[go: up one dir, main page]

RU2124775C1 - Method for producing long high-temperature superconducting parts - Google Patents

Method for producing long high-temperature superconducting parts Download PDF

Info

Publication number
RU2124775C1
RU2124775C1 RU97109758A RU97109758A RU2124775C1 RU 2124775 C1 RU2124775 C1 RU 2124775C1 RU 97109758 A RU97109758 A RU 97109758A RU 97109758 A RU97109758 A RU 97109758A RU 2124775 C1 RU2124775 C1 RU 2124775C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat treatment
conductor
temperature heat
temperature
coating
Prior art date
Application number
RU97109758A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97109758A (en
Inventor
А.К. Шиков
И.И. Акимов
Д.Н. Раков
О.В. Докман
Original Assignee
Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад. А.А.Бочвара
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 Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад. А.А.Бочвара filed Critical Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад. А.А.Бочвара
Priority to RU97109758A priority Critical patent/RU2124775C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2124775C1 publication Critical patent/RU2124775C1/en
Publication of RU97109758A publication Critical patent/RU97109758A/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; manufacture of long stranded superconductors. SUBSTANCE: method involves deformation of complex blank built up of sheath and desired number of gaging parts of cut deformed blank to obtain long conductor, its high-temperature treatment at 830-835 C for producing superconducting phase of desired composition and structure in conductor strands, followed by production of non-homogeneous insulating coat of high oxygen permeability on conductor sheath by covering sheath surface with organometallic composition of metal concentration of 25-40 g/l metal mixture followed by low-temperature heat treatment at 350-400 C; then product is wound and subjected to additional heat treatment at 835-840 C. Critical properties of parts obtained don not need further correction of design. EFFECT: enlarged functional capabilities of products obtained. 1 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области технической сверхпроводимости, в частности к технологии получения длинномерных композиционных многожильных проводников на основе высокотемпературных сверхпроводящих соединений, предназначенных для создания электротехнических изделий. The invention relates to the field of technical superconductivity, in particular, to a technology for producing long-length composite multicore conductors based on high-temperature superconducting compounds designed to create electrical products.

Проводники на основе высокотемпературных сверхпроводящих соединений получают методом "порошок в трубе", заключающимся в заполнении металлической оболочки (трубы) керамическим порошком высокотемпературного сверхпроводящего соединения или полуфабриката, деформации полученной заготовки до требуемых размеров, в процессе которой происходит уплотнение керамической сердцевины, и высокотемпературной термообработке, проводимой для образования в сердцевине сверхпроводящей фазы требуемого состава без дефектов структуры (трещин, пор и т.д.), снижающих критические свойства, например Iк, критический ток.Conductors based on high-temperature superconducting compounds are obtained by the method of "powder in a pipe", which consists in filling a metal shell (pipe) with ceramic powder of a high-temperature superconducting compound or semi-finished product, deformation of the obtained workpiece to the required dimensions, during which the ceramic core is densified, and high-temperature heat treatment is carried out for the formation in the core of the superconducting phase of the required composition without structural defects (cracks, pores, etc.), reducing critical properties, for example, I k , critical current.

Использование высокотемпературных сверхпроводников в различных электротехнических изделиях, например магнитных катушках, предполагает их деформацию на изгиб (намотка, скручивание и т.д.), которая не должна приводить к падению критических свойств. Кроме того, при изготовлении изделий необходимо использование электрической изоляции, например, между витками катушки [1, 2] . The use of high-temperature superconductors in various electrical products, such as magnetic coils, implies their bending deformation (winding, twisting, etc.), which should not lead to a drop in critical properties. In addition, in the manufacture of products, it is necessary to use electrical insulation, for example, between coil turns [1, 2].

