RU2153724C1 - Method for producing long high-temperature wires - Google Patents
Method for producing long high-temperature wires Download PDFInfo
- Publication number
- RU2153724C1 RU2153724C1 RU98122117/09A RU98122117A RU2153724C1 RU 2153724 C1 RU2153724 C1 RU 2153724C1 RU 98122117/09 A RU98122117/09 A RU 98122117/09A RU 98122117 A RU98122117 A RU 98122117A RU 2153724 C1 RU2153724 C1 RU 2153724C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- ampoule
- deformed
- metal
- powder system
- Prior art date
Links
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 технической сверхпроводимости, в частности к технологии получения длинномерных композиционных многожильных проводов на основе высокотемпературных сверхпроводящих соединений, предназначенных для создания электротехнических изделий. The invention relates to the field of technical superconductivity, in particular to a technology for producing long composite multicore wires based on high-temperature superconducting compounds intended for the creation of electrical products.
Известно, что многожильные провода на основе высокотемпературных сверхпроводящих соединений получают методом "порошок в трубе", заключающимся в заполнении оболочки (трубы) керамическим порошком высокотемпературного сверхпроводящего соединения (например, висмутовой керамики), деформации полученной ампульно-порошковой системы до требуемых размеров, формировании сложной заготовки путем размещения в металлической оболочке требуемого количества мерных частей разрезанной на части деформированной ампульно- порошковой системы, деформации сложной заготовки до требуемых размеров и термообработке в несколько стадий с промежуточными деформациями между стадиями. В процессе термообработки в многожильной керамической сердцевине формируется сверхпроводящая фаза требуемой структуры и состава. Известно, что на границе раздела висмутовая керамика - серебро реализуются наиболее благоприятные условия для протекания больших токов чем в центре керамической жилы /1/. То есть основная часть керамической сердцевины является своеобразным "балластом", несущим меньшие токи, что снижает общие токовые характеристики проводника. It is known that stranded wires based on high-temperature superconducting compounds are obtained by the “powder in pipe” method, which consists in filling the shell (pipe) with ceramic powder of a high-temperature superconducting compound (for example, bismuth ceramic), deforming the resulting ampoule-powder system to the required dimensions, and forming a complex workpiece by placing in the metal shell the required number of measured parts cut into parts of the deformed ampoule-powder system, the deformation and complex preform to the desired dimensions and heat treated in several steps with intermediate deformation between stages. During the heat treatment, a superconducting phase of the required structure and composition is formed in a multicore ceramic core. It is known that at the bismuth ceramics - silver interface, the most favorable conditions for the flow of high currents are realized than in the center of the ceramic core / 1 /. That is, the main part of the ceramic core is a kind of "ballast", carrying lower currents, which reduces the overall current characteristics of the conductor.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения многожильного проводника /2/ - прототип, включающий формирование полой металлической ампулы (трубы), заполнение металлической трубы круглого поперечного сечения порошком висмутовой керамики, волочение полученной ампульно-порошковой системы через волоку с колибрующим пояском круглого поперечного сечения до требуемого диаметра, резку проволоченной ампульно-порошковой системы на мерные части, формирование сложной заготовки путем вставки в металлическую заготовку оболочки круглого поперечного сечения требуемого количества полученных мерных частей, волочение сложной заготовки до требуемого диаметра, прокатку до требуемых размеров и термообработку в две стадии с промежуточными прокатками между стадиями термообработки. Недостатком способа-прототипа является получение керамических жил, имеющих значительную толщину (10-20 микрон), не позволяющую реализовать высокие токи по всему поперечному сечению единичной жилы из-за наличия своеобразного "балласта". Closest to the proposed technical solution is a method for producing a stranded conductor / 2 / - a prototype, including the formation of a hollow metal ampoule (tube), filling a metal pipe of circular cross section with bismuth ceramic powder, drawing the resulting ampoule-powder system through a fiber with a vibrating ring of circular cross section to the required diameter, cutting the wire ampoule-powder system into measured parts, forming a complex workpiece by inserting it into a metal cooking the shell of circular cross section received the required amount of dimensional parts, complicated drawing the preform to a desired diameter, rolling to the desired size and heat-treated in two steps with intermediate heat treatment step between the rollings. The disadvantage of the prototype method is to obtain ceramic cores having a significant thickness (10-20 microns), which does not allow to realize high currents over the entire cross section of a single core due to the presence of a kind of "ballast".
Кроме того, деформация сложной заготовки проводится двумя различными операциями: волочением и прокаткой, следовательно, в проводе реализуются две схемы напряженного состояния в очаге деформации. Очевидно, что при этом, по сравнению с двукратным использованием одной операции деформации, увеличивается вероятность получения дефектов в керамической сердцевине, например, из-за растягивающих напряжений при прокатке, которые являются одной из причин разуплотнения керамики. Помимо выше изложенного, недостатком способа-прототипа является двустадийная термообработка с промежуточной деформацией между стадиями. Наличие такой сложной термообработки обусловлено значительной толщиной керамической сердцевины, в которой кристаллиты керамики имеют возможность, при достижении необходимых условий, расти хаотично - в разные стороны, для их "укладки" в требуемом направлении - направлении преимущественного протекания тока, проводится промежуточная деформация, после которой дальнейшее увеличение размера кристаллитов (на второй стадии термообработки) происходит в сформированном направлении. In addition, the deformation of a complex workpiece is carried out by two different operations: drawing and rolling, therefore, two stress state schemes are implemented in the wire in the deformation zone. It is obvious that in this case, in comparison with the double use of one deformation operation, the probability of obtaining defects in the ceramic core increases, for example, due to tensile stresses during rolling, which are one of the causes of softening of ceramics. In addition to the above, the disadvantage of the prototype method is a two-stage heat treatment with intermediate deformation between the stages. The presence of such complex heat treatment is due to the significant thickness of the ceramic core, in which the ceramic crystallites are able, upon reaching the necessary conditions, to grow randomly - in different directions, in order to "stack" them in the required direction - the direction of the predominant current flow, an intermediate deformation is carried out, after which further an increase in crystallite size (in the second stage of heat treatment) occurs in the formed direction.
