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Université de Savoie (25/10/2006), Jean-Louis Jorda (Dir.)
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Nouveaux substrats métalliques à texture biaxiale pour câbles supraconducteurs à haute température critique
Antoine Girard1

Ce travail rend compte du développement de substrats à texture biaxiale pour les supraconducteurs à hautes températures critiques de seconde génération dit "coated conductor". Le substrat a été obtenu par un procédé de laminage recuit. Les matériaux utilisés sont des alliages industriels Cu55Ni44Mn (Constantan) et le Cu70Ni30. Comparativement au NiW généralement utilisé, ces cupronickels sont non magnétiques à 77 K et permettent donc des applications en courant alternatif ; ils sont en outre moins onéreux.
Des essais sur des laminoirs différents, avec ou sans lubrification et en modifiant le taux d'écrouissage ont permis de mettre en évidence des effets de peau et d'optimiser le procédé de déformation.
Les températures de recuit ont été choisies à la suite de caractérisations de texture avant et après le recuit ainsi que de mesures in-situ par diffraction de rayons X durs durant la montée en température.
Des laminages supérieurs à 98% et des recuits entre 900°C et 950°C en atmosphère protectrice ont permis d'obtenir des rubans ayant une forte texture cubique : désorientations hors du plan (DT) de 5° et dans le plan de 8°. Une partie de la surface est cependant maclée (entre 8% et 10%). Celle-ci entraîne localement de fortes désorientations.
L'état de surface a été contrôlé et amélioré par l'utilisation de rouleaux polis miroirs, l'optimisation des conditions de recuit (atmosphère et durée du palier) ainsi que l'ajout d'une étape d'électropolissage.
Des essais mécaniques et magnétiques ainsi qu'une étude d'oxydation ont été pratiqués pour vérifier le comportement du ruban dans les conditions d'utilisation comme dans les conditions rencontrées pendant les différents étapes de la réalisation du câble.
Le dépôt d'une couche d'oxyde protectrice LZO, sur le substrat a été réalisé avec succès. Les conditions d'un prétraitement sous atmosphère sulfurée, nécessaire à une bonne épitaxie de la couche, ont été déterminées : 1 h à 600°C avec un flux à 0,2 ppm d'H2S.
Enfin des essais sur le développement d'un alliage à barrière de diffusion in situ Cu Ni Y permettant de s'affranchir de la première couche tampon ont été menés.
1:  SYMME - Laboratoire SYstèmes et Matériaux pour la MEcatronique
Constantan – Couches tampons – LZO – Cu70Ni30 – Substrat métallique – Laminage – Textures – Etat de surface – Oxydation – Cu-Ni-Y – Supraconducteur HTC – RABiTS – MOD étirage – Effet de peau Diffraction (X – X durs – neutron)

New metallic biaxial textured tape for high temperature superconductor cable
This study concerns the development of biaxial textured substrates for the second generation of high temperatures superconductor known as “coated conductor”. The substrate was obtained with a rolling annealed process. The materials used are industrial alloys Cu55Ni44Mn (Constantan) and Cu70Ni30. Compared to NiW alloys, generally used, these copper-nickel alloys are nonmagnetic at 77 K and thus allow AC applications; moreover they are cheaper.
Tests on different rolling mills, with or without lubrication and by modifying the rate of work hardening made it possible to highlight skin effects and to optimize deformation processes.
The annealing temperatures were selected following characterizations of texture before and after annealing as well as in-situ measurements by hard X-ray diffraction during the rise in temperature.
Rollings higher than 98% and annealings between 900°C and 950°C in protective atmosphere made it possible to obtain ribbons having a strong cubic texture with an out of plan misorientation of 5° and an in plan misorientation of 8°. Part of the surface is however twinned (between 8% and 10%) which causes locally high disorientation.
The surface roughness was controlled and improved by the use of mirror polished rollers, the optimization of the annealing conditions (atmosphere and length of the dwell) as well as the addition of an electropolishing stage.
Mechanical and magnetic tests, as well as an oxidation study, were performed to check the behavior of the ribbon under the conditions of use and under the conditions met by the tape during the all process.
A LZO protective layer was successfully coated on the substrate. The conditions of a pretreatment under sulphurized atmosphere, necessary to a good epitaxy of the layer were given.
Finally, tests have been made to develop Cu-Ni-Y alloys which should allow to grow in-situ protective layer.
Constantan – Buffer layers – LZO – Cu70Ni30 – Metallic substrates – Rolling – Textures Surface states – Oxidation – Cu-Ni-Y – Superconductor HTC – RABiTS – MOD dip coating – Skin effect – Diffraction (XR – hard XR – neutron)

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