При изготовлении высокотемпературных сверхпроводящих изделий в качестве электрической изоляции используют оплеточные материалы, например, из оксида алюминия или электроизоляционные покрытия, полученные путем нанесения на оболочку проводника керамических порошковых смесей с органическим связующим с последующим выжиганием органики или используют другие электроизоляционные материалы и покрытия. Однако оплеточные материалы из оксида алюминия (и другие, прокладываемые между витками катушки) обеспечивают лишь механический контакт с оболочкой проводника, который может затруднить теплообмен между криогенной средой и сверхпроводником, а также обладают большой толщиной, около 100 мкм, что значительно увеличивает габариты электротехнического устройства. Кроме того, эти изоляционные материалы предполагают их одноразовое использование, то есть при изменении числа витков катушки они разрушаются, что резко снижает надежность изоляции. Покрытия, полученные путем нанесения на оболочку проводника керамических порошковых смесей с органическим связующим с последующим выжиганием органики, обладают значительной толщиной (более 20-40 мкм. ), неравномерностью по толщине и самое главное - низкой прочностью сцепления с оболочкой проводника, что делает проблематичным корректировку конструкции электротехнического изделия. In the manufacture of high-temperature superconducting products, braiding materials, for example, from aluminum oxide or electrical insulation coatings, obtained by applying ceramic powder mixtures with an organic binder to the subsequent burning of organics, or using other electrical insulation materials and coatings, are used as electrical insulation. However, braided aluminum oxide materials (and others, laid between the turns of the coil) provide only mechanical contact with the conductor shell, which can impede heat transfer between the cryogenic medium and the superconductor, and also have a large thickness of about 100 μm, which significantly increases the dimensions of the electrical device. In addition, these insulating materials suggest their one-time use, that is, when the number of coil turns changes, they are destroyed, which sharply reduces the reliability of the insulation. Coatings obtained by applying ceramic powder mixtures with an organic binder to the conductor sheath followed by burning out the organics have a significant thickness (more than 20-40 microns), uneven thickness and, most importantly, low adhesion to the conductor sheath, which makes it difficult to adjust the design electrical products.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является "Способ получения длинномерных проводников на основе высокотемпературных сверхпроводящих соединений" [3], включающий формирование заготовки в виде герметичной оболочки из металла или сплава, заполнение ее порошком сверхпроводящего соединения или полуфабриката, деформацию полученной заготовки до требуемого размера, нанесение на оболочку заготовки раствора металлоорганического соединения на основе карбоновых кислот, содержащих цирконий, алюминий, иттрий (концентрации по металлу или смеси металлов - 50 г/л), низкотемпературную термообработку на воздухе или в среде инертного газа в интервале температур 400-650oC, повторение цикла: нанесение раствора металлоорганического соединения, низкотемпературная термообработка требуемое число раз, каждый раз из раствора, содержащего различные металлы, намотка изделия и высокотемпературная термообработка при 840oC. В результате описанных операций получается изделие (магнитная катушка) из проводника в изоляционном покрытии. Такое изоляционное покрытие обладает малой толщиной, надежно электроизолирует оболочку проводника равномерно по толщине, обладает повышенной адгезией к оболочке.Closest to the proposed technical solution is the "Method for producing long conductors based on high-temperature superconducting compounds" [3], including the formation of the workpiece in the form of a sealed sheath of metal or alloy, filling it with powder of the superconducting compound or semi-finished product, deformation of the obtained workpiece to the required size, application on the shell of a blank of a solution of an organometallic compound based on carboxylic acids containing zirconium, aluminum, yttrium (concentrations of metal or a mixture of metals - 50 g / l), low-temperature heat treatment in air or inert gas in the temperature range 400-650 o C, repetition of the cycle: applying a solution of organometallic compounds, low-temperature heat treatment the required number of times, each time from a solution containing various metals, product winding and high-temperature heat treatment at 840 o C. As a result of the described operations, the product (magnetic coil) is obtained from a conductor in an insulating coating. Such an insulating coating has a small thickness, reliably insulates the conductor sheath uniformly in thickness, and has increased adhesion to the sheath.

Недостатком способа-прототипа является невозможность корректировки конструкции изделия, например изменения числа витков катушки, так как при 840oC в толстой одножильной керамической сердцевине сформирована структура, практически не позволяющая деформировать проводник на изгиб.The disadvantage of the prototype method is the impossibility of adjusting the design of the product, for example, changing the number of turns of the coil, since at 840 ° C a structure is formed in the thick single core ceramic core that practically does not allow the conductor to bend.

Очевидно, что если деформациям подвергается проводник в изоляционном покрытии, то и покрытие должно выдерживать максимально возможные деформации. It is obvious that if a conductor is subjected to deformation in an insulating coating, then the coating must also withstand the maximum possible deformation.

Следует отметить, что изменение места высокотемпературной термообработки или ее режима, например проведение ее при более низкой температуре сразу после деформации, однозначно не решает проблему получения изделия корректируемой конструкции с высокими критическими свойствами. При изменении места и режима высокотемпературной термообработки удается добиться возможности корректировать конструкцию изделия, но не всегда удается получить такие же критические свойства, как на изделии, полученном без корректировки конструкции, то есть когда высокотемпературная термообработка проводится при более высокой температуре на заключительном этапе технологии. Связано это с тем, что какими бы устойчивыми к деформациям на изгиб не были проводники на основе высокотемпературных сверхпроводящих соединений - это металлокерамические композиционные материалы, и при незначительном превышении критического радиуса изгиба (при намотке из таких проводников электротехнических изделий или корректировке их конструкции) возможно падение критических характеристик (например, Iк - критического тока).It should be noted that changing the place of high-temperature heat treatment or its mode, for example, carrying it out at a lower temperature immediately after deformation, does not unambiguously solve the problem of obtaining a product with an adjustable design with high critical properties. By changing the place and mode of high-temperature heat treatment, it is possible to adjust the product design, but it is not always possible to obtain the same critical properties as on the product obtained without structural adjustment, that is, when high-temperature heat treatment is carried out at a higher temperature at the final stage of the technology. This is due to the fact that no matter how resistant conductors to bending deformations based on high-temperature superconducting compounds are, these are metal-ceramic composite materials, and if the critical bending radius is slightly exceeded (when winding electrical products from such conductors or adjusting their design), critical characteristics (for example, I to - critical current).

Поэтому целесообразно, например, получить методом "порошок в трубе" проводник, провести высокотемпературную термообработку, покрывать оболочку проводника электрической изоляцией, намотать катушку (соленоид), при необходимости скорректировать в катушке число витков и, если при корректировке или намотке изделия был превышен критический радиус изгиба, иметь возможность провести дополнительную высокотемпературную термообработку для "залечивания" трещин, образовавшихся в керамической сердцевине проводника. Therefore, it is advisable, for example, to obtain a conductor using the “powder in pipe” method, conduct high-temperature heat treatment, cover the conductor with electrical insulation, wind the coil (solenoid), if necessary, adjust the number of turns in the coil and if the critical bending radius is exceeded when adjusting or winding the product , be able to conduct additional high-temperature heat treatment to "heal" cracks formed in the ceramic core of the conductor.

