BE1003160A5

BE1003160A5 - Incorporation of long ceramic elements in a metal matrix in order to obtaina composite supra-conductor

Info

Publication number: BE1003160A5
Application number: BE8801266A
Authority: BE
Original assignee: Dour Metal Sa
Priority date: 1988-11-03
Filing date: 1988-11-03
Publication date: 1991-12-17

Abstract

Ceramic filaments or metal filaments covered with a supra-conductive ceramicfilm, itself covered by a metal coating (2), are assembled by braiding ortwisting. When they are assembled (6), powdered metal 1 or a galvanised metalcoating is incorporated (5). This braid (8) is then rolled or drawn tocalibrate it and/or heat treat it to fix the metal deposit in the braid(figures 1 and 3). A second assembly operation using the braids (2) (fig. 2),similar to the first, with incorporation (5) of powdered metal (1) or agalvanised metal coating allows an assembly (8) to be obtained that has animpervious wound sheath (10), the wound ribbon (12) being covered by an alloywith a low melting point, that is melted by the heat treatment (13). Theassembly inside this impervious sheath is then consolidated by a hotisostatic compression treatment.

Description

       

  Incorporation de filaments céramiques long dans

  
une matrice métallique en vue d'obtenir un fil .

  
supraconducteur composite.

  
Introduction : 

  
Les produits supraconducteurs à haute température

  
 <EMI ID=1.1> 

  
céramiques qu'il est difficile d'obtenir en filament de petit diamètre (de l'ordre de 10 um) et qui sont extrêmement fragiles. La présente invention consiste en un procédé destiné à incorporer des filaments céramiques supraconducteurs dans une matrice métallique servant entre autre, de stabilisateur thermique, de stabilisateur électrique, de renforcement et de protection mécanique.

  
Description du procédé.

  
1.. Le matériaux de base entrant dans le procédé consiste en un filament mince de 1 à 50 microns environs
(métallique ou céramique par exemple) recouvrert d'un film mince de céramique supraconductrice. Le procédé de fabrication de tels filaments avec recouvrement de céramique supraconductrice ne fait pas partie de la présente invention.

  
2.. Recouvrement du filament obtenu en 1 par un . matériau bon conducteur (Al, Ag, Cu par exemple) en utilisant, par exemple, le dépôt par vaporisation sous vide, ou la pulvérisation au plasma, etc.. Le diamètre du filament ainsi obtenu se situe alors entre 1 et 50 microns. La couche métallique sert à la fois de protection et de couche liaison entre la future matrice métallique et le filament. Le filament est enroulé sur .0 des bobines (2).

  
3.. Assemblage par toronnage d'un certain nombre (de 30 à 50 par exemple) de ces filaments pour former un toron
(voir figure 1 présentant un moyen possible pour obtenir un tel toron : les bobines (2) sont maintenues fixes dans l'espace. Tous les filaments convergent vers le point d'assemblage (6) à travers les guides (4). La combinaison des rotations Wl et W2 de la réception tournante (9) donne le pas de toronnage. D'autres procèdes utilisants des tornneuses de différents types tels que toronneuse à cage, à lyre, etc ... peuvent être utilisées). Au point d'assemblage où convergent tous ces filaments (6), on incorpore (5) une poudre métallique

  
(1) de même composition ou d'une autre composition que le recouvrement des fibres décrits en point 2. Cette poudre constituera ultériement la matrice métallique. Elle peut être mélangée à un liant destiné à immobiliser la poudre entre les filaments formant le toron. Une variante sera d'incorporer ce métal par phase liquide ou par dépôt galvanique (voir figure 3),ou d'incorporer une poudre métallique de composition chimique différente.

  
4.. Le toron (8) passe ensuite par une opération de laminage/tréfilage de calibration (7) et / ou traitement thermique (7) pour fixer la poudre métallique dans le toron. Le toron (8)est ensuite enroulé sur une bobine de diamètre adéquat (9). (voir figure 1).

  
5.. Assemblage par toronnage d'un certain nombre (de
30 à 50 torons par exemple) de torons obtenus aux opérations 3 et 4 avec incorporation d'une poudre métallique dans les mêmes conditions qu'au point 3 (voir fig.2).

  
6.. Traitement par laminage suivi ou non d'un tréfilage de calibration (ou compaction) (7) et/ou traitement thermique pour fixer la poudre métallique dans les torons.