Технической задачей изобретения является увеличение критической плотности тока многожильного длинномерного провода как за счет уменьшения толщины керамической сердцевины единичной жилы до размеров, обеспечивающих рост кристаллитов в направлении преимущественного протекания тока, так и уменьшения дефектности сердцевины за счет использования при изготовлении провода операций деформации одного типа, а следовательно - одной схемы напряженного состояния, упрощение процесса за счет использования одного типа деформации и сокращение количества операций на длинномерном материале (длина материала определяется сотнями метров) - проведение термообработки в одну стадию без промежуточной деформации, а также уменьшение критического радиуса изгиба провода. An object of the invention is to increase the critical current density of a stranded long wire both by reducing the thickness of the ceramic core of a single core to sizes that allow crystallites to grow in the direction of the predominant current flow and by reducing core defects due to the use of one type of deformation operations in the manufacture of the wire, and therefore - one stress state scheme, simplification of the process through the use of one type of deformation and reduction of t he lengthy operations on a material (length of the material is determined by hundreds of meters) - conducting the heat treatment in one step without an intermediate deformation and reduction in the critical bend radius of the wire.
Поставленная задача решается тем, что в способе-прототипе, включающем формирование полой металлической ампулы, заполнение ее порошком сверхпроводящего соединения или полуфабриката, деформацию полученной ампульно-порошковой системы до требуемых размеров, резку деформированной ампульно-порошковой системы на мерные части, формирование сложной заготовки путем размещения в заготовке металлической оболочки требуемого количества мерных частей деформированной ампульно-порошковой системы, деформацию сложной заготовки до требуемых размеров и термообработку, заполнение ампулы порошком сверхпроводящего соединения или полуфабриката проводят из расчета конечного коэффициента заполнения многожильного провода 15-50%, деформацию ампульно-порошковой системы до толщины 0,15-0,30 миллиметров проводят волочением в роликовых волоках со степенью деформации за проход 1-5%, формирование сложной заготовки проводят путем размещения в металлической заготовке оболочки требуемого поперечного сечения (например, овалообразного или круглого) необходимого количества мерных частей деформированной ампульно-порошковой системы, попеременно чередуя их с прокладками из серебряной ленты, таким образом, чтобы конечный коэффициент заполнения многожильного провода составлял 15-50%, деформируют сложную заготовку со степенью деформации за проход 0,5-5% и затем отжигают при температуре 500-700oC в течение 0,5-5 часов, после чего деформацию сложной заготовки до требуемых размеров проводят волочением в роликовых волоках со степенью деформации за проход 1- 30%, термообработку проводят в одну стадию в интервале температур 800-850oC в течение времени, обеспечивающего формирование сверхпроводящей фазы в сердцевине.The problem is solved in that in the prototype method, including the formation of a hollow metal ampoule, filling it with a powder of a superconducting compound or a semi-finished product, deformation of the resulting ampoule-powder system to the required dimensions, cutting of the deformed ampoule-powder system into measured parts, forming a complex workpiece by placing in the workpiece of the metal shell of the required number of measured parts of the deformed ampoule-powder system, the deformation of the complex workpiece to the required size s and heat treatment, filling the ampoule with a powder of a superconducting compound or semi-finished product is carried out on the basis of calculating the final filling factor of a stranded wire of 15-50%, deformation of the ampoule-powder system to a thickness of 0.15-0.30 mm is carried out by drawing in roller dies with a degree of deformation per pass 1 -5%, the formation of a complex preform is carried out by placing in the metal preform of the shell the desired cross-section (for example, oval or round) of the required number of measured parts of the deformation ampoule-powder system, alternating them alternately with gaskets of silver tape, so that the final fill factor of the stranded wire is 15-50%, deform a complex workpiece with a degree of deformation of 0.5-5% per pass and then anneal at a temperature of 500 -700 o C for 0.5-5 hours, after which the deformation of the complex workpiece to the required size is carried out by drawing in roller dies with a degree of deformation per pass of 1-30%, heat treatment is carried out in one stage in the temperature range 800-850 o C flow of time echivayuschego forming the superconducting phase in the core.
