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PROCEDE DE FABRICATION D'ELEMENTS SUPRiCONDUC'IJR$ 1 BASE DE COMPOSES METALLIQUES BINAIRES
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La présente invention ont relative à un procédé do fabrication d"l4menta supraconducteurs, a'est4<ir* d'éléments présentant une résistance électrique 1nf'- rieur* à la valeur nini-m uptSrimontalelll8J1t aesurable, lorsqu'il sont soumis à uns température suffisamment basse.
On sait qu'un certain mabre de matériaux présentent des propriété* de
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supraconductivité à l'intérieur d'un d=aine de températuru et de champs magaétiquwt délimité par une courbe caractériatiaua du matériau considérée à l'intérieur des li- mites de ce domaine, il est possible de faire circuler à travers ces mat#-iauz un ccu- rant électrique ssns consommatloa d'énergie. Toutefois la valeur de ce courant est g4néralement fortement limitée, en raison du champ magnétique propre qu'il crie à aoa passaga à travers la matériau supraconducteur et qui, en s'ajoutant au champ asabiantt présente, pour une température donnée, une valeur supérieure au seuil critique au-delà duquel le matériau perd son propriétés de supraconductivité.
Pour
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pallier dam une certaine m88U'I un tel inconvénient, on fait appel à la
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râ::li3'Uon d'uH :ents supraconducteurs \ l' -ide de cO<1!>Osés n6t'\lliquoa ou u>tem3tnlliques bin \i1'ê3, tel not>:rl1snt celui de formule Ni 3in (trois .1tommes de niobium pour un atome d'ét-,in) dont la tet:1pr lture critique pour un champ nul dépasse t8 It et le chuip critique à quelques de!-,r6a K djp-triue 200 kilo- oersteà.
P3.r:ni les proc'Sdés connus 'e f,'Jricatiol1 d'un ao;xpoaé du nre oi<essux, on eaploia, outre ceux fiis int i\P:l des tpchniq"oa notoirenent diffdr±1ntes telles que l' i':t'lersi,1\ ou tr3ip< s'tivi d'un triitnmnnt tlerniq\1e. li diftis5on i;imse. li réduction d'loJJnul'l'9 en p.lse Ir.lzeu'Ie ..., une m3t''ode qni consiste placer un r.l'}hn..:o de reidr-!3 do niobirm et d' étaL'1, evn6ll'"t!!nt aoua forme de pistilles trite4,As, % l'int:rlr d'un bibe de nio".;.iut1' et.?1. réduire If di '11'I1tre d ce tube pir diverses P'Jrt1. tiC\ns dA tni- tenent n6é.miqyw appropriées. Apr'?s ':1ise SOl' forme de fil du produit obtenu et V":1t\\nl1eI:1n,.t bobiz.: de celui-ci, pour romtituer psr exeapie un en- rouh.1nt inducteur, le coaposd mternét clique supr3conduotcur est obtenu ;1ar tr.:lU':!;.l\t t:1ern1que dms une zone àn temp3mrire fztrori3nt li pro:uction de b^a3Sn.
On constate c"p"nd'mt que, ml%md? si la tvnàpér,1t%;r'1 do triite,zant thermique est couvnabio tint c'1.::Ii'3'i.e. les propriétés supr.1co1;ductriMS confies vtr-e .t be ucozp en fonction de 1--. ranul7:a trie de la po,idra de nioxblan utilis +e. La diffu$i.::n de 1' t-.i:-. d\L1) le ni?bi,1n ± la te:.,pçr'1t'I1'8 co:ai3ér:e !), ffectle à 'ma viteme rrlztàveaent f iiblo, de l'orure do quel- ques :lierons par "'1r>;
d=s lors ai le tr.,.ps de diffusion ant trop court, le CO'I- r :.o.t i. 111r.l est tr s li ,1 té p ir mite d' :1;',9 i11 :uffis ,nco du cO:tpos :"b3n tandis que s'il est trop lon-1, tout le nioSaiwz ost tr .nsfo1",6 en f.b3ân et lAs propriétés devien en moins Oo;nlJJc'1r un cottnyt critique n'ucisxtn correa- pond X U1<;, 8r.1ch coport,nt des :-r1ins de 'b ::lt.1.1 nto'lrô3 de :33n. étant da:.nd la dispersion inévitable de 1% gros ''''lr dpa gr.ins de niobiua ou de leur forma, il 't nc"s'!aire de c'ioizir pour le triitm=1>nt t5raiye un" duria et lui-- tc",>:rat'.1re qui nia CS?L'3tit'IyTa non f%lt Q1'Ll. CQ'.pr.'i8.
