Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Поликарпова Мария Викторовна

Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем
<
Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Поликарпова Мария Викторовна. Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем : Дис. ... канд. техн. наук : 05.16.01 : Москва, 2003 163 c. РГБ ОД, 61:04-5/3133

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Литературный обзор 8

1.1 Медь для сверхпроводников 8

1.2 Электропроводность меди в композитных сверхпроводниках для магнитных систем 20

1.3 Электропроводность нанокомпозитных проводников на основе сплава Cu-Nb 30

Заключение к литературному обзору 42

Глава 2 Исследуемые материалы и методика эксперимента 45

2.1 Методики исследования микроструктуры 45

2.2 Методики анализа содержания примесных элементов 46

2.3 Методы оценки электропроводности меди и композитных проводников 47

2.4 Метод определения изменения удельного электросопротивления нанокомпозитных проводников в процессе растяжения 51

Глава 3 Анализ высокочистых сортов меди отечественных и зарубежных производителей 53

3.1 Получение и анализ вакуумплавленной меди на заводе "Кристалл" 53

3.2 Получение и анализ меди электронно-лучевой плавки ВНИИ Электротермического Оборудования 68

3.3 Анализ партии медных труб, полученных из меди марки МОбнаОАО "Кольчугцветмет" 83

3.4 Анализ партии медных труб, из меди сорта С10100 noASTMB170-93 из А/О "Оутокумпу" 87

3.5 Рекомендации к техническим условиям на медь для сверхпроводников 90

Выводы к главе 3 92

Глава 4 Электропроводность стабилизированных композитных сверхпроводников 94

4.1 Обоснование и разработка аналитического метода расчета относительного остаточного электросопротивления проводников Cu/NbTi в зависимости от геометрических параметров конструкции 94

4.2 Примеры расчета относительного остаточного электросопротивления проводников Cu/NbTi в зависимости от геометрических параметров конструкции 109

4.3 Обоснование и разработка аналитического метода расчета относительного остаточного электросопротивления композитных хромированных Cu/M^Sn сверхпроводников 114

Выводы к главе 4 129

Глава 5 Электропроводность высокопрочных и высокоэлектропроводных нанокомпозитов на основе сплаба Cu-Nb 130

5.1 Получение проводников на основе сплава CuNbi8% 13G

5.2 Влияние деформации и термообработки на удельное электросопротивление Cu/CuNb і одноволоконных проводников 133

5.3 Влияние деформации растяжения на электросопротивление нанокомпозитных Си/Си>ІЬі8о/опроводников 144

Выводы к главе 5 149

Заключение 151

Общие выводы 153

Список использованных источников

Введение к работе

Исследования и практическое применение явления сверхпроводимости в последние десятилетия являются одним из важнейших направлений мировой науки и техники [1,2]. Разработки и исследования возможностей применения сверхпроводников в электроэнергетике, электротехнике и индустриальной физике демонстрируют их высокую эффективность и безальтернативность для решения ряда технических задач. Широкое применение сверхпроводники нашли в сверхпроводящих магнитах для медицинской диагностики и аппаратуре для физических исследований. Созданы и используются ускорители заряженных частиц и термоядерные установки со сверхпроводящими магнитными системами.

Открытие и успешные прикладные исследования высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) не уменьшили внимание к классическим низкотемпературным сверхпроводникам (НТСП) гелиевого уровня температур, а определили и уточнили наиболее эффективные направления их использования с одновременным смещением проводимых разработок НТСП в прикладные области.

Сверхпроводящие сплавы и соединения непосредственно не могут быть использованы для создания сверхпроводящих устройств. Современные технические сверхпроводники - это сложные композитные системы, одной из основных составляющих которых являются элементы из меди, которые обеспечивают стабилизацию сверхпроводника при эксплуатации. Специфика использования меди для изготовления стабилизирующих элементов в обмоточных материалах для магнитных систем требует достижения высоких значений электропроводности, особенно при низких температурах.'

Требования к электросопротивлению исходной меди и меди в готовом сверхпроводнике в основном разработаны. Известно также, что сопротивление определяется чистотой меди, микроструктурой и зависит от прилагаемого магнитного поля. В научной литературе представлены результаты исследований, выполненные в основном на монолитных образцах, изготовленных из медных полуфабрикатов. В многоволоконных сверхпроводниках медь находится в сильнодеформированном состоянии в виде отдельных прослоек, с поперечным

сечением от долей миллиметра до долей микрометра, в контакте с тончайшими элементами из материалов с различными физико-механическими свойствами. В исключительно специфических условиях находятся элементы из меди в нанокомпозитных проводниках из сплава меди с ниобием, предназначенных для создания импульсных магнитных систем. Очевидно, что изучение электросопротивления меди в таких сложных условиях представляет значительный научный и практический интерес.

