MATERIAIS SUPERCONDUTORESMATERIAIS SUPERCONDUTORES

1960 1960 Nb-65Ti escolha para materiais supercondutores em Nb-65Ti escolha para materiais supercondutores em substituição às ligas de NbZr.substituição às ligas de NbZr.Vantagens: facilidade de fabricação, propriedades elétricas Vantagens: facilidade de fabricação, propriedades elétricas melhores e compatibilidade com cobre.melhores e compatibilidade com cobre.

Monofilamentos nos primeiros magnetos Monofilamentos nos primeiros magnetos variação de fluxo variação de fluxo e instabilidade magnética. e instabilidade magnética.

Solução: colocação de feixes de filamentos entrelaçados em Solução: colocação de feixes de filamentos entrelaçados em matriz de cobre e redução das perdas magnéticas.matriz de cobre e redução das perdas magnéticas.

LIGAS DE NIÓBIO

Eliminação da instabilidade Eliminação da instabilidade magnética e redução magnética e redução das correntes parasitas com das correntes parasitas com aproveitamento.aproveitamento.

Melhora da ductilidade com o uso de Nb-46.5Ti Melhora da ductilidade com o uso de Nb-46.5Ti Ligas de Nb com 45 a 50% Ti exibem campos Ligas de Nb com 45 a 50% Ti exibem campos

magnéticos com 11.5 a 12.2 T na temperatura crítica magnéticos com 11.5 a 12.2 T na temperatura crítica de 9.0 to 9.3 K (a teoria prevê valores de 17 a 18T).de 9.0 to 9.3 K (a teoria prevê valores de 17 a 18T).

Desenvolvimento de novas ligas Desenvolvimento de novas ligas NbTiTaZr com NbTiTaZr com campo magnético superiorcampo magnético superior

FABRICAÇÃO de LINGOTESFABRICAÇÃO de LINGOTES

refusão em (VAR) ou plasma para fundir lingotes refusão em (VAR) ou plasma para fundir lingotes de Nb-Ti com 203 a 584 mm. de Nb-Ti com 203 a 584 mm.

2 ou 3 fusões para homogeneizar a liga.2 ou 3 fusões para homogeneizar a liga. forjamento no diâmetro de 152mm e recozimento forjamento no diâmetro de 152mm e recozimento

posterior a 870 °C durante duas horas.posterior a 870 °C durante duas horas. usinagem até o diâmetro de146 mm.usinagem até o diâmetro de146 mm. a microestrutura é β-recrystallized. a microestrutura é β-recrystallized.

FABRICAÇÃO de MAGNETOS Nb-TiFABRICAÇÃO de MAGNETOS Nb-Ti

extrusão de lingotes com núcleo de filamentos de extrusão de lingotes com núcleo de filamentos de 120mm de diâmetro envolvidos em uma matriz de 120mm de diâmetro envolvidos em uma matriz de cobre de 200mm de diâmetro.cobre de 200mm de diâmetro.

utilização em equipamentos de ressonância utilização em equipamentos de ressonância magnética nuclearmagnética nuclear

supercondutividade: depende taxa de resfriamento supercondutividade: depende taxa de resfriamento após fusão, tratamento térmico e redução a frio. após fusão, tratamento térmico e redução a frio.

filmes protetores são usados para proteção filmes protetores são usados para proteção superficial em aplicações aeroespaciais.superficial em aplicações aeroespaciais.

Fabricação de magnetos Fabricação de magnetos

Colocação dos filamentos de Nb ouTa na matriz de cobre, Colocação dos filamentos de Nb ouTa na matriz de cobre, trefilação e tratamento térmico.trefilação e tratamento térmico.

Compósitos com AlumínioCompósitos com Alumínio

Alumínio de alta pureza é utilizado em Alumínio de alta pureza é utilizado em substituição ao cobre com vantagens da alta substituição ao cobre com vantagens da alta condutividade térmica, melhora da estabilidade condutividade térmica, melhora da estabilidade magnética e redução do tempo para dissipar o magnética e redução do tempo para dissipar o calor gerado na variação do fluxo além da calor gerado na variação do fluxo além da densidade. densidade.

Desvantagem: incompatibilidade com o Nb-Ti Desvantagem: incompatibilidade com o Nb-Ti nas etapas de trefilação do compósito. nas etapas de trefilação do compósito.

