[go: up one dir, main page]

RU2367043C1 - Способ изготовления многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан - Google Patents

Способ изготовления многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан Download PDF

Info

Publication number
RU2367043C1
RU2367043C1 RU2008134180/09A RU2008134180A RU2367043C1 RU 2367043 C1 RU2367043 C1 RU 2367043C1 RU 2008134180/09 A RU2008134180/09 A RU 2008134180/09A RU 2008134180 A RU2008134180 A RU 2008134180A RU 2367043 C1 RU2367043 C1 RU 2367043C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cycle
niobium
plates
rolling
composite
Prior art date
Application number
RU2008134180/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Иванович Карпов (RU)
Михаил Иванович Карпов
Виктор Иванович Внуков (RU)
Виктор Иванович Внуков
Валерий Поликарпович Коржов (RU)
Валерий Поликарпович Коржов
Ирина Сергеевна Желтякова (RU)
Ирина Сергеевна Желтякова
Юрий Романович Колобов (RU)
Юрий Романович Колобов
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН
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 Учреждение Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН
Priority to RU2008134180/09A priority Critical patent/RU2367043C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2367043C1 publication Critical patent/RU2367043C1/ru

Links

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

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области создания композитов с улучшенной токонесущей способностью и может быть использовано, в частности, для создания обмоток сверхпроводящих магнитов. Техническим результатом изобретения является повышение критической плотности тока. Согласно изобретению способ изготовления многослойных ленточных наноструктурных композитов на основе сплава ниобий-титан композиционных сверхпроводников включает многоцикловую прокатку, каждый цикл которой содержит сборку пакета из чередующихся пластин ниобия и сплава ниобий-титан, скрепление пластин между собой в пакет с помощью диффузионной сварки при температуре 800-900°С и давлении 20-40 МПа в течение 0,5-3 ч, горячую вакуумную прокатку и холодную прокатку. В первом цикле исходными пластинами являются компоненты композита, а во втором и последующих циклах - пластины, полученные в предыдущем цикле. Для стабилизации сверхпроводника перед последним циклом прокатки сваренный пакет помещают в медную оболочку. Толщина медной оболочки составляет 3-25% от толщины пакета. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Description