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La présente invention est relative à un nouveau procédé de fabrication d'éléments supraconducteurs, notaient à base de composss métalli- ques ou intermétalliques de deux constituants et plus particuli rement de niobium et d'étain, qui évite les inconvénients précédents en permettant l'ob- tention d'un produit homogène présentant des propriétés mécaniques par- ticuli@rement remarquables.
A cet effet, le procédé selon l'invention consiste principalement à disposer un faisceau de fils d'un premier constituant métallique à l'intérieur d'uno enveloppe métallique, à introduire à l'état liquide par différence de pression une quantité convenable du second constituant plus fusible dans cette enveloppe, à effectuer au moins une opération de transformation mécanique do l'ébauche ainsi constituée, p@is, apr@s mise en forme du produit obtenu, à effectuer un traitement thermique dans la zone de températures favorisant la production du composé métallique supraconducteur.
Dans le mode de réalisation particulier de l'invention, où les deux constituant!! sont respectivement du niobium et de l'étain, la diffusion de ce second corps dans le premier s'effectue à température constante sur touto la surface des fils do niobium et progresse à la méme vitesse sur toute la longueur de ces fils qui se recouvrent @insi d'une couche d'égale épais- seur du composé résultant Nb3Sn.
Mise à part la caractéristique principale énoncée plus haut, le procédé selon l'invention présente diverses caractéristiques secondaires, à utiliser séparément ou à travers toutes leurs combinaisons techniquement envisageables, et qui concernent notamment : - la réalisation de l'enveloppe métallique on un matériau identique à celui des fils ou présentant un médiocre pouvoir de diffusion à haute température vis-à- via du constituant le plus fusible de l'élément supraconducteur, - l'introduction du second constituant dans l'enveloppa externe par pompage nous vide ou/et avec injection sous pression ou même par simple gravité.
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- le recouvrement extérieur de l'enveloppe métallique d'une gaine facilitant
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la transfonution ::
l.car.iC'le du produit, - et la réalisation do cotte tr.msfor::1tion selon l'une ou plusieurs des opé- rations d'dtirage, de lainage, do wirtolae- ot do tréfilage, tto ...
D'autres c:lr1ct6ri:;tiques de 11-rvtntion, permettant de binn faire ressortir 1ns :V:'üt ige'3 proctrcs par le pmcsd4 de fabrication proposé, apparaîtront nieux dam co qui suit a trv?1"5 un exemple de mise en oeuvre
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particulier, donné titre indicatif et non limitatif. Pour réaliser conformément à l'invention un conducteur électrique
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susceptible de se présenter à basse tem,1rlture cosoe un cors aupnconduc- teur, on introduit un f'lisc/'> 1"1 de fil':, de niobium p1r oxemplA, toii;> d'un ni8me dimbtre de l'ordre du Millim':t1'(', à l'intôrinur d'unrt anvlopnR tubu- hi1'O, qui peut 3tz Ó;:rllpwmt'on niobium ot dont le di'usbtre ost do l'ordre du centimètre.
On remplit eniuito 1'e;Jp;+ce libre à l' int3ri ur de l'enveloppa avoc do 11 étain, par différence de pr'.)'<]'3ion, riot<artm;nt pir ponpine sous vide ou par injection sous pression, ou prëforablenent pir mise en oeuvre do ces deux Op5Mtiol13 simultané;ont, ce qui permet d'une psrt, de dug-izor à haute tcmpenturo les surfaces nétalliques améliorant la ductibilitd du niobium
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et d'autre part, d'assurer un rempli .sage pntiquement total de l'enveloppe
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par l'étain Il'.1 contact dos fils de niobium. Dans le cas d'une envaloppo tubjtilire trJ3 longue et compte tenu do la donsité do l'étain, il suffit d'incliner cette enveloppa pour que la pression atmosphérique penaotto son romp1133a intégral, ou ovintuolletaent de pressuriser par de l'étiin liquide
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selon la tochniquo connue d'injection noua pros'\,ion de métaux fondus.
En
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varimto, lét-iin peut 4ealcnent étre dirnctennnt introduit sous forme
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liquide par gravite.
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L'ébauche ainsi formée est ensuite triit,5e I4'C miqu'3!i1cnt par l'un des procédés classiques d'ét3,ra,c;e d4j citis ou par combinaison do plusieurs d'entre eux. En outre il peut être av-4ntar,-uz do la recouvrir pr6ula blement ù, l'étirago ou au cours de celui-ci d'une gaine de cuivre, nickel ou
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monel, ou plus g4néraleaent d'un matériau non supraconducteur, ce qui pré- sonto 1'avintisp àe procurer une isolition externe tout on facilitant les op5ritioi'a d étirage.
