Способ изготовления сверхпроводящего провода
Изобретение относится к способу изготовления сверхпроводящего провода, в частности к способу изготовления сверхпроводящего провода с высокими и однородными рабочими характеристиками. Способ включает стадию (S3) волочения провода в виде плакированного металлом порошка сверхпроводящего материала, стадию (S8) первичной прокатки многожильного провода после стадии (S3) волочения провода и стадию (S10) первичного спекания многожильного провода после стадии (S8) первичной прокатки. По меньшей мере, между стадией (S3) волочения провода и стадией (S8) первичной прокатки или между стадией (S8) первичной прокатки и стадией (S10) первичного спекания предусматривают стадии (S4, S7, S9) выдержки плакированного провода и многожильного провода или одного лишь многожильного провода в атмосфере пониженного давления. Благодаря этому может быть получен сверхпроводящий провод с высокими и однородными рабочими характеристиками, что является техническим результатом изобретения. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил., 3 табл.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу изготовления сверхпроводящего провода и, в частности, к способу изготовления сверхпроводящего провода, согласно которому имеется возможность получить сверхпроводящий провод с высокими и однородными рабочими характеристиками.
Уровень техники
Обычно предполагается, что сверхпроводящий провод, выполненный в виде многожильного провода, образованного плакированием металлом оксидного сверхпроводника, имеющего, например, фазу Bi2223, будет применяться в сверхпроводящем кабеле и магните, так как он может быть использован при температуре жидкого азота, и при этом может быть достигнута относительно высокая плотность критического тока, а также он может быть сравнительно простым образом удлинен.
Такой сверхпроводящий провод был изготовлен описанным ниже образом. Сначала изготавливают провод, имеющий форму, в которой порошок исходного материала для сверхпроводника, содержащего такую фазу, как Bi2223, плакирован металлом. После этого путем повторяющегося выполнения термообработки и прокатки была образована сверхпроводящая фаза, выровненная до сверхпроводящей жилы провода, и таким образом был получен лентообразный сверхпроводящий провод. Такой способ изготовления сверхпроводящего провода раскрыт, например, в японском патенте № 2636049 (выложенная публикация японского патента № 03-138820) (патентный документ 1) и в японском патенте № 2855869 (выложенная публикация японского патента № 04-292812) (патентный документ 2).
Раскрытие изобретения
Задачи, решаемые изобретением
До настоящего времени традиционно вели поиск оптимальных условий изготовления для каждой технологической стадии с тем, чтобы улучшить рабочие характеристики (такие как величина критического тока) сверхпроводящего провода. Однако, если даже сверхпроводящий провод изготавливают при одинаковых оптимальных условиях, полученный сверхпроводящий провод имеет отклонения в каждой из рабочих характеристик. Более того, некоторые из полученных сверхпроводящих проводов имеют плохие рабочие характеристики, и, следовательно, не может быть получен сверхпроводящий провод с высокими рабочими характеристиками.
Поэтому задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления сверхпроводящего провода, дающего возможность получить сверхпроводящий провод с высокими и однородными рабочими характеристиками.
Средства для решения этих задач
Способ изготовления сверхпроводящего провода согласно одному аспекту настоящего изобретения включает в себя стадии волочения провода, образованного плакированием порошка исходного материала для сверхпроводника металлом, прокатки провода после стадии волочения, и спекания провода после стадии прокатки. Этот способ дополнительно включает в себя стадию выдержки провода в атмосфере пониженного давления в по меньшей мере одном из промежутка между стадией волочения и стадией прокатки и промежутка между стадией прокатки и стадией спекания.
После тщательного изучения авторы настоящего изобретения обнаружили, что полученный сверхпроводящий провод имеет отклонения в каждой из рабочих характеристик по причинам, которые будут описаны ниже. В каждом из промежутков между стадиями волочения, прокатки и спекания в провод попадают присутствующие в воздухе СО2 (диоксид углерода), Н2О (вода), О2 (кислород) и аналогичные вещества через оба концевых участка провода или через металлическую оболочку сверхпроводника. Это приводит к образованию во время спекания гетерофазы, отличной от сверхпроводящей фазы, или к неравномерной толщине провода. Образование гетерофазы во время спекания мешает образованию сверхпроводящей фазы и ухудшает сверхпроводящие свойства, такие как величина критического тока. Более того, если провод имеет неравномерную толщину, давление при выполняемой позже прокатке прикладывается к проводу неравномерно, и поэтому полученный сверхпроводящий провод имеет неравномерную толщину. В результате ухудшаются рабочие характеристики сверхпроводящего провода. Обычно условия выдержки провода между стадией волочения и стадией прокатки или между стадией прокатки и стадией спекания специально не регламентировали. Следовательно, полученный сверхпроводящий провод имел отклонения по каждой из рабочих характеристик, зависящие от различия в условиях выдержки.
Следовательно, посредством выдержки провода в атмосфере пониженного давления в по меньшей мере одном из промежутков между стадиями волочения, прокатки и спекания может быть подавлено попадание в порошок исходного материала присутствующих в воздухе СО2, Н2О, О2. Более того, при выдержке провода в атмосфере пониженного давления остатки таких веществ, как СО2, Н2О, О2 и т.п., содержащиеся внутри провода, выводятся через концевые участки провода или через металлическую оболочку сверхпроводника. В результате, гетерофаза во время спекания будет образовываться с меньшей вероятностью, а провод будет иметь равномерную толщину, и, таким образом, может быть получен сверхпроводящий провод, имеющий высокие и однородные рабочие характеристики.
