RU2764062C1 - Продукт-предшественник для использования при изготовлении сверхпроводящей проволоки, способ производства продукта-предшественника и сверхпроводящая проволока - Google Patents

Продукт-предшественник для использования при изготовлении сверхпроводящей проволоки, способ производства продукта-предшественника и сверхпроводящая проволока Download PDF

Info

Publication number
RU2764062C1
RU2764062C1 RU2021116488A RU2021116488A RU2764062C1 RU 2764062 C1 RU2764062 C1 RU 2764062C1 RU 2021116488 A RU2021116488 A RU 2021116488A RU 2021116488 A RU2021116488 A RU 2021116488A RU 2764062 C1 RU2764062 C1 RU 2764062C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tin
wires
niobium
composite
cross
Prior art date
Application number
RU2021116488A
Other languages
English (en)
Inventor
Синия КАВАСИМА
Такао КАВАРАДА
Original Assignee
Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) filed Critical Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.)
Application granted granted Critical
Publication of RU2764062C1 publication Critical patent/RU2764062C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • H10N60/0772—Processes including the use of non-gaseous precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
    • 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
    • H01B12/10—Multi-filaments embedded in normal conductors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0184—Manufacture or treatment of devices comprising intermetallic compounds of type A-15, e.g. Nb3Sn
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к продукту-предшественнику, который должен использоваться при изготовлении сверхпроводящей проволоки, к способу производства продукта-предшественника и к сверхпроводящей проволоке. Техническим результатом является получение сверхпроводящей проволоки, имеющей повышенную критическую плотность тока. Согласно изобретению продукт-предшественник представляет собой волоченый проволочный продукт композитной трубы, причем композитная труба содержит: группу композитных проволок; барьерный слой; и защитный слой, при этом группа композитных проволок имеет: множество оловянных проволок, каждая из которых имеет, по меньшей мере, один оловянный сердечник, изготовленный из олова или оловянного сплава, и медную матрицу, которая окружает, по меньшей мере, один оловянный сердечник; и множество ниобиевых проволок, каждая из которых имеет множество ниобиевых сердечников, изготовленных из ниобия или ниобиевого сплава, и медную матрицу, которая окружает множество ниобиевых сердечников, причем множество ниобиевых проволок располагаются таким образом, что каждая из оловянных проволок окружается ниобиевыми проволоками, группа композитных проволок содержит титан, и содержание титана больше или равно 0,38 мас.% и меньше или равно 0,55 мас.%. 3 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 4 пр.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к продукту-предшественнику, который должен использоваться при изготовлении сверхпроводящей проволоки, к способу производства продукта-предшественника и к сверхпроводящей проволоке.
Уровень техники
[0002] В оборудовании на основе ядерного магнитного резонанса (NMR-оборудовании), оборудовании на основе магнитно-резонансной визуализации (MRI-оборудовании), термоядерном реакторе, ускорителе и т.п., сверхпроводящий электромагнит используется для того, чтобы формировать сильное магнитное поле. В последние годы, вследствие необходимости для такого сверхпроводящего магнита иметь увеличение производительности и уменьшенный размер, сверхпроводящая проволока для сверхпроводящего магнита также должна увеличивать: критическое магнитное поле и критическую плотность тока для того, чтобы формировать сильное магнитное поле. Традиционно, Nb3Sn сверхпроводящая проволока используется в качестве сверхпроводящей проволоки, которая обеспечивает формирование сильного магнитного поля.
[0003] В качестве способа изготовления Nb3Sn сверхпроводящей проволоки предложены технологический процесс с использованием бронзы и внутренний технологический процесс с использованием олова. В этом отношении, "внутренний технологический процесс с использованием олова" означает способ, в котором Nb3Sn формируется посредством проведения термической обработки продукта-предшественника сверхпроводящей проволоки, в которой ниобиевый сердечник и оловянный сердечник размещаются таким образом, что ниобиевый сердечник и оловянный сердечник не входят в контакт между собой в медной матрице, и обеспечения возможности олову, диспергированному в медной матрице, реагировать с ниобием. В свете эффективности формирования Nb3Sn и стоимости проведения термической обработки для проволоки, известно, что внутренний технологический процесс с использованием олова является преимущественным по сравнению со способом с использованием бронзы.
[0004] В качестве продукта-предшественника, который должен использоваться во внутреннем технологическом процессе с использованием олова, предложен продукт-предшественник, в котором ниобиевая проволока, включающая в себя ниобиевый сердечник, заделанный в медную матрицу, комбинируется с оловянной проволокой, не имеющей медной матрицы на поверхности олова (см. публикацию не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 2010-15821). Утверждается, что за счет этого традиционного продукта-предшественника, сниженный объем медной матрицы в продукте-предшественнике обеспечивает повышение критической плотности тока Nb3Sn сверхпроводящей проволоки.
[0005] Кроме того, также предложен продукт-предшественник, в котором медная матрица и множество ниобиевых сердечников размещаются вокруг оловянного сердечника (см. публикацию не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 2007-214002). Утверждается, что за счет этого традиционного продукта-предшественника, повышение критической плотности тока Nb3Sn сверхпроводящей проволоки обеспечивается вследствие задания диаметра проволоки ниобиевых сердечников в продукте-предшественнике большим или равным 5 мкм и меньшим или равным 30 мкм и задания среднего расстояния от оловянного сердечника до ниобиевых сердечников, присутствующих в непосредственной близости к оловянному сердечнику, меньшим или равным 100 мкм.
[0006] Эти традиционные продукты-предшественники повышают критическую плотность тока Nb3Sn сверхпроводящей проволоки посредством относительного увеличения объемной доли ниобия в продукте-предшественнике, но предусмотрено требование в отношении дополнительного повышения критической плотности тока сверхпроводящей проволоки, в частности, критической плотности тока в сильном магнитном поле.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0007] Патентный документ 1. Публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии номер 2010-15821
Патентный документ 2. Публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии номер 2007-214002
Сущность изобретения
Задачи, которые должны быть решены изобретением
[0008] Настоящее изобретение осуществлено в свете вышеописанных обстоятельств, и цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять: продукт-предшественник, который должен использоваться при изготовлении сверхпроводящей проволоки, причем продукт-предшественник обеспечивает возможность получения сверхпроводящей проволоки, имеющей повышенную критическую плотность тока; способ производства продукта-предшественника; и сверхпроводящую проволоку, имеющую повышенную критическую плотность тока.
Средство для решения задач
[0009] Аспект изобретения, осуществленный для решения вышеуказанных проблем, включает продукт-предшественник для использования при изготовлении Nb3Sn сверхпроводящей проволоки посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова, причем продукт-предшественник представляет собой волоченый проволочный продукт композитной трубы,
причем композитная труба содержит:
группу композитных проволок;
цилиндрический барьерный слой, располагающийся таким образом, что цилиндрический барьерный слой окружает группу композитных проволок для предотвращения проникания олова; и
цилиндрический защитный слой, покрывающий внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя,
при этом:
группа композитных проволок содержит:
множество оловянных проволок, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один оловянный сердечник, изготовленный из олова или оловянного сплава, и медную матрицу, которая окружает, по меньшей мере, один оловянный сердечник; и
множество ниобиевых проволок, каждая из которых содержит множество ниобиевых сердечников, изготовленных из ниобия или ниобиевого сплава, и медную матрицу, которая окружает множество ниобиевых сердечников, причем множество ниобиевых проволок расположены таким образом, что каждая из оловянных проволок окружается ниобиевыми проволоками,
группа композитных проволок содержит титан, и содержание титана больше или равно 0,38 мас.% и меньше или равно 0,55 мас.%, и
на виде в поперечном сечении:
центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней, каждый из которых получается из множества оловянных проволок, расположены для образования по существу плоской решетки, и
среднее расстояние от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней в точках решетки единичной ячейки больше или равно 30 мкм и меньше или равно 50 мкм.
