CH616775A5

CH616775A5 -

Info

Publication number: CH616775A5
Application number: CH1526576A
Authority: CH
Inventors: Yasuzo Tanaka; Yoshio Furuto
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1976-12-03
Publication date: 1980-04-15
Also published as: FR2334182B1; FR2334182A1; GB1573506A; DE2654924A1; US4329539A; DE2654924C2; US4611390A

Description

Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Kabel mit rechteckigem oder trapezförmigem Querschnitt, mit mehreren verdrillten Strängen, die jeweils mindestens eine sich in Längsrichtung des Stranges erstreckende Faser aus einer supraleitenden Verbindung aufweisen und in einzelnen Lagen angeordnet und unter einer vorgegebenen Strangsteigung in der axialen Richtung des Kabels verseilt sind, und Verfahren zu dessen Herstellung.

Die nachfolgenden Anforderungen sind an ein supraleitendes Kabel zu stellen:

1. Ausgeprägte Flexibilität,

2. geringe Anisotropie,

3. hohe Stromdichte,

4. eine grosse Anzahl von feinen oder dünnen Kernen,

5. geringe Wechselstromverluste,

6. grosse mechanische Festigkeit und

7. Schutz gegen Abschreck-Beschädigung.

Zu supraleitenden Verbindungen gehören Verbindungen vom Typ ß-W(A-15), beispielsweise Nb3Sn, V3Ga; weiterhin gehören zu solchen Verbindungen auch Verbindungen vom Typ NaCl (B-l), beispielsweise NbN, ZrN; und es gehören hierzu Verbindungen vom Laves-Typ (C-15), beispielsweise V.,Zr oder V2Hf. Unter diesen Verbindungen sind bisher nur Verbindungen von Nb.,Sn und V,Ga praktisch verwendet worden. Die obengenannten supraleitenden Verbindungen zeigen grundlegende Eigenschaften der Supraleitfähigkeit, wie sie in der Praxis benötigt werden, beispielsweise hinsichtlich der kritischen Temperatur, in bezug auf das kritische Magnetfeld und im Hinblick auf die kritische Stromdichte, und in dieser Beziehung sind solche Verbindungen günstiger als Materialien wie Legierungen von Nb-Ti oder Nb-Zr. Es wurde daher versucht, solche Materialien in einem starken Magnetfeld zu verwenden, wobei jedoch der Nachteil aufgetreten ist, dass sie gegen mechanische Spannungen in Form von Biegung oder Stoss verhältnismässig wenig widerstandsfähig sind. Ein bandartiger Leiter gemäss Fig. 1 wurde hergestellt, um ein Kabel zu erzeugen, welches in der Lage ist, den Nachteil der SprÖdigkeit im Hinblick auf mechanische Spannungen zu überwinden. Ein in Form eines Bandes ausgebildetes supraleitendes Kabel hatte beispielsweise einen Aufbau, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist. Es war eine supraleitende Schicht 2 aus Nb.,Sn um ein Band 1 aus Nb herum angeordnet. Eine stabilisierende Schicht 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung war um die supraleitende Schicht 2 herum angeordnet, wobei eine gewöhnliche gelötete Schicht 4 zwischen der supraleitenden Schicht 2 und der stabilisierenden Schicht 3 angeordnet war. Weiterhin war als äusserste Isolierschicht 5 eine weitere Schicht um die stabilisierende Schicht 3 herum angeordnet. Obwohl eine derartige Anordnung in der Richtung einer Dimension ausgezeichnete Flexibilität aufweist, d.h., in der flachen Dimension, traten jedoch Nachteile auf, welche darin bestanden, dass das Band eine Instabilität aufwies, welche sich beispielsweise in Form eines Flusssprunges gezeigt hat, der bei einem ungleichförmigen Magnetfeld aufgetreten ist, was durch geometrische Anisotropie verursacht wurde. Weiterhin haben auch eine ungleichförmige Stromdichte und ein dadurch hervorgerufenes ungleichförmiges Magnetfeld stets zu Problemen beim Entwurf eines Magneten geführt.