Также формирование сложной заготовки проводят путем размещения в металлической заготовке оболочки прямоугольного поперечного сечения требуемого количества мерных частей деформированной ампульно-порошковой системы, попеременно чередуя их с прокладками из серебряной ленты, деформируют ее со степенью деформации за проход 0,5-5%, а затем отжигают при температуре 500-700oC в течение 0,5-5 часов, после чего деформацию сложной заготовки до требуемых размеров проводят волочением в роликовых волоках со степенью деформации за проход 1-30%, термообработку проводят в одну стадию в интервале температур 800-850oC в течение времени, обеспечивающего формирование сверхпроводящей фазы в сердцевине.Also, the formation of a complex preform is carried out by placing the required number of measured parts of a deformed ampoule-powder system in a metal blank of a shell of rectangular cross section, alternating them alternately with gaskets from a silver ribbon, deform it with a degree of deformation of 0.5-5% per pass, and then anneal it at a temperature of 500-700 o C for 0.5-5 hours, after which the complex billet deformation is carried out to the desired dimensions by drawing a roller die having a degree of deformation of 1-30% per pass, termoobrabo Ku is performed in one step in the temperature range 800-850 o C for a time ensuring the formation of the superconducting phase in the core.
Кроме того, формирование сложной заготовки проводят путем размещения в металлической заготовке оболочки П-образного поперечного сечения требуемого количества мерных частей деформированной ампульно-порошковой системы, попеременно чередуя их с прокладками из серебряной ленты, таким образом, чтобы последняя серебряная лента закрывала П-образное сечение, образуя прямоугольное поперечное сечение, герметично соединяют по краям последней серебряной ленты и прилегающим к ним краям П-образного поперечного сечения по всей длине металлической заготовки оболочки, деформируют ее со степенью деформации за проход 0,5-5%, а затем отжигают при температуре 500-700oC в течение 0,5-5 часов, после чего деформацию сложной заготовки до требуемых размеров проводят волочением в роликовых волоках со степенью деформации за проход 1-30%, термообработку проводят в одну стадию в интервале температур 800-850oC в течение времени, обеспечивающего формирование сверхпроводящей фазы в сердцевине.In addition, the formation of a complex blank is carried out by placing in the metal blank the shell of a U-shaped cross section of the required number of measured parts of the deformed ampoule-powder system, alternating them alternately with gaskets of silver tape, so that the last silver tape covers the U-shaped section, forming a rectangular cross section, hermetically connect along the edges of the last silver ribbon and adjacent to them the edges of the U-shaped cross section along the entire length of the metal th preform shell, it is deformed with a degree of deformation per pass 0.5-5% and then annealed at a temperature of 500-700 o C for 0.5-5 hours, after which the complex billet deformation is carried out to the desired dimensions by drawing in the roller die with a degree of deformation per pass of 1-30%, heat treatment is carried out in one stage in the temperature range of 800-850 o C for a time that ensures the formation of a superconducting phase in the core.
В результате перечисленных операций получают многожильный длинномерный провод с толщиной керамической сердцевины единичной жилы около 1 микрона, что обеспечивает, при термообработке, рост кристаллитов в направлении преимущественного протекания тока, причем уменьшается дефектность сердцевины (использование одного способа деформации, одной схемы напряженного состояния, по сравнению с двумя) и происходит значительное упрощение процесса за счет использования одного способа деформации и проведения термообработки в одну стадию - без промежуточной деформации. As a result of these operations, a multicore long wire with a ceramic core thickness of a single core of about 1 micron is obtained, which ensures, during heat treatment, crystallite growth in the direction of the preferential current flow, and core defectiveness is reduced (using one deformation method, one stress state circuit, in comparison with two) and there is a significant simplification of the process through the use of a single method of deformation and heat treatment in one stage - without ezhutochnoy deformation.
Заполнение ампулы порошком сверхпроводящего соединения или полуфабриката из расчета конечного коэффициента заполнения многожильного провода 15-50% обеспечивает требуемое соотношение материалов керамики и оболочки в готовом изделии (проводе) и возможность проведения с ампулой технологических операций (деформаций, отжигов, термообработок), необходимых для изготовления провода. Filling an ampoule with a powder of a superconducting compound or semi-finished product based on the final filling factor of a stranded wire of 15-50% provides the required ratio of ceramic materials and the sheath in the finished product (wire) and the possibility of carrying out technological operations with the ampoule (deformations, annealing, heat treatment) necessary for the manufacture of the wire .
Деформация полученной на предыдущем этапе ампульно-порошковой системы до толщины 0,15-0,30 миллиметров волочением в роликовых волоках со степенью деформации за проход 1-5% обеспечивает получение заготовки плоского многожильного провода волочением (обычно плоские провода получают прокаткой, где реализуется отличная от волочения схема напряженного состояния с растягивающими напряжениями, приводящими к разуплотнению керамической сердцевины), мерные части которого являются основными элементами для получения сложной заготовки с заданным коэффициентом заполнения. The deformation of the ampoule-powder system obtained in the previous step to a thickness of 0.15-0.30 millimeters by drawing in roller dies with a degree of deformation of 1-5% per pass ensures the preparation of a flat stranded wire by drawing (usually flat wires are obtained by rolling, where different drawing a stress state diagram with tensile stresses leading to a softening of the ceramic core), the measured parts of which are the main elements for obtaining a complex workpiece with a given co fill factor.
