Способ изготовления стабилизированного сверхпроводящего провода
Патент 1537049
Авторы
Классы МПК
Способ изготовления стабилизированного сверхпроводящего провода
Реферат
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам изготовления сверхпроводящих обмоточных проводов. Цель изобретения - повышение качества провода путем исключения непропаянных участков между проводником и стабилизирующим элементом. Для изготовления стабилизированного сверхпроводящего провода проводник и стабилизирующий элемент прямоугольной формы с продольным пазом раздельно в вертикальной плоскости и одновременно пропускают через расплав припоя. Сверхпроводник вводят в паз стабилизирующего элемента в фильере на выходе из расплава при обжатии стабилизирующего элемента на 5 - 15%. Провод после выхода из фильеры локально охлаждают до температуры, на 50 - 140oС ниже температуры солидуса припоя, изгибая его в месте охлаждения до напряженно-растянутого состояния проводника относительно стабилизирующего элемента. 1 табл., 3 з. п. ф-лы.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам изготовления сверхпроводящих обмоточных проводов. Цель изобретения повышение качества провода путем исключения непропаяных участков между сверхпроводником и стабилизирующим элементом. Способ заключается в том, что для изготовления стабилизированного сверхпроводящего провода проводник и стабилизирующий элемент прямоугольной формы, содержащий прямоугольный паз раздельно в вертикальной плоскости, пропускают через расплав припоя, проводник вводят в паз стабилизирующего элемента и соединяют с ним в фильере на выходе из расплава при обжатии стабилизирующего элемента на 5-15% провод после выхода из фильеры охлаждают локально до температуры, на 50-140оС ниже температуры солидуса припоя, при этом на охлаждаемом участке провод изгибают до напряженно-растянутого состояния проводника относительно стабилизирующего элемента. Для повышения производительности процесса изготовления провода преимущественно с многопроволочным сверхпроводником внутри расплава изменяют не менее трех раз траекторию движения проводника и стабилизирующего элемента, обеспечивая трение на участках изменения траектории. Сечение стабилизирующего элемента Sм предпочтительно определяют из соотношения Sм= Sм где Sм, h, l и Sm1, h1, l1 площадь поперечного сечения, высота и ширина стабилизирующего элемента до и после обжатия, соответственно; d'ж, dж, Sж вертикальный и горизонтальный поперечные размеры и площадь сечения проводника. При использовании прямоугольного транспонированного сверхпроводника для улучшения качества провода раздельно в вертикальной плоскости с проводником и стабилизирующим элементом в расплаве припоя дополнительно пропускают элемент из нормально проводящего металла, который укладывают в паз стабилизирующего элемента поверх проводника в фильере. На охлаждаемом участке провод изгибают до напряженно-растянутого состояния нормально проводящего элемента относительно стабилизирующего элемента. Способ осуществляют следующим образом. Предварительно изготавливают одно- или многопроволочный проводник и прямоугольный стабилизирующий элемент из алюминия в медной оболочке с пазом по середине широкой стороны U-образной формы. Размеры паза выбирают исходя из геометрической формы проводника с учетом возможности углубления его в матрице и свободного введения в паз (допуск по ширине паза 0,05-0,1 мм). Стабилизирующий элемент пазом вверх и проводник над ним (дополнительно нормально проводящий элемент над проводником в одном из вариантов), разделенные в вертикальной плоскости, одновременно пропускают через расплав припоя, например, ПОССу-30-2 при 340-350оС или ПОС-61 при 250-280оС со скоростью 5-15 м/мин. Внутри расплава между двумя погружными роликами преимущественно многопроволочный проводник, стабилизирующий и нормально проводящий элементы пропускают по изменяющейся траектории в вертикальной и горизонтальной плоскостях, обеспечивая трение в момент изменения траектории. Менее гибкий стабилизирующий элемент при изменении траектории отклоняют на угол 10-30о, а более гибкие проводник и нормально проводящий элемент на 30-180оС от трех до пяти раз, что позволяет осуществить обтирку и сброс с внешней поверхности элементов провода и удаление изнутри многопроволочного проводника остатков флюса. На выходе из расплава осуществляют введение проводника или проводника и нормально проводящего элемента в паз стабилизирующего элемента с обжатием его на 5-15% до конечного размера и последующим локальным охлаждением водой участка провода длиной 0,5-1,5 см до температуры, на 50-140оС ниже температуры солидуса легкоплавких припоев, в месте изгиба провода на основание стабилизирующего элемента (на сторону, противоположную стороне с пазом) на радиус 20-50 h1. На участке изгиба проводник, а также нормально проводящий элемент в одном из вариантов приобретают напряженно-растянутое состояние относительно стабилизирующего элемента. В дальнейшем провод охлаждается самопроизвольно и поступает на приемное устройство. Выбор сечений стабилизирующего элемента в исходном и конечном состояниях по соотношению или параметрах стабилизирующего элемента и проводника, близких к соотношению, а также указанной степени обжатия обеспечивает постоянное (в пределах допуска на слой припоя) положение проводника по оси или вдоль нее, полное или практически полное закрытие и механическое закрепление проводника в стабилизирующем элементе. Когда ширина проводника существенно превосходит его толщину (например, при укладке в паз