Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters mit einer Viel.
zahl von Filamenten aus supraleitendem Material.
Der heutige Stand in der Supraleiterentwicklung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass in einem zusammengesetzten Supraleiter, bei dem das supraleitende Material in elektrisch normalleitendes Material eingebettet ist, anstelle einiger weniger dicken Supraleiterfilamente eine Vielzahl von sehr dünnen Supraleiterfilamenten getreten ist.
Durch die Erhöhung der Supraleiterfilamentzahl bei gleichbleibendem Gesamtquerschnitt wird unter anderem die gekühlte Oberfläche der Supraleiterfilamente stark vergrössert, so dass durch Flussunstabilitäten erzeugte Wärme sofort abgeführt werden kann bevor es zu einem wesentlichen Temperaturanstieg im Leiter kommt.
Bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von stabilisierten Supraleitern wird meistens von einem Kupfer- oder Aluminiumbolzen ausgegangen den man mit in seiner Axialrichtung verlaufenden Bohrungen versieht und in diese Niob-Titan-Stäbe lose einsetzt. Danach wird die Luft in den Zwischenräumen herausgepumpt und die Stirnseiten des Bolzens durch anschweissen von Ver- schlussdeckeln vakuumdicht verschweisst. Die metallurgische Verbindung zwischen den Niob-Titan-Stäben und dem Bolzen erfolgt bei erhöhten Temperaturen durch Verformung des Bolzens auf einen kleineren Querschnitt, sei es durch Strangpressen, Walzen oder Schmieden. Das erhaltene Zwischenprodukt wird anschliessend zu Bändern oder Drähten verarbeitet.
Bei der Herstellung von Multifilamentleitern ist nun der erste Fabrikationsschritt, nämlich das genaue Bohren von einigen hundert oder tausend Löchern mit sehr kleinem Durchmesser über Längen von einigen Dezimetern, nicht mehr anwendbar.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das diese Nachteile nicht aufweist und mit Hilfe dessen stabilisierte Supraleiter mit einer sehr grossen Anzahl von sehr dünnen Supraleiterfilamenten hergestellt werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man einen mit eingesetzten Supraleiterstäben versehenen Pressbolzen aus elektrisch normalleitendem Material durch Warmpressen so stark auf einen kleineren Querschnitt verformt, dass eine metallurgische Verbindung zwischen den Supraleiterstäben und dem elektrisch normalleitendem Material entsteht, dann das derart erhaltene Zwischenprodukt durch Ziehen, Walzen, Pilgerwalzen oder Hämmern zu einem einen kleineren Querschnitt aufweisenden Stab oder Draht verformt, nachher ein Rohr aus elektrisch normalleitendem Material mit mindestens annähernd gleichlangen derart hergestellten Drähten oder Stäben mindestens teilweise ausfüllt, und danach das Ganze mechanisch zu einem Draht oder Band verformt, derart, dass zwischen dem Rohr und den Stäben bzw. Drähten eine metallurgische Verbindung entsteht.
Zur einfacheren Herstellung des Pressbolzens ist es zweckmässig, wenn man einen aus mehreren Scheiben zusammengesetzten und luftdicht verschweissten Pressbolzen verwendet, dessen Scheiben mit übereinanderpassenden Bohrungen zur Aufnahme der Supraleiterstäbe versehen sind.
Um zu verhindern, dass im fertigen Supraleiter während dem Betrieb interfilamentäre Magnetisierungsströme auftreten ist es vorteilhaft, wenn man diesen am Ende der Verformung oder unmittelbar davor schraubenlinieförmig verdrillt undloder mit einer solchen Schicht umhüllt, deren elektrische Leitfähigkeit bei der Betriebstemperatur der Supraleiterdrähte gemessen mindestens hundertmal schlechter ist als diejenige von Kupfer.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. t schematisch den Arbeitsablauf einer beispielsweisen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens; und
Fig. 2 eine Seitenansicht auf eine beispielsweise Ausführungsform des Pressbolzens.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, verformt man einen mit einem bis ca. 60 eingesetzten Supraleiterstäben versehenen Pressbolzen 1 aus elektrisch normalleitendem Material wie z. B. Kupfer undloder Aluminium undloder einer Legierung wie z. B. CuNi bei einer Temperatur von bis zu 700 0C von einem Durchmesser von 180 mm durch Warmpressen a auf einen Durchmesser von 30 bis 80 mm. Die dabei erzielte Verformung ist so gross, dass sicher eine metallurgische Verbindung zwischen den Supraleiterstäben und dem elektrisch normalleitenden Material entsteht.