Формирование сложной заготовки путем размещения в металлической заготовке оболочки требуемого поперечного сечения необходимого количества мерных частей деформированной ампульно-порошковой системы с попеременным чередованием их с прокладками из серебряной ленты, таким образом, чтобы конечный коэффициент заполнения многожильного провода составлял 15-50%, обеспечивает получение заготовки требуемого поперечного сечения для волочения в роликовых волоках, что, в свою очередь, позволяет получить на конечной стадии многожильный провод прямоугольного сечения с толщиной единичной жилы около 1 микрона, минуя процесс прокатки. А наличие прокладок из серебряных лент (также мерных кусков) позволяет дополнительно (помимо оболочки) "защитить" керамические слои от смыкания друг с другом - простое утолщение оболочки для этой цели не подходит, так как в этом случае возникают значительные трудности при деформации апульно-порошковой системы с толстой стенкой. The formation of a complex billet by placing the required cross section of the required number of measured parts of the deformed ampoule-powder system in a metal billet sheath with alternating them with silver strip gaskets, so that the final fill factor of the stranded wire is 15-50%, provides the desired workpiece cross-section for drawing in roller dies, which, in turn, allows you to get a stranded wire straight at the final stage ougolnogo section with a single conductor thickness of about 1 micron, bypassing the rolling process. And the presence of gaskets made of silver tapes (also measured pieces) allows you to additionally (in addition to the shell) “protect” ceramic layers from closing with each other - a simple thickening of the shell is not suitable for this purpose, since in this case there are significant difficulties in the deformation of apulo-powder thick wall systems.
При этом использование металлической заготовки прямоугольного поперечного сечения для волочения в роликовых волоках позволяет получить на конечной стадии многожильный провод прямоугольного сечения с толщиной единичной жилы около 1 микрона с максимально возможно равномерным распределением жил по сечению провода. At the same time, the use of a metal workpiece of rectangular cross-section for drawing in roller dies makes it possible to obtain a stranded wire of rectangular cross section with a thickness of a single core of about 1 micron at the final stage with the most uniform distribution of cores along the wire cross section.
А использование металлической заготовки оболочки П-образного поперечного сечения с получением из него прямоугольного поперечного сечения путем такого размещения внутри П-образного сечения мерных частей деформированной ампульно-порошковой системы и прокладок из серебряной ленты, чтобы последняя серебряная лента закрывала П-образное сечение, образуя прямоугольное, в сочетании с последующими герметичным соединением краев последней серебряной ленты и прилегающих к ним краев П-образного поперечного сечения по всей длине металлической заготовки оболочки, деформацией сложной заготовки со степенью деформации за проход 0,5-5% и отжигом при температуре 500-700oC позволяет практически неограниченно увеличивать длину сложной заготовки, а следовательно, и длину единичного куска многожильного провода. Если использовать оболочку прямоугольного поперечного сечения, существуют значительные сложности размещения в ней тонких лент из серебра и мерных частей деформированной до толщины 0,15-0,30 миллиметров ампульно-порошковой системы и очевидно, что при определенной длине оболочки такое размещение становится невозможным, то есть происходит ограничение по длине единичного куска многожильного, провода. Следует уточнить, что деформация сложной заготовки с последующим отжигом проводится для максимального увеличения контакта (сближения) всех элементов сложной заготовки друг с другом и их последующей (при отжиге) диффузионной сварки.And the use of a metal blank of the shell of a U-shaped cross-section with obtaining a rectangular cross-section from it by such a placement inside the U-shaped section of the measured parts of the deformed ampoule-powder system and gaskets of silver tape so that the last silver tape covers the U-shaped section, forming a rectangular , in combination with subsequent hermetic connection of the edges of the last silver ribbon and adjacent edges of the U-shaped cross section along the entire length of the metal shell blanks, by deformation of a complex blank with a degree of deformation of 0.5–5% per pass and annealing at a temperature of 500–700 ° C, it is possible to increase the length of a complex blank almost indefinitely, and therefore the length of a single piece of stranded wire. If you use a shell of rectangular cross-section, there are significant difficulties in placing thin ribbons of silver and measuring parts deformed to a thickness of 0.15-0.30 mm of the ampoule-powder system in it and it is obvious that with a certain length of the shell such placement becomes impossible, i.e. there is a restriction on the length of a single piece of stranded wire. It should be clarified that the deformation of a complex workpiece with subsequent annealing is carried out to maximize the contact (rapprochement) of all elements of the complex workpiece with each other and their subsequent (during annealing) diffusion welding.
Деформация сложной заготовки до требуемых размеров волочением в роликовых волоках со степенью деформации за проход 1-30% обеспечивает получение многожильного длинномерного провода прямоугольного поперечного сечения с использованием только процесса деформации волочением, то есть одной схемы напряженного состояния (в способе-прототипе для деформации сложной заготовки используются два процесса - волочение и прокатка и, соответственно, две различные схемы напряженного состояния, что значительно, по сравнению с использованием одной схемы напряженного состояния, ухудшает качество керамической сердцевины - в ней образуются дополнительные дефекты в виде микротрещин, участков различной плотности и др.). The deformation of a complex workpiece to the required dimensions by drawing in roller dies with a degree of deformation of 1-30% per pass ensures the production of a multi-strand long wire of rectangular cross-section using only the process of drawing by drawing, that is, one stress state scheme (in the prototype method for deformation of a complex workpiece two processes - drawing and rolling and, accordingly, two different stress state schemes, which is significant compared to using one scheme stress state, worsens the quality of the ceramic core - additional defects are formed in it in the form of microcracks, sections of various densities, etc.).
