Brevet FR2502832A1 — publié le 19821001

L'invention concerne les capacités électriques, dans des conditions de supraconduction, de supraconducteurs à multi- filaments, stabilisés, constitués de filaments Nb3Sn cassants, prétraités, contenus dans une matrice en bronze. Elle s'étend à un procédé pour la fabrication d'un supraconducteur à multi- filaments de ce type. L'utilisation de supraconducteurs à multifilaments en Nb3Sn/bronze pré-traités dans la structure de champs magné- tiques forts, comporte une insécurité due à ce que, en raison de la fragilité connue des conducteurs Nb3Sn/bronze, il peut apparattre dans les conducteurs des défauts imprévisibles, déjà lors de leur fabrication et également lors de la consti- tution de l'aimant. Ces défauts entraînent alors une capacité réduite du conducteur de transport du courant, et en conséquen- ce, une capacité réduite de l'aimant constitué. Sans aborder le problème particulier des lieux de défauts possibles dans les conducteurs, il est connu, aujourd'hui, d'intégrer, à des fins de stabilisation, exclusivement du cuivre avec des proportions de surface de section du supraconducteur allant jusqu'à 60 % Dans des modes de réalisation particuliers de conducteurs, on obtient aussi des proportions de surface plus élevées de cuivre, par soudage de profilés de cuivre (H.Kuskuk, E. Springer and G.Ziegler, Cryogenics, Juin 1976, pages 350 à 354). En raison de la résistance magnétique élevée du cui- vre, la proportion de surface de cuivre nécessaire est élevée. Ce qui entraine une réduction de la densité de courant. De ce fait, il devient presque impossible de loger une armature d'acier dans le conducteur, de sorte que le cuivre en tant qu'élément porteur de forces, doit rester à l'état semi-dur. L'invention a pour but de réaliser un supraconducteur composite avec des multifilaments en Nb3Sn pré-traités qui permette, malgré les défauts connus des conducteurs du type bronze, en particulier l'apparition d'endroits défectueux dans les multifilaments en Nb3Sn, une sécurité de fonctionnement d'aimants à champ fort dans une zone prédéterminée. Un supraconducteur de ce type devra présenter une stabilisation électrique telle qu'il ne se présente pas, dans le conducteur, de dégradation qui puisse entralner une transi- tion normale prématurée et donc une réduction de la capacité de l'aimant. A cet effet, l'invention propose un supraconducteur à multifilament stabilis4, formé de filaments en Nb 3Sn préalable- ment traités, cassants, dans une matrice en bronze, qui est ca- ractérisé par une bande en aluminium pur soudée en parallèle sur le supraconducteur, avec ou sans armature métallique égale- ment soudée sur le supraconducteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'armature est constituée par de l'acier inoxydable, et en ce qu'au moins une partie de la surface restant libre après le soudage de la bande en aluminium pur, permet l'arrivée d'un agent de refroidissement. Un autre développement avantageux de l'invention con- siste en ce que le supraconducteur à multifilaments stabilisés contient, entre le conducteur de Nb3Sn et la bande en aluminium pur, une mince couche d'un dixième de millimètres d'un métal à résistance élevée, de préférence du laiton, du Cu-Zr, Cu-Be ou acier inoxydable. Le procédé selon l'invention pour la fabrication d'un supraconducteur à multifilaments stabilisés de ce type, est caractérisé en ce que, au moins une face du conducteur en Nb3Sn est soudée une bande en aluminium pur. Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, le conducteur de Nb 3Sn porte aussi bien une bande en aluminium pur, qu'une armature métallique fixées par soudage. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'in- vention, il est utilisé comme armature métallique de l'acier inoxydable, et l'armature est soudée au conducteur en Nb 3Sn en laissant au moins une partie de la surface restant accessible après le soudage de la bande en aluminium pur, pour l'action d'un agent de refroidissement. Afin d'éviter les turbulences de courant, il est prévu, selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, de souder entre le conducteur en Nb 3Sn etla bande en aluminium pur, comme barrière de résistance, une couche de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur, en métal à résistance élevée. Comme métal à résistance élevée, on utilise de préférence un des mé- taux du groupe laiton, Cu-Zr, Cu-Be, acier inoxydable. Pour le soudage, on utilise un alliage ayant un point de fusion compris entre 2000C et 2500C, par exemple une soudure étain-plomb. Par le soudage parallèle d'aluminium ultra-pur sur le multifilaments, les endroits défectueux du conducteur sont si bien shuntés, qu'il n'appara t plus de dégradation dans le supraconducteur. La capacité électrique des aimants peut être stabilisée ainsi dans des conditions de supraconduction. Un détérioration à 80 % du supraconducteur en un endroit, doit être shuntée sans influence sur la capacité de transport du courant, au moyen d'un aluminium de qualité RRR 1800 et une proportion de surface de section Al/Nb.Sn - bronze = 1,33. Une autre structure composite formée d'une barrière de résistance en laiton de 0,1 mm d'épaisseur, entre le bronze- Nb3Sn et le Al, donne également de bons résultats. La barrière de résistance présente de l'importance lorsque les courants de turbulence entre le supraconducteur et l'aluminium doivent être réduits. A cet sujet, une solution peut être constituée par l'incorporation de l'aluminium dans un profilé en un matériau à résistance très élevée, de dimensions appropriées. Pour le soudage de la bande en aluminium, de l'arma- ture ou des couches intermédiaires mentionnées ci-dessus, on utilise un fondant disponible dans le commerce. L'expression ci-dessus "une détérioration à 80 % du supraconducteur' signifie la présence d'un endroit défectueux pour lequel, dur la courbe représentant le courant en fonction de la tension, il n'y a plus de supraconduction déjà pour 20 % de la valeur critique Ic du courant (du conducteur intact). La qualité RRR 1800 de l'aluminium signifie un aluminium pur ayant une résistance de P300 K = 1 800. 