RU2122253C1 - Composite superconductor manufacturing process - Google Patents
Composite superconductor manufacturing process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2122253C1 RU2122253C1 RU96116402A RU96116402A RU2122253C1 RU 2122253 C1 RU2122253 C1 RU 2122253C1 RU 96116402 A RU96116402 A RU 96116402A RU 96116402 A RU96116402 A RU 96116402A RU 2122253 C1 RU2122253 C1 RU 2122253C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite
- niobium
- rods
- superconductor
- cylindrical block
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, преимущественно предназначенных для работы в магнитных полях выше 10 Тл при высоких плотностях тока и низких гистерезисных потерях. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in devices primarily designed to operate in magnetic fields above 10 T at high current densities and low hysteresis losses.
Известен способ получения композитного стабилизированного сверхпроводника на основе интерметаллического соединения Nb3Sn, включающий операции формирования первичной композитной заготовки, содержащей наружную оболочку из матричного материала и осевой цилиндрический блок из ниобия, содержащий продольно расположенный легирующий компонент, деформирования первичной композитной заготовки до получения шестигранного прутка, резки шестигранного прутка на мерные длины, формирования вторичной композитной заготовки, состоящей из внешнего блока из сплава Cu-Sn с пространством для размещения первичной заготовки, деформирования второго композита до необходимого сечения сверхпроводника и проведения диффузионной термообработки при 600-800oC для образования сверхпроводящего соединения Nb3Sn с высокими критическими свойствами в высоких магнитных полях (более 10 Тл), обусловленными легированием слоев Nb3Sn титаном (Патент России N 2069399 от 10.02.96).A known method for producing a composite stabilized superconductor based on an Nb 3 Sn intermetallic compound, comprising the steps of forming a primary composite billet containing an outer shell of matrix material and an axial cylindrical block of niobium containing a longitudinally located alloying component, deforming the primary composite billet to produce a hexagonal bar, cutting hexagonal bar to measured lengths, the formation of a secondary composite billet, consisting of an external Lok of Cu-Sn alloy having a space for accommodating the primary preform, deformation of the second composite to the desired cross section of the superconductor and diffusion heat treated at 600-800 o C to form the superconducting Nb 3 Sn compound with high critical properties in high magnetic fields (over 10 T) due to the alloying of Nb 3 Sn layers with titanium (Russian Patent N 2069399 of 02/10/96).
Полученный таким способом сверхпроводник имеет высокие значения критической плотности тока (Jс на сечение без меди - 550 А/мм2 в поле 12 Тл). Однако, в настоящее время для создания обмоток сверхпроводящих магнитных систем, генерирующих высокие магнитные поля, требуются провода на основе Nb3Sn с еще более высокой токонесущей способностью. Предложенный способ изготовления сверхпроводника не может обеспечить надлежащего увеличения критической плотности тока.The superconductor obtained in this way has high critical current densities (J s for a section without copper — 550 A / mm 2 in a field of 12 T). However, at present, to create windings of superconducting magnetic systems that generate high magnetic fields, Nb 3 Sn based wires with an even higher current carrying capacity are required. The proposed method for manufacturing a superconductor cannot provide an appropriate increase in the critical current density.
Одна из причин - неравномерное легирование волокна титаном и, как следствие, образование неоднородной структуры фазы Nb3Sn.One of the reasons is the uneven alloying of the fiber with titanium and, as a consequence, the formation of an inhomogeneous structure of the Nb 3 Sn phase.
