Способ изготовления многосекционной сверхпроводящей жилы

Ссиеэ Советских Социалистически Реслублии(51)М. Кл, Н 01 В 12/00 с присоединением заявки йо Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытйй(72) Авторы изобретения Государственный научно-исследовательскийэнергетический институт им, Г. М. Кржижановского и Институт металлургии им. А. А. Байкова АН ССР(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЕКЦИОННОй СВЕРХПРОВОДЯЦЕЙ ЖИЛЬ) Изобретение относится к электротехнике, в частности кабельнойтехнике н может быть использованопри создании токонесущей системысверхпроводящего кабеля,Надежность линии электропередачи,использующей в качестве токонесущего элемента сверхпроводник, взначительной мере связана со свойствами сверхпроводящей жилы в местестыка. Это особенно важно при создании жесткого варианта сверхпроводящего кабеля, где длина секцииограничена условиями транспортйровки.Как показали многочисленные исследования, наилучшими технико=экономическими показателями обладаеткабель, токонесущая система котороговыполнена коаксиальной для каждойфазы.Однако такое исполнение токонесущей системы предопределяет необхо-димость соединения жилы как с наружным расположением сверхпроводника(внутренняя жила), так и с внутренним (внешняя жила) .нэта задача особенно осложняетсяпри использовании интерметаллйческих (компаундных) сверхпроводников, например ниобий-олово.Известен способ соединения интерметаллических сверхпроводников, заключающийся в помещении соединяемых концов сверхпроводннка в переходный элемент, образованный механической порошкообраэной смесью компонентов этого сверхпроводника, и обработке такого соединения последовательно давлением и температурой 1).Такой способ облегчает соединениетрубчатых сверхпроводящих жил с внутренним расположением сверх проводящегослоя. Однако прочностныесвойства такого соединения низки и непригодны для условий термических нагрузок жилы жесткого кабеляКроме того, сверхпроводящие свой ства такого соединения определяютсяслучайными факторами, связанными с разрушением окисной пленки на поверхностях соединяемых сверхпроводников.Известен также способ соединенияйнтерметаллических сверхпроводников, заключающийся в образовании сверхпроводящего слоя, например, жидкофазным диффузионным методом на за- ЗО готовках, содержащих тугоплавкийкомпойент соединения, кроме концевыхучастков каждой заготовки, защищенных барьернымматериалом, например,./танталом, удалении барьерного материала, сращивании полученных секцийсваркой и образовании на месте стыка секций сверхпроводящего слоя,аналогичного вышеупомянутому 2,Однако укаэанный способ, включаю"щий специальную подготовку концевыхучастков соединяемых сверхпровЬдников, которая улучшает сверхпроводящие свойства стыка в случае соединения трубчатых жил с внутреннимрасположением слоя приводит к необходийбсти вакуумировать всю длинумногосекционной жилы.Целью изобретения является упроще - "ние технологии изготовления многосекционной сверхпроводящей жилы с" внутренним расположением сверхпроводящего слоя и повышение ее эксплуатационной надежности.Поставленная цель достигаетсятем, что в известном способе до сварки секций между их" торцами помещаютвставку из спрессованной порошкообраэной смеси компойентоввышеупомянутого сверхпроводящего слоя, которуюпредварительно гермстизируют оболочкой, вййолйеннойиз тугоплавкб 1 о компонента этого слоя.Сращивание секций производят холодной сьаркой или сваркой взрывом.Герметизация вставки нэ смесикомпонентов сверхпроводящего соединения оболочкой, выполненной из туго плавкбго компонента этого соединеннлпозволяет одновременно произвестиметаллургическое соединение основсверхпроводящего слоя как мостика,так"и секции и предотвратить окислительные процессы при образовании" сверхпроводящего слоя стыка секций,На фиг. 1 показана коаксиальнаязаготовка; на фиг. 2 - схема образования основного сверхпроводящегослоя (условно показана только частьдиффузионной камеры); на фиг. 3фрагмент соединения внешней жилыкоаксиальных секций (а - до сварки,б - после сварки).Способ осуществляется следующимобразом.Согласно фиг. 1 получаюткомпозитную .внутреннюю 1 и внешнюю 2 жилы,например, из ниобиевой 3 и двух мед"ных труб 4 (на фиг. 1 показан тблько один стабилизирующий медный слой)путем совместной деформацйи припрессовании и прокатке на заданнуютолщину по ниобию и меди, Внешнююкомпоэитную жилу 2 по концам 5 очи" " щают от внешнего слоя меди и приваривают любым известным способом книобиевой трубе 3 фланцы 6 также иэниобия, каждый из которых иМеет наторцовой поверхности кольцевую канавку 7,Коаксиальную заготовку помещаютв шлюзовую напылительную камеру, гдепроводят испарение тантала электронным .