SU710390A1

SU710390A1 - Method for making multiple-section superconductor

Info

Publication number: SU710390A1
Application number: SU782618030A
Authority: SU
Inventors: П.Б. Шендерович; В.Б. Сухушин; В.А. Абуев; В.А. Герасимов; В.М. Пан; Г.А. Клименко; Ю.И. Белецкий; В.С. Флис; А.В. Горовой; С.М. Гуревич; М.М. Нероденко; Е.А. Аснис; С.П. Заболотин
Original assignee: Институт металлофизики АН УССР; Государственный Научно-Исследовательский Энергетический Институт Им.Г.М.Кржижановского; Институт Электросварки Им.Е.О.Патона
Priority date: 1978-05-17
Filing date: 1978-05-17
Publication date: 1983-11-07

Abstract

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЕКЦИОННОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ЖИЛЫ на основе интерметаллического соединени , заключающийс в нанесении.сло барьерного металла на концевые участки трубчатых заготовок,.содержащих тугоплавкий компонент соединени , образовании сверхпровод щего покрыти на внутренней поверхности, например, жидкофаз- ным Диффузионным методом, последующем удалении сло барьерного металла, сварке секций по периметру и образовании на месте стыка и прилегающих к нему участках сверхпровод щего покрыти , аналогичного упом нутому, отлич-ающийс тем, что, с целью упрощени технологии при одновременном повышении эксплуатационной надежности, слой барьерного металла нанос т на концевые участки секций с внешней стороны, перфорируют эти участки и после образовани сверхпровод щего покрыти нанос т на него ^ на концевых участках секций гермети- "" зирующий слой.2. Способ изготовлени многосекционной сверхпровод щей жилы по п.1, отличающийс тем, что герметизирующий слой нанос т путем ^ плазменного напылени тугоплавкого компонента интерметаллического соединени .(Л00со1. METHOD FOR PRODUCING I.S. SUPERCONDUCTING WIRE based intermetallic compound comprising nanesenii.slo barrier metal on the end portions of tubular blanks .soderzhaschih refractory compound components, the formation of the superconductive coating on the inner surface, for example, liquid-phase diffusion method nym, subsequent removal layer barrier metal, welding sections along the perimeter and the formation of a superconducting coating similar to the above about Likewise, in order to simplify the technology while improving operational reliability, a layer of barrier metal is applied to the end sections of the sections from the outside, perforate these areas and, after forming a superconducting coating, they are applied to the end sections of the sections "" zing layer.2. A method of manufacturing a multi-section superconducting core according to claim 1, characterized in that the sealing layer is applied by plasma spraying of the refractory component of the intermetallic compound (L00co

Description

Изобретение относитс к электро- ; технике и может быть использовано при изготовлении жилы сверхпровод щего кабел .This invention relates to electro; technology and can be used in the manufacture of superconducting cable cores.

Известен способ изготовлени многосекционной сверхпровод щей 5 включающий изготовление отдельных секций, сверхпров.од щий слой которых получают с помощью термообработки, а их соединение путеМ сварки с последующим воздействием на стык по- Ю следовательно давлением и термообработкой .A known method of manufacturing a multisection superconducting 5 involves the manufacture of separate sections, the superconductive layer of which is obtained by heat treatment, and their connection by welding and subsequent impact on the junction in terms of pressure and heat treatment.

Известен также способ изготовле|гш многосекционной сверхпровод щей жилы на основе интерметаллическо-15 го соединени типа А-15 21, заключающийс в нанесении сло барьерного металла на концевые участки трубчатых заготовок, содержащих тугоплавкий компонент соединени , образовании2д сверхпровод щего покрыти , например, жидкофазным диффузионным методом, последующем удалении сло барьерного металла, сварке секций по периметру и образовании на месте стыка и приле- jc гающих к нему участках сверхпровод щего покрыти , аналогичного упом нутому .Also known is a method of manufacturing a multi-section superconducting core based on an intermetallic compound 15 of type A-15 21, which involves applying a layer of barrier metal on the ends of tubular blanks containing the refractory component of the compound, forming 2d superconducting coating, for example, using a liquid-phase diffusion method the subsequent removal of the barrier metal layer, the welding of sections along the perimeter and the formation of a superconducting coating at the junction and adjacent jc, similar to the mu