Изобретение относится к области создания новых функциональных материалов, а именно слоистых наноструктурных композиционных сверхпроводящих материалов на основе сплавов ниобия с высокой токонесущей способностью, и может быть использовано для создания обмоток сверхпроводящих магнитов.
Большой интерес представляют материалы, содержащие сплавы Nb-Ti и Nb-Zr. Многослойные плоские наноструктурные композиты на основе этих сплавов являются перспективными для создания сверхпроводящих материалов с высокой токонесущей способностью. В ленточном проводнике плоские параллельные сверхпроводящие слои, толщина которых составляет 10-100 нм и, поэтому, сравнима с длиной когерентности сверхпроводника, позволяют использовать эффект влияния протяженной плоской межслойной границы, параллельной внешнему магнитному полю, на пиннинг (закрепление) вихрей Абрикосова и, следовательно, величину критической плотности тока.
Известен способ получения сверхпроводящих проводов на основе ниобий-титановых сплавов, включающий размещение в стакане из меди или сплава на основе меди заготовки из ниобий-титанового сплава, герметизацию, горячее выдавливание и холодную деформацию с получением прутка, резку прутка на мерные части, последующую сборку в стакане из меди или сплава на основе меди мерных прутков для получения в последней композитной заготовке требуемого числа ниобий-титановых волокон, проведение холодных деформаций, отжигов и заключительную деформацию, при этом прутки, размещаемые в последнюю композитную заготовку, предварительно деформируют в холодную с промежуточными отжигами при температуре 385-420oC в течение 10-100 ч, после чего последнюю сборку деформируют при комнатной температуре до величины суммарной деформации, достаточной для устранения всех имеющихся зазоров и еще не менее чем на 10%, затем проводят дополнительный отжиг при температурно-временных режимах, соответствующих режиму промежуточного отжига, и последующие холодные деформации с отжигами до получения провода требуемого сечения [патент РФ №2159474, МКИ H01B 13/00, опуб. 2000.11.20].
Однако этот способ не позволяет получать многослойные композитные сверхпроводящие материалы в виде лент.
Известен способ получения многослойного композита [патент US 5,230,748, H01L 39/24, July 19, 1991 г.], в котором сверхпроводящие слои сплавов системы Nb-Ti-Zr-V-Hf-Ta на конечной стадии изготовления сверхпроводника получают путем диффузионного отжига композита из чередующихся слоев этих металлов или их сплавов, причем толщина нормальных и сверхпроводящих слоев, образовавшихся при отжиге должна быть менее 1000 нм.
Однако диффузионный отжиг, который требует достаточно высоких температур, усложняет процесс получения сверхпроводящего материала и, кроме того, требует решения вопроса о совместимости входящих в композит металлических составляющих.
Известен, принятый за прототип, способ изготовления многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан, содержащего чередующиеся слои ниобия и сплава ниобий-титан со средней толщиной каждого слоя 2,5 нм [Карпов М.И., Внуков В.И., Волков К.Г., Медведь Н.В., Ходос И.И., Абросимова Г.Е. «Возможности метода вакуумной прокатки как способа получения многослойных композитов с нанометрическими толщинами слоев». // “Материаловедение”, 2004, №1, с.48-53]. Способ включает многоцикловую прокатку, каждый цикл которой состоит из сборки пакета из пластин ниобия и сплава ниобий-титан, скрепление пакета с помощью заклепки, горячую вакуумную прокатку и холодную прокатку. В первом цикле исходными пластинами являлись компоненты композита, во втором и последующих циклах - пластины, полученные в предыдущем цикле. Вакуумную прокатку в каждом цикле проводили за 2 прохода с подогревом образцов до 900°С и суммарным обжатием 50%. После прокатки все образцы отжигали при 400°С в течение 3 часов для выделения дисперсных частиц α-фазы в слоях сплава Nb-50 мас.% Ti.
Однако критическая плотность тока такого сверхпроводящего композита не удовлетворяет современным требованиям техники.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания способа изготовления наноструктурного композита с высокой критической плотностью тока, способного нести большой суммарный ток.
Поставленная задача достигается способом изготовления многослойных ленточных наноструктурных композитов на основе сплава ниобий-титан методом многоцикловой прокатки, каждый цикл которой включал сборку пакета из чередующихся пластин ниобия и сплава ниобий-титан, скрепление пластин между собой, горячую вакуумную прокатку и холодную прокатку. В первом цикле исходными пластинами были компоненты композита, а во втором и последующих циклах - пластины, полученные в предыдущем цикле. Новизна предлагаемого способа заключается в том, что скрепление пластин между собой в пакет осуществляют с помощью диффузионной сварки при температуре 800-900оС и давлении 20-40 МПа в течение 0,5-3 ч.