Способ изготовления сверхпроводящего провода согласно другому аспекту настоящего изобретения включает в себя стадии волочения провода, образованного плакированием порошка исходного материала для сверхпроводника металлом, прокатки провода n раз (n - целое число не менее 2), и спекания провода n раз. Стадию первой прокатки на стадии прокатки провода n раз выполняют после стадии волочения. Стадию первого спекания на стадии спекания провода n раз выполняют после стадии первой прокатки. Стадию k-й (k - целое число, удовлетворяющее условию n ≥ k ≥ 2) прокатки на стадии прокатки провода n раз выполняют после стадии (k-1)-го спекания на стадии спекания провода n раз. Стадию k-го спекания на стадии спекания провода n раз выполняют после стадии k-й прокатки на стадии прокатки провода n раз. Способ дополнительно включает в себя стадию выдержки провода в атмосфере пониженного давления по меньшей мере в одном из промежутка между стадией волочения и стадией первой прокатки, промежутка между стадией первой прокатки и стадией первого спекания, промежутка между стадией (k-1)-го спекания и стадией k-й прокатки и промежутка между стадией k-й прокатки и стадией k-го спекания.
После тщательного изучения авторы настоящего изобретения обнаружили, что полученный сверхпроводящий провод имеет отклонения в каждой из рабочих характеристик по причинам, которые будут описаны ниже. Когда для изготовления сверхпроводящего провода выполняют стадию прокатки провода n раз и стадию спекания провода n раз, присутствующие в воздухе СО2 (диоксид углерода), Н2О (вода), О2 (кислород) и аналогичные вещества попадают в порошок исходного материала через оба концевых участка провода или через металлическую оболочку сверхпроводника в промежутке между стадией волочения и стадией первой прокатки, в промежутке между стадией первой прокатки и стадией первого спекания, в промежутке между стадией (k-1)-го спекания и стадией k-й прокатки и в промежутке между стадией k-й прокатки и стадией k-го спекания. В результате, ухудшаются рабочие характеристики сверхпроводящего провода, как описано выше. Обычно, при выполнении стадии прокатки провода n раз и стадии спекания провода n раз условия выдержки провода в промежутке между стадией волочения и стадией первой прокатки, в промежутке между стадией (k-1)-го спекания и стадией k-й прокатки и в промежутке между стадией k-й прокатки и стадией k-го спекания специально не регламентировали. Следовательно, полученный сверхпроводящий провод имел отклонения по каждой из рабочих характеристик, зависящие от различия в условиях выдержки.
Следовательно, посредством выдержки провода в атмосфере пониженного давления в по меньшей мере одном из промежутка между стадией волочения и стадией первой прокатки, промежутка между стадией первой прокатки и стадией первого спекания, промежутка между стадией (k-1)-го спекания и стадией k-й прокатки и промежутка между стадией k-ой прокатки и стадией k-го спекания, может быть подавлено попадание в порошок исходного материала присутствующих в воздухе СО2, Н2О и О2. Более того, при выдержке провода в атмосфере пониженного давления остатки таких веществ, как СО2, Н2О, О2 и т.п., содержащиеся внутри провода, выводятся через оба концевых участка провода или через металлическую оболочку сверхпроводника. В результате, гетерофаза во время спекания будет образовываться с меньшей вероятностью, а провод будет иметь равномерную толщину, и, таким образом, может быть получен сверхпроводящий провод, имеющий высокие и однородные рабочие характеристики.
Предпочтительно, в способе изготовления сверхпроводящего провода согласно другому аспекту настоящего изобретения стадию выдержки выполняют в промежутке между стадией первой прокатки и стадией первого спекания.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что присутствующие в воздухе СО2, Н2О и О2 с меньшей вероятностью попадают в порошок исходного материала в промежутке между стадией первой прокатки и стадией первого спекания. Поэтому может быть получен сверхпроводящий провод, имеющий более высокие и более однородные рабочие характеристики.
Предпочтительно в способе изготовления сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению атмосфера пониженного давления имеет давление не более 0,01 МПа. Тем самым может быть дополнительно подавлено попадание присутствующих в воздухе СО2, Н2О и О2 в сверхпроводник.
Предпочтительно, в способе изготовления сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению стадию выдержки выполняют в течение не менее 72 часов. Тем самым остатки, содержащиеся внутри провода, могут быть выведены в достаточной степени.
Предпочтительно в способе изготовления сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению на стадии выдержки провод выдерживают при температуре не менее 80°С. Это способствует испарению остатков, содержащихся внутри провода, и, таким образом, может быть получен сверхпроводящий провод, имеющий высокие и однородные рабочие характеристики.
Предпочтительно, в способе изготовления сверхпроводящего провода согласно настоящему изобретению стадию выдержки выполняют в атмосфере газообразного азота, газообразного аргона или сухого воздуха.
Это может предотвратить попадание примесей, таких как СО2, Н2О, О2 и т.п., в порошок исходного материала во время стадии выдержки.