Es wurden weiterhin supraleitende Kabel gemäss Fig. 2 und 3 entworfen. Nachfolgend wird zunächst auf ein feines oder dünnes Mehrkern-Strang-Supraleiter-Kabel gemäss Fig. 2 aus V:jGa eingegangen. Dieses Kabel wird dadurch hergestellt, dass zunächst eine Mehrzahl von V-Kernen 6 in einer Cu-Ga-Legierungs-Matrix 8 angeordnet werden, so dass dadurch Stränge 9 gebildet werden, wobei sechs Stränge 9 um ein Verstärkungselement 13 herum angeordnet werden. Anschliessend wird eine supraleitende Schicht 7 aus VsGa

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um die V-Kerne 6 durch eine Diffusionsreaktion zwischen der Cu-Ga-Matrix 8 und den V-Kernen 6 gebildet, und es wird ein zur Stabilisierung dienendes Material 11 als Schicht um die Stränge 9 herum angeordnet. Nachfolgend wird ein weiterer bandförmiger Supraleiter gemäss Fig. 3 aus feinen oder dünnen und zu Strängen angeordneten Kernen aus Nb3Sn beschrieben. Ein solches Kabel wird hergestellt, indem zunächst eine Mehrzahl von Nb-Kernen 6 in eine Cu-Sn-Legierung 8 geformt und in Form einer Matrix angeordnet werden. Danach wird dieser Strang in seiner Längsrichtung verdrillt, indem das Material mit Rollen oder Walzen in eine Bandform gebracht wird, und es wird eine supraleitende Schicht 7 aus Nb;,Sn um die Nb-Kerne 6 herum angeordnet, und zwar durch eine Diffusionsreaktion zwischen der Cu-Sn-Matrix 8 und den Nb-Kernen 6.

Das Kabel gemäss Fig. 2 eliminiert die Anisotropie des bandartigen Leiters gemäss Fig. 1 und weist eine gute Flexibilität in allen kreuzweisen Richtungen des Leiters auf, ihm fehlt jedoch eine ausreichende Stromdichte aufgrund des Vorhandenseins von 20 bis 50% von Hohlräumen in dem Kabel. Ausserdem ist ein solches Kabel gemäss Fig. 2 örtlichen Spannungen an den Kreuzungspunkten des Kabels ausgesetzt, was zu Beschädigungen der supraleitenden Verbindung führt.

Das bandähnliche supraleitende Kabel gemäss Fig. 3 ist sehr flexibel in einer Richtung (in der flachen Dimension) des Leiters, und es hat eine solche Struktur, dass die Stromkapazität verhältnismässig gross sein kann. Wenn jedoch ein Magnetfeld auf das Kabel gemäss Fig. 3 wirkt, dann treten 20 bis 40% Strom-Anisotropie auf, und zwar in derjenigen Richtung, in welcher das Magnetfeld wirkt, so dass Schwierigkeiten auftreten, einen supraleitenden Magneten zu bauen oder einen solchen Magneten zu betreiben. Weiterhin zeigt ein Kabel gemäss Fig. 3 dann, wenn es für eine grosse Kapazität verwendet wird, und zwar in einer Anordnung, bei welcher eine supraleitende Verbindung in einer Metallmatrix angeordnet ist, diejenigen Nachteile, dass Wirbelstromverluste oder Skineffekte unter der Bedingung auftreten, dass Impulse oder eine hohe Frequenz verwendet werden.

Die Erfindung bedient sich der Erkenntnis, dass ein feines oder dünnes Mehrkern-Strang-Supraleiter-Kabel, welches eine ausgezeichnete Flexibilität aufweist, von einer Stromanisotropie frei ist und eine hohe Stromdichte sowie eine grosse Stromkapazität ermöglicht. Dadurch erfüllt ein solches Kabel sämtliche obengenannten sieben Voraussetzungen,

Das supraleitende Kabel der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet,

a) dass die Stränge jeweils mit einer Steigung entsprechend dem 2-fachen bis 200-fachen ihres Durchmessers verdrillt sind,

b) dass die Strangsteigung P vom 2-fachen bis 20-fachen der Kabelbreite W beträgt,

c) dass das Verhältnis der Kabelbreite W zur Kabeldicke t0 von 1 bis 100 beträgt,

d) dass die folgende Beziehung erfüllt ist:

t„ = 2R„ X 80 X (1 + 4W-/P-)

wobei

R0 = der zulässige Biegeradius der neutralen Fasern des Kabels und e„ = die gegenüber Beeinträchtigungen ihrer supraleitenden Eigenschaften obere Dehnungsgrenze der supraleitenden Verbindung, und e) dass die Gesamtquerschnittsfläche aller Kabelstränge mehr als 50% der Kabelquerschnittsfläche beträgt. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Kabels ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Verseilen einer Mehrzahl von Strängen, um hohle Abschnitte entlang und innerhalb von den verseilten Strängen zu bilden, wobei die supraleitende Verbindung der einzelnen Fasern oder Drähten in den Strängen durch eine Diffusionswärmebehandlung gebildet wird,

b) Vermindern des Querschnittes der verseilten Stränge durch deren Ziehen durch eine Ziehform, um eine derartige Reduktion zu erreichen, dass die bogenförmige Länge im Querschnitt der zwei Zwischenflächen, die durch Berührung zwischen einem Strang und den zwei benachbarten Strängen gebildet ist, innerhalb eines Bereiches von 20 bis 70% des Umfangs des Stranges liegt,