[0010] В результате серьезных исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, обнаружено то, что диффузионное расстояние олова при термической обработке продукта-предшественника составляет приблизительно 50 мкм, и то, что из олова крупные зерна Nb3Sn формируются в положении, удаленном от диффузионного расстояния, за счет этого способствуя уменьшению критической плотности тока сверхпроводящей проволоки. Соответственно, относительно продукта-предшественника в первом аспекте настоящего изобретения, на виде в поперечном сечении, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней, получающихся из множества оловянных проволок, позиционируются с возможностью формировать по существу плоскую решетку, и среднее расстояние от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней в точках решетки единичной ячейки задается с возможностью попадать в пределы вышеуказанного диапазона. Поскольку группа композитных проволок композитной трубы имеет конструкцию, в которой множество ниобиевых проволок контактируют с периферией оловянных проволок, относительно продукта-предшественника, представляющего собой волоченый проволочный продукт композитной трубы: ниобиевые линейные стержни, получающиеся из ниобиевых проволок, позиционируются в пределах зоны, подпадающей в диапазон, равный или меньший верхнего предела относительно оловянных линейных стержней, за счет этого обеспечивая дисперсию достаточного количества олова по ниобиевым линейным стержням при термической обработке посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова. Другими словами, продукт-предшественник обеспечивает возможность: предотвращения недостаточной величины дисперсии олова на участке на большом расстоянии от оловянных линейных стержней; стимулирования формирования тонких и равноосных зерен Nb3Sn, которые должны представлять собой участки пиннинга магнитного потока; и подавления формирования крупных зерен Nb3Sn, которые имеют низкую силу пиннинга магнитного потока, за счет этого обеспечивая возможность получения сверхпроводящей проволоки, имеющей повышенную критическую плотность тока. Кроме того, поскольку группа композитных проволок содержит титан, и содержание титана попадает в пределы вышеуказанного диапазона, продукт-предшественник обеспечивает повышение критической плотности тока, в частности, в сильном магнитном поле, при предотвращении уменьшения формируемого количества Nb3Sn для сверхпроводящей проволоки, которая должна получаться.
[0011] Другой аспект изобретения, осуществленный для решения вышеуказанных проблем, представляет собой способ производства продукта-предшественника для использования при изготовлении Nb3Sn сверхпроводящей проволоки посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова, при этом способ содержит этапы, на которых:
подготавливают композитную трубу, содержащую:
группу композитных проволок;
цилиндрический барьерный слой, располагающийся таким образом, что цилиндрический барьерный слой окружает группу композитных проволок, чтобы предотвращать проникание олова; и
цилиндрический защитный слой, покрывающий внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя,
и
выполняют волочение композитной трубы,
при этом:
группа композитных проволок содержит:
множество оловянных проволок, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один оловянный сердечник, изготовленный из олова или оловянного сплава, и медную матрицу, которая окружает, по меньшей мере, один оловянный сердечник; и
множество ниобиевых проволок, каждая из которых содержит множество ниобиевых сердечников, изготовленных из ниобия или ниобиевого сплава, и медную матрицу, которая окружает множество ниобиевых сердечников, причем множество ниобиевых проволок располагают таким образом, что каждая из оловянных проволок окружается ниобиевыми проволоками,
группа композитных проволок содержит титан, и содержание титана больше или равно 0,38 мас.% и меньше или равно 0,55 мас.%,
на виде в поперечном сечении композитной трубы после волочения, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней, каждый из которых получен из множества оловянных проволок, размещены с формированием по существу плоской решетки, и
при волочении, композитную трубу подвергают волочению таким образом, что среднее расстояние от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней в точках решетки единичной ячейки больше или равно 30 мкм и меньше или равно 50 мкм.
[0012] Продукт-предшественник, произведенный за счет способа производства продукта-предшественника другого аспекта изобретения, имеет конструкцию, идентичную конструкции продукта-предшественника первого аспекта изобретения; в силу этого способ производства продукта-предшественника обеспечивает возможность получения сверхпроводящей проволоки, имеющей повышенную критическую плотность тока.
[0013] Еще один другой аспект изобретения, осуществленный для решения вышеуказанных проблем, представляет собой сверхпроводящую проволоку, содержащую
композитные линейные стержни, каждый из которых содержит множество пор вдоль продольного направления, и содержащие, по меньшей мере, Nb3Sn и медь;
цилиндрический барьерный слой, располагающийся таким образом, что цилиндрический барьерный слой окружает композитные линейные стержни, чтобы предотвращать проникание олова; и
цилиндрический защитный слой, покрывающий внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя,
при этом:
на виде в поперечном сечении:
центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих пор расположены с формирование по существу плоской решетки, и
среднее расстояние от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждой из пор в точках решетки единичной ячейки больше или равно 30 мкм и меньше или равно 50 мкм, и
композитные линейные стержни содержат титан, и содержание титана больше или равно 0,38 мас.% и меньше или равно 0,55 мас.%.
[0014] Сверхпроводящая проволока еще одного другого аспекта изобретения может легко производиться посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова с использованием продукта-предшественника первого аспекта изобретения. Кроме того, относительно сверхпроводящей проволоки, поскольку на виде в поперечном сечении, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих пор, получающихся из олова, позиционируются с возможностью формировать по существу плоскую решетку, и среднее расстояние от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждой из пор в точках решетки единичной ячейки задается с возможностью попадать в пределы вышеуказанного диапазона, достаточное количество олова можно диспергировать по композитным линейным стержням согласно термической обработке посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова во время изготовления. Другими словами, сверхпроводящая проволока предотвращает недостаточную величину дисперсии олова на участке на большом удалении от олова и подавляет формирование крупных зерен Nb3Sn, показывая повышенную критическую плотность тока. Кроме того, поскольку композитные линейные стержни содержат титан, и содержание титана попадает в пределы вышеуказанного диапазона, сверхпроводящая проволока содержит большое количество Nb3Sn, и критическая плотность тока повышается, в частности, в сильном магнитном поле.
Преимущества изобретения
[0015] Как описано выше, аспекты настоящего изобретения обеспечивают предоставление следующего: продукт-предшественник, который должен использоваться при изготовлении сверхпроводящей проволоки, причем продукт-предшественник обеспечивает возможность получения сверхпроводящей проволоки, имеющей повышенную критическую плотность тока; способ производства продукта-предшественника; и сверхпроводящая проволока, имеющая повышенную критическую плотность тока.
Краткое описание чертежей
[0016] Фиг. 1 является видом в поперечном сечении, схематично иллюстрирующим продукт-предшественник одного варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 является видом в поперечном сечении, схематично иллюстрирующим сверхпроводящую проволоку, изготовленную из продукта-предшественника на фиг. 1.
Подробное описание вариантов осуществления
[0017] В дальнейшем в этом документе подробно описываются варианты осуществления продукта-предшественника, способа производства продукта-предшественника и сверхпроводящей проволоки, согласно настоящему изобретению, со ссылкой на чертежи.
