RU2647483C2 - Method for obtaining long-dimensional superconducting composite wire based on magnesium diboride (options) - Google Patents
Method for obtaining long-dimensional superconducting composite wire based on magnesium diboride (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647483C2 RU2647483C2 RU2016132683A RU2016132683A RU2647483C2 RU 2647483 C2 RU2647483 C2 RU 2647483C2 RU 2016132683 A RU2016132683 A RU 2016132683A RU 2016132683 A RU2016132683 A RU 2016132683A RU 2647483 C2 RU2647483 C2 RU 2647483C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- copper
- conducting material
- monofilament
- electrical
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 25
- PZKRHHZKOQZHIO-UHFFFAOYSA-N [B].[B].[Mg] Chemical compound [B].[B].[Mg] PZKRHHZKOQZHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 52
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 30
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 27
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 17
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 14
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 7
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 6
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020073 MgB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- IIQVQTNFAKVVCM-UHFFFAOYSA-N copper niobium Chemical compound [Cu][Nb][Nb] IIQVQTNFAKVVCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
- H01B12/06—Films or wires on bases or cores
-
- 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, в частности к технологии получения длинномерных композиционных проводов на основе сверхпроводящих соединений, предназначенных для создания электротехнических изделий.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to a technology for producing lengthy composite wires based on superconducting compounds designed to create electrical products.
Известен способ получения многоволоконных композиционных сверхпроводящих проводов на основе диборида магния, заключающийся в заполнении металлической оболочки из высокочистого железа порошком диборида магния, деформации полученной заготовки до необходимого размера, сборке полученных прутков в металлическом чехле из железа, запайки концов с помощью медных цилиндров и резьбовых крышек из малоуглеродистой стали и последующим волочении до конечного размера [М.Н. Hancock, N. Bay. Effect on Deformation Process of Adding a Copper Core to Multifilament MgB2 Superconducting Wire, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 17, NO. 2, JUNE 2007]. В результате получаются 19-ти волоконные сверхпроводящие провода, где моноволоконные прутки расположены коаксиальными слоями, начиная от центра сборки. Недостатком способа расположения моноволоконных прутков является отсутствие в конструкции высокоэлектро- и теплопроводного материала, что может привести к нестабильному поведению проводника в магнитном поле, возможность перехода всего проводника в нормальное состояние.A known method of producing multi-fiber composite superconducting wires based on magnesium diboride, which consists in filling a metal shell of high-purity iron with magnesium diboride powder, deforming the obtained workpiece to the required size, assembling the obtained rods in a metal case made of iron, sealing the ends using copper cylinders and threaded caps made of mild steel and subsequent drawing to a final size [M.N. Hancock, N. Bay. Effect on Deformation Process of Adding a Copper Core to Multifilament MgB2 Superconducting Wire, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 17, NO. 2, JUNE 2007]. The result is 19 fiber superconducting wires where monofilament rods are arranged in coaxial layers, starting from the center of the assembly. The disadvantage of the arrangement of monofilament rods is the lack of a high-conductive and thermally conductive material in the structure, which can lead to unstable behavior of the conductor in a magnetic field, and the possibility of the entire conductor becoming normal.
Во втором случае сборка формируется путем расположения 8-ми моноволоконных прутков вокруг медного сердечника в один слой. Наличие центрального медного сердечника является благоприятным фактором, который приводит к более стабильному поведению проводника в магнитном поле при криогенных температурах. Однако наличие одного медного сердечника в качестве внутренней стабилизации будет недостаточным при работе многоволоконных сверхпроводников в магнитных полях выше 1Тл при температуре более 5К и может привести к переходу сверхпроводника в нормальное состояние.In the second case, the assembly is formed by arranging 8 monofilament rods around the copper core in one layer. The presence of a central copper core is a favorable factor, which leads to a more stable behavior of the conductor in a magnetic field at cryogenic temperatures. However, the presence of a single copper core as internal stabilization will be insufficient when multi-fiber superconductors operate in magnetic fields above 1 T at a temperature of more than 5 K and can lead to the transition of the superconductor to its normal state.