Известен также способ изготовления композитного сверхпроводника на основе Nb3Sn, выбранный в качестве прототипа, включающий операции формирования первичной композитной заготовки, содержащей наружную оболочку из матричного материала и осевой цилиндрический блок из ниобия, содержащий продольно расположенный легирующий компонент, деформирования первичной композитной заготовки до получения шестигранного прутка, резки шестигранного прутка на мерные длины, формирования вторичной композитной заготовки, состоящей из внешнего чехла из сплава Cu-Sn с пространством для размещения первичной заготовки, деформирования второго композита до необходимого сечения сверхпроводника и проведения диффузионной термообработки при 600-800oC для образования сверхпроводящего соединения Nb3Sn, эффект искусственного легирования, достигаемый за счет формирования первичной композитной заготовки путем изготовления небольшого числа (одной-трех) полостей вдоль всей длины цилиндрической заготовки из ниобия, затем заполнение их соответствующими по размеру и числу вкладышами (стержнями, трубками, пластинами) из добавочных компонентов, таких как тантал или титан, достаточен и осуществляется с помощью простой технологии. (Патент Японии "Manufacture of superconductor" N 3-78914 (A) от 04.04.91 г. , "Furukawa Electric Co LTD", МКИ H 01 B 13/00, C 22 C 27/02, H 01 B 12/10 - "Производство сверхпроводника").There is also a known method of manufacturing a composite superconductor based on Nb 3 Sn, selected as a prototype, including the operation of forming a primary composite billet containing an outer shell of matrix material and an axial cylindrical block of niobium containing a longitudinally located alloying component, deforming the primary composite billet to obtain a hexagonal bar, cutting a hexagonal bar into measured lengths, forming a secondary composite billet, consisting of an outer cover made of alloy Ava Cu-Sn with space for placing the primary preform, deforming the second composite to the required cross section of the superconductor and conducting diffusion heat treatment at 600-800 o C to form the superconducting compound Nb 3 Sn, the effect of artificial alloying achieved by forming the primary composite preform by manufacturing a small the number of (one to three) cavities along the entire length of the cylindrical niobium billet, then filling them with inserts of appropriate size and number (rods, tubes, p astynom) of additional components such as tantalum or titanium, it is sufficient and by using simple technology. (Japan Patent "Manufacture of superconductor" N 3-78914 (A) 04/04/91, "Furukawa Electric Co LTD", MKI H 01 B 13/00, C 22 C 27/02, H 01 B 12/10 - "Production of a superconductor").
Использование ограниченного числа (1-3) вкладышей из легирующего компонента - титана, удаленных от границы раздела ниобия с бронзой, наряду с простой технологией позволяет избежать образования интерметаллида TiCu и обеспечить эффективное производство легированных проводников с низким уровнем гистерезисных потерь и высокой токонесущей способностью (Jс=600 А/мм2 в поле 12 Тл).The use of a limited number (1-3) of inserts from an alloying component - titanium, remote from the niobium-bronze interface, along with a simple technology avoids the formation of TiCu intermetallic and ensures efficient production of alloyed conductors with a low level of hysteresis losses and high current carrying capacity (J with = 600 A / mm 2 in the field of 12 T).
Однако известный способ не позволяет получить равномерное легирование волокна по всему объему. Это обусловлено наличием определенного промежутка между источниками легирования и источником олова, различного направления роста зерен фазы Nb3Sn и, как следствие, образованием неравномерной структуры фазы Nb3Sn.However, the known method does not allow to obtain uniform doping of the fiber throughout the volume. This is due to the presence of a certain gap between the doping sources and the tin source, different directions of grain growth of the Nb 3 Sn phase and, as a result, the formation of an uneven structure of the Nb 3 Sn phase.
Техническая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении повышенной токонесущей способности композита за счет направленного роста зерен фазы Nb3Sn путем разбиения волокна на отдельные составляющие ячейки, границы между которыми служат искусственными путями диффузии олова в волокно, и обеспечения равномерно распределенными источниками легирования.The technical task of the present invention is to provide increased current-carrying ability of the composite due to the directed growth of grains of the Nb 3 Sn phase by breaking the fiber into separate cell components, the boundaries between which serve as artificial ways of diffusion of tin into the fiber, and providing uniformly distributed alloying sources.