[0018] Продукт-предшественник 1 на фиг. 1 представляет собой продукт-предшественник сверхпроводящей проволоки перед термической обработкой, который должен использоваться при изготовлении Nb3Sn сверхпроводящей проволоки посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова, и область поперечного сечения продукта-предшественника 1 формируется с возможностью иметь по существу круглую область поперечного сечения на виде в поперечном сечении. Продукт-предшественник 1 представляет собой волоченый проволочный продукт композитной трубы, имеющей: группу композитных проволок; цилиндрический барьерный слой, располагающийся таким образом, что цилиндрический барьерный слой окружает группу композитных проволок, чтобы предотвращать проникание олова; и цилиндрический защитный слой, покрывающий внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя. Как упомянуто в данном документе, "волоченый проволочный продукт композитной трубы" означает формованный продукт в состоянии, в котором диаметр композитной трубы уменьшается в радиальном направлении посредством волочения проволоки, и означает продукт, в котором после волочения проволоки, изменение конструктивной компоновки, за исключением уменьшения диаметра, является незначительным по сравнению с изменением конструктивной компоновки перед волочением проволоки.
[0019] Композитная труба
Композитная труба перед волочением проволоки формируется с возможностью иметь по существу круглую область поперечного сечения на виде в поперечном сечении и имеет конструкцию, в которой группа композитных проволок вставляется вовнутрь, в котором барьерный слой цилиндрически располагается на внутренней периферийной поверхности цилиндрического защитного слоя. Следует отметить, что в качестве материала барьерного слоя, используются, например, ниобий и/или титан, и с точки зрения обеспечения возможности формирования Nb3Sn также на внутренней периферийной поверхности барьерного слоя, ниобий является предпочтительным.
[0020] Группа композитных проволок
Группа композитных проволок имеет: множество оловянных проволок, каждая из которых содержит оловянный сердечник, изготовленный из олова или оловянного сплава, и медную матрицу, которая окружает оловянный сердечник; и множество ниобиевых проволок, каждая из которых содержит множество ниобиевых сердечников, изготовленных из ниобия или ниобиевого сплава, и медную матрицу, которая окружает множество ниобиевых сердечников, причем множество ниобиевых проволок располагаются таким образом, что каждая из оловянных проволок окружается посредством ниобиевых проволок. Каждая из оловянных проволок и ниобиевых проволок формируется чтобы иметь по существу регулярную шестиугольную область поперечного сечения на виде в поперечном сечении, и проволоки комбинируются таким образом, что, пространственно, по существу отсутствуют промежутки. В частности, оловянные проволоки и ниобиевые проволоки комбинируются таким образом, что: три из каждых из ниобиевых проволок и оловянных проволок попеременно контактируют с шестью поверхностями одной ниобиевой проволоки, и одна ниобиевая проволока контактирует с каждой из шести поверхностей одной оловянной проволоки; в силу этого медная матрица ниобиевых проволок и медная матрица оловянных проволок контактируют друг с другом.
[0021] Оловянные проволоки в группе композитных проволок позиционируются с регулярностью согласно такой комбинации оловянных проволок и ниобиевых проволок, как описано выше. В частности, на виде в поперечном сечении композитной трубы, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных проволок позиционируются с возможностью формировать по существу плоскую решетку (по существу треугольную решетку). Кроме того, на виде в поперечном сечении композитной трубы, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных проволок являются по существу конгруэнтными с центрами тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных сердечников, включенных в соответствующие оловянные проволоки.
[0022] Группа композитных проволок содержит титан (Ti). Титан может содержаться равномерно в каждой из оловянных проволок и ниобиевых проволок, но предпочтительно содержится в оловянных сердечниках. Другими словами, оловянные сердечники предпочтительно изготавливаются из сплава олова и титана. Посредством включения титана в оловянные сердечники, дисперсия олова стимулируется, за счет этого обеспечивая повышение критической плотности тока.
[0023] Нижний предел содержания титана относительно группы композитных проволок в целом типично составляет 0,38 мас.% и предпочтительно 0,4 мас.%. С другой стороны, верхний предел содержания титана типично составляет 0,55 мас.% и предпочтительно 0,5 мас.%. Когда содержание титана меньше нижнего предела, может быть невозможным получать достаточный эффект повышения критической плотности тока посредством титана в сверхпроводящей проволоке, которая должна получаться. С другой стороны, когда содержание титана превышает верхний предел, формирование Nb3Sn может затрудняться, и сверхпроводимость сверхпроводящей проволоки, которая должна получаться, может ухудшаться.
[0024] В случае включения титана в группу композитных проволок посредством использования оловянных сердечников, изготовленных из сплава олова и титана, содержание титана в оловянных сердечниках, изготовленных из сплава, может определяться таким образом, что содержание титана относительно группы композитных проволок в целом составляет требуемое значение. В частности, содержание титана в оловянных сердечниках, изготовленных из сплава, предпочтительно больше или равно 1 мас.% и меньше или равно 2 мас.%.
[0025] Способ производства продукта-предшественника
Способ производства продукта-предшественника настоящего изобретения используется для того, чтобы производить продукт-предшественник 1, который должен использоваться при изготовлении Nb3Sn сверхпроводящей проволоки посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова. Способ производства включает в себя: этап подготовки для подготовки композитной трубы и этап волочения для волочения композитной трубы.
[0026] Этап подготовки
Этап подготовки представляет собой этап подготовки композитной трубы. На этапе подготовки, композитная труба подготавливается, причем композитная труба имеет: группу композитных проволок; цилиндрический барьерный слой, располагающийся таким образом, что цилиндрический барьерный слой окружает группу композитных проволок, чтобы предотвращать проникание олова; и цилиндрический защитный слой, покрывающий внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя.
[0027] Группа композитных проволок подготовленной композитной трубы имеет, как описано выше: множество оловянных проволок, содержащих, по меньшей мере, один оловянный сердечник, изготовленный из олова или оловянного сплава, и медную матрицу, которая окружает, по меньшей мере, один оловянный сердечник; и множество ниобиевых проволок, содержащих множество ниобиевых сердечников, изготовленных из ниобия или ниобиевого сплава, и медную матрицу, которая окружает множество ниобиевых сердечников, причем множество ниобиевых проволок располагаются таким образом, что каждая из оловянных проволок окружается посредством ниобиевых проволок.
[0028] Кроме того, как описано выше, группа композитных проволок содержит титан, и содержание титана больше или равно 0,38 мас.% и меньше или равно 0,55 мас.%.
[0029] Этап волочения
Этап волочения представляет собой этап, на котором композитная труба, подготовленная на этапе подготовки, подвергается волочению, за счет этого обеспечивая продукт-предшественник 1. На этапе волочения, диаметр композитной трубы уменьшается в радиальном направлении посредством волочения проволоки. В качестве волочения проволоки может использоваться известная процедура волочения с использованием штампа.
[0030] Относительно композитной трубы после волочения проволоки (продукта-предшественника 1), изменение конструктивной компоновки, за исключением уменьшения диаметра, является незначительным по сравнению с композитной трубой перед волочением проволоки. Таким образом, относительно ниобиевых линейных стержней 2, получающихся из множества ниобиевых проволок, и оловянных линейных стержней 3, получающихся из множества оловянных проволок, в продукте-предшественнике 1, конструктивные компоновки множества ниобиевых проволок и множества оловянных проволок поддерживаются в своих исходных состояниях, за исключением уменьшения диаметра. Другими словами, на виде в поперечном сечении композитной трубы после этапа волочения, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней 3, получающихся из множества оловянных проволок, соответствуют компоновке множества оловянных проволок, позиционированных с возможностью формировать по существу плоскую решетку (по существу треугольную решетку).
