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PROCEDE DE FABRICATION D'ELEMENTS SUPRiCONDUC'IJR$ 1 BASE DE COMPOSES METALLIQUES BINAIRES
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La présente invention ont relative à un procédé do fabrication d"l4menta supraconducteurs, a'est4<ir* d'éléments présentant une résistance électrique 1nf'- rieur* à la valeur nini-m uptSrimontalelll8J1t aesurable, lorsqu'il sont soumis à uns température suffisamment basse.
On sait qu'un certain mabre de matériaux présentent des propriété* de
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supraconductivité à l'intérieur d'un d=aine de températuru et de champs magaétiquwt délimité par une courbe caractériatiaua du matériau considérée à l'intérieur des li- mites de ce domaine, il est possible de faire circuler à travers ces mat#-iauz un ccu- rant électrique ssns consommatloa d'énergie. Toutefois la valeur de ce courant est g4néralement fortement limitée, en raison du champ magnétique propre qu'il crie à aoa passaga à travers la matériau supraconducteur et qui, en s'ajoutant au champ asabiantt présente, pour une température donnée, une valeur supérieure au seuil critique au-delà duquel le matériau perd son propriétés de supraconductivité.
Pour
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pallier dam une certaine m88U'I un tel inconvénient, on fait appel à la
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râ::li3'Uon d'uH :ents supraconducteurs \ l' -ide de cO<1!>Osés n6t'\lliquoa ou u>tem3tnlliques bin \i1'ê3, tel not>:rl1snt celui de formule Ni 3in (trois .1tommes de niobium pour un atome d'ét-,in) dont la tet:1pr lture critique pour un champ nul dépasse t8 It et le chuip critique à quelques de!-,r6a K djp-triue 200 kilo- oersteà.
P3.r:ni les proc'Sdés connus 'e f,'Jricatiol1 d'un ao;xpoaé du nre oi<essux, on eaploia, outre ceux fiis int i\P:l des tpchniq"oa notoirenent diffdr±1ntes telles que l' i':t'lersi,1\ ou tr3ip< s'tivi d'un triitnmnnt tlerniq\1e. li diftis5on i;imse. li réduction d'loJJnul'l'9 en p.lse Ir.lzeu'Ie ..., une m3t''ode qni consiste placer un r.l'}hn..:o de reidr-!3 do niobirm et d' étaL'1, evn6ll'"t!!nt aoua forme de pistilles trite4,As, % l'int:rlr d'un bibe de nio".;.iut1' et.?1. réduire If di '11'I1tre d ce tube pir diverses P'Jrt1. tiC\ns dA tni- tenent n6é.miqyw appropriées. Apr'?s ':1ise SOl' forme de fil du produit obtenu et V":1t\\nl1eI:1n,.t bobiz.: de celui-ci, pour romtituer psr exeapie un en- rouh.1nt inducteur, le coaposd mternét clique supr3conduotcur est obtenu ;1ar tr.:lU':!;.l\t t:1ern1que dms une zone àn temp3mrire fztrori3nt li pro:uction de b^a3Sn.
On constate c"p"nd'mt que, ml%md? si la tvnàpér,1t%;r'1 do triite,zant thermique est couvnabio tint c'1.::Ii'3'i.e. les propriétés supr.1co1;ductriMS confies vtr-e .t be ucozp en fonction de 1--. ranul7:a trie de la po,idra de nioxblan utilis +e. La diffu$i.::n de 1' t-.i:-. d\L1) le ni?bi,1n ± la te:.,pçr'1t'I1'8 co:ai3ér:e !), ffectle à 'ma viteme rrlztàveaent f iiblo, de l'orure do quel- ques :lierons par "'1r>;
d=s lors ai le tr.,.ps de diffusion ant trop court, le CO'I- r :.o.t i. 111r.l est tr s li ,1 té p ir mite d' :1;',9 i11 :uffis ,nco du cO:tpos :"b3n tandis que s'il est trop lon-1, tout le nioSaiwz ost tr .nsfo1",6 en f.b3ân et lAs propriétés devien en moins Oo;nlJJc'1r un cottnyt critique n'ucisxtn correa- pond X U1<;, 8r.1ch coport,nt des :-r1ins de 'b ::lt.1.1 nto'lrô3 de :33n. étant da:.nd la dispersion inévitable de 1% gros ''''lr dpa gr.ins de niobiua ou de leur forma, il 't nc"s'!aire de c'ioizir pour le triitm=1>nt t5raiye un" duria et lui-- tc",>:rat'.1re qui nia CS?L'3tit'IyTa non f%lt Q1'Ll. CQ'.pr.'i8.