Поставленная задача решается так, что, если в известном способе изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения Nb3Sn, включающим операции формирования первичной композитной заготовки, содержащий наружную оболочку из матричного материала и осевой цилиндрический блок из ниобия, содержащий продольно расположенный легирующий компонент, деформирования первичной композитной заготовки до получения шестигранного прутка, резки шестигранного прутка на мерные длины, формирования вторичной композитной заготовки, состоящей из внешнего чехла из сплава Cu-Sn с пространством для размещения первичной заготовки, деформирования второго композита до необходимого сечения сверхпроводника и проведения диффузионной термообработки при 600-800oC для образования сверхпроводящего соединения Nb3Sn, формирование первичной композитной заготовки происходит путем изготовления небольшого числа (одной-трех) полостей вдоль всей длины цилиндрической заготовки из ниобия, затем заполнение их соответствующими по размеру и числу вкладышами (стержнями, трубками, пластинами) из добавочных компонентов, таких как тантал или титан, то в предлагаемом способе цилиндрический блок представлен составным из множества прутков, причем часть из них выполнена из материала легирующего вкладыша, обеспечивая тем самым ячеистую структуру волокна с наличием искусственных путей диффузии олова и равномерного легирования всего объема.The problem is solved so that if in the known method of manufacturing a composite superconductor based on the Nb 3 Sn compound, including the operation of forming a primary composite billet containing an outer shell of matrix material and an axial cylindrical block of niobium containing a longitudinally located alloying component, deformation of the primary composite blanks to obtain a hexagonal bar, cutting the hexagonal bar into measured lengths, the formation of a secondary composite blank, consisting of External Expansion sheath of Cu-Sn alloy having a space for accommodating the primary preform, deformation of the second composite to the desired cross section of the superconductor and diffusion heat treated at 600-800 o C to form a compound superconducting Nb 3 Sn, forming a primary composite preform occurs by producing a small number (one -three) cavities along the entire length of the cylindrical niobium billet, then filling them with the appropriate size and number of inserts (rods, tubes, plates) from additional components, such as tantalum or titanium, in the proposed method the cylindrical block is represented by a composite of many rods, some of which are made of the material of the alloying insert, thereby providing a cellular structure of the fiber with the presence of artificial diffusion paths of tin and uniform doping of the entire volume.
Изготовление ниобиевого блока из множества прутков значительно упрощает компоновку блока с равномерным распределением легирующих вставок по сечению, исключая трудоемкие операции рассверливания или любую другую, обеспечивающие получение нескольких полостей в сплошной заготовке на всю длину блока. The manufacture of a niobium block from a plurality of rods greatly simplifies the layout of the block with a uniform distribution of alloying inserts over the cross section, eliminating the time-consuming drilling operations or any other, providing several cavities in a continuous blank for the entire length of the block.
Формирование ниобиевого блока из множества прутков с равномерным распределением легирующего компонента позволяет использовать в качестве легирующей вставки титан или NbTi-сплав с содержанием титана от 20 до 55 мас.% без промежуточных слоев из высокопрочного ниобия или сплава ниобия с высоким содержанием титана. В качестве легирующего компонента возможно использование и других материалов, например тантала, циркония и т.д. The formation of a niobium block from many rods with a uniform distribution of the alloying component allows the use of titanium or an NbTi alloy with a titanium content of 20 to 55 wt.% Without intermediate layers of high strength niobium or a high titanium niobium alloy as an alloying insert. Other materials, such as tantalum, zirconium, etc., can also be used as an alloying component.
Количество легирующих вставок выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимое содержание легирующего компонента в объеме осевого составного блока и возможность равномерного распределения по сечению. The number of alloying inserts is selected in such a way as to ensure the necessary content of the alloying component in the volume of the axial composite block and the possibility of uniform distribution over the cross section.
Количество прутков, формирующих ниобиевый блок, выбирают таким образом, чтобы их поперечный размер в готовом проводе был кратным параметру решетки магнитных флюксоидов в рабочем интервале магнитных полей. The number of rods forming a niobium block is chosen so that their transverse size in the finished wire is a multiple of the lattice parameter of magnetic fluxoids in the working range of magnetic fields.
Распределение легирующих вставок среди ниобиевых прутков, формирующих блок, выбирают таким образом, чтобы обеспечить направленный рост зерен в процессе заключительного диффузионного отжига. The distribution of alloying inserts among the niobium rods forming the block is chosen in such a way as to ensure directed grain growth during the final diffusion annealing.