Применение способа дл изготовлени многосекционной жилы с внутренним расположением сверхпровод щего сло секци х сопровождаетс либо уменьшением токонесущей способности мест соединени секций за счет образовани техтехнологических окон в жиле, например,. дл монтажа диффузионных камер, либо 35 значительным, увеличением диаметра жилы , хот бы в области стыка, что зна- чительно усложн ет конструкцию кабел Кроме того, усложн етс конструкци оборудовани ,.примен емого дл осу- 40 ществлени этого способа.The application of the method for the manufacture of a multi-section core with an internal arrangement of the superconducting layer of sections is accompanied either by a decrease in the current-carrying capacity of the junction points of the sections due to the formation of technical technological windows in the core, for example for mounting diffusion chambers, or 35 significantly, by increasing the diameter of the core, at least in the joint area, which significantly complicates the design of the cable. In addition, the design of the equipment used to implement this method is complicated.

Целью изобретени вл етс упрощение технологии.The aim of the invention is to simplify the technology.

Цель достигаетс тем, что в извесТном способе изготовлени многосекци- 45 онной сверхпровод щей жилы на основе интерметаллического соединени , заключающемс в нанесении сло барьерного металла на концевые участки трубчатых заготовок, содержащих тугоплавкий гп компонент соединени , образовании сверхпровод щего покрыти на внутренней поверхности, например, жидкофазнйм диффузионным методом, последующем удалении сло барьерного металла, сварке секций по перименту и образовании на месте стыка и прилегающих к нему участках сверхпровод щего покрыти , ан.алогичуого упом нутому, слой барьерного металла нанос т на конце-вые участки секций с внешней сторо- 60 ны, перфорируют эти участки и после образовани сверхпровод щего покрыf-ч нанос т на наг- на концевых участках секций герметизирующий слой.При этом герметизирующий слой, в предпоч- S5The goal is achieved by the fact that in a well-known method of manufacturing a multi-sectional superconducting core based on an intermetallic compound, which consists in applying a layer of barrier metal on the ends of tubular blanks containing the refractory hp compound component, the formation of a superconducting coating on the inner surface, for example, a liquid phase by diffusion method, subsequent removal of the layer of barrier metal, welding of sections along the periment and formation of a superconductor at the junction and adjacent areas In addition to the above-mentioned coating, the barrier metal layer is applied to the end portions of the sections on the outer side, perforate these portions, and after forming a superconducting coating, the sealing layer is applied to the end portions of the sections. In this case, the sealing layer, preferably S5

тительном варианте нанос т путем пламенного напылени тугоплавкого компонента интерметаллического соединени , что позволит повысить .эксплуатационную надежность жилы, благодар возможности образовани дополнительно сверхпровод щего сло в области стыка секций и увеличени сечени по сверхпроводнику в области перехода с внутренней поверхности жилы на внещнюю.This variant is applied by flame spraying of the refractory component of the intermetallic compound, which will increase the operational reliability of the core due to the possibility of forming an additional superconducting layer in the junction area of the sections and increasing the cross section of the superconductor in the transition region from the inner surface of the core to the outer one.

На фиг. 1 изображена секци до проведени операции перфорировани , частичный продольный разрез; на фиг. секци в процессе перфорировани и внешний вид перфорации, частичный продольный разрез; на . 3 - диффузионна камера с размещенной в ;ней секцией жилы со сверхпровод щим покрытием, продольный разрез; на фиг. 4 - процесс образовани сверхпровод щего сло в месте сварки секций и прилегающих участках частичный продольный разрез; на фиг.5 процесс образовани сверхпровод щего покрыти в месте сварки секций и переходной втулки, на поверхности втулки и прилегающих участках секцийFIG. Figure 1 shows a section prior to perforation, a partial longitudinal section; in fig. section during punching and perforation appearance, partial longitudinal section; on . 3 - diffusion chamber with a conductor section with a superconducting coating placed in it, longitudinal section; in fig. 4 shows the process of formation of a superconducting layer at the place of welding of sections and adjacent areas of a partial longitudinal section; in FIG. 5, the process of forming a superconducting coating at the site of welding of the sections and the transition sleeve, on the surface of the sleeve and the adjacent sections of the sections