Проведение термообработки в одну стадию в интервале температур 800-850oC позволяет сформировать в многожильной сердцевине провода сверхпроводящую фазу требуемого состава и структуры. При этом значительно упрощается процесс - исключаются промежуточная деформация и одна термообработка длинномерного провода. Следует отметить, что даже если не происходит сокращение общего времени термообработок, а только сокращается их количество - это значительно упрощает процесс - исключаются операции по намотке-размотке длинномерных проводов (все термообработки проводятся на проводах смотанных в катушку с прокладками между витками катушки), кроме того, уменьшается вероятность при намотке-размотке получить дефектность (например, подломить или просто превысить критический радиус изгиба) провода.Carrying out heat treatment in one stage in the temperature range 800-850 o C allows you to form in the multicore core of the wire a superconducting phase of the required composition and structure. At the same time, the process is greatly simplified - intermediate deformation and one heat treatment of a long wire are eliminated. It should be noted that even if there is no reduction in the total time of heat treatments, but only their number is reduced - this greatly simplifies the process - the winding-unwinding operations of long wires are eliminated (all heat treatments are carried out on wires wound into a coil with gaskets between coil turns), in addition , the probability of winding-unwinding is reduced to get defective (for example, break or just exceed the critical bending radius) of the wire.
При заполнении ампулы порошком сверхпроводящего соединения или полуфабриката из расчета конечного коэффициента заполнения многожильного провода ниже 15% происходит "разрыв" керамических жил, то есть при деформации происходит смыкание материала оболочки, расположенного с разных сторон керамической жилы. При заполнении ампулы порошком сверхпроводящего соединения или полуфабриката из расчета конечного коэффициента заполнения многожильного провода более 50% не удается получить требуемую толщину керамики после деформации ампульно-порошковой системы и после деформации сложной заготовки, собранной на ее основе. When filling an ampoule with a powder of a superconducting compound or a semi-finished product, based on the calculation of the final fill factor of a multicore wire below 15%, ceramic wires “break”, that is, during deformation, the material of the sheath located on different sides of the ceramic core closes. When filling an ampoule with a powder of a superconducting compound or a semifinished product, based on the calculation of the final fill factor of a stranded wire of more than 50%, it is not possible to obtain the required ceramic thickness after deformation of the ampoule-powder system and after deformation of a complex workpiece assembled on its basis.
При деформации ампульно-порошковой системы до толщины менее 0,15 миллиметров происходит "разрыв" керамических жил, а при ее деформации до толщины более 0,30 миллиметров не удается получить требуемый конечный коэффициент заполнения многожильного провода и толщину единичной жилы конечного многожильного провода около 1 микрона. When the ampoule-powder system is deformed to a thickness of less than 0.15 millimeters, ceramic veins “break”, and when it is deformed to a thickness of more than 0.30 millimeters, it is not possible to obtain the required final fill factor of the stranded wire and the thickness of a single core of the final stranded wire of about 1 micron .
При деформации ампульно-порошковой системы волочением в роликовых волоках со степенью деформации за проход менее 1% происходит нарушение геометрических размеров провода, появляется так называемая волнообразность по длине, а при деформации со степенью деформации за проход более 5% происходит разрыв оболочки от мелких трещин до ее полного разрушения, что приводит к обрыву провода. When the ampoule-powder system is deformed by drawing in roller dies with a degree of deformation per pass of less than 1%, the geometric dimensions of the wire are violated, the so-called wave-like length appears, and when deformed with a degree of deformation per pass of more than 5%, the shell breaks from small cracks to it complete destruction, which leads to wire breakage.
При формировании сложной заготовки из расчета конечного коэффициента заполнения провода менее 15% не удается получить требуемого количества керамических жил, что приводит к большому расходу материала оболочки и резкому снижению конструктивной плотности тока (току, отнесенному к сечению всего проводника, включая площадь керамики и оболочки), а увеличение конечного коэффициента заполнения провода более 50% приводит к смыканию керамических жил друг с другом (в процессе деформации сложной заготовки), что нарушает геометрию провода и приводит к снижению критической плотности тока (ток, отнесенный к площади поперечного сечения керамики). When forming a complex billet from the calculation of the final fill factor of the wire of less than 15%, it is not possible to obtain the required number of ceramic cores, which leads to a large consumption of sheath material and a sharp decrease in the structural current density (current related to the cross section of the entire conductor, including the area of the ceramic and sheath), and an increase in the final fill factor of the wire of more than 50% leads to the closure of ceramic cores with each other (in the process of deformation of a complex workpiece), which violates the geometry of the wire and t to reduce the critical current density (current referred to the ceramic cross-sectional area).
При деформации сложной заготовки в роликовых волоках со степенью деформации за проход менее 0,5% значительно замедляется процесс деформации и происходит нарушение геометрических размеров заготовки, а при увеличении степени деформации за проход более 5% происходит смещение элементов сложной заготовки друг относительно друга, на них образуются трещины и другие дефекты, что приводит к нарушению геометрии провода и снижению критической плотности тока. When a complex workpiece is deformed in roller dies with a degree of deformation per pass of less than 0.5%, the deformation process slows down significantly and the geometric dimensions of the workpiece are violated, and when the degree of deformation increases over a pass of more than 5%, the elements of the complex workpiece are shifted relative to each other, they form on them cracks and other defects, which leads to a violation of the geometry of the wire and a decrease in the critical current density.
При проведении отжига при температуре ниже 500oC не происходит диффузионной сварки элементов сложной заготовки между собой, а при ее увеличении выше 700oC в керамической сердцевине начинаются фазовые превращения, приводящие к изменению ее свойств, что негативно сказывается при последующей деформации до конечных размеров (например, в проводе образуются дефекты типа трещин).When annealing at temperatures below 500 o C, diffusion welding of the elements of the complex workpiece does not occur between each other, and when it increases above 700 o C, phase transformations begin in the ceramic core, leading to a change in its properties, which negatively affects subsequent deformation to final dimensions ( for example, defects such as cracks form in the wire).
