СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПРОВОДНИКОВ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ВИСМУТОВОЙ КЕРАМИКИ В СЕРЕБРЯНОЙ ОБОЛОЧКЕ
(51) 6 H01B12/02, C04B35/00
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 27.03.2008 - прекратил действие
--------------------------------------------------------------------------------
(21) Заявка: 96101273/07
(22) Дата подачи заявки: 1996.01.19
(45) Опубликовано: 1997.11.27
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. C.H.Kao, H.Y.Tang, Y.S.Shiue, S.R.Sheen. A study of Bi- Pb-Sr-Cu-O/Ag tape prepared by the jelly-roll process. Supercond. Sci. Technol. 7(1994), p. 470 - 472. 2. K.Matsuzaki, K.Shimizu, A.Inoue, T.Masumoto. Layered Structure and Superconducting Properties of Ag - Sheathed Bi(1,84)Pb(0,34)Sr(2)Cu(3)O(y) Wires Prepared by Combined Jellyroll and Hotextrusion Technigue. Jap. J. Appl. Phys., v. 33 (1994), p. 308 - 311.
(71) Заявитель(и): Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара
(72) Автор(ы): Никулин А.Д.; Шиков А.К.; Хлебова Н.Е.; Котова Е.В.; Докман О.В.
(73) Патентообладатель(и): Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПРОВОДНИКОВ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ВИСМУТОВОЙ КЕРАМИКИ В СЕРЕБРЯНОЙ ОБОЛОЧКЕ
Изобретение относится к высокотемпературной сверхпроводимости и может быть использовано для получения одножильных и многожильных композиционных проводников на основе керамики (Bi, Pb)(2)Sr(2)Ca(2)Cu(3)O(y) с высокими сверхпроводящими свойствами. Сущность изобретения: композиционную заготовку деформируют, а затем подвергают термомеханической обработке. При этом до деформации или в промежутке между деформациями производят дополнительную термообработку композиционной заготовки в интервале температур 780 - 815oC в течение не менее 10 ч. Способ улучшает сверхпроводящие свойства проводников. Плотность критического тока, измеренная при температуре жидкого азота, увеличивается в зависимости от конструкции проводника в 5 раз. 1 табл.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к высокотемпературной сверхпроводимости и может быть использовано для получения одножильных и многожильных композиционных проводников на основе керамики (Bi, Pb)(2)Sr(2)Ca(2)Cu(3)O(y)-(Bi-2223) с высокими сверхпроводящими характеристиками.
Известен способ получения многожильных композиционных проводников в серебряной оболочке на основе керамики Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O, при котором совмещением способов электрофореза и jelly-roll [1] заключающегося в намотке исходной ленточной заготовки Ag/Bi-2223(Ag/Bi-2223/Ag) в спираль, получают прекурсор, упаковывают его в серебряную оболочку и деформируют полученную композиционную заготовку. Полученный проводник термообрабатывают при температуре (T) 830oC в течение 24 ч и охлаждают в печи до комнатной температуры.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения многожильных композиционных проводников в серебряной оболочке на основе керамики Bi-2223, при котором совмещением способов "порошок в трубе" и jelly-roll получают прекурсор, упаковывают его в серебряную оболочку и деформируют (экструзией) при 840oC с диаметра 8 10 мм до диаметра 2 4 мм. Полученный проводник подвергают термотехнической обработке (ТМО) при 840oC в течение общего времени 100 300 ч. Максимальное значение плотности критического тока при температуре жидкого азота в нулевом магнитном поле (jk(N2,O Тл)) у проводников, полученных по описанному способу, составило 3200 А/см2 [2] прототип.
Основным недостатком этого способа является плохая геометрия керамической сердцевины и низкое качество границ раздела керамика-серебро, что отрицательно сказывается на условиях формирования фазы Bi-2223 и не может обеспечить высокий уровень критических токов.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе получения композиционных проводников на основе высокотемпературной сверхпроводящей висмутовой керамики в серебряной оболочке, включающем получение композиционной заготовки, ее деформацию и ТМО, перед деформацией композиционной заготовки или в процессе этой деформации, между стадиями деформации, проводят дополнительную термообработку в интервале температур 780 815oC в течение не менее 10 ч. Деформацию проводят либо экструзией, либо ковкой, либо волочением, либо прокаткой, либо сочетанием этих способов.
На стадии получения композиционной заготовки Bi-керамика/Ag в серебряную оболочку герметично упаковывают прекурсор. В качестве прекурсора используют либо составную композиционную заготовку, полученную совмещением способов "порошок в трубе" и jelly-roll (многожильная конструкция проводника), либо порошок Bi керамики (одножильная конструкция проводника).
