Brevet FR2747831A1 — publié le 19971024

BRIN SUPRACONDUCTEUR MUJLTIFILAMENTAIRE HTC ET UN PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL BRIN L'invention concerne ur. brin supraconducteur multifilamentaire à Haute Température critique (HTc) et un procédé de fabrication d'un tel brin. Plus particulièrement l'invention concerne un brin supraconducteur HTc multifilamentaire à gainage d'Argent utilisé en courant alternatif, et un procédé de fabrication d'un tel brin. L'utilisation en courant alternatif des brins supraconducteurs multifilamentaires HTc implique un bon découplage des filaments sucpraconducteurs HTc constitutifs afin de limiter lies pertes énergétiques par les courants induits. Il est connu de réaliser des brins multifilamentaires HTc par la technologie "Poudre En Tube" (Powder In Tube) Cela consiste à remplir une billette de réactifs poudreux susceptibles, après traitement thermique, de se transformer en matériau supraconducteur notamment du type céramique HTc. Cette billette est ensuite fermée sous vide et étirée, mise en f:aisceau dans une nouvelle blee elle-même fermée sous vide et étirée à son tour. Le brin ainsi réalisé est alors mis en forme définitive par exemple par laminage, puis traité thermiquement pour la transformation des réactifs poudreux. On sait aue le mater.au constitutif des billettes doit être suffisamment ductile cour couvoir subir les différentes phases d'étirages et de laminage, et avoir une composition inerte ou du moins sans conséquences pour le traitement thermique de transformaticn des réactifs poudreux en phase supraconductrice. il est connu d'utiliser l'Argent comme matériau constitutif des billettes. Cependant, l'Argent est un matériau très conducteur aux températures de fonctionnementdes supraconducteurs HTc. De ce fait le découplage électrique entre filament est quasiment inexistant. Il est connu de doper l'Ag avec des impuretés du type Pd ou Au à I ou 2 %. Cette technique permet de gagner 2 décades de résistivité à 20 K. Cette techniaue permet des applications à 77 K. Cependant l'alliage Ag/'Pd est coûteux ce qui le rend économiquement rédhibitoire dans des applications de grande série. L'un des buts de la présente invention est de proposer un brin multifilamentaire dent le découplage des filaments est sensiblement amélioré. Un autre but de la présente invention est de proposer un brin multifilamentaire et un procédé de fabrication sensiblement moins coûteux que ' 'utilisation d'Argent dopé pour un découplage supérieur. A cet effet l'invention concerne un brin multifilamentaire supraconducteur HTc comprenant une pluralité de filaments supraconducteurs, chaque filament supraconducteur comprenan- un coeur en céramique supraconductrice HTc, ledit coeur en céramique supraconductrice HTc étant entouré par une gaine d'Ag, elle- même entourée par un alliage résistif. Selon l'invention, chaque filament supraconducteur comprend une couche Intermédiaire d'oxyde isolant localisée entre la gaine d'Ag et 'al'iace résistif. Le brin comprend en coure une gaine d'alliage résistif entourant les filaments constitutifs. La couche intermédiaire d'oxyde isolant peut comprendre des trous à travers lesquels l'alliage résistif du filament est au contact de la gaine d'Ag. Dans un mode de réalisation l'alliage résistif est du cupro-aluminium, et la couche intermédiaire d'oxyde est de l'Alumine. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication du type "poudre en tube" d'un brin. multifilamentaire supraconducteur HTc selon lequel on remplit une première billette de réactifs poudreux susceptibles après oraitemenn thermique de se transformer en matériau supraconducteur H-c; on ferme sous viie e: on etire la première bilette en un brin; on réalise au mo-ns une fois une étape selon laqueie on met le brin en faisceau dans une billette secondaire, la bOetoe secondaire étant fermée sous vide et étirée à son tour en un nouveau brin; on met en forme le nouveau brin; et onr. effectue un:ra:ement thermiquement du brin mis en forme pour transformer les réactifs poudreux en matériaux supraconducteur HTc. Selon l'invention: on réalise des bii etes composites multicouches comprenant au moins une épaisseur extérieure d'alliage métallique dont un au moins des composants est oxydable et une épaisseur intérieure d'Argent; et onr effectue un tra:ement thermique de sorte que les