Для этого необходимо иметь изоляционное покрытие, обладающее как малой толщиной при сохранении изоляционных свойств, равномерностью по длине проводника, хорошей адгезией к его оболочке, так и повышенной проницаемостью для кислорода, так как высокотемпературная термообработка предполагает наличие кислородного обмена между средой термообработки и керамической сердцевиной. Кроме того, такое покрытие должно выдерживать максимально возможные деформации на изгиб. For this, it is necessary to have an insulating coating having both a small thickness while maintaining the insulating properties, uniformity along the length of the conductor, good adhesion to its shell, and increased permeability to oxygen, since high-temperature heat treatment involves the presence of oxygen exchange between the heat-treating medium and the ceramic core. In addition, such a coating must withstand the maximum possible bending deformation.

Требование повышенной проницаемости для кислорода особенно важно для многожильных проводников, обладающих благодаря большому количеству жил, например 19, 37, 61, 703, большей по отношению к одножильным устойчивостью к деформациям на изгиб без падения критических свойств. Естественно, что для многожильных проводников (например, 703 жилы по отношению к 1) необходима значительная проницаемость изоляционного покрытия для кислорода при высокотемпературной термообработке, проводимой на изолированном проводнике. Технической задачей данного изобретения явилось повышение проницаемости изоляционного покрытия кислородом, повышение его устойчивости к деформациям на изгиб при сохранении изоляционных свойств, малой толщины, равномерности по длине проводника и требуемой адгезии к его оболочке на многожильном длинномерном проводнике, устойчивом (благодаря структуре керамической сердцевины) к деформациям на изгиб, позволяющем получать на основе такого проводника изделия, корректировать их конструкцию и увеличивать Iк на изделия скорректированной конструкции до максимальных значений Iк, полученных на изделиях, изготовленных без корректировки конструкции.The requirement of increased oxygen permeability is especially important for multicore conductors, which, due to the large number of cores, for example 19, 37, 61, 703, are more resistant to single-core bending deformations without loss of critical properties. Naturally, for multicore conductors (for example, 703 cores with respect to 1), significant permeability of the insulating coating for oxygen is required during high-temperature heat treatment carried out on an insulated conductor. The technical task of this invention was to increase the permeability of the insulating coating with oxygen, to increase its resistance to bending deformations while maintaining insulating properties, small thickness, uniformity along the length of the conductor and the required adhesion to its shell on a multicore long-length conductor, resistant to deformations (due to the structure of the ceramic core) to bend, which allows to obtain products on the basis of such a conductor, to correct their design and increase I to by products adjusted to design to the maximum values of I to obtained on products made without structural adjustment.

Поставленная задача решается тем, что в способе-прототипе, включающем формирование заготовки в виде металлической оболочки, заполнение ее порошком сверхпроводящего соединения или полуфабриката, деформацию полученной заготовки до требуемых размеров, нанесение на поверхность оболочки раствора металлоорганического соединения на основе карбоновых кислот, содержащих цирконий, алюминий, иттрий, намотку и термообработки, после деформации заготовки до требуемых размеров производят ее резку на мерные части и формируют сложную заготовку, для чего помещают требуемое количество мерных частей деформированной заготовки в металлическую оболочку, деформируют сложную заготовку до требуемых размеров, проводят высокотемпературную термообработку при 830-835oC, затем на оболочку сложной заготовки наносят раствор металлоорганического соединения на основе карбоновых кислот, содержащих цирконий, алюминий, иттрий, концентрации по металлу, смеси металлов 25-40 г/л, проводят низкотемпературную термообработку при температуре 350-400oC, а затем производят намотку изделия и проводят дополнительную высокотемпературную термообработку при температуре 835-840oC.The problem is solved in that in the prototype method, which includes forming a preform in the form of a metal shell, filling it with powder of a superconducting compound or a semi-finished product, deforming the resulting preform to the required size, applying a solution of an organometallic compound based on carboxylic acids containing zirconium, aluminum to the surface of the shell , yttrium, winding and heat treatment, after the workpiece is deformed to the required dimensions, it is cut into measured parts and a complex workpiece is formed, for which placed the required number of deformed portions dimensional preform in a metal sheath is deformed complex preform to the desired dimensions, the high-temperature heat treatment is carried out at 830-835 o C, then the complex envelope blanks applied organometallic compound solution on the basis of carboxylic acids comprising zirconium, aluminum, yttrium, the concentration of the metal, metal mixture of 25-40 g / l, low temperature heat treatment is carried out at a temperature of 350-400 o C, and then make the winding products and spend additional th high-temperature heat treatment at a temperature of 835-840 o C.

Получение многожильного проводника позволяет (по сравнению с одножильным, способ-прототип) использовать большие деформации на изгиб при намотке изделия без нарушения целостности керамической сердцевины и создания в ней дефектов структуры (например, трещин), которые невозможно "залечить" при последующей высокотемпературной термообработке. Нанесение раствора металлоорганического соединения концентрации по металлу, смеси металлов 25-40 г/л в сочетании с низкотемпературной термообработкой при 350-400oC позволяет получить аморфное изоляционное покрытие из нестехиометричных оксидов используемых металлов или их смеси, обладающее наряду с малой толщиной при сохранении изоляционных свойств равномерностью по длине проводника, требуемой адгезией к оболочке последнего, новым качеством - повышенной (по отношению к способу-прототипу) проницаемостью для кислорода, обеспечивающей кислородный обмен между керамической многожильной сердцевиной и средой высокотемпературного отжига. Кроме того, такое покрытие обладает негомогенностью структуры и способно релаксировать напряжения, возникающие при деформации проводника на изгиб, в имеющиеся в покрытии неоднородности структуры (несплошности, поры, трещины, каналы).Obtaining a multicore conductor allows (in comparison with a single-core conductor, the prototype method) to use large bending deformations during winding of the product without violating the integrity of the ceramic core and creating structural defects in it (for example, cracks) that cannot be healed during subsequent high-temperature heat treatment. The application of a solution of an organometallic compound with a concentration of metal, a mixture of metals 25-40 g / l in combination with low-temperature heat treatment at 350-400 o C allows you to get an amorphous insulation coating from non-stoichiometric oxides of the metals used or their mixture, which, along with a small thickness while maintaining the insulating properties uniformity along the length of the conductor required by adhesion to the shell of the latter, a new quality - increased (relative to the prototype method) oxygen permeability, providing acid tional multifilamentary exchange between the ceramic core and the high-temperature annealing medium. In addition, such a coating has an inhomogeneous structure and is able to relax the stresses arising from bending of the conductor into the heterogeneity of the structure (discontinuities, pores, cracks, channels) in the coating.