На стадии получения композиционной заготовки Bi-керамика/серебро, во время изготовления прекурсора и его упаковки в серебряную оболочку в порошке накапливаются неравномерно распределенные напряжения. Проведение дополнительной термообработки на воздухе в интервале температур 780 - 815oC в течение не менее 10 ч до деформации (или между деформациями) способствует более равномерной релаксации внесенных напряжений в порошкообразную сердцевину и, следовательно, устранению причин появления крупных трещин, которые, как показал опыт, трудно залечиваются при последующих термообработках в процессе ТМО. Снятие напряжений ведет к улучшению геометрии сердцевины и улучшению качества поверхности раздела керамика-серебро (улучшается гладкость границы раздела), на которой при последующей ТМО начинается рост сверхпроводящей фазы Bi-2223. Кроме того, в процессе дополнительной термообработки вероятно образование несверхпроводящих фаз необходимого состава, находящихся в жидком состоянии при рекомендуемых температурных режимах. Их наличие позволяет при последующих термообработках, в процессе ТМО, залечивать образовавшиеся дефекты микроструктуры.
Таким образом, дополнительная термообработка выполняет двуединую задачу: с одной стороны, исправляют дефекты микроструктуры, заложенные в проводник на начальных этапах его изготовления, с другой стороны, создает условия, благоприятные для последующего (при ТМО) направленного роста сверхпроводящей фазы Bi-2223 в объеме керамической сердцевины, что ведет к увеличению плотности критического тока до 5 раз.
Проведение дополнительной термообработки на воздухе при температуре ниже 780oC не приводит к увеличению токонесущей способности проводников, так как при T <780C не происходит образование несверхпроводящих фаз необходимого состава.
Увеличение температуры дополнительной термообработки на воздухе выше 815oC не целесообразно, так как выше этой температуры происходит заметный рост фазы Bi-2223, что не желательно, так как при последующих деформациях, входящих в ТМО, происходит дробление кристаллов фазы Bi-2223 и появление дополнительных трещин.
Проведение дополнительной термообработки в течение менее 10 ч не приводит к увеличению токонесущей способности проводников из-за диффузионных ограничений процессов образования несверхпроводящих фаз, их расплавления и залечивания трещин.
Влияние дополнительной термообработки на увеличение токонесущей способности было проверено на одножильных и многожильных проводниках. Композиционные проводники различных конструкций на основе высокотемпературной сверхпроводящей Bi керамики в серебряной оболочке получали в несколько стадий.
В случае одножильной конструкции керамический порошок состава Bi(2-x)Pb(x)Sr(2)Ca(2-y)Cu(3-y)O(z), где 0<x<0,4; 0<y<1, содержащий фазу Bi(2)Pb(0,4)Sr(2)Ca(1)Cu(2)O(z)-Bi-2212 в количестве 10 90% оксиды и купраты отдельных элементов герметично упаковывали в серебряную оболочку. Затем полученную композиционную заготовку деформировали экструзией с диаметра 10 мм до диаметра 4 мм при 270 400oC, проводили дополнительную термообработку на воздухе при 780 и 815oC в течение 10 и 20 ч при каждой темтературе. Далее проводник прокатывали до толщины 0,3 0,1 мм и подвергали ТМО с 2 3 промежуточными прессованиями при 820 880oC в течение общего времени 100 300 ч.
В случае многожильной конструкции керамический порошок состава Bi(2-x)Pb(x)Sr(2)Ca(2-y)Cu(3-y)O(z), где 0<x<0,4; o<y<1, содержащий фазу Bi-2212 в количестве 10 90% оксиды и купраты отдельных элементов герметично упаковывали в промежуточную серебряную оболочку, затем промежуточную композиционную заготовку прокаливали в ленту. Ленту с керамической сердцевиной накручивали на стержень, полученный прекурсор помещали в серебряную трубку и герметично упаковывали. Составную композиционную заготовку подвергали дополнительной термообработке на воздухе при 780 и 815oC в течение 10 и 20 ч при каждой температуре. Далее проводили экструзию с диаметра 10 мм до диаметра 2 4 мм при температуре 320 420oC и термомеханическую обработку с 2 3 промежуточными прессованиями при 820-880oC в течение общего времени 100 300 ч.
В случае многожильного проводника использовали деформацию не только экструзией, но и волочением с диаметра 10 мм до диаметра 2,5 4 мм (10% деформации за проход), и дополнительную термообработку, на воздухе при 780 и 815oC в течение 10 и 20 ч при каждой температуре проводили до волочения.
В таблице представлена критическая плотность тока, Jk(N2, O Тл), проводников, полученных по описанному выше способу и способу-прототипу. Из представленных в таблице данных видно, что введение дополнительной термообработки на проводниках одножильной конструкции позволило увеличить Jr(N2) в 5 раз. Введение дополнительной термообработки на проводниках многожильной конструкции позволило увеличить Jk(n2) на 200 450 А/см2. Более низкий уровень значений Jk(N2) на многожильных проводниках объясняется комплексом причин, связанных с их конструктивными особенностями.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения композиционных проводников на основе высокотемпературной сверхпроводящей висмутовой керамики в серебряной оболочке, при которой получают композиционную заготовку, производят ее постадийную деформацию и термомеханическую обработку, отличающийся тем, что перед деформацией или между ее стадиями композиционную заготовку дополнительно термообрабатывают на воздухе в интервале температур 780 815oС в течение не менее 10 ч.
Независимый научно технический портал
На главную страницу раздела