Также недостатком указанных конструкций является наличие в проводниках, в качестве материала чехла и оболочки высокочистого железа, поскольку при температуре синтеза бор из порошковой сердцевины будет реагировать с железом с образованием соединений, что приводит к наличию балластных фаз и препятствует повышению токонесущей способности.Another drawback of these designs is the presence in the conductors, as the material of the cover and shell, of high-purity iron, since at the temperature of synthesis the boron from the powder core will react with iron to form compounds, which leads to the presence of ballast phases and prevents the increase of current-carrying capacity.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения сверхпроводников на основе диборида магния [патент WO 03/035575 А1, опубл. 2003 г.] - прототип, включающий изготовление цилиндрической моноволоконной заготовки, которую получают путем деформирования металлической оболочки, внутри которой заранее размещено соединение - диборид магния или элементы его прекурсора, прокатку провода, а затем термообработку в диапазоне температур от 800 до 870°С. Для получения многоволоконной заготовки формируют сборку из множества круглых проводов, представляющих собой мерные части моноволоконного прутка, изготовленных путем волочения; располагают полученную сборку в металлическом чехле; затем проводят волочение для получения многоволоконного провода до конечного размера. Материалом металлической трубы и чехла является железо, никель, медь или сплавы на их основе.Closest to the proposed technical solution is a method for producing superconductors based on magnesium diboride [patent WO 03/035575 A1, publ. 2003] - a prototype, including the manufacture of a cylindrical monofilament billet, which is obtained by deformation of a metal sheath, inside which a compound is placed in advance - magnesium diboride or elements of its precursor, rolling the wire, and then heat treatment in the temperature range from 800 to 870 ° C. To obtain a multi-fiber preform, an assembly is formed of a variety of round wires, which are measured parts of a monofilament rod made by drawing; have the resulting assembly in a metal case; a drawing is then carried out to obtain a multifilament wire to a final size. The material of the metal pipe and cover is iron, nickel, copper or alloys based on them.
К недостаткам указанного способа следует отнести использование в качестве материала оболочки меди, поскольку медь реагирует с магнием, как элементом прекурсора, что снижает количество сверхпроводящей фазы и может привести к снижению токонесущей способности сверхпроводника. Железо также может реагировать с бором, что снижает количество этого элемента в реакции синтеза диборида магния и может привести к снижению токонесущей способности проводника. Кроме этого данный тип конструкции не содержит высокоэлектро- и теплопроводного материала, что делает полученные провода не стабильными в магнитном поле выше 1Тл и затрудняет их использование в электротехнических устройствах.The disadvantages of this method include the use of copper shell as a material, since copper reacts with magnesium as an element of the precursor, which reduces the amount of the superconducting phase and can lead to a decrease in the current carrying capacity of the superconductor. Iron can also react with boron, which reduces the amount of this element in the synthesis reaction of magnesium diboride and can lead to a decrease in the current carrying capacity of the conductor. In addition, this type of design does not contain high-electrical and heat-conducting material, which makes the resulting wires unstable in a magnetic field above 1 T and complicates their use in electrical devices.
Задачей изобретения является разработка способа получения длинномерного стабилизированного композиционного провода на основе диборида магния с высокой токонесущей способностью.The objective of the invention is to develop a method for producing a long stabilized composite wire based on magnesium diboride with high current-carrying capacity.
Техническим результатом является обеспечение стабильности и высокой токонесущей способности сверхпроводящего длинномерного композиционного провода на основе диборида магния, полученного по разработанному способу.The technical result is to ensure stability and high current carrying ability of a superconducting long composite wire based on magnesium diboride obtained by the developed method.
Технический результат по первому варианту достигается в способе получения длинномерного сверхпроводящего композиционного провода на основе диборида магния, включающем формирование моноволоконной заготовки путем размещения порошка диборида магния в металлической оболочке, ее деформирование путем волочения до получения прутка требуемых размеров и резку его на мерные части, формирование многоволоконной заготовки из полученных мерных частей путем их размещения в металлическом чехле, деформирование полученной многоволоконной заготовки путем ее волочения с получением композиционного провода и его отжиг, причем при формировании многоволоконной заготовки в центре располагают сердечник из высокоэлектро- и теплопроводного материала, затем по направлению от центра к периферии последовательными коаксиальными слоями размещают мерные части прутка, помещенные в матрицу из высокоэлектро- и теплопроводного материала.The technical result according to the first embodiment is achieved in a method for producing a lengthy superconducting composite wire based on magnesium diboride, including forming a monofilament billet by placing magnesium diboride powder in a metal sheath, deforming it by drawing it to a rod of the required size and cutting it into dimensional parts, forming a multi-fiber billet from the measured parts obtained by their placement in a metal case, deformation of the obtained multi-fiber prefabricated by drawing it to obtain a composite wire and annealing it, moreover, when forming a multi-fiber preform, a core of highly electrically and thermally conductive material is placed in the center, then measured parts of the rod placed in a matrix of high-electric and heat conducting material.
В частном варианте металлическая оболочка моноволоконной заготовки изготовлена из биметаллической трубы, наружный слой которой выполнен из меди или сплава на основе меди, а внутренний слой выполнен из ниобия или сплава на основе ниобия.In a particular embodiment, the metal sheath of the monofilament billet is made of a bimetallic pipe, the outer layer of which is made of copper or an alloy based on copper, and the inner layer is made of niobium or an alloy based on niobium.