При проведении отжига в течение времени менее 0,5 часа не происходит сварки элементов сложной заготовки между собой (по-видимому из-за диффузионных ограничений), а проведение отжига в течение времени более 5 часов нецелесообразно из экономических соображений (не наблюдается видимого улучшения диффузионной сварки при увеличении расхода электроэнергии и материала оболочки, при длительном нахождении при температуре около 700oC наблюдаются потери части оболочечного материала, например, серебра).When annealing for less than 0.5 hours, the elements of the complex workpiece are not welded together (apparently due to diffusion restrictions), and annealing for more than 5 hours is impractical for economic reasons (no visible improvement in diffusion welding is observed with an increase in the consumption of electric energy and the material of the shell, with a long stay at a temperature of about 700 o C there is a loss of part of the shell material, for example, silver).
При проведении деформации сложной заготовки до требуемых размеров волочением в роликовых волоках со степенью деформации за проход менее 1% происходит значительное замедление процесса и наблюдается нарушение геометрических размеров провода (появляется волнообразность по длине вместо прямолинейности), а увеличение степени деформации более 30% за проход приводит к появлению трещин и разрыву провода. When deforming a complex workpiece to the required dimensions by drawing in roller dies with a degree of deformation per pass of less than 1%, a significant slowdown of the process occurs and a violation of the geometric dimensions of the wire is observed (a wavy length appears instead of straightness), and an increase in the degree of deformation of more than 30% per pass leads to cracks and wire breaks.
Проведение термообработки при температуре ниже 800oC и выше 850oC не позволяет сформировать в сердцевине провода фазу требуемого состава и структуры.Carrying out heat treatment at temperatures below 800 o C and above 850 o C does not allow to form the phase of the required composition and structure in the core of the wire.
Проведение данных операций в описанной последовательности привело к получению нового технического результата: увеличению критической плотности тока многожильного длинномерного провода за счет уменьшения толщины керамической сердцевины единичной жилы до размеров, обеспечивающих рост кристаллитов в направлении преимущественного протекания тока, уменьшения дефектности сердцевины за счет использования при изготовлении провода одного способа деформации, а следовательно - одной схемы напряженного состояния, по сравнению с двумя способами деформации (двумя схемами напряженного состояния), упрощению процесса за счет использования одного способа деформации вместо двух и сокращению количества операций на длинномерном материале - проведение термообработки в одну стадию без промежуточной деформации, а также уменьшению критического радиуса изгиба провода. Carrying out these operations in the described sequence led to a new technical result: an increase in the critical current density of a stranded long wire due to a decrease in the thickness of the ceramic core of a single core to sizes that ensure crystallite growth in the direction of the predominant current flow, and reduction of core defects due to the use of one a method of deformation, and therefore a single stress state scheme, in comparison with two methods deformation (by two stress state schemes), simplifying the process by using one method of deformation instead of two and reducing the number of operations on long material - heat treatment in one stage without intermediate deformation, as well as reducing the critical bending radius of the wire.
Критическая плотность тока зависит от двух основных факторов: способа получения композиционного провода и качества используемого прекурсора. Поэтому для сравнения двух способов получения провода сравнивают характеристики проводов, полученных только на однотипных прекурсорах (конечно, если провода получены различными модификациями метода "порошок в трубе"). То есть преимущества различных способов, оцененные по критическим характеристикам проводов, могут говорить не только о преимуществах тех или иных технологических операций, а о качественных характеристиках порошка-прекурсора. The critical current density depends on two main factors: the method of producing the composite wire and the quality of the precursor used. Therefore, to compare the two methods for producing wires, the characteristics of the wires obtained only on the same precursors are compared (of course, if the wires are obtained by various modifications of the powder-in-pipe method). That is, the advantages of various methods, evaluated by the critical characteristics of the wires, can speak not only about the advantages of certain technological operations, but about the qualitative characteristics of the precursor powder.
Следует отметить, что в способ включаются операции: деформация сложной заготовки и отжиг сложной заготовки, проводимые на промежуточном этапе получения провода на длине материала, определяемой десятками сантиметров (максимально несколькими метрами), который, следовательно, не нужно при отжиге из-за ограничения рабочего пространства печи наматывать в катушку с прокладками между витками, необходимыми для предотвращения сварки витков друг с другом при отжиге. При этом из способа исключаются операции, проводимые с длинномерным проводом, длина которого определяется сотнями метров. При наличии двустадийной термообработки и промежуточной деформации между ее стадиями на длинномерном проводе необходимо намотать этот провод, например, в катушку с прокладками между витками катушки, провести первую стадию термообработки, размотать катушку, провести промежуточную деформацию, снова намотать провод в катушку с прокладками между витками и провести вторую стадию термообработки. Поэтому проведение термообработки в одну стадию позволяет избежать длительных и трудоемких операций по намотке-размотке провода, длина которого определяется сотнями метров и промежуточной деформации длинномерного провода, что приводит к значительному упрощению способа. It should be noted that the method includes operations: deformation of a complex workpiece and annealing of a complex workpiece, carried out at the intermediate stage of obtaining a wire over a length of material determined by tens of centimeters (a few meters maximum), which, therefore, is not necessary during annealing due to the limitation of the working space wind the furnace into a coil with gaskets between the turns necessary to prevent welding of the turns with each other during annealing. Moreover, operations carried out with a long wire, the length of which is determined by hundreds of meters, are excluded from the method. If there is a two-stage heat treatment and intermediate deformation between its stages on a long wire, it is necessary to wind this wire, for example, into a coil with gaskets between the turns of the coil, conduct the first heat treatment step, unwind the coil, conduct intermediate deformation, rewind the wire into the coil with gaskets between the turns and conduct the second stage of heat treatment. Therefore, the heat treatment in one stage avoids the long and laborious operations of winding and unwinding a wire, the length of which is determined by hundreds of meters and the intermediate deformation of a long wire, which leads to a significant simplification of the method.