c) Verwendung einer Abflachungseinrichtung zum Abflachen der Form der Stränge in der Weise, dass die zuvor darin vorhandenen Hohlräume eliminiert werden, so dass ein Kabel gebildet wird, welches einen rechteckigen oder einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Reduktionsrate der Gesamtquerschnittsfläche aller Stränge mehr als 50% des Rechtecks oder des Trapezes beträgt, welches um den Umfang des Kabels herumgelegt werden kann, und d) Aufheizen des entsprechend geformten Kabels auf eine Temperatur, bei welcher sich eine supraleitende Verbindung in den Strängen bildet.

Im Unterschied zu den bekannten bandartigen supraleitenden Kabeln kann das erfindungsgemässe Kabel in zwei Richtungen gebogen werden, d.h. in Richtung seiner Flachausdehnung und in Richtung seiner Ränder. Wesentlich ist, dass bei dem supraleitenden Kabel gemäss der Erfindung die Dicke t0 und die Breite W, die Strangsteigung P, der zulässige Biegeradius bzw. Krümmungsradius R0 und die zulässige Dehnung e„ der supraleitenden Verbindung derart gewählt sind, dass die Beziehung t0 = 2R0 X s0 X (1+4W2/P2) erfüllt ist. Obwohl das Kabel aus einer sehr spröden supraleitenden Verbindung hergestellt ist, kann das erfindungsgemässe Kabel dennoch wie ein Kabel aus einer supraleitenden Metallegierung gehandhabt und verarbeitet werden, wenn es auf eine Rolle aufgewickelt wird oder zu einer Magnetspule verarbeitet wird. Der obengenannte zulässige Krümmungsradius Rn ist eine Biegegrenze, nämlich ein minimaler Biegeradius, in welchem das erfindungsgemässe supraleitende Kabel in demselben Mass wie ein supraleitendes Kabel aus einer Metallegierung gebogen werden kann, ohne dass die supraleitenden Eigenschaften verlorengehen. Wenn R denjenigen Biegeradiüs bezeichnet, in welchem ein Kabel unter einer normalen Anwendung gebogen ist, sollte R„ stets derart gewählt sein, dass die Beziehung R0 R gilt. Wenn weiterhin t die Dicke des Kabels bezeichnet, sollte die Dicke t0 eines idealen supraleitenden Kabels stets so gewählt sein, dass die Beziehung t„ grösser oder gleich t gilt. Deshalb kann diese Dicke t„ leicht aus der obigen Beziehung ermittelt werden, und zwar unter Berücksichtigung des Biegeradius R, der Breite W und der Strangsteigung P des Kabels. Ein supraleitendes Kabel, bei welchem t, W, P spezielle Werte haben, kann den zulässigen Biegeradius R0 aufweisen, welcher aus der obigen Beziehung festgelegt wurde, wobei die Notwendigkeit entfällt, eine teure Einrichtung zur Messung von R0 zu verwenden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein bekanntes bandartiges supraleitendes Kabel, Fig. 2 ein bekanntes, feines oder dünnes Kern-Strang-Supraleiter-Kabel,

Fig. 3 ein bekanntes bandartiges supraleitendes Kabel, welches eine Mehrzahl von feinen Kernen aufweist,

Fig. 4A eine Schrägansicht eines aus einzelnen Strängen gebildeten supraleitenden Kabels gemäss der Erfindung,

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Fig. 4B einen Querschnitt durch das Kabel gemäss Fig.

4A,

Fig. 4C einen trapezförmigen Querschnitt durch das Kabel einer weiteren Ausführungsform,

Fg. 5A bis 5C einen Querschnitt durch die Stränge, welche kein stabilisierendes Material enthalten,

Fig. 6A, 6B und 7 einen Querschnitt durch die Stränge, welche ein stabilisierendes Material enthalten,

Fig. 8 einen Querschnitt durch den Strang, in welchem supraleitende Verbindungen in einem stabilisierenden Material eingebettet sind,

Fig. 9 einen Querschnitt durch ein aus Strängen gebildetes Kabel, von denen einige durch ein stabilisierendes und/ oder verstärkendes Material in dem Kabel ersetzt sind,

Fig. 10 einen Querschnitt durch das supraleitende Kabel, welches ein stabilisierendes und/oder verstärkendes Material aufweist,

Fig. 11 einen Querschnitt durch das supraleitende Kabel, in dessen Mittelteil ein Verstärkungsmaterial eingesetzt ist,

Fig. 12A ein verdrilltes oder verformtes Hochstromkabel unter Verwendung mehrerer Kabel als Sekundärstränge,

