapsu ła ma postać metalowej przelotowej rurki, którą po wypełnieniu wiązką drutów jednożyłowych zatyka się z obu stron plastycznymi korkami metalowymi.In the first variant of the second variant of the invention, the metal capsule is in the form of a metal through-tube which, after being filled with a bundle of single-stranded wires, is closed on both sides with plastic metal plugs.

W kolejnym wariancie tej odmiany wynalazku metalowa kapsuła ma postać nieprzelotowej metalowej rurki, której otwarty koniec po wypełnieniu jej wiązką drutów jednożyłowych zatyka się plastycznym korkiem metalowym.In a further variant of this variant of the invention, the metal capsule is in the form of a blind metal tube, the open end of which, after being filled with a bundle of single-stranded wires, is plugged with a plastic metal plug.

W nastę pnym wariancie tej odmiany wynalazku metalowa kapsuł a ma ściankę boczną o konstrukcji warstwowej.In a further variant of this variant of the invention, the metal capsule has a side wall of sandwich construction.

W kolejnym wariancie tej odmiany wynalazku pole przekroju poprzecznego wnętrza kapsuły stanowi co najmniej 15% pola przekroju poprzecznego kapsuły liczonego z jej wymiarów zewnętrznych.In a further variant of this variant of the invention, the internal cross-sectional area of the capsule is at least 15% of the cross-sectional area of the capsule based on its external dimensions.

W jeszcze innym wariancie tej odmiany wynalazku po wypeł nieniu metalowej kapsuł y wią zką drutów jednożyłowych kapsułę zamyka się w próżni.In yet another variant of the invention, the capsule is closed in a vacuum after the metal capsule is filled with a bundle of single stranded wires.

W ostatnim z wariantów tej odmiany wynalazku w każ dym etapie wyciskania hydrostatycznego stosunek pola przekroju poprzecznego kapsuły na początku etapu do pola przekroju poprzecznego kapsuły na końcu tego etapu jest mniejszy od czterech.In the last variant of this variant of the invention, in each hydrostatic extrusion step, the ratio of the cross-sectional area of the capsule at the beginning of the stage to the cross-sectional area of the capsule at the end of this stage is less than four.

W sposobie według wynalazku, zagęszczenie półprzewodnikowego rdzenia proszkowego następuje w ciśnieniach o około rząd wielkości wyższych (przekraczających nawet 1000 MPa) niż w sposobach znanych ze stanu techniki. Proces zagę szczania proszku rdzenia sposobem wed ług wynalazku jest dużo efektywniejszy od dotychczas znanych, gdyż następuje równolegle z procesem deformacji plastycznej metodą wyciskania hydrostatycznego co prowadzi do uzyskania znacznie większej niż dotychczas homogeniczności materiału rdzenia. Stosując do otrzymywania drutów nadprzewodzących wyciskanie hydrostatyczne unika się problemów związanych z niekorzystnym stanem naprężeń w strefie odkształcenia, gdyż technologia ta, jak żaden inny proces stosowany dotychczas do wytwarzania nadprzewodników kompozytowych na bazie MgB2, wprowadza stan trójosiowego ściskania w strefie odkształcenia (przeróbki plastycznej) w matrycy, ograniczając pękanie rdzenia, zaśIn the method according to the invention, the densification of the semiconductor powder core takes place at pressures about an order of magnitude higher (even exceeding 1000 MPa) than in the methods known from the prior art. The process of compacting the core powder with the method according to the invention is much more effective than those known so far, as it occurs in parallel with the plastic deformation process by the hydrostatic extrusion method, which leads to a much greater homogeneity of the core material than before. By using hydrostatic extrusion to obtain superconducting wires, the problems associated with the unfavorable state of stresses in the deformation zone are avoided, because this technology, like no other process used to date for the production of composite superconductors based on MgB2, introduces a state of triaxial compression in the deformation zone (plastic processing) in the matrix , reducing core cracking, and