[0031] Кроме того, на этапе волочения, конструктивная компоновка оловянных линейных стержней 3, получающихся из множества оловянных проволок, регулируется посредством уменьшения диаметра. В частности, на этапе волочения, композитная труба подвергается волочению таким образом, что среднее расстояние W от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней 3 в точках решетки единичной ячейки регулируется до значения, подходящего для дисперсии олова при термической обработке. Как упомянуто в данном документе, "среднее расстояние W" означает значение, определенное посредством следующего: получение расстояний от соответствующих точек решетки до центра тяжести относительно пяти ячеек произвольной единицы; и усреднение этих расстояний.
[0032] Следует отметить, что в случае продукта-предшественника 1, вследствие формы области поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней 3, напоминающей правильный шестиугольник, и формы единичной ячейки, напоминающей правильный треугольник, известная процедура, такая как согласование формы и т.п. с использованием фотомикрографических изображений, может использоваться в качестве процедуры вытягивания единичной ячейки и области поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней 3.
[0033] Нижний предел среднего расстояния W типично составляет 30 мкм, предпочтительно 33 мкм и более предпочтительно 35 мкм. С другой стороны, верхний предел среднего расстояния W типично составляет 50 мкм, предпочтительно 47 мкм и более предпочтительно 45 мкм. Когда среднее расстояние W меньше нижнего предела, само волочение проволоки может быть затруднительным, и/или стоимость волочения проволоки может увеличиваться. С другой стороны, когда среднее расстояние W превышает верхний предел, величина дисперсии олова от каждого из оловянных линейных стержней 3 до центров тяжести единичных ячеек, формирующих плоскую решетку, может быть недостаточной, и формирование крупных зерен Nb3Sn в центрах тяжести единичных ячеек может не подавляться.
[0034] Продукт-предшественник
Поскольку продукт-предшественник 1 представляет собой волоченый проволочный продукт композитной трубы, продукт-предшественник 1 наследует конструктивную компоновку композитной трубы перед волочением, за исключением уменьшения диаметра. В частности, продукт-предшественник 1 имеет: множество ниобиевых линейных стержней 2, получающихся из множества ниобиевых проволок; и множество оловянных линейных стержней 3, получающихся из множества оловянных проволок и имеющих конструкцию, в которой шесть ниобиевых линейных стержней 3 контактируют с одним оловянным линейным стержнем 3. Кроме того, продукт-предшественник 1 имеет цилиндрический барьерный слой 4, располагающийся таким образом, что цилиндрический барьерный слой 4 окружает множество ниобиевых линейных стержней 2 и множество оловянных линейных стержней 3, чтобы предотвращать проникание олова; и цилиндрический защитный слой 5, покрывающий внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя 4. Следует отметить, что фиг. 1 показывает, что продукт-предшественник 1 имеет пространство на стороне внутренней периферийной поверхности цилиндрической перегородки 4; тем не менее, фиг. 1 является схематичным видом в поперечном сечении, имеющим цель упрощения понимания конструкции продукта-предшественника 1, и фактически, это пространство закрывается за счет волочения проволоки при производстве продукта-предшественника 1.
[0035] Ниобиевые линейные стержни
Ниобиевые проволоки перед волочением проволоки все переходят в линейные стержни 2, и эти ниобиевые линейные стержни 2 формируются из: медной матрицы 2a и множества стержней 2b ниобиевых сердечников, каждый из которых изготовлен из ниобия или ниобиевого сплава и окружается посредством медной матрицы 2a. Множество стержней 2b ниобиевых сердечников должны размещаться в состоянии разнесения друг от друга за счет медной матрицы 2a, и их число и компоновки не ограничены конкретным образом.
[0036] Оловянные линейные стержни
Оловянные проволоки перед волочением проволоки все переходят в линейные стержни 3, и эти оловянные линейные стержни 3 формируются из: медной матрицы 3a и стержня 3b оловянного сердечника, изготовленного из олова или оловянного сплава и окруженного посредством медной матрицы 3a. Следует отметить, что оловянный линейный стержень 3 не ограничен стержнем, имеющим один стержень 3b оловянного сердечника, и один оловянный линейный стержень 3 может иметь множество стержней 3b оловянных сердечников.
[0037] Каждый из ниобиевых линейных стержней 2 и оловянных линейных стержней 3 формируется с возможностью иметь по существу регулярную шестиугольную область поперечного сечения на виде в поперечном сечении, и проволоки комбинируются таким образом, что, пространственно, по существу отсутствуют промежутки. Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 1, три из каждых из ниобиевых линейных стержней 2 и три из оловянных линейных стержней 2 попеременно контактируют с шестью поверхностями одного из ниобиевых линейных стержней 2, и один из ниобиевых линейных стержней 2 контактирует с каждой из шести поверхностей одного из оловянных линейных стержней 3; в силу этого медная матрица 2a каждого из ниобиевых линейных стержней 2 и медная матрица 3a каждого из оловянных линейных стержней 3 контактируют или присоединяются друг к другу.
[0038] Оловянные линейные стержни 3 позиционируются с регулярностью согласно вышеуказанной комбинации ниобиевых линейных стержней 2 и оловянных линейных стержней 3. В частности, на виде в поперечном сечении продукта-предшественника 1, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней 3 позиционируются с возможностью формировать по существу плоскую решетку (по существу треугольную решетку). Кроме того, на виде в поперечном сечении продукта-предшественника 1, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней 3 являются по существу конгруэнтными с центрами тяжести областей поперечного сечения соответствующих стержней 3b оловянных сердечников, включенных в соответствующие линейные стержни 3.
[0039] Среднее расстояние W от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней 3 в точках решетки единичной ячейки регулируется до значения, подходящего для дисперсии олова при термической обработке. В частности, нижний предел среднего расстояния W типично составляет 30 мкм, предпочтительно 33 мкм и более предпочтительно 35 мкм. С другой стороны, верхний предел среднего расстояния W типично составляет 50 мкм, предпочтительно 47 мкм и более предпочтительно 45 мкм. Когда среднее расстояние W меньше нижнего предела, волочение проволоки может становиться затруднительным, и/или стоимость волочения проволоки может увеличиваться. С другой стороны, когда среднее расстояние W превышает верхний предел, величина дисперсии олова от оловянных линейных стержней 3 до центров тяжести единичных ячеек, формирующих плоскую решетку, может быть недостаточной, и формирование крупных зерен Nb3Sn в центрах тяжести единичных ячеек может не подавляться.
[0040] Барьерный слой
Барьерный слой 4 представляет собой слой, который предотвращает просачивание наружу олова, которое диспергирует из оловянных линейных стержней 3 при термической обработке посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова, и имеет цилиндрическую форму таким образом, что барьерный слой 4 окружает множество ниобиевых линейных стержней 2 и множество оловянных линейных стержней 3. В качестве материала барьерного слоя 4, используются, например, ниобий и/или титан, и в свете обеспечения возможности формирования Nb3Sn также на внутренней периферийной поверхности барьерного слоя 4, ниобий является предпочтительным.
[0041] Защитный слой
Защитный слой 5 представляет собой стабилизатор, изготовленный из меди, который защищает продукт-предшественник 1 и имеет цилиндрическую форму таким образом, что защитный слой 5 покрывает внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя 4.