Fig. 12B und 12C jeweils ein hohles Kabel, welches in derselben Weise wie das Kabel gemäss Fig. 12A hergestellt ist,

Fig. 13 einen Querschnitt durch ein supraleitendes, aus Strängen gebildetes Kabel, welches mit einem stabilisierenden und/oder verstärkenden Material zusammengefasst ist;

Fig. 14 einen Querschnitt durch ein Kabel, welches mit einem weichen Metall gefüllt und abgedeckt ist,

Fig. 15 einen Querschntt durch die Stränge des supraleitenden Kabels, welche von einem Material mit einem hohen elektrischen Widerstand umgeben sind,

Fig. 16 ein supraleitendes, aus Strängen gebildetes Kabel, welches mit isolierten Verstärkungs- und Stabilisierungs-materiàlien in der Form eines Bandes oder eines Stranges versehen ist,

Fig. 17A, 17B und 17C jeweils einen Schnitt durch die Stränge eines supraleitenden, aus Strängen gebildeten Kabels, welches ein Stabilisierungsmaterial enthält, bevor die Verbindung durch eine Diffusionsreaktion erzeugt wird,

Fig. 18 eine Herstellungsmethode zur Herstellung des supraleitenden Kabels gemäss der Erfindung,

Fig. 19 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Fig. 18,

Fig. 20 einen Schnitt entlang der Linie III-III in der Fig. 18 (Formteil),

Fig. 21 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in der Fig. 18 (Turk-Kopf-Teil),

Fig. 22 einen Schnitt entlang der Linie V-V in der Fig. 18 (Querschnitt des Kabels),

Fig. 23 eine Ausführungsform der Herstellung des Kabels unter Verwendung von Spindeln,

Fig. 24 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in der Fig. 23,

Fig. 25 eine weitere Ausführungsform der Herstellungsmethode des Kabels unter Verwendung von Spindeln,

Fig. 26 einen Schnitt durch die Stranganordnung des supraleitenden Kabels, welches ein Verstärkungsmaterial in seinem zentralen Teil aufweist,

Fig. 27 eine geschlitzte Spindel,

Fig. 28 einen geschlitzten Schwebekörper,

Fig. 29 einen Schnitt durch ein Kabel, welches dadurch hergestellt wird, dass eine Arbeitstemperatur im Bereich von C gemäss Fig. 30 verwendet wird,

Fig. 30 den Bereich der Arbeitstemperatur bei der Methode zur Herstellung des Kabels,

Fig. 31A eine Seitenansicht einer Verbindung oder eines

Gelenkes, welches unter Verwendung des Kabels hergestellt wurde,

Fig. 31B einen Grundriss der in der Fig. 31A dargestellten Anordnung,

Fig. 32A einen Schnitt durch die mechanische Verbin-. dung in dem in den Fig. 31A und 31B dargestellten Gelenk,

Fig. 32B einen Schnitt durch den Verbindungsteil gemäss Fig. 32A, welcher mit Hilfe einer Diffusion erzeugt wurde,

Fig. 33A bis 33C abgewandelte Ausführungsformen der Verbindung oder des Gelenkes, und zwar in verschiedenen Richtungen,

Fig. 33D ein mit Hülsen ausgestattetes Gelenk,

Fig. 34 die Ergebnisse von Beispiel 7 und

Fig. 35 diejenigen Bedingungen, unter welchen die Experimente gemäss Beispiel 9 ausgeführt wurden.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnung der grundlegende Aufbau eines supraleitenden Kabels beschrieben, wobei Nb3Sn als typische supraleitende Verbindung gewählt wurde; der Erfindungsgegenstand ist jedoch nicht darauf beschränkt.

Gemäss Fig. 4A weist ein Kabel zwei obere und untere Schichten auf (wie es im Querschnitt des Kabels dargestellt ist), und es besteht aus einer Mehrzahl von Strängen 9, von denen jeder eine kontinuierliche Phase einer supraleitenden Verbindung 7 von Nb3Sn aufweist. Im Falle der Ausführung nach der Fig. 4A haben die betreffenden Stränge 9 eine elliptische oder ovale Form oder einen abgeflachten Querschnitt. Diese Stränge 9 sind in zwei oberen und unteren Schichten angeordnet und sie sind weiterhin periodisch verlagert. Die Gesamtquerschnittsfläche der sieben Stränge 9, die in dem Querschnitt des supraleitenden Kabels gemäss Fig. 4B angeordnet sind, sollte grösser sein als 50% einer Fläche des Rechtecks oder Trapezes K, welches den sieben Strängen 9 umbeschrieben werden kann. Dieser Wert wird nachfolgend als «Strangpäckungsfaktor» bezeichnet. Der Grund dafür,