Способ заключаетс в том, что концевые участки каждой секции 1.(см. фиг. 1), содержащей слой 2 тугоплавкого компонента соединени очищают от сло 3 стабилизирующего материала в шлюзовой напылительной камере, нанос т слой 4 барьерного материала на концевые участки секции 1 со стороны очищенных поверхностей, т.е. на внешнюю поверхность сло 2 тугоплавкого компонента соединени , перфорируют концевые участки секции 1, например, электро-эр.розионным способом с помощью устройства 5 (см. фиг. 2), что обеспечивает получение сквозных окон б в слое 2 тугоплавкого компонента соединени . Желательно осуществл ть перфорацию таким образом, чтобы стенки 7 окон 6 были наклонны к поверхности сло 2 тугоплавкого копонента , причем стенки 7 окон б, выполненных на разных концах секции сход тс в Направлении внутренней поверхности сло 2 тугоплавкого компонента . Геометрическа форма и размеры окон6 должны обеспечивать капилл рность сло 2 тугоплавкого компонента .The method consists in that the end sections of each section 1. (see Fig. 1) containing layer 2 of the refractory compound component are cleaned of layer 3 of stabilizing material in a sluice spray chamber, applying layer 4 of barrier material on the end sections of section 1 on the side cleaned surfaces, i.e. On the outer surface of the layer 2 of the refractory component of the compound, the end sections of section 1 are perforated, for example, in an electro-electric manner using the device 5 (see Fig. 2), which provides for receiving through-holes b in the layer 2 of the refractory component of the compound. It is desirable to carry out the perforation so that the walls 7 of the windows 6 are inclined to the surface of the layer 2 of the refractory component, and the walls of the windows 7 of the window 6, made at different ends of the section converge in the direction of the inner surface of the layer 2 of the refractory component. The geometric shape and dimensions of windows 6 should ensure the capillaryity of layer 2 of the refractory component.

