ES2319228T3 - Procedimiento para fabricar un conductor electrico superconductivo. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la producción de un conductor eléctrico superconductivo, en el que una capa a base de un óxido de itrio, bario y cobre (YBCO) se aplica, como material superconductivo, sobre un substrato metálico texturizado, y se somete a un tratamiento térmico, caracterizado porque - un substrato metálico texturizado, que se presenta en forma de una cinta (2), se conforma primeramente en su dirección longitudinal alrededor de un soporte metálico estirado longitudinalmente (1), con una sección transversal circular, para dar un tubo hendido (3), con unas aristas que se extienden en la dirección longitudinal y que están situadas una junto a otra en una hendidura (4). - el tubo hendido (3), a continuación, se cierra mediante soldadura de la hendidura (4), - después de esto, el tubo cerrado (9) se lleva hacia abajo hasta que se apoye en el soporte (1), - seguidamente la capa (12) a base de un material superconductivo de YBCO se aplica a todo alrededor del tubo (9) y - finalmente se lleva a cabo el tratamiento térmico.
Description
Procedimiento para fabricar un conductor
eléctrico superconductivo.
El invento se refiere a un procedimiento para la
producción de un conductor eléctrico superconductivo (es decir
capaz de presentar superconductividad), en el cual una capa a base
de un óxido de itrio, bario y cobre (YBCO) se aplica como material
superconductivo sobre un substrato metálico texturizado (véase el
documento de solicitud de patente de los EE.UU.
US-A-5.739.086).
Un conductor eléctrico superconductivo se
compone de un material especial que, a unas temperaturas lo
suficientemente bajas, pasa al estado superconductivo. La
resistencia eléctrica de un conductor estructurado de una manera
correspondiente tiende de esta manera hacia cero. Unos materiales
superconductivos adecuados son por ejemplo
YBCO (óxido de itrio, bario y cobre) o BSCCO (óxido de bismuto, estroncio, calcio y cobre). Unas temperaturas lo suficientemente bajas para tales materiales cerámicos se sitúan, por ejemplo, entre 67 K y 110 K, con el fin de alcanzar el estado superconductivo. Los correspondientes conductores superconductivos son designados como superconductores para altas temperaturas. Unos agentes refrigerantes adecuados son, por ejemplo, nitrógeno, helio, neón e hidrógeno, o mezclas de estos elementos, en cada caso en el estado líquido.
YBCO (óxido de itrio, bario y cobre) o BSCCO (óxido de bismuto, estroncio, calcio y cobre). Unas temperaturas lo suficientemente bajas para tales materiales cerámicos se sitúan, por ejemplo, entre 67 K y 110 K, con el fin de alcanzar el estado superconductivo. Los correspondientes conductores superconductivos son designados como superconductores para altas temperaturas. Unos agentes refrigerantes adecuados son, por ejemplo, nitrógeno, helio, neón e hidrógeno, o mezclas de estos elementos, en cada caso en el estado líquido.
El documento
US-A-5.739.086 mencionado al
principio, describe diferentes procedimientos para la producción de
superconductores para altas temperaturas. En el caso de un
superconductor de BSCCO, el material de BSCCO se carga en forma de
un polvo dentro de un tubo de plata y se comprime. Mediante una
conformación mecánica del tubo y un subsiguiente tratamiento
térmico (por calcinación) se alcanza el estado superconductivo. En
el caso de un superconductor de YBCO, que se adecua especialmente
para cables y arrollamientos eléctricos debido a sus excelentes
propiedades eléctricas, sobre una cinta, texturizada por ejemplo
biaxialmente, a base de un metal como substrato, se aplica
primeramente una capa de amortiguación, que se compone asimismo de
un metal, sobre la cual se aplica a continuación el material de
YBCO. El substrato se compone, por ejemplo, de níquel, cobre o
hierro, o de una aleación. Para la capa de amortiguación se emplean,
por ejemplo, cobre o plata. El material de YBCO se lleva finalmente
al estado superconductivo, asimismo mediante un tratamiento
térmico. El conductor superconductivo, producido de esta manera, se
puede emplear -tal como ya se ha mencionado- de una manera ventajosa
en cables así como arrollamientos eléctricos para motores e imanes
eléctricos. En este caso, debido a la forma de cinta, él sólo puede
ser doblado en una dirección.