dass dieser Faktor auf über 50% eingestellt werden sollte, besteht darin, dass bei einem Kabel, welches drei Stränge hat, jeder Strang einen einfachsten kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei der oben festgelegte Strangpackungsfaktor etwa 50% beträgt. Eine vergrösserte Anzahl von Strängen und eine kompaktere Anordnung (was sich dadurch erreichen lässt, dass die Stränge abgeflacht werden oder in eine rechteckige Form gebracht werden) führen zu einer Vergrösserung des Strangpackungsfaktors. Falls keinerlei Zwischenräume zwischen den Strängen vorhanden sein sollten, würde sich ein Strangpackungsfaktor von 100% ergeben. Je grösser der Strangpackungsfaktor ist, um so höher ist die Stromdichte eines supraleitenden Kabels. Das supraleitende Kabel kann eine ungerade oder eine gerade Anzahl von Strängen aufweisen. Vorzugsweise wird jedoch eine ungerade Anzahl von Strängen verwendet, um die einzelnen Stränge daran zu hindern, dass sie sich an vielen Überlappungspunkten schneiden, und zwar aufgrund ihrer verlagerten Anordnung. Weiterhin wird auf diese Weise auch ein Einschneiden des Kerns vermieden, was sich aus einer Zusammenschnürung der Stränge an beiden Rändern ihres Querschnittes ergibt. Weiterhin ist eine kontinuierliche Phase jeder supraleitenden Verbindung 7 in dem Strang 9 eingeschlossen und sollte einen solchen Querschnitt haben, dass das Verhältnis der kleineren Achse zu der grösseren Achse 1 : 1 bis 1:2 beträgt. Der Grund für die Wahl dieses Wertes besteht darin, dass bei einem Anlegen eines Magnetfeldes an das supraleitende Kabel der Wert des kritischen Stroms sich ändert, und zwar in Abhängigkeit davon, ob das Magnetfeld in der Richtung der kleineren oder in der Richtung der grösseren Achse im Querschnitt der supraleitenden Verbindung 7 angelegt ist. Eine solche Stromanisotropie ermöglicht es, eine hohe Stromdichte oder eine grosse Stromkapazität im Verhältnis zu der effektiven Quer5

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schnittsfläche der supraleitenden Verbindung 7 zu erreichen. Mit einem bandartigen Kabel, welches nur einen einzigen Kern aufweist, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, wird die Stromanisotropie 50 bis 70%. Hingegen wird bei einem bandartigen Kabel gemäss Fig. 3, welches mehrere Kerne aufweist und nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt ist, das Verhältnis der kleineren Achse zur grösseren Achse 1 : 2 oder darüber, wodurch eine Stromanisotropie von 20 bis 40% erreicht wird. Deshalb sollte ein supraleitendes Kabel, welches eine Mehrzahl von sehr feinen oder dünnen Kernen aufweist, so ausgebildet sein, dass das Verhältnis der kleineren Achse des Querschnittes der supraleitenden Verbindung 7 zu der grösseren Achse des Querschnittes zwischen 1 : 1 und 1 : 2 liegt.

Bei dem supraleitenden Kabel schneiden sich die Kerne des Kabels in einer dreidimensionalen Form in bezug auf die Längsrichtung des Kabels, um Kopplungsströme zu unterdrücken, welche sich aus der Veränderung im Magnetfeld ergeben, wenn die supraleitende Verbindung in Betrieb gesetzt wird. Wie es nachfolgend näher erläutert wird, enthält der Strang 9 entweder einen einzelnen Kern oder mehrere Kerne. Hinsichtlich der Stabilität jedoch ist eine Ausführungsform mit mehreren feinen Kernen vorzuziehen. Weiterhin sollten die Stränge mit einer Steigung von 2 bis 200mal « ihrem Aussendurchmesser verdrillt sein. Die Steigung sollte deshalb in diesem genannten Bereich liegen, weil die supraleitende Verbindung 7 nicht unter einem grösseren Winkel als 45° geneigt zu sein braucht, was einer Steigung von zweimal dem Aussendurchmesser des Stranges 9 entspricht, und zwar in bezug auf die Längsrichtung des Kabels. Ein weiterer Grund besteht darin, dass dann, wenn der Kern wenigstens einmal auf jeder Umfangslänge einer Spule verdrillt ist, der gewünschte Zweck vollständig erreicht wird. Eine Begrenzung für die Steigung, mit welcher die Stränge des supraleitenden Kabels verdrillt sind, ergibt sich nur hinsichtlich der Flexibilität des Kabels. Die Steigung liegt vorzugsweise zwischen dem 2-fachen und dem 20-fachen Wert der Breite W des Kabels (siehe Fig. 4B). Der Grund liegt darin, dass die Steigung begrenzt sein sollte, um Kopplungsströme wirksam zu unterdrücken, um eine Deformation des Kabels zu verhindern, wenn es zu einer Magnetspule gewickelt wird, und um einen Unterschied zwischen dem Mass der Flexibilität des Kabels in beiden Richtungen seiner Dicke zu vermeiden, wobei die beiden Richtungen zu der flachen Seite des Kabels und zu dem Rand des Kabels zeigen.