Распределение легирующих вставок среди ниобиевых прутков, формирующих блок, выбирают таким образом, чтобы избежать образования интерметаллида Cu-Ti в процессе изготовления композита. The distribution of alloying inserts among the niobium rods forming the block is chosen in such a way as to avoid the formation of Cu-Ti intermetallic in the process of manufacturing the composite.
Процесс формирования ниобиевого блока с равномерно распределенными легирующими вкладышами может производиться как в чехол из сплава меди с оловом, так и в чехол из меди с последующими операциями формирования в шестигранный пруток, резки на мерные длины и последующими однократной или многократной операциями сборки в чехол или трубу из меди или из сплава Cu-Sn, деформирования до конечного диаметра с введением на промежуточном этапе дополнительных элементов в виде диффузионного барьера из тантала и стабилизирующей оболочки, проведения диффузионной термообработки при 600-800oC для образования сверхпроводящего соединения Nb3Sn.The process of forming a niobium block with uniformly distributed alloying inserts can be carried out both in a case made of a copper alloy with tin, and in a case made of copper with subsequent operations of forming into a hexagonal bar, cutting to length and subsequent single or multiple assembly operations into a case or pipe from copper or Cu-Sn alloy, deformation to a finite diameter with the introduction of additional elements in the intermediate stage in the form of a diffusion barrier from tantalum and a stabilizing shell, uzionnoy heat treatment at 600-800 o C to form a compound superconducting Nb 3 Sn.
Процесс заключительной стадии формирования композита с ячеистой структурой волокна может осуществляться как методом горячей обработки давлением, так и методом холодной обработки давлением. The process of the final stage of formation of a composite with a cellular structure of a fiber can be carried out both by the hot pressure treatment method and by the cold pressure treatment method.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1.Case Studies
Example 1
На фиг. 1 представлен сверхпроводник, процесс изготовления которого включает операцию формирования первичной композитной заготовки, содержащей наружную оболочку 1 из матричного материала и осевой составной блок, выполненный из шести ниобиевых прутков 2 и одной легирующей вставки 3. In FIG. 1 shows a superconductor, the manufacturing process of which includes the operation of forming a primary composite billet containing an
На фиг. 2 представлен сверхпроводник, процесс изготовления которого включает операцию формирования первичной композитной заготовки, содержащей наружную оболочку 1 из матричного материала и осевой составной блок, выполненный из 16 ниобиевых прутков 2 и трех легирующих вставок 3. In FIG. 2 shows a superconductor, the manufacturing process of which includes the operation of forming a primary composite billet containing an
На фиг. 3 представлен сверхпроводник, процесс изготовления которого включает операцию формирования первичной композитной заготовки, содержащей наружную оболочку 1 из матричного материала и осевой составной блок, выполненный из 81 ниобиевого прутка 2 и четырех легирующих вставок 3. In FIG. 3 shows a superconductor, the manufacturing process of which includes the operation of forming a primary composite billet containing an
Пример 2. Example 2
На фиг. 4 представлен композитный стабилизированный медью 1 с диффузионным барьером 2 многоволоконный сверхпроводник, содержащий 12684 волокна, каждое из которых сформировано из 81 ниобиевого волокна и 4-х легирующих вставок, полученный по "бронзовой" технологии. Конечный диаметр проводника 0,8 мм, поперечный размер прутков, формирующих ниобиевый блок, на этом размере соизмерим с параметром решетки магнитных флюксоидов. Критическая плотность тока в магнитном поле 12 Тл - 790 А/мм2.In FIG. Figure 4 shows a composite copper-stabilized 1 with a
