Способ изготовления многосекционной сверхпроводящей жилы

 

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЕКЦИОННОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ЖИЛЫ на основе интерметаллического соединения, заключающийся в нанесении.слоя барьерного металла на концевые участки трубчатых заготовок,.содержащих тугоплавкий компонент соединения, образовании сверхпроводящего покрытия на внутренней поверхности, например, жидкофазным Диффузионным методом, последующем удалении слоя барьерного металла, сварке секций по периметру и образовании на месте стыка и прилегающих к нему участках сверхпроводящего покрытия, аналогичного упомянутому, отлич-ающийся тем, что, с целью упрощения технологии при одновременном повышении эксплуатационной надежности, слой барьерного металла наносят на концевые участки секций с внешней стороны, перфорируют эти участки и после образования сверхпроводящего покрытия наносят на него ^ на концевых участках секций гермети- "" зирующий слой.2. Способ изготовления многосекционной сверхпроводящей жилы по п.1, отличающийся тем, что герметизирующий слой наносят путем ^ плазменного напыления тугоплавкого компонента интерметаллического соединения .(Л00со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 710390 А

3(5П Н 01 В 12/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (211 2618030/24-07 (22) 17.05.78 (46) 07.11.83. Бюл. М 41 (72) П.Б. Шендерович, В.Б. Сухушин, В.А, Абуев, В.A. Герасимов, В.M. Пан, Г.А. Клименко, 10.И. Белецкий, В.С.Флис, .А.В. Горовой, С.M. Гуревич, M.M. Нероденко, E.À. Аснис и С.П.Заболотин (71) Институт металлофизики АН УССР, Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г.И. Кржижановского и Институт электросварки им. Е.О. Патона (53) 621.315(088.8) (56) 1. Патент Великобритании

М 1322799, кл. В 3 R, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2436394, кл. Н 01 В 12/00, 1977. (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ NH0ГОСЕКЦИОННОЙ СВЕРХПРОВОДЯ!ЦЕЯ ЖИЛЫ на основе интерметаллического соединения, заключающийся в нанесении слоя барьерного металла на концевые участки трубчатых заготовок, содержащих тугоплавкий компонент соединения, образовании сверхпроводящего покрытия на внутренней поверхности, например, жидкофазным диффузионным методом, последующем удалении слоя барьерного металла, сварке секций по периметру и образовании на месте стыка и прилегающих к нему участках сверхпроводящего покрытия, аналогичного упомянутому, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии при одновременном повышении эксплуатационной надежности, слой барьерного металла наносят на концевые участки секций с внешней стороны, перфорируют эти участки и после образования сверхпроводящего покрытия наносят на него @ на концевых участках секций герметизирующий слой.

2. Способ изготовления многосекционной сверхпроводящей жилы по п.1, отличающийся тем, что герметизирующий слой наносят путем плазменного напыления тугоплавкого компонента интерметаллического соединения.

710390

Изобретение относится к электро-, технике и может быть использовано при изготовлении жилы сверхпроводящего кабеля °

Известен способ изготовления многосекционной сверхпроводящей жилы 1), включающий изготовление отдельных секций, сверхпровоцящий слой которых получают с помощью термообработки, а их соединение путем сварки с последующим воздействием на стык по- 10 следовательно давлением и термообра« боткой.

Известен также способ изготовле ия многосекционной сверхпроводяей жилы на основе интерметаллическо-15 го соединения типа А-15 (2 заключающийся в нанесении слоя барьерного металла на концевые участки трубчатых заготовок, содержащих тугоплав кий компонент соединения, образовании о сверхпроводящего покрытия, например, жидкофазным диффузионным методом, последующем удалении слоя барьерного металла, сварке секций по периметру и образовании на месте стыка и приле гающих к нему участках сверхпроводящего покрытия, аналогичного упомянутому.

Применение способа для изготовления многосекционной жилы с внутренним расположением сверхпроводящего слоя в секциях сопровождается либо уменьшением токонесущей способности мест соединения секций за счет образования техтехнологических окон в жиле, например, . для монтажа диффузионных камер, либо 5 значительным, увеличением диаметра жилы, хотя бы в области стыка, что зна- чительно усложняет конструкцию кабеля

Кроме того, усложняется конструкция оборудования,.применяемого для осу- 40 ществления этого способа.

Целью изобретения является упрощение технологии.

