Сверхпроводящие композиты на основе ниобия с тонкими нитями
Сверхпроводники на основе ниобия изготавливаются следующим методом: Многочисленные компоненты ниобия вводятся в заготовку из ковкого металла. Композитная заготовка обрабатывается в серии этапов прокатки для формирования вытянутых элементов из компонентов ниобия, каждый элемент имеет толщину порядка 1-25 микрометров. Перед заключительным этапом прокатки заготовка покрывается пористым кислотостойким металлическим слоем. Затем заготовка погружается в кислоту для удаления ковкого металла из элементов ниобия, в то время как элементы ниобия остаются ограниченными пористым слоем. Затем агрегированные ограниченные элементы ниобия подвергаются воздействию материала, который реагирует с Nb, образуя таким образом сверхпроводник.
Один метод использует бронзовый сплав в качестве матрицы, а другой — комбинацию сердечников из чистой меди и чистого олова. Первый метод называется «бронзовым методом», а второй — «методом внутреннего олова». Бронзовая матрица содержит до 13% Sn, что приводит к быстрому затвердеванию и требует частых этапов отжига. Для метода внутреннего олова эти этапы отжига не требуются. Однако холодная вытяжка в процессе внутреннего олова приводит к плохой адгезии, ухудшению качества нити и снижению выхода годной продукции. После окончательной вытяжки и скручивания оба типа проводников нагреваются примерно до 700°C в течение 200 часов или дольше для образования Nb3Sn. Магнит изготавливается методом намотки и реакции.
Получаемая плотность тока значительно ниже теоретически возможной плотности тока, основанной на данных коротких образцов из экспериментов. Эта проблема возникает из-за низкой температуры реакции 700°C, которая требует времени термической обработки реакции в несколько сотен часов. По мере расхода Sn его содержание уменьшается, что еще больше ограничивает реакцию. Непрореагировавший ниобий остается в нитях ниобия, образуя поры типа Киркендалла в оставшейся матрице, что приводит к снижению плотности тока и механических свойств проводника. Для предотвращения загрязнения оловом внешне стабилизированной меди проволоки во время термообработки используется барьер, обычно тантал или сплав тантала. Способ описан в статье. Хотя пористая металлическая оболочка, описанная в данном изобретении, аналогична барьерам, используемым в методах производства проводников Nb3Sn, применение этой технологии в данном изобретении совершенно иное.
Получается исходная проволока, содержащая тонкие нити ниобия, заключенные в ограниченную оболочку, которая может служить опорной структурой. Медная матрица удаляется, и используется метод пропитки жидким оловом для проникновения и окружения нитей ниобия сплавом олова или CuSn. К существенным преимуществам относятся полное исключение последующей протяжки проволоки (актуальная проблема в обработке и выходе годных проводников Nb3Sn), возможность легкого увеличения концентрации Sn и значительное увеличение плотности тока современных проводников. В предпочтительном варианте исполнения корпус изготовлен из Nb, хотя также могут использоваться Ta и нержавеющая сталь. Корпус изготавливается описанным способом. Заготовка обрабатывается до конечного размера с использованием традиционных методов экструзии и протяжки проволоки. Затем медная матрица удаляется из этой исходной проволоки и заменяется матрицей из сплава Sn или CuSn. Затем Nb преобразуется в Nb3Sn путем окончательной реактивной термообработки.
Предложен способ изготовления составного сверхпроводника типа А-15 или В1, включающий следующие этапы: формирование множества нитей из тугоплавкого металлического компонента в заготовке из ковкого металла; Обработка заготовки, включающая включение нитей тугоплавкого металлического компонента, посредством ряда этапов прокатки для придания нитям тугоплавкого металла вытянутой формы, причем каждый элемент имеет толщину приблизительно 1-25 микрометров; покрытие заготовки пористым ограничивающим слоем из кислотостойкого металла; погружение заготовки с ограничивающим слоем в кислоту для удаления ковкого металла из элементов тугоплавкого металла, в то время как элементы тугоплавкого металла остаются ограниченными пористым ограничивающим слоем; контакт агрегата элементов тугоплавкого металла с реагентом и реакция элементов тугоплавкого металла с реагентом для образования сверхпроводящего соединения А-15 или В1.
Способ изготовления сверхпроводника Nb3Sn с нитями включает следующие этапы: формирование множественных ниобиевых структур в заготовке из ковкого металла; Обработка заготовки, включающей в себя множество ниобиевых структур, посредством ряда стадий прокатки для придания ниобиевым структурам вытянутой формы, причем каждый элемент имеет толщину порядка 1-25 микрометров; покрытие заготовки пористым ограничивающим слоем из кислотостойкого металла; погружение ограничивающей заготовки в кислоту для удаления ковкого металла из ниобиевых элементов, в то время как ниобиевые элементы остаются ограниченными пористым ограничивающим слоем; погружение ограничивающего агрегата ниобиевых элементов в жидкий металл, содержащий олово; покрытие ниобиевых элементов жидким металлом; и последующая реакция олова с ниобиевыми элементами с образованием Nb3Sn; при этом ниобиевые элементы формируются в… Реакция с оловом проводится после магнитной фольги; при этом жидкий металл представляет собой чистое олово; при этом жидкий металл представляет собой медный сплав, содержащий не более 95 мас.% Sn и не менее 13 мас.% Sn; при этом заготовка обернута пористым ограничивающим слоем перед заключительным этапом прокатки; при этом пористый ограничивающий слой образован путем скручивания и прокатки заготовки таким образом, что при удалении ковкого металла из заготовки внешние элементы в заготовке служат для ограничения внутренних элементов; при этом пористый ограничивающий слой образован путем скручивания и прокатки заготовки путем распространения по меньшей мере одного внешнего элемента вдоль внешней поверхности прокатанной заготовки таким образом, что при удалении ковкого металла из заготовки внешние элементы в заготовке служат для ограничения внутренних элементов.