  
7.. Rubannage du toron obtenu au point 6 au moyen d'un ruban- métallique mince (12) recouvert sur une ou deux faces d'un métal ou d'un alliage métallique à bas point. de fusion (température de fusion du -métal ou de l'alliage -inférieur à celle du ruban métallique). Le rubannage sera déposé de manière à ce qu' un recouvrement soit ménagé entre chaque spire (10). Les opérations 5 à 7 sont illustrées à la figure 2.

  
8.. Le produit rubanné passe ensuite par un traitement thermique (13) destiné à faire fondre le film de métal à bas-point de fusion défini au point 7, pour solidariser les spires de ruban entre elles et établir l'étanchéité entre:
a) le volume intérieur rubanné contenant la poudre métallique et les torons de filaments céramiques, b) le monde extérieur.

  
Le produit ainsi obtenu est ensuite enroulé sur une bobine et les 2 extrémités sont obturées au moyen de capuchons métalliques brasés. La combinaison des rotations Wl, W2 et W3 donne les différents pas d'assemblage et de rubannage.

  
9.. Traitement par le procédé bien connu de compression isostatique à chaud du produit obtenu suivant un cycle de pressions et de températures adéquat pour permettre à la poudre métallique (ou au métal déposé par un des procédés décrits en 3) emprisonnée dans la gaine rubannée de se consolider avec le recouvrement des fibres. On obtient ainsi un fil métallique composite contenant des fibres céramiques supraconductrices, le tout gainé par un matériau éventuellement moins bon conducteur de l'électricité à basse température afin de diminuer les transferts de courant entre fils lorsque plusieurs de ces fils sont rassemblés en câble. 

  
Revendications

  
1.. Le dépôt d'une couche métallique (en Ag par exemple)

  
autour d'un filament mince ( de l'ordre de 10 microns )

  
recouvert au préalable par un film supraconducteur

  
céramique.

  
2.. L'assemblage d'un certain nombre de ces fibres (1) en torons (8 fig.l) dans lequel on incorpore (5) une poudre métallique (1) avec ou sans liant de même nature que le recouvrement utilisé au point 1.



  Incorporation of long ceramic filaments in

  
a metal matrix in order to obtain a wire.

  
composite superconductor.

  
Introduction:

  
High temperature superconductive products

  
 <EMI ID = 1.1>

  
ceramics which are difficult to obtain in filaments of small diameter (of the order of 10 μm) and which are extremely fragile. The present invention consists of a method for incorporating superconductive ceramic filaments into a metal matrix serving inter alia as a thermal stabilizer, an electrical stabilizer, a reinforcement and a mechanical protection.

  
Description of the process.

  
1. The basic material used in the process consists of a thin filament of around 1 to 50 microns
(metallic or ceramic for example) covered with a thin film of superconductive ceramic. The process for manufacturing such filaments with a covering of superconductive ceramic is not part of the present invention.

  
2 .. Covering of the filament obtained in 1 by one. good conductive material (Al, Ag, Cu for example) using, for example, deposition by vacuum spraying, or plasma spraying, etc. The diameter of the filament thus obtained is then between 1 and 50 microns. The metal layer serves both as a protection and as a bonding layer between the future metal matrix and the filament. The filament is wound on .0 spools (2).

  
3 .. Assembly by stranding of a certain number (from 30 to 50 for example) of these filaments to form a strand
(see FIG. 1 presenting a possible means for obtaining such a strand: the coils (2) are held fixed in space. All the filaments converge towards the assembly point (6) through the guides (4). rotations W1 and W2 of the rotating reception (9) give the stranding pitch. Other methods using tornneuses of different types such as cage, lyre stranders, etc. can be used). At the assembly point where all these filaments (6) converge, a metal powder is incorporated (5)

  
(1) of the same composition or of another composition as the covering of the fibers described in point 2. This powder will subsequently constitute the metallic matrix. It can be mixed with a binder intended to immobilize the powder between the filaments forming the strand. A variant will be to incorporate this metal by liquid phase or by galvanic deposition (see FIG. 3), or to incorporate a metallic powder of different chemical composition.

  
4. The strand (8) then goes through a calibration rolling / drawing operation (7) and / or heat treatment (7) to fix the metal powder in the strand. The strand (8) is then wound on a reel of suitable diameter (9). (see figure 1).

