RU2367042C1 - Многослойный ленточный наноструктурный композит на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан - Google Patents
Многослойный ленточный наноструктурный композит на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан Download PDFInfo
- Publication number
- RU2367042C1 RU2367042C1 RU2008134179/09A RU2008134179A RU2367042C1 RU 2367042 C1 RU2367042 C1 RU 2367042C1 RU 2008134179/09 A RU2008134179/09 A RU 2008134179/09A RU 2008134179 A RU2008134179 A RU 2008134179A RU 2367042 C1 RU2367042 C1 RU 2367042C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- niobium
- layer
- alloy
- thickness
- composite
- 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
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области создания композиционных сверхпроводников с улучшенной токонесущей способностью и может быть использовано, в частности, для создания обмоток сверхпроводящих магнитов. Техническим результатом изобретения является получение композита с показателем критической плотности тока, равным 58000 ! А/см2 в магнитном поле 6 Тесла. Согласно изобретению многослойный ленточный наноструктурный композит на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан относится к области, содержит чередующиеся слои ниобия и сплава ниобий-(25-45) мас.% титана, толщина слоя которого составляет не более 50 нм. При этом толщина каждого слоя ниобия составляет 50-70% толщины слоя сплава. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Изобретение относится к области создания новых многослойных наноструктурных композиционных сверхпроводников на основе сплавов ниобия с улучшенными токонесущими способностями и может быть использовано, в частности, для создания обмоток сверхпроводящих магнитов.
В настоящее время большой интерес представляют материалы, содержащие сплавы Nb-Ti и Nb-Zr. Многослойные плоские наноструктурные композиты на основе таких сплавов являются перспективными для создания сверхпроводящих материалов с высокой токонесущей способностью. Наличие в ленточном сверхпроводнике плоских параллельных слоев, толщина которых составляет 10-100 нм, и поэтому сравнима с длиной когерентности сверхпроводника, позволяет использовать эффект влияния протяженной плоской поверхности, параллельной внешнему магнитному полю, на пиннинг (закрепление) вихрей Абрикосова и, следовательно, величину критической плотности тока.
Известен многослойный композит [патент US 5230748, H01L 39/24, July 19, 1991 г.], в котором сверхпроводящие слои сплавов системы Nb-Ti-Zr-V-Hf-Ta на конечной стадии изготовления сверхпроводника получают путем диффузионного отжига композита из чередующихся слоев этих металлов или их сплавов, причем толщина нормальных и сверхпроводящих слоев, образовавшихся при отжиге должна быть меньше 1000 нм.
Однако проведение диффузионного отжига композита приводит к усложнению технологического процесса.
Известны также два патента, относящиеся к получению плоских сверхпроводников, в которых сверхпроводящие слои являются плоскими по всей ширине ленты. В первом [US 4729801, H01L 39/24, 1986 г.] предлагается наносить сверхпроводящее соединение на движущуюся плоскую подложку методом электронно-лучевого напыления, во втором [JP 1212747, B22D 11/01, 1988 г.] - протягиванием медной подложки через расплав сверхпроводника.
Однако хотя оба эти способа и позволяют получать тонкие слои сверхпроводника и достигать высокой критической плотности тока, но они не позволяют получать многослойные проводники, способные нести большой суммарный ток, так как для этого требуется, чтобы таких слоев было как можно больше.
Известен, принятый за прототип, многослойный ленточный наноструктурный композит на основе сплава ниобий-титан, содержащий чередующиеся слои ниобия и сплава ниобий-титан, состоящий из 64000 слоев ниобия и сплава Nb-50 мас.% Ti со средней толщиной каждого слоя 2,5 нм [М.И.Карпов, В.П.Коржов, В.И.Внуков, В.Н.Зверев, И.С.Терехова «Анизотропия плотности сверхпроводящего критического тока в слоистых наноструктурных композитах, содержащих слои сплава Nb-50% Ti» // “Материаловедение”, 2008, №6, с.35-38]. Плоские слои сверхпроводящего сплава Nb-50 мас.% Ti, толщина которых, равная 2,5 нм, сравнима с длиной когерентности сверхпроводника, позволяют использовать эффект влияния протяженной плоской границы между слоем ниобия и слоем из сплава Nb-50 мас.% Ti, параллельной внешнему магнитному полю, на пиннинг вихрей Абрикосова и, следовательно, величину критической плотности тока.