composants oxydables de Iallage métallique diffusent à l'interface alliage m éta lique/argent et, en présence d'oxygène ou de composés oxygénés, s'oxydent en formant un oxyde isolant à ladite interface. Selon une mise en oeuvre du procédé, le traitement thermique de diffu-sion est réalisé en même temps que le traitement thermique de oransformation de la poudre en supraconducteur HTc. Selon une autre mise en oeuvre du procédé, l'étape de mise en forme du brin est en ava' du traitement thermique de diffusion et en amont du traitement thermique de transformation. Dans cete mise en oeuvre, la couche d'oxyde peut être déchirée par endroits lors de la mise en forme, de telle manière que l'alliage résistif soit au contact de la gaine d'Ag à travers lesdites déchirure. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, l'alliage métalliique est du cupro-aluminium à 4%, une partie de l'aluminium diffusant à l'interface alliage métallique/argent et s'oxydant en Alumine lors du traitement thermique. Un premier avantage de la prêsence inven ion résulte des meilleurs caractérist iues isolantes des oxydes isolants par rapport à l'Argent dopé. Un autre avantage de la présente invention résulte de la réduction des couts de fabrica-ien d'un brin selon l'invention. Un autre avantage de la présente invention résulte du fait que le procédé proposé par l'i nvention peut ecre mis en oeuvre sur les dispositifs de fabrication existants. D'autres avantages e: caractéristiques de la présente invention résulteront de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 monre un bri multifilamentaire selon l'invention en coupe transversae. La figure 2 montre un brin multifilamentaire selon l'invention en coupe longituninae. La figure 3 montre un détail de la structure d'un filament du brin mul!-filamentaire selon 'invention. La figure 4 montre un agrandissement d'une partie IV du détail représenté sur la figure 3. L'invention concerne un brin multifilamentaire supraconducteur HTc t comprenano une pluralité de filaments supraconducteurs 2, cnaque filament supraconducteur comprenant un coeur en ceéramque supraconductrice HTc 3 entouré par une gaine d'Ag 4, ee-meme entourée par un alliage résistif 5. Selon 'ir.nve.nton coaque:'ament supraconducteur 2 comprend une couche inerédiare d'oxyde isolant 6 localisée entre la gaine -'Ag 4 e: l'alliage résistif 5 (FIG. 3 et 4). Les filaments constitutifs du brin sont contenus dans une gaine d'alliage résistif La couche incermédiaire d'oxyde isolant 6 peut comprendre des trous non représentés à travers lesquels l'alliage résistif est au contact de La gaine d'Ag. Dans un mode de réalisacion l'alliage résistif est du cupro-aluminium, et la couche intermédiaire d'oxyde est de l'alumine AlC3). L'invention concerne aussi un procédé de fabrication du type "poudre en tube' d'un brin multifilamentaire supraconducteur HTc selon lequei on remplit une cremière billette de réactifs poudreux susceptibles après traitement Ihermique de se transformer en matériau supraconducteur HTc et on ferme la billette sous vide; on étire la première ci!iete en un brin; 1- on réalise au moins une fois, une étape selon laquelle on met le brin en faisceau dans une billette secondaire, on ferme la biiecce secondaire sous vide, et on étire la billette secondaire à son tour en un nouveau brin; on réalise une mise en forme du nouveau brin; on effectue un -raice enc thermiquement du brin mis en forme pour transformer ies réactifs poudreux en matériaux supraconducteur HTc; selon l'invention on réalise des biiiecces composites bi-couches comprenant une épaisseur extérieure d'alliage métallique dont un au moins des composants est oxydable et une épaisseur intérieure d'Argent; et on effectue un traitement thermique de sorte que les composants oxydables de l'aLi- age méctallique diffusent à l'interface alliage mécallique/argent et, en présence d'oxygène ou de composés oxygénés, s'oxydent en formant un oxyde isolant à adice inerface. Selon une mise en oeuvre du procédé, le traitement thermique de diffusion esc réalisé en même temps que le traitement chermique de cransformation de la poudre en supraconducteur HTc. Selon une autre mise en oeuvre du procédé, l'étape de mise en forme du brin est en aval du traitement thermique de diffusion et en amont du traitement thermique de transformation. Dans cette mise en oeuvre, la couche d'oxyde peut être déchirée par endroits lors de la mise en forme, de telle manière que l'alliage résistif soit au contact de la gaine d'Ag à travers lesdites déchirure. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, l'alliage métallique est du cupro-aluminium à 4%, une partie de !0 l'aluminium diffusant à l'interface alliage métallique/argent et s'oxydant en Alumine lors du traitement thermique. La gaine extérieure du brin, c'est à dire la dernière billette peut être uniquement en alliage résistif sans Ag. Dans une variante économique, seule la première billette est une billecce composite en Ag et en matériau résistif oxydable. Bien entendu, '4invencion n'est pas limitée aux modes de réalisation décrics e: représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme du métier sans que l'on s'écarte de l'invention. En particulier, on pourra, sans sortir du cadre de l'invention, remplacer le cupro-aluminium par cout alliage métallique oxydable équivalent. De même la gaine d'Ag pourrait être remplacée par une gaine d'aliiage à base d'Ag sans que l'on sorte de la présente invenrion. REVENDICATIONS 1. Brin mul'ifilamen aire supraconducteur HTc comprenant une pluralité de filaments supraconducteurs HTc, chaque filament supraconducteur HTc comprenant un coeur en céramique supraconducrice HTc, ledit coeur en céramicue supraconductrice HTc étant entouré par une gaine d'Ag, elle- même entourée par un aliage résistif caractérisé en ce que chaque filament supraconducteur HTc comprend une couche intermédiaire d'oxyde isolant localisée entre la gaine d'Ag et l'alliage résistif. 2. Brin multifilamentaire supraconducteur HTc selon la revendication 1 caraceérise en ce que les filaments supraconducteurs HTc constitutifs du brin sont contenus dans une gaine d'alliage résistif. 3. Brin multifilamentaire HTc selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les couches intermédiaires d'oxyde isolant des filements supraconducteurs HTc comprennent des trous à travers lesqueis l'alliage résistif est au contact de la gaine d'Ag. 4. Brin multifilamentaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'alliage résistif est du cupro-aluminium, et les couches intermédiaires d'oxyde sont en Alumine. 5. Procédé de fabricacion d'un brin multifilamentaire HTc du type "poudre en tube" selon lequel on remplit une première billette de réactifs poudreux susceptibles après traitement thermique de se transformer en matériau supraconducteur HTc; on étire la première billette en un brin; on réalise au moins une fois une étape selon laquelle on met le brin en faisceau dans une billette secondaire, la billette secondaire étant étirée à son tour en un nouveau brin; on réalise une mise en forme du nouveau brin; on effectue un traitemer.t thermiquement du brin mis en forme; le procédé est caractérisé en ce que on réalise au moins une billette composite multicouche comprenant au moins une épaisseur extérieure d'alliage métallique dont un au moins des composants est oxydable et une épaisseur intérieure d'Argent; et on effectue un traitement thermique de sorte que les composants oxydables de l'alliage métallique diffusent à l'interface alliage métailique/argent et, en présence d'oxygène ou de composés oxygénés, s'oxydent en formant un oxyde isolant à ladite interface. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le traitement thermique de diffusion est réalisé en même temps que le traitement thermique de transformation des réactifs poudreux en supraconducteur HTc. 7. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'étape de mise en forme du brin est en aval du traitement thermique de diffusion et en amont du traitement thermique de transformation. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que lors de l'étape de mise en forme la couche d'oxyde de certains filaments est déchirée oar endroits, de telle manière que l'alliage rés-stif soit au contact de la gaine d'Ag à travers lesdites déchirure. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que l'alliage métallique est du cupro- aiuminium à 4%, une partie de 'aluminium diffusant à l'interface alliage métaiique/argent et s'oxydant en alumine lors du traitement thermique. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications à 9 caractérisé en ce que seule la première billette est une billette composite, la ou les billettes secondaires étant en matériau résistif.