Цель достигается тем, что в известном способе изготовления многосекци- 4 онной сверхпроводящей жилы на основе интерметаллического соединения, заключающемся в нанесении слоя барьерного металла на концевые участки трубчатых заготовок, содержащих тугоплавкий компонент соединения, образовании сверхпроводящего покрытия на внутренней поверхности, например, жидкофазным диффузионным методом, последующем удалении слоя барьерного металла, сварке секций по перименту и образовании на месте стыка и прилегающих к нему участках сверхпроводящего покрытия, аналогичного упомянутому, слой барьерного металла наносят на концевые участки секций с внешней сторо- 6О ны, перфорируют эти участки и после образования сверхпроводящего покры,-ия наносят на нег на концевых участках секций герметизирующий слой.При этом герметизйрующий слой в предпоч- 5 тительном варианте наносят путем плазменного напыления тугоплавкого компонента интерметаллического соединения, что позволит повысить .эксплуатационную надежность жилы, благодаря возможности образования дополнительно сверхпроводящего слоя в области стыка секций и увеличения сечения по сверхпроводнику в области перехода с внутренней поверхности жилы на внешнюю.

На фиг. 1 изображена секция до проведения операции перфорирования, частичный продольный разрез; на фиг.2 секция в процессе перфорирования и внешний вид перфорации, частичный продольный разрез; на фиг. 3 — диффузионная камера с размещенной в ,ней секцией жилы со сверхпроводящим покрытием, продольный разрез; на фиг. 4 — процесс образования сверхпроводящего слоя в месте сварки секций и прилегающих участках частичный продольный разрез; на фиг.5 процесс образования сверхпроводящего покрытия в месте сварки секций и переходной втулки, на поверхности втулки и прилегающих уЧастках секций.

Способ заключается в том, что концевые участки каждой секции 1.(см. фиг. 1), содержащей слой 2 тугоплавкого компонента соединения очищают от слоя 3 стабилизирующего материала в шлюзовой напылительной камере, наносят слой 4 барьерного материала на концевые участки секции 1 со стороны очищенных поверхностей, т.е. на внешнюю поверхность слоя 2 тугоплавкого компонента соединения, перфорируют концевые участки секции 1, например, электро-эррозионным способом с помощью устройства 5 (cM. фиг. 2), что обеспечивает получение сквозных окон б в слое 2 тугоплавкого компонента соединения. Желательно осуще- ствлять перфорацию таким образом, чтобы стенки 7 окон 6 были наклонны . к поверхности слоя 2 тугоплавкого компонента, причем стенки 7 окон б, выполненных на разных концах секции 1, сходятся в направлении внутренней поверхности слоя 2 тугоплавкого ком понента. Геометрическая форма и размеры окон-б должны обеспечивать капиллярность слоя 2 тугоплавкого компонента.

Может оказаться целесообразным прб. изводить процесс перфорирования на отдельных втулках, выполненных из тугоплавкого компонента соединения, которые затем приваривают к концевым очищенным участкам каждой секции 1, т.е. к слою 2 тугоплавкого компонента соединения. (B этом случае секция включает в себя приваренные перфорированные втулки). Затем секцию 1 помещают в диффузионную камеру о (см. фиг. 3),где образуют на ней

710390 сверхпроводящее покрытие 8, как на внутренней поверхности слоя 2 тугоплавкого компонента, так и на стенках 7 окон 6. Перед размещением секции 1 в камере 8, слой 3 стабилизирующего материала защищают диафрагмами 10 от расплавленного металлического сплава 11, содержащего легкоплавкий компонент интерметаллического соединения. (Указанная выше капиллярность слоя 2 тугоплавкого 10 компонента обеспечивается в отношении расплавленного металлического сплава 11). Извлекают секцию из диффузионной камеры 8 и на концевые участки секции со стороны сверхпро- 15 водящего слоя наносят слой 12 (см. фиг. 4) герметизирующего материала.

Целесообразно в качестве герметизирующего слоя 12 нанести с помощью плазменного напыления тугоплавкий

1 компонент интерметаллического соединения. Удаляют слой 4 барьерного материала и производят соединение

:секций сваркой плавлением по периметру, например, с помощью электро. дуговой овалики.

В зоне сварного шва и прилегающих очищенных участках с помощью, например, диффузионной камеры 13 образуют сверхпроводящее покрытие 14.