В частном варианте металлическая оболочка моноволоконной заготовки изготовлена из материала, обладающего высоким сродством к кислороду, например из высокочистого титана или сплава на основе титана.In a particular embodiment, the metal sheath of the monofilament preform is made of a material having a high affinity for oxygen, for example, high-purity titanium or an alloy based on titanium.
В частном варианте металлическая оболочка моноволоконной заготовки изготовлена из биметаллической трубы, наружный слой которой выполнен из высокоэлектро- и теплопроводного материала, а внутренний слой выполнен из материала, обладающего высоким сродством к кислороду, например высокочистого титана или сплава на основе титана.In a particular embodiment, the metal sheath of the monofilament billet is made of a bimetallic pipe, the outer layer of which is made of highly electrical and heat-conducting material, and the inner layer is made of a material having high affinity for oxygen, for example, high-purity titanium or an alloy based on titanium.
В частном варианте сердечник выполнен из прутков высокоэлектро- и теплопроводного материала одного размера.In a particular embodiment, the core is made of bars of highly electrical and heat-conducting material of the same size.
В частном варианте матрица выполнена из прутков высокоэлектро- и теплопроводного материала одного размера.In a particular embodiment, the matrix is made of bars of high-electrical and heat-conducting material of the same size.
В частном варианте в качестве материала металлического чехла используют упрочненный сплав на основе меди, или нанокомпозиционный сплав меди с содержанием ниобия до 20%, или никель, или железо, или сплав меди с никелем, или биметаллический материал, наружный слой которого выполнен из высокоэлектро- и теплопроводного материала.In a particular embodiment, a hardened copper-based alloy, or a nanocomposite copper alloy with a niobium content of up to 20%, or nickel, or iron, or an alloy of copper with nickel, or a bimetallic material, the outer layer of which is made of high-electric and heat conducting material.
В частном варианте в качестве высокоэлектро- и теплопроводного материала используют алюминий, медь, серебро, золото или сплавы на их основе.In a particular embodiment, aluminum, copper, silver, gold, or alloys based on them are used as highly electrical and heat-conducting material.
В частном варианте волочение проводят с промежуточными отжигами при температуре не выше 600°С.In a particular embodiment, drawing is carried out with intermediate annealing at a temperature of no higher than 600 ° C.
В частном варианте промежуточные отжиги проводят в среде инертного газа.In a particular embodiment, intermediate annealing is carried out in an inert gas medium.
В частном варианте промежуточные отжиги проводят в среде вакуума.In a particular embodiment, intermediate annealing is carried out in a vacuum environment.
В частном варианте отжиг композиционного провода проводят в среде вакуума при температуре 600-950°С.In a particular embodiment, the annealing of the composite wire is carried out in a vacuum at a temperature of 600-950 ° C.
В частном варианте отжиг композиционного провода проводят в среде инертного газа при температуре 600-950°С.In a particular embodiment, the annealing of the composite wire is carried out in an inert gas at a temperature of 600-950 ° C.
Технический результат по второму варианту достигается в способе получения длинномерного сверхпроводящего композиционного провода на основе диборида магния, включающем формирование моноволоконной заготовки путем размещения порошка диборида магния или порошковой смеси его компонентов в металлической оболочке, ее деформирование путем волочения до получения прутка требуемого размера, резку его на мерные части, сборку в металлическом чехле, деформирование полученной многоволоконной заготовки путем ее волочения с получением композиционного провода и его отжиг, причем в центре сборки располагают сердечник из высокоэлектро- и теплопроводного материала, вокруг которого размещают один слой мерных частей моноволоконного прутка, затем вокруг располагают сектора, разделенные мерными частями моноволоконного прутка, при этом каждый сектор представляет собой набор определенным образом расположенных мерных частей моноволоконного прутка в матрице из высокоэлектро- и теплопроводного материала.The technical result according to the second embodiment is achieved in a method for producing a long-length superconducting composite wire based on magnesium diboride, including forming a monofilament billet by placing magnesium diboride powder or a powder mixture of its components in a metal shell, deforming it by drawing to obtain a rod of the required size, cutting it to dimensional parts, assembly in a metal case, deformation of the obtained multi-fiber preform by drawing it to obtain a composition a wire and its annealing, moreover, in the center of the assembly there is a core of high-electric and heat-conducting material, around which one layer of measured parts of a monofilament wire is placed, then sectors are located around which are divided by measured parts of a monofilament wire, each sector being a set of measuring parts of a monofilament rod in a matrix of highly electric and heat-conducting material.