Формирование негомогенного покрытия с повышенной проницаемостью кислородом в процессе низкотемпературного отжига происходит за счет термического разложения (пиролиза) металлосодержащих органических соединений (карбоксилатов, Me(COOH)n, где, например, Me - цирконий, алюминия, иттрий) в соответствии с реакцией
Me(COOH)n -t---> MexOy + CO2 + H2O
с образованием на оболочке проводника тонкой (0,1-0,3 мкм) пленки аморфного нестехиометричного оксида металла. Получаемое оксидное неэлектропроводное покрытие имеет регулируемую толщину 0,1-6 мкм (в зависимости от количества циклов) при сохранении электроизоляционных свойств и удовлетворительного контакта между покрытием и проводником, кроме того, оно обладает новым по отношению к прототипу свойством - негомогенностью структуры за счет негомогенности структуры получаемых нестехиометричных оксидов, то есть наличия неоднородности (несплошности, пор, трещин, каналов, проницаемых для кислорода, в которые происходит релаксация напряжений).
The formation of a non-homogeneous coating with increased oxygen permeability during low-temperature annealing occurs due to the thermal decomposition (pyrolysis) of metal-containing organic compounds (carboxylates, Me (COOH) n , where, for example, Me - zirconium, aluminum, yttrium) in accordance with the reaction
Me (COOH) n -t ---> Me x O y + CO 2 + H 2 O
with the formation on the conductor shell of a thin (0.1-0.3 μm) film of amorphous non-stoichiometric metal oxide. The resulting oxide non-conductive coating has an adjustable thickness of 0.1-6 μm (depending on the number of cycles) while maintaining electrical insulation properties and satisfactory contact between the coating and the conductor, in addition, it has a new property with respect to the prototype — the inhomogeneity of the structure due to the inhomogeneity of the structure of non-stoichiometric oxides obtained, i.e., the presence of heterogeneity (discontinuities, pores, cracks, channels permeable to oxygen, into which stress relaxation occurs).

Сопоставление предлагаемого способа со способом-прототипом показывает, что отличительными особенностями данного способа являются: проведение высокотемпературной термообработки при температуре 830-835oC после деформации сложной заготовки, полученной путем размещения в оболочке из металла или сплава мерных частей разрезанной деформированной заготовки, использование растворов металлоорганических соединений концентрации по металлу 25-40 г/л с последующей низкотемпературной термообработкой при температуре 350-400oC и проведение на заключительном этапе дополнительной высокотемпературной термообработки при температуре 835-840oC.Comparison of the proposed method with the prototype method shows that the distinctive features of this method are: high-temperature heat treatment at a temperature of 830-835 o C after deformation of a complex workpiece obtained by placing measured parts of a cut deformed workpiece in a metal or alloy shell, the use of solutions of organometallic compounds metal concentration of 25-40 g / l, followed by low-temperature heat treatment at a temperature of 350-400 o C and conducting the integral stage of the additional high-temperature heat treatment at a temperature of 835-840 o C.

Проведение данных операций в описанной последовательности привело к появлению нового технического результата: новой структуры многожильной керамической сердцевины, обеспечивающей надежный контакт между кристаллитами и устойчивость к деформациям на изгиб, и новой структуры изоляционного покрытия, обеспечивающей надежную изоляцию, малую толщину, равномерность по длине, требуемую адгезию к оболочке и повышенную устойчивость к деформациям на изгиб (более чем в 10 раз уменьшается критический радиус изгиба многожильного проводника в изоляционном покрытии), а также повышенную проницаемость такого покрытия для кислорода, что расширяет сферы использования проводника и делает возможным корректировку конструкции изделий в широких пределах при сохранении Iк в изделии скорректированной конструкции на уровне Iк изделия, изготовленного без корректировки.Carrying out these operations in the described sequence led to the appearance of a new technical result: a new structure of a multicore ceramic core providing reliable contact between crystallites and resistance to bending deformations, and a new structure of an insulation coating providing reliable insulation, small thickness, uniformity in length, and required adhesion to the sheath and increased resistance to bending deformations (the critical bending radius of a multicore conductor in an insulator decreases by more than 10 times coating), as well as the increased permeability of such a coating for oxygen, which expands the scope of use of the conductor and makes it possible to adjust the design of the products over a wide range while maintaining the I k in the product of the adjusted design at level I to the product made without adjustment.

Пример. Example.