Следует заметить, что прокатка и спекание в настоящем изобретении могут быть выполнены соответственно лишь однажды или могут быть выполнены соответственно множество раз (n раз). Более того, в этом описании выражение «первая прокатка» относится к стадии прокатки провода в первый раз, а выражение «первое спекание» относится к стадии спекания провода в первый раз. Когда стадию волочения выполняют в отношении провода множество раз, выражение «стадия волочения» относится к первому волочению, выполняемому на проводе. Более того, выражение «сухой воздух» относится к воздуху, имеющему точку росы при атмосферном давлении не более -20°С.
Результаты изобретения
Согласно способу изготовления сверхпроводящего провода по настоящему изобретению, может быть подавлено попадание присутствующих в воздухе СО2, Н2О и О2 в провод в каждом из промежутков между стадиями волочения, первой прокатки и первого спекания. Более того, за счет выдержки провода в атмосфере пониженного давления остатки таких веществ, как СО2, Н2О, О2 и т.п., содержащиеся внутри провода, выводятся через оба концевых участка провода или через металлическую оболочку сверхпроводника. В результате, гетерофаза во время спекания будет образовываться с меньшей вероятностью, а провод будет иметь равномерную толщину, и, таким образом, может быть получен сверхпроводящий провод, имеющий высокие и однородные рабочие характеристики.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - фрагментарный вид в перспективе на сечение, иллюстрирующий структуру сверхпроводящего провода на концептуальной основе.
Фиг.2 - блок-схема, иллюстрирующая способ изготовления сверхпроводящего провода в одном варианте воплощения настоящего изобретения.
Фиг.3 - первый вид, иллюстрирующий стадию по Фиг.2.
Фиг.4 - второй вид, иллюстрирующий стадию по Фиг.2.
Фиг.5 - третий вид, иллюстрирующий стадию по Фиг.2.
Фиг.6 - четвертый вид, иллюстрирующий стадию по Фиг.2.
Фиг.7 - пятый вид, иллюстрирующий стадию по Фиг.2.
Фиг.8 - шестой вид, иллюстрирующий стадию по Фиг.2.
Описание ссылочных позиций на чертежах
1 - сверхпроводящий провод (многожильный провод), 1а - провод (проволока), 1b - плакированный провод (плакированная проволока), 1с - многожильный провод, 2 - сверхпроводящая жила, 2а - порошок исходного материала, 3 - оболочка, 3а, 3b - трубка, 20 - камера, 21 - вытяжной канал, 22 - держатель, 23 - нагреватель.
Лучшие варианты осуществления изобретения
Ниже будет описан вариант воплощения настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.
Фиг.1 представляет собой фрагментарный вид в перспективе с сечением, иллюстрирующий структуру сверхпроводящего провода на концептуальной основе. Со ссылкой на фиг.1 для примера будет приведено пояснение многожильного сверхпроводящего провода. Сверхпроводящий провод 1 имеет множество сверхпроводящих жил 2, простирающихся в продольном направлении, и покрывающую их оболочку 3. Каждая из множества сверхпроводящих жил 2 выполнена из материала, имеющего состав, например, из системы Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O, и, в частности, оптимальным материалом является материал, содержащий фазу Bi2223, в которой атомное отношение (висмут и свинец):стронций:кальций:медь представлено приблизительно как 2:2:2:3. Оболочка 3 выполнена из такого материала, как серебро.
Следует заметить, что хотя это пояснение было приведено со ссылкой на многожильный провод, может быть использован оксидный сверхпроводящий провод, имеющий одножильную структуру, в которой единственная сверхпроводящая жила 2 покрыта оболочкой 3.
Далее будет пояснен способ изготовления описанного выше оксидного сверхпроводящего провода.
Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ изготовления сверхпроводящего провода в одном варианте воплощения настоящего изобретения. Фиг.3-8 иллюстрируют соответствующие стадии по фиг.2.
Обращаясь к фиг.2, для изготовления сверхпроводящего провода, например, с фазой Bi2223, используют способ «порошка в трубке». Сначала, например, смешивают пять типов порошков исходных материалов (Bi2О3, PbO, SrCO3, CaCO3, CuO) с получением порошка исходного материала в промежуточном состоянии (порошка предшественника), который будет в конечном итоге превращен в сверхпроводник с фазой Bi2223 в результате реакции, вызванной термообработкой (стадия S1).
После этого, как показано на фиг.2 и 3, этим порошком 2а исходного материала заполняют трубку 3а (стадия S2). Трубка 3а выполнена из металла, такого как серебро, имеет наружный диаметр ⊘20-40 мм и толщину стенки примерно 3-15% от наружного диаметра. Тем самым, получают провод 1а, в котором порошок 2а исходного материала для сверхпроводника плакирован трубкой 3а. После этого выполняют дегазацию содержимого трубки 3а и герметизируют оба конца трубки 3а.
После этого, как показано на фиг.2 и 4, провод 1а подвергают волочению с образованием плакированного провода 1b, в котором предшественник в виде нитевидного материала покрыт (плакирован) металлом, таким как серебро (стадия S3). Плакированный провод 1b имеет форму шестиугольника с расстоянием между противоположенными сторонами, составляющим, например, 2-10 мм.