Однако критическая плотность тока в описанном выше сверхпроводящем композите не превышала 4500 А/см2 в магнитном поле 6 Тесла.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания наноструктурного композита со значительно более высокой критической плотностью тока, способного нести большой суммарный ток.
Поставленная задача достигается предлагаемой структурой многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан, содержащего чередующиеся слои ниобия и сплава ниобий-титан, новизна которого заключается в том, что в качестве сплава Nb-Ti он содержит сплав Nb-(25-45) мас.% Ti, толщина слоя которого составляет не более 50 нм. При этом толщина каждого слоя ниобия составляет 50-70% толщины слоя сплава.
Для стабилизации сверхпроводника наружные поверхности наноструктурного композита покрыты слоем меди.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении сверхпроводящего материала, критическая плотность тока которого составляет 58000 А/см2 при 6 Тесла при оптимальных толщинах слоев составляющих композита.
В таблице 1 приведены показатели критической плотности тока при 6 Тесла заявляемого многослойного наноструктурного композита в зависимости от содержания титана в сплаве. Толщина слоя сплава составляла ~12 нм; толщина слоя ниобия - ~8 нм.
В таблице 2 приведены показатели критической плотности тока при 6 Тесла заявляемого многослойного наноструктурного композита в зависимости от толщины слоя сплава. Толщина слоя ниобия составляла ~67% слоя сплава Nb-30 мас.% Ti.
В таблице 3 приведены показатели критической плотности тока при 6 Тесла заявляемого многослойного наноструктурного композита в зависимости от толщины слоя ниобия. Толщина слоя сплава Nb-30 мас.% Ti составляла ~12 нм.
Приведенные ниже примеры подтверждают, но не ограничивают предлагаемое изобретение.
Пример 1.
Образцы многослойного ленточного наноструктурного композита в виде ленты шириной 30-40 мм и толщиной 0,15 мм получали, как и в описанном ранее способе [Карпов М.И., Внуков В.И., Волков К.Г., Медведь Н.В., Ходос И.И., Абросимова Г.Е. «Возможности метода вакуумной прокатки как способа получения многослойных композитов с нанометрическими толщинами слоев», Материаловедение, 2004, №1, с.48-53] методом многоцикловой прокатки. Каждый цикл состоял из трех последовательных операций: сборки пакета из исходных пластин, горячей вакуумной прокатки, холодной прокатки. В первом цикле исходными пластинами были компоненты композита, во втором и последующих циклах - пластины, полученные в предыдущем цикле.
Первая сборка композита Nb\(Nb-30 мас.% Ti) состояла из 16 фольг ниобия и 15 фольг сплава Nb-30 мас.% Ti. Толщина исходных фольг сплава была равна 0,3 мм, при этом толщина каждой фольги ниобия составляла 0,2 мм или 66,7% толщины фольги сплава.
Вакуумную прокатку в каждом цикле проводили за 2 прохода с подогревом образцов до 900°С и суммарным обжатием 50%. Холодную прокатку в каждом цикле заканчивали на толщине 0,3 мм. В третьем цикле прокатку вели до конечной толщины 0,15 мм. В результате был получен композит, состоящий из 28830 слоев ниобия и сплава Nb-30 мас.% Ti. Расчетная толщина слоев сплава равнялась 12 нм, расчетная толщина каждого слоя ниобия равнялась 8 нм, что составляло 66,7% толщины слоя сплава. По данным растровой электронной микроскопии расчетные толщины слоев удовлетворительно совпадали с измеренными усредненными толщинами слоев.
После последней прокатки все образцы отжигали при 400°С в течение 3-х часов для выделения дисперсных частиц α-фазы в слоях сплава Nb-30 мас.% Ti.