Методом "порошок в трубе" получали композиционную заготовку: оболочку (серебряная труба), заполненную порошком висмутовой керамики состава Bi-2223, которую деформировали волочением до диаметра 1,18 мм, затем разрезали на 19 частей длиной по 2 м каждая и формировали сложную заготовку, для чего помещали 19 мерных частей деформированной заготовки в серебряную трубу диаметром 8 мм с толщиной стенки 0,8 мм, затем деформировали полученную сложную заготовку с диаметра 8 мм до диаметра 3,01 мм волочением со степенью деформации за проход 5%. Дальнейшую деформацию с диаметра 3,01 мм до толщины 0,25 мм производили плоской прокаткой со степенью деформации за проход 5%. В результате описанных выше операций получали плоский многожильный проводник длиной более 50 м. Затем полученный проводник разрезали на части по 8,5 м каждая и обрабатывали по трем схемам: намотка катушки - высокотемпературная термообработка при 840oC (1), высокотемпературная термообработка при 832oC - намотка катушки (2), высокотемпературная термообработка при 832oC - намотка катушки - дополнительная высокотемпературная термообработка при 837oC (3).Using the powder in pipe method, a composite billet was obtained: a shell (silver pipe) filled with Bi-2223 bismuth ceramic powder, which was deformed by drawing to a diameter of 1.18 mm, then cut into 19 parts each 2 m long and a complex billet was formed, why 19 measured parts of the deformed billet were placed in a silver pipe with a diameter of 8 mm with a wall thickness of 0.8 mm, then the resulting complex billet was deformed from a diameter of 8 mm to a diameter of 3.01 mm by drawing with a degree of deformation of 5% per pass. Further deformation from a diameter of 3.01 mm to a thickness of 0.25 mm was carried out by flat rolling with a degree of deformation of 5% per pass. As a result of the operations described above, a flat stranded conductor with a length of more than 50 m was obtained. Then, the resulting conductor was cut into 8.5 m pieces each and processed according to three schemes: coil winding - high temperature heat treatment at 840 ° C (1), high temperature heat treatment at 832 ° C C - coil winding (2), high temperature heat treatment at 832 o C - coil winding - additional high temperature heat treatment at 837 o C (3).

При использовании всех трех схем электроизоляцию наносили путем покрытия оболочки проводника раствором металлоорганического соединения, содержащего карбоксилаты циркония концентрации 25 г/л с последующей низкотемпературной термообработкой при 370-395oC в потоке аргона. Если использовали схему (1) - покрытие наносили сразу после конечной деформации сложной заготовки, если использовали схему (2) - покрытие наносили после высокотемпературной термообработки, если использовали схему (3) - покрытие наносили после первой высокотемпературной термообработки. Высокотемпературные термообработки при 832oC и 840oC проводили в течение общего времени 200 часов каждая, дополнительную высокотемпературную термообработку при 837oC - в течение 50 часов.Using all three schemes, electrical insulation was applied by coating the conductor sheath with a solution of an organometallic compound containing zirconium carboxylates of a concentration of 25 g / l, followed by low-temperature heat treatment at 370-395 o C in an argon stream. If scheme (1) was used, the coating was applied immediately after the final deformation of the complex workpiece; if scheme (2) was used, the coating was applied after high temperature heat treatment; if scheme (3) was used, the coating was applied after the first high temperature heat treatment. High-temperature heat treatments at 832 o C and 840 o C were carried out for a total time of 200 hours each, additional high-temperature heat treatment at 837 o C for 50 hours.

Испытания на гиб с перегибом показали, что образцы с покрытием, обладающим повышенной проницаемостью для кислорода, выдерживают до 7 циклов деформации без заметного отслаивания покрытия. Исследование микроструктуры показало (см. чертеж), что покрытие имеет неравномерность по толщине не более 3% от среднего значения, хорошо прилегает к оболочке из серебра, то есть имеет прочный диффузионный контакт с ней, что обеспечивает эффективный теплообмен с окружающей средой. Bending tests with kink showed that samples with a coating having increased permeability to oxygen can withstand up to 7 cycles of deformation without noticeable peeling of the coating. The study of the microstructure showed (see the drawing) that the coating has an unevenness of no more than 3% of the average value in thickness, it adheres well to the silver shell, that is, it has strong diffusion contact with it, which ensures effective heat exchange with the environment.

Также на оболочку проводника наносили смесь карбоксилатов алюминия с содержанием алюминия 25 г/л и смесь карбоксилатов иттрия с содержанием иттрия 25 г/л, проводили низкотемпературную термообработку в потоке аргона при температуре 350-355oC при использовании карбоксилатов алюминия и температуре 355-360oC при использовании карбоксилатов иттрия. Цикл: нанесение раствора металлоорганического соединения - низкотемпературная термообработка повторяли 15 раз, толщина покрытия составила 6 мкм.Also, a mixture of aluminum carboxylates with an aluminum content of 25 g / L and a mixture of yttrium carboxylates with a yttrium content of 25 g / L were applied to the conductor’s shell, low-temperature heat treatment was carried out in an argon stream at a temperature of 350-355 o C using aluminum carboxylates and a temperature of 355-360 o C when using yttrium carboxylates. Cycle: application of a solution of an organometallic compound — low-temperature heat treatment was repeated 15 times, the coating thickness was 6 μm.