После этого, как показано на фиг.2 и 5, плакированный провод 1b выдерживают на держателе 22 внутри камеры 20, например, в течение не менее 72 часов (стадия S4). Камера 20 имеет вытяжной канал 21, и этот вытяжной канал 21 соединен с вакуумным насосом (не показан). Воздух внутри камеры 20 отсасывается вакуумным насосом через вытяжной канал 21, так что внутри камеры 20 поддерживается атмосфера пониженного давления, например, не более 0,01 МПа. Более того, внутри камеры 20 присутствует атмосфера, например, газообразного азота, газообразного аргона или сухого воздуха. Более того, внутри держателя 22 предусмотрен нагреватель 23 для подогрева плакированного провода 1b, выдерживаемого на держателе 22, до температуры, например, не менее 80°С. Поскольку плакированный провод 1b выдерживают в атмосфере пониженного давления, может быть подавлено попадание присутствующих в воздухе СО2, Н2О, О2 и т.п. в порошок 2а исходного материала. Более того, могут быть выведены СО2, Н2О, О2 и т.п., присутствовавшие внутри плакированного провода 1b.
После этого, как показано на фиг.2 и 6, множество плакированных проводов 1b собирают в пучок, вставляемый внутрь трубки 3b, выполненной из металла, такого как серебро (многожильная сборка: стадия S5). Эта трубка 3b выполнена из металла, такого как серебро или его сплав, имеет наружный диаметр ⊘10-50 мм и толщину стенки примерно 1-15% от наружного диаметра. Таким образом, получают провод с многожильной структурой, имеющий множество жил, выполненных из порошка 2а исходного материала.
После этого, как показано на фиг.2 и 7, провод с многожильной структурой, в котором множество жил, выполненных из порошка 2а исходного материала, покрыты оболочкой 3, подвергают волочению с образованием многожильного провода 1с, в котором порошок 2а исходного материала заделан внутри оболочки 3, выполненной, например, из серебра (стадия S6).
После этого, как показано на фиг.2 и 5, многожильный провод 1с выдерживают на держателе 22 внутри камеры 20 в атмосфере пониженного давления, например, в течение не менее 72 часов (стадия S7). Внутри камеры 20 присутствует атмосфера, например, газообразного азота, газообразного аргона или сухого воздуха. Поскольку многожильный провод 1с выдерживают в атмосфере пониженного давления, может быть подавлено попадание присутствующих в воздухе СО2, Н2О, О2 и т.п. в порошок 2а исходного материала. Более того, могут быть выведены СО2, Н2О, О2 и т.п., присутствовавшие внутри многожильного провода 1с.
После этого, как показано на фиг.2 и 8, на многожильном проводе 1с выполняют первую прокатку с получением лентообразного многожильного провода 1 (стадия S8). Первую прокатку выполняют при обжатии, например, 70-90%.
После этого, как показано на фиг.2 и 5, многожильный провод 1 выдерживают на держателе 22 внутри камеры 20 в атмосфере пониженного давления, например, в течение не менее 72 часов (стадия S9). Внутри камеры 20 присутствует атмосфера, например, газообразного азота, газообразного аргона или сухого воздуха. Поскольку многожильный провод 1 выдерживают в атмосфере пониженного давления, может быть подавлено попадание присутствующих в воздухе СО2, Н2О, О2 и т.п. в порошок 2а исходного материала. Более того, могут быть выведены СО2, Н2О, О2 и т.п., присутствовавшие внутри многожильного провода 1.
Затем лентообразный многожильный провод 1 нагревают до температуры, например, 830-850°С и выдерживают при этой температуре в течение 50-150 часов, и таким образом многожильный провод 1 подвергают первому спеканию (стадия S10). Тем самым, порошок 2а исходного материала химически реагирует и становится сверхпроводящей жилой 2.
После этого, как показано на фиг.2 и 5, многожильный провод 1 выдерживают на держателе 22 внутри камеры 20 в атмосфере пониженного давления, например, в течение не менее 72 часов (стадия S11). Внутри камеры 20 присутствует атмосфера, например, газообразного азота, газообразного аргона или сухого воздуха. Поскольку многожильный провод 1 выдерживают в атмосфере пониженного давления, может быть подавлено попадание присутствующих в воздухе СО2, Н2О, О2 и т.п. в сверхпроводящую жилу 2. Более того, могут быть выведены СО2, Н2О, О2 и т.п., присутствовавшие внутри многожильного провода 1.
После этого, как показано на фиг.2 и 8, многожильный провод 1 подвергают второй прокатке (стадия S12). Вторую прокатку выполняют при обжатии, например, 0-20%.
После этого, как показано на фиг.2 и 5, многожильный провод 1 выдерживают на держателе 22 внутри камеры 20 в атмосфере пониженного давления, например, в течение не менее 72 часов (стадия S13). Внутри камеры 20 присутствует атмосфера, например, газообразного азота, газообразного аргона или сухого воздуха. Поскольку многожильный провод 1 выдерживают в атмосфере пониженного давления, может быть подавлено попадание присутствующих в воздухе СО2, Н2О, О2 и т.п. в сверхпроводящую жилу 2. Более того, могут быть выедены СО2, Н2О, О2 и т.п., присутствовавшие внутри многожильного провода 1.