Технический результат предложенного способа изготовления композитного сверхпроводника на основе соединения Nb3Sn заключается в увеличении критической плотности тока в магнитном поле 12 Тл более на 30% по сравнению с композитным сверхпроводником, волокна которого получены из ниобиевого цилиндрического монолитного блока с выполненными в нем полостями, заполненными легирующими вкладышами.The technical result of the proposed method for manufacturing a composite superconductor based on the Nb 3 Sn compound is to increase the critical current density in a magnetic field of 12 T by more than 30% compared to a composite superconductor, the fibers of which are obtained from a niobium cylindrical monolithic block with cavities filled with alloying inserts.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96116402A RU2122253C1 (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Composite superconductor manufacturing process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96116402A RU2122253C1 (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Composite superconductor manufacturing process |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96116402A RU96116402A (en) | 1998-11-10 |
RU2122253C1 true RU2122253C1 (en) | 1998-11-20 |
Family
ID=20184420
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96116402A RU2122253C1 (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Composite superconductor manufacturing process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2122253C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2507636C2 (en) * | 2008-12-23 | 2014-02-20 | Лувата Эспоо Ой | Metal assembly, stock for superconductor, superconductor and method suitable for superconductor production |
CN110556213A (en) * | 2018-06-04 | 2019-12-10 | 西部超导材料科技股份有限公司 | Preparation method of composite rod for improving superconducting composite linear performance of Nb 3 Sn |
CN114694894A (en) * | 2022-05-20 | 2022-07-01 | 西部超导材料科技股份有限公司 | Short-distance diffusion type Nb3Preparation method of Sn superconducting wire |
-
1996
- 1996-08-12 RU RU96116402A patent/RU2122253C1/en active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2507636C2 (en) * | 2008-12-23 | 2014-02-20 | Лувата Эспоо Ой | Metal assembly, stock for superconductor, superconductor and method suitable for superconductor production |
CN110556213A (en) * | 2018-06-04 | 2019-12-10 | 西部超导材料科技股份有限公司 | Preparation method of composite rod for improving superconducting composite linear performance of Nb 3 Sn |
CN114694894A (en) * | 2022-05-20 | 2022-07-01 | 西部超导材料科技股份有限公司 | Short-distance diffusion type Nb3Preparation method of Sn superconducting wire |
CN114694894B (en) * | 2022-05-20 | 2023-10-03 | 西部超导材料科技股份有限公司 | Short-range diffusion type Nb 3 Preparation method of Sn superconducting wire |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6981309B2 (en) | Method for producing (Nb, Ti)3Sn wire by use of Ti source rods | |
US5088183A (en) | Process for producing fine and ultrafine filament superconductor wire | |
US4973365A (en) | Process for producing monocore precursor Nb3 Sn superconductor wire | |
US7585377B2 (en) | Critical current density in Nb3Sn superconducting wire | |
EP3420565B1 (en) | A method for producing a multifilament nb3sn superconducting wire | |
US4055887A (en) | Method for producing a stabilized electrical superconductor | |
US4646428A (en) | Method of fabricating multifilament intermetallic superconductor | |
JPS62170111A (en) | Manufacture of multicore fine wire super conductor | |
EP0045584A1 (en) | Methods of making multifilament superconductors | |
RU2122253C1 (en) | Composite superconductor manufacturing process | |
JP2017513176A (en) | Process for producing ternary molybdenum chalcogenide superconducting wire and ternary molybdenum chalcogenide superconducting wire obtained by this process | |
RU2546136C2 (en) | METHOD OF MANUFACTURING Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRE | |
US4094059A (en) | Method for producing composite superconductors | |
RU2134462C1 (en) | PROCESS OF MANUFACTURE OF SUPERCONDUCTOR BASED ON COMPOUND Nb3Sn | |
WO1992001316A1 (en) | Method of fabricating an elongated artefact | |
US5419974A (en) | Component and method for fabricating superconducting wire | |
US6324746B1 (en) | Method of manufacturing a stable multifilament superconductor with reduced losses | |
RU96116402A (en) | METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE SUPERCONDUCTOR BASED ON NB3SN CONNECTION | |
RU148568U1 (en) | SUPERCONDUCTING WIRE BASED ON Nb3Sn COMPOUND | |
Kanithi et al. | A novel approach to make fine filament superconductors | |
RU2088991C1 (en) | Method of production of superconductor based on compound a-15 | |
JPH03283320A (en) | Manufacture of nb3sn multicore superconductor | |
JPH0322004B2 (en) | ||
RU2152657C1 (en) | Method for manufacturing of composite superconductor using niobium-tin alloy | |
JPH1079206A (en) | Hct multi-conductor wire having deviated inner arrangement |