Bei der Herstellung des supraleitenden Kabels, welches im wesentlichen aus einer supraleitenden Verbindung hergestellt wird, müssen natürlich die Eigenschaften des Materials ausreichend berücksichtigt werden, und zwar insbesondere seine mechanische Sprödigkeit. Wenn das Verhältnis zwischen der Breite W des Kabelquerschnittes zu seiner Dicke t (W/t in der Fig. 4B) derart gewählt ist, dass dieses Verhältnis im Bereich zwischen 1 bis 100 liegt, dann kann die. Flexibilität des Kabels den Erfordernissen angepasst werden. Wenn das Kabel in der Richtung seiner Dicke und seiner Breite gebogen wird, und zwar im wesentlichen gleichmässig, dann sollte das Verhältnis von W/t vorzugsweise gleich 1 sein. Wenn das Kabel nur in der Richtung seiner Dicke gebogen wird, d.h. in Richtung seiner flachen Dimension, dann genügt auch ein kleineres Verhältnis W/t als 100 oder vorzugsweise 50, um eine Deformation des Kabels zu vermeiden. Gemäss den obigen Ausführungen sollte die Dicke t des Kabels innerhalb eines Bereiches liegen, der folgender Beziehung genügt:

t ^ t0 = 2R„ X e„ X (1 + 4W-/P2)

Der Querschnitt der Grundstruktur des supraleitenden Kabels ist nicht auf solche Formen begrenzt, wie sie in den

Fig. 4A und 4B dargestellt sind, sondern es können auch eine Trapezform oder eine Keilform gemäss Fig. 4C vorgesehen werden. Das Kabel mit einer solchen Form eignet sich besonders gut für eine Wicklung eines bipolaren Magneten zur Beschleunigung von Elektronenstrahlbündeln, und eine derartige Form eignet sich auch für eine spezielle Form von Spulen, wie sie in 4-Pol-Magneten benötigt werden. Mit t in dem Verhältnis W/t ist ein arithmetischer Mittelwert von zwei ti + t2

Dicken t-, und t2 bezeichnet (t = ). Die neutrale

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Zwischenschicht oder die neutrale Phase des Kabels ist derart festgelegt, dass darunter eine Ebene zu verstehen ist, welche der halben mittleren Dicke t entspricht.

Für die Struktur eines Stranges ergibt sich für ein supraleitendes Kabel keinerlei Beschränkung. Die Verarbeitung von sehr spröden supraleitenden Verbindungen zu einem Strang erfolgt dadurch, dass die einzelnen Teile beispielsweise in der Weise verarbeitet werden, dass die Stranganordnung in eine flache winkelförmige oder in eine einfach flache Form gebracht wird und danach aufgeheizt wird, um innerhalb jedes Stranges eine Verbindung zu erzeugen. Dies kann beispielsweise durch einen Walzvorgang geschehen. Bevor ein solcher Walzvorgang ausgeführt wird, bevor nämlich eine supraleitende Verbindung vollständig ausgebildet wird, kann der Ausgangsstrang einen kreisförmigen Querschnitt haben oder kann auch einen solchen Querschnitt haben, wie er durch eine Vielzahl von Strängen dargestellt ist, wie sie in der Fig. 2 veranschaulicht sind.

Nachfolgend wird die innere Struktur eines Stranges beschrieben, indem ein Strang mit einem kreisförmigen Querschnitt als Beispiel erläutert wird. Die Fig. 5 bis 8 zeigen typische Beispiele des internen Aufbaus eines Stranges, wie er für die Herstellung eines erfindungsgemässen Kabels verwendet wird. Offensichtlich ist der innere Aufbau des Stranges jedoch nicht auf die in den Fig. 5 bis 8 veranschaulichten Beispiele beschränkt.