Процесс получения сверхпроводящего покрытия 9 может быть осуществлен и с помощью метода газотранспортных реакций. Может оказаться целесообразным при монтаже коаксиальной токонесущей системы сверхпроводящего 35 кабеля осуществить соединение секций наружной жилы с внутренним расположением сверхпроводящего покрытия с помощью переходной втулки 15 (см. фиг. 5), выполненной из тугоплавкого 4р компонента интерметаллического соединения, которую устанавливают перед сваркой секций в многосекционную сверхпроводящую жилу.

Желательно до процесса сваРки секций на наружные поверхности очищенных концевых участков слоя .2 тугоплавкого компонента соединения секций, а при наличии втулки 15 также и на нару*ную поверхность переходной aTyrr-50 ки 15 нанести слой защитного материала, предотвращающего окисление указанных поверхностей в процессе сварки секций. Лучше всего защитный материал выбирать иэ ряда материалов, улучшающих впоследствии процесс образования сверхпроводящего покрытия 14.

Переходная втулка 15 на своей наружной поверхности, за исключением кон. цевых участков, может иметь сверхпроводящее покрытие, аналогичное 60 сверхпроводящему покрытию секций, и в этом случае наружная поверхность переходной втулки 15 до сварки должна быть покрыта !слоем защитного мате, риала.

- У 65

Заключительной операцией является шунтирование мест соединения секций стабилизирующим материалом, что может быть осуществлено, например, электролитическим осаждением стабилизирующего материала. Ниже проводится пример конкретных условий проведения предлагаемого способа и конкретных компонентов интерметаллического соединения.

П р ы м е р. На секции 1, содержащей слой 2 ниобия (Nb), являющегося тугоплавким компонентом интерметаллического соединения ниобий-олово (Nb3Sn), и стабилизирующий слой 3 меди (Cu), после удаления слоя 2 меди с концевых участков и нанесения на очищенную внешнюю поверхность слоя 2 ниобия барьерного слоя 4 из тантала, с помощью процесса электроэррозии образуют сквозные окна 6 круглой формы диаметром 0,08-1,2 мм под углом

45 к поверхности слоя .2. Затем секцию 1 помещают в диффузионную камеру

8, в которой образуют сверхпроводящее покрытие 9 ниобий-олова (Nb3Sn) на внутренней поверхности слоя 2 ниобия и на стенках 7 окон 6 этого же слоя

4иобия путем термообработки в присут ствии расплавленного металлического сплава 11 оловянистой бронзы.

Термообработку ведут при вакууме.

10"4- 10 мм рт.ст. при температуре

650-800 С в течение 20-50 ч.

Извлекают секцию из диффузионной камеры 8 и при ее температуре (температуре секции) порядка 100-150 С о, с помощью установки плазменного напыления наносят на сверхпроводящее покрытие 9 ниобий-олова (Nb Sn) кон3 цевых участков секции герметизирующи слой кз ниобия (4b) толщиной 3050 мкм. Может оказаться технологически проще осуществить напыление цирконием (Zr), что также улучшит свойства сверхпроводника в зоне перехода на внешнюю поверхность. Удаляют барьерный слой 4 тантала, наносят на внешнюю очищенную поверхность слоя 2 ниобия секции слой меди толшиной 10-15 мкм, например, электролитическим способом, сваривают электродуговой сваркой секции между собой по периметру и в зоне сварного шва и внешней поверхности чистого ниобия слоя 2 устанавливают диффузионную камеру 13, в которой с помощью.аналогичного по режиму и компонентам диффузионного процесса образуют сверхпроводящее покрытие 14 ниобийолова (Nb Sn). При использовании переходной втулки 15 из ниобия (которая может иметь сверхпроводящее покрытие Nb Бг.) на ее внешнюю поверх-.

3 ность наносят аналогичный слой меди и сваривают секции по периметру с втулкой 15, после чего так же, как

71,0390 описано выше, образуют сверхпроводя- щее покрытие 14 иэ %bosn, ПрЕддагаемый способ изготовления многосекционной сверхпроводящей жилы на основе интерметаллического соединения типа A-15 позволяет унифици- . ровать технологическое оборудование при изготовлении сверхпроводящей жилы

I б . для кабеля с коаксиальными проводниками, сверхпроводящие покрытия которых образуют поверхность межтрубного зазора. Кроме того, предотвращается необходимость вакуумирования кабеля при монтаже и повышается эксплуатационная надежность жилы и соответственно кабеля.

Редактор Q щркова Техред М.КУзьма Корректор А. Дзятко

Заказ 10617/1 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,