El invento se basa en la misión de realizar el
procedimiento expuesto al principio de tal manera que se obtenga un
conductor superconductivo sobre la base de YBCO, que sea más fácil
de elaborar.
El problema planteado por esta misión se
resuelve de acuerdo con el invento
- -
- conformando un substrato metálico texturizado, que se presenta en forma de una cinta, primeramente en su dirección longitudinal alrededor de un soporte metálico estirado longitudinalmente, con una sección transversal circular, para dar un tubo hendido, con unas aristas que se extienden en dirección longitudinal y que están situadas una junto a otra en una hendidura.
- -
- cerrando el tubo hendido, a continuación, mediante soldadura de la hendidura,
- -
- llevando hacia abajo el tubo cerrado, después de esto, hasta que se apoye en el soporte,
- -
- aplicando seguidamente la capa a base del material superconductivo de YBCO sobre el tubo a su alrededor, y
- -
- finalmente llevando a cabo el tratamiento térmico.
Con este procedimiento se ha proporcionado un
conductor eléctrico, que se puede llevar al estado superconductivo,
el cual se puede elaborar de igual manera que los habituales
conductores en forma de alambres. Ya no se necesita ninguna
dirección especial al doblar el conductor. Éste se adecua, por lo
tanto, especialmente para la producción de arrollamientos para
motores e imanes eléctricos, pero también para la formación de
cables eléctricos mediando empleo de los dispositivos
habituales.
El procedimiento de acuerdo con el invento se
explica con ayuda de los dibujos como un ejemplo de realización.
Allí muestran:
La Fig. 1 de manera esquemática una disposición
para la realización del procedimiento de acuerdo con el invento.
Las Figs. 2 hasta 5 unas imágenes de cortes de
la Fig. 1 a lo largo de las líneas II - II hasta V - V, en
representaciones ampliadas.
La Fig. 6 un corte transversal a través de un
conductor superconductivo producible con el procedimiento.
Con 1 se designa a un soporte metálico, que
puede estar estructurado en forma de un cordón, una cuerda o un
tubo. Este se compone de manera preferida de acero y puede cumplir
también la función de un elemento central, resistente a la
tracción, para un conductor superconductivo que se debe de producir.
El soporte 1 tiene de manera preferida un diámetro externo situado
entre 0,5 mm y 3,0 mm.
Alrededor del soporte 1, a partir de un
substrato metálico ya texturizado mediante un tratamiento previo,
que se presenta en forma de una cinta 2, se conforma un tubo hendido
3, que está situado ventajosamente lo más cerca que sea posible del
soporte 1. Sus aristas, que se extienden en la dirección
longitudinal, se sitúan una junto a otra junto a una hendidura 4,
que al principio está todavía abierta. La cinta 2 se retira en este
caso desde un carrete 5 y se moldea en un dispositivo de
conformación indicado someramente mediante unos rodillos 6, para
dar el tubo hendido 3. Ella se compone, por ejemplo, de níquel,
cobre o hierro, o de una aleación. En una etapa de tratamiento
previo, la cinta 2 ha obtenido gofrada, por ejemplo, una textura
biaxial. Ella tiene de manera preferida un espesor situado entre 50
\mum y 150 \mum.
El soporte 1 y el tubo hendido 3 se mueven de
manera preferida continuamente en la dirección de la flecha 7. En
este caso, la hendidura 4 del tubo hendido 3 se suelda en la
siguiente etapa de trabajo en un dispositivo de soldadura 8, de tal
manera que se obtiene un tubo 9 cerrado por un cordón de soldadura.
El dispositivo de soldadura 8 puede estar estructurado de una
manera arbitraria. Ventajosamente, una soldadura se lleva a cabo
bajo un gas protector de acuerdo con el procedimiento de gas inerte
con wolframio (WIG) o con el de gas inerte con un metal (MIG), o se
lleva a cabo una soldadura con un rayo láser. También se puede
emplear un procedimiento de soldadura con un electrodo consumible
por combustión. El tubo cerrado 9 se reduce en su diámetro, después
de esto, en un dispositivo de tracción 10, hasta tanto que se apoye
en el soporte 1. El correspondiente elemento se deduce de la Fig.
4.