Der Strang hat allgemein einen Grundaufbau gemäss Fig. 5A, 5B und 5C. Gemäss Fig. 5A ist eine Nb3Sn-Phase 7 um eine Nb-Phase 6 herum angeordnet. Gemäss Fig. 5B sind eine grosse Anzahl von Nb3Sn-Phasen 7 in einer Cu-Sn-Le-gierungs-Matrix 8 enthalten. Gemäss Fig. 5C sind Nb- und NbjSn-Phasen abwechselnd angeordnet. Die Modifikationen (Fig. 6 bis 8) des grundsätzlichen Aufbaus eines Stranges enthalten ein stabilisierendes Metallelement.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 6 bis 8 der Aufbau eines supraleitenden Kabels beschrieben, welches mit einem stabilisierenden Element ausgestattet ist. Gemäss Fig. 6A sind eine Vielzahl von Nb3Sn-Phasen 7 in einer Cu-Sn-Legie-rungs-Matrix 8 angeordnet, und ein stabilisierendes Material 11 ist ebenfalls in einem Zustand vorhanden, in welchem es eine Abgrenzung 10 umgibt. Gemäss Fig. 6B ist das stabilisierende Material 11 in eine Vielzahl von Abschnitten durch eine Abgrenzung 10 unterteilt. Vorzugsweise ist das stabilisierende Material 11 Kupfer, Gold, Silber oder Aluminium, da diese Metalle selbst dann, wenn sie einer ausserordentlich tiefen Temperatur ausgesetzt werden, eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie einen geringen magnetischen Widerstand aufweisen. Die Abgrenzung 10 sollte so aufgebaut sein, dass sie in wirksamer Weise verhindert, dass stabilisierendes Metall 11 während der Diffusionswärmebehandlung zur Ausbildung der supraleitenden Verbindung 7 verunreinigt wird. Deshalb sollte die Abgrenzung 10 so beschaffen sein, dass sie dazu in der Lage ist, eine wechselseitige Diffusion zwischen dem stabilisierenden Metall 11 und anderen metallischen Materialien zu unterbinden, die im Strang 9 vorhanden sind. Zu diesem Zweck ist die Abgrenzung 10 derart aufgebaut, dass sie aus einem Material be5-

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steht, welches beispielsweise Tantal, Niob und Vanadium sein kann, und zwar unter Berücksichtigung der anderen im Strang 9 enthaltenen Materialien. Der Strang kann einen Aufbau gemäss Fig. 7 haben, wobei das stabilisierende Metall 11 des Stranges 9 von einem nicht in die Reaktion einbezogenen Metall 6 umgeben ist (im Falle von Nb3Sn Nb), und zwar in der supraleitenden Verbindung 7. Der Strang kann auch einen Aufbau gemäss Fig. 8 haben, wobei eine Mehrzahl von zusammengesetzten Körpern, die jeweils aus einer Vielzahl von supraleitenden Verbindungen 7 bestehen, eine Matrix 8 aus einer Legierung aus einem der metallischen Elemente der supraleitenden Verbindung 7 und eine Abgrenzung 10 von einem stabilisierenden metallischen Material 11 umgeben sind.

Nachfolgend werden einige Abwandlungen des fundamentalen Aufbaus des supraleitenden Kabels 12 erläutert. Beispielsweise kann das Kabel 12 gemäss Fig. 9 ausgebildet sein, wobei eine gewünschte Anzahl von supraleitenden Strängen 9 gemäss Fig. 4 durch stabilisierende Metallelemente 11 ersetzt sind. Diese abgewandelte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das supraleitende Kabel mit einem stabilisierenden Metall 11 ausgestattet sein kann, ohne die Flexibilität des Kabels 12 überhaupt zu beeinträchtigen. Das Kabel 12 kann eine weitere abgewandelte Form aufweisen (siehe Fig. 10), bei welcher ein Teil oder die Gesamtheit des Kabels 12 in einem stabilisierenden Material 11 eingebettet ist und/oder auch in einem Verstärkungsmaterial 13. Das Kabel 12 kann eine weitere abgewandelte Struktur haben (siehe Fig. 11), bei welcher ein Verstärkungsmaterial 13, welches sich in der Längsrichtung des Kabels 12 erstreckt, im Mittelteil des Querschnittes des Kabels 12 angeordnet ist, welches gemäss Fig. 4 ausgebildet ist.

In den Fig. 12A, 12B und 12C ist eine Ausführungsform dargestellt, die aus einer Mehrzahl von Kabeln 12 besteht, die jeweils gemäss Fig. 4, 9, 10 und 11 aufgebaut sind und als Sekundärstränge verwendet werden, die zu dem gewünschten Aufbau zusammengefasst werden. Die Fig. 12A zeigt ein Kabel, welches dadurch hergestellt ist, dass eine Mehrzahl von Kabeln 12 als Sekundärstränge in eine flache, rechteckige Form gebracht wurden, wobei die Positionen der entsprechenden Kabel 12 derart gewählt sind, dass ein elektrisch isolierendes, rostfreies Stahlband 17 um die Kabelanordnung herum gewickelt ist. Die Fig. 12B zeigt ein hohles rechteckiges rohrförmiges Kabel, welches dadurch hergestellt ist, dass einzelne Kabel 12 um ein rechteckiges Rohr herumgewickelt wurden, welches aus einem stabilisierenden Material 11 und/oder einem Verstärkungsmaterial besteht. Die Fig. 12C veranschaulicht ein hohles rundes rohrförmiges zusammengesetztes Kabel, welches dadurch hergestellt wurde, dass einzelne Kabel 12 um ein rundes Rohr herumgewickelt wurden, welches aus einem stabilisierenden Material 11 und/ oder einem Verstärkungsmaterial besteht.