После этого, многожильный провод 1 нагревают до температуры, например, 800-850°С в атмосфере с повышенным давлением и выдерживают при этой температуре в течение 10-150 часов, и таким образом многожильный провод 1 подвергают второму спеканию (стадия S14). Следует заметить, что второе спекание может быть выполнено при атмосферном давлении, а не в атмосфере при повышенном давлении. Хотя сверхпроводящий провод согласно данному варианту воплощения получают так, как описано выше, могут быть выполнены дополнительные прокатка и спекание после второго спекания, а описанные выше вторая прокатка и второе спекание могут быть опущены.
Способ изготовления сверхпроводящего провода согласно данному варианту воплощения включает в себя стадию волочения провода 1а, образованного плакированием порошка 2а исходного материала для сверхпроводника металлом (стадия S3), стадию первой прокатки (стадия S8) многожильного провода 1с после стадии волочения (стадия S3) и стадию первого спекания (стадия S10) многожильного провода 1 после стадии первой прокатки (стадия S8). Способ дополнительно включает в себя стадию выдержки плакированного провода 1b, многожильного провода 1с или многожильного провода 1 в атмосфере пониженного давления в по меньшей мере одном из промежутка между стадией волочения (стадия S3) и стадией первой прокатки (стадия S8) и промежутка между стадией первой прокатки (стадия S8) и стадией первого спекания (стадия S10) (стадия S4, стадия S7, стадия S9).
Способ изготовления сверхпроводящего провода согласно данному варианту воплощения включает в себя стадию волочения провода 1а, образованного плакированием порошка 2а исходного материала для сверхпроводника металлом (стадия S3), стадию первой прокатки (стадия S8) многожильного провода 1с после стадии волочения (стадия S3), стадию первого спекания (стадия S10) многожильного провода 1 после стадии первой прокатки (стадия S8), стадию второй прокатки (стадия S12) многожильного провода 1 вновь после стадии первого спекания (стадия S10) и стадию второго спекания (стадия S14) многожильного провода 1 вновь после стадии второй прокатки (стадия S12). Способ дополнительно включает в себя стадию выдержки плакированного провода 1b, многожильного провода 1с или многожильного провода 1 в атмосфере пониженного давления в по меньшей мере одном из промежутка между стадией волочения (стадия S3) и стадией первой прокатки (стадия S8), промежутка между стадией первой прокатки (стадия S8) и стадией первого спекания (стадия S10), промежутка между стадией первого спекания (стадия S10) и стадией второй прокатки (стадия S12) и промежутка между стадией второй прокатки (стадия S12) и стадией второго спекания (стадия S14) (стадия S14, стадия S7, стадия S9, стадия S11, стадия S13).
В соответствии со способом изготовления согласно данному варианту воплощения может быть подавлено попадание присутствующих в воздухе СО2, Н2О и О2 в порошок 2а исходного материала. Более того, поскольку плакированный провод 1b, многожильный провод 1с или многожильный провод 1 выдерживают в атмосфере пониженного давления, остатки, содержащиеся внутри плакированного провода 1b, многожильного провода 1с или многожильного провода 1, такие как СО2, Н2О, О2 и т.п., выводятся через оба концевых участка плакированного провода 1b, многожильного провода 1с или многожильного провода 1 или через оболочку 3, покрывающую сверхпроводник. В результате, гетерофаза во время спекания будет образовываться с меньшей вероятностью, а провод будет иметь равномерную толщину, так что может быть получен сверхпроводящий провод, имеющий высокие и однородные рабочие характеристики.
В способе изготовления сверхпроводящего провода согласно данному варианту воплощения стадию выдержки (стадия S9) выполняют в промежутке между стадией первой прокатки (стадия S8) и стадией первого спекания (стадия S10). Тем самым, может быть получен сверхпроводящий провод, имеющий более высокие и более однородные рабочие характеристики.
В способе изготовления сверхпроводящего провода согласно данному варианту воплощения атмосфера пониженного давления имеет давление не более 0,01 МПа. Тем самым, может быть дополнительно подавлено попадание присутствующих в воздухе СО2, Н2О и О2 в сверхпроводящую жилу 2.
В способе изготовления сверхпроводящего провода согласно данному варианту воплощения стадию выдержки (стадия S4, стадия S7, стадия S9, стадия S11, стадия S13) выполняют в течение не менее 72 часов. Тем самым, в достаточной степени выводят остатки, содержащиеся внутри плакированного провода 1b, многожильного провода 1с или многожильного провода 1.
В способе изготовления сверхпроводящего провода согласно данному варианту воплощения многожильный провод 1 выдерживают при температуре не менее 80°С на стадии выдержки (стадия S4, стадия S7, стадия S9, стадия S11, стадия S13). Это способствует испарению остатков, содержащихся внутри плакированного провода 1b, многожильного провода 1с или многожильного провода 1, и таким образом может быть получен сверхпроводящий провод, имеющий высокие и однородные рабочие характеристики.
В способе изготовления сверхпроводящего провода согласно данному варианту воплощения стадию выдержки (стадия S4, стадия S7, стадия S9, стадия S11, стадия S13) выполняют в атмосфере газообразного азота, газообразного аргона или сухого воздуха.