транспонированного провода прямоугольного сечения), максимально допустимое обжатие матрицы не позволяет полностью закрыть сверхпроводящий элемент. В этом случае поверх проводника в паз матрицы дополнительно укладывают стабилизирующий элемент, изготовленный из нормально проводящего материала с высокой проводимостью. При обжатиях меньше 5% механическое закрепление материалом стабилизирующего элемента недостаточно, вследствие чего снижается прочность закрепления проводника, а при обжатиях более 15% повышается вероятность обрыва в процессе изготовления провода. Раздельное по вертикали и одновременное пропускание через расплав припоя элементов провода, а также изменение траектории их движения в расплаве с обеспечением трения в моменты изменения траекторий движения обеспечивает качественное обслуживание их поверхности при высоких скоростях (до 15 м/мин) получения провода. Соединение путем обжатия в фильере на выходе из расплава дополнительно обеспечивает отсутствие окисных включений, раковин, полное заполнение припоем межпроволочного пространства проводника. Окончательная фиксация проводника в матрице происходит при последующем локальном (0,5-1,5 см) охлаждении водой на участке изогнутого провода с проводником, находящимся в напряженно-растянутом состоянии относительно стабилизирующего элемента до температуры, на 50-140оС ниже температуры солидуса припоя. Указанный прием позволяет зафиксировать проводник в строго определенном положении по всей длине путем устранения неоднородности его положения, возникающей из-за различия коэффициентов термического расширения соединенных материалов, а также исключить образование раковин между дном паза и проводником из-за усадки припоя. Охлаждение до температуры, на 50-140оС ниже температуры солидуса припоя, позволяет при последующем распрямлении провода с одной стороны предотвратить растрескивание недостаточно охлажденного и, следовательно, механически непрочного припоя, находящегося между проводником и матрицей, а с другой уменьшить влияние деформации растяжения матрицы на проводник. Полученный провод, благодаря указанным выше преимуществам, имеет длину захода тока в сверхпроводник, не превышающую 1 мм. Проводник прилегает к основанию паза без непропаяных участков на всей строительной длине. В связующем припое отсутствуют окисные включения, раковины и трещины. Провод имеет высокую прочность соединения элементов. При двухкратном разнонаправленном изгибе на большую плоскость на 180о и радиусе 10h элементы не отслаиваются и не выходят из матрицы. Конкретные примеры осуществления способа и свойства получаемых проводов приведены в таблице. Для сравнения был изготовлен провод по известному способу с использованием в качестве проводника многопроволочной жилы из НТ-50 7 х 0,33 мм и прямоугольной U-образной матрицы с внешними размерами 2 х 3,5 мм2 и пазом 1,2 х 1,05 мм2 с пропайкой припоем ПОССу-30-2. На отрезке длиной 300 мм было обнаружено 7 раковин длиной от 5 до 10 мм. Проводник в матрице был расположен по волнистой линии со смещением 0,2-0,3 мм от дна паза через 20-30 мм. Длина захода тока в сверхпроводник изменялась по длине провода от 2 до 8 мм. При двухкратном разнонаправленном изгибе на большую плоскость на 180о и радиус 20 мм проводник отслаивался и выходил из паза при комнатной температуре. Как видно из изложенного, предложенный способ по сравнению с известным позволяет повысить качество и увеличить производительность изготовления провода в 30-100 раз.
Формула изобретения
1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПРОВОДА, включающий введение проводника в продольной паз стабилизирующего элемента прямоугольной формы, соединение их пайкой легкоплавким припоем и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения качества провода путем исключения непропаянных участков между проводником и стабилизирующим элементом, проводник и стабилизирующий элемент пропускают раздельно в вертикальной плоскости через расплав припоя, введение проводника в паз стабилизрующего элемента и их соединение осуществляют на выходе из расплава путем пропускания их через фильеру при обжатии стабилизирующего элемента на 5 - 15%, а охлаждение проводят после выхода из фильеры локально до температуры на 50 - 140oС ниже температуры солидуса припоя, при этом на охлаждаемом участке провод изгибают до напряженно-растянутого состояния проводника относительно стабилизирующего элемента. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса изготовления провода преимущественно с многопроволочным проводником, внутри расплава изменяют не менее трех раз траекторию движения проводника и стабилизирующего элемента, обеспечивая трение на участках изменения траектории. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сечение обжимаемого стабилизирующего элемента Sм определяют из соотношения где Sм, h, l и h1, l1 - площадь поперечного сечения, высота и ширина стабилизирующего элемента до и после обжатия соответственно; - вертикальный и горизонтальный поперечные размеры и площадь сечения проводника. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что раздельно в вертикальной плоскости с проводником и стабилизирующим элементом в расплаве припоя дополнительно пропускают элемент из нормально проводящего металла, укладывают его в фильере в паз стабилизирующего элемента поверх проводника, при этом на охлаждаемом участке провод изгибают до напряженно-растянутого состояния нормально проводящего элемента относительно стабилизирующего элемента.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2