Обычная электротехническая медь не может быть использована для сверхпроводников. Требуется медь высокой чистоты, которая, кроме высокой электро- и теплопроводности, должна обеспечивать возможность совместного пластического деформирования в составе многоволоконных композитов.

Объем производства низкотемпературных сверхпроводников на основе ниобий-титановых сплавов и ниобий-оловянных интерметаллидов составляет в последние годы до тысячи тонн в год.

Большие объемы производства сверхпроводников, -одной из основных составляющих в которых (до 70 %) является медь со специфическими свойствами, требуют создания специальных технологий ее получения.

Результаты исследований по требуемому химическому составу меди для сверхпроводников и методам ее производства в литературе отражены недостаточно. В связи с этим весьма своевременным является проведение специальных исследовательских и технологических работ, направленных на обеспечение промышленного производства отечественных сверхпроводников особым сортом меди.

Особая актуальность таких исследований определилась в последние годы в процессе участия Российской Федерации в проекте международного экспериментального термоядерного реактора (ITER), работы по которому выполняются странами Европейского сообщества, Японией. США и Россией.

Целый ряд Федеральных и ведомственных программ последних лет, в которых исследованию сверхпроводников отводится большое место, подтверждают необходимость проведения предусмотренных в диссертации работ.

Цель работы

Исследование взаимосвязи электропроводности с химическим составом,
микроструктурой и методами получения высокочистых сортов меди и разработка
рекомендаций к техническим условиям на высокоэлектропроводный сорт меди,
используемый в качестве стабилизирующих элементов композитных

проводников для магнитных систем. Разработка методов оценки

электропроводности композитных проводников на стадии их конструирования.

Научные задачи:

1. Исследование взаимосвязи электропроводности с микроструктурой и
химическим составом промышленных сортов высокочистой меди.

2. Исследование закономерностей изменения электропроводности меди
в зависимости от конструкции и некоторых режимов термомеханической
обработки многоволоконных композитных сверхпроводников на основе сплава
NbTi и соединения NbsSn.

3. Исследование взаимосвязи электропроводности с микроструктурой и напряженным состоянием нанокомпозитных проводников на основе сплава меди с ниобием.

Новизна работы:

  1. Получен статистический массив данных по электропроводности (значениям относительного остаточного электросопротивления - параметра R273/R4,2) промышленных сортов меди, используемых для изготовления композитных проводников для магнитных систем.

  2. Разработан метод отбора медных слитков с высокой электропроводностью по измерению отношения электросопротивлений при температурах 273 и 77 К, что позволило избежать дорогостоящей переработки непригодных слитков в медные полуфабрикаты для производства

- сверхпроводников и тем самым повысить его эффективность.

3. Разработаны способы расчета относительного остаточного
электросопротивления композитных сверхпроводников на основе сплава NbTi и

соединения Nb3Sn на стадии их конструирования и зарегистрированы в режиме Ноу-хау. Предложенные способы позволяют повысить технико-экономические показатели производства сверхпроводников.

4. Показана взаимосвязь электропроводности с микроструктурой и
напряженным состоянием в сильнодеформированных нанокомпозитных
проводниках на основе сплава меди с ниобием.

5. Впервые получены результаты по влиянию деформации растяжения на
электросопротивление сильнодеформированных нанокомпозитных
проводников на основе сплава меди с ниобием.

Автор выносит на защиту

1. Данные о значениях относительного остаточного электросопротивления
промышленных сортов высокочистой меди, используемой для производства
сверхпроводников.

  1. Способ отбора медных слитков с повышенной электропроводностью по измерению отношения электросопротивлений при температурах 273 К и 77 К.

  2. Рекомендации по предельным содержаниям примесных элементов в высокоэлектропроводной меди, предназначенной для производства композитных сверхпроводников.

  1. Способы расчета электропроводности многоволоконных композитных сверхпроводников на основе сплава NbTi и соединения NbbSn на стадии их конструирования.