В частном варианте металлическая оболочка моноволоконной заготовки изготовлена из биметаллической трубы, наружный слой которой выполнен из меди или сплава на основе меди, а внутренний слой выполнен из ниобия или сплава на основе ниобия.In a particular embodiment, the metal sheath of the monofilament billet is made of a bimetallic pipe, the outer layer of which is made of copper or an alloy based on copper, and the inner layer is made of niobium or an alloy based on niobium.
В частном варианте металлическая оболочка моноволоконной заготовки изготовлена из материала, обладающего высоким сродством к кислороду, например из высокочистого титана или сплава на основе титана.In a particular embodiment, the metal sheath of the monofilament preform is made of a material having a high affinity for oxygen, for example, high-purity titanium or an alloy based on titanium.
В частном варианте металлическая оболочка моноволоконной заготовки изготовлена из биметаллической трубы, наружный слой которой выполнен из высокоэлектро- и теплопроводного материала, а внутренний слой выполнен из материала, обладающего высоким сродством к кислороду, например, высокочистого титана или сплава на основе титана.In a particular embodiment, the metal sheath of the monofilament billet is made of a bimetallic pipe, the outer layer of which is made of highly electrical and heat-conducting material, and the inner layer is made of a material with high affinity for oxygen, for example, high-purity titanium or an alloy based on titanium.
В частном варианте сердечник выполнен из прутков высокоэлектро- и теплопроводного материала одного размера.In a particular embodiment, the core is made of bars of highly electrical and heat-conducting material of the same size.
В частном варианте матрица выполнена из прутков высокоэлектро- и теплопроводного материала одного размера.In a particular embodiment, the matrix is made of bars of high-electrical and heat-conducting material of the same size.
В частном варианте в качестве материала металлического чехла используют упрочненный сплав на основе меди, или нанокомпозиционный сплав меди с содержанием ниобия до 20%, или никель, или железо, или сплав меди с никелем, или биметаллический материал, наружный слой которого выполнен из высокоэлектро- и теплопроводного материала.In a particular embodiment, a hardened copper-based alloy, or a nanocomposite copper alloy with a niobium content of up to 20%, or nickel, or iron, or an alloy of copper with nickel, or a bimetallic material, the outer layer of which is made of high-electric and heat conducting material.
В частном варианте в качестве высокоэлектро- и теплопроводного материала используют алюминий, медь, серебро, золото или сплавы на их основе.In a particular embodiment, aluminum, copper, silver, gold, or alloys based on them are used as highly electrical and heat-conducting material.
В частном варианте волочение проводят с промежуточными отжигами при температуре не выше 600°С.In a particular embodiment, drawing is carried out with intermediate annealing at a temperature of no higher than 600 ° C.
В частном варианте промежуточные отжиги проводят в среде инертного газа.In a particular embodiment, intermediate annealing is carried out in an inert gas medium.
В частном варианте промежуточные отжиги проводят в среде вакуума.In a particular embodiment, intermediate annealing is carried out in a vacuum environment.
В частном варианте отжиг композиционного провода проводят в среде вакуума при температуре 600-950°С.In a particular embodiment, the annealing of the composite wire is carried out in a vacuum at a temperature of 600-950 ° C.
В частном варианте отжиг композиционного провода проводят в среде инертного газа при температуре 600-950°С.In a particular embodiment, the annealing of the composite wire is carried out in an inert gas at a temperature of 600-950 ° C.
Таким образом, применение в конструкции сверхпроводящего провода сердечника и матрицы из высокоэлектро- и теплопроводного материала позволяет своевременно отводить тепло, которое возникает при протекании тока, от моноволоконных мерных частей. Это значительно снижает вероятность перегрева провода в целом и минимизирует вероятность перехода его в несверхпроводящее состояние при рабочих условиях и повышает стабильность его работы.Thus, the use of a core and a matrix of highly electrically and thermally conductive material in the design of the superconducting wire allows the heat, which occurs when current flows, to be removed from the monofilament measured parts to be timely. This significantly reduces the likelihood of overheating of the wire as a whole and minimizes the likelihood of it becoming non-superconducting under operating conditions and increases the stability of its operation.
Использование для изготовления матрицы и сердечника высокоэлектро- и теплопроводных материалов, таких как алюминий, медь, серебро, золото и сплавы на их основе, обусловлено их высокими электрофизическими характеристиками, такими как электропроводность и теплопроводность (Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, A.M. Братковский и др., под ред. И.С. Григорьева. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с. 340-344, таблица «Теплопроводность простейших химических веществ»).The use of high-electric and heat-conducting materials, such as aluminum, copper, silver, gold and alloys based on them, for the manufacture of the matrix and core is due to their high electrophysical characteristics, such as electrical conductivity and thermal conductivity (Reference / A.P. Babichev, N.A. Babushkina, AM Bratkovsky et al., Under the editorship of IS Grigoryev. - M .: Energoatomizdat, 1991, pp. 340-344, table "Thermal conductivity of the simplest chemicals").