Для стабилизации сверхпроводника перед последним циклом прокатки сваренный пакет помещают в медную оболочку. Толщина медной оболочки составляет 3-25% от толщины пакета.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении критической плотностью тока многослойных ленточных наноструктурных композитов за счет повышения однородности толщин прокатываемых слоев, что является результатом снижения их волнообразности.
При исследовании микроструктуры поперечных сечений образцов композитов, вырезанных параллельно направлению прокатки, нами было установлено, что критическая плотность тока была тем выше, чем менее волнообразными были слои ниобия и слои сплава ниобий-титан. По аналогии с колебательными процессами для характеристики волнообразности слоистой структуры были взяты длина периода одной волны L и ее амплитуда A. Было также замечено, что в слоях с сильно выраженной волнообразностью (малые L и большие А) отмечались локальные уменьшения (вплоть до нуля) толщины слоев как ниобия, так и сплава ниобий-титан.
Наименее заметно волнообразность структуры проявлялась в том случае, когда прокатывался пакет, предварительно скрепленный с помощью диффузионной сварки, проводимой в заявляемых нами интервалах.
При этом помещение его перед последним циклом прокатки в медную оболочку, заявляемой нами толщины, приводило к стабилизации многослойных ленточных наноструктурных композитов с высокой критической плотностью тока.
В таблице 1 приведены данные по изменению критической плотности тока у композитов с различным составом ниобий-титанового сплава, получаемых как по заявляемому способу, так и по способу-прототипу.
В таблице 2 приведены данные по изменению критической плотности тока получаемых композитов в зависимости от режимов скрепления пластин между собой с помощью диффузионной сварки.
Приведенные ниже примеры подтверждают, но не ограничивают предлагаемое изобретение.
Пример 1.
Образцы многослойного ленточного наноструктурного композита в виде ленты шириной 30-40 мм и толщиной 0,3 мм получали как в прототипе методом многоцикловой прокатки. Каждый цикл состоял из четырех последовательных операций: сборки пакета из исходных пластин, скрепления пакета с помощью заклепки, горячей вакуумной прокатки, холодной прокатки. В первом цикле исходными пластинами являлись компоненты композита, во втором и последующих циклах - пластины, полученные в предыдущем цикле.
Первая сборка композита Nb/(Nb-50 мас.% Ti) состояла из 20 слоев ниобия и 19 слоев сплава. Толщина исходных пластин ниобия и сплава была равна 0,3 мм. Холодную прокатку в каждом цикле заканчивали также на толщине 0,3 мм. В третьем цикле прокатку вели до достижения конечной толщины 0,15 мм. Вакуумную прокатку в каждом цикле проводили за 2 прохода с подогревом образцов до 900°С и суммарным обжатием 50%. В результате был получен композит, состоящий из 64000 слоев со средней толщиной слоев 2,5 нм.
После прокатки все образцы отжигали при 400°С в течение 3 часов для выделения дисперсных частиц α-фазы в слоях сплава Nb-50 мас.% Ti.
Критический ток измеряли при температуре жидкого гелия во внешнем магнитном поле до 7 Тл при двух его ориентациях: параллельно плоскости полученного композита (наноламината) и перпендикулярно транспортному току (в этом случае сила Лоренца, действующая на вихри Абрикосова, направлена перпендикулярно плоскости наноламината, и пиннинг на межслойной поверхности имеет место) и перпендикулярно плоскости наноламината и транспортному току (в этом случае пиннинг на межслойной поверхности отсутствует). Критическую плотность тока определяли отношением общего транспортного тока ко всей площади поперечного сечения композита.
Структуру образцов изучали методом сканирующей электронной и трансмиссионной электронной микроскопии. Плоскость шлифов и фольг для этих исследований была параллельна направлению прокатки композита.
Микроструктура полученного композита характеризовалась такими значениями параметров волнообразности: L≈170 мкм, А≈10 мкм.
Критическая плотность тока полученного композита составляет 30100 А/см2 в магнитном поле 6 Тл.
Пример 2.
То же, что в примере 1, только скрепление пластин между собой осуществляют с помощью диффузионной сварки. Диффузионную сварку осуществляли с использованием установки с индукционным нагревом при 850оС и давлении 25 МПа в течение 1 ч.
