Сверхпроводниковая сварка

image
Сварочная техника высокотемпературных сверхпроводников расширяет перспективы. Технология сварки расширяет перспективы для сверхпроводниковой сварки. Ученые при департаменте Аргоннской национальной лаборатории энергетики США (Аргон, Иллинойс) разработали способ сварить детали из высокотемпературных сверхпроводников.
Сварные швы образуют прочные связи, которые сохраняют равномерный электрический поток через швы. Эти сварные блоки могут быть использованы для токопроводов, ограничителей тока замыкания, устройств хранения энергии, двигателей высокой плотности энергии и провода или кабеля высокого тока.
Высокотемпературные сверхпроводники, которые теряют электрическое сопротивление при охлаждении жидким азотом, были обнаружены в конце 1980-х годов. Они обладают потенциалом для создания более эффективных магнитных полей и передачи электроэнергии без потери к сопротивлению. Некоторые приложения используются, но большинство идей требуют больших компонентов. Исследователи не смогли изобрести большие высокоэффективные сверхпроводящие структуры, несущие ток равномерно и было трудно присоединиться к более мелким секциям, не мешая электрическому потоку. Новый процесс сварки может преодолеть это ограничение.
«Это нововведение является существенным, и долгожданным ключом к широкому использованию высокотемпературных сверхпроводников в электроэнергетике», сказал Бойд Вэал, разработчик техники, в Аргонском пресс-релизе. Его коллеги подключились к этому вопросу, включая Аргоннских исследователей Гельмут Клаус, Хонг Чжэн, Пол Пауликасом, Лихуа Чен, и Джордж Кребтри.
Новый процесс сварки склеивает кусочки иттрия с присадкой бария-меди-оксид (YBCO) с использованием слоев тулиевого легированного бария-меди-оксид (TmBCO). Точка плавления TmBCO составляет около 20 ° C холоднее, чем YBCO. Материалы, нагревают до температуры, примерно на полпути между их точками плавления. В качестве совместных в YBCO «семена» разжиженный TmBCO, обеспечивая шаблон на границе раздела для TmBCO, когда он охлаждается. Это приводит к сварному шву, который сохраняет кристаллическую структуру YBCO, которая является механически прочной и несет высокий ток.
Левая панель показывает магнитное поле, создаваемое сверхпроводящим током, циркулирующим вокруг неразрывного кольца диаметром 12 мм. В центральной панели, кольцо разрезают, а магнитное поле падает, когда электрический ток перестает течь. В правой панели, кольцо было «сварено» вместе с новым процессом, разработанным в Аргонне. Распределения поля исходного кольца и приваренного кольца очень похожи, демонстрируя качество сварного шва. (Источник: Argonne National Laboratory.)
Сверхпроводники представляют собой материалы, которые теряют свою устойчивость к электрическим токам при пониженной температуре. Первыми из них были идентифицированы металлы, которые стали сверхпроводящими при приближении к абсолютному нулю (-273,16 ° C). Высокотемпературные сверхпроводники, найденные в конце 1980-х годов, теряют устойчивость при температурах, которые позволяют использовать недорогие хладагенты, такие как жидкий азот, который образуется при температуре -196 ° C. YBCO, обнаруженный в 1988 году, становится сверхпроводником при -181 ° C.