Использование в качестве материала металлической оболочки металла или сплава, обладающего высоким сродством к кислороду, позволяет снизить количество в сверхпроводящей сердцевине балластных примесных несверхпроводящих соединений, таких как оксид магния, что приводит к повышению количества и качества образовавшегося сверхпроводящего диборида магния и способствует увеличению токонесущей способности провода.The use of a metal shell of a metal or alloy with a high affinity for oxygen reduces the amount of ballast impurity non-superconducting compounds in the superconducting core, such as magnesium oxide, which leads to an increase in the quantity and quality of the formed superconducting magnesium diboride and increases the current carrying capacity of the wire.
Использование в качестве материала металлического чехла упрочненного сплава на основе меди или нанокомпозиционного сплава медь - ниобий с содержанием ниобия до 20% или никель или сплав медь - никель или биметаллический материал, наружный слой которого представляет собой высокоэлектро- и теплопроводный материал позволяет обеспечить удовлетворительные механические свойства композиционного материала, что способствует устойчивому деформированию многоволоконной заготовки и получению неизменной геометрии поперечного сечения провода по длине.The use of a hardened alloy based on copper or a nanocomposite copper-niobium alloy with a niobium content of up to 20% or nickel or a copper-nickel alloy or a bimetallic material, the outer layer of which is a high-electric and heat-conducting material, can be used to provide satisfactory mechanical properties of the composite material, which contributes to the stable deformation of the multi-fiber preform and obtaining a constant geometry of the wire cross section along length.
Кроме этого, при деформировании многоволоконной композиционной заготовки путем волочения максимальные растягивающие напряжения сосредоточены в ее центре. Если в центре сборки находится элемент, содержащий порошок, возрастает вероятность обрывности такого элемента, что приводит к разрыву всего проводника. Наличие в центре высокоэлектро- и теплопроводного материала, например меди, снижает вероятность обрывности проводника и способствует получению длинномерного провода на основе диборида магния.In addition, when deforming a multi-fiber composite preform by drawing, the maximum tensile stresses are concentrated in its center. If the element containing the powder is in the center of the assembly, the likelihood of a break in such an element increases, which leads to rupture of the entire conductor. The presence of a highly electrically and thermally conductive material, such as copper, in the center reduces the likelihood of a broken wire and contributes to the production of a long wire based on magnesium diboride.
При деформировании многоволоконной заготовки, состоящей из мерных частей моноволоконного прутка, может произойти искажение геометрии поперечного сечения, обрывность барьера отдельных волокон, увеличение или уменьшение размера отдельных мерных частей в процессе деформации. При этом искажение формы отдельного волокна приводит к искажению формы другого волокна, накопление таких нарушений по всем волокнам может привести к обрывности единичных волокон и последующей обрывности группы волокон и провода в целом. Расположение мерных частей моноволоконного прутка в матрице позволяет предотвратить искажение формы волокон в готовом проводнике, препятствует передаче деформации и искажения от волокон одного коаксиального слоя к волокнам последующих коаксиальных слоев, что способствует более устойчивому протеканию деформации, и ведет к получению длинномерного провода. Расположение мерных частей моноволоконного прутка в матрице в виде секторов и разделение образованных секторов мерными частями моноволоконного прутка также способствует протеканию устойчивого волочения, препятствует искажению волокон.When a multi-fiber preform consisting of measuring parts of a monofilament rod is deformed, distortion of the cross-section geometry, breaking of the barrier of individual fibers, increase or decrease in the size of individual measured parts during deformation can occur. In this case, the shape distortion of a single fiber leads to a shape distortion of another fiber, the accumulation of such violations along all fibers can lead to the breaking of single fibers and subsequent breaking of the group of fibers and the wire as a whole. The location of the measured parts of the monofilament rod in the matrix prevents the distortion of the shape of the fibers in the finished conductor, prevents the transfer of deformation and distortion from the fibers of one coaxial layer to the fibers of subsequent coaxial layers, which contributes to a more stable course of deformation, and leads to a long wire. The location of the measured parts of the monofilament rod in the matrix in the form of sectors and the separation of the formed sectors by the measured parts of the monofilament rod also contributes to the flow of stable drawing and prevents distortion of the fibers.