  2. Данные по влиянию пластической деформации и термообработки на удельное электросопротивление нанокомпозитных проводников на основе сплава меди с ниобием.

  3. Результаты по влиянию деформации растяжения на электросопротивление нанокомпозитных проводников на основе сплава меди с ниобием.

Электропроводность меди в композитных сверхпроводниках для магнитных систем

Обмоточный провод для сверхпроводящей магнитной системы представляет из себя кабель, состоящий из последовательно скрученных единичных сверхпроводников (стрендов). Для уменьшения уровня кооперативных потерь в кабеле, а также предотвращения диффузионного слипания стрендов поверхность композитного сверхпроводника подвергают электролитическому хромированию [31] или никелированию [37]. Основным материалом для магнитных систем, работающих в низких (до 5 Т) полях являются композитные сверхпроводники на основе сплава NbTi, в полях до 13 Т композитные сверхпроводники на основе соединения Nb3Sn. Для сверхпроводника на основе Nb3Sn температура заключительной термообработки (650 С 200 ч), необходимая для образования диффузионного слоя Nb3Sn, достаточно высока, чтобы обеспечить диффузию хрома из электролитического покрытия в медную стабилизирующую оболочку, что приводит к деградации относительного остаточного электросопротивления композитного сверхпроводника. Степень этой деградации определяется глубиной проникновения хрома и толщиной медной оболочки.

Температура заключительной термообработки сверхпроводника на основе сплава NbTi невысока ( 400 С), поэтому диффузия никеля [37] из электролитического покрытия сверхпроводника не приводит к заметному изменению его относительного остаточного электросопротивления.

Относительное остаточное электросопротивление композитного сверхпроводника сильно зависит от объемной доли стабилизирующей меди и ее распределения. Медная стабилизация композитного сверхпроводника на основе сплава Nb3Sn сосредоточена во внешней оболочке. Композитный сверхпроводник на основе сплава NbTi как правило, содержит стабилизирующую медь трех типов - медную оболочку, медный центральный стержень и медь между NbTi волокнами, сопротивление которой возрастает с уменьшением межволоконных расстояний вследствие размерного эффекта [41, 42]. Таким образом, относительное остаточное электросопротивление композитного сверхпроводника определяется следующими факторами: объемной долей и распределением стабилизирующей меди; режимом заключительной термообработки; коэффициентом диффузии металла из электролитического покрытия проводника в медную оболочку в процессе заключительной термообработки. Кроме того, на электросопротивление композитного сверхпроводника в поперечном магнитном поле сильное влияние оказывает магнеторезистивныи эффект [32].

Относительное остаточное электросопротивление стабилизирующей меди оценивается по параметру R273/R4,2 а композитных сверхпроводников - по параметрам R273/R10 (для NbTi сверхпроводников) и R273/R18 (для Nb3Sn сверхпроводников). Для сопоставления электросопротивлений стабилизирующей меди (R ; Rio; Ris) при разных криогенных температурах воспользуемся хорошо известным соотношением Грюнайзена-Блоха [34]. Удельное электросопротивление. металла, зависящее от температуры (р), изменяется по отношению к удельному электросопротивлению при температуре Дебая (рв) следующим образом: р/рв = 4,226(T/9fj(6/T), (1.4) где в - температура Дебая (0 =330 К для меди)[43], J(9/T) - функция Грюнайзена-Блоха.

Зависимость относительного остаточного электросопротивления R273/R4,2 образцов меди (99,99%)OFHC, от температуры термообработки в течение одного часа в вакууме 10"4 Тогг [35] Из рисунка 1.7 видно, что в диапазоне температур 200-500 С происходит увеличение относительного остаточного электросопротивления до 700 единиц, которое связано с процессами аннигиляции структурных дефектов и ростом зерен. Дальнейшее увеличение температуры термообработки приводит к уменьшению R.273/R4,2, которое, по мнению авторов [35], связано с диффузией кислорода, образованием и распадом его соединений с примесными элементами.

В работе [39] отмечено, что в процессе высокотемпературного отжига происходит перераспределение примесей - растворимые примеси диффундируют внутрь зерна. При последующей термообработке атомы примесей взаимодействуют с вакансиями, образуя подвижные пары вакансия -атом примеси, которые способствуют усилению порообразования на границах зерен и двойников.

Методики анализа содержания примесных элементов

Содержание примесных элементов определяли искровым масс-спектрометрическим методом с пределом обнаружения 10"5 масс% для моноизотопных элементов и 10"4масс% для остальных.

