Conductor recubierto.

Proceso para producir un conductor recubierto con una sección transversal esencialmente redonda,

donde unacapa de superconductor de alta temperatura está intercalada a modo de sándwich entre una capa de sustratointerior y una capa de sustrato exterior, comprendiendo el proceso los pasos de disponer una segunda capa (2) desustrato sobre la capa más exterior de un conductor (1) recubierto con forma de cinta prefabricado que comprende lacapa de superconductor de alta temperatura sobre un primer sustrato para llevar la capa de superconductor de altatemperatura del conductor recubierto con forma de cinta prefabricado hasta la región axial neutral y, entonces,doblar el conductor recubierto con forma de cinta prefabricado cubierto por la segunda capa (2) de sustratoalrededor de su eje longitudinal para obtener el conductor recubierto con una sección transversal esencialmenteredonda

Conductor recubierto

La presente invención se refiere a un superconductor de alta temperatura (HTS, High Temperature Superconductor) , en particular a un superconductor de alta temperatura conocido como conductor recubierto, así como a un procedimiento para la fabricación de un conductor recubierto que permite una mayor libertad en la conformación del conductor recubierto.

Los conductores recubiertos, a los que también se hace referencia como "superconductores de segunda generación", tienen típicamente una forma que tiene una gran longitud con caras planas, como una cinta o banda. Están compuestas por una estructura multicapa con un sustrato, una capa de superconductor y, según las necesidades, una o más capas de búfer entre el sustrato y la capa de semiconductor, estando las capas depositadas sobre una cara plana del sustrato. La (s) capa (s) de búfer sirve (n) para compensar las diferentes propiedades de los materiales utilizados. Estructuras típicas de conductores recubiertos requieren varias capas de búfer. Finalmente, se puede depositar una capa metálica de protección sobre la capa de superconductor para completar la estructura de superconductor completa.

Los conductores de alta temperatura, como los conductores recubiertos, son candidatos prometedores para una pluralidad de aplicaciones para cables de transmisión de potencia, bobinas de rotores en motores y generadores, y arrollamientos para transformadores, limitadores de intensidad de falta, así como para imanes para la formación de imágenes médicas por resonancia magnética nuclear (RMN) .

Es conocida la fabricación de cables HTS para el arrollamiento de un conductor recubierto con forma de cinta helicoidalmente alrededor de una plantilla.

Un importante problema en la fabricación de conductores recubiertos es la orientación o alineación de los granos cristalinos del material superconductor, que debería estar cerca de la perfección monocristalina para tener buenas propiedades de transmisión de intensidad, como una densidad de intensidad crítica (Jc) y una intensidad crítica (Ic) en el estado superconductor. También se hace referencia a la alineación como una textura, lo que significa que la orientación de los granos cristalinos no es aleatoria, sino que tiene una dirección preferente. Preferentemente, la capa de superconductor debe tener una textura biaxial con los granos cristalinos alineados tanto en el plano como fuera del plano.

La calidad de la textura biaxial se expresa típicamente en términos del ángulo cristalográfico de desviación grano-agrano tanto en el plano como fuera del plano, que refleja el grado de inclinación de los granos cristalinos individuales unos contra otros. Cuanto menor sea el ángulo de desviación, mejor es la textura de la capa. El grado de la textura puede determinarse por medio de técnicas de difracción de rayos X, especificando la función de distribución de la orientación en el plano y fuera del plano de los granos de la capa. Basándose en los datos obtenidos por rayos X, se pueden obtener los valores de anchura a mitad de altura (F\I\II-IM, Full-Width-HalfMaximum) del escaneo de Fi en el plano (LI<P) y de la curva de balanceo (Llw) fuera del plano. Cuanto menor sea el valor de F\I\II-IM, mejor es la textura. Típicamente, los valores de desviación deben ser menores de 10 grados y, en particular, menores de alrededor de 5 grados.

Actualmente, existen dos métodos principales para conseguir la textura deseada. De acuerdo con el primer método, se deposita una capa de búfer altamente texturizada sobre un sustrato policristalino orientado aleatoriamente por medio de procesos dirigidos de recubrimiento físico como la deposición asistida por haz de iones (lBAD, Ion Beam Assisted Deposition) . Las capas de búfer altamente texturizadas sirven para transferir la textura deseada a la capa de superconductor crecida sobre la capa de búfer.

De acuerdo con un segundo método, se utiliza un sustrato altamente texturizado que puede obtenerse mediante tratamientos mecánicos, como por ejemplo el RABiTS (Texturizado biaxial de sustratos asistido por rodillos, o Rolling assisted biaxial texturing of substrates) . Aquí, la textura del sustrato se transfiere a la capa de búfer y, luego, a la capa de superconductor depositada sobre la misma. Algunos ejemplos de metales adecuados para sustrato son el cobre, níquel, plata, hierro, y sus aleaciones.

Aunque no se restringe a estos, actualmente se utilizan convencionalmente superconductores de tipo cuprato de tierras raras y bario de la fórmula TRBa2Cu307_x para la producción de conductores recubiertos, donde la x representa el contenido en oxígeno dentro del rango adecuado para el material superconductor particular. Un miembro preferido del mismo es el conocido por la referencia YBCO-123, donde la combinación numérica 123 corresponde a la relación estequiométrica entre los elementos Y, Ba y Cu.

Capas de búfer típicas son óxidos cerámicos e incluyen zirconato de lantano, óxido de cerio, zirconio estabilizado con itrio (YSZ, Ytrium Stabilized Zirconia) , óxido de titanio estroncio, aluminatos de tierras raras y varios óxidos de tierras raras.

Son conocidos en la técnica métodos de deposición para las capas de búfer, así como de la capa de superconductor. Además, también son bien conocidos en la técnica y están ampliamente descritos los conductores

recubiertos con forma de cinta y los procesos para fabricar los mismos.