Микроструктура полученного композита характеризовалась такими значениями параметров волнообразности: амплитуда А≈0.5 мкм, период L более 300 мкм.
Критическая плотность тока полученного композита составляет 38000 А/см2 в магнитном поле 6 Тл.
Пример 3.
То же, что в примере 1, только в качестве ниобий-титанового сплава брали сплав состава Nb-30 мас.% Ti.
Микроструктура полученного композита характеризовалась такими значениями параметров волнообразности: L≈170 мкм, А≈10 мкм.
Критическая плотность тока полученного композита составляет 40000 А/см2 в магнитном поле 6 Тл.
Пример 4.
То же, что в примере 3, только скрепление пластин между собой осуществляют с помощью диффузионной сварки. Диффузионную сварку осуществляли с использованием установки с индукционным нагревом при 850оС и давлении 25 МПа в течение 1 ч.
Микроструктура полученного композита характеризовалась такими значениями параметров волнообразности: амплитуда А≈0.5 мкм, период L более 550 мкм.
Критическая плотность тока полученного композита составляет 57200 А/см2 в магнитном поле 6 Тл.
Данные по изменению критической плотности тока у композитов с различным составом ниобий-титанового сплава, получаемых как по заявляемому способу, так и по способу-прототипу приведены в таблице 1.
Как видно из приведенных примеров, скрепление пластин между собой, осуществляемое с помощью диффузионной сварки по предлагаемому способу, снижает волнообразность слоев и тем самым увеличивает критическую плотность тока.
Пример 5.
То же, что в примере 4, только скрепление пластин между собой осуществляют с помощью диффузионной сварки, проводимой при различных режимах. Данные по изменению критической плотности тока в зависимости от режимов скрепления пластин между собой с помощью диффузионной сварки приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы, оптимальными режимами диффузионной сварки являются: температура 800-900оС, давление 20-40 МПа, время 0,5-3 ч.
Пример 6.
Образцы многослойного ленточного наноструктурного композита в виде ленты шириной 30-40 мм и толщиной 0,15 мм получали методом многоцикловой прокатки. Каждый цикл состоял из четырех последовательных операций: сборки пакета из исходных пластин, скрепления пакета с помощью диффузионной сварки, горячей вакуумной прокатки, холодной прокатки. В первом цикле исходными пластинами являлись компоненты композита, во втором и последующих циклах - пластины, полученные в предыдущем цикле.
Первая сборка композита Nb/(Nb-30 мас.% Ti) состояла из 16 слоев ниобия и 15 слоев сплава. Толщина исходных пластин ниобия и сплава была равна 0,3 мм. Холодную прокатку в каждом цикле заканчивали также на толщине 0,3 мм. Перед третьим циклом прокатки сваренный пакет помещали в медную оболочку, толщина которой равна 10% толщины пакета и прокатку вели до достижения конечной толщины 0,3 мм. Вакуумную прокатку в каждом цикле проводили за 2 прохода с подогревом образцов до 900°С и суммарным обжатием 50%. В результате был получен композит, состоящий из 28830 слоев ниобия и сплава ниобий-титан и двумя наружными слоями меди, в котором толщина каждого слоя сплава равнялась 5,9 нм.
Исследования влияния толщины медной оболочки на получение композита показали, что снижение толщины медной оболочки менее 3% от толщины пакета нецелесообразно, чтобы не ухудшать ее стабилизирующее действие. Повышение толщины медной оболочки более 25% от толщины пакета приводит к неоправданному увеличению нетоконесущей площади поперечного сечения, т.е. к снижению критической плотности тока.
Как видно из приведенных примеров, изготовление многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан предлагаемым способом приводит к увеличению критической плотности тока за счет снижения параметров волнообразности слоев.
Таблица 1
№ п/п Состав ниобий-титанового сплава Способ-прототип: скрепление пакета заклепкой Заявляемый способ: скрепление пакета диффузионной сваркой
Параметры волнообразности слоев Показатели критической плотности тока при 6 Тл, А/см2 Параметры волнообразности слоев Показатели критической плотности тока при 6 Тл, А/см2
1 25 А≈10 мкм
L=170 мкм
39700 А≈0,5 мкм
L>500 мкм
56000
2 30 А≈10 мкм
L=170 мкм
40000 А≈0,5 мкм
L>500 мкм
57200
3 40 А≈10 мкм
L=170 мкм
40500 А≈0,5 мкм
L>500 мкм
57000
4 50 А≈10 мкм
L=170 мкм
30120 А≈0,5 мкм
L>300 мкм
38000
5 55 А≈10 мкм
L=170 мкм
25400 А≈0,5 мкм
L>300 мкм
36000
Таблица 2
№ п/п Режимы скрепления пластин между собой с помощью диффузионной сварки Показатели критической плотности тока при 6 Тл, А/см2
Температура, оС Давление, МПа Время, час
1 750 15 0,3 Соединения нет
2 800 20 0,5 57600
3 850 30 1,5 57000
4 900 40 3 56500
5 950 45 3,5 Взаимная диффузия между слоями