Расположение мерных частей моноволоконного прутка в тангенциальных направлениях способствует сохранению заданного расположения мерных частей моноволоконного прутка, что позволяет получить длинномерный провод. Расположение матрицы из высокоэлектро- и теплопроводного материала также по тангенциальным направлениям способствует более быстрому отводу избыточного тепла, что предотвращает переход сверхпроводника в нормальное состояние.The location of the measured parts of the monofilament rod in tangential directions helps to maintain the specified location of the measured parts of the monofilament rod, which allows to obtain a long wire. The location of the matrix of highly electrical and heat-conducting material also in tangential directions contributes to a faster removal of excess heat, which prevents the superconductor from becoming normal.
Проведение промежуточных отжигов при температурах выше 600°С в процессе получения сверхпроводящих композиционных проводников на основе диборида магния нежелательно в связи с возможностью образования областей сверхпроводящего соединения, которые могут препятствовать прохождению дальнейшей деформации.Conducting intermediate anneals at temperatures above 600 ° C during the preparation of superconducting composite conductors based on magnesium diboride is undesirable due to the possibility of forming regions of the superconducting compound, which can impede the passage of further deformation.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлено поперечное сечение многоволоконной заготовки, собранной для изготовления длинномерного сверхпроводящего композиционного провода на основе диборида магния. В собранной предлагаемым способом заготовке (фиг. 1) формируют сборку из сердечника 1 из высокоэлектро- и теплопроводного материала, вокруг которого коаксиальными слоями располагают мерные части моноволоконного прутка 2 в матрице 3 из высокоэлектро- и теплопроводного материала. Затем сформированную сборку размещают в металлическом чехле 4.In FIG. 1 is a cross-sectional view of a multi-fiber preform assembled for manufacturing a lengthy superconducting composite wire based on magnesium diboride. In the workpiece assembled by the proposed method (Fig. 1), an assembly of a
По второму варианту, фиг. 2, в центре сборки располагают сердечник 1 из высокоэлектро- и теплопроводного материала, вокруг которого размещают один слой мерных частей моноволоконного прутка 2. Затем вокруг располагают сектора, разделенные мерными частями моноволоконного прутка 2, при этом каждый сектор представляет собой набор определенным образом расположенных мерных частей моноволоконного прутка 2 в матрице 3 из высокоэлектро- и теплопроводного материала. Полученную сборку располагают в металлическом чехле 4.In a second embodiment, FIG. 2, in the center of the assembly, a
Технология изготовления сверхпроводника по заявляемому способу включает следующие основные этапы:The manufacturing technology of the superconductor according to the claimed method includes the following main steps:
1. Формирование моноволоконной заготовки;1. The formation of monofilament blanks;
2. Деформирование моноволоконной заготовки до прутка требуемого размера;2. Deformation of a monofilament billet to a bar of the required size;
3. Резка полученного прутка на мерные части;3. Cutting the resulting bar into measured parts;
4. Формирование многоволоконной заготовки;4. The formation of multi-fiber blanks;
5. Деформирование полученной заготовки до необходимого размера;5. Deformation of the resulting workpiece to the required size;
6. Проведение отжига провода для образования сверхпроводящего соединения.6. Annealing the wire to form a superconducting compound.
Пример 1. Порошки магния и аморфного бора смешивают до образования однородной шихты. Берут металлическую трубу, в качестве металлической оболочки, из высокочистого титана длиной 300 мм, внешним диаметром 18 мм, с толщиной стенки 1,4 мм, один из концов которой был закован вплоть до исчезновения внутреннего отверстия и внутри нее размещают никелевую сетку, размер ячеек которой сопоставим с размером порошка, затем заполняют смесью порошков бора и магния, после этого с другого конца металлической трубы размещают никелевую сетку. Полученную заготовку с порошковой смесью деформируют волочением с промежуточными отжигами при температурах (500-550)°С вплоть до диаметра 1 мм и проводят термообработку в вакууме при температуре 700°С в течение 2 часов.Example 1. Powders of magnesium and amorphous boron are mixed until a uniform charge is formed. They take a metal pipe, as a metal shell, from high-purity titanium 300 mm long, 18 mm outer diameter, and 1.4 mm wall thickness, one of the ends of which was chained until the internal hole disappeared and a nickel mesh was placed inside it, the mesh size of which comparable to the size of the powder, then filled with a mixture of powders of boron and magnesium, then a nickel mesh is placed at the other end of the metal pipe. The obtained preform with a powder mixture is deformed by drawing with intermediate annealing at temperatures (500-550) ° C up to a diameter of 1 mm and heat treatment is carried out in vacuum at a temperature of 700 ° C for 2 hours.