Кроме того, на поверхность проводника наносили смесь карбоксилатов циркония с содержанием циркония 40 г/л, смесь карбоксилатов алюминия с содержанием алюминия 40 г/л, смесь карбоксилатов иттрия с содержанием иттрия 40 г/л, проводили низкотемпературную термообработку в потоке аргона при температуре 370-400oC при использовании карбоксилатов циркония, температуре 350-355oC при использовании карбоксилатов алюминия и температуре 355-360oC при использовании карбоксилатов иттрия. Использование карбоксилатов металлов с содержанием иттрия, алюминия, циркония 40 г/л позволило уменьшить количество циклов нанесения покрытия до 12 при одинаковой толщине 6 мкм.In addition, a mixture of zirconium carboxylates with a zirconium content of 40 g / l, a mixture of aluminum carboxylates with an aluminum content of 40 g / l, a mixture of yttrium carboxylates with a yttrium content of 40 g / l were applied to the surface of the conductor, low-temperature heat treatment was carried out in an argon stream at a temperature of 370- 400 o C when using zirconium carboxylates, a temperature of 350-355 o C when using aluminum carboxylates and a temperature of 355-360 o C when using yttrium carboxylates. The use of metal carboxylates with a yttrium, aluminum, zirconium content of 40 g / l made it possible to reduce the number of coating cycles to 12 with the same thickness of 6 μm.

Также слои покрытия наносили с применением металлоорганических соединений, содержащих как цирконий, так и иттрий концентрации по смеси металлов 25 г/л, содержащих как цирконий, так и алюминий концентрации по смеси металлов 25 г/л, содержащих как алюминий, так и иттрий концентрации по смеси металлов 25 г/л, а также содержащих как цирконий, так и алюминий, так и иттрий концентрации по смеси металлов 25 г/л. Использование смесей карбоксилатов названных металлов позволило снизить температуру пиролиза до 350-365oC, а число циклов нанесения покрытия уменьшить до 10 при одинаковой толщине 6 мкм.Also, the coating layers were applied using organometallic compounds containing both zirconium and yttrium concentration in a mixture of metals 25 g / l, containing both zirconium and aluminum concentration in a mixture of metals 25 g / l, containing both aluminum and yttrium concentration in a mixture of metals 25 g / l, as well as containing both zirconium and aluminum, and yttrium concentration of a mixture of metals 25 g / l. The use of mixtures of carboxylates of these metals allowed to reduce the pyrolysis temperature to 350-365 o C, and the number of coating cycles to reduce to 10 with the same thickness of 6 microns.

Помимо этого, слои покрытия наносили с применением металлоорганических соединений, содержащих как цирконий, так и иттрий концентрации по смеси металлов 40 г/л, содержащих как цирконий, так и алюминий концентрации по смеси металлов 40 г/л, содержащих как алюминий, так и иттрий концентрации по смеси металлов 40 г/л, а также содержащих как цирконий, так и алюминий, так и иттрий концентрации по смеси металлов 40 г/л. Использование смесей карбоксилатов названных металлов позволило снизить температуру пиролиза до 350-365oC, а число циклов нанесения покрытия уменьшить до 8 при одинаковой толщине 6 мкм.In addition, the coating layers were applied using organometallic compounds containing both zirconium and yttrium concentration of a mixture of metals 40 g / l containing both zirconium and aluminum concentration of a mixture of metals 40 g / l containing both aluminum and yttrium concentration of a mixture of metals 40 g / l, as well as containing both zirconium and aluminum, and yttrium concentration of a mixture of metals 40 g / l. The use of mixtures of carboxylates of these metals allowed to reduce the pyrolysis temperature to 350-365 o C, and the number of coating cycles to reduce to 8 with the same thickness of 6 microns.

Испытания на гиб с перегибом всех описанных выше покрытий показали, что образцы с покрытием, обладающим повышенной проницаемостью для кислорода, выдерживают до 7 циклов деформации без заметного отслаивания покрытия. Исследование микроструктуры показало, что покрытие имеет неравномерность по толщине не более 3% от среднего значения, хорошо прилегает к оболочке из серебра, то есть имеет прочный диффузионный контакт с ней, что обеспечивает эффективный теплообмен с окружающей средой. Bending tests with kinks of all the coatings described above showed that samples with a coating having increased permeability to oxygen withstand up to 7 cycles of deformation without noticeable peeling of the coating. The study of the microstructure showed that the coating has a thickness unevenness of no more than 3% of the average value, is well adjacent to the silver shell, that is, it has strong diffusion contact with it, which ensures effective heat exchange with the environment.

Результаты, приведенные в таблице (см. далее текст примера), достигаемы при использовании указанных металлов при их сочетании в смеси и для каждого из металлов в различном диапазоне указанных концентраций и температур. The results shown in the table (see the text of the example below) are achieved using these metals when combined in a mixture and for each of the metals in a different range of indicated concentrations and temperatures.

При исследовании изоляционных свойств описанных выше покрытий толщиной 6 мкм с помощью ампервольтметра (P-386) на всей длине проводника проводящих участков выявлено не было. When studying the insulating properties of the above coatings with a thickness of 6 μm using an ampervoltmeter (P-386), no conductive sections were detected along the entire length of the conductor.

Измерение критических токов проводили стандартным 4-контактным методом по критерию 1 мкВ/см при 77 K в собственном магнитном поле. The critical currents were measured by the standard 4-pin method according to the criterion of 1 μV / cm at 77 K in an intrinsic magnetic field.

В таблице представлена сравнительная характеристика катушек на основе 19-жильного проводника в зависимости от схемы изготовления. Высокотемпературные термообработки при 832oC и 840oC проводили в течение общего времени 200 часов каждая, дополнительную высокотемпературную термообработку при 837oC - в течение 50 часов.The table shows the comparative characteristics of coils based on a 19-wire conductor, depending on the manufacturing scheme. High-temperature heat treatments at 832 ° C and 840 ° C were carried out for a total time of 200 hours each, additional high-temperature heat treatment at 837 ° C for 50 hours.