[0042] Сверхпроводящая проволока
Сверхпроводящая проволока 10 на фиг. 2 представляет собой Nb3Sn сверхпроводящую проволоку и формируется с возможностью иметь по существу круглую область поперечного сечения на виде в поперечном сечении. Сверхпроводящая проволока 10 может изготавливаться посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова из волоченого проволочного продукта композитной трубы, т.е. из продукта-предшественника 1. В этом случае, сверхпроводящая проволока 10 наследует конструктивную компоновку композитной трубы перед волочением, за исключением уменьшения диаметра. В частности, сверхпроводящая проволока 10 имеет: композитные линейные стержни 11, получающиеся из групп композитных проволок; и цилиндрический барьерный слой 14, располагающийся таким образом, что цилиндрический барьерный слой 14 окружает композитные линейные стержни 11, чтобы предотвращать проникание олова; и цилиндрический защитный слой 15, покрывающий внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя 14. Следует отметить, что фиг. 2 проиллюстрирован, как если сверхпроводящая проволока 10 имеет пространство на стороне внутренней периферийной поверхности цилиндрической перегородки 14; тем не менее, фиг. 2 является схематичным видом в поперечном сечении, имеющим цель упрощения понимания конструкции сверхпроводящей проволоки 10, и фактически, это пространство закрывается. В дальнейшем в этом документе, описывается случай производства посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова из продукта-предшественника 1 в качестве примера, но сверхпроводящая проволока 10 может изготавливаться посредством другого технологического процесса.
[0043] Кроме того, относительно сверхпроводящей проволоки 10, при проведении термической обработки для продукта-предшественника 1 посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова, олово, содержащееся в оловянных линейных стержнях 3 продукта-предшественника 1, диспергируется, и ниобий, содержащийся в ниобиевых линейных стержнях 2, реагирует с оловом с образованием Nb3Sn. Другими словами, композитные линейные стержни 11 сверхпроводящей проволоки 10 содержат Nb3Sn.
[0044] Композитные линейные стержни
Сверхпроводящая проволока 10 имеет композитные линейные стержни 11, которые имеют множество пор X вдоль продольного направления, и содержит, по меньшей мере, Nb3Sn и медь. Композитные линейные стержни 11 формируются из: множества ниобиевых линейных стержней 12, получающихся из ниобиевых линейных стержней 2; и множества оловянных линейных стержней 13, получающихся из оловянных линейных стержней 3, и шесть ниобиевых линейных стержней 12 контактируют с одним оловянным линейным стержнем 13. Следует отметить, что множество ниобиевых линейных стержней 12 и множество оловянных линейных стержней 13 сплавляются между собой в качестве единого целого; в силу этого композитные линейные стержни 11 имеют конструкцию, в которой затруднительно отличать границы каждого из ниобиевых линейных стержней 12 и оловянных линейных стержней 13 и четко различать между Nb3Sn и медью.
[0045] Кроме того, композитные линейные стержни 11 содержат титан. Как описано выше, в продукте-предшественнике 1, из группы композитных проволок композитной трубы перед волочением проволоки, титан предпочтительно содержится в оловянных сердечниках, но даже в случае, в котором титан в силу этого содержится в оловянных сердечниках, во время проведения термической обработки продукта-предшественника 1, титан диспергируется вместе с оловом и входит в Nb3Sn. Поскольку титан в силу этого содержится в Nb3Sn даже в композитных линейных стержнях 11, повышение критической плотности тока в сильном магнитном поле обеспечивается вследствие улучшения верхнего критического магнитного поля. Следует отметить, что "сильное магнитное поле", как упомянуто в данном документе, означает магнитное поле, большее или равное 15 Tл (тесла).
[0046] Нижний предел содержания титана в композитных линейных стержнях 11 типично составляет 0,38 мас.% и предпочтительно 0,4 мас.%. С другой стороны, верхний предел содержания титана типично составляет 0,55 мас.% и предпочтительно 0,5 мас.%. Когда содержание титана меньше нижнего предела, может быть невозможным получать достаточный эффект повышения критической плотности тока посредством титана в сверхпроводящей проволоке 10. С другой стороны, когда содержание титана превышает верхний предел, формирование Nb3Sn затрудняется, и сверхпроводимость сверхпроводящей проволоки 10 может ухудшаться.
[0047] Поры
Поры X получаются из оловянных линейных стержней 3 продукта-предшественника 1. Как описано выше, согласно термической обработке посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова, большая часть олова диспергируется из оловянных линейных стержней 3 продукта-предшественника 1. Таким образом, поры X формируются в оловянных линейных стержнях 13, получающихся в результате компоновки стержней 3b оловянных сердечников оловянных линейных стержней 3 по фиг. 1. Тем не менее, как описано выше, ниобиевые линейные стержни 12 и оловянные линейные стержни 13 являются единым целым; в силу этого, фактически, как показано на фиг. 2, наблюдается то, что композитные линейные стержни 11 имеют множество пор X вдоль продольного направления.
[0048] Следует отметить, что в случае, в котором часть олова, содержащегося в стержнях 3b оловянных сердечников продукта-предшественника 1, остается без дисперсии, оловянный адгезионный слой 13a формируется на внутренних периферийных поверхностях пор X, как показано на фиг. 2.
[0049] Поры X позиционируются с регулярностью вследствие компоновки ниобиевых линейных стержней 2 и оловянных линейных стержней 3 продукта-предшественника 1. В частности, на виде в поперечном сечении сверхпроводящей проволоки 10, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих пор X позиционируются с возможностью формировать по существу плоскую решетку (по существу треугольную решетку).
[0050] Среднее расстояние W от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждой из пор X в точках решетки единичной ячейки регулируется до значения, подходящего для дисперсии олова при термической обработке. В частности, нижний предел среднего расстояния W предпочтительно составляет 30 мкм, более предпочтительно 33 мкм и еще более предпочтительно 35 мкм. С другой стороны, верхний предел среднего расстояния W предпочтительно составляет 50 мкм, более предпочтительно 47 мкм и еще более предпочтительно 45 мкм. Когда среднее расстояние W меньше нижнего предела, во время формирования самого продукта-предшественника 1, чтобы изготавливать сверхпроводящую проволоку 10, волочение проволоки может становиться затруднительным, и/или стоимость волочения проволоки может увеличиваться. С другой стороны, когда среднее расстояние W превышает верхний предел, величина дисперсии олова от оловянных линейных стержней 3 продукта-предшественника 1 перед термической обработкой перед термической обработкой до центра тяжести единичной ячейки, формирующей плоскую решетку, может быть недостаточной, и сверхпроводящая проволока 10 может иметь крупные зерна Nb3Sn в центре тяжести единичной ячейки.
[0051] Преимущества
Относительно продукта-предшественника 1, на виде в поперечном сечении, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней 3, получающихся из множества оловянных проволок, позиционируются с возможностью формировать по существу плоскую решетку, и среднее расстояние от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней 3 в точках решетки единичной ячейки задается большим или равным 30 мкм и меньшим или равным 50 мкм. Группа композитных проволок композитной трубы имеет конструкцию, в которой множество ниобиевых проволок контактируют с периферией оловянных проволок; в силу этого продукт-предшественник 1, представляющий собой волоченый проволочный продукт композитной трубы, обеспечивает возможность позиционирования каждого из ниобиевых линейных стержней 2, получающихся из ниобиевых проволок, на расстоянии, меньшем или равном 50 мкм от каждого из оловянных линейных стержней 3, за счет этого обеспечивая дисперсию достаточного количества олова по ниобиевым линейным стержням 2 при термической обработке посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова. Другими словами, продукт-предшественник 1 обеспечивает возможность: предотвращения недостаточной величины дисперсии олова на участке на большом расстоянии от оловянных линейных стержней 3; стимулирования формирования зерен Nb3Sn, представляющих собой тонкие и равноосные зерна, которые должны представлять собой участки пиннинга магнитного потока; и запрета формирования крупных зерен Nb3Sn, которые имеют низкую силу пиннинга магнитного потока, за счет этого обеспечивая возможность получения сверхпроводящей проволоки 10, имеющей повышенную критическую плотность тока. Кроме того, поскольку группа композитных проволок содержит титан, и его содержание попадает в пределы вышеуказанного диапазона, продукт-предшественник 1 обеспечивает повышение критической плотности тока, в частности, в сильном магнитном поле, при предотвращении уменьшения формируемого количества Nb3Sn для сверхпроводящей проволоки, которая должна получаться.