PL 207 355 B1 jak powszechnie wiadomo, nawet jedno poprzeczne pęknięcie rdzenia nadprzewodzącego w drucie jednożyłowym może zdyskwalifikować wytworzony nadprzewodnik, gdyż przerywa ścieżkę, którą płynie prąd nadprzewodzący. Dodatkowo stan trójosiowego ściskania uzyskiwany sposobem według wynalazku zwiększa gęstość (kontakty międzyziarnowe) w rdzeniu proszkowym, zmniejszając straty prądowe, a więc podnosząc wielkość prądu, który może nim przepływać. Możliwość zastosowania do wyciskania hydrostatycznego wąskokątowych matryc daje jednorodność strukturalną rdzenia wyższą niż uzyskiwaną w tradycyjnych procesach ciągnienia lub walcowania, co skutkuje korzystniejszym rozkładem prądu w przekroju poprzecznym rdzenia. Wszystkie opisane wyżej czynniki podnoszą krytyczne gęstości prądów w nadprzewodnikach wytworzonych sposobem według wynalazku.As is well known, even a single transverse break in the superconducting core in a single-strand wire can disqualify the produced superconductor, as it breaks the path taken by the superconducting current. In addition, the triaxial compression state obtained by the method of the invention increases the density (intergranular contacts) in the powder core, reducing current losses and thus increasing the amount of current that can flow through it. The possibility of using narrow-angle dies for hydrostatic extrusion gives the core a structural homogeneity higher than that obtained in traditional drawing or rolling processes, resulting in a more favorable current distribution in the cross-section of the core. All the factors described above raise the critical current densities in the superconductors of the present invention.

Poniżej został przedstawiony szczegółowo sposób realizacji wynalazku oraz cztery konkretne przykłady otrzymania drutów nadprzewodzących.A method for carrying out the invention and four specific examples of obtaining superconducting wires will be presented in detail below.

