способ изготовления ленточного сверхпроводящего кабеля

Формула изобретения

Способ изготовления ленточного сверхпроводящего кабеля, в котором собирают заготовку из продольно расположенных проводников, содержащих сверхпроводящие волокна, формируют оболочку из стабилизирующего материала и калибруют ленточный кабель прокаткой, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности способа путем сокращения числа технологических операций, проводники подвергают плющению, заготовку собирают многослойной, оболочку из стабилизирующего материала формируют в виде чехла, в котором размещают многослойную заготовку, а прокатку ведут с обжатием от 50 до 60% до получения кабеля заданного поперечного сечения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам изготовления сверхпроводящих проводов и кабелей и может быть использовано при получении сильноточных сверхпроводников для крупных магнитных систем.

Известен способ изготовления ленточного многожильного сверхпроводящего провода методом обработки давлением составных композитных заготовок, включающий следующие технологические операции /1/: сборку биметаллической заготовки путем помещения обжатого цилиндрического слитка из сплава Nb-Ti (сплава марки НТ) в стакан из чистой меди с последующей герметизацией заготовки; экструзию нагретой заготовки для получения биметаллического прутка, который разрезают на мерные длины (отрезки); холодное волочение прутков и калибровку на шестигранник, сборку составной композитной заготовки из медных шестигранников с проволочным сверхпроводником в новом стакане из чистой меди и герметизацию заготовки, повторную экструзию нагретой составной заготовки для получения композитного прутка, разрезаемого на отрезки, многократное волочение прутков с промежуточными термообработками до получения сверхпроводящего провода требуемого диаметра, который подвергают твистированию (скручиванию), калибрование провода с приданием прямоугольного сечения прокаткой или волочением и заключительную термическую обработку.

Недостатком известного способа является невозможность обеспечить строгую периодичность выделений частиц Ti (центров пиннинга), что снижает пластичность сверхпроводящих жил провода и критическую плотность транспортного тока. Другой недостаток известного способа заключается в образовании интерметаллида Cu-Ti на границе контакта Cu-сплав Nb-Ni в процессе горячей деформации и при длительных термообработках. Твердые частицы интерметаллида с размерами, соизмеримыми с толщиной жил, могут разрывать жилы в процессе многократного волочения, что также приводит к снижению критической плотности тока.

Известен также способ изготовления ленточного многожильного сверхпроводящего провода методом обработки давлением составных композитных заготовок, обеспечивающий получение регулярной гетерогенной структуры с заданным распределением искусственных центров пиннинга /2/. Данный способ включает те же технологические операции, что и способ /1/. Отличие заключается в том, что в качестве материала жил провода используется Nb, а оболочки - сплав Nb-Ti. Соответственно сначала осуществляется экструзия ниобиевого слитка, помешенного в стакан из сплава Nb-Ti, а повторно экструзия композитной заготовки, собранной из Nb-Ti-шестигранников с ниобиевыми сердечниками в новом стакане из сплава Nb-Ti. Недостатком известного способа является возможность изготовления проводов лишь с малыми размерами поперечных сечений и, следовательно, с ограниченной токонесущей способностью. Если исходная заготовка для экструзии имеет размеры DxL (D, L диаметр и длина заготовки), то для провода длиной l нельзя изготовить провод диаметром d, большим, чем это допускается условием постоянства объема обрабатываемого материала, т.е.

Например, для заготовки DxL 200х400 мм (обычно D 100-250 мм) для провода длиной l 1 км 10⁶ мм диаметр провода не может быть более 4 мм. Применение калибровки провода на прямоугольное сечение ведет к дальнейшему уменьшению сечения провода.