[0052] Кроме того, относительно сверхпроводящей проволоки 10, на виде в поперечном сечении, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих пор X, получающихся из олова, позиционируются с возможностью формировать по существу плоскую решетку, и среднее расстояние от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждой из пор X в точках решетки единичной ячейки задается большим или равным 30 мкм и меньшим или равным 50 мкм; в силу этого достаточное количество олова может диспергироваться по композитным линейным стержням 11 при термической обработке посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова во время производства. Другими словами, сверхпроводящая проволока 10 предотвращает недостаточную величину дисперсии олова на участке на большом расстоянии от олова и препятствует формированию крупных зерен Nb3Sn, в силу этого показывая повышенную критическую плотность тока. Кроме того, поскольку композитные линейные стержни 11 содержат титан, и содержание титана больше или равно 0,38 мас.% и меньше или равно 0,55 мас.%, сверхпроводящая проволока 10 содержит большое количество Nb3Sn, и критическая плотность тока повышается, в частности, в сильном магнитном поле.
[0053] Другие варианты осуществления
Продукт-предшественник, который должен использоваться при изготовлении сверхпроводящей проволоки, способ производства продукта-предшественника и сверхпроводящая проволока настоящего изобретения не ограничены вышеуказанными вариантами осуществления.
[0054] В одном варианте осуществления настоящего изобретения, описывается продукт-предшественник, имеющий ниобиевые линейные стержни и оловянные линейные стержни, причем их формы областей поперечного сечения представляют собой по существу правильные шестиугольники на виде в поперечном сечении; тем не менее, формы областей поперечного сечения на виде в поперечном сечении каждого из ниобиевых линейных стержней и оловянных линейных стержней не ограничены формой, представляющей собой по существу правильный шестиугольник, и, например, могут представлять собой по существу равносторонний треугольник или по существу квадрат. Кроме того, в силу конструкции продукта-предшественника, сверхпроводящая проволока, на виде в поперечном сечении, может быть такой, что центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих пор позиционируются с возможностью формировать по существу регулярную шестиугольную решетку или по существу квадратную решетку.
Примеры
[0055] В дальнейшем в этом документе, настоящее изобретение поясняется подробнее посредством примеров, но настоящее изобретение ни в каких отношениях не ограничивается этими примерами.
[0056] Пример 1
Подготовка композитной трубы
Во-первых, сердечник, изготовленный из ниобия, вставляется в медную трубу, и ниобиевая проволока с одним сердечником, имеющая регулярное шестиугольное поперечное сечение, производится посредством волочения проволоки. Длина между противоположными сторонами правильного шестиугольника поперечного сечения ниобиевой проволоки с одним сердечником составляет 3,8 мм. Произведенная ниобиевая проволока с одним сердечником разрезается на несколько частей, затем 583 скрутки ниобиевой проволоки с одним сердечником комбинируются и вставляются в медную трубу, и ниобиевая проволока, имеющая регулярное шестиугольное поперечное сечение, производится посредством волочения проволоки. Длина между противоположными сторонами правильного шестиугольника поперечного сечения ниобиевой проволоки составляет 3,5 мм.
[0057] Затем, сердечник, изготовленный из оловянно-титанового сплава (содержание титана: 1,8 мас.%), вставляется в медную трубу, и оловянная проволока, имеющая регулярное шестиугольное поперечное сечение, производится посредством волочения проволоки. Длина между противоположными сторонами правильного шестиугольника поперечного сечения оловянной проволоки составляет 3,5 мм. Следует отметить, что содержание титана в сердечнике, изготовленном из оловянно-титанового сплава, представляет собой количество, при котором содержание титана в композитных линейных стержнях сверхпроводящей проволоки, которая должна изготавливаться, становится равным 0,55мас.%.
[0058] Полученные ниобиевая проволока и оловянная проволока разрезаются на несколько частей, и 84 ниобиевых проволоки и 37 оловянных проволок комбинируются таким образом, что каждое их поперечное сечение представляет собой форму по существу круга, чтобы образовывать группу композитных проволок. В этой комбинации, эти проволоки размещаются таким образом, что: ниобиевая проволока контактирует с каждой из шести поверхностей оловянной проволоки, и по три из каждых из оловянных проволок и ниобиевых проволок попеременно контактируют с шестью поверхностями ниобиевой проволоки.
[0059] Один рулон листа, изготовленного из ниобия, вставляется во внутреннюю периферийную поверхность медной трубы, и в дополнительную внутреннюю сторону листа в медной трубе вставляется группа композитных проволок, за счет чего формируется композитная труба.
[0060] Продукт-предшественник и сверхпроводящая проволока
Полученная композитная труба интегрируется посредством волочения проволоки, и дополнительно, волочение проволоки усовершенствовано на предмет того, чтобы производить продукт-предшественник. Следует отметить, что форма в поперечном сечении и размеры продукта-предшественника после волочения проволоки определяются в силу конструкции композитной трубы. Поскольку в примере 1 композитная труба имеет такую конструкцию, как описано выше, центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней, получающихся из множества оловянных проволок, позиционируются с возможностью формировать по существу треугольную решетку. На виде в поперечном сечении, среднее расстояние W от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести областей поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней в точках решетки единичной ячейки составляет 48 мкм, и диаметр проволоки сформированного продукта-предшественника составляет 0,6 мм. Следует отметить, что форма по существу треугольной решетки подтверждена для позиционирования центров тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней, получающихся из множества оловянных проволок, посредством вырезания сформированного продукта-предшественника и наблюдения поперечного сечения с помощью микроскопа.
[0061] Дополнительно, многоступенчатая термическая обработка посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова выполнена для полученного продукта-предшественника, с тем чтобы производить сверхпроводящую проволоку примера 1. Относительно сверхпроводящей проволоки, при следующих условиях: температура в 4,2 K; и внешнее магнитное поле в 16 Tл, критическая плотность тока немедной части измеряется в немедной части, соответствующей части за исключением площади области поперечного сечения меди, из всей площади поперечного сечения. Результаты измерений показаны в табл. 1.
[0062] Пример 2
В качестве сердечника, изготовленного из оловянно-титанового сплава, используется сплав, имеющий содержание титана, составляющее 1,5 мас.%. Следует отметить, что содержание титана в сердечнике, изготовленном из оловянно-титанового сплава, представляет собой количество, при котором содержание титана в композитных линейных стержнях сверхпроводящей проволоки, которая должна изготавливаться, становится равным 0,44 мас.%.
[0063] Кроме того, длина между противоположными сторонами правильного шестиугольника поперечного сечения ниобиевых проволок и оловянных проволок задается равной 2,3 мм, среднее расстояние W между центрами тяжести композитной трубы после волочения проволоки задается равным 32 мкм, и диаметр проволоки сформированного продукта-предшественника задается равным 0,8 мм.
[0064] Сверхпроводящая проволока примера 2 изготавливается аналогично сверхпроводящей проволоке примера 1, за исключением вышеуказанного. Результаты измерения для критической плотности тока немедной части примера 2 показаны в таблице 1.