Из прутков диаметром 5,7 мм, полученных после волочения, но до их термообработки, изготавливали многоволоконные провода. При этом полученные прутки рубили на мерные части и формировали многоволоконные композиционные заготовки путем помещения 14 названных нарубленных прутков вокруг медного сердечника в медном чехле длиной 400 мм, диаметром 44 мм, с толщиной стенки 5 мм. После герметизации проводили деформирование полученной многоволоконной заготовки путем волочения до диаметра 1 мм, длина полученного сверхпроводящего провода составила более 1000 м. Отжиг полученных одноволоконных и многоволоконных проводников проводили в среде высокочистого аргона при температуре 600°С в течение 20 часов. Затем проводили измерения критического тока на образцах полученных многоволоконных проводов.Multi-fiber wires were made from rods with a diameter of 5.7 mm obtained after drawing, but before their heat treatment. At the same time, the resulting rods were cut into measuring parts and multifilament composite billets were formed by placing 14 of the above chopped rods around a copper core in a copper case 400 mm long, 44 mm in diameter, with a wall thickness of 5 mm. After sealing, the obtained multi-fiber preform was deformed by drawing to a diameter of 1 mm, the length of the obtained superconducting wire was more than 1000 m. The obtained single-fiber and multi-fiber conductors were annealed in high-purity argon at a temperature of 600 ° C for 20 hours. Then, critical current was measured on samples of the obtained multifiber wires.
Пример 2. Порошки магния и аморфного бора смешивают до образования однородной шихты. Берут биметаллическую трубу, наружный слой которой выполнен из меди, а внутренний слой выполнен из ниобия, длиной 300 мм, внешним диаметром 22,5 мм, с толщиной стенки 3,5 мм, затем заполняют смесью порошков бора и магния. Полученную заготовку с порошковой смесью деформируют волочением без промежуточных отжигов до размера «под ключ» 3,1 мм.Example 2. Powders of magnesium and amorphous boron are mixed until a uniform charge is formed. A bimetallic pipe is taken, the outer layer of which is made of copper, and the inner layer is made of niobium, 300 mm long, 22.5 mm outer diameter, with a wall thickness of 3.5 mm, then filled with a mixture of boron and magnesium powders. The resulting preform with a powder mixture is deformed by drawing without intermediate annealing to a turnkey size of 3.1 mm.
Затем заготовку разрезают на мерные части по 400 мм и формируют многоволоконную сборку следующим образом: в центре располагают 7 прутков из меди с размером «под ключ» 3,1 мм, вокруг располагают слой моноволоконных прутков, затем размещают сектора, разделенные моноволоконными прутками. Общее число моноволоконных прутков в сборке составляет 78, общее число медных прутков составляет 78. Полученную сборку размещают в металлическом чехле с внутренним диаметром 45 мм, а внешним диаметром 56 мм. После герметизации проводили деформирование полученной многоволоконной заготовки путем волочения до диаметра 1 мм, длина полученного сверхпроводящего провода составила более 700 м. Отжиг полученных многоволоконных проводов проводили в среде высокочистого аргона при температуре 650°С в течение 20 часов. Затем проводили измерения критического тока на образцах полученных многоволоконных проводов.Then the workpiece is cut into measuring parts of 400 mm and a multi-fiber assembly is formed as follows: in the center there are 7 copper rods with a “turnkey” size of 3.1 mm, a layer of monofilament rods is placed around, then sectors separated by monofilament rods are placed. The total number of monofilament rods in the assembly is 78, the total number of copper rods is 78. The resulting assembly is placed in a metal case with an inner diameter of 45 mm and an outer diameter of 56 mm. After sealing, the obtained multi-fiber preform was deformed by drawing to a diameter of 1 mm, the length of the obtained superconducting wire was more than 700 m. The obtained multi-fiber wires were annealed in high-purity argon at a temperature of 650 ° C for 20 hours. Then, critical current was measured on samples of the obtained multifiber wires.
Определение величины критического тока полученных проводов проводили стандартным четырехконтактным методом в собственном поле. Критический ток определяли из вольтамперных характеристик на уровне напряжений Е=1 мкВ/см. Плотность критического тока рассчитывают как отношение величины критического тока к площади поперечного сечения сверхпроводящей сердцевины. На всех полученных проводах плотность критического тока составила не менее 6,5⋅106 А/см2, что характеризует преимущество предлагаемого способа.The critical current value of the obtained wires was determined by the standard four-contact method in the own field. The critical current was determined from the current-voltage characteristics at the voltage level E = 1 μV / cm. The critical current density is calculated as the ratio of the critical current to the cross-sectional area of the superconducting core. On all the wires obtained, the critical current density was at least 6.5 610 6 A / cm 2 , which characterizes the advantage of the proposed method.