Испытания на гиб с перегибом показали, что образцы с негомогенным покрытием, обладающим повышенной проницаемостью для кислорода, выдерживают до 7 циклов деформации без заметного отслаивания покрытия. Исследование микроструктуры показало (см. чертеж), что покрытие имеет неравномерность по толщине не более 3% от среднего значения, хорошо прилегает к оболочке из серебра, то есть имеет прочный диффузионный контакт с ней, что обеспечивает эффективный теплообмен с окружающей средой. Bending tests with kink showed that samples with an inhomogeneous coating with increased oxygen permeability can withstand up to 7 cycles of deformation without noticeable peeling of the coating. The study of the microstructure showed (see the drawing) that the coating has an unevenness of no more than 3% of the average value in thickness, it adheres well to the silver shell, that is, it has strong diffusion contact with it, which ensures effective heat exchange with the environment.

Также слои покрытия наносили с применением металлоорганических соединений, содержащих как цирконий, так и иттрий концентрации по смеси металлов 25 г/л. Использование смеси карбоксилатов циркония и иттрия позволило снизить температуру пиролиза (низкотемпературной термообработки) до 350-365oC, а число циклов нанесения покрытия уменьшить до 10 при одинаковой толщине 6 мкм.Also, the coating layers were applied using organometallic compounds containing both zirconium and yttrium concentration in a mixture of metals 25 g / l. The use of a mixture of zirconium and yttrium carboxylates allowed to reduce the pyrolysis temperature (low temperature heat treatment) to 350-365 o C, and the number of coating cycles to reduce to 10 with the same thickness of 6 μm.

При исследовании изоляционных свойств описанных выше покрытий толщиной 6 мкм с помощью ампервольтметра (P-386) на всей длине проводника проводящих участков выявлено не было. When studying the insulating properties of the above coatings with a thickness of 6 μm using an ampervoltmeter (P-386), no conductive sections were detected along the entire length of the conductor.

Измерение критических токов проводили стандартным 4-контактным методом по критерию 1 мкВ/см при 77 K в собственном магнитном поле. The critical currents were measured by the standard 4-pin method according to the criterion of 1 μV / cm at 77 K in an intrinsic magnetic field.

В таблице представлена сравнительная характеристика катушек на основе 19-жильного проводника в зависимости от схемы изготовления. The table shows the comparative characteristics of coils based on a 19-wire conductor, depending on the manufacturing scheme.

Из таблицы видно, что использование предлагаемого покрытия на проводнике с требуемой структурой керамической сердцевины позволяет при использовании схемы (2), то есть когда имеется возможность корректировки конструкции изделия, но значения Iк уменьшаются, провести дополнительную высокотемпературную термообработку, реализовать схему (3) и получить значения Iк не меньше, чем при реализации схемы (1), когда такая корректировка не предусмотрена.The table shows that the use of the proposed coating on a conductor with the required structure of the ceramic core allows using scheme (2), that is, when it is possible to adjust the design of the product, but the values of I k are reduced, additional heat treatment is carried out, scheme (3) is implemented and the value of I k is not less than when implementing scheme (1), when such an adjustment is not provided.

Представленные данные позволяют заключить, что из многожильного проводника с требуемой структурой керамической сердцевины в негомогенном изоляционном покрытии с повышенной проницаемостью для кислорода возможно получение изделий корректируемой конструкции с критическими свойствами изделий, у которых корректировка конструкции не проводилась. The presented data allow us to conclude that, from a multicore conductor with the required structure of a ceramic core in an inhomogeneous insulating coating with increased permeability to oxygen, it is possible to obtain products of a correct design with critical properties of products in which the design was not adjusted.

Литература
1. А.Отто, Л.Дж.Мазур, Е.Подтбур, Д.Дели и др. Многожильные композиционные ленты Bi-2223, изготовленные из металлического прекурсора. IEEE Transactions on Applid Superconductivity, вып. 3, N 1, март 1993, с. 915-922.
Literature
1. A. Otto, L.J. Mazur, E. Podtbur, D. Delhi and others. Multicore composite ribbons Bi-2223 made of a metal precursor. IEEE Transactions on Applid Superconductivity, no. 3, No. 1, March 1993, p. 915-922.

2. П. Халдар, Дж. Г. Хай Чун Ир, Дж.А.Райс, Л.П.Мотовидло и др. Производство и свойства высокотемпературных лент и магнитов, изготовленных из сверхпроводников Bi-2223 в оболочке из серебра. IEEE Transactions on Applid Superconductivity, вып. 3, N 1, март 1993, с. 1127-1130. 2. P. Haldar, J. G. Hai Chun Il, J. A. Rice, L. P. Motovidlo and others. Production and properties of high-temperature tapes and magnets made of Bi-2223 superconductors in a silver shell. IEEE Transactions on Applid Superconductivity, no. 3, No. 1, March 1993, p. 1127-1130.

3. А. Д. Никулин, А.К.Шиков, Е.В.Антипова, И.И.Акимов. Способ получения длинномерных проводников на основе высокотемпературных сверхпроводящих соединений. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке N 95100565/07(001048) - прототип. 3. A. D. Nikulin, A. K. Shikov, E. V. Antipova, I. I. Akimov. A method of obtaining long conductors based on high-temperature superconducting compounds. The decision to grant a patent for an invention according to the application N 95100565/07 (001048) is a prototype.