Das derart erzeugte Zwischenprodukt wird dann durch Pilgerwalzen b, Hämmern oder Ziehen auf einen Durchmesser von beispielsweise 56 mm, anschliessend durch Hämmern c auf einen Durchmesser von 8 bis 16 mm, und dann durch Ziehen d auf einen Durchmesser von 2 bis 4 mm gebracht
Wenn das durch Warmpressen a erzielte Zwischenprodukt nur einen Durchmesser von etwa 30 mm aufweist, dann kann man auch durch Anwendung eines einzigen Verfahrensschrittes e einen Draht 2 mit einem Durchmesser von 2 bis 4 mm erhalten.
Nun füllt man f ein Rohr 3 aus elektrisch normalleitendem Material, wie z. B. Kupfer oder Aluminium und mit einem Innendurchmesser von beispielsweise 52 mm mit mindestens annähernd gleichlangen Drähten 2 und gemäss der gewünschten Verteilung der Supraleiterfilamente im fertigen Leiter 4 zusätzlich mit Kupfer- oder Aluminiumstäben, die keine Supraleiterdrähte enthalten.
Wenn der Querschnitt des Rohres 3 wie aus Fig. 1 ersichtlich ausgefüllt ist, wird durch Ziehen leicht kaltverformt, um den Füllgrad zu verbessern. Sodann wird das Ganze kalt oder bei Temperaturen bis zu 500 0C durch Hämmern g mechanisch zu einem Stab 5 mit einem Durchmesser von 8 bis 16 mm verformt, derart, dass zwischen dem Rohr 3 und den eingelegten Drähten 2 eine metallurgische Verbindung entsteht. Danach wird der derart erhaltene Stab 5 durch Ziehen h zu einem Draht 4 mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,6 mm verformt.
Die Dicke der im Pressling 1 enthaltenen Supraleiterstäbe und die Durchmesser des Rohres 3 und der Stäbe 2 werden derart gewählt, dass die daraus entstehenden Filamente im fertigen Draht 4 je nach Verwendungszweck einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 100 u aufweisen.
Die Anzahl der Supraleiterfilamente im fertigen Draht variiert je nach Verwendung des Leiters zwischen ca. 50 und einigen tausend.
Das beschriebene Verfahren gestattet die Herstellung fast jeder beliebigen Leiterkonfiguration, da sich die Anzahl der Supraleiterfilamente und das Verhältnis von elektrisch normalleitendem Material zu Niob-Titan durch Einsetzen von entsprechend heruntergearbeiteten Drähten 2 und wenn nötig von Drähten aus normalleitendem Material in einem weiten Bereich variieren lässt.
Um zu vermeiden, dass der Pressbolzen 1 mit relativ langen Bohrungen zur Aufnahme der Supraleiterstäbe versehen werden muss, ist es möglich, den Pressbolzen wie aus Fig. 2 ersichtlich aus mehreren Scheiben 7 zusammenzusetzen und die Verbindungsstellen luftdicht zu verschweissen. Dabei sind die Scheiben 7 mit genau übereinanderpassenden Bohrungen zur Aufnahme der Supraleiterstäbe 8 versehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, wie strichpunktiert eingezeichnet, ein Rohr 11 über alle Scheiben 7 zu schieben und das Rohr 11 luftdicht mit den Endteilen 9 und 10 zu verschweissen. Da die Länge der herzustellenden Bohrungen in jeder Scheibe nur der Scheibendicke entsprechend ist, stellt das Bohren bei diesem Verfahren zur Herstellung des Pressbolzens kein Problem dar.
PATENTANSPRU(3H
Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters mit einer Vielzahl von Filamenten aus supraleitendem Material, dadurch gekennzeichnet, dass man einen mit eingesetzten Supraleiterstäben lrersehenen Pressbolzen aus elektrisch normalleitendem Material durch Warmpressen so stark auf einen kleineren Querschnitt verformt, dass eine metallurgische Verbindung zwischen den Supraleiterstäben und dem elektrisch normalleitenden Material entsteht, dann das derart erhaltene Zwischenprodukt durch Ziehen, Walzen, Pilgerwalzen oder Hämmern zu einem einen kleineren Querschnitt aufweisenden Stab oder Draht verformt,
nachher ein Rohr aus elektrisch normallei tendem Material mit mindestens annähernd gleichlangen derart hergestellten Drähten oder Stäben mindestens teilweise ausfüllt und danach das Ganze mechanisch zu einem Draht oder Band verformt, derart, dass zwischen dem Rohr und den Stäben bzw. Drähten eine metallurgische Verbindung entsteht.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als supraleitendes Material Niob-Titan verwendet
2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als elektrisch normalleitendes Material Kupfer undloder Aluminium undloder eine Legierung von Kupfer bzw. Aluminium verwendet.