Claims (2)

1. Способ изготовления многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан, включающий многоцикловую прокатку, каждый цикл которой состоит из сборки пакета из плоских параллельных плоскости композита чередующихся пластин ниобия и сплава ниобий-титан, скрепление пластин между собой с последующими горячей вакуумной и холодной прокатками, причем в первом цикле исходными пластинами являются компоненты композита, а во втором и последующих циклах - пластины, полученные в предыдущем цикле, отличающийся тем, что скрепление пластин между собой осуществляют с помощью диффузионной сварки при температуре 800-900°С и давлении 20-40 МПа в течение 0,5-3 ч.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед последним циклом прокатки сваренный пакет помещают в медную оболочку с толщиной стенок 3-25% от толщины пакета.
RU2008134180/09A 2008-08-21 2008-08-21 Способ изготовления многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан RU2367043C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008134180/09A RU2367043C1 (ru) 2008-08-21 2008-08-21 Способ изготовления многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008134180/09A RU2367043C1 (ru) 2008-08-21 2008-08-21 Способ изготовления многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2367043C1 true RU2367043C1 (ru) 2009-09-10

Family

ID=41166738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008134180/09A RU2367043C1 (ru) 2008-08-21 2008-08-21 Способ изготовления многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2367043C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2680992C2 (ru) * 2016-02-19 2019-03-01 Дмитрий Дмитриевич Кожевников Огнеупорный высокопрочный композит (овк) и способ его изготовления

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5230748A (en) * 1989-06-08 1993-07-27 Composite Materials Technology, Inc. Superconductor and process of manufacture
RU2159474C1 (ru) * 2000-01-14 2000-11-20 Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара Способ получения сверхпроводящих проводов на основе ниобий-титановых сплавов

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5230748A (en) * 1989-06-08 1993-07-27 Composite Materials Technology, Inc. Superconductor and process of manufacture
RU2159474C1 (ru) * 2000-01-14 2000-11-20 Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара Способ получения сверхпроводящих проводов на основе ниобий-титановых сплавов

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАРПОВ М.И. и др. Возможности метода вакуумной прокатки как способа получения многослойных композитов с нанометрическими толщинами слоев. «Материаловедение», 2004, №1, с.48-53. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2680992C2 (ru) * 2016-02-19 2019-03-01 Дмитрий Дмитриевич Кожевников Огнеупорный высокопрочный композит (овк) и способ его изготовления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3949960B2 (ja) カプセル化されたセラミック超電導体
US8093715B2 (en) Enhancement of thermal interface conductivities with carbon nanotube arrays
US9972423B2 (en) Reinforced superconducting wire and method for manufacturing the same
WO2007134515A1 (en) A composite base belt of ni-based alloy for superconductor coating and a method for preparing the same
KR20090044236A (ko) 안정화재가 형성된 초전도 박막선재 및 그의 접합방법
Glowacki Niobium aluminide as a source of high-current superconductors
CN107262726A (zh) 一种生产自粘接纳米层状结构的镍铝金属粉的深冷制备工艺
US20050174202A1 (en) Superconducting wire material and method for preparation thereof, and superconducting magnet using the same
CN106711261B (zh) 一种空间用可伐/银金属层状复合材料及其制备方法
RU2367043C1 (ru) Способ изготовления многослойного ленточного наноструктурного композита на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан
JP5400416B2 (ja) 超電導線材
JP2009117202A (ja) 超電導テープ、超電導テープの製造方法、コイル、およびマグネット
RU2367042C1 (ru) Многослойный ленточный наноструктурный композит на основе сверхпроводящего сплава ниобий-титан
US20080274371A1 (en) Composite substrates for high temperature superconductors having improved properties
RU2436199C1 (ru) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ЛЕНТЫ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ Nb3Sn
JPH0285327A (ja) 難加工性合金の成形品を製造する方法
JP4142770B2 (ja) NbTi超電導多層圧延板及びその製造方法
JP3948291B2 (ja) Nb3Al系化合物超電導線およびその製造方法
Hamid et al. Mechanical and superconducting properties of nanosize MgO added dip-coated Bi2Sr2CaCu2O8 superconducting tape
JP2008066168A (ja) MgB2超伝導線材及びその製造法
JP4723306B2 (ja) Nb3Al系超電導線材の製造方法、Nb3Al系超電導線材製造用一次複合材及びその製造方法、並びにNb3Al系超電導線材製造用多芯複合材
RU2441300C1 (ru) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ЛЕНТЫ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ Nb3Sn
JP2007258112A (ja) Nb基化合物超伝導線材の製造方法
JP2893039B2 (ja) 超電導三層箔材の製造方法
JPH06509436A (ja) 超伝導体および製造方法

Legal Events

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

Effective date: 20130822