Wytwarzanie drutów nadprzewodzących na bazie MgB2 typu metalowa otulina-rdzeń proszkowy sposobem według wynalazku polega na zastosowaniu wyciskania hydrostatycznego, przy czym wyciskanie hydrostatyczne może poprzedzać inny rodzaj przeróbki plastycznej, bądź stanowić jej jedyny sposób. Wyciskanie hydrostatyczne może być przeprowadzone albo jednokrotnie, albo odbywać się w sposób sekwencyjny, w drodze kolejno po sobie następujących procesów wyciskania hydrostatycznego prowadzonych w temperaturach pokojowych bądź w temperaturach podwyższonych, w rezultacie czego przekrój poprzeczny drutu nadprzewodzącego ulega znacznemu zmniejszeniu. Proszek z przereagowanego wcześniej związku MgB2 (metoda „ex-situ”) bąd ź mieszaninę proszków Mg+2B w stosunku odpowiednim do uformowania związku MgB2 (metoda „in-situ”) zasypuje się do metalowej kapsuły zgodnie ze znaną i opisaną wcześniej metodą „proszku w rurce”, dodając w miarę potrzeby materiały nanometryczne typu SiC lub inne, pełniące rolę potencjalnych tzw. centr kotwiczenia (ang. pinningu). Metalowa kapsuła ma zwykle postać przelotowej rurki, zamykanej z najpierw z jednego końca plastycznym korkiem metalowym, a następnie po zagęszczeniu w niej proszku zamykania drugim plastycznym korkiem metalowym. Jako metalową kapsułę stosować można również tzw. rurkę nieprzelotową, to jest rurkę szczelnie zamkniętą na jednym końcu. Taka nieprzelotowa rurka jest po jej zasypaniu proszkiem zamykania jest plastycznym korkiem metalowym oczywiście tylko z jednego końca. Rurka pełniąca rolę kapsuły może mieć konstrukcję ścianki bocznej albo jedno- albo wielowarstwową to znaczy może składać się z jednej, dwóch lub większej liczby warstw wykonanych z różnych metali. Wymiary zewnętrzne i długości rurek przeznaczonych na metalowe kapsuły dobiera się w zależności od wymaganych długości drutów nadprzewodzących, jakie zamierza się wyprodukować. Gęstość zasypowa proszku w rurce powinna wynosić co najmniej 40% gęstości teoretycznej związku MgB2 przyjętej jako 2,63 gcm^-3. Po zasypaniu proszkiem oraz uszczelnieniu korkami pojedyncza rurka, bądź w przypadku rurki o większej ilości warstw zawsze rurka zewnętrzna, zostaje zamknięta w warunkach próżniowych (to jest w ciśnieniu mniejszym niż 7 x 10^-2 Pa) celem usunięcia powietrza i gazów z objętości, w której znajduje się proszek MgB2 oraz z pustek powstałych na skutek niedopasowania złożonych części metalowych. Tak wykonana kapsuła stanowi wsad wyjściowy do dalszej przeróbki plastycznej. Proces wyciskania hydrostatycznego jest prowadzony z tzw. jednostkową redukcją nie większą niż 4, co oznacza, że w każdym etapie wyciskania hydrostatycznego stosunek pola przekroju poprzecznego kapsuły na początku etapu do pola przekroju poprzecznego kapsuły na końcu tego etapu jest nie większy od czterech, przy czym maksymalne ciśnienie pojedynczego wyciskania nie powinno przekraczać 1200 MPa. Proces wyciskania hydrostatycznego prowadzony jest tyle razy, aż średnica zewnętrzna produktu po ostatnim wyciskaniu odpowiada żądanej średnicy końcowej bądź pozwala na zastosowanie dalszego pocieniania drutu inną metodą przeróbki plastycznej, aż do osiągnięcia jego żądanej średnicy końcowej lub kształtu. Podczas wytwarzania nadprzewodnika, ze względu na umocnienie materiału kapsuły, może okazać się konieczne przeprowadzenie pomiędzy kolejnymi etapami przeróbki plastycznej, znanych wyżarzań międzyoperacyjnych. Końcowy wymiar nadprzewodnika po przeróbce plastycznej może być w zasadzie dowolny, niemniej dla celów aplikacyjnych korzystnie jest jeśli pole przekroju poprzecznego gotowego drutu nadprzewodzącego jest mniejsze od trzech milimetrów kwadratowych.The production of superconducting wires based on MgB2 of the metal casing-powder core type with the method according to the invention consists in the use of hydrostatic extrusion, while hydrostatic extrusion may precede another type of plastic processing or be its only method. The hydrostatic extrusion may be performed either once or in a sequential manner by successive hydrostatic extrusion processes carried out at room temperatures or at elevated temperatures, as a result of which the cross section of the superconducting wire is significantly reduced. The powder from the previously reacted MgB2 compound ("ex-situ" method) or a mixture of Mg + 2B powders in a ratio suitable for forming the MgB2 compound ("in-situ" method) is poured into a metal capsule according to the known and previously described "powder" method in a tube ", adding, if necessary, nanometric materials such as SiC or other, acting as potential so-called anchoring center. The metal capsule is usually in the form of a through-tube closed at one end with a plastic metal stopper and then, after the closing powder has been compacted therein, with a second plastic metal stopper. The so-called a blind tube, that is, a tube sealed at one end. Such a blind tube is filled with a closing powder and is of course a plastic metal plug from one end only. The tube acting as a capsule may have a sidewall or single or multi-layer structure, i.e. it may consist of one, two or more layers made of different metals. The external dimensions and lengths of tubes intended for metal capsules are selected depending on the required lengths of superconducting wires to be produced. The bulk density of the powder in the tube should be at least 40% of the theoretical density of the MgB2 compound taken as 2.63 gcm ^-3 . After backfilling with powder and sealing with plugs, a single tube, or in the case of a tube with more layers, always the outer tube, is closed under vacuum conditions (i.e. at a pressure less than 7 x ^10-2 Pa) to remove air and gases from the volume in which there is MgB2 powder and voids created by mismatch between complex metal parts. The capsule made in this way is the starting charge for further plastic processing. The process of hydrostatic extrusion is carried out from the so-called a unit reduction not greater than 4, which means that in each hydrostatic extrusion step, the ratio of the cross-sectional area of the capsule at the beginning of the stage to the cross-sectional area of the capsule at the end of this stage is not greater than four, while the maximum pressure of a single squeezing should not exceed 1200 MPa . The hydrostatic extrusion process is carried out so many times until the outer diameter of the product after the last extrusion corresponds to the desired final diameter or allows the wire to be further thinned by other plastic working methods until its desired final diameter or shape is achieved. During the production of the superconductor, it may be necessary to carry out known in-process annealing between the successive working steps due to the hardening of the capsule material. In principle, the finished dimension of the deformed superconductor may be arbitrary, but for application purposes it is preferred that the cross-sectional area of the finished superconducting wire is less than three square millimeters.