[0065] Пример 3
В качестве сердечника, изготовленного из оловянно-титанового сплава, используется сплав, имеющий содержание титана, составляющее 1,2 мас.%. Следует отметить, что содержание титана в сердечнике, изготовленном из оловянно-титанового сплава, представляет собой количество, при котором содержание титана в композитных линейных стержнях сверхпроводящей проволоки, которая должна изготавливаться, становится равным 0,38 мас.%.
[0066] Сверхпроводящая проволока примера 3 изготавливается аналогично сверхпроводящей проволоке примера 2, за исключением вышеуказанного. Результаты измерения для критической плотности тока немедной части примера 3 показаны в таблице 1.
[0067] Сравнительный пример 1
Сверхпроводящая проволока сравнительного примера 1 изготавливается аналогично сверхпроводящей проволоке примера 1, за исключением того, что среднее расстояние W между центрами тяжести композитной трубы после задается равным 60 мкм, и диаметр проволоки сформированного продукта-предшественника задается равным 0,8 мм. Результаты измерения для критической плотности тока немедной части сравнительного примера 1 показаны в таблице 1.
[0068] Табл. 1
Диаметр проволоки (мм) Среднее расстояние W (мкм) Содержание Ti (мас.%) Критическая плотность тока немедной части (A/мм2)
Пример 1 0,6 48 0,55 1025
Пример 2 0,8 32 0,44 1137
Пример 3 0,8 32 0,38 1032
Сравнительный пример 1 0,8 60 0,55 780
[0069] Как показано в таблице 1, для каждого из примеров 1-3, критическая плотность тока немедной части больше или равна 1000 A/мм2, превышая критическую плотность сравнительного примера 1.
[0070] Кроме того, когда сверхпроводящие проволоки примеров 1-3 и сравнительного примера 1 отрезаются, и их поперечные сечения наблюдаются с помощью микроскопа, подтверждается то, что: в примерах 1-3, кристаллические структуры Nb3Sn демонстрируют равноосные зерна, тогда как в сравнительном примере 1, кристаллическая структура Nb3Sn около центра треугольной решетки, представляющей собой единичную решетку, включает в себя крупные зерна.
[0071] Из вышеприведенных результатов, можно указывать то, что повышение критической плотности тока сверхпроводящей проволоки обеспечивается вследствие: предоставления возможности, на виде в поперечном сечении, позиционирования центров тяжести областей поперечного сечения соответствующих пор, получающихся из олова, в форме по существу плоской решетки; задания среднего расстояния от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждой из пор в точках решетки единичной ячейки большим или равным 30 мкм и меньшим или равным 50 мкм; и принудительного обеспечения того, что композитные линейные стержни содержат Ti с содержанием, большим или равным 0,38 мас.% и меньшим или равным 0,55 мас.%.
Промышленная применимость
[0072] Настоящее изобретение обеспечивает предоставление следующего: продукт-предшественник, который должен использоваться при изготовлении сверхпроводящей проволоки, причем продукт-предшественник обеспечивает возможность получения сверхпроводящей проволоки, имеющей повышенную критическую плотность тока; способ производства продукта-предшественника; и сверхпроводящая проволока, имеющая повышенную критическую плотность тока.
Пояснение ссылочных обозначений
[0073]
1 - продукт-предшественник
2 - ниобиевый линейный стержень
2a - медная матрица
2b - стержень ниобиевого сердечника
3 - оловянный линейный стержень
3a - медная матрица
3b - стержень оловянного сердечника
4 - барьерный слой
5 - защитный слой
10 - сверхпроводящая проволока
11 - композитный линейный стержень
12 - ниобиевый линейный стержень
13 - оловянный линейный стержень
13a - оловянный адгезионный слой
14 - барьерный слой
15 - защитный слой
X - поры

Claims (35)

1. Продукт-предшественник для использования при изготовлении Nb3Sn сверхпроводящей проволоки посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова, причем продукт-предшественник представляет собой волоченый проволочный продукт композитной трубы,
причем композитная труба содержит:
группу композитных проволок;
цилиндрический барьерный слой, располагающийся таким образом, что цилиндрический барьерный слой окружает группу композитных проволок для предотвращения проникания олова; и
цилиндрический защитный слой, покрывающий внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя,
при этом:
группа композитных проволок содержит:
множество оловянных проволок, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один оловянный сердечник, изготовленный из олова или оловянного сплава, и медную матрицу, которая окружает, по меньшей мере, один оловянный сердечник; и
множество ниобиевых проволок, каждая из которых содержит множество ниобиевых сердечников, изготовленных из ниобия или ниобиевого сплава, и медную матрицу, которая окружает множество ниобиевых сердечников, причем множество ниобиевых проволок расположены таким образом, что каждая из оловянных проволок окружается ниобиевыми проволоками,
группа композитных проволок содержит титан, и содержание титана больше или равно 0,38 мас.% и меньше или равно 0,55 мас.%, и
на виде в поперечном сечении:
центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней, каждый из которых получается из множества оловянных проволок, расположены для образования по существу плоской решетки, и
среднее расстояние от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней в точках решетки единичной ячейки больше или равно 30 мкм и меньше или равно 50 мкм.
2. Способ производства продукта-предшественника для использования при изготовлении Nb3Sn сверхпроводящей проволоки посредством внутреннего технологического процесса с использованием олова, при этом способ содержит этапы, на которых:
подготавливают композитную трубу, содержащую:
группу композитных проволок;
цилиндрический барьерный слой, располагающийся таким образом, что цилиндрический барьерный слой окружает группу композитных проволок, чтобы предотвращать проникание олова; и
цилиндрический защитный слой, покрывающий внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя,
и выполняют волочение композитной трубы,
при этом:
группа композитных проволок содержит:
множество оловянных проволок, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один оловянный сердечник, изготовленный из олова или оловянного сплава, и медную матрицу, которая окружает, по меньшей мере, один оловянный сердечник; и
множество ниобиевых проволок, каждая из которых содержит множество ниобиевых сердечников, изготовленных из ниобия или ниобиевого сплава, и медную матрицу, которая окружает множество ниобиевых сердечников, причем множество ниобиевых проволок располагают таким образом, что каждая из оловянных проволок окружается ниобиевыми проволоками,
группа композитных проволок содержит титан, и содержание титана больше или равно 0,38 мас.% и меньше или равно 0,55 мас.%,
на виде в поперечном сечении композитной трубы после волочения центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих оловянных линейных стержней, каждый из которых получен из множества оловянных проволок, размещены с формированием по существу плоской решетки, и
при волочении композитную трубу подвергают волочению таким образом, что среднее расстояние от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждого из оловянных линейных стержней в точках решетки единичной ячейки больше или равно 30 мкм и меньше или равно 50 мкм.
3. Сверхпроводящая проволока, содержащая:
композитные линейные стержни, каждый из которых содержит множество пор вдоль продольного направления, и содержащие, по меньшей мере, Nb3Sn и медь;
цилиндрический барьерный слой, располагающийся таким образом, что цилиндрический барьерный слой окружает композитные линейные стержни, чтобы предотвращать проникание олова; и
цилиндрический защитный слой, покрывающий внешнюю периферийную поверхность цилиндрического барьерного слоя,
при этом:
на виде в поперечном сечении:
центры тяжести областей поперечного сечения соответствующих пор расположены с формирование по существу плоской решетки, и
среднее расстояние от центра тяжести единичной ячейки, формирующей по существу плоскую решетку, до каждого центра тяжести области поперечного сечения каждой из пор в точках решетки единичной ячейки больше или равно 30 мкм и меньше или равно 50 мкм, и
композитные линейные стержни содержат титан, и содержание титана больше или равно 0,38 мас.% и меньше или равно 0,55 мас.%.