Критический ток измеряли при температуре жидкого гелия во внешнем магнитном поле до 7 Тесла при двух его ориентациях: параллельно плоскости полученного композита (наноламината) и перпендикулярно транспортному току (в этом случае сила Лоренца направлена перпендикулярно плоскости наноламината и имеет место пиннинг на межслойной поверхности), перпендикулярно плоскости наноламината, и транспортному току (в этом случае пиннинг на межслойной поверхности отсутствует). Критическую плотность тока определяли отношением общего транспортного тока ко всей площади поперечного сечения композита.
Критическая плотность тока полученного композита составляет 58000 А/см2 в магнитном поле 6 Тесла.
Пример 2.
То же, что в примере 1, только перед последней прокаткой сборку пакета помещают между двумя пластинами меди.
При этом полученный композит приобретает стабилизирующие свойства.
Пример 3.
То же, что в примере 1, только содержания Ti в сплаве Nb-Ti варьировали от 20 до 50 мас.%. Толщина слоя сплава составляла ~12 нм; толщина слоя ниобия - ~8 нм. Показатели критической плотности тока при 6 Тесла получаемого многослойного ленточного наноструктурного композита приведены в таблице 1.
Как видно из таблицы, при снижении содержания Ti в сплаве Nb-Ti ниже 25 мас.% и при повышении содержания Ti в сплаве выше 45 мас.% наблюдалось сильное падение критической плотности тока
Пример 4.
То же, что в примере 1, только толщину слоя сплава Nb-30 мас.% Ti в композите варьировали от 2,5 до 55 нм. Толщина слоя ниобия составляла ~67% слоя сплава Nb-30 мас.% Ti. Показатели критической плотности тока при 6 Т получаемого многослойного наноструктурного композита приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы, при повышении толщины слоя сплава Nb-30 мас.% Ti в композите выше 50 нм наблюдалось заметное понижение критической плотности тока.
Пример 5.
То же, что в примере 1, только толщину слоя Nb в композите варьировали от 45-75% толщины слоя сплава. Толщина слоя сплава Nb-30 мас.% Ti составляла ~12 нм. Показатели критической плотности тока при 6 Тесла получаемого многослойного наноструктурного композита приведены в таблице 3.
Как видно из таблицы, при снижении толщины слоя Nb в композите ниже 50 и выше 70% толщины слоя сплава наблюдалось уменьшение критической плотности тока.
Приведенные выше примеры подтверждают получение многослойного наноструктурного композита на основе сплава ниобий-титан с высоким на современном этапе уровне техники показателем критической плотности тока, равным 58000 А/см2 в магнитном поле 6 Тесла.
| Таблица 1. | ||
| № п/п | Содержание Ti в сплаве Nb-Ti, мас.% | Показатели критической плотности тока при 6 Тл, А/см2 |
| 1 | 20 | 15200 |
| 2 | 25 | 50500 |
| 3 | 30 | 58000 |
| 4 | 45 | 49800 |
| 5 | 50 | 37000 |
| Таблица 2. | ||
| № п/п | Толщина слоя сплава Nb-30 мас.% Ti в композите, нм | Показатели критической плотности тока при 6 Тл, А/см2 |
| 1 | 2.5 | 47900 |
| 2 | 5.0 | 57800 |
| 3 | 12 | 58000 |
| 4 | 50 | 54300 |
| 5 | 55 | 22500 |
| Таблица 3. | ||
| № п/п | Толщина слоя Nb в композите в % от толщины слоя сплава Nb-30 мас.% Ti | Показатели критической плотности тока при 6 Тл, А/см2 |
| 1 | 45 | 38400 |
| 2 | 50 | 55000 |
| 3 | 67 | 58000 |
| 4 | 70 | 57600 |
| 5 | 75 | 41000 |
Claims (2)
1. Многослойный ленточный наноструктурный композит на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан, содержащий чередующиеся слои ниобия и сплава ниобий-титан, отличающийся тем, что в качестве сплава ниобий-титан он содержит сплав ниобий - (25-45) мас.% титана, толщина слоя которого составляет не более 50 нм, при этом толщина каждого слоя ниобия составляет 50-70% толщины слоя сплава.