Может оказатьс целесообразным призводить процесс перфорировани на отдельных втулках, выполненных из тугоплавкого компонента соединени , которые затем приваривают к концевым очищенным участкам каждойсекции 1, т.е. к слою 2 тугоплавкого компонента соединени . (В этом случае секци 1 включает в себ приваренные перфорированные втулки). Затем секцию 1 помещают в диффузионную камеру 8 (см. фиг. 3)I где образуют на ней сверхпровод щее покрытие 8, как на внутренней поверхности сло 2 тугоплавкого компонента, так и на стенках 7 окон б. Перед размещением сек ции 1 в камере 8, слой 3 стабилизирующего материала защищают диафрагмами 10 от расплавленного металлического сплава 11, содержащего легкоплавкий компонент интерметаллического соединени . (Указанна выше капилл рность сло 2 тугоплавкого компонента обеспечиваетс в отношении расплавленного металлического сплава 11). Извлекают секцию,из диф фузионной камеры 8 и на концевые участки секции со стороны сверхпровод щего сло нанос т слой 12 (см. фиг. 4) герметизирующего материала. Целесообразно в качестве герметизирующего сло 12 нанести с помощью плазменного напылени тугоплавкий компонент интерметаллического соединени . Удал ют слой 4 барьерного материала и производ т соединение секций сваркой плавлением по периметру , например, с помощью электроДУГОВОЙ сваоки. В зоне сварного шва и прилегающих очищенных участках с помощью, например, диффузионной камеры 13 об разуют сверхпровод щее покрытие 14. Процесс получени сверхпровод щего покрыти 9 может быть осуществлен и с помощью метода газотранспортных реакций. Может оказатьс целесообразным при монтаже коаксиальной ток несущей системы сверхпровод щего кабел осуществить соединение секци наружной жилы с внутренним расположением сверхпровод щего покрыти с помощью переходной втулки 15 {см. фиг. 5), выполненной из тугоплавког компонента интерметаллического соед нени , которую устанавливают перед сваркой секций в многосекционную сверхпровод щую жилу. Желательно до процесса сварки секций на наружные поверхности очищ ных концевых участков сло .2 тугоплавкого Компонента соединени секц а при наличии втулки 15 также и на наружную поверхность переходной вту ки 15 нанести слой защитного материала , предотвращающего окисление указанных поверхностей в процессе сварки секций. Лучше всего защитный материал выбирать из р да материало улучшающих впоследствии процесс обр зовани сверхпровод щего покрыти 1 Переходна втулка 15 на своей наруж ной поверхности, за исключением кон цевых участков, может иметь сверхпровод щее покрытие, аналогичное сверхпровод щему покрытию секций, и в этом случае наружна поверхность переходной втулки 15 до сварки долж на -быть покрыта слоем защитного мат риала. Заключительной операцией вл етс шунтирование мест соединени секций стабилизирующим материалом, что может быть осуществлено, например, электролитическим осаждением стабилизирующего материала. Ниже проводитс пример конкретных условий проведени предлагаемого способа и конкретных компонентов интерметаллИческого соединени . Пример. На секции 1, содержащей слой 2 ниоби (Nb), вл ющегос тугоплавким компонентом интерметаллическоро соединени ниобий-олово (NbaSn), И стабилизирующий слой 3 меди (си), после удалени сло 2 меди с концевых участков и нанесени наочищенную внешнюю поверхность сло 2 ниоби барьерного сло 4 из тантала, с помощью процесса электрозррозии образуют сквозные окна б круглой формы диаметром 0,08-1,2 мм под углом 45° к поверхности сло - 2. Затем секцию 1 помещают в диффузионную камеру 8, в которой образуют сверхпровод щее покрытие 9 ниобий-олова (l-IbjSn) на внутренней поверхности сло 2 ниоби и на стенках 7 окон б этого же сло Ниоби путем термообработки в присутствии расплавленного металлического сплава 11 олов нистой бронзы. Термообработку ведут при вакууме, рт.ст. при температуре 650-800°С в течение 20-50 ч. Извлекают секцию из диффузионной камеры В и при ее температуре (температуре секции) пор дка 100-150с с помощью установки плазменного напылени нанос т на сверхпровод щее покрытие 9 ниобий-олова () концевых участков секции герметизирующи слой из ниоби (НЬ) толщиной 3050 мкм. Может оказатьс технологически проще осуществить напыление цирконием (Zr), что также улучшит свойства сверхпроводника в зоне перехода на внешнюю поверхность. Удал ют барьерный слой 4 тантала, нанос т на внешнюю очищенную поверхность сло 2 ниоби секции слой меди толщиной 10-15 мкм, например, электролитическим способом, сваривают электродуговой сваркой секции между собой по периметру и в зоне сварного шва и внешней поверхности чистого ниоби сло 2 устанавливают диффузионную камеру 13, в которой с помощью, аналогичного по режиму и компонентам диффузионного процесса образуют сверхпровод щее покрытие 14 ниобийолова (NbjSn). При использовании переходной втулки 15 из ниоби (котора может иметь сверхпровод щее покрытие ) на ее внешнюю поверх-. ность нанос т аналогичный слой меди и сваривают секции по периметру с втулкой 15, после чего так же, какIt may be advisable to carry out the perforation process on separate bushings made of the refractory component of the joint, which are then welded to the terminal cleaned sections of each section 1, i.e. to layer 2 of the refractory compound component. (In this case section 1 includes welded perforated sleeves). Then section 1 is placed in a diffusion chamber 8 (see Fig. 3) where I form a superconducting coating 8 on it, both on the inner surface of layer 2 of the refractory component and on the walls 7 of the windows b. Before placing section 1 in chamber 8, layer 3 of stabilizing material is protected by diaphragms 10 from molten metal alloy 11 containing the low-melting component of the intermetallic compound. (The above capillary layer 2 of the refractory component is provided in relation to the molten metal alloy 11). The section is removed, a layer 12 (see FIG. 4) of the sealing material is applied from the diffusion chamber 8 and the end sections of the section on the side of the superconducting layer. Advantageously, as the sealing layer 12, the refractory component of the intermetallic compound is applied by plasma spraying. The layer 4 of barrier material is removed and the sections are joined by fusion welding around the perimeter, for example, using an electric arc weld. In the weld zone and adjacent cleaned areas, for example, a diffusion chamber 13 forms a superconducting coating 14. The process of obtaining a superconducting coating 9 can also be carried out using the method of gas transport reactions. It may be advisable when mounting the coaxial current of the superconducting cable carrier system to connect the outer core section with the internal arrangement of the superconducting coating using a transition sleeve 15 {see FIG. 5) made of the refractory component of the intermetallic compound, which is installed before welding the sections in a multisection superconducting core. It is desirable to weld the sections onto the outer surfaces of the cleaning ends of the layer .2 of the refractory Section Seal Component, in the presence of sleeve 15 and also on the outer surface of the adapter 15, apply a layer of protective material that prevents oxidation of these surfaces during the section welding. It is best to choose a protective material from a series of materials that subsequently improve the process of forming a superconducting coating 1 The transition sleeve 15 on its outer surface, with the exception of the end sections, may have a superconducting coating similar to the superconducting coating of sections, and in this case external Before welding, the surface of the adapter sleeve 15 should be covered with a layer of protective material. The final operation is to shunt the joints between the sections with a stabilizing material, which can be accomplished, for example, by electrolytic deposition of a stabilizing material. Below is an example of the specific conditions of the proposed method and the specific components of the intermetallic compound. Example. In section 1, containing a layer 2 of niobium (Nb), which is the refractory component of the intermetallic compound niobium-tin (NbaSn), and a stabilizing layer 3 of copper (si), after removing the layer 2 of copper from the end sections and applying a cleaned outer surface of the layer 2 of niobium The barrier layer 4 made of tantalum, through an electro-corrosion process, form through-holes b of a round shape with a diameter of 0.08-1.2 mm at an angle of 45 ° to the surface of the layer - 2. Then section 1 is placed in a diffusion chamber 8 in which a superconducting coating is formed 9 niobium-tin (l-IbjSn) on the inside The surface of layer 2 is niobium and on the walls 7 of windows 6 of the same layer of Nioby by heat treatment in the presence of molten metal alloy 11 tin bronze. The heat treatment is carried out under vacuum, Hg at a temperature of 650-800 ° C for 20-50 hours. Remove the section from the diffusion chamber B and, at its temperature (section temperature) of the order of 100-150s, use a plasma sputtering unit to apply 9 niobium-tin to the superconducting coating () the end sections of the section are sealing niobium (Hb) layer with a thickness of 3050 microns. It may be technologically easier to spray zirconium (Zr), which will also improve the properties of the superconductor in the transition zone to the external surface. The tantalum barrier layer 4 is removed, a copper layer 10–15 µm thick is deposited onto the outer cleaned surface of layer 2 of niobium section, for example, by electrolytic method, and the section is welded by arc welding between itself along the perimeter and in the weld zone and the external surface of pure niobium layer 2 A diffusion chamber 13 is installed in which a superconducting niobium tin coating (NbjSn) 14 is formed with the help of a device similar to the mode and components of the diffusion process. When using a niobium transition sleeve 15 (which may have a superconducting coating) on its outer surface. a similar layer of copper is applied and the sections along the perimeter are welded to the sleeve 15, after which, just like