Анализ содержания хрома в медной оболочке композитного сверхпроводника на основе соединения Nb3Sn проводили методом лазерной масс-спектрометрии. Для этого образцы Nb3Sn проводников были подготовлены путем стравливания меди на глубину 25 мкм. Подготовленные образцы собирали в пакет 10x15 мм. Содержание хрома определялось в поверхностном слое глубиной 5 мкм. Предел обнаружения хрома - lx 10"4 ат.%.

Образцы меди для измерения параметров R273/R4,2 и R273/R77 размером 100Х3Х0,5 мм вырезали из листовой меди, полученной прокаткой темплетов (є 90 %), отрезанных от слитков меди, или прокаткой разогнутых колец, отрезанных от медных труб. Термообработку образцов меди проводили в вакууме 10 4 мм рт.ст. при температуре 500 С в течение 1 часа.

Измерения электросопротивления образцов меди проводили четырехконтактным методом на постоянном токе. Образец припаивали к токовым и потенциальным контактам измерительного зонда. Ток выбирали в диапазоне 0,2 - 1 А и контролировали по измерению напряжения на эталонном сопротивлении (класс 0,01) с точностью 0,1%. Напряжение на образце измеряли цифровым нановольтметром В2-38 (чувствительность не хуже чем 50 нВ) при двух направлениях тока в образце и усредняли. Погрешность определения параметра R /Ru» в основном, определялась значением электросопротивления образца при температуре 4,2 К (КАЛ) И ДЛЯ образцов с низким значением R4,2 и, соответственно, высоким значением R.273/R4.2 (от 500 до 1000 единиц) составляла от 2 до 4%. С уменьшением значения параметра R.273/R4,2 (от 500 до 20 единиц) уменьшалась и погрешность определения R /R (от 2% до 1 %). Погрешность определения параметра R273/R77 составляла 0,8 % .

С целью оценки качества меди в заводских условиях был разработан метод определения параметра R273/R77 (см. раздел 3.1.4).

Метод определения параметра R273/R77 [77] предназначен для массового контроля слитков меди электронно-лучевой плавки и отбора слитков, пригодных для производства сверхпроводников.. Этот метод заключается в измерении электросопротивлений образцов меди при фиксированных температурах 273 К и 77,4 К и определении отношения этих электросопротивлений.

Образцы меди для измерения параметра R273/R77 длиной 102-106 мм, шириной 3±0,5 мм, толщиной 0,2-0,5 мм вырезали из листовой меди, полученной прокаткой темплетов (є 90 %), вырезанных из верхней, нижней и средней частей слитков меди электронно-лучевой плавки. Термообработку образцов меди проводили в водородной трубчатой печи при температуре 550 С в течение 1 часа.

Для измерения электросопротивления образец меди закрепляется в специальном измерительном, зонде с прижимными контактами. Измерения электросопротивлений проводили четырехконтактным методом на постоянном токе. Ток в измерительной цепи выбирали в диапазоне от 0,2 до 1 А и контролировали амперметром М502 (класс 0,2). Напряжение на образце измеряли микровольтметром Ф116/1 (класс 1).

Фиксированные значения температур 273 К и 77,4 К обеспечивались погружением измерительного зонда с образцом в термос с тающим льдом, (приготовленным из дистиллированной воды в морозильной камере холодильника) и в сосуд Дьюара с жидким азотом. Время стабилизации температуры (273 К и 77,4 К) контролировали по песочным часам.

Аттестованная погрешность определения параметра R273/R77 составляет 2%. Эта точность ниже чем измерения во ВНИИНМ более чем в два раза, что определяется классом используемой измерительной аппаратуры.

Метод определения относительного остаточного электросопротивления композитных сверхпроводников на основе сплава NbTi и соединения Nb3Sn заключается в измерении электросопротивлений проводников при комнатной температуре и температуре вблизи сверхпроводящего перехода (10 К - для NbTi композитных сверхпроводников; 18 К - для NbsSn композитных сверхпроводников).

