TW212766B - Process for producing tubular moldings from high-temperature superconducting material - Google Patents

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A6 212766 ___B6_ 五、發明説明（l) 本發明是關於用以由以鉍、鈣、緦、銅以及有時候包 括鉛在內的氧化物爲基底的高溫超導材料製造管狀成形物 的一種方法，其中氧化混合物的一個同質熔融物是以一個 預先定義好的正規組合加以製備，而其中溫度由9 〇 〇至 1 3 0 0 °C的熔融物則流入以2 0 0至1 5 〇 〇 rpm的 轉速（爲其內徑的函數）繞著其軸心旋轉的一個鋳造室內 ，固化的成形物由鑲造室被取出，而成形物在一個含氧的 氣氛中於7 0 0至9 0 0 °C下被退火4至1 5 0個鐘頭。 德國的40 19 368發表了用以由以鉍、鈣、 緦和銅的氧化物爲基底的高溫超導材料製造管狀零件的一 種方法，其中溫度由9 0 0至1. 1 0 0°C的該氧化物的同 質熔融物流入繞著其水平軸心旋轉的一個鑲造室內而且被 容許在該處固化。由鑄造室取出的固化成形物接著在一個 含氧氣氛中於7 0 0至9 0 0 °C下被退火4至1 5 0個小 時。 如果低溫的超導系統，特別是必須在以液態氦冷卻的 4 K操作的螺管，經由銅導線被供以電流時，則一方面熱 經由3 0 0K和4K之間的熱梯度被加以傳送，而另一方 面，焦耳熱經由銅的電阻被傳入儲存的液態氦中，結果造 成氦發生不必要的蒸發。 現在如果電流不是經由一條銅導線而是經由一個陶瓷 高溫超導體而供給，則流至儲存的液態氦的熱量將大量地 減少：首先，這是由於高溫超導體相對於導熱效率相當好 的銅的較低的導熱性，其次是由於未產生焦耳熱，因爲在 冬紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐）_ 3 - 82.3. 40,000 --------------*'--------裝------訂----|.C--I- (請先閱讀背面之注意事項再埸寫本頁) 經濟部中央標準局WK工消費合作社印製 A6 B6 212766 五、發明説明（2 ) 高溫超導體的轉變溫度以下的溫度範圍中，髦流傳送時沒 有任何的電阻。 因爲由導體本身的電流所產生的磁場，即所謂的磁性 自場效應，最好是使用管狀而不是桿形導線，因爲，由於 在一個較大面稹上電流承載截面的分布，導線的電流承載 能力上的磁性自場以及因而相反效應也變得較小。 供給至儲存的液態氦的熱量是由高溫超導材料的導線 的截面所決定。在本文中，必須要考慮的事實是經由一個 高溫超導體承載一個特定的電流需要某一最小的截面積。 本文中由鉍、鈣、緦、銅和選擇性地鉛的氧化物的熔融質 獲得的高溫超導體具有的優點爲其在4 K的電流承載能力 大約是比7 7 K時大5 0至1 0 0倍，也就是在氦冷卻範 圍內的較低溫度時材料的截面積將過大很多。因此將由高 溫超導體提供的導線設計爲、冷"端（4 K )的電流承載 截面積只有、暖#端（7 7K)的截面稹的1 0至2 0 % 有其優點。 因此本發明的一個目的是提供由以鉍、鈣、緦、銅和 選擇性地鉛的氧化物爲基底的高溫超導材料製造這些管狀 零件的一種方法，它們兩端的截面積彼此有相當大胃 。依據本發明，利用使溫度由9 0 0至1 3 0 〇 °C的氧化 混合物的同質熔融質流入繞著其軸心以2 0 0至1 5 0 〇 r pm (其內徑的函數）旋轉的一個鑄造室內將可達到此 目的，該軸心相對於水平將傾斜至少1 5 ° ，然後& — @ 含氧氣氛中由7 0 0至9 0 0 °C的溫度下將由鑄造$$$ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐Γ 4 ' ' 82_3. 4( (請先閲讀背面之注意事項再埃寫本頁) —裝. 訂· 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A6 212766 ____B6_ 五、發明説明（3 > 的固化成形物加以退火。 依據本發明的方法可以進一步被選擇性地發展，其中 a )軸心相對於水平被傾斜達9 0 ° ； b )軸心相對於水平被傾斜2 0至6 0 ° ； c) 鋳造室爲具有圓筒形內側的一個永久模； d) 鋳造室爲具有錐形內側的一個永久模； e) 旋轉的永久模相對於水平較大的傾斜度是配合其 較大數目的轉數，反之亦然。 附圇以輪廓及截面形式顯示一種離心鏤造裝置以及以 依據本發明的方法獲得的管狀成形物。在這些圖中： 圖1顯示永久模被推至其上的一個水平旋轉軸的一種 離心鋳造裝置； 圇2顯示在一個圓筒形永久模中獲得的成形物： 圖3顯示含有成形物的一個水平的錐形永久模； 圖4顯示在一個錐形永久模中獲得的成形物； 圖5顯示含有成形物的一個垂直的圓筒形永久模。 依據圖1 ，固定於一個以可傾斜方式安裝的背板9的 是一個軸頸軸承（和一個變速電動馬達5。推至位於軸頸 軸承1之中的軸2的一端的是一個永久模4的延伸件3 ， 而軸2的另一端則非確實地連結於電動馬達5。推至永久 模4的開口端的是一個端環6。伸入永久模4的開口端的 是一個傾注斜道7 ，可以由一個坩鍋8被截入熔融質。 圖2顯示由相對於水平10的各種不同的傾斜角所得 的成形物。