CH493118A - Procédé de préparation d'un corps supraconducteur - Google Patents

Description

  
 



  Procédé de   preparation      d'un    corps supraconducteur
 La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un corps supraconducteur comprenant un support et au moins deux constituants donnant sur ce support un matériau supraconducteur cristallisant dans le système tungstène   fi.    Ce matériau peut atteindre des valeurs de champ critique très élevées, supérieures à 100 Kilogauss par exemple, avec une très forte densité critique de courant, supérieure à 105 AI cm2 à 100 kilogauss. Normalement ces matériaux ne sont pas ductiles et ne peuvent être mis en forme par les moyens traditionnels de la métallurgie de transformation tels que extrusion, laminage, forgeage, tréfilage à chaud ou à froid.



   Un procédé de préparation in situ de supraconducteurs est décrit dans le brevet français No 1 308 466.



   Il est connu que la supraconductivité est un phénomène physique qui a lieu aux très basses températures en se manifestant par une suppression brusque de la résistivité électrique. Cette propriété permet des applications très intéressantes dans les domaines de l'électronique et l'électrotechnique. Malheureusement quand ces matériaux sont placés dans un champ extérieur ou s'ils créent par la circulation du courant de transport un champ magnétique d'une valeur supérieure à la valeur critique, ils redeviennent normaux, c'est-à-dire qu'il y a apparition d'une résistivité électrique.



   Par ailleurs, pour chaque variété de matériau supraconducteur les valeurs critiques de la densité de courant Ic et du champ   Hc    sont différentes, de plus elles dépendent du mode de préparation et de la concentration en défauts dans le sens de la physique du solide. Ce sont les matériaux cristallant avec une structure du typé tungstène   fi      c'est-à-dire    A 15 selon la classification internationale de cristallographie qui présentent les valeurs de Hc et de Ic les plus fortes; ces composés qui sont intermétalliques ne possèdent aucune aptitude à la transformation de la forme massive brute d'élaboration en fils ou rubans. Ils nécessi   petit    souvent une technologie très compliquée et onéreuse.



   Un but   important    de la présente invention concerne une technique de réalisation de conducteurs souples adaptés aux critères de la création de champs magnétiques forts dans les meilleures conditions, stabilisation des enroulements contre les effets de dégradation ou des effets de bobines etc, en économisant au maximum la   consorrination    d'éléments rares et chers tel que le niobium et le vanadium, tout en conservant une bonne rigidité mécanique.



   Il s'agit en résumé de déposer un composé supraconducteur fragile et cassant sur un support qui peut être souple, réfractaire, solide aux hautes et basses températures, et non supraconducteur en champ fort.



  Ce composé peut être très fragile et cassant et posséder une résistance à la compression plus élevée qu'à la traction. De plus, une contrainte de compression peut accroître le contact mutuel des divers grains de ce   matériau    et augmenter donc à la fois sa cohésion et sa conductivité électrique.



   A cet effet, il est avantageux de déposer le composé supraconducteur fragile sur la face du ruban support de telle façon qu'il soit toujours maintenu en compression, soit sur le côté concave du ruban. Ainsi toutes les opérations effectuées sur ce matériau devront le maintenir en compression, la contrainte pouvant alors être augmentée mais jamais diminuée et encore moins passée à l'état de contrainte d'extension. Si ces conditions ne sont pas respectées la couche de composés supraconducteurs fragiles perdra ses caractéristiques, ce qui se manifestera par une   dirninution    des performance supraconductrices, essentiellement de la densite du courant. De plus, l'avantage d'opérer en compression autorise la formation d'une couche supraconductrice plus épaisse, ce qui réduit le volume du matériau nécessaire pour la création d'un champ magnétique d'une valeur donnée.

  Cette réduction de volume est doublement intéressante pour les raisons suivantes: elle permet en premier lieu une miniaturisation des ensembles, et en second lieu une économie de matériaux supraconducteurs et de fluides cryogéniques.  



     I1    faut noter que cette contrainte n'est pas systématiquement nécessaire pour la réalisation du corps supraconducteur, notamment dans le cas où on recherche une couche fine, mais elle ne peut qu'améliorer ses qualités.



   Ce corps peut se réaliser en diverses étapes. Dans un premier temps, il convient d'entourer un support adéquat d'un des deux éléments constituant ce composé supraconducteur, le support ainsi enduit subissant dans un deuxième temps une opération de trempage dans le second constituant à l'état liquide, ce trempage étant suivi d'un traitement de diffusion.



   Le premier temps de cette préparation peut s'effectuer au moyen de l'une des techniques, par exemple: gainage du support par un tube constitué du premier élément, dépôt par évaporation sous vide, dépôt par décomposition ou réduction pyrolytique, dépôt par déplacement chimique ou par projection au chalumeau.



   Le matériau support peut être, par exemple, de l'acier inoxydable, du nickel ou un alliage de nickel, un matériau de la famille du platine, du molybdène, ou bien encore une tresse compacte en fibres céramiques continues telles que celle commercialement connue sous le nom de Refrasil.



   La forme du support peut être le ruban final, le lingot qui sera transformé avec son dépôt, ou toute phase intermédiaire de la transformation métallurgique.