1>4,2 K Par le.soudage de l'aluminium (avec refroidissement approprié) la totalité du courant de fonctionnement peut être obtenue même en cas de défaut du supraconducteur, ce qui n'est pas le cas sans aluminium. Lors de la fabrication des supraconducteurs déjà connus du type bronzeNb3Sn, des fils de cuivre sont souvent incorporés dans le supraconducteur. L'effet produit par l'in- vention apparatt également par soudage d'aluminium pur sur un supraconducteur fabriqué de cette façon. L'invention est expliquée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation du supraconducteur à multifilaments stabilisés, avec références aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente un supraconducteur 1 consti- tué par un fil de bronze-Nb3Sn 4 et un fil de cuivre 5, sur le- quel est soudée une bande 2 en aluminium pur, à l'aide d'une soudure 3 en SnPb. - la figure 2 représente un autre mode de réalisation de l'invention, o le supraconducteur est conçu comme sur la figure 1, sauf que sur t a face opposée à la bande en aluminium, se trouve également soudée une bande 6 en acier inoxydable. - la figure 3 représente un mode de réalisation o le noyau du supraconducteur 1 est constitué exclusivement de fils en bronze-Nb 3Sn, sur lesquels une bande 4 d'aluminium pur est soudée au Moyen d'une soudure étain-plomb 3. Le coeur du supra- conducteur 1 est soudé à la bande d'aluminium 2 dans ce cas dans un profilé 6a en acier inoxydable de telle façon qu'une partie de la surface de la bande en aluminium pur reste découverte, et de ce fait un refroidissement est réalisable. - la figure 4 représente un mode de réalisation qui se différencie de celui selon la figure 3, uniquement en ce qu'entre le coeur du supraconducteur 1 et la bande en aluminium 2, se trouve soudée une couche en métal 7 de résistance élevée, dans ce cas du laiton. - la figure 5 représente un supraconducteur dans le- quel non seulement la partie 6c en acier inoxydable, mais aussi le métal résistant 7a, présentent une forme de profilé. De ce fait, il est nécessaire que la bande 2a en aluminium soit soudée dans le profilé en métal résistant 7a. R E V E N D I C A T I 0 N S ) Supraconducteur à multifilaments stabilisés concernant leur capacité électrique, dans des conditions de supraconduction, constitués de filaments en Nb3Sn cassants (4) pré-traités, insérés avec des fils de cuivre (5) dans une matrice de bronze, caractérisé par une bande an aluminium pur (2) fixée par une soudure (3) sur le supraconducteur (1), avec ou sans armature métallique soudée également sur le supracon- ducteur. 2 ) Supraconducteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'armature est constituée par de l'acier inoxydable et laisse au moins une partie de la surface de la bande en aluminium pur libre après le soudage, pour la rendre accessible à un agent de refroidissement. 30) Supraconducteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte, entre le conducteur en Nb3Sn et la bande en aluminium pur, une mince couche de quelques dixièmes de millimètreBd'épaisseur d'un métal de résistance élevée. ) Supraconducteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le métal à résistance élevée est du laiton, Cu-Zr, Cu-Be, ou de l'acier inoxydable. ) Procédé pour la fabrication d'un supraconducteur à multifilaments stabilisés concernant ses capacités électriques dans des conditions de supraconduction, formé de filaments en Nb3Sn cassants, pré-traités, dans une matrice en bronze, procédé caractérisé en ce que sur le conducteur en Nb3Sn, se trouve soudée sur au moins une face, une bande d'aluminium pur. 6 ) Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que, sur le conducteur en Nb3Sn, sont soudées, non seule- ment une bande en aluminium pur, mais aussi une armature métal- lique. ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, comme armature métallique, on utilise de l'acier inoxy- dable, l'armature étant soudée sur le conducteur en Nb3Sn en laissant libre, après soudage, au moins une partie de la sur- face de la bande en aluminium pur, afin de la laisser accessible à un agent de refroidissement. ) Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que pour éviter les courants de turbulence, il est disposé par soudure, entre le conducteur en Nb 3Sn et l'aluminium pur, comme barrière de résistance, une couche de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur, en métal de ré- sistance élevée. ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, comme métal de résistance élevée, on utilise au moins l'un des composés métalliques laiton, Cu-Zr, Cu-Be ou acier inoxydable. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, comme soudure, on utilise un al- liage métallique ayant un point de fusion compris entre 200 et 2500C. ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, comme soudure, on met en oeuvre de l'étain-plomb.