описано выше, образуют сверхпровод щее покрытие 14 из .described above, form a superconducting coating 14 of.

. Предлагаелвлй способ изготовлени миогосекционной сверхпровод щей жилы на основе интерметаллического соединени типа А-15 позвол ет унифици- ровать технологическое оборудование при изготовлении сверхпровод щей жилы. The proposed method for the manufacture of a myogose section superconducting core based on an intermetallic compound of type A-15 makes it possible to unify the technological equipment in the manufacture of a superconducting core

дл кабел с коаксиальными проводниками , сверхпровод щие покрыти которых образуют поверхность межтрубного зазора. Кроме того, предотвращаетс необходимость вакуумировани кабел при монтаже и повышаетс эксплуатационна надежность жилы и .соответственно кабел .for a cable with coaxial conductors, the superconducting coatings of which form the surface of the annular gap. In addition, the need to vacuum the cable during installation is prevented and the operational reliability of the core and, accordingly, the cable is increased.

IdId

Фиг.55

Claims

1. METHOD FOR PRODUCING MULTI-SECTION SUPERCONDUCTING VEIN based on an intermetallic compound, which consists in applying a layer of a barrier metal on the end sections of a tubular prefabricated refractory component of the compound, forming a superconducting coating on the inner surface, for example, by a liquid-phase diffusion method, followed by metal removal of the layer by layer barrier the perimeter and the formation at the junction and adjacent sections of the superconducting coating, similar to the above, ex characterized in that, in order to simplify the technology while improving operational reliability, a layer of barrier metal is applied to the end sections of the sections from the outside, these sections are perforated and, after the formation of a superconducting coating, a sealing layer is applied to it at the end sections of the sections.

2. A method of manufacturing a multi-section superconducting core according to claim 1, characterized in that the sealing layer is applied by plasma spraying a refractory component of an intermetallic compound.

SU „„ 710390