LIGAS de NIÓBIOLIGAS de NIÓBIO

Ligas Comerciais de Nióbio Liga Composição Coef.Exp. 20o

10-6/oC Densidade

(g/cm3) Ponto de fusão

(oC) Nb puro Nb 7,1 8,57 2468 C 103 Nb-10Hf-1Ti 8,73 8,85 2350

Nb-1Zr - 6,8 8,57 2410 PWC Nb-1Zr-0,1C - 8,57 -

WC3009 Nb-30Hf-9W - 10,6 -

Propriedades Mecânicas à Temperatura AmbientePropriedades Mecânicas à Temperatura Ambiente

Liga esc (MPa) max (MPa) Alongamento (%)

Módulo El. (MPa)

C 103 296 420 26 90 Nb-1Zr 275 275 40 80 PWC 175 320 26 80

WC3009 752 862 24 123

TUNGSTÊNIO

estrutura cristalina = CCCestrutura cristalina = CCC densidade = 19,25 g/cmdensidade = 19,25 g/cm33

temperatura de fusão = 3410 temperatura de fusão = 3410 ooCC coeficiente de expansão térmica = 5,2 10coeficiente de expansão térmica = 5,2 10 -6-6//ooCC módulo de elasticidade = 411 GPamódulo de elasticidade = 411 GPa

CARACTERÍSTICAS DO TUNGSTÊNIO

elemento metálico com maior temperatura de elemento metálico com maior temperatura de fusão e alta densidade. fusão e alta densidade.

reatividade com oxigênio em altas temperaturas reatividade com oxigênio em altas temperaturas formando WOformando WO22 e WO e WO33 limita utilização. limita utilização.

usado em filamentos de emissão termiônica de usado em filamentos de emissão termiônica de elétrons nos microscópios eletrônicos e tubos de elétrons nos microscópios eletrônicos e tubos de raios X, lâmpadas incandescentes e elementos de raios X, lâmpadas incandescentes e elementos de aquecimento em fornos a vácuo.aquecimento em fornos a vácuo.

óxido após beneficiamento do minério é reduzido óxido após beneficiamento do minério é reduzido com hidrogênio para obtenção de pó metálico. com hidrogênio para obtenção de pó metálico.

a metalurgia do pó é o processo convencional para a metalurgia do pó é o processo convencional para carbonetos de tungstênio e filamentos de lâmpadas.carbonetos de tungstênio e filamentos de lâmpadas.

60% utilizado em carbonetos para insertos60% utilizado em carbonetos para insertos trefilação de fios trefilação de fios apresenta estrutura fibrosa que apresenta estrutura fibrosa que

impede o desenvolvimento de microtrincas. impede o desenvolvimento de microtrincas.

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

dopagem do óxido com alumínio-silício-potássio favorece o dopagem do óxido com alumínio-silício-potássio favorece o processo de fabricação de fios contínuos. processo de fabricação de fios contínuos.

após sinterização (1900 a 2400 após sinterização (1900 a 2400 ooC) C) o potássio é o potássio é insolúvel, difunde mais lentamente que os outros elementos insolúvel, difunde mais lentamente que os outros elementos e permanece no interior dos poros do lingote. e permanece no interior dos poros do lingote.

teores de até 5% Fe e Ni são usados na sinterização.teores de até 5% Fe e Ni são usados na sinterização. o lingote é posteriormente forjado, laminado e trefilado em o lingote é posteriormente forjado, laminado e trefilado em

fiosfios. .

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

DEPOSIÇÃO POR CVDDEPOSIÇÃO POR CVD

aplicação de tungstênio por meio de CVD. aplicação de tungstênio por meio de CVD. hidrogênio e WFhidrogênio e WF66 (hexafluoreto de tungstênio é (hexafluoreto de tungstênio é

líquido na temperatura ambiente). líquido na temperatura ambiente). filme de tungstênio é depositado em um substratofilme de tungstênio é depositado em um substrato reação WFreação WF66 + 3 H + 3 H22 W + 6HF ( W + 6HF ( 300 300 ooC). C).

utilização na indústria eletrônica em conectores para utilização na indústria eletrônica em conectores para circuitos integrados.circuitos integrados.

PROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS

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