Debido a su naturaleza cerámica, las capas de búfer y HTS son quebradizas. Además, la calidad de la textura es muy sensible a las tensiones. Por tanto, es difícil evitar daños en las siguientes etapas del procesado, como la conformación de un conductor recubierto. Este problema relacionado con la facilidad con que se daña es grave, ya que las capas HTS típicamente tienen un grosor muy delgado, sólo de entre 0, 5 a 3 I-lm.

Para mejorar la robustez mecánica de conductores recubiertos con forma de cinta cuando se someten a tensiones por doblado, Verebelyi et al., en Supercond. Sci. Technol. 16 (2003) 1158 a 1161, y US 2002/1444838, de Fritzemeyer et al, sugieren añadir una capa adicional de recubrimiento sobre el conductor recubierto, llevando así la capa de superconductor de alta temperatura a la región axial neutral. Con esta estructura, se obtuvieron diámetros de curvado alrededor del eje transversal de hasta 12 mm sin afectar a la intensidad crítica.

DE 197 24 618 A1 se refiere a una tubería corrugada con una corrugación helicoidal o en forma de anillo obtenida a partir de una cinta metálica con una capa de superconductor de alta temperatura depositada sobre la misma al formar la cinta con la capa de superconductor de alta temperatura en una tubería ranurada, cerrar la ranura y corrugar la tubería. En esta tubería corrugada, se han observado trastornos de la capa de superconductor de alta temperatura en las regiones de las crestas y valles de la onda debido a la compresión y estiramiento de la estructura corrugada.

Este problema se resuelve disponiendo otra cinta metálica sobre la cinta con la capa de superconductor de alta temperatura, siendo la cinta adicional significativamente más gruesa que la primera cinta, por ejemplo alrededor de 8 veces. Además, se proporciona una capa de promoción de la adhesión entre la capa de superconductor de alta temperatura y la cinta metálica adicional que proporciona suficiente movilidad a la estructura requerida para la corrugación.

En esta estructura donde la zona del eje neutral está dentro de la cinta adicional más gruesa, se puede obtener un diámetro de doblado de 12 mm sin afectar a la capa de superconductor de alta temperatura.

Recientemente, se han descrito conductores recubiertos con una sección circular, a los que también se hace referencia como "conductores recubiertos redondos", donde el sustrato forma un núcleo que es cubierto por la estructura de la capa. El núcleo puede ser hueco, como un tubo, o puede ser sólido, como una varilla. Por ejemplo, dichos "conductores recubiertos redondos" y métodos de fabricación de los mismos se describen en US 2008/0119365 A1 Y EP 1916720 A1. Un método tipico para fabricar un conductor recubierto redondo comprende los pasos de dar a un sustrato plano una forma redondeada mediante el doblado del sustrato plano alrededor de su eje longitudinal para formar un tubo ranurado, opcionalmente, dar un tratamiento de texturizado por recocido de la superficie conformada, y posteriormente... [Seguir leyendo]

1. Proceso para producir un conductor recubierto con una sección transversal esencialmente redonda, donde una capa de superconductor de alta temperatura está intercalada a modo de sándwich entre una capa de sustrato interior y una capa de sustrato exterior, comprendiendo el proceso los pasos de disponer una segunda capa (2) de sustrato sobre la capa más exterior de un conductor (1) recubierto con forma de cinta prefabricado que comprende la capa de superconductor de alta temperatura sobre un primer sustrato para llevar la capa de superconductor de alta temperatura del conductor recubierto con forma de cinta prefabricado hasta la región axial neutral y, entonces, doblar el conductor recubierto con forma de cinta prefabricado cubierto por la segunda capa (2) de sustrato alrededor de su eje longitudinal para obtener el conductor recubierto con una sección transversal esencialmente redonda.

2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la segunda capa (2) de sustrato está hecha a partir del mismo material que la primera capa de sustrato del conductor (1) recubierto con forma de cinta prefabricado y tiene el mismo grosor.

3. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, donde la segunda capa (2) de sustrato es otro conductor recubierto con forma de cinta prefabricado, y donde el otro conductor recubierto con forma de cinta prefabricado se aplica sobre el primer conductor (1) recubierto con forma de cinta prefabricado de modo que las capas de superconductor de alta temperatura están enfrentadas una a la otra.

4. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el superconductor de alta temperatura se selecciona del grupo que consiste en superconductores de óxido cerámico basados en bismuto, basados en talio, basados en itrio y basados en mercurio.

5. Proceso de acuerdo con la reivindicación 4, donde el superconductor de alta temperatura de óxido cerámico tiene la fórmula general TrBaCuOy, donde Tr es al menos un elemento de las tierras raras seleccionado del grupo que consiste en Y, La, Lu, Sc, Ce, Nd y Yb, Ydonde y representa el contenido de oxígeno.

6. Proceso de acuerdo con la reivindicación 5, donde el material del superconductor de alta temperatura es Y, Ba2CU30y o Y 2BaCuO y.

7. Conductor recubierto con una sección transversal de forma esencialmente redonda que se puede obtener mediante un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el conductor recubierto con una sección esencialmente redonda comprende una capa de superconductor de alta temperatura que está intercalada a modo de sándwich entre una capa de sustrato interior y una capa de sustrato exterior, y donde la capa de superconductor de alta temperatura está ubicada en la región de la posición axial neutral.

8. Conductor recubierto con una sección transversal esencialmente redonda de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende al menos una capa de búfer, donde la al menos una capa de búfer está ubicada entre la capa de sustrato interior y la capa de superconductor de alta temperatura y/o la capa de sustrato exterior y la capa de superconductor de alta temperatura.