2. Многослойный ленточный наноструктурный композит по п.1, отличающийся тем, что его наружные поверхности покрыты слоем меди.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008134179/09A RU2367042C1 (ru) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | Многослойный ленточный наноструктурный композит на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008134179/09A RU2367042C1 (ru) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | Многослойный ленточный наноструктурный композит на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2367042C1 true RU2367042C1 (ru) | 2009-09-10 |
Family
ID=41166737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008134179/09A RU2367042C1 (ru) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | Многослойный ленточный наноструктурный композит на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2367042C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2799811C1 (ru) * | 2022-12-30 | 2023-07-12 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" | Способ изготовления тонкопленочного конденсатора электронной техники |
-
2008
- 2008-08-21 RU RU2008134179/09A patent/RU2367042C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАРПОВ М.И. и др. Анизотропия плотности сверхпроводящего критического тока в слоистых наноструктурных композитах, содержащих слои сплава Nb-50% Ti. «Материаловедение», 2008, №6, с.35-38. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2799811C1 (ru) * | 2022-12-30 | 2023-07-12 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" | Способ изготовления тонкопленочного конденсатора электронной техники |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20090137400A1 (en) | Superconducting thin film material and method of manufacturing the same | |
| KR101485060B1 (ko) | 향상된 자속 고정을 위한 예비 제작된 나노 구조물을 구비한 초전도 물품 | |
| JP2013545213A (ja) | 鉄系超伝導構造体及びその製造方法 | |
| Huang et al. | An efficient approach for superconducting joint of YBCO coated conductors | |
| Matsumoto et al. | High critical current density YBa2Cu3O7− δ tapes prepared by the surface-oxidation epitaxy method | |
| Ohmatsu et al. | Development of in-plane aligned YBCO tapes fabricated by inclined substrate deposition | |
| JPH04310597A (ja) | 超電導体層を有する金属体からなる物品を製造する方法 | |
| RU2367042C1 (ru) | Многослойный ленточный наноструктурный композит на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан | |
| JP2011113662A (ja) | 薄膜超電導線材用金属基材、その製造方法および薄膜超電導線材の製造方法 | |
| Jha et al. | Systematic variation of hybrid APCs into YBCO thin films for improving the vortex pinning properties | |
| Watanabe et al. | Long length oxide template for YBCO coated conductor prepared by surface-oxidation epitaxy method | |
| JP5411958B2 (ja) | エピタキシャル膜形成用配向基板及びその製造方法 | |
| RU2367043C1 (ru) | Способ изготовления многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан | |
| Jiang et al. | High-speed deposition of high-performance REBCO films by using a radiation assisted conductive heating PLD system | |
| Shi et al. | Fabrication of biaxially textured Cu–Ni alloy tapes for YBCO coated conductor | |
| Wen et al. | Fabrication and characterization of coated Hastelloy C-276 Alloy by SDP technology | |
| Develos-Bagarinao et al. | Enhanced flux pinning in MOD YBa2Cu3O7− δ films by ion milling through anodic alumina templates | |
| Kikuchi et al. | Cu ion plating as a technique for enhancing the mechanical, electrical and thermal bonding between Cu stabilizer and the RHQT-processed Nb/sub 3/Al conductors | |
| RU2436197C1 (ru) | КОМПОЗИТНАЯ СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ ЛЕНТА НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ Nb3Sn | |
| JP7398663B2 (ja) | 超電導線材及び超電導線材の製造方法 | |
| JP2013055061A (ja) | 薄膜超電導線材用金属基材、その製造方法および薄膜超電導線材の製造方法 | |
| JP2010123448A (ja) | 酸化物超電導線材及びその製造方法 | |
| JP5379293B2 (ja) | 膜形成用配向基板および超電導線材ならびに膜形成用配向基板の製造方法 | |
| Tokunaga et al. | All Japan efforts on fundamental materials technology developments for HTS applications: Focusing on R&D of coated conductors | |
| JPH03283475A (ja) | 超電導三層箔材の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130822 |