Development and characterization of Nb<sub>3</sub>Sn superconductor wire with nanometric-scale pinning centers

Rodrigues, Carlos Alberto; Rodrigues, Durval

doi:10.1088/1742-6596/43/1/011

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“…No presente trabalho foram analisados os perfis de tratamentos térmicos de fios supercondutores de Nb 3 Sn com centros de aprisionamento artificiais de Cu(Sn) em escala nanométrica, obtidos seguindo-se as metodologias previamente desenvolvidas e nas dimensões já otimizadas [8], no qual a produção dos fios supercondutores foi feita através do método da difusão sólido-líquido. Esta é uma etapa de extrema importância, pois, devido às pequenas dimensões dos centros de aprisionamento artificiais e também dos filamentos de Nb, os perfis de tratamentos térmicos foram analisados cuidadosamente.…”

Section: Introductionunclassified

Otimização de fios supercontutores nanoestruturados de NB3SN com centros de aprisionamento artificiais de CU(SN)

Silva¹,

Rodrigues²,

Bormio-Nunes³

et al. 2008

Physicae

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ResumoGrande número das atuais aplicações da supercondutividade utiliza supercondutores metálicos capazes de transportar altas densidades de corrente. A otimização do aprisionamento de fluxo magnético nestes condutores é de vital importância no aumento da densidade de corrente crítica. A geração de microestruturas projetadas para servirem como centros de aprisionamento tem sido apresentada como uma técnica altamente promissora para a otimização das propriedades de transporte destes materiais [1]. No entanto, devido às dimensões nanométricas destes centros de aprisionamento artificiais, os perfis de tratamento térmico utilizados para a reação e formação da fase supercondutora devem ser analisados cuidadosamente, levando em consideração as distintas distribuições e composições dos compósitos (centros de aprisionamento + fase supercondutora), em comparação com os materiais convencionais [2]. O presente trabalho tem como objetivo obter uma metodologia para otimização dos perfis de tratamentos térmicos de difusão, reação e formação das fases supercondutoras em materiais contendo centros de aprisionamento em escala nanométrica. A distribuição e a composição dos centros de aprisionamento dentro da fase supercondutora foram determinadas por MEV-FEG e MEV+EDS, respectivamente. São analisados os resultados de força de aprisionamento F p , e da máxima densidade de corrente crítica que o supercondutor pode suportar sob a influência de um campo magnético aplicado. AbstractA great number of the actual applications of the superconductivity uses metallic superconductors capable to transport high current densities. The optimization of the flux pinning in these conductors is extremely important to increase the critical density current. The design of the microstructure projected to serve as pinning centers has been presented as one highly promising technique for the optimization of the transport properties of these materials [1]. However, due to the nanometric dimensions of these artificial pinning centers, the profiles of heat treatment used for the reaction and formation of the superconducting phase must be analyzed carefully, considering the distinct distributions and compositions of the composites (pinning centers + superconducting phase), in comparison with the conventional materials [2]. In the present work, the objective is to get a methodology for optimization of the heat treatments profile of diffusion, reaction and formation of the superconducting phases in materials with pinning centers in nanometric scale. The distribution and the composition of the pinning centers inside of the superconducting phase were determined by MEV-FEG and MEV+EDS, respectively. The results of pinning force F p , and the maximum critical current density that the superconductor can support were measured under the influence of an applied magnetic field.

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Section: Introductionunclassified

Otimização de fios supercontutores nanoestruturados de NB3SN com centros de aprisionamento artificiais de CU(SN)

Silva¹,

Rodrigues²,

Bormio-Nunes³

et al. 2008

Physicae

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“…As amostras tratadas acima do período de 50 horas não apresentaram formação da fase β, diferentemente ao que ocorreu com a amostra 10. (RODRIGUES, 2006). Tabela IV.5 -Medidas de transporte em função do campo magnético aplicado a 4,2 K, para a amostra 12.…”

Section: Medidas De Temperatura Crítica E Resistividade Residualunclassified

“…Esta determinação foi feita após caracterização microestrutural das amostras e análise dos diâmetros médios dos filamentos contendo 127 monofilamentos iniciais, que juntaram-se para formar somente um grande filamento (Figura 4.11,por exemplo). O valor de 0,1 mm² coincide com aquele encontrado por (RODRIGUES, 2006). Os valores de x apontam para contribuições maiores de "fases normais" no aprisionamento de fluxo magnético para ambas amostras.…”

Section: Temperatura Críticaunclassified

“…Tabela IV.29 -Valores adquiridos através do ajuste matemático da curva de F p vs μ 0 H. (RODRIGUES, 2006).…”

Section: Amostrasunclassified

“…No presente trabalho as amostras dos fios compósitos obtidos por (RODRIGUES, 2006) foram utilizadas para otimização dos perfis de tratamentos térmicos visando determinar as influências destes perfis no processo de difusão atômica, reação e formação de fases nestes supercondutores nanoestruturados. As amostras otimizadas foram analisadas quanto às suas propriedades e características microestruturais e supercondutoras, determinando-se os melhores procedimentos de tratamentos térmicos.…”