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La présente invention est relative à un nouveau procédé de fabrication d'éléments supraconducteurs, notaient à base de composss métalli- ques ou intermétalliques de deux constituants et plus particuli rement de niobium et d'étain, qui évite les inconvénients précédents en permettant l'ob- tention d'un produit homogène présentant des propriétés mécaniques par- ticuli@rement remarquables.
A cet effet, le procédé selon l'invention consiste principalement à disposer un faisceau de fils d'un premier constituant métallique à l'intérieur d'uno enveloppe métallique, à introduire à l'état liquide par différence de pression une quantité convenable du second constituant plus fusible dans cette enveloppe, à effectuer au moins une opération de transformation mécanique do l'ébauche ainsi constituée, p@is, apr@s mise en forme du produit obtenu, à effectuer un traitement thermique dans la zone de températures favorisant la production du composé métallique supraconducteur.
Dans le mode de réalisation particulier de l'invention, où les deux constituant!! sont respectivement du niobium et de l'étain, la diffusion de ce second corps dans le premier s'effectue à température constante sur touto la surface des fils do niobium et progresse à la méme vitesse sur toute la longueur de ces fils qui se recouvrent @insi d'une couche d'égale épais- seur du composé résultant Nb3Sn.
Mise à part la caractéristique principale énoncée plus haut, le procédé selon l'invention présente diverses caractéristiques secondaires, à utiliser séparément ou à travers toutes leurs combinaisons techniquement envisageables, et qui concernent notamment : - la réalisation de l'enveloppe métallique on un matériau identique à celui des fils ou présentant un médiocre pouvoir de diffusion à haute température vis-à- via du constituant le plus fusible de l'élément supraconducteur, - l'introduction du second constituant dans l'enveloppa externe par pompage nous vide ou/et avec injection sous pression ou même par simple gravité.
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- le recouvrement extérieur de l'enveloppe métallique d'une gaine facilitant
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la transfonution ::
l.car.iC'le du produit, - et la réalisation do cotte tr.msfor::1tion selon l'une ou plusieurs des opé- rations d'dtirage, de lainage, do wirtolae- ot do tréfilage, tto ...
D'autres c:lr1ct6ri:;tiques de 11-rvtntion, permettant de binn faire ressortir 1ns :V:'üt ige'3 proctrcs par le pmcsd4 de fabrication proposé, apparaîtront nieux dam co qui suit a trv?1"5 un exemple de mise en oeuvre
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particulier, donné titre indicatif et non limitatif. Pour réaliser conformément à l'invention un conducteur électrique
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susceptible de se présenter à basse tem,1rlture cosoe un cors aupnconduc- teur, on introduit un f'lisc/'> 1"1 de fil':, de niobium p1r oxemplA, toii;> d'un ni8me dimbtre de l'ordre du Millim':t1'(', à l'intôrinur d'unrt anvlopnR tubu- hi1'O, qui peut 3tz Ó;:rllpwmt'on niobium ot dont le di'usbtre ost do l'ordre du centimètre.
On remplit eniuito 1'e;Jp;+ce libre à l' int3ri ur de l'enveloppa avoc do 11 étain, par différence de pr'.)'<]'3ion, riot<artm;nt pir ponpine sous vide ou par injection sous pression, ou prëforablenent pir mise en oeuvre do ces deux Op5Mtiol13 simultané;ont, ce qui permet d'une psrt, de dug-izor à haute tcmpenturo les surfaces nétalliques améliorant la ductibilitd du niobium
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et d'autre part, d'assurer un rempli .sage pntiquement total de l'enveloppe
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par l'étain Il'.1 contact dos fils de niobium. Dans le cas d'une envaloppo tubjtilire trJ3 longue et compte tenu do la donsité do l'étain, il suffit d'incliner cette enveloppa pour que la pression atmosphérique penaotto son romp1133a intégral, ou ovintuolletaent de pressuriser par de l'étiin liquide
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selon la tochniquo connue d'injection noua pros'\,ion de métaux fondus.