3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man einen aus mehreren Scheiben zusammengesetzten und luftdicht verschweissten Pressbolzen verwendet, dessen Scheiben mit übereinanderpassenden Bohrungen zur Aufnahme der Supraleiterstäbe versehen sind.
4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Pressbolzen verwendet, dessen einzelne Scheiben untereinander luftdicht miteinander verschweisst sind.
5. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Pressbolzen verwendet, dessen einzelne Scheiben von einem Umhüllungsrohr umgeben sind, wobei das letztere an seinen beiden Enden mit den beiden Endscheiben luftdicht verschweisst ist.
6. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man das durch Warmpressen erhaltene Zwischenprodukt durch Pilgerwalzen, Hämmern oder Ziehen und anschliessendes Hämmern oder nur durch Hämmern zu einem einen kleineren Querschnitt aufweisenden Stab oder Draht verformt.
7. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil des Inneren des Rohres mit Stäben oder Drähten aus normalleitendem Material versieht.
8. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man das gefüllte Rohr durch Hämmern und anschliessendes Ziehen zu einem Draht oder Band verformt.
9. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man das gefüllte Rohr durch Ziehen zu einem Draht oder Band verformt.
10. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man das gefüllte Rohr durch Pilgerwalzen und anschliessendes Ziehen zu einem Draht oder Band verformt.
11. Verfahren nach Unteranspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass man das Hämmern oder Pilgerwalzen bei einer Temperatur die im Bereich zwischen Raumtemperatur und 500 0C liegt, durchführt.
12. Verfahren nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man das Hämmern oder Walzen bei einer Temperatur die im Bereich zwischen 300 und 500 0C liegt, durchführt.
13. Verfahren nach Unteranspruch 9, dadurch gekenn
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Method of manufacturing a stabilized superconductor
The present invention relates to a method of manufacturing a stabilized superconductor having a lot.
number of filaments made of superconducting material.
The current state of superconductor development is primarily characterized by the fact that in a composite superconductor, in which the superconducting material is embedded in an electrically normal conducting material, a large number of very thin superconductor filaments have appeared instead of a few superconductor filaments that are not as thick.
By increasing the number of superconductor filaments while the overall cross-section remains the same, the cooled surface of the superconductor filaments is greatly enlarged, so that heat generated by flow instabilities can be dissipated immediately before there is a significant rise in temperature in the conductor.
The conventional processes for the production of stabilized superconductors usually start from a copper or aluminum bolt which is provided with bores extending in its axial direction and which niobium-titanium rods are loosely inserted into these. The air in the spaces is then pumped out and the end faces of the bolt are welded vacuum-tight by welding on sealing covers. The metallurgical connection between the niobium-titanium rods and the bolt takes place at elevated temperatures by deforming the bolt to a smaller cross-section, be it by extrusion, rolling or forging. The intermediate product obtained is then processed into strips or wires.
In the manufacture of multifilament conductors, the first manufacturing step, namely the precise drilling of a few hundred or thousand holes with a very small diameter over lengths of a few decimeters, is no longer applicable.
The aim of the invention is to create a method which does not have these disadvantages and with the aid of which stabilized superconductors with a very large number of very thin superconductor filaments can be produced.
The method according to the invention is characterized in that a press bolt made of electrically normal conducting material and provided with inserted superconductor rods is deformed by hot pressing to a smaller cross section so that a metallurgical connection is created between the superconductor rods and the electrically normal conducting material, then the intermediate product obtained in this way by drawing , Rolling, pilger rolling or hammering to form a rod or wire with a smaller cross-section, then at least partially filling a tube made of electrically normal conducting material with at least approximately the same length of wires or rods produced in this way, and then mechanically deforming the whole thing into a wire or band, like this that a metallurgical connection is created between the tube and the rods or wires.
To simplify the production of the press bolt, it is useful to use a press bolt composed of several disks and welded airtightly, the disks of which are provided with holes that fit one above the other for receiving the superconductor rods.
In order to prevent interfilamentary magnetization currents from occurring in the finished superconductor during operation, it is advantageous if it is twisted in a helical manner at the end of the deformation or immediately before it and / or covered with a layer whose electrical conductivity is at least a hundred times worse at the operating temperature of the superconductor wires than that of copper.
The invention is explained below with reference to the drawing, for example. Show it:
FIG. T schematically shows the workflow of an exemplary embodiment of the method according to the invention; and
Fig. 2 shows a side view of an example embodiment of the press bolt.
As can be seen from Fig. 1, a press bolt 1 provided with a superconductor rods inserted up to approx. B. copper and / or aluminum and / or an alloy such as e.g. B. CuNi at a temperature of up to 700 0C from a diameter of 180 mm by hot pressing a to a diameter of 30 to 80 mm. The deformation achieved is so great that a metallurgical connection between the superconductor rods and the normally electrically conductive material is reliably created.