Le produit obtenu est alors mis sous forme do fils de aections d6toriindes, do diamètre compris entre 0,2 et 3 milli.'^àtrea (c'est-à-dire avec d s réductions de section par rapport g la 3ection ini- ti;10 pouvant atteindre 1000 ou plus), en vile not'lrnr/:mt de 1mé.aiiszr des 'mroul. 11)nt9 indncturs, pui 1 trÜ t3 t',î"'rmiqI1p.r.."nt dans zone de tempEir3tre fworifJ,ll1t li. production du conposo Ilb3in "t qui est comprise e,itro, 800
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et 1100 C.
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Paz;ü lno av'mt 1{rIS procurai:! par le procédé de fabrication qui vi-.nt d'8tre ducrit, il convient d'irasiater plue p<'1rticuli "reml'Jr:.t sur ceux qui rÓoul t'3nt d'une Plrt, du mode particulier d'introduction du niobium et de l'étain dans l'env-loppA m3tzlliae externe, qui aaJurl3 im rempli-;age plus efficace que par la technique des rjcÀdi-3 %t d'sa.tre part, de la présentation du niobium sous forme de fils de mlativ,mi?nt groa diiIJItre!J, c'eat-a-dire sous un<* roma où il oint moins on4rùux et peut Stre obtenu pll1'3 pur et plus ductile qu'à 1'6tit pulvérulent. Il convient d'insister enfin sur les aV'1ntl'lgQ:J cala à l'homog!nJit6 du produit supncond'.1cteu1' réalisé dans lecriel les 3cctio¯3 'a niohi'un, de composé niobiwa-étiin et 6v,-ntuellemcnt d'étain non alli6, sont identiques to,it le lon; de l'olaneut.
Do plua, sa consti- tution anisotropique lui confère une rési'1t1nce à la traction 3liorée, trti permet des hllx de réduction pzr passe d'étirage plus importants que par la technicue dos po'tdre3, et qui, d'autre part favorise la réali3ation de champs', .:,1C":'. />:]6levSa du t'lit de.3 efforts mécaniques importants auxquels ces champs contraignent les enrouln:npts inducteurs fabriquas à l'aide de tels éléments. L'apport sous forme liquide du second constituant permet
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d'arriver à des longueurs plus importantes en partant d'ébauches plus longues.
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Enfin le chauffasa sous vide préalable à l'introduction de l'etainparmet d'ef-
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fectuer un dégazage poussé.
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A titra d'indication, on ?Piat ot'fin préciser qut dps fila ralises selon le e ,céd.5 consid0ro permettent d'obtenir h 4.20}{ une denaitd 'critique de courant de 44.000 'li'lpères pu* cf'ntim' tl'A carrs, la .m<ace dt mt mesurée sur le di-imètm 1Xt riQUl' de l' pnvlllopJ1? Bien étendu le mode do réalisation décrit n'a dtt donnb qu'à titre d'exemple. En particulier le procud selon l'invention pP.11t a'n;oli4uer do la raLr..e façon pour la production d' 61 bQnts suprconduûteura bis') d'autres composés laétilliqiies bin.1iros et noh:\\,rnt à basa dn vnaaium et de gallium (ïT3a). ou de niobium et d'indium (1,ibjIn) .
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PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF ELEMENTS SUPRECONDUC'IJR $ 1 BASE OF BINARY METAL COMPOUNDS
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The present invention relates to a process for the manufacture of superconducting elements, a'4 <ir * of elements having an electrical resistance less than the minimum value nini-m uptSrimontalelll8J1t aesurable, when subjected to a temperature. sufficiently low.
It is known that a certain mabre of materials exhibit properties * of
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superconductivity inside a core of temperature and magaetic fields delimited by a characteristic curve of the material considered inside the limits of this domain, it is possible to circulate through these mat # -iauz an electric current without consuming energy. However, the value of this current is generally strongly limited, because of the own magnetic field which it shouts at aoa passaga through the superconducting material and which, by adding to the asabiantt field, presents, for a given temperature, a value greater than the critical threshold beyond which the material loses its superconductivity properties.