El elemento circular, producido de esta manera,
se reviste a todo su alrededor, a continuación, en una instalación
11, con una capa 12 a base de un material de YBCO, cuyo espesor
puede estar situado con ventaja entre 1 \mum y
5 \mum. Esto se puede realizar con ayuda de procedimientos en sí conocidos, tales como, por ejemplo, el procedimiento PVD (en inglés "Physical Vapor Deposition", deposición física desde la fase de vapor) o el procedimiento CSD (en inglés "Chemical Solution Deposition", deposición química desde una solución). Detrás de la instalación 11 se presenta entonces un conductor 13 acabado, revestido con un material superconductivo de YBCO (Fig. 5), el cual se somete finalmente en una disposición 14 a un tratamiento térmico, preferiblemente se calcina, con el fin de alcanzar la capacidad de presentar una superconductividad,. Esto se puede realizar ventajosamente a unas temperaturas de 700ºC hasta 850ºC.
5 \mum. Esto se puede realizar con ayuda de procedimientos en sí conocidos, tales como, por ejemplo, el procedimiento PVD (en inglés "Physical Vapor Deposition", deposición física desde la fase de vapor) o el procedimiento CSD (en inglés "Chemical Solution Deposition", deposición química desde una solución). Detrás de la instalación 11 se presenta entonces un conductor 13 acabado, revestido con un material superconductivo de YBCO (Fig. 5), el cual se somete finalmente en una disposición 14 a un tratamiento térmico, preferiblemente se calcina, con el fin de alcanzar la capacidad de presentar una superconductividad,. Esto se puede realizar ventajosamente a unas temperaturas de 700ºC hasta 850ºC.
Para la protección adicional del substrato
realizado por la cinta 2 o respectivamente por el tubo 9, sobre el
mismo, antes del revestimiento con YBCO, se puede aplicar todavía
una capa de amortiguación 15 cerrada a todo su alrededor, que tiene
un espesor de, por ejemplo, 100 nm hasta 200 nm, la cual se compone,
por ejemplo de un material cerámico. Unos materiales adecuados son,
por ejemplo, óxido de cerio o un óxido de lantano y zirconio. La
capa de amortiguación 15 se puede aplicar mediante los mismos
procedimientos de revestimiento, que se han indicado para la capa
de YBCO 12. Sobre la capa de amortiguación 15 se aplica entonces la
capa de YBCO 12, tal como se ha descrito, y a esto le sigue el
tratamiento térmico en la disposición 14. Una sección transversal a
través de un conductor superconductivo 16 completado
correspondientemente, se representa en la Fig. 6.
Claims (4)
1. Procedimiento para la producción de un
conductor eléctrico superconductivo, en el que una capa a base de
un óxido de itrio, bario y cobre (YBCO) se aplica, como material
superconductivo, sobre un substrato metálico texturizado, y se
somete a un tratamiento térmico, caracterizado porque
- -
- un substrato metálico texturizado, que se presenta en forma de una cinta (2), se conforma primeramente en su dirección longitudinal alrededor de un soporte metálico estirado longitudinalmente (1), con una sección transversal circular, para dar un tubo hendido (3), con unas aristas que se extienden en la dirección longitudinal y que están situadas una junto a otra en una hendidura (4).
- -
- el tubo hendido (3), a continuación, se cierra mediante soldadura de la hendidura (4),
- -
- después de esto, el tubo cerrado (9) se lleva hacia abajo hasta que se apoye en el soporte (1),
- -
- seguidamente la capa (12) a base de un material superconductivo de YBCO se aplica a todo alrededor del tubo (9) y
- -
- finalmente se lleva a cabo el tratamiento térmico.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque antes de la aplicación
de la capa (12) a base del material de YBCO, sobre el tubo (9) se
aplica una capa de amortiguación (15) cerrada a todo su alrededor,
a base de un material metálico.
3. Conductor eléctrico superconductivo producido
con el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que tiene
un material de YBCO como material superconductivo,
caracterizado porque, alrededor de un soporte metálico (1),
con una sección transversal circular, está dispuesto un tubo (9)
cerrado, a base de un material metálico texturizado, que está
rodeado por todos los lados por una capa (12) a base de un material
de YBCO.
4. Conductor de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado porque entre el tubo (9) y la capa de YBCO
(12) está dispuesta una capa metálica de amortiguación (15).
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