  Il faut noter que la forme du conducteur dépend essentiellement de l'usage auquel est destiné ce matériau et qu'elle peut être en ruban, en fils, en conducteurs multicanaux. En général, comme il a été dit plus haut, ce support enduit de la couche d'épaisseur optimale d'un élément constituant ce composé supraconducteur subit une opération de trempage dans le second constituant à l'état liquide suivi d'un traitement de diffusion.



   Le procédé de préparation de corps supraconducteurs décrit peut s'appliquer aux composés suivants:   NbsSn,    V3Ga,   NbsAu,      NbsAI,    Ta3Sn,   Tassa,      TasAn,      Ta3Al, Nb,Ga, V3Sn, V3Al.   



   Les éléments déposés sur le support réfractaire et résistant peuvent être le niobium, le tantale et le vanadium.



   Par contre, les seconds éléments constituant le bain de trempage peuvent être l'aluminium, l'or, le gallium ou l'étain.



   A l'issue de trempage qui s'effectue de préference en continu, a lieu le traitement de diffusion qui s'opère souvant à haute température. Il a paru préférable de protéger le support enduit des deux éléments non combinés par une gaine ou un feuillan en métal réfractaire et ductile. Cette gaine évite des détériorations de la couche supraconductrice fragile lors de sa formation tout en augmentant la rigidité du conducteur final. Le dépôt de matériau stabilisant la supraconductivité, bon conducteur de   rélectricité    à l'état normal et bon conducteur de la chaleur peut s'effectuer sur cette gaine par voie électrolytique par exemple.

  A l'issue de ces opérations, il est avantageux de réaliser un isolement diélectrique au moyen d'une enduction par une résine plastique liquide, d'un guipage par une tresse ou un ruban fin de matière plastique insensible aux très basses températures tels que par exemple les polyamides, les   tiréphtlialates    et le mylar.



   Il est donné ci-après quelques exemples de mise en oeuvre du procédé décrit.



   Exemple 1
 Sur un ruban en acier inoxydable on dépose du niobium par décomposition pyrolytique de   Nabi5.    Dans une enceinte de réaction contenant des tournures de niobium de très haute pureté on introduit de la vapeur d'iode qui réagit avec le métal pour former du pentaiodure de niobium. Ensuite on élève la température du réacteur à   200-3000    C afin de décomposer l'iodure.



  Le niobium se dépose alors sur ce ruban chauffé.



  L'épaisseur de la couche métallique déposée se règle par la vitesse de déroulement, la trmpérature de l'enceinte et du ruban support.



   Au cas où   l'on    ne désire le dépôt de niobium que d'un seul côté du ruban, il convient de masquer l'autre face.



   Le ruban revêtu de la couche de niobium passe ensuite dans une série de bacs contenant les réactifs de nettoyage et d'attaque permettant un meilleur accrochage de second élément et à la sortie de ce traitement préparatoire, le ruban métallisé est trempé dans un bain d'étain fondu.



   La dimension de la filière calibreuse à la sortie du bain d'étain et la vitesse de passage définissent l'épaisseur de la couche d'étain déposé comme il a été indiqué antérieurement: le ruban étamé est porté entre   900-1045     C pour le traitement de diffusion-réaction.



   Exemple 2
 En premier lieu une billette d'acier inoxydable de 10 mm de diamètre est placée dans une gaine de niobium de   11 mm    de diamètre interne et 13 mm de diamètre externe.

 

   L'ensemble subit un martelage pour souder à froid les deux métaux avant laminage dans un appareil à deux trains de laminoires croisés afin d'obtenir un ruban plat composite de   8 mm    de large et   0,04mm    d'épaisseur. Ensuite le dépôt d'étain a lieu comme décrit plus haut ainsi que le traitement de diffusion-réaction.



   Exemple 3
 Au lieu d'effectuer   comme    précédemment le traite ment de diffusion sur le ruban étamé nu, ce dernier est glissé dans une brame en acier inoxadable en forme d'onglet que   l'on    ferme par un laminage à légère pression. Cette gaine doit protéger d'abord l'étamage, puis la couche de   Nb3Sn    au cours des divers traitements thermiques et mécaniques. Enfin on dépose par électrolyse 10 à 20   z    de cuivre sur cette gaine. 

Claims (1)

1. REVENDICATION

   Procédé de préparation d'un corps supraconducteur comprenant un support et au moins deux constituants donnant sur ce support un matériau supraconducteur cristallisant dans le système tungstène fi, caractérisé en ce qu'on dépose sur le premier constituant le second constituant à l'état liquide.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce qu'on dépose le premier constituant au préalable sur un support ductile, rigide et suffisamment réfractaire thermiquement pour résister au chauffage.

   2. Procédé selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce qu'on dépose sur le support le constituant le plus réfractaire thermiquement.

   3. Procédé selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce qu'on dépose ce constituant d'un seul côté du support et on le maintient systématiquement en compression.

   4. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt du second constituant par trempage.

   5. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce qu'on forme le corps supraconducteur par chauffage dans une gamme de températures inhérentes à chaque espèce.

   6. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce qu'on place une gaine de protection autour d'un noyau composite comprenant le support, le premier constituant et le deuxième constituant, et on soumet l'ensemble à des traitements thermiques et mécaniques.

   7. Procédé selon la sous-revendication 6, caractérisé en ce qu'on effectue un dépôt métallique sur la gaine.

   8. Procédé selon la sous-revendication 7, caractérisé en ce qu'on effectue un dépôt de cuivre ou d'argent.