For
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to overcome such a drawback, we appeal to the
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râ :: li3'Uon of uH: superconducting ents \ l '-ide de cO <1!> Osés n6t' \ lliquoa or u> tem3tnlliques bin \ i1'ê3, such not>: rl1snt that of formula Ni 3in (three .1tums of niobium for an et-, in) atom whose tet: 1 critical read for a zero field exceeds t8 It and the critical chuip a few of! -, r6a K djp-triue 200 kiloersteà.
P3.r: neither the known processes 'ef,' Jricatiol1 of an ao; xpoaé of nre oi <essux, we have, in addition to those fiis int i \ P: l of the tpchniq "oa notoriously differ ± 1ntes such as the 'i': t'lersi, 1 \ or tr3ip <s'tivi of a triitnmnnt tlerniq \ 1e. li diftis5on i; imse. li reduction of loJJnul'l'9 in p.lse Ir.lzeu'Ie .. ., a m3t''ode qni consists in placing a r.l '} hn ..: o de reidr-! 3 do niobirm and etaL'1, evn6ll' "t !! nt aoua form of trite4 pistilli, As, % the int: rlr of a bibe of nio ".;. iut1 'and.?1. reduce If di' 11'I1tre d this tube pir various P'Jrt1. tiC \ ns dA tni- keep n6é.miqyw appropriate . After '? S': 1ise SOl 'form of yarn of the product obtained and V ": 1t \\ nl1eI: 1n, .t bobiz .: of this one, to break up exeapie an inducing en- rouh.1nt, the coaposd mternét clicks supr3conduotcur is obtained; 1ar tr.:lU':!;.l\tt:1ern1que dms a zone ton temp3m write fztrori3nt li pro: uction of b ^ a3Sn.
We see c "p" nd'mt that, ml% md? if the tvnàper, 1t%; r'1 do triite, thermal zant is covnabio tint c'1. :: Ii'3'i.e. the supr.1co1; ductriMS properties entrusted vtr-e .t be ucozp as a function of 1--. ranul7: a sort of the po, idra of nioxblan used. The broadcast $ i. :: n of 1 't-.i: -. d \ L1) le ni? bi, 1n ± la te:., pçr'1t'I1'8 co: ai3ér: e!), flawed to my viteme rrlztàveaent f iiblo, some gold making: bind by "'1r>;
d = then have the diffusion tr.,. ps too short, the CO'I- r: .o.t i. 111r.l is very li, 1 té p ir mite d ': 1;', 9 i11: uffis, nco du cO: tpos: "b3n while if it is too lon-1, all the nioSaiwz is tr. nsfo1 ", 6 in f.b3ân and the properties become minus Oo; nlJJc'1r a critical cottnyt n'ucisxtn matches X U1 <;, 8r.1ch coport, nt des: -r1ins of 'b :: lt. 1.1 nto'lrô3 of: 33n. being da: .nd the inevitable dispersion of 1% coarse '' '' lr dpa gr.ins of niobiua or their forma, it 't nc "s'! area of c'ioizir for the triitm = 1> nt t5raiye a "duria et lui - tc",>: rat'.1re who denied CS? L'3tit'IyTa non f% lt Q1'Ll. CQ'.pr.'i8.
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The present invention relates to a new process for manufacturing superconducting elements, noted based on metallic or intermetallic compounds of two constituents and more particularly of niobium and tin, which avoids the above drawbacks by allowing the ob - tention of a homogeneous product exhibiting particularly remarkable mechanical properties.
To this end, the method according to the invention mainly consists in placing a bundle of wires of a first metallic constituent inside a metallic casing, in introducing in the liquid state by pressure difference a suitable quantity of the second. constituent more fusible in this envelope, to perform at least one operation of mechanical transformation of the blank thus formed, p @ is, after shaping of the product obtained, to carry out a heat treatment in the temperature zone favoring production of the superconducting metal compound.
In the particular embodiment of the invention, where the two constituents !! are niobium and tin respectively, the diffusion of this second body in the first takes place at constant temperature over the entire surface of the niobium wires and progresses at the same speed over the entire length of these overlapping wires. insi with a layer of equal thickness of the resulting compound Nb3Sn.
Apart from the main characteristic stated above, the method according to the invention has various secondary characteristics, to be used separately or through all their technically conceivable combinations, and which relate in particular to: the production of the metal casing on an identical material to that of the wires or having a mediocre power of diffusion at high temperature with respect to the most fusible constituent of the superconducting element, - the introduction of the second constituent in the outer envelope by pumping empties us or / and with injection under pressure or even by simple gravity.
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- the outer covering of the metal casing with a sheath facilitating
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the transformation ::
l.car.iC'le of the product, - and the realization of the tr.msfor :: 1tion according to one or more of the operations of drawing, wool, do wirtolae- ot do drawing, tto ...