лучом с последующей направленной конденсацией тантала на заданныеповерхности.Получение сверхпроводящего слоястанида ниобия (фиг, 2) проводят спомощью процесса реактивной диффузиипри термообработке в диффузионной ( камере 8, в которую помещают коаксиальную заготовку, предварительно уплотнив ее по ниобию диафрагмами 9и 10, предохраняющими стабилизирующиймедный слой от взаимодействия с расплавом оловянистой бронзы 11, при-чем поверхности ниобия защищеныслоем тантала 12. После получениясверхпроводящего слоя коаксиальнаясекция освобождается от уплотнительных диафрагм 9 и 10 и танталовых 2 О покрытий 12.Известным способом получают соединение внутренних жил 1 секций, а соединение внешних жил 2 проводят попредлагаемому способу (фиг. 3).До сварки внешних жил секций между их торцовыми поверхностями помещают вставку из спрессованной порошкообразной смеси 13 компонентовсверхпронодника ниобий-олово, герме- З тйзированную оболочкой 14, выполненной иэ ниобия. Затем холодной свар кой, либо сваркой взрывом проводятметаллургическое соединение ниобиевой основы сверхпроводящего слоя 15соединяемых секций с ниобиевойоболочкой 14 вставки. После этогоможет быть проведена сварка секцийпо внешней кромке 16 электронным лучом. Далее место стыка внешних жилсекций снабжается индуктором 17 и 43 производится термообработка индукционным нагревом в течение 15-50 час при650-800 фС для укаэанного сверхпроводника.Для получения надежных сверхпро водящих свойств стыка внешней жилыколичество олова в смеси 13 должнопревышать необходимое для образованиястехиометрического состава сверхпроводника вставки, поскольку часть оло ва будет диффундировать в ниобиевуюобласть 18. При этом будет образовываться сверхпроводящий слой ниобийолово в чистом ниобии.Сверхпроводящие свойства вставкизначительно улучшаются, если в составсмеси 13 включена медь в порошкообразном виде, понижающая температуру образования соединения ниобийолово.Для сокращения времени получения 6 О полевого стыка секций можно воспользоваться тем, что внешняя жила всегда переразмерена по токонесущей способности, особенно в высоковольтномкабеле. Это .позволяет произвести 65 фигурную вырезку внешней жилы, об714513 Формула изобретения Ре разуя технологические окна для обеспечения одновременности работ по стыковке внутренней и внешней коаксиальных секций, Технологические окна впоследствии закрываются сверхпроводящими экранамиПосле заВершения процесса соединения секций, поверх стыка внешних жил любым известным способом наносят стабилизирующий слой меди, соединяя его с имеющимся,Предлагаемый способ позволит получить сверхпроводящнй стык коаксиальных секций кабеля, использующего сверхпроводник на основе интерметаллических соединений.По предлагаемому способу отпадает необходимость вакуумирования кабеля в период его монтажа и стыковки; улучшаются .прочностные характеристики стыка; улучшаются критические параметры стыка; появляется возможность создания единой технологии монтажа и стыковки различных вариаН-тов кабеля; повышается эксплуатационная надежность кабеля; уменьшаются потери в кабеле и затраты на охлаждение. Способ изготовления многосекционноЯ сверхпроводяшей жилы на основе интерметаллического соединения, заключающийся в образовании сверхпроводящего слоя, например, жидкофазнымдифФузионным методом на заготовках,содержащих тугоплавкий компонентсоединения, кроме концевых участковкаждой заготовки, защищенных барьерным материалом, например танталом,удалении .барьерного материала, сращивании полученных секций сваркой иобразовании на месте стыка секциЯсверхпроводящего слоя, аналогичноговышеупомянутому, о т л и ч а ю щ и йс я тем,что, с целью упрощения технологии изготовления многосекционнойсверхпроводящей жилы с внутреннимрасположением сверхпроводящего слояи повышения ее эксплуатационной надежности, до сварки секций между ихторцами помещают вставку иэ спрессо-ванной порошкообразной смеси компо 20 нентов вышеупомянутого сверхпроводящего слоя, которуюпредварительногерметизируют оболочкой, выполненной из тугоплавкого компонента этогослоя,25 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У 3523361,кл. 29-599, 1968,2, Авторское свидетельство СССРЗО М 2436394,Н 01 В 12/00,030177 (прототип).714513 179 М ю У МФУ. -.Состаелюканов Техреде 173 ваеет еюа итель Е. ЗиноЛ,Алферова Редактор ктор О, Ковннскеь авЗаказ 9304/ ПодписноеССР йд. 4/ филиал ППП Патент, г. Уагород, ул. Проектная,3 Тираа ИИПИГосударств поделам изобр 035, Москва, Жт евое ааЫа Фе те844ийого комитеттений и открыт5, Раушская и