Supravodivý drôt s MgB2 jadrom a Al obalom a spôsob jeho výroby
22. 11. 2022 | videné 215-krát
V spolupráci ÚMMS SAV a ElÚ SAV bol vyvinutý materiál na báze hliníka na aplikáciu plášťa ultraľahkého supravodivého drôtu s MgB2 jadrom. Nový materiál patrí do skupiny materiálov HITEMAL (pôvodne vyvinuté v ÚMMS SAV), ultrajemnozrnných in-situ Al + Al2O3 kompozitov pripravených práškovou metalurgiou. Výskum a vývoj bol motivovaný požiadavkou priemyslu na prípravu ľahkého supravodivého drôtu na aplikácie v energetickom sektore (napr. veterné turbíny), v doprave (napr. vlaky Maglev), či vo vesmírnom programe (napr. aktívne tienenie kozmického žiarenia modulov dlhodobých letov). Pri súčasných technických vyhotoveniach supravodičov na báze MgB2 sa využíva materiál plášťa z kovov s vysokou hustotou (typicky na báze Cu), pričom plášť supravodiča tvorí podstatnú časť objemu drôtu. Zásadný nárast efektivity a zníženia spotreby motivuje náhradu Cu plášťa riešením na báze Al v supravodivých a kryogénnych aplikáciách, kde je žiaduca redukcia hmotnosti rotačných a pohybujúcich sa častí. Použitie plášťa na báze konvenčných Al materiálov na prípravu kvalitného MgB2 supravodivého drôtu však nie je technologicky možné. Toto obmedzenie je dané najmä tým, že počas prípravy drôtov PIT, resp. IMD procesom dochádza k in-situ syntéze MgB2 jadra pri teplotách veľmi blízkych teplote tavenia čistého Al a zároveň čistý Al nemá dostatočnú pevnosť na to, aby poskytol mechanickú stabilizáciu počas výroby drôtu deformáciou za studena. Na druhej strane vysokopevné Al zliatiny majú nedostatočnú elektrickú a tepelnú vodivosť vyžadovanú pri aplikácii supravodiča, navyše majú ešte nižšiu teplotu tavenia, resp. solidu. Tieto náročné a navzájom protichodné požiadavky sa podarilo skĺbiť použitím inovovaného materiálu HITEMAL. Optimalizovaná ultrajemnozrnná Al štruktúra HITEMALU s dispergovanými nanometrickými Al2O3 časticami, ktoré vznikajú in situ z pasivačných obálok vstupných Al práškov, zabezpečuje a) dostatočnú mechanickú stabilizáciu Mg + B jadra počas deformácie a zároveň b) výnimočnú mikroštruktúrnu stabilitu až do teploty 650 °C, pričom teplota tavenia HITEMAL je 661,2 °C. Zároveň vďaka jemnozrnnej Al štruktúre si plášť HITEMAL zachováva výborné mechanické vlastnosti vyžadované počas dodatočného spracovania supravodivého drôtu pri kryogénnych podmienkach. Navyše vďaka nízkemu obsahu Al2O3 zložky v Al vykazuje plášť HITEMAL požadovanú elektrickú a tepelnú vodivosť. Vďaka unikátnej kombinácii vlastností nového materiálu HITEMAL bolo možné po prvýkrát reálne vyrobiť vysokokvalitný ultraľahký supravodivý drôt s MgB2 jadrom, a to konvenčnými technológiami. V roku 2018 sa pokračovalo v ochrane myšlienky supravodivého drôtu HITEMAL + MgB2 podaním PCT patentovej prihlášky.
Elektrotechnický ústav SAV, Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV
Riešitelia: Martin Balog, Peter Krížik, Pavol Kováč, Imrich Hušek, Ľubomír Kopera, Alica Rosová
Projekt: APVV-0522-14
- BALOG, Martin – ROSOVÁ, Alica – SZUNDIOVÁ, Barbora – OROVČÍK, Ľubomír – KRÍŽIK, Peter – ŠVEC, Peter Jr. – KULICH, Miloslav – KOPERA, Ľubomír – KOVÁČ, Pavol – HUŠEK, Imrich – IBRAHIM, Ahmed Mohamed Hassan. HITEMAL – an outer sheath material for MgB2 superconductor wires: the effect of annealing at 595–655 °C on the microstructure and properties. In Materials and Design, 2018, vol. 157, p. 12-23. (4.525 – IF2017; Q1).
- BALOG, Martin – KOVÁČ, Pavol – KRÍŽIK, Peter – ROSOVÁ, Alica – OROVČÍK, Ľubomír – KULICH, Miloslav – HUŠEK, Imrich – KOPERA, Ľubomír – ŠVEC, Peter. Powder Metallurgy Fabricated In-situ Al- Al2O3 Composite (HITEMAL) as a Sheath Material of MgB2 Based Superconductive Wire. In 2018 World Congress on Powder Metallurgy [elektronický zdroj]. – Peking, Čína ; Peking, Čína : The Chinese Society for Metals : China Powder Metallurgy Alliance, 2018, p. 974-982.
- KOVÁČ, Pavol – HUŠEK, Imrich – KULICH, Miloslav – KOVÁČ, Ján – MELIŠEK, Tibor – KOPERA, Ľubomír – PEREZ, N. – HAESSLER, W. – BALOG, Martin – KRÍŽIK, Peter – BEREK, Dušan. Lightweight MgB2 wires with a high temperature aluminum sheath made of variable purity Al powder and Al2O3 content. In Superconductor Science and Technology, 2018, vol. 31, no. 085003. (2.861 – IF2017).
- KOVÁČ, Pavol – HUŠEK, Imrich – ROSOVÁ, Alica – KULICH, Miloslav – KOVÁČ, Ján – MELIŠEK, Tibor – KOPERA, Ľubomír – BALOG, Martin – KRÍŽIK, Peter. Ultra-lightweight superconducting wire based on Mg, B, Ti and Al. In Scientific Reports, 2018, vol. 8, no. 11229. (4.122 – IF2017; Q1).
- Balog M., Krizik P., Kovac P., Husek I., Kopera L., Rosova A., Superconductor wire with MgB2 core and Al based sheath and method of its production, PCT/IB2018/053540 (2018).