The intermediate product produced in this way is then brought to a diameter of, for example, 56 mm by pilger rolling b, hammering or drawing, then by hammering c to a diameter of 8 to 16 mm, and then by drawing d to a diameter of 2 to 4 mm
If the intermediate product obtained by hot pressing a has a diameter of only about 30 mm, then a wire 2 with a diameter of 2 to 4 mm can also be obtained by using a single process step e.
Now one fills a tube 3 made of normally electrically conductive material, such as. B. copper or aluminum and with an inner diameter of for example 52 mm with at least approximately the same length wires 2 and according to the desired distribution of the superconductor filaments in the finished conductor 4 additionally with copper or aluminum rods that contain no superconductor wires.
When the cross-section of the tube 3 is filled in as can be seen from FIG. 1, it is slightly cold-formed by drawing in order to improve the degree of filling. Then the whole thing is mechanically deformed cold or at temperatures up to 500 ° C. by hammering g to a rod 5 with a diameter of 8 to 16 mm, in such a way that a metallurgical connection is created between the tube 3 and the inserted wires 2. Thereafter, the rod 5 thus obtained is deformed by drawing h into a wire 4 with a diameter of, for example, 0.6 mm.
The thickness of the superconductor rods contained in the compact 1 and the diameter of the tube 3 and the rods 2 are selected such that the filaments in the finished wire 4 have a diameter in the range from 1 to 100μ, depending on the intended use.
The number of superconductor filaments in the finished wire varies between approx. 50 and a few thousand, depending on the use of the conductor.
The method described allows the production of almost any desired conductor configuration, since the number of superconductor filaments and the ratio of normally electrically conductive material to niobium-titanium can be varied over a wide range by using correspondingly machined wires 2 and, if necessary, wires made of normally conductive material.
In order to avoid that the extrusion bolt 1 has to be provided with relatively long bores for receiving the superconductor rods, it is possible to assemble the extrusion bolt from several disks 7 as shown in FIG. 2 and to weld the connection points airtight. The disks 7 are provided with holes that fit exactly one above the other for receiving the superconductor rods 8. Of course, it is also possible, as shown in dash-dotted lines, to slide a tube 11 over all the panes 7 and to weld the tube 11 to the end parts 9 and 10 in an airtight manner. Since the length of the holes to be made in each disc is only the same as the thickness of the disc, drilling is not a problem with this method of producing the extrusion bolt.
PATENT CLAIM (3H
Process for the production of a stabilized superconductor with a large number of filaments made of superconducting material, characterized in that a press bolt made of electrically normal conducting material, which is provided with inserted superconductor rods, is deformed to a smaller cross section by hot pressing so that a metallurgical connection between the superconductor rods and the electrical normally conductive material is produced, then the intermediate product obtained in this way is deformed by drawing, rolling, pilger rolling or hammering to form a rod or wire with a smaller cross section,
then at least partially fills a tube made of electrically normalized material with at least approximately the same length of wires or rods produced in this way and then mechanically deforms the whole thing into a wire or band in such a way that a metallurgical connection is created between the tube and the rods or wires.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim, characterized in that the superconducting material used is niobium-titanium
2. The method according to claim, characterized in that the normally electrically conductive material used is copper and / or aluminum and / or an alloy of copper or aluminum.
3. The method according to claim, characterized in that a press bolt composed of several disks and welded airtightly is used, the disks of which are provided with holes that fit one above the other for receiving the superconductor rods.
4. The method according to dependent claim 3, characterized in that a press bolt is used, the individual disks of which are welded together airtight.
5. The method according to dependent claim 3, characterized in that a compression bolt is used, the individual disks of which are surrounded by a casing tube, the latter being welded airtight at both ends to the two end disks.
6. The method according to claim, characterized in that the intermediate product obtained by hot pressing is deformed by pilger rolling, hammering or pulling and then hammering or only by hammering into a rod or wire having a smaller cross section.
7. The method according to claim, characterized in that one provides a part of the interior of the tube with rods or wires made of normal conducting material.
8. The method according to claim, characterized in that the filled tube is deformed by hammering and then drawing into a wire or tape.
9. The method according to claim, characterized in that the filled tube is deformed by drawing into a wire or tape.
10. The method according to claim, characterized in that the filled tube is deformed by pilger rollers and subsequent drawing into a wire or band.
11. The method according to dependent claim 8 or 10, characterized in that the hammering or pilger rolling at a temperature in the range between room temperature and 500 0C is carried out.
12. The method according to dependent claim 11, characterized in that the hammering or rolling is carried out at a temperature in the range between 300 and 500 0C.
13. The method according to dependent claim 9, characterized
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