Orientador: Daltro Garcia Pinatti

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Desenvolvemos um novo método de preparação para fios multifilamentares de Cu-Nb3Sn, baseado na metalurgia do pá. Obtivemos fios de Cu-x%Nb-2%Al (x = 10, 30) que foram estanhados e aquecidos a vácuo havendo a difusão do Sn (T £ 500ºC) e sua reação (T = 700ºC) com o Nb formando Nb3Sn. os fios...

Resumo: Desenvolvemos um novo método de preparação para fios multifilamentares de Cu-Nb3Sn, baseado na metalurgia do pá. Obtivemos fios de Cu-x%Nb-2%Al (x = 10, 30) que foram estanhados e aquecidos a vácuo havendo a difusão do Sn (T £ 500ºC) e sua reação (T = 700ºC) com o Nb formando Nb3Sn. os fios apresentaram densidades de microfilamentos da ordem de 4 x 104 microf./mm2. As propriedades supercondutoras (Tc , Jc x H), mecânicas (t x e) e resistividade elétrica (r) para os fios de Cu-Nb-Al foram as normalmente esperadas. Os fios de Nb3Sn tiveram alto Tc ~ 17,9K, próximo do valor para a fase Al5 pura (18,3K). As curvas Jc x H ficaram ~ 4 vezes abaixo dos resultados típicos da literatura, para fios preparados por outros métodos. As causas foram: (1) baixo fator de redução em área (A0/A ~ 103) de nossos fios; (2) reação incompleta dos microfilamentos de Nb por falta de Sn. Estimamos que usando A0/A ~ 104 e havendo a reação total poderemos obter Jc ~ 7 vezes maiores que os valores atuais. O fio de Nb3Sn ficou bem rígido, devido a baixa relação matriz/supercondutor ~ 0.7. Este desvio da composição inicial (matriz/sup. ~ 2,3) ocorreu porque a matriz de cobre deformou mais rapidamente que as partículas de Nb em seu interior. Neste trabalho obtivemos pela primeira vez a evidência experimental de que Jc aumenta com a diminuição do tamanho inicial das partículas de Nb. Mostramos que isto ocorre porquê é favorecida uma distribuição mais uniforme e interconectada dos microfilamentos e também uma maior estabilização intrínseca do fio

Abstract: We developed a new method to prepare multifilamentar wires of Cu-Nb3Sn wich is based on powder metallurgy. First we made wires of Cu-xwt%Nb-2wt%Al (x = 10, 30) and then were tinned and heat treated for Sn diffusion (T £ 500ºC) and reaction (T = 700ºC), leading to the Nb3Sn Al5 phase. Final...

Abstract: We developed a new method to prepare multifilamentar wires of Cu-Nb3Sn wich is based on powder metallurgy. First we made wires of Cu-xwt%Nb-2wt%Al (x = 10, 30) and then were tinned and heat treated for Sn diffusion (T £ 500ºC) and reaction (T = 700ºC), leading to the Nb3Sn Al5 phase. Final wires showed microfilament density ~ 4 x 104 microf./mm2. The superconducting properties (Tc, Jc x H), mechanical properties (t x e) and electrical resistivity (r) for Cu-Nb-Al wires were as normally expected. Nb3Sn wires showed high Tc values ~ 17,9K, very near that for the pure Al5 phase (18,3K). However Jc values were ~ 4 times lower than typical published results for wires prepared by other methods. We interpret the causes to be (1) the low areal reduction factor (A0/A ~ 103) of our wires; (2) incomplete reaction of Nb microfilaments due to an insufficient quantity of Sn atoms. Using A0/A ~ 104 and having a complete reaction we could predict Jc values ~ 7 times above these present values. Our Nb3Sn wires were more rigid than expected because the very low ratio matrix/superconductor ~ 0.7. This values deviated from the initial composition (matrix/sup. ~ 2.3), the reason being the greater deformation rate for the Cu matrix. Here we present for the first time experimental evidence that Jc increases when decreases the initial Nb particle size. We interpret that finer particle size favours a more uniform and interconnected arrangement of microfilaments, and also improves the intrinsic stabilization of the wire against flux jumps