Cables multifilamentaires supraconducteurs à base de (Bi, Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀₊ð : barrières résistives, diffusion d'oxygène et formation de la phase

Multifilamentary tapes based on (Bi, Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀₊ð : resistive sheats, oxygen diffusion ans phase formation

• Auteur / Autrice : Alain Zaragoza
• Direction : Jean-Louis Jorda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Supraconducteurs

Câbles électriques

Résumé

Le travail de cette thèse porte sur les câbles supraconducteurs à base de Bi2Sr2Ca2Cu30x (Bi-2223). De tels rubans sont constitués d'une gaine d'alliage Ag-Mg dans laquelle est placée le supraconducteur. En application de transport de courant, les pertes électriques doivent être minimisées car l'ensemble du ruban se comporte alors comme un filament unique. La suppression de ces courants de couplage est réalisée en torsadant le câble et en augmentant la résistivité de la matrice entre les filaments. Ce point est à l'origine d'un nouveau concept de conducteurs composites constitués de poudres supraconductrices, d'une barrière résistive et de la gaine métallique. Dans ce travail, trois axes d'études ont été développés : proposer un matériau comme barrière résistive, déterminer les coefficients de diffusion de l'oxygène dans les matériaux utilisés comme gaine, préciser les conditions optimales de formation de Bi-2223. Deux matériaux pour barrières ont été étudiés: le zirconate de strontium et les vanadates de strontium. Le premier a été synthétisé par voie sol-gel, ce qui permet d'obtenir des grains de taille submicroniques et ainsi réduire au maximum les contraintes mécaniques au cours de la fabrication des câbles supraconducteurs. En ce qui concerne les vanadates de strontium, nous avons été amenés à l'étude thermodynamique du diagramme d'équilibre entre phases srO-v2Os. Nous avons montré que Sr4V2O9 est la dernière phase intermédiaire stable riche en srO dans ce système. A l'aide d'un montage expérimental novateur développé pour cette étude, nous avons pu déterminer que les coefficients de diffusion dans les alliages étaient près de mille fois plus faibles que dans l'argent pur. Dans la dernière partie, nous avons abordé la cinétique de formation de Bi2Sr2Ca2Cu3Ox dans une atmosphère de ~ 7%O2/N2. Nous avons confirmé que la formation suivait un mécanisme de nucléation-croissance, identique à celui observé dans une atmosphère avec une pression partielle en oxygène différente

This work is focused on Bi2Sr2Ca2Cu3Ox based (Bi-2223) superconducting cables. This tapes are constituted by a cylindrical silver-magnesium sheath embeding superconducting ceramic. Aternative courant lasses have to be minimized because the multifilament tape is considered as a single filament. Twisting cables and adding resistive barrier between each monofilaments are known to decrease the coupling courant. This is the starting point for a new concept for conductor composites which include the superconducting powder, the resistive barrier and the metallic sheath. The three aims of the study were to propose a material for resistive barrier, to determine diffusion coefficients of oxygen through the material sheath and the formation conditions of Bi-2223 phase starting from precursors provided by the two industrial partners, Nexans (France) and Vacuumschmelze (Germany). Firstly, two materials as resistive barriers have been studied : strontium zirconate and strontium vanadates. The foremost was synthetized by a sol-gel method providing submicronic grains size and reduce mechanical stress during the cable process. Conceming strontium vanadates, the thermodynamical study of the srO-V2O5 phases equilibrium diagramm was necessary. We have shown that Sr6V2O11 is not a thermodynamic stable compound, Sr4V2O9 is the last phase rich in SrO in the system. The use of these materials as resistive barrier in superconducting cables performed by Nexans bas been discussed. Diffusion coefficients of oxygen have been measured using a new experimental assembly based on the ''time lag permeation'' method. We shown that in Ag-Mg alloys, these coefficients are three orders of magnitude lower than in pure silver. Finnaly, we found that the formation kinetic of Bi-2223 in a pO2=7% atmosphere is limited by a nucleation- growth mecanism, similarly with studies performed in other partial oxygen pressure