En
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varimto, lét-iin peut 4ealcnent étre dirnctennnt introduit sous forme
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liquide par gravite.
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L'ébauche ainsi formée est ensuite triit,5e I4'C miqu'3!i1cnt par l'un des procédés classiques d'ét3,ra,c;e d4j citis ou par combinaison do plusieurs d'entre eux. En outre il peut être av-4ntar,-uz do la recouvrir pr6ula blement ù, l'étirago ou au cours de celui-ci d'une gaine de cuivre, nickel ou
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monel, ou plus g4néraleaent d'un matériau non supraconducteur, ce qui pré- sonto 1'avintisp àe procurer une isolition externe tout on facilitant les op5ritioi'a d étirage.
Le produit obtenu est alors mis sous forme do fils de aections d6toriindes, do diamètre compris entre 0,2 et 3 milli.'^àtrea (c'est-à-dire avec d s réductions de section par rapport g la 3ection ini- ti;10 pouvant atteindre 1000 ou plus), en vile not'lrnr/:mt de 1mé.aiiszr des 'mroul. 11)nt9 indncturs, pui 1 trÜ t3 t',î"'rmiqI1p.r.."nt dans zone de tempEir3tre fworifJ,ll1t li. production du conposo Ilb3in "t qui est comprise e,itro, 800
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et 1100 C.
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Paz;ü lno av'mt 1{rIS procurai:! par le procédé de fabrication qui vi-.nt d'8tre ducrit, il convient d'irasiater plue p<'1rticuli "reml'Jr:.t sur ceux qui rÓoul t'3nt d'une Plrt, du mode particulier d'introduction du niobium et de l'étain dans l'env-loppA m3tzlliae externe, qui aaJurl3 im rempli-;age plus efficace que par la technique des rjcÀdi-3 %t d'sa.tre part, de la présentation du niobium sous forme de fils de mlativ,mi?nt groa diiIJItre!J, c'eat-a-dire sous un<* roma où il oint moins on4rùux et peut Stre obtenu pll1'3 pur et plus ductile qu'à 1'6tit pulvérulent. Il convient d'insister enfin sur les aV'1ntl'lgQ:J cala à l'homog!nJit6 du produit supncond'.1cteu1' réalisé dans lecriel les 3cctio¯3 'a niohi'un, de composé niobiwa-étiin et 6v,-ntuellemcnt d'étain non alli6, sont identiques to,it le lon; de l'olaneut.
Do plua, sa consti- tution anisotropique lui confère une rési'1t1nce à la traction 3liorée, trti permet des hllx de réduction pzr passe d'étirage plus importants que par la technicue dos po'tdre3, et qui, d'autre part favorise la réali3ation de champs', .:,1C":'. />:]6levSa du t'lit de.3 efforts mécaniques importants auxquels ces champs contraignent les enrouln:npts inducteurs fabriquas à l'aide de tels éléments. L'apport sous forme liquide du second constituant permet
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d'arriver à des longueurs plus importantes en partant d'ébauches plus longues.
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Enfin le chauffasa sous vide préalable à l'introduction de l'etainparmet d'ef-
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fectuer un dégazage poussé.
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A titra d'indication, on ?Piat ot'fin préciser qut dps fila ralises selon le e ,céd.5 consid0ro permettent d'obtenir h 4.20}{ une denaitd 'critique de courant de 44.000 'li'lpères pu* cf'ntim' tl'A carrs, la .m<ace dt mt mesurée sur le di-imètm 1Xt riQUl' de l' pnvlllopJ1? Bien étendu le mode do réalisation décrit n'a dtt donnb qu'à titre d'exemple. En particulier le procud selon l'invention pP.11t a'n;oli4uer do la raLr..e façon pour la production d' 61 bQnts suprconduûteura bis') d'autres composés laétilliqiies bin.1iros et noh:\\,rnt à basa dn vnaaium et de gallium (ïT3a). ou de niobium et d'indium (1,ibjIn) .