W przypadku wytwarzania drutów wielożyłowych na bazie MgB2, druty jednoż yłowe uzyskane opisanym wyżej sposobem zostają pocięte na krótsze odcinki, a następnie składane są w wiązkę o wymaganej liczby ż y ł i wkł adane do metalowej rurki/kapsuł y. Kolejne etapy wytwarzania drutów nadprzewodzących na bazie MgB2 są analogiczne, do opisanego wyżej sposobu otrzymywania drutu nadprzewodzącego jednożyłowego.In the case of the production of multi-strand wires based on MgB2, the single-strand wires obtained by the above-described method are cut into shorter sections, and then assembled into a bundle of the required number of strands and inserted into a metal tube / capsule. based on MgB2 are analogous to the above-described method of obtaining a single-core superconducting wire.

PL 207 355 B1PL 207 355 B1

Po końcowym procesie przeróbki plastycznej następuje proces spiekania nadprzewodnika w temperaturze nie niż szej niż 500° C i nie wyższej niż temperatura topnienia otuliny. Czas spiekania w atmosferze neutralnej, na przykł ad w argonie, nie moż e być krótszy niż pół godziny. Po spiekaniu prowadzi się pomiar charakterystyki I-V wytworzonych drutów, znaną metodą kontaktową 4-sondową, przy zastosowaniu kryterium 1 gVcm^-1.After the final plastic working process, the superconductor is sintering at a temperature not lower than 500 ° C and not higher than the melting point of the cover. The sintering time in a neutral atmosphere, for example argon, must not be less than half an hour. After sintering, the IV characteristics of the produced wires are measured by the known 4-probe contact method using the 1 gVcm ^-1 criterion.

P r z y k ł a d I - Drut MgB2/Fe wyciskany hydrostatycznieExample I - Hydrostatically extruded MgB2 / Fe wire

Kapsułę wykonaną z żelaza Armco w postaci nieprzelotowej rurki o średnicy zewnętrznej 15 mm i grubości 3,5 mm, luźno zasypano handlowym proszkiem MgB2. Proszek ubito ręcznie aby jego gęstość zasypowa liczona z wymiarów geometrycznych wynosiła 76% gęstości teoretycznej MgB2 przyjętej jako 2,63 gcm^-3. Następnie kapsułę szczelnie zamknięto korkiem z tego samego materiału, spawając w warunkach próżniowych (to jest w ciśnieniu około 6,67 x 10^-2 Pa). Tak przygotowaną kapsułę kilkakrotnie wyciskano hydrostatycznie przez kołową matrycę, z redukcjami jednostkowymi wynoszącymi kolejno 2,25, 2,1, 1,98, 2,08, 1,78, 1,47 i 1,36, doprowadzając do stanu, w którym końcowa średnica zewnętrzna drutu wynosiła 1,8 mm. Następnie, otrzymany w opisany wyżej sposób okrągły drut wyżarzano w piecu w atmosferze argonu o ciśnieniu około 50 kPa w temperaturze 950°C przez pół godziny, nagrzewając z prędkością około 40°C/min. i chłodząc z prędkością 7°C/min. Uzyskany drut posiadał następujące własności nadprzewodzące: krytyczna gęstość prądu w temperaturze 4,2 K i polu magnetycznym 2,5 T wynosiła 4,77 x 10⁴ Acm^-2, a w temperaturze 4,2 K i polu magnetycznymA capsule made of Armco iron in the form of a blind tube with an outer diameter of 15 mm and a thickness of 3.5 mm, was loosely filled with commercial MgB2 powder. The powder was compacted by hand so that its bulk density, calculated from its geometrical dimensions, was 76% of the theoretical density of MgB2 assumed to be 2.63 gcm ^-3 . The capsule was then sealed with a stopper of the same material by welding under vacuum (i.e. at a pressure of about 6.67 x ^10-2 Pa). The thus prepared capsule was pressed hydrostatically through a circular die several times, with unit reductions amounting to 2.25, 2.1, 1.98, 2.08, 1.78, 1.47 and 1.36 respectively, leading to a state where the final the outer diameter of the wire was 1.8 mm. Thereafter, the round wire obtained as described above was annealed in an argon atmosphere at a pressure of about 50 kPa at a temperature of 950 ° C for half an hour, heating at a rate of about 40 ° C / min. and cooling at a rate of 7 ° C / min. The resulting wire had the following properties of superconducting: critical current density at 4.2 K and a magnetic field of 2.5 T was 4.77 x 10 ⁴ Acm ^-2 and a temperature of 4.2 K and the magnetic field