Образцы композитных многоволоконных сверхпроводников на основе сплава NbTi и соединения NbsSn для измерения электросопротивлений представляли собой отрезки проводников круглого сечения (диаметром менее 1,5 мм) длиной 100 мм. Технология получения композитных сверхпроводников и режимы их заключительной термообработки изложены в [83-85]. Для измерения электросопротивлений образец монтировали на зонде с платиновым или угольным термометром и помещали в вакуумную камеру, снабженную нагревателем. Электросопротивление при температуре вблизи сверхпроводящего перехода измеряли после охлаждения измерительного зонда с вакуумной камерой в жидком гелии и повышения температуры в вакуумной камере до температуры сверхпроводящего перехода путем пропускания тока через нагреватель.

Получение и анализ меди электронно-лучевой плавки ВНИИ Электротермического Оборудования

Методом вакуумной электронно-лучевой плавки из катодов марки МООк на производственной базе ВНИИ Электротермического Оборудования (ВНИИЭТО) было выплавлено 16 слитков диаметром 180 мм и длиной -1000 мм. Слитки были разрезаны на части, в каждой из которых определен параметр R?73/R4,2.

Для определения параметра R273/R4.2 были изготовлены две серии образцов, обозначенные как А и Б. В первом случае прокатке подвергался кусок меди, вырубленный зубилом из части слитка, а во втором материал для прокатки вырезали на токарном станке из торцевой части слитка в виде колец одинакового размера. В результате образцы серии А были изготовлены со степенью деформации более 90%, а образцы серии Б - со степенью деформации 97%.

Образцы для измерения параметра Я27з/ ,2 размером 100x3x0,3 мм были вырезаны из прокатанных лент и термически обработаны по режиму 450 С, 1 час в вакууме 10 мм рт.ст. Результаты измерений представлены в таблице 3.7. Номер образца состоит из двух цифр, первая из которых соответствует номеру слитка, а вторая - номеру части слитка (нумерация частей идет от верха слитка).

Измерения образцов, серии Б показали, что результаты могут как совпадать со значениями параметра R.273/R4,2 серии А (образцы 3-1,4-1), так и отклоняться в меньшую (образцы 9-І, 7-І, 3-4) или большую сторону (образец 2-2) в пределах 20%. По-видимому, параметр Я27з/1 4,2 отражает не только свойства материала слитка, но и процессы, происходящие при изготовлении образца.

Известно [16], что кислород присутствует в меди в виде оксидных фаз и, как правило, способствует увеличению параметра R273/R4,2 за счет очищения твердого раствора меди от окисляемых примесей. В исследуемых образцах увеличение содержания кислорода приводит, наоборот, к уменьшению параметра R /R-u- В этом случае остаточное электросопротивление в основном определяется особенностями макроструктуры, формированию которых способствуют мелкодисперсные оксиды. Поэтому именно эти образцы являются удобным объектом для изучения взаимосвязи микроструктуры с электросопротивлением.

Для исследования микроструктуры методами оптической и трансмиссионной электронной микроскопии были выбраны образцы серии А с разным значением параметра R273/R4,2 (образцы 3-1; 4-1: 8-4).

По многочисленным снимкам микроструктуры были определены размеры и объемная доля фаз в исследуемых образцах, электронно-микроскопическим методом проведена оценка концентрации дислокаций [79]. Эти данные в сопоставлении с результатами исследований [1С] приведены в таблице ЗЛО. Таблица 3.10 - Объемная доля (f4) и средний размер частиц (d4) вторых фаз образцов меди с разным уровнем значений R /Ru в сопоставлении с данными таблицы 1.3 [10]

Для определения типа наблюдаемых частиц второй фазы был проведен электронно-графический анализ [79]. Этот метод является весьма приблизительным, но более точный рентгеновский фазовый анализ возможен только при содержании фазы не менее 5 %. Электронно-графический анализ показал, что обнаруженные частицы, в основном, представляют собой оксиды и сульфиды меди, алюминия, железа и кремния. Это согласуется с корреляцией содержания кислорода и параметра Кгіз лл (рисунок 3.8).

Влияние на электросопротивление меди высокорезистивных частиц в виде оксидов и сульфидов ( 10"2 об. %), распределенных в матрице, пренебрежимо мало. Но наличие частиц может способствовать сохранению структуры, возникшей при деформации, т.е. скоплению дислокаций. Такие скопления дислокаций показаны на рисунке 3.1 Об в сопоставлении с зернами, свободными от дислокаций и включения (рисунок 3.10а). Рисунок 3.10 - Тонкая структура образца 3-1; зерна, свободные от дислокаций и выделений (а); скопления дислокаций (б); увеличение х 145000 раз