Пример осуществления. Металлическую ампулу (трубу длиной 250 миллиметров диаметром 11 миллиметров, с толщиной стенки 2,2 миллиметра) заполняли порошком висмутовой керамики состава Bi-2223 из расчета конечного коэффициента заполнения многожильного провода 15 и 50%, далее полученные ампульно-порошковые системы деформировали в роликовых волоках со степенью деформации за проход 1 и 5% до толщины 0,15 и 0,30 мм, после чего формировали сложную заготовку путем размещения в металлических заготовках оболочек круглого поперечного сечения (диаметр 7,4 миллиметра) длиной 180 миллиметров, толщина стенки 1,5 миллиметра, прямоугольного поперечного сечения (9,94 миллиметра х 6,64 миллиметра) длиной 200 миллиметров, толщина стенки 1,5 миллиметра и П-образного поперечного сечения (коробка: 9,94 миллиметра х 6,64 миллиметра х 200 миллиметров, толщина стенки 1,5 миллиметра) мерных частей деформированных ампульно-порошковых систем, попеременно чередуя их с прокладками из серебряной ленты такой же длины, в случае П-образного поперечного сечения, таким образом, чтобы последняя серебряная лента закрывала П-образное сечение, образуя прямоугольное поперечное сечение и сваривали края последней серебряной ленты и прилегающие к ним края П-образного поперечного сечения по всей длине металлической заготовки оболочки. В каждом конкретном случае сложную заготовку формировали из расчета конечного коэффициента заполнения многожильного провода 15 и 50%. После формирования сложных заготовок их деформировали волочением в роликовых волоках со степенью деформации за проход 0,5 и 5% и проводили отжиги при температурах 500 и 700oC в течение 0,5 часа и 5 часов. После отжигов весь полученный материал (деформированные и отожженные заготовки) деформировали до требуемых размеров, конечных размеров многожильного провода (толщины-0,20 миллиметров) волочением в роликовых волоках со степенью деформации за проход 1 и 30%, после чего все полученные провода термообрабатывали при температуре 800oC в течение 150 часов и температуре 850oC в течение 120 часов.An example implementation. A metal ampoule (a tube 250 mm long with a diameter of 11 millimeters, with a wall thickness of 2.2 millimeters) was filled with Bi-2223 bismuth ceramic powder based on the final fill factor of the stranded wire of 15 and 50%, then the resulting ampoule-powder systems were deformed in the degree of deformation for the passage of 1 and 5% to a thickness of 0.15 and 0.30 mm, after which a complex workpiece was formed by placing shells of circular cross-section (diameter 7.4 mm) 180 mm long in metal blanks c, wall thickness 1.5 mm, rectangular cross-section (9.94 mm x 6.64 mm) 200 mm long, wall thickness 1.5 mm and U-shaped cross section (box: 9.94 mm x 6.64 millimeters x 200 millimeters, wall thickness 1.5 millimeters) of measured parts of deformed ampoule-powder systems, alternating between them with gaskets of silver tape of the same length, in the case of a U-shaped cross-section, so that the last silver tape covers P- shaped section, forming a rectangular cross section and welded edges of the latter silver tape and the adjacent edges of the U-shaped cross section over the entire length of the metal shell of the preform. In each case, a complex preform was formed from the calculation of the final fill factor of the stranded wire of 15 and 50%. After the formation of complex preforms, they were deformed by drawing in roller dies with a degree of deformation of 0.5 and 5% per pass and annealing was carried out at temperatures of 500 and 700 o C for 0.5 hours and 5 hours. After annealing, all the material obtained (deformed and annealed billets) was deformed to the required dimensions, the final dimensions of the stranded wire (thickness 0.20 mm) by drawing in roller dies with a degree of deformation of 1 and 30% per pass, after which all the resulting wires were heat treated at a temperature 800 o C for 150 hours and a temperature of 850 o C for 120 hours.
Определение критического радиуса изгиба всех полученных образцов проводов (длиной около 1 метра каждый) показало, что, в зависимости от конечного коэффициента заполнения критический радиус изгиба уменьшается от 2 до 6 раз (при коэффициентах заполнения 50 и 15%, соответственно) по сравнению с проводом аналогичной конструкции с керамическими жилами толщиной 20 микрон. Determination of the critical bending radius of all obtained wire samples (about 1 meter each) showed that, depending on the final fill factor, the critical bend radius decreases from 2 to 6 times (with fill factors of 50 and 15%, respectively) compared to a similar wire constructions with ceramic conductors with a thickness of 20 microns.
Критический ток в проводах измеряли стандартным четырехточечным методом по критерию 1 мкВ/см. The critical current in the wires was measured by the standard four-point method according to the criterion of 1 μV / cm.