4.5 T - 8,7 x 10³ Acm^-2, mierzone z charakterystyki I-V otrzymanej metodą kontaktową 4-sondową przy zastosowaniu kryterium 1 gVcm^-1.4.5 T - 8.7 x 10 ³ Acm ^-2 , measured from the IV characteristic obtained by the 4-probe contact method using the 1 gVcm ^-1 criterion.

P r z y k ł a d II - drut MgB2/Fe wyciskany hydrostatycznie, walcowany profilowo i walcowany dwuosiowoP r x l a d II - MgB2 / Fe wire, hydrostatically extruded, profile rolled and biaxially rolled

W tym przykładzie realizacji powtórzono czynności opisane w pierwszym przykładzie doprowa' dzając do piątego wyciskania z redukcją jednostkową 1,78, przy średnicy zewnętrznej drutu okrągłegoIn this embodiment, the steps in the first example were repeated to obtain the fifth extrusion with a unit reduction of 1.78, with the outer diameter of the round wire

2.5 mm. Dalsze odkształcanie plastyczne prowadzono przy zastosowaniu walcowania profilowego i walcowania dwuosiowego. Walcowanie profilowe prowadzono na walcach o przekroju kwadratowym z jednostkowymi pocienieniami nie większymi niż 0,1 mm do wymiaru zewnętrznego 1,25 mm x 1,25 mm.2.5 mm. Further plastic deformation was carried out using profile rolling and biaxial rolling. Profile rolling was carried out on square-section rolls with unit thinning not greater than 0.1 mm up to the outer dimension of 1.25 mm x 1.25 mm.

Następnie drut walcowano dwuosiowo do wymiaru zewnętrznego 1,2 mm x 1,2 mm, po czym drut wyżarzono w warunkach analogicznych do opisanych w pierwszym przykładzie. Uzyskany drut miał następujące własności nadprzewodzące: krytyczna gęstość prądu w temperaturze w 4,2 K i polu ma' gnetycznym 2,5 T wynosiła 8,57 x 10⁴ Acm^'2, a w temperaturze 4,2 K i polu magnetycznym 4 T ' 2,33 x 10⁴ Acm^'2, mierzone z charakterystyki I'V otrzymanej metodą kontaktową 4'sondową przy zastoso' '1 waniu kryterium 1 LiVcm .The wire was then biaxially rolled to an external dimension of 1.2 mm x 1.2 mm, and the wire was then annealed under conditions analogous to those described in the first example. The resulting wire had the following properties superconductive: critical current density at a temperature of 4.2 K and a field 'gnetycznym 2.5 T was 8.57 x 10 ⁴ ^{Acm' 2} and a temperature of 4.2 K and a magnetic field of 4 T '2 , 33 x 10 ⁴ Acm ^'2 , measured from the I'V characteristic obtained by the 4 probe contact method using criterion 1 LiVcm.

P r z y k ł a d III ' Drut MgB2/Fe/Cu wyciskany hydrostatycznieExample III 'Hydrostatically extruded MgB2 / Fe / Cu wire