Влияние дислокаций, по-видимому, определяется не только их концентрацией, но и распределением. Наличие зерен, свободных от дислокаций (рисунок 3.10а), приводит к шунтированию участков скопления дислокаций (рисунок 3.106). Количественные оценки влияния неоднородно распределенных дислокаций на остаточное удельное электросопротивление в этом случае затруднены в связи с неопределенностью параметров, входящих в расчет прироста электросопротивления, связанного с дислокациями. Полностью рекристаллизованных зерен в образце 3-1 должно быть больше 70% для обеспечения в пять раз меньшего значения (р дислокаций = 0,0004 мкОмхсм), т.е. такого значения, при котором р гр. зерен + р дислокаций = р ост. В этом случае влияние твердого раствора примесных элементов сводится к нулю.

Примеры расчета относительного остаточного электросопротивления проводников Cu/NbTi в зависимости от геометрических параметров конструкции

Практическое применение предложенной методики показано на примере многоволоконных NbTi сверхпроводников следующих типов: проводниках, разработанных для использования в полоидальных обмотках Международного Термоядерного Экспериментального реактора (тип I) [84]; и проводниках, разработанных в качестве прототипов для магнита GEM-детектора (тип II) [83]. В таблице 4.5 приведены характеристики этих сверхпроводников. .

Сверхпроводники на основе соединения Nb3Sn являются в настоящее время основным материалом для изготовления сверхпроводящих магнитов в интервале полей 12-20 Тл, например, в Международном Экспериментальном Термоядерном Реакторе (ИТЭР). В таких магнитных системах сверхпроводники используются в составе кабелей, содержащих сотни и тысячи единичных проводников (стрендов), заключенных в стальной или титановый кожух. Для предотвращения слипания проводников в процессе заключительной термообработки, которая проводится для образования сверхпроводящего Nb3Sn слоя, и для снижения кооперативных потерь в кабеле готовый проводник подвергают электролитическому хромированию (толщина хромового покрытия 2-3 мкм) [31].

Технологическая схема получения Nb3Sn проводников основана на широко используемом в практике варианте многократной сборки композиционных элементов с последующим деформированием до необходимого размера. Nb3Sn стренд диаметром 1 мм состоит из нескольких тысяч волокон Nb3Sn диаметром около 3 мкм, расположенных в бронзовой матрице, которая окружена ниобиевым или танталовым диффузионным барьером. Снаружи стренда находится слой меди с высокой проводимостью, служащий стабилизатором. Поперечное сечение хромированного стренда показано на рисунке 4.11. В таблице 4.8. приведена спецификация ИТЭР на многоволоконные Nb3Sn проводники, в соответствии с [86].

Спецификация ИТЭР на многоволоконные Nb3Sn проводники [86] наряду с требованиями по критической плотности тока, гистерезисным потерям, диаметру провода, коэффициенту заполнения по сверхпроводнику содержит требование на значение относительного остаточного электросопротивления (R273/Ri8?100). В связи с этим предварительные расчеты относительного остаточного электросопротивления R273/Ri8 которые можно было бы провести до изготовления проводника, на стадии конструирования, представляют практический интерес. Способ расчета значений параметра.R273/R18 стренда с учетом электропроводности исходной меди, толщины медной оболочки и диффузии хрома в медь в процессе заключительного отжига Nb3Sn проводника рассмотрен в работе [92]. .

Растворение і ат. % хрома в меди приводит к увеличению удельного электросопротивления меди на 4,0 мкОмхсм [17], а растворение 0,001 ат. % Сг в меди - на 0,004 мкОмхсм. Удельное электросопротивление меди с /?27i/ /s W0 при температуре 18 К меньше 0,016 мкОмхсм, т.е. это значение сопоставимо с увеличением электросопротивления,, связанного с растворением 0,001 ат. % Сг, а значит, метод определения коэффициента диффузии путем измерения электросопротивлений в данном случае применим.

Для определения коэффициента диффузий хрома в медь была использована партия композитных NbjSn сверхпроводников (рисунок 4.11), выпущенных на заводе «Кирскабель» в 1997 году [85]. Образцы для измерений были отрезаны от наружного (1) и/или внутреннего (2) концов бухт. Заключительную термообработку (575 С 175 ч + 650 С 200 ч) проводили для проводников, имеющих хромовое покрытие, и без покрытия.

Похожие диссертации на Исследование электросопротивления высокочистых сортов меди и его изменения в композитных проводниках для магнитных систем