Это может предотвратить попадание примесей, таких как СО2, Н2О, О2 и т.п., в порошок исходного материала во время стадии выдержки.
Хотя данный вариант воплощения был описан для случая, когда выдержку в вакууме (стадии S4, 7, 9, 11, 13) выполняют в каждом промежутке, настоящее изобретение не ограничивается этим случаем, и будет достаточным выполнить любую одну из этих пяти стадий выдержки в вакууме (стадия S4, стадия S7, стадия S9, стадия S11, стадия S13).
Более того, хотя данный вариант воплощения был описан для случая, когда выдержку в вакууме (стадия S11), вторую прокатку (стадия S12), выдержку в вакууме (стадия S13) и второе спекание (стадия S14) выполняют после первого спекания (стадия S10), эти стадии могут быть опущены, и изготовление сверхпроводящего провода может быть закончено после первого спекания (стадия S10).
Кроме того, хотя в данном варианте воплощения пояснение было приведено со ссылкой на способ изготовления многожильного оксидного сверхпроводящего провода с висмутом, имеющего фазу Bi2223, настоящее изобретение также применимо к способу изготовления оксидного сверхпроводящего провода, имеющего состав, отличный от состава с висмутом, такой как, например, состав иттриевого типа. Кроме того, настоящее изобретение также применимо к способу изготовления одножильного сверхпроводящего провода.
Примеры
Ниже будут описаны примеры настоящего изобретения.
Первый пример
В данном примере было изучено влияние выдержки в вакууме (стадия S9) после первой прокатки (стадия S8). В частности, был получен порошок 2а исходного материала, имеющий фазу Bi2223 (стадия S1), а после этого порошком 2а исходного материала была заполнена трубка 3а (стадия S2) с образованием провода 1а. Затем провод 1а был подвергнут волочению с образованием плакированного провода 1b (стадия S3), и, не подвергая стадии выдержки в вакууме, множество плакированных проводов 1b было собрано в пучок и вставлено в трубку 3b (стадия S5) с образованием многожильного провода 1с. Затем многожильный провод 1с подвергли волочению (стадия S6) и, не подвергая стадии выдержки в вакууме, выполняли первую прокатку многожильного провода 1с (стадия S8) с получением лентообразного многожильного провода 1. Затем многожильные провода 1с образцов 2-4 выдерживали при комнатной температуре в течение одного месяца под давлением атмосферы, выдерживая многожильный провод 1 соответственно при атмосферном давлении, 0,01 МПа и 0,001 МПа (стадия S9). Многожильный провод 1 образца 1 выдерживали при комнатной температуре в течение одного дня при атмосферном давлении. Затем на многожильном проводе 1 выполняли первое спекание (стадия S10) и, не проводя стадии выдержки в вакууме, выполняли вторую прокатку (стадия S12). Затем, не проводя стадии выдержки в вакууме, выполняли второе спекание многожильного провода 1 (стадия S14) с получением двух кусков сверхпроводящего провода 1, каждый из которых имел длину 400 м. Эти два полученных куска сверхпроводящего провода 1 были названы соответственно партией А и партией В. После этого каждая из партии А и партии В была разделена на пять кусков для измерения величины критического тока (А) и толщины (мм) каждого куска сверхпроводящего провода 1. В таблице 1 приведены результаты измерений. В таблице 1 образец 1 является сверхпроводящим проводом, выдержанным при атмосферном давлении в течение одного дня, а образец 2 является сверхпроводящим проводом, выдержанным при атмосферном давлении в течение одного месяца. Образец 3 является сверхпроводящим проводом, выдержанным в течение одного месяца в атмосфере пониженного давления 0,01 МПа, а образец 4 является сверхпроводящим проводом, выдержанным в течение одного месяца в атмосфере пониженного давления 0,001 МПа.
| Таблица 1 | |||
| № образца | Величина критического тока (А) | Толщина сверхпроводящего провода (мм) | |
| 1 | Партия А | 80-90 | 0,25 ± 0,01 |
| Партия В | 80-90 | 0,25 ± 0,01 | |
| 2 | Партия А | 60-70 | 0,27 ± 0,02 |
| Партия В | 60-70 | 0,27 ± 0,03 | |
| 3 | Партия А | 80-90 | 0,24 ± 0,01 |
| Партия В | 80-90 | 0,24 ± 0,01 | |
| 4 | Партия А | 80-90 | 0,24 ± 0,01 |
| Партия В | 80-90 | 0,24 ± 0,01 |
Как показано в таблице 1, в случае образца 1 величина критического тока составляла от 80 до 90 А, а толщина составляла 0,25 мм ± 0,01 мм в обеих партиях А и В. В случае образца 2 величина критического тока составляла от 60 до 70 А в обеих партиях А и В, а толщина партии А в образце 2 составляла 0,27 мм ± 0,02 мм, тогда как толщина партии B в образце 2 составляла 0,27 мм ± 0,03 мм. В случае образца 3 величина критического тока составляла от 80 до 90 А, а толщина составляла 0,24 мм ± 0,01 мм в обеих партиях А и В. В случае образца 4 величина критического тока составляла от 80 до 90 А, а толщина составляла 0,24 мм ± 0,01 мм в обеих партиях А и В.
