Способ получения высокотемпературных медно-никелевых сверхпроводников

Способ получения высокотемпературных медно-никелевых сверхпроводников

Реферат

 

Изобретение относится к получению высокотемпературных сверхпроводников, в частности к получению высокотемпературных сверхпроводников из широко распространенных материалов с доступной технологией изготовления. В изобретенном способе на медную или никелевую проволоку 14 класса обработки поверхности, в среде вакуума глубиной 10^-6 степени, наносится слой сплава, содержащего медь и никель в объемном соотношении 1: 1, с диффузией сплава в поверхностный слой металла проволоки, затем на сплав наносят слой металла, составляющего пару медь - никель с металлом проволоки, с диффузией металла в поверхностный слой сплава, с последующим отжигом полученного изделия в вакууме при от 850 до 950^oС в течение времени от 30 до 180 мин и охлаждением вместе с нагревательным устройством до комнатной температуры, при этом чистота применяемых меди и никеля должна составлять не менее 99,99999. Техническим результатом предложенного технического решения является получение сверхпроводников, работающих при температуре 300-330 К при напряженности магнитного поля более 100 Тл и критической плотности тока более 10⁶ А/мм² из недорогих широко распространенных материалов. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области технической сверхпроводимости и, в частности к технологии получения высокотемпературных сверхпроводников.

В настоящее время известно 35 металлов и более тысячи сплавов и химических соединений различных элементов, обладающих явлением сверхпроводимости.

Из металлов - это, например, алюминий и свинец, критическая температура перехода которых (Т_с) равна соответственно 1,2 К и 7,23 К, а критическая напряженность магнитного поля (Н_с) равна 100 Гс и 600 Гс. Из сплавов наиболее лучшие значения этих характеристик присутствуют у сплава ниобий-германий (Nb₃Ge), где Т_с= 23,2 К, а Н_c приближается к 600 кГс. "Высокотемпературная сверхпроводимость", 1990 г. , Киев. А. С. Давыдов, табл. 1, стр. 6, 8.

Разработка высокотемпературных сверхпроводимых металлооксидных керамических материалов позволила получить температуру перехода Т_с до 120 К при критической напряженности магнитного поля Н_с до 6 Тл, и плотности тока до 10⁴ А/см². "Высокотемпературная сверхпроводимость", 1990 г. , Киев, А. С. Давыдов, стр. 92.

Однако большим недостатком, сдерживающим промышленное применение сверхпроводников, выполненных из известных сверхпроводящих материалов, является то, что они могут работать только при очень низких температурах, в среде охладителей - жидкого гелия или жидкого азота и при невысоких значениях напряженности магнитного поля, а изготовление как сверхпроводящих материалов, а. с. 1836730, так и сверхпроводников из них, патент 2006079, а. с. 1360459, патент 2159474, очень сложно и трудоемко.

В качестве аналога выбраны "Способ получения высокотемпературных металлооксидных керамических материалов" патент 1735912 и "Способ получения длинномерных высокотемпературных проводов", патент 2153724.

Способ по патенту 1735912 заключается в смешивании порошков окислов Y₂О₃, ВаО и СuО с последующим прессованием, спеканием и ступенчатой циклической термообработкой, после которой высокотемпературный сверхпроводящий металлооксидный керамический материал имеет критическую температуру перехода Т_c= 93-94 К.

Технология изготовления высокотемпературного сверхпроводящего провода из полученного высокотемпературного сверхпроводящего материала согласно патенту 2153724 заключается в трехкратном повторении цикла изготовления серебряных ампул, наполненных порошком высокотемпературного сверхпроводящего материала с последующей деформацией ампульно-порошковой системы в роликовых волоках и кратковременным и длительным отжигами ампульно-порошковых заготовок при высоких температурах на последней стадии изготовления, при этом исходным материалом для второго и третьего циклов является продукт предыдущего.

В изготовленном по приведенной технологии сверхпроводнике сверхпроводящее состояние сохраняется при Т_с не выше 93 К, при Н_с не более 6 Тл с предельной силой тока 2 А. Недостатками аналога являются крайне сложная, трудоемкая и плохо воспроизводимая технология производства; возможность работы только в среде охладителя - жидкого азота и в слабых магнитных полях; низкая плотность тока - не более 10⁴ А/см².

Задача изобретения - получение высокотемпературного сверхпроводника из широко распространенных материалов с доступной технологией изготовления, работающего при значениях Т_с, Н_c и J_c, значительно превышающих значения аналогов.