  
5 .. Assembly by stranding of a number (of
30 to 50 strands for example) of strands obtained in operations 3 and 4 with incorporation of a metallic powder under the same conditions as in point 3 (see fig. 2).

  
6 .. Treatment by rolling followed or not by a calibration drawing (or compaction) (7) and / or heat treatment to fix the metal powder in the strands.

  
7 .. Stranding of the strand obtained in point 6 by means of a thin metallic ribbon (12) covered on one or both sides with a metal or a low point metallic alloy. melting point (melting temperature of -metal or alloy -lower than that of the metallic strip). The taping will be deposited so that a covering is provided between each turn (10). Operations 5 to 7 are illustrated in Figure 2.

  
8 .. The ribboned product then goes through a heat treatment (13) intended to melt the metal film with a low melting point defined in point 7, in order to secure the turns of ribbon between them and establish the seal between:
a) the interior volume of the ribbon containing the metallic powder and the strands of ceramic filaments, b) the outside world.

  
The product thus obtained is then wound on a spool and the 2 ends are closed by means of brazed metal caps. The combination of rotations Wl, W2 and W3 gives the different steps of assembly and taping.

  
9 .. Treatment by the well known process of hot isostatic compression of the product obtained according to a cycle of pressures and temperatures adequate to allow the metal powder (or the metal deposited by one of the methods described in 3) trapped in the ribbon sheath to consolidate with the covering of fibers. A composite metal wire is thus obtained containing superconductive ceramic fibers, the whole sheathed by a material possibly less good conductor of electricity at low temperature in order to reduce the transfers of current between wires when several of these wires are assembled in cable.

  
Claims

  
1 .. The deposition of a metallic layer (in Ag for example)

  
around a thin filament (around 10 microns)

  
covered beforehand with a superconductive film

  
ceramic.

  
2 .. The assembly of a certain number of these fibers (1) in strands (8 fig.l) in which there is incorporated (5) a metallic powder (1) with or without binder of the same kind as the covering used in point 1.

Claims

3.. Le procédé selon revendication 2 utilisant une poudre métallique de nature différente de celle du recouvrement utilisé au point 1. 3. The method according to claim 2 using a metallic powder of a different nature from that of the covering used in point 1.

4.. Le procédé selon revendication 2 et 3 utilisant un métal fondu en lieu et place de la poudre. 4. The method according to claim 2 and 3 using a molten metal in place of the powder.

5.. Le procédé selon revendication 2 et 3 utilisant un dépôt galvanique suivant figure 5. The method according to claim 2 and 3 using a galvanic deposition according to the figure

6.. L'assemblage d'un certain nombre de ces torons (fig.2) avec incorporation (5) de poudre métallique (1), de métal fondu ou de dépôt galvanique suivant le même principe que celui exposé au point 2 à 5. 6 .. The assembly of a number of these strands (fig. 2) with incorporation (5) of metal powder (1), molten metal or galvanic deposition according to the same principle as that exposed in point 2 to 5.

7.. Le rubannage avec recouvrement (10) du toron obtenu en par un ruban métallique (12) recouvert sur une ou faces d'un métal ou alliage à bas point de fusion. Le produit sera ensuite traité thermiquement (13) de manière à obtenir une gaine étanche autour de l'assemblage toronné. 7 .. The taping with covering (10) of the strand obtained by a metallic strip (12) covered on one or faces with a metal or alloy with a low melting point. The product will then be heat treated (13) so as to obtain a tight sheath around the stranded assembly.

8.. Le traitement de mise sous pression isostatique à chaud du produit obtenu en 7 de manière à consolider la poudre métallique (ou le métal fondu déposé, ou le dépôt galvanique) avec le dépôt métallique effectué sur les filaments supraconducteurs intérieurs à la gaine rubannée. <EMI ID=2.1> 8 .. The hot isostatic pressurization treatment of the product obtained in 7 so as to consolidate the metallic powder (or the molten metal deposited, or the galvanic deposit) with the metallic deposit carried out on the superconductive filaments inside the ribbon sheath. . <EMI ID = 2.1>

comme gaine peu conductrice du courant à basses températures pour diminuer le transfert de courant de fils à fils par couplage électromagnétique lorsque plusieurs fils obtenus par la procédure 1 à 8 sont utilisés en un câble toronné. as a conductive sheath of current at low temperatures to reduce the current transfer from wire to wire by electromagnetic coupling when several wires obtained by the procedure 1 to 8 are used in a stranded cable.