圖3顯示具有一個端環6被推於其上的延伸件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐）-b - 82.3. 40,000 (請先閲讀背面之注意ί項再塡寫本頁) 丨裝· 、11. 經濟部中央標準局員工消費合作社印*'1衣 A6 B6 212766 五、發明説明（4/ 3的一個錐形永久模。圖4顯示由依據圖3的一個永久模 所得的兩個成形物，其中之一是由當永久模被安置於水平 1 0上所得，而另一個則是當永久模被傾斜4 5 °所得。 圖5顯示一個圓筒形的永久模4 ，其中有一個延伸件3而 其軸心在鋳造期間垂直於水平1〇而旋轉，一個端環6被 推至永久模4的開口側上。 在依據本發明的方法中，如果永久模的旋轉軸由水平 被升高一個特定的角度，則除了由永久模旋轉所造成的離 心加速度以外，重力將依軸心的傾斜而發生影響，使得平 靜的熔融物流入永久模位置較低的部份。利用改變熔融物 的量，永久模的旋轉速度以及其相對於水平的角度，將可 能鏤造出其上下端的截面積相差達3至4的一個係數（參 見圖2 )。 依據本發明的方法，使用一個圓錐台形的永久模4 ( 參見圖3 )甚至可以達‘到成形物的上下端之間截面積更大 的差異。於是截面積的縮減將依據永久模的幾何形狀和其 被充塡的程度。 雖然依據原有技術使用一個水平的錐形永久模導致管 壁厚度向著較薄端減小，依據本發明，利用相對於水平傾 斜錐形永久模的軸心，可以得到厚度幾乎一致的圓錐壁， 因爲在這樣的狀況下熔融物被重力向下帶，而離心加速度 則沿著殼表面將熔融物推向開口（參見圖4 )。 在依據本發明的方法中，對於旋轉鑲造室軸心的各個 傾斜角度應該依據數小的參數（鑲造室的長度、形狀和空 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公货）** --------------:'--------裝------、玎----「象 (請先閲讀背面之注意事項再瑣寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 82.3. 40,000 212766 A6 B6 經濟部中央標準局βκ工消費合作社印製 五、發明説明（5 ) 的截面稹以及熔融物的黏度）指定每單位時間鋳造室的一 特定旋轉圈數，使得作用於流入鑄造室的熔解物上的相對 力大致上平衡（離心加速度，地心吸引力）。 在本發明的方法中，當使用一個園筒形永久模時1 5 和1 8 °之間的傾斜角度將得到外側爲圓筒形而內側爲錐 形的成形物；如果傾斜的角度相對於水平爲9 0。，所得 的成形物內側成雙曲線形（參見圖5 )。 在接下來的實例之中，所準備的成份爲 Bi2Sr2CaCu2〇8 + x(x = 〇 至 〇. 3)的一種高 溫超導體。如果成份被適當地改變或者是採用預處理和二 次處理參數時，然而它也能夠以類似的方式製備以鉍爲基 底的可熔高溫超導體。 實例1 (依據原有技術） 4 0 0 g的鉍、鈣、緦和銅（金屬質量比爲2 : 2 : 1 : 2 )的氧化混合物在燒結金剛砂的一個坩鍋中於 1 〇 5 0 °C被加以熔解。一個圓筒形永久模4 (內直徑： 4 7mm，長度：1 〇 〇mm)被推入至不確實地連續於 電動馬達5的軸2上，而且被提供了一個端環6 (參見圖 1 )，永久模4的軸水平地轉動（間距角度：0。）。當 永久模4以7 5 0 r p m旋轉時，熔解物經由傾注道7由 堆鍋8被倒入永久模4內。在熔解物固化之後，圓筒形成 形物由永久模被取出而在8 4 0 °C下被退火1 0 0個小時 。高溫超導成形物兩端的截面積大約等於（參見圖2和表 (請先閲讀背面之注意事項再墒寫本頁) .丨裝· 訂. .線. 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)甲4規格（咖父抓公釐） -7 - 82.3. 40,000 212766 A6 B6 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（6 y 1 )。 實例2 重覆實例1 ，一方面修改如下，永久模的軸心相對於 水平被升高（間距角度：20。 、45。和90° )而另 —方面使用較高的永久模轉速。超導成形物的截面積在其 兩端彼此不同（參見圖2和表1 )。 實例3 (依據本發明） 重覆實例1和2 ，修改如下，使用具有3 5mm的內 徑的一個圓筒形永久模而且使甩1 〇 〇 〇至1 4 0 0 r pm的永久摸轉速。 超導成形物的尺寸表示於表2之中。 實例4 (依據本發明） 類似於實例1 ，一端的內徑爲4 5mm而另一端的內 徑爲2 5mm，長度爲1 5 0mm的一個錐形永久模4被 推送至不確實地連結於電動馬達5的軸2上。 表3之中可以得到不同的氧化浪合物的樣品重量，錐 形永久模的各種轉速以及其軸心的不同的間距角度。 (請先閲讀背面之注意事項再項寫本頁) 丨裝_ 訂· 線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）- 82.3, 40,000 A6 B6 212766 五、發明説明（7/ 表1 :具有4 7mm內徑的圓筒形中空本體 ---------------(--------裝------，玎—^.