RU2021116488A 2018-11-09 2019-10-25 Продукт-предшественник для использования при изготовлении сверхпроводящей проволоки, способ производства продукта-предшественника и сверхпроводящая проволока RU2764062C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-211791 2018-11-09
JP2018211791A JP6928595B2 (ja) 2018-11-09 2018-11-09 超電導線材の製造に用いられる前駆体、前駆体の製造方法及び超電導線材
PCT/JP2019/042066 WO2020095734A1 (ja) 2018-11-09 2019-10-25 超電導線材の製造に用いられる前駆体、前駆体の製造方法及び超電導線材

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2764062C1 true RU2764062C1 (ru) 2022-01-13

Family

ID=70612422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021116488A RU2764062C1 (ru) 2018-11-09 2019-10-25 Продукт-предшественник для использования при изготовлении сверхпроводящей проволоки, способ производства продукта-предшественника и сверхпроводящая проволока

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12102015B2 (ru)
EP (1) EP3879541B1 (ru)
JP (1) JP6928595B2 (ru)
KR (1) KR102547606B1 (ru)
CN (1) CN112823400B (ru)
RU (1) RU2764062C1 (ru)
WO (1) WO2020095734A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114694894B (zh) * 2022-05-20 2023-10-03 西部超导材料科技股份有限公司 一种短程扩散式Nb3Sn超导线材的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2233491C1 (ru) * 2002-12-30 2004-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара" Способ получения многоволоконной заготовки для изготовления сверхпроводящего провода на основе соединения nb3sn (варианты)
JP2012094436A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Hitachi Cable Ltd Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体及びそれを用いたＮｂ３Ｓｎ超電導線材並びにＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法
RU2546136C2 (ru) * 2013-08-12 2015-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "НАНОЭЛЕКТРО" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Nb3Sn СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПРОВОДА
JP2015185211A (ja) * 2014-03-20 2015-10-22 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Ｎｂ３Ｓｎ超伝導線材の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5913036A (ja) * 1982-02-22 1984-01-23 Natl Res Inst For Metals Ｃｕ−４族元素合金を用いたＮｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法
JP2926774B2 (ja) 1989-08-25 1999-07-28 住友電気工業株式会社 交流用Ｎｂ▲下３▼Ｓｎ多芯超電導線
JPH09245540A (ja) 1996-03-07 1997-09-19 Mitsubishi Electric Corp Ｎｂ―Ｓｎ系化合物超電導線の先駆体及びその製造方法並びにＮｂ―Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法
JP2006032190A (ja) * 2004-07-20 2006-02-02 Mitsubishi Electric Corp Ｎｂ−Ｓｎ化合物系超電導線及びその前駆体
JP2006066274A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Mitsubishi Electric Corp Ｎｂ−Ｓｎ化合物系超電導線の前駆線材
JP2007214002A (ja) * 2006-02-10 2007-08-23 Kobe Steel Ltd Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法およびそのための前駆体
JP5258424B2 (ja) * 2008-07-03 2013-08-07 株式会社神戸製鋼所 Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびその製造方法並びにＮｂ３Ｓｎ超電導線材
JP5671324B2 (ja) * 2010-12-14 2015-02-18 株式会社Ｓｈカッパープロダクツ Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体の製造方法、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材、及び超電導マグネットシステム
JP5642727B2 (ja) * 2012-03-27 2014-12-17 ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 内部Ｓｎ法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材、及びそれらの製造方法
JP5848677B2 (ja) * 2012-08-06 2016-01-27 株式会社Ｓｈカッパープロダクツ 超電導線材の前駆体、超電導線材、および超電導線材の製造方法
JP6200354B2 (ja) * 2014-03-06 2017-09-20 住友電気工業株式会社 交流用超電導ケーブルの製造方法
KR102587809B1 (ko) * 2015-07-14 2023-10-10 에이치. 씨. 스타아크 아이앤씨 강화된 초전도성 와이어의 제작
JP2018147842A (ja) * 2017-03-09 2018-09-20 株式会社神戸製鋼所 Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体及びＮｂ３Ｓｎ超電導線材

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2233491C1 (ru) * 2002-12-30 2004-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара" Способ получения многоволоконной заготовки для изготовления сверхпроводящего провода на основе соединения nb3sn (варианты)
JP2012094436A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Hitachi Cable Ltd Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体及びそれを用いたＮｂ３Ｓｎ超電導線材並びにＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法
RU2546136C2 (ru) * 2013-08-12 2015-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "НАНОЭЛЕКТРО" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Nb3Sn СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПРОВОДА
JP2015185211A (ja) * 2014-03-20 2015-10-22 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Ｎｂ３Ｓｎ超伝導線材の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3879541A4 (en) 2022-08-03
KR20210087067A (ko) 2021-07-09
WO2020095734A1 (ja) 2020-05-14
KR102547606B1 (ko) 2023-06-26
EP3879541B1 (en) 2024-09-18
JP6928595B2 (ja) 2021-09-01
CN112823400A (zh) 2021-05-18
US12102015B2 (en) 2024-09-24
CN112823400B (zh) 2022-11-15
JP2020077591A (ja) 2020-05-21
EP3879541A1 (en) 2021-09-15
US20210359191A1 (en) 2021-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20050178472A1 (en) Method for producing (Nb, Ti)3Sn wire by use of Ti source rods
US20090258788A1 (en) Nb-Based Rod Material for Producing Superconducting Wire Material and Method of Producing Nb3Sn Superconducting Wire Material
JP5779504B2 (ja) 超伝導体の前駆体を構成する金属組立体、および超伝導体の製造に適した方法
JP5642727B2 (ja) 内部Ｓｎ法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材、及びそれらの製造方法
US8173901B2 (en) Multifilament superconductor, as well as method for its production
KR100970813B1 (ko) Ｎｂ3Ｓｎ 초전도 선재 제조용 전구체 및 Ｎｂ3Ｓｎ 초전도선재
EP3420565B1 (en) A method for producing a multifilament nb3sn superconducting wire
RU2764062C1 (ru) Продукт-предшественник для использования при изготовлении сверхпроводящей проволоки, способ производства продукта-предшественника и сверхпроводящая проволока
KR100724212B1 (ko) Ｎｂ-Ｓｎ상 초전도 와이어의 전구 와이어
JP2014143056A (ja) 超電導線材の前駆体および超電導線材
EP0440799B1 (en) Superconductive wire material and method of producing the same
US4094059A (en) Method for producing composite superconductors
US7887644B2 (en) Superconductive elements containing copper inclusions, and a composite and a method for their production
EP3745428B1 (en) Blank for manufacturing a superconducting composite wire based on nb3sn
Sudyev et al. Recent progress in a development of Nb3Sn internal tin strand for fusion application
JP3603565B2 (ja) 高臨界電流密度が得られるＮｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材及びその製造方法
JP2019053985A (ja) 超電導線材の製造に用いられる前駆体、前駆体の製造方法及び超電導線材
JPH05334930A (ja) 化合物超電導線用の複合ビレット、及び化合物超電導線の製造方法
JPH04242020A (ja) Ｎｂ３Ｓｎ交流超電導線の製造方法
JPH08190825A (ja) Ａ３ ｂ型化合物超電導線の製造方法
JPH06275151A (ja) Ｎｂ３ Ｓｎ超電導線の製造方法