Etude de l'optimisation et de la cinétique de formation de conducteurs supraconducteurs Nb3Sn obtenus par la méthode de l'étain interne

par Chaowu Zhang

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de André Sulpice.

Soutenue en 2007

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    Superconductors Nb3Sn wires are one of the most applicable cryogenic superconducting materials and the best choice for high-field magnets exceeding 10T. One of the most significant utilization is the ITER project which is regarded as the hope of future energy source. The high-Cu composite designs with smaller number of sub-element and non-reactive diffusion barrier, and the RRP (Restacked Rod Process) internal-Sn technology are usually applied for the wire manufacturing. Such designed and processed wires were supplied by MSA/Alstom and WST/NIN in this research. The systematic investigation on internal-Sn superconducting wires includes the optimization of HT conditions, phase formation and its relation with superconductivity, microstructure analysis, and the phase formation kinetics. Because of the anfractuosity of the configuration design and metallurgical processing, the MF wires are not sufficient for studying a sole factor effect on superconductivity. Therefore, four sets of ME wires with different Sn ratios and different third-element addition were designed and fabricated in order to explore the relationship between phase formation and superconducting performances, particularly the A15 layer growth kinetics. Different characterization technics have been used (magnetization measurements, neutron diffraction and SEM/TEM/EDX analysis)The A15 layer thicknesses of various ME samples were measured and carried out linear and non-linear fits by means of two model equations. The results have clearly demonstrated that the phase formation kinetics of Nb3Sn solid-state reaction is in accordance with an n power relation and the n value is increased with the increase of HT temperature and the Sn ratio in the wire composite.


  • Résumé

    Les fils supraconducteurs Nb3Sn sont, parmi les matériaux, ceux qui présentent le plus d’applications possibles pour produire des champs magnétiques supérieurs à 10 Tesla. L’utilisation la plus immédiate se place dans le cadre du projet ITER, qui est considéré comme un grand espoir de source d’énergie dans le futur. La conception composite avec beaucoup de cuivre, un petit nombre de sous-éléments, une barrière de diffusion non réactive et la technologie de l’étain interne RRP (Restacked Rod Process) est généralement utilisée pour la fabrication des fils. Des spécifications particulières sont nécessaires pour cette utilisation. Elles peuvent être obtenues par une conception particulière de l’assemblage des filaments, la méthode de formation de la phase A15 Nb3Sn (ici le procédé de l’étain interne), les traitements thermiques. De tels fils ont été fournis par les sociétés MSA/Alstom et WST/NIN pour cette étude. Pour déterminer de manière précise les conditions de formation et les cinétiques de réaction, des filaments plus simples ont été préparés (4 formulations avec des rapports Cu/Sn différents et des additifs différents). Pour cela différentes techniques de caractérisation ont été mises en œuvre, mesures d’aimantation sous champ magnétique, diffraction neutronique, microscopies électroniques (MEB/EDEX, TEM). L’épaisseur de la couche de la phase A15 mesurée dans différents monofilaments a permis de déterminer la loi de cinétique de formation selon deux modèles. Les résultats ont clairement montré que le modèle de diffusion en phase solide est en accord avec une loi de puissance n et que la valeur de n augmente avec la température de traitement et le taux d’étain dans le fil composite.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (264 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 137 réf.

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
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  • Cote : TS07/GRE1/0112/D
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