Таким образом, заявленным способом получают длинномерные сверхпроводящие провода на основе диборида магния с высокой токонесущей способностью.Thus, the claimed method receive long superconducting wires based on magnesium diboride with high current carrying capacity.
Claims (26)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016132683A RU2647483C2 (en) | 2016-08-09 | 2016-08-09 | Method for obtaining long-dimensional superconducting composite wire based on magnesium diboride (options) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016132683A RU2647483C2 (en) | 2016-08-09 | 2016-08-09 | Method for obtaining long-dimensional superconducting composite wire based on magnesium diboride (options) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016132683A RU2016132683A (en) | 2018-02-12 |
| RU2647483C2 true RU2647483C2 (en) | 2018-03-16 |
Family
ID=61227500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016132683A RU2647483C2 (en) | 2016-08-09 | 2016-08-09 | Method for obtaining long-dimensional superconducting composite wire based on magnesium diboride (options) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2647483C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2087957C1 (en) * | 1995-02-14 | 1997-08-20 | Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара | Intermetal compound base multifiber superconductor |
| WO2003035575A1 (en) * | 2001-10-19 | 2003-05-01 | Infm Istituto Nazionale Per La Fisica Della Materia | A METHOD INCLUDING A HEAT TREATMENT OF MANUFACTURING SUPERCONDUCTING WIRES BASED ON MgB2 |
| AU2012201062A1 (en) * | 2004-07-30 | 2012-03-15 | Columbus Superconductors S.R.L. | Superconducting composite wire made from magnesium diboride |
-
2016
- 2016-08-09 RU RU2016132683A patent/RU2647483C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2087957C1 (en) * | 1995-02-14 | 1997-08-20 | Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара | Intermetal compound base multifiber superconductor |
| WO2003035575A1 (en) * | 2001-10-19 | 2003-05-01 | Infm Istituto Nazionale Per La Fisica Della Materia | A METHOD INCLUDING A HEAT TREATMENT OF MANUFACTURING SUPERCONDUCTING WIRES BASED ON MgB2 |
| AU2012201062A1 (en) * | 2004-07-30 | 2012-03-15 | Columbus Superconductors S.R.L. | Superconducting composite wire made from magnesium diboride |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016132683A (en) | 2018-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11417445B2 (en) | Fabrication of reinforced superconducting wires | |
| US9741471B2 (en) | Semifinished wire with PIT elements for a superconducting wire containing Nb3Sn and method of producing the semifinished wire | |
| RU2507636C2 (en) | Metal assembly, stock for superconductor, superconductor and method suitable for superconductor production | |
| JPH0568808B2 (en) | ||
| WO2002103716A1 (en) | Superconducting wire material and method for preparation thereof, and superconducting magnet using the same | |
| EP0045584B1 (en) | Methods of making multifilament superconductors | |
| US20090036312A1 (en) | Multifilament Superconductor, as well as Method for its Production | |
| US10128428B2 (en) | Ternary molybdenum chalcogenide superconducting wire and manufacturing thereof | |
| RU171955U1 (en) | SUPERCONDUCTING COMPOSITE WIRE BASED ON MAGNESIUM DIBORIDE | |
| RU2647483C2 (en) | Method for obtaining long-dimensional superconducting composite wire based on magnesium diboride (options) | |
| JP2012074244A (en) | Manufacturing method of superconducting wire rod, and wire rod | |
| AU619468B2 (en) | Ceramic superconducting devices and fabrication methods | |
| RU170080U1 (en) | SUPERCONDUCTING COMPOSITE WIRE BASED ON MAGNESIUM DIBORIDE | |
| RU2546136C2 (en) | METHOD OF MANUFACTURING Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRE | |
| JP2006107841A (en) | Magnesium diboride compound sheath superconducting wire and manufacturing method of the same | |
| EP3961658A1 (en) | Blank for producing a long nb3 sn-based superconducting wire | |
| CN111183494A (en) | Method for producing superconductor | |
| RU2182736C2 (en) | Composite superconductor manufacturing process | |
| WO2023152331A1 (en) | Production of magnesium diboride wires | |
| JP2005141968A (en) | Compound superconducting wire material and its manufacturing method | |
| JP4212882B2 (en) | Manufacturing method of oxide superconducting wire | |
| RU2522901C2 (en) | Nb3Sn -BASED SUPERCONDUCTING WIRE | |
| KR101017779B1 (en) | APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING MgB2 SUPERCONDUCTING MULTI-CORE WIRE/TAPES AND MgB2 SUPERCONDUCTING MULTI-CORE WIRE/TAPES THEREOF | |
| RU2276418C1 (en) | Method for producing long-measuring composite wire based on high-temperature superconducting compounds | |
| JPH04133215A (en) | Manufacture of nb3(al, ge) super conductive wire |