^ (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 經濟部中央標準局3工消費合作社印製 說明：D b : =底部壁厚 D t : =頂部壁厚 F b : =底部端面 F t ： =頂部端面 實例 1 2a 2b 2c 2d 轉速（rpm) 750 750 750 850 1050 間距角度[度] 0 20 45 45 90 Db [mm] 5.84 7.02 7.67 9.18 10.60 Dt [mm] 5.60 5.34 3 . 40 3.78 6 . 03 Fb [cm2] 8. 10 9.48 10.20 11.77 13.12 Ft [cm2] 7.81 7.49 4.98 5.49 6 . 03 Ft/Fb 0.96 0.79 0.49 0 . 47 0.46 重量[g] 400 443 360 437 421 82.3. 40,000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）· 9 _ 212766 A6 B6 五、發明説明（8 ) 表2:具有35mm內徑的圓筒形中空本體 實例 3a 3b 3c 3d 3e 轉速（r pra) 1000 1350 1350 1100 1400 間距角度[度] 0 20 45 90 90 Db [nun] 4.01 5.49 6.70 8.80 7.31 Dt [mm] 3.98 2 . 68 2.20 2 . 60 2 . 41 Fb [cm2] 3.90 5.42 5.96 7.24 6.36 Ft [cm2 ] 3.86 2 . 68 2.27 2 . 65 2 . 41 Ft/Fb 0.99 0.49 0 . 38 0 . 37 0.38 長度[mra ] 200 200 170 137 139 重量[g] *) 443 385 371 335 ----------------------裝------，玎----「〒丨1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局OB：工消費合作社印製 說明：D b : =底部壁厚 D t : =頂部壁厚 F b = =底部端面 F t : 二頂部端面 ): =未定 本紙張尺度適用中國0家標準（CNS)甲4視格（210 X 297公發Γ " 82.3. 40,000 δ 67 Γώ21

ABI 五、發明説明（9) 表3:圓錐形中空本體 經濟部中央標準局t®工消费合作社印製 編號 質置 [g] R p m 間距 角度 頂 內 ί徑〔Γ 部 外 nm〕 底 內 部 外 長度 [mm] 有效 [C Ft 截面稹 π.2] F b F t /F b 1 422 1100 0 26.4 29.4 26.7 45.9 122* 1.31 10.95 0.12 2 570 1100 0 21.7 25.8 21.5 45.6 149 1.53 12.70 0.12 3 570 1100 25 18.0 25.6 24.7 45.9 150 2.60 11.80 0.22 4 500 1100 45 18.3 25.7 32.0 46.0 149 2.56 8.68 0.30 5 500 800 30 15.2 25.8 31.1 45.9 144 3.41 8.95 0.38 6 300 800 30 25.0 29.3 33.6 45.9 120* 1.83 7.68 0.23 說明：F b =底部端面 F t =頂部端面 *較細端被縮短大約3 0mm的成形物 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 82.3. 40,000 (請先閲讀背面之注意事項再璜寫本頁) .丨裝· 訂

Claims (1)

1. A7 B7 C7 D7 六、f請^!#!1以鉍、鈣、緦、銅以及選擇性地鈴爲基底 的高溫超導材料製造管狀成形物的一種方法，其中包含以 —個預定的正規組合製備氧化混合物的—個同質溶融物： 使溫度由9 0 〇至1 3 0 0 °C的熔解物流入繞著其軸心以 2 0 0至1 5 0 〇 r pm (其內徑的函數）旋轉而軸心相 對於水平被傾斜至少1 5°的一個鏞造室內：由鑄造室取 出固化的成形物而且在—個含氧氣氛中於7 0 0至9 0 0 °C下將成形物退火4至1 5 0個小時。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中軸心相對於 水平被傾斜達9 Q ° 。 3 .如申請專利範圍第1埂之方法，其中軸心相對於 水平被傾斜由2 0至6 0 ° 。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中鏤造室是具 有圓筒形內部的一個永久模。 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中鏤造室是具 有錐形內部的一個永久模。 6 ·如申請專利範圔第1項之方法，其中旋轉永久模 相對於水平的較大傾斜角配合以其較大的轉速，反之亦然 --------------1--------裝------.玎—Jk—線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局S工消費合作社印製 ---- - 19 - 酿搂竿(CNS)甲 4 规格（210 X 297 公炷）