Повторение способа-прототипа на прекурсоре (исходном материале - порошке висмутовой керамики состава Bi-2223), используемом в предлагаемом способе показало, что критическая плотность тока на образцах, полученных по предлагаемому способу, на 5-15% (в зависимости от типа образцов, определяемых используемыми границами интервалов) выше, чем на образцах, полученных по способу-прототипу, что, в совокупности с уменьшением критического радиуса изгиба, подтверждает технический результат. The repetition of the prototype method on a precursor (the starting material is a Bi-2223 bismuth ceramic powder) used in the proposed method showed that the critical current density on the samples obtained by the proposed method is 5-15% (depending on the type of samples determined used by the boundaries of the intervals) is higher than on samples obtained by the prototype method, which, together with a decrease in the critical bending radius, confirms the technical result.
Использованная литература
1. Z.Yi, C.Beduz, M.Al-Mosawi, R. Riddle. Transverse distribution of the transport current density in (Bi,Pb)2223 tapes. Physica C 277 (1997), p. 233-237.References
1. Z. Yi, C. Beduz, M. Al-Mosawi, R. Riddle. Transverse distribution of the transport current density in (Bi, Pb) 2223 tapes. Physica C 277 (1997), p. 233-237.
2. P.Haldar, L.Motowidlo. Processing High Critical Current Density Bi-2223 Wires and Tapes. The Journal of The Minerals Metals and Materials Society (JOM), Vol. 44 (1997), N 10, p. 54-58 - прототип. 2. P. Haldar, L. Motowidlo. Processing High Critical Current Density Bi-2223 Wires and Tapes. The Journal of The Minerals Metals and Materials Society (JOM), Vol. 44 (1997), N 10, p. 54-58 is a prototype.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98122117/09A RU2153724C1 (en) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | Method for producing long high-temperature wires |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98122117/09A RU2153724C1 (en) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | Method for producing long high-temperature wires |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2153724C1 true RU2153724C1 (en) | 2000-07-27 |
Family
ID=20213131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98122117/09A RU2153724C1 (en) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | Method for producing long high-temperature wires |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2153724C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002013206A1 (en) * | 2000-08-07 | 2002-02-14 | The Federal State Unitarian Enterprise 'a. A. Bochvar All-Russia Research Institute Of Inorganic Materials' | Method for producing large flat high-temperature superconductors |
| RU2575861C2 (en) * | 2010-10-08 | 2016-02-20 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Electric insulation compaction to connect insulated conductors |
-
1998
- 1998-12-09 RU RU98122117/09A patent/RU2153724C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| P.Haldar, L.Motowidlo. Processing High Critical Current Density Bi-2223 Wires and Tapes. The Journal of The Minerals Metals and Materials Sosiety (JOM), Vol.44, No 10, 1997, p. 54-58. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002013206A1 (en) * | 2000-08-07 | 2002-02-14 | The Federal State Unitarian Enterprise 'a. A. Bochvar All-Russia Research Institute Of Inorganic Materials' | Method for producing large flat high-temperature superconductors |
| RU2575861C2 (en) * | 2010-10-08 | 2016-02-20 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Electric insulation compaction to connect insulated conductors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2563501C (en) | Superconductive cable and method for the production thereof | |
| GB1505371A (en) | Process for the production of superconductor wires or cables | |
| RU2153724C1 (en) | Method for producing long high-temperature wires | |
| US5223348A (en) | APC orientation superconductor and process of manufacture | |
| EP1814127A1 (en) | Method for producing oxide superconducting wire | |
| US6471785B1 (en) | Process for producing a strip-shaped, multi-core superconductor with high-Tc superconducting material and superconductor produced by this process | |
| US20010021690A1 (en) | Method of decoupling an HTc superconductive multi-filament strand having a silver-based matrix, and a multifilament strand made thereby | |
| US6289576B1 (en) | Method for drawing elongated superconductive wires | |
| CA2235594A1 (en) | Processing of oxide superconductor cables | |
| JP3534428B2 (en) | Manufacturing method of oxide high temperature superconducting wire | |
| RU2158978C1 (en) | Method for producing high-temperature composite superconductor items | |
| RU2158977C1 (en) | Method for producing high-temperature composite superconducting items | |
| RU2207641C2 (en) | Method for producing flat superconductor | |
| JPH0765646A (en) | Oxide superconducting cable and manufacture of strand | |
| JPH04337213A (en) | Manufacture of multi-layer ceramic superconductor | |
| RU2276417C1 (en) | Method for producing long-measuring composite wire based on high-temperature superconducting compounds | |
| JP2942896B2 (en) | Oxide superconductor wire and method of making | |
| JPH04277410A (en) | Tape-like multi-core ceramic superconductor and cable using it | |
| US5898021A (en) | Method of manufacturing an oxide ceramic superconductor having a high core density | |
| JP2599138B2 (en) | Method for producing oxide-based superconducting wire | |
| RU2276418C1 (en) | Method for producing long-measuring composite wire based on high-temperature superconducting compounds | |
| JPH01195616A (en) | Manufacture of long oxide superconductive material | |
| JPH05101722A (en) | Manufacture of multi-conductor ceramics superconductor | |
| JP3013253B2 (en) | Oxide superconductor wire and method of making | |
| WO1997044832A9 (en) | Improved tensioning process for manufacture of superconducting ceramic composite conductors |