Исходя из полученных выше результатов, было обнаружено, что в любом из образцов 1-4 величина критического тока в каждой партии имеет отклонение примерно 10 А. Следовательно, было обнаружено, что отклонения имеют место с меньшей вероятностью по каждой рабочей характеристике полученного сверхпроводящего провода при выдержке этого сверхпроводящего провода между первой прокаткой и первым спеканием при постоянных условиях. Более того, поскольку величины критического тока в образцах 3 и 4 являются более высокими, чем в образце 2, было обнаружено, что сверхпроводящий провод с высокими рабочими характеристиками может быть получен путем выдержки провода между первой прокаткой и первым спеканием в атмосфере пониженного давления. Более того, поскольку образцы 3 и 4 имеют меньшие толщины, чем толщины в образцах 1 и 2, а также они имеют меньшие отклонения в толщинах, было обнаружено, что при выдержке провода между первой прокаткой и первым спеканием в атмосфере пониженного давления присутствующие в воздухе СО2, Н2О, О2 и т.п. с меньшей вероятностью попадают в провод, а их остатки, содержавшиеся внутри провода, удаляются.
Второй пример
В данном примере было изучено влияние на провод периода времени выдержки в вакууме (стадия S9) после первой прокатки (стадия S8). В частности, сверхпроводящий провод 1 был получен способом, почти идентичным способу, описанному в первом примере. Многожильный провод 1с образца 5 сначала подвергли первой прокатке (стадия S8), а затем его выдерживали при комнатной температуре в течение одного дня при атмосферном давлении (стадия S9). Многожильные провода 1с образцов 6-9 сначала подвергли первой прокатке (стадия S8), а затем их выдерживали при комнатной температуре в атмосфере с давлением 0,01 МПа в течение соответственно одного дня, трех дней, десяти дней и одного месяца (стадия S9). Были измерены толщины (мм) соответствующих образцов сверхпроводящего провода 1. В таблице 2 приведены результаты измерений. В таблице 2 образец 6 является сверхпроводящим проводом, выдержанным в атмосфере с давлением 0,01 МПа в течение одного дня, образец 7 является сверхпроводящим проводом, выдержанным в атмосфере с давлением 0,01 МПа в течение трёх дней, образец 8 является сверхпроводящим проводом, выдержанным в атмосфере с давлением 0,01 МПа в течение десяти дней, а образец 9 является сверхпроводящим проводом, выдержанным в атмосфере с давлением 0,01 МПа в течение одного месяца.
| Таблица 2 | ||
| № образца | Толщина сверхпроводящего провода (мм) | |
| 5 | Партия А | 0,25 ± 0,01 |
| Партия В | 0,25 ± 0,01 | |
| 6 | Партия А | 0,25 ± 0,01 |
| Партия В | 0,25 ± 0,01 | |
| 7 | Партия А | 0,24 ± 0,01 |
| Партия В | 0,24 ± 0,01 | |
| 8 | Партия А | 0,24 ± 0,01 |
| Партия В | 0,24 ± 0,01 | |
| 9 | Партия А | 0,24 ± 0,01 |
| Партия В | 0,24 ± 0,01 |
Как показано в таблице 2, в случае образца 5 толщина составляла 0,25 мм ± 0,01 мм в обеих партиях А и В. В случае образца 6 толщина составляла 0,25 мм ± 0,01 мм в обеих партиях А и В. В случае образца 7 толщина составляла 0,24 мм ± 0,01 мм в обеих партиях А и В. В случае образца 8 толщина составляла 0,24 мм ± 0,01 мм в обеих партиях А и В. В случае образца 9 толщина составляла 0,24 мм ± 0,01 мм в обоих партиях А и В.
Из полученных выше результатов, учитывая, что образцы 7-9 имеют меньшие толщины, чем толщины образцов 5 и 6, было обнаружено, что выдержка провода между первой прокаткой и первым спеканием в атмосфере пониженного давления в течение не менее трех дней (72 часов) позволяет в достаточной степени вывести остатки, содержавшиеся внутри провода.
Третий пример
В данном примере было изучено влияние на провод температуры выдержки при выдержке в вакууме (стадия S9) после первой прокатки (стадия S8). В частности, сверхпроводящий провод 1 был получен способом, почти идентичным способу, описанному в первом примере. Многожильные провода 1с образцов 10-13 сначала подвергали первой прокатке (стадия S8), а затем их выдерживали в атмосфере при давлении 0,01 МПа в течение семи дней соответственно при комнатной температуре, 50°С, 80°С и 300°С (стадия S9). Были измерены величины критического тока (А) соответствующих образцов. В таблице 3 приведены результаты измерений. В таблице 3 образец 10 является сверхпроводящим проводом, выдержанным при комнатной температуре, образец 11 является сверхпроводящим проводом, выдержанным при температуре 50°С, образец 12 является сверхпроводящим проводом, выдержанным при температуре 80°С, и образец 13 является сверхпроводящим проводом, выдержанным при температуре 300°С.
| Таблица 3 | ||
| № образца | Величина критического тока (А) | |
| 10 | Партия А | 80-90 |
| Партия В | 80-90 | |
| 11 | Партия А | 80-90 |
| Партия В | 80-90 | |
| 12 | Партия А | 85-90 |
| Партия В | 85-90 | |
| 13 | Партия А | 85-90 |
| Партия В | 85-90 |
Как показано в таблице 3, в случае образца 10 величина критического тока составляла от 80 до 90 А в обеих партиях А и В. В случае образца 11 величина критического тока составляла от 80 до 90 А в обеих партиях А и В. В случае образца 12 величина критического тока составляла от 85 до 90 А в обеих партиях А и В. В случае образца 13 величина критического тока составляла от 85 до 90 А в обеих партиях А и В.