W odróżnieniu do procesu opisanego w pierwszym przykładzie, zastosowano tutaj dwuwar' stwową kapsułę na proszek MgB2 składającą się z warstwy wewnętrznej wykonanej z żelaza Armco oraz z warstwy zewnętrznej wykonanej z miedzi. Kapsułę wewnętrzną wykonaną z żelaza Armco, w postaci nieprzelotowej rurki o średnicy zewnętrznej 11 mm i grubości ścianki 1,5 mm, zasypano luźno proszkiem MgB2 który następnie ubito analogicznie jak w pierwszym przykładzie, z tym, że jego gęstość zasypowa liczona z wymiarów geometrycznych wynosiła 73% gęstości teoretycznej MgB2 przyjętej jako 2,63 gcm^'3. Kapsułę tę zamknięto korkiem z tego samego co ona materiału, a następnie wpasowano ją do kapsuły zewnętrznej w postaci nieprzelotowej rurki o średnicy wewnętrznej 11 mm i grubości ścianki 2 mm, wykonanej z czystej miedzi. Po umieszczeniu kapsuły wewnętrznej w kapsule zewnętrznej, tę ostatnią zamknięto korkiem wykonanym również z czystej miedzi. Korek miedziany spawano w warunkach próżniowych analogicznych jak w pierwszym przykładzie. Tak przygotowaną dwuwarstwową kapsułę wyciskano hydrostatycznie przez kołową matrycę, z redukcjami kolejno 2,25, 2,1, 1,9, 2,89 i 1,96, uzyskując końcową średnicę zewnętrzną drutu równą 2,1 mm. Następnie drut wyżarzono analogicznie jak w pierwszym przykładzie. Uzyskany drut miał następujące własności nad' przewodzące: krytyczna gęstość prądu w temperaturze 4,2 K i polu magnetycznym 2 T wynosiła 4,97 x 10⁴ Acm^'2, a w temperaturze 4,2 K i polu magnetycznym 4,5 T ' 6,5 x 10³ Acm^'2, mierzone z charak' terystyki I-V otrzymanej metodą kontaktową 4-sondową przy zastosowaniu kryterium 1 gVcm^-1.In contrast to the process described in the first example, a dual layer MgB2 powder capsule was used here, consisting of an inner layer made of Armco iron and an outer layer made of copper. The inner capsule made of Armco iron, in the form of a blind tube with an outer diameter of 11 mm and a wall thickness of 1.5 mm, was poured loosely with MgB2 powder, which was then compacted in the same way as in the first example, except that its filling density calculated from the geometric dimensions was 73 % of the theoretical density of MgB2 assumed to be 2.63 gcm ^'3 . The capsule was closed with a stopper of the same material as the capsule and then fitted into the outer capsule in the form of a blind tube with an internal diameter of 11 mm and a wall thickness of 2 mm, made of pure copper. After placing the inner capsule in the outer capsule, the latter was closed with a stopper also made of pure copper. The copper stopper was welded under vacuum conditions analogous to the first example. The thus prepared two-layer capsule was pressed hydrostatically through a circular die, with reductions of 2.25, 2.1, 1.9, 2.89, and 1.96 respectively, yielding a final outer wire diameter of 2.1 mm. Then the wire was annealed in the same way as in the first example. The resulting wire had the following properties on the 'conductive: critical current density at 4.2 K and a magnetic field of 2 T was 4.97 x 10 ⁴ ^{Acm' 2} and a temperature of 4.2 K and a magnetic field of 4.5 T '6, 5 x 10 ³ Acm ^'2 , measured from the IV characteristic obtained by the 4-probe contact method using the 1 gVcm ^-1 criterion.

P r z y k ł a d IV ' Drut MgB2/Fe/Cu wyciskany hydrostatycznie i walcowany dwuosiowoP r z k ł a d IV 'MgB2 / Fe / Cu wire hydrostatically extruded and biaxially rolled

W tym przykładzie realizacji powtórzono czynności opisane w trzecim przykładzie, doprowadza' jąc proces wyciskania hydrostatycznego do czwartego etapu wyciskana z redukcją jednostkową 2,89, w którym osiągnięto średnicę zewnętrzną drutu okrągłego równą 2,94 mm. Po tym odkształcanie pla' styczne prowadzono przy zastosowaniu walcowania dwuosiowego. Walcowanie dwuosiowe prowa'In this embodiment, the steps described in the third example were repeated bringing the hydrostatic extrusion process to the fourth step extruding with a unit reduction of 2.89 which resulted in a round wire outer diameter of 2.94 mm. After that, plastic deformation was carried out using biaxial rolling. Biaxial rolling prowa '