Целью изобретения является повышение производительности способа изготовления ленточного сверхпроводящего кабеля путем сокращения числа технологических операций.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления ленточного сверхпроводящего кабеля, при котором собирают заготовку из продольно расположенных проводников, содержащих сверхпроводящие волокна, формируют оболочку из стабилизирующего материала и калибруют ленточный кабель прокаткой, согласно изобретению, проводники подвергают плющению, заготовку собирают многослойной, оболочку из стабилизирующего материала формируют в виде чехла, в котором размещают многослойную заготовку, а прокатку ведут с обжатием от 50 до 60% до получения кабеля заданного поперечного сечения.

Сущность изобретения состоит в том, что после экструзии композитных заготовок в соответствии со способами /3, 1, 2/ следуют операции волочения до тех пор, пока размер поперечного сечения провода не достигнет 0,5-0,3 мм, а в предлагаемом способе эти переходы обработки исключены. Сразу после экструзии осуществляются более производительные и менее трудоемкие операции прокатки. При этом поперечное сечение подката остается большим или равным (в последнем переходе) поперечному сечению готового кабеля.

Пусть после экструзии составной композитной заготовки получен пруток диаметром D_n 20 мм с поперечным сечением F_n 3,1420²/4 314 мм². Требуется изготовить кабель сечением F_k 101 10 мм² (высотой H 1 мм и шириной В 0,10 мм). Согласно предлагаемого способа, вытяжка прутка с F_n 314 мм² вплоть до F_k 10 мм² не будет превышать M_n F_n/F_k 31,4.

По изобретению степень деформации при прокатке-ковке должна быть 50-60% с целью обеспечения холодной сварки на межслойных границах многослойного пакета. Если степень деформации составляет менее 50% то сварка не происходит. Если степень деформации превысит 60% то возникает значительная неравномерность деформации, которая приводит к нарушению однородности распределения сверхпроводящей фазы по объему композита и снижению критической плотности тока.

Из сказанного следует, что совокупность отличительных существенных признаков изобретения устраняет недостатки прототипа.

На фиг. 1 изображена составная композитная заготовка для экструзии; на фиг. 2 многослойный пакет для прокатки-ковки.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Сначала изготовляют отдельные проводники из сверхпроводящего материала. Для этого цилиндрический слиток из сверхпроводящего сплава HT размерами DxL 74 x 150 мм подвергают экструзии в биметаллической оболочке ниобий-медь на шестигранный профиль с вытяжкой M 20. Экструдированный пруток разрезают на мерные длины шестигранники, с которых электрохимическим способом удаляют наружную медную оболочку. Затем осуществляют сборку составной композитной заготовки в медном стакане (см. фиг. 1) для последующей повторной экструзии на шестигранный профиль. Цикл "экструзия резка удаление наружной оболочки - сборка" повторяют 4 раза, причем медную оболочку в последнем цикле не удаляют. Суммарная вытяжка составляет M 20⁴ 1,610⁵. В результате получают композитные сверхпроводники с количеством волокон, при объединении в каждой сборке по 19 шестигранников, n_B 19³ 6859.

Полученные проводники подвергают плющению и прокатке в калибрах на размер BXH 10 x 1 мм. После этого осуществляют их сборку в многослойный пакет, который завальцовывают в медь (см. фиг.2). Размеры пакета BXH 12 x 10 мм. Далее выполняют холодную сварку слоев полученной заготовки методом прокатки-ковки с относительным обжатием 60% и продольную прокатку ленты до сечения ВХН 10 x 0,5 мм².

По сравнению с прототипом предлагаемый способ изготовления сверхпроводящего ленточного кабеля обеспечивает повышение производительности в 1,5-2,0 раза за счет сокращения числа переходов обработки (исключения операций многократного волочения) и применения более производительных операций обработки давлением (прокатки-ковки, продольной прокатки). Кроме того, снижаются трудо- и энергозатраты производства.

Источники информации

1. Металловедение и технология сверхпроводящих материалов. Под редакцией Фонера С. Шварца Б. США, 1981, Пep. с английского. М. Металлургия, 1987, с. 248-254.

2. Никулин А.Д. Филькин В.Я. Шиков А.К. Журнал всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1989, т.34, в.4, с. 519-527.