Задача достигается тем, что эффект высокотемпературной сверхпроводимости с высокими параметрами Т_с, Н_c и J_c формируется в слое сплава, состоящего из двух металлов и представляющего собой токопроводящую тонкостенную трубку - прослойку с поверхностями, близкими к идеальной при диффузионном взаимодействии со слоями металлов, примыкающих к трубке - прослойке внутри и снаружи.

На чертеже показан поперечный разрез высокотемпературного сверхпроводника.

Для этого, в среде вакуума глубиной 10^-6 степени на подготовленную по 14 классу обработки поверхность медной или никелевой проволоки 1 (чертеж) наносится слой сплава 2, содержащего медь и никель в объемном соотношении 1: 1 с диффузией сплава 2 в поверхностный слой металла проволоки 1, с высотой, обеспечивающей неразрывность слоя сплава 2, но не менее 1,0 мкм. Затем на нанесенный слой сплава 2, наносится слой металла 3, составляющего пару медь - никель с металлом проволоки 1, с высотой, обеспечивающей защиту от механических повреждений слоя сплава 2 и определяемой с учетом условий эксплуатации, но не менее 1,0 мкм, с диффузией металла 3 в поверхностный слой сплава 2, при этом качество внешней поверхности нанесенного слоя металла 3 - меди или никеля, может быть на 4 класса ниже исходного. Полученное изделие отжигают в среде вакуума глубиной 10^-6 степени при определяемых экспериментально температуре от 850 до 950^oС и времени от 30 до 180 минут и затем естественно охлаждают вместе с нагревательным устройством до комнатной температуры для сохранения кристаллической решетки металлов.

Операции по нанесению слоев проводят без изъятия изделия из вакуумной среды с целью исключения окисления токопроводящего слоя, состоящего из сплава 2 медь - никель.

Чистота меди и никеля должна быть не менее 99,99999.

Длина изделия определяется возможностями вакуумного оборудования.

Проведение данных операций в представленной последовательности привело к получению нового технического результата - высокотемпературного сверхпроводника, который при диаметре проволоки 1 в 1,0 мм, высоте нанесенного слоя сплава 2-2,5 мкм и высоте нанесенного слоя металла 3, составляющего пару медь-никель с металлом проволочного образца 1-10 мкм, работает в сверхпроводящем состоянии в интервале температур Т_с от 300 до 330 К, в магнитном поле Н_c более 100 Тл и при критическом токе J_c не менее 10⁶ А/мм², что несоизмеримо качественней по сравнению с аналогами. Кроме этого, предлагаемый высокотемпературный сверхпроводник отличает от аналогов простота изготовления из широко распространенных и доступных материалов, а также механические качества медного или никелевого провода.

Преимущество полученных по новой технологии высокотемпературных сверхпроводников состоит в том, что диаметр проволоки, взятой за основу, может быть любым, что сверхпроводники, полученные по предлагаемому изобретению, работают в интервале температур естественной окружающей среды 300-33О К при критической напряженности магнитного поля более 100 Тл и критической плотности тока более 10⁶ А/мм², что в производстве используют широко распространенные не дорогие материалы, что возможно получение провода любой длины с механическими качествами провода, взятого за основу, что процесс производства высокотемпературных сверхпроводников сравнительно прост и не требует многократных ступенчатых операций по формировке, волочению и отжигу, что не требуется особых технологических условий в процессе эксплуатации - низких температур, достигаемых при наличии охладителей - жидких гелия, азота и т. п.

Формула изобретения

1. Способ получения высокотемпературных медно-никелевых сверхпроводников, состоящий в том, что на медную или никелевую проволоку 14 класса обработки поверхности, в среде вакуума глубиной 10^-6 степени, наносят слой сплава, содержащего медь и никель в объемном соотношении 1: 1, толщиной не менее 1,0 мкм, с диффузией сплава в поверхностный слой металла проволоки, затем наносят слой металла толщиной не менее 1,0 мкм, составляющего пару медь - никель с металлом проволоки, с диффузией металла в поверхностный слой сплава, полученное изделие отжигают в вакууме при температуре от 850 до 950^oС в течение времени от 30 до 180 мин и затем охлаждают вместе с нагревательным устройством до комнатной температуры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что чистота меди и никеля, применяемых в высокотемпературных медно-никелевых сверхпроводниках, должна составлять не менее 99,99999.

РИСУНКИ

Рисунок 1