Claims (1)

Способ получения длинномерных высокотемпературных сверхпроводящих изделий, включающий формирование заготовки в виде металлической оболочки, заполнение ее порошком сверхпроводящего соединения или полуфабриката, деформацию полученной заготовки до требуемых размеров с последующим нанесением на поверхность оболочки раствора металлоорганического соединения на основе карбоновых кислот, содержащих цирконий, алюминий, иттрий, и проведением намотки и термообработок, отличающийся тем, что после деформации заготовки до требуемых размеров производят ее резку на мерные части и формируют сложную заготовку, для чего помещают требуемое количество мерных частей деформированной заготовки в металлическую оболочку, деформируют сложную заготовку до требуемых размеров, проводят высокотемпературную термообработку при 830 - 835oC, затем на оболочку сложной заготовки наносят раствор металлоорганического соединения на основе карбоновых кислот, содержащих цирконий, алюминий, иттрий, концентрации по металлу, смеси металлов 25 - 40 г/л, проводят низкотемпературную термообработку при 350 - 400oC, затем производят намотку изделия и проводят дополнительную высокотемпературную термообработку при 835 - 840oC.A method for producing long-length high-temperature superconducting products, including forming a preform in the form of a metal shell, filling it with a powder of a superconducting compound or a semi-finished product, deforming the resulting preform to the required size, followed by applying a solution of an organometallic compound based on carboxylic acids containing zirconium, aluminum, yttrium to the surface of the shell, and carrying out winding and heat treatment, characterized in that after deformation of the workpiece to the required dimensions they are cut into measured parts and a complex workpiece is formed, for which the required number of measured parts of the deformed workpiece is placed in a metal shell, the complex workpiece is deformed to the required dimensions, high-temperature heat treatment is carried out at 830 - 835 o C, then a solution of the organometallic compound is applied to the shell of the complex workpiece based on carboxylic acids containing zirconium, aluminum, yttrium, metal concentrations, metal mixtures 25 - 40 g / l, conduct low-temperature heat treatment at 350 - 400 o C, then produce the product and conduct additional high-temperature heat treatment at 835 - 840 o C.
RU97109758A 1997-06-10 1997-06-10 Method for producing long high-temperature superconducting parts RU2124775C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97109758A RU2124775C1 (en) 1997-06-10 1997-06-10 Method for producing long high-temperature superconducting parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97109758A RU2124775C1 (en) 1997-06-10 1997-06-10 Method for producing long high-temperature superconducting parts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2124775C1 true RU2124775C1 (en) 1999-01-10
RU97109758A RU97109758A (en) 1999-03-20

Family

ID=20194047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97109758A RU2124775C1 (en) 1997-06-10 1997-06-10 Method for producing long high-temperature superconducting parts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2124775C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476945C2 (en) * 2008-08-20 2013-02-27 Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. Method of making oxide superconducting thin film

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4994633A (en) * 1988-12-22 1991-02-19 General Atomics Bend-tolerant superconductor cable

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4994633A (en) * 1988-12-22 1991-02-19 General Atomics Bend-tolerant superconductor cable

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
отто А., Мазур Л.Дж., Подтбур Е., Дели Д. И др. Многожильные композиционные ленты Bi-2223, изготовленные из металлического прекурсора. IEEE Transactions on Applid Superconductivity. вып.3, N1, март 1993, с.915-922. Халдар П., Хай Чун Ир Дж.Г., Райс Дж.А., Мотовидло Л.П. и др. Производство и свойства высокотемпературных лент и магнитов, изготовленных из сверхпроводников Bi-2223 в оболочке из серебра. IEEE Transactions on Applid Superconductivity. вып.3, N1, март 1993, с.1127-1130. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476945C2 (en) * 2008-08-20 2013-02-27 Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. Method of making oxide superconducting thin film

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6344287B1 (en) High temperature compatible insulation for superconductors and method of applying insulation to superconductors
JPH0268820A (en) Electric conductor in the form of wire or cable
JP5219454B2 (en) Method for manufacturing a superconductor
US4990491A (en) Insulation for superconductors
JPH0773758A (en) Structure of oxide superconducting conductor with stabilizing metal layer
US20030130128A1 (en) Method of fabricating fine high temperature superconducting composites
JP3783538B2 (en) Manufacturing method of oxide superconducting wire
RU2124772C1 (en) Method for producing long high-temperature superconducting parts
RU2124775C1 (en) Method for producing long high-temperature superconducting parts
RU2124774C1 (en) Method for producing long high-temperature superconducting parts
JPH0737444A (en) Oxide superconducting conductor and method for manufacturing the same
RU2097859C1 (en) Method for producing long conductors based on high-temperature superconducting compounds
RU2124773C1 (en) Method for producing long high-temperature conductors
JP3403465B2 (en) Method for producing oxide superconducting tape having stabilizing layer
JPH08106822A (en) Superconducting wire
JPS63284720A (en) Superconducting wire
JP3635210B2 (en) Oxide superconducting compression molded conductor and manufacturing method thereof
WO2013008851A1 (en) Superconducting thin film and method for manufacturing superconducting thin film
Beales et al. Conductor development suitable for HTSC cables
JPH0362905A (en) Manufacture of superconducting coil
JP2977202B2 (en) Manufacturing method of oxide superconducting coil
JPH117845A (en) Superconducting wire
US6451742B1 (en) High temperature superconducting composite conductor and method for manufacturing the same
JP2573506B2 (en) Manufacturing method of ceramic superconducting wire
CN115359991A (en) YBCO superconducting spiral magnet and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100611