Section: Conclusõesunclassified

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Influência dos perfis de tratamentos térmicos nos processos de difusão, reação e formação de fases em supercondutores nanoestrusturados de Nb3Sn

Silva¹

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Em trabalhos anteriores de nosso grupo de pesquisa foram desenvolvidos fios supercondutores nanoestruturados de Nb 3 Sn com introdução de centros de aprisionamento artificiais (CAAs) de Cu(Sn), numa tentativa de melhorar as propriedades supercondutoras.Porém, os perfis de tratamentos térmicos utilizados não foram otimizados. No presente trabalho as amostras desses fios compósitos foram utilizadas para otimização dos perfis de tratamentos térmicos visando determinar a influência destes perfis no processo de difusão atômica, reação e formação de fases nestes supercondutores nanoestruturados, e, com isso, otimizar a capacidade de transporte de corrente desses materiais. As micrografias e as analises composicionais obtidas produziram um conjunto de informações sobre os mecanismos de difusão e formação da fase supercondutora de Nb 3 Sn. As amostras foram analisadas quanto às suas propriedades e características supercondutoras. Com as medidas de transporte e magnetização pôde-se obter o comportamento global do supercondutor e o comportamento de cada filamento individual de Nb 3 Sn, respectivamente. Os compósitos otimizados apresentaram valores de temperatura crítica T c próximos de 17 K, valores de B c2 da ordem de 18 T, e densidades de corrente crítica tão altas quanto 1750 A/mm 2 a 4,2K e 12 T. Os máximos das curvas de força de aprisionamento aconteceram em campos magnéticos tão altos quanto 10 T, aproximadamente 0,5 B c2 , em distinção ao valor de 4,5 T (cerca de 0,2 B c2 ) para Nb 3 Sn convencional, deslocamento que demonstra mudanças no comportamento de aprisionamento de fluxo nestes materiais. Um comportamento inédito e importante, que mistura os mecanismos de aprisionamento de fluxo devido aos contornos de grãos e as fases normais, está presente e pôde ser quantificado em detalhe. A análise dos comportamentos de todas as amostras possibilitou um entendimento satisfatório da influência dos CAAs na fase supercondutora e da influência do efeito de proximidade no aprisionamento de fluxo e nas propriedades de transporte destes materiais. Palavras-chave: Nb 3 Sn. Centros de aprisionamento artificiais. Aprisionamento de fluxo. Tratamento térmico. Dimensões nanométricas. ABSTRACT DA SILVA, L. B. S. Influence of the heat treatment profiles on the processes of diffusion, reaction and formation of phases in nanostructured Nb 3 Sn superconductors. 2008. 161 f. Dissertation (Master In previous works of our research group it was shown the development of Nb 3 Sn nanostructured superconducting wires with introduction of artificial pinning centers (APCs) of Cu(Sn), in an attempt to improve the superconducting properties. However, the used heat treatment profiles were not optimized. In the present work samples of these composite wires were used to optimize the heat treatment profile aiming to determine the influence of these profiles on the processes of atomic diffusion, reaction and formation of phases in these nanostructured superconductors and, consequently, optimize the transport properties of these materials. The obtained mi...

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An intermetallic powder-in-tube approach to increased flux-pinning in Nb₃Sn by internal oxidation of Zr

Motowidlo

Lee

Tarantini

et al. 2017

Supercond. Sci. Technol.

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We report on the development of multifilamentary Nb 3 Sn superconductors by a versatile powder-in-tube technique (PIT) that demonstrates a simple pathway to a strand with a higher density of flux-pinning sites that has the potential to increase critical current density beyond present levels. The approach uses internal oxidation of Zr-alloyed Nb tubes to produce Zr oxide particles within the Nb 3 Sn layer that act as a dispersion of artificial pinning centres (APCs). In this design, SnO 2 powder is mixed with Cu 5 Sn 4 powder within the PIT core that supplies the Sn for the A15 reaction with Nb1Zr filament tubes. Initial results show an average grain size of ∼38 nm in the A15 layer, compared to the 90-130 nm of typical APC-free high-J c strands made by conventional PIT or Internal Sn processing. There is a shift in the peak of the pinning force curve from H/H irr of ∼0.2 to ∼0.3 and the pinning force curves can be deconvoluted into grain boundary and point-pinning components, the point-pinning contribution dominating for the APC Nb-1wt%Zr strands.

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Development and characterization of Nb₃Sn superconductor wire with nanometric-scale pinning centers

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Otimização de fios supercontutores nanoestruturados de NB3SN com centros de aprisionamento artificiais de CU(SN)

Otimização de fios supercontutores nanoestruturados de NB3SN com centros de aprisionamento artificiais de CU(SN)

Influência dos perfis de tratamentos térmicos nos processos de difusão, reação e formação de fases em supercondutores nanoestrusturados de Nb3Sn

An intermetallic powder-in-tube approach to increased flux-pinning in Nb₃Sn by internal oxidation of Zr

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Influência dos perfis de tratamentos térmicos nos processos de difusão, reação e formação de fases em supercondutores nanoestrusturados de Nb3Sn

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