Из полученных выше результатов, учитывая, что образцы 12 и 13 имеют более высокие величины критического тока, чем величины критического тока в образцах 10 и 11, а также они имеют меньшие отклонения в величинах критического тока, было обнаружено, что сверхпроводящий провод с более высокими и более однородными рабочими характеристиками может быть получен путем выдержки провода между первой прокаткой и первым спеканием в атмосфере пониженного давления при температуре не менее 80°С.
Должно быть понятно, что раскрытый здесь вариант воплощения и примеры настоящего изобретения приведены во всех отношениях лишь в качестве иллюстрации и не должны рассматриваться в качестве ограничения. Объем настоящего изобретения определяется не вышеупомянутым описанием, а прилагаемой формулой изобретения, и он предназначен охватывать все модификации в пределах сущности и объема, эквивалентных сущности и объему формулы изобретения.
1. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1), включающий в себя стадии:
волочения провода (1а), образованного плакированием порошка (2а) исходного материала для сверхпроводника металлом (3а) (S3);
прокатки упомянутого провода (1а) после упомянутой стадии волочения (S3) (S8)
и
спекания упомянутого провода (1а) после упомянутой стадии прокатки (S8) (S10);
при этом способ дополнительно включает в себя стадию выдержки упомянутого провода (1а) в атмосфере пониженного давления в по меньшей мере одном из промежутка между упомянутой стадией волочения (S3) и упомянутой стадией прокатки (S8) и промежутка между упомянутой стадией прокатки (S8) и упомянутой стадией спекания (S10) (S4, S7, S9).
2. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1) по п.1, в котором
упомянутая атмосфера пониженного давления имеет давление не более 0,01 МПа.
3. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1) по п.1, в котором стадию выдержки (S4, S7, S9) выполняют в течение не менее 72 ч.
4. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1) по п.1, в котором на упомянутой стадии выдержки (S4, S7, S9) упомянутый провод (1а) выдерживают при температуре не менее 80°С.
5. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1) по п.1, в котором упомянутую стадию выдержки (S4, S7, S9) выполняют в атмосфере газообразного азота, газообразного аргона или сухого воздуха.
6. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1), включающий в себя стадии:
волочения провода (1a), образованного плакированием порошка (2а) исходного материала для сверхпроводника металлом (3а) (S3);
прокатки упомянутого провода (1a) n раз (n - целое число не менее 2) (S8, S12) и спекания упомянутого провода (1а) n раз (S10, S14);
при этом стадию первой прокатки (S8) на упомянутой стадии прокатки упомянутого провода (1а) n раз (S8, S12) выполняют после упомянутой стадии волочения (S3),
стадию первого спекания (S10) на упомянутой стадии спекания упомянутого провода (1a) n раз (S10, S14) выполняют после упомянутой стадии первой прокатки (S8),
стадию k-й (k - целое число, удовлетворяющее условию n≥k≥2) прокатки на упомянутой стадии прокатки упомянутого провода (1a) n раз (S8, S12) выполняют после стадии (k-1)-го спекания на упомянутой стадии спекания провода (1a) n раз,
стадию k-го спекания на упомянутой стадии спекания упомянутого провода (1a) n раз (S10, S14) выполняют после стадии k-й прокатки на упомянутой стадии прокатки упомянутого провода (1a) n раз, и
способ дополнительно включает в себя стадию выдержки упомянутого провода (1а) в атмосфере пониженного давления в по меньшей мере одном из промежутка между упомянутой стадией волочения (S3) и упомянутой стадией первой прокатки (S8), промежутка между упомянутой стадией первой прокатки (S8) и упомянутой стадией первого спекания (S10), промежутка между упомянутой стадией (k-1)-го спекания и упомянутой стадией k-й прокатки и промежутка между упомянутой стадией k-й прокатки и упомянутой стадией k-го спекания (S4, S7, S9, S11, S13).
7. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1) по п.6, в котором упомянутую стадию выдержки (S9) выполняют в промежутке между упомянутой стадией первой прокатки (S8) и упомянутой стадией первого спекания (S10).
8. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1) по п.6, в котором упомянутая атмосфера пониженного давления имеет давление не более 0,01 МПа.
9. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1) по п.6, в котором упомянутую стадию выдержки (S4, S7, S9, S11, S13) выполняют в течение не менее 72 ч.
10. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1) по п.6, в котором на упомянутой стадии выдержки (S4, S7, S9, S11, S13) упомянутый провод (1а) выдерживают при температуре не менее 80°С.
11. Способ изготовления сверхпроводящего провода (1) по п.6, в котором упомянутую стадию выдержки (S4, S7, S9, S11, S13) выполняют в атмосфере газообразного азота, газообразного аргона или сухого воздуха.