PL 207 355 B1 dzono z jednostkowymi pocienieniami nie większymi niż 0,1 mm, do wymiaru zewnętrznego 1,2 mm x 1,2 mm, a następnie drut wyżarzono w warunkach analogicznych do tych z pierwszego przykładu. Uzyskano drut o następujących własnościach nadprzewodzących: krytyczna gęstość prądu w temperaturze 4,2 K i polu magnetycznym 2,5 T wynosiła 6,16 x 10⁴ Acm^-2, a w temperaturze 4,2 K i polu magnetycznym 4 T - 2 x 10⁴ Acm^-2, mierzone z charakterystyki I-V otrzymanej metodą kontaktowąThe material was thinned with unit thinning not greater than 0.1 mm, to an external dimension of 1.2 mm x 1.2 mm, and then the wire was annealed under conditions analogous to those of the first example. The resulting wire having the following characteristics superconductive: critical current density at 4.2 K and a magnetic field of 2.5 T was 6.16 x 10 ⁴ Acm ^-2 and a temperature of 4.2 K and a magnetic field of 4 T - 2 x 10 ⁴ Acm ^-2 , measured from the IV characteristic obtained by the contact method

4-sondową przy zastosowaniu kryterium 1 gVcm'¹.4-probe using the 1 gVcm 'criterion ¹ .

Claims

Patent claims

1. A method for the production of superconducting wires based on MgB2 consisting in successively filling a metal capsule with MgB2 powder, compacting it, closing the capsule, reducing the capsule cross-section in at least one stage of plastic working and final annealing, characterized by reducing the capsule cross-section, at least one plastic working step uses hydrostatic extrusion carried out at room temperature and at a pressure ranging from 350 MPa to 1200 MPa, the ratio of the capsule cross-sectional area at the beginning of each extrusion stage to the cross-sectional area of the capsule at the end of such stage is smaller from four.

2. The method according to p. The capsule according to claim 1, characterized in that the metal capsule is in the form of a metal tube which, after the MgB2 powder is concentrated therein, is closed with a plastic metal stopper.

3. The method according to p. The capsule of claim 1 or 2, characterized in that the metal capsule has a side wall with a sandwich construction.

4. The method according to p. The capsule according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the internal cross-sectional area of the capsule is at least 15% of the cross-sectional area of the capsule calculated from its external dimensions.

5. The method according to p. A method according to any of the preceding claims, characterized in that the MgB2 powder is concentrated in the capsule to a bulk density of at least 40% of the theoretical density of the MgB2 compound.

6. The method according to p. The capsule according to claim 1 or 2 or 3 or 4 or 5, characterized in that the capsule filled with MgB2 powder is closed in a vacuum.

The method of producing superconducting wires based on MgB2 consisting in successively filling a metal capsule with a bundle of single-strand wires of the MgB2 metal jacket-core type, closing the capsule, reducing the cross-section of the capsule in at least one stage of plastic processing and final annealing, characterized by reducing the cross-section of the capsule cross-section, at least one plastic working step uses hydrostatic extrusion conducted at room temperature and at a pressure ranging from 350 MPa to 1200 MPa, the ratio of the cross-sectional area of the capsule at the beginning of each extrusion step to the cross-sectional area of the capsule at the end of such stage is less than four.

8. The method according to p. The method of claim 7, characterized in that the metal capsule is in the form of a metal through-tube which, when filled with a bundle of single-stranded wires, is plugged on both sides with plastic metal plugs.

9. The method according to p. The capsule according to claim 7, characterized in that the metal capsule is in the form of a blind metal tube, the open end of which, when filled with a bundle of single-strand wires, is plugged with a plastic metal plug.

10. The method according to p. The capsule according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the metal capsule has a side wall with a sandwich construction.

11. The method according to p. The capsule according to claim 7, 8 or 9 or 10, characterized in that the internal cross-sectional area of the capsule is at least 15% of the cross-sectional area of the capsule calculated from its external dimensions.

12. The method according to p. A method according to claim 7 or 8 or 9 or 10 or 11, characterized in that after filling the metal capsule with a bundle of single-stranded wires, the capsule is closed in a vacuum.