Способ получения многожильного сверхпроводящего провода на основе соединения nb*003sn
Использование: для изготовления токонесущих элементов сверхпроводящих магнитных систем. Сущность изобретения: сверхпроводящий провод получают путем размещения ниобиевого стержня в чехле из матричного материала - сплава меди с оловом, деформируют заготовку с проведением промежуточных термообработок, разрезают сформированный пруток и производят дальнейшее формирование композита требуемое число раз. При этом в кольцевой полости между бронзовым матричным материалом и бронзовым чехлом размещают барьер из меди, выполненный в виде, по крайней мере, одной свернутой в трубу пластины. Изобретение позволяет увеличить выход годного и единичную длину провода, а также повысить его качество. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам получения сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb3Sn, и может быть использовано для изготовления токонесущих элементов сверхпроводящих магнитных систем различного назначения.
Известен способ получения сверхпроводящего провода на основе Nb3Sn путем сборки ниобиевого стержня в чехол из матричного материала, в качестве которого берут деформируемый бронзовый сплав меди с оловом, деформации полученного композита до необходимого поперечного размера с проведением промежуточных термообработок, разрезки полученного композитного прутка на отдельные элементы, дальнейшего формирования композита требуемое число раз путем размещения в чехле из бронзового матричного материала композитных элементов и деформации композита с проведением промежуточных термообработок, осуществления окончательной термообработки провода для образования соединения Nb3Sn (см. ТИ 10.13.82 на провод марки МКНО-14641). Однако в настоящее время в процессе серийного изготовления отмечаются случаи брака сверхпроводника из-за нарушения сцепления матричного материала 1, содержащего ниобиевые стержни 2, с чехлом 3, сопровождающиеся отслоем оболочки (чехла) от матричной части провода (фиг. 1). Для того, чтобы продолжить изготовление проводника, необходимо удалять места отслоя. При этом снижается выход годного и уменьшается единичная длина готового провода. Для современных магнитных систем все чаще требуются обмоточные провода с единичной длиной провода более 1000 м, что вызывает необходимость получать с каждой композитной заготовки провод без обрывов и потерь материала, за исключением потерь, предусмотренных технологией. (См. ТИ 10.13.82). Известен также способ получения сверхпроводящего провода на основе Nb3Sn, близкий по технической сущности к заявленному решению и взятый в качестве прототипа: провод марки МКНОС-14641, выпускаемый по технологической инструкции ТИ 10.13.82. Это способ, заключающийся в сборке ниобиевого стержня в чехол из матричного материала, в качестве которого берут деформируемый бронзовый сплав меди с оловом, деформировании полученного ниобий-бронзового композита до необходимого поперечного размера с проведением промежуточных термообработок, разрезки сформированного прутка на отдельные элементы, и потом дальнейшее формирование композитного провода путем размещения композитных ниобий-бронзовых элементов в бронзовом чехле, а при формировании конечной заготовки в чехле из стабилизирующего материала, в качестве которого обычно выбирают медь, отделяя ее от матричного материала барьером из ниобия, тантала или других аналогичных материалов, деформирования заготовки с проведением промежуточных отжигов и осуществления окончательной термообработки для образования соединения Nb3Sn. Этим способом получают большое количество длинномерных (до 1000 м) стабилизированных сверхпроводящих проводов марок МКНОС-14641 и МКНОС-44521, содержащих, соответственно, 14641 и 44521 ниобиевую жилу в бронзовой матрице. Однако указанный способ не позволяет уменьшить дефекты и обрывность провода, вызванные плохим сцеплением матричного материала, в качестве которого используется бронза Сu 13 мас. олова с бронзовым же чехлом, что имеет место при изготовлении промежуточных 121- и 211-жильных прутков, из которых собирают заготовки для получения проводов, соответственно МКНОС-14641 и МКНОС-44521. Брак объясняется тем, что диффузионное взаимодействие между чехлом и матричным материалом не обеспечивает сохранения надежного их сцепления в процессе всех используемых технологических переделов. Целью изобретения является улучшение сцепления чехла с матричным материалом, содержащим ниобиевые жилы, увеличение выхода годного и единичной длины провода. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления композитного многожильного сверхпроводника на основе соединения Nb3Sn, который включает операции сборки композита, его деформирования с проведением промежуточных термообработок, разрезки сформированного прутка на отдельные элементы, затем дальнейшее формирование композита требуемое число раз и осуществление окончательной термообработки с целью образования соединения Nb3Sn, между матричным материалом, содержащим ниобиевые жилы, и бронзовым чехлом помещают барьер, который изготавливают из легко деформирующегося при механической обработки материала, не образующего препятствующих деформационному переделу соединений с материалом матрицы и чехла. При этом используют материал, для которого коэффициент диффузии олова из чехла и матричного материала в материал барьера в процессе всех применяемых при изготовлении проводника температурных воздействий больше, чем коэффициент взаимной диффузии олова между чехлом и матричным материалом. Барьер выполняют в виде по крайней мере одной свернутой в трубу пластины и размещают в кольцевой полости, которую предусматривают между чехлом и матричным материалом. Другое отличие состоит в том, что барьер изготавливают с разрывами сплошности, равномерно перфорированным, например отверстиями, или сетчатым. Существенное отличие от прототипа заключается в том, что в результате предполагаемой операции введения барьера образуются зоны диффузионной сварки между чехлом и матричным материалом, проходящие по объему барьера и по всей длине композита. Указанное отличие обусловлено диффузионным взаимодействием между компонентам барьера, чехла и матричного материала, которое протекает достаточно эффективно при тепловых воздействиях во время выдавливания и промежуточных термообработок, необходимых для снятия напряжений, возникающих при деформации. В качестве материала барьера, удовлетворяющего всем предъявленным требованиям, можно использовать ряд металлов и сплавов: медь, латунь, железо. Однако нет веских доказательств того, что есть металлы или сплавы, которые были бы лучше, чем медь, пригодны для этой цели. Важно также то, что в результате технологических переделов на конечном размере провода медный барьер полностью сольется с чехлом и матрицей, будучи насыщен диффундирующим из них в медь оловом, что обеспечит быструю доставку олова в процессе окончательной диффузионной термообработки из периферийных областей проводника (т.е. чехла) во внутренние (т.е. в матрицу), где размещены ниобиевые жилы. При расчете диффузионного проникновения олова из бронзовых Cu-13 мас. олова чехла и матричного материала в медный барьер до концентрации олова в барьере, равной среднему арифметическому значению между начальной и конечной концентрациями олова в чехле и матрице можно применять соотношение![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941635.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
Формула изобретения
1. Способ получения многожильного сверхпроводящего провода на основе соединения Nb3Sn, при котором формируют композит путем размещения ниобиевого стержня в чехле из матричного материала, представляющего собой сплав меди с оловом, деформируют полученную заготовку до необходимого поперечного размера с проведением промежуточных термообработок, разрезают сформированный пруток на отдельные элементы и производят дальнейшее формирование композита требуемое число раз путем размещения композитных ниобий-бронзовых элементов в чехле из матричного материала, деформируют заготовки с проведением промежуточных отжигов до необходимого размера и осуществляют окончательную термообработку до образования соединения Nb3Sn, отличающийся тем, что, с целью улучшения сцепления чехла с матричным материалом, содержащим ниобиевые жилы, увеличения выхода годного и единичной длины провода, в кольцевой полости между бронзовым матричным материалом и бронзовым чехлом размещают барьер из меди, выполненный в виде по крайней мере одной свернутой в трубу пластины. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что барьер выполняют с равномерно перфорированными отверстиями.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2