Other c: lr1ct6ri:; tiques de 11-rvtntion, allowing binn to bring out 1ns: V: 'üt ige'3 proctrcs by the proposed manufacturing pmcsd4, will appear in the following co of implementation
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particular, given as an indication and not limiting. To achieve in accordance with the invention an electrical conductor
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likely to occur at low temperature, 1rlture cosoe a corns to the driver, we introduce a filisc / '> 1 "1 of wire' :, of niobium p1r oxemplA, youi;> of a ni8me dimbtre of the order of Millim ': t1' (', inside an anvlopnR tubu- hi1'O, which can 3tz Ó;: rllpwmt'on niobium ot whose diameter is of the order of one centimeter.
Eniuito 1'e; Jp; + this free inside the envelope avocado of 11 tin, by difference of pr '.)' <] '3ion, riot <artm; nt pir ponpine under vacuum or by injection under pressure, or prëforablenent pir implementation of these two simultaneous Op5Mtiol13; have, which allows a psrt, of dug-izor at high tcmpenturo netallic surfaces improving the ductibility of niobium
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and on the other hand, to ensure that the envelope is completely filled.
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by tin II '. 1 contact back niobium wires. In the case of a very long tubular envaloppo and taking into account the donation of the tin, it suffices to incline this envelope so that the atmospheric pressure penaotto its integral rupture, or ovintuolletaent to pressurize by liquid etiin.
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according to the known tochniquo of injection noua pros' \, ion of molten metals.
In
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varimto, let-iin can 4ealcnent be introduced directly as
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liquid by gravity.
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The blank thus formed is then sorted, 5e I4'C miqu'3! I1cnt by one of the conventional methods of et3, ra, c; e already mentioned or by combination of several of them. In addition, it may be necessary to cover it beforehand, stretching or during the latter with a sheath of copper, nickel or
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monel, or more generally of a non-superconducting material, which pre- vents to provide external isolation while facilitating stretching operations.
The product obtained is then put in the form of threads of distorted aections, with a diameter of between 0.2 and 3 milli. Attrea (that is to say with reductions in section with respect to the initial section; 10 can reach 1000 or more), in city not'lrnr /: mt de 1mé.aiiszr des' mroul. 11) nt9 indncturs, pui 1 trÜ t3 t ', î "' rmiqI1p.r .." nt in zone of temperature fworifJ, ll1t li. production of the Ilb3in "t conposo which is included e, itro, 800
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and 1100 C.
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Paz; ü lno av'mt 1 {rIS procurai :! by the manufacturing process which has just been described, it is advisable to irasiater more p <'1rticuli "reml'Jr: .t on those which run thee of a plrt, of the particular mode of introduction niobium and tin in the external env-loppA m3tzlliae, which aaJurl3 im filling more efficiently than by the technique of rjcÀdi-3% t from its part, the presentation of niobium in the form of son of mlativ, mi? nt groa diiIJItre! J, that is to say under a <* roma where it anointed less on4rous and can be obtained pll1'3 pure and more ductile than with the powdery surface. to finally insist on the aV'1ntl'lgQ: J cala to the homog! nJit6 of the supncond '1cteu1' product produced in the email 3cctiō3 'a niohi'un, of compound niobiwa-etiin and 6v, -ntuellemcnt of unalloyed tin, are identical to the lon; of olaneut.
In addition, its anisotropic constitution gives it improved tensile strength, trti allows greater reduction in stretching passes than with the back po'tdre3 technique, and which, on the other hand, promotes realization of fields ',.:, 1C ":'. />:] 6levSa du t'lit de.3 important mechanical forces to which these fields constrain the coils: npts inductors manufactured using such elements. liquid form of the second component allows
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to arrive at longer lengths starting from longer blanks.
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Finally, the heating under vacuum prior to the introduction of the tin.
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carry out a thorough degassing.
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As an indication, we? Piat ot'fin specify qut dps fila realized according to the e, céd. 5 considering allow to obtain h 4.20} {a critical current value of 44,000 'li'lpères pu * cf'ntim 'tl'A squares, the .m <ace dt mt measured on the diimetm 1Xt riQUl' of the pnvlllopJ1? Although extended the embodiment described has been given only by way of example. In particular the process according to the invention pP.11t a'n; oli4uer do the raLr..e way for the production of 61 bQnts superconduûteura bis') other compounds laétilliqiies bin.1iros and noh: \\, rnt to basa dn vnaaium and gallium (ïT3a). or niobium and indium (1, ibjIn).