Nachfolgend wird das supraleitende Kabel näher erläutert, dessen grundsätzlicher Aufbau weiterhin ein stabilisierendes und/oder ein verstärkendes Material aufweist. In Abhängigkeit vom Anwendungszweck kann das Kabel auch eine grössere Stabilität und eine höhere mechanische Festigkeit haben. Obwohl es zur Verwendung in einem starken Magnetfeld bestens geeignet ist, sollte eine supraleitende Verbindung, welche eine sehr geringe mechanische Festigkeit hat, dadurch unterstützt werden, dass stabilisierende und verstärkende Materialien eingesetzt werden, wenn ein besonders grosser Strom in einem starken Magnetfeld geführt werden soll.

Weiterhin sollte die Verwendung solcher zusätzlicher Materialien nicht zu einer Beeinträchtigung der Flexibilität eines supraleitenden Kabels führen: Diesiässt sich dadurch erreichen, dass ein Aufbau gemäss Fig. 13 verwendet wird, und zwar zusätzlich zu den bereits beschriebenen Aufbauarten. Der Aufbau gemäss Fig. ] 3 lässt sich als fundamentale Struktur ansehen, die zur Verwendung in einem Kabel für eine grosse Stromkapazität bestens geeignet ist. Grundsätzlich werden eine oder beide der breiten Flächen des bandähnlichen Kabels gemäss Fig. 4 mit entweder dem stabilisierenden Metall 11 oder dem verstärkenden Material 13 oder auch mit diesen beiden Materialien ausgestattet (Wolfram, Molybdän, rostfreier Stahl, Kohlenstoff, Bor). Wenn diese beiden Materialien zusätzlich verwendet werden, lassen sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Verwendungszweck bestimmte Proportionen festlegen. Diese zusätzlichen Materialien dienen in wirksamer Weise ihrem Zweck, wenn sie eine bandförmige Struktur haben (einschliesslich einem laminierten Band) oder wenn sie die Form von kompakt angeordneten und miteinander vereinigten Strängen haben, die in der flachen Richtung sowie in der Richtung zum Rand voll flexibel sind.

Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform eignet sich für eine Gleichstromanwendung.

Die Betrachtung hinsichtlich der Stabilität des Kabels ist hauptsächlich darauf gerichtet, eine grosse Anzahl von feinen oder dünnen supraleitenden Verbindungen vorzusehen, die verdrillt sind und denen ein stabilisierendes Metall hinzugefügt ist. Da theoretische Untersuchungen in dieser Hinsicht weit vorangeschritten sind, ist es möglich, die Stabilität des Kabels quantitativ zu beurteilen und einen gemäss dieser Beurteilung beschaffenen Typ eines Kabels zü entwerfen. Tatsächlich jedoch treten instabile Bedingungen eines solchen Kabels wie Flusssprünge aufgrund von anderen Faktoren auf, die zusätzlich zu den oben bereits genannten Faktoren vorhanden sind. Solche instabilen Zustände werden einem Wärmeaufbau zugeschrieben, der in Verbindung mit lokalen Vibrationen und Verlagerungen von Leitern auftritt, die in dem Kabel angeordnet sind, welche durch die Anwendung elektromagnetischer Kräfte hervorgerufen werden. Deshalb sollten auch bei einer beabsichtigten Gleichstrom-Verwendung die Stränge und Kerne so sicher und fest wie möglich an Ort und Stelle gehalten werden. Wenn daher ein Hohlraum von maximal 50% auftritt, ist das Kabel für praktische Anwendungen kaum geeignet. Solche Hohlräume stellen nicht nur im Hinblick auf den Wärmeübergang Schwierigkeiten dar, sondern auch hinsichtlich eines Bypass-Stromes, der während eines Übergangs von einer hohen Leitfähigkeit auf normale Leitfähigkeit in den Leitern auftritt. Demgemäss ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein Hohlraum mit weichen Metallen wie Indium, Zinn und Blei oder mit einem elektrischen Isolator ausgefüllt wird (hauptsächlich um die Stränge an Ort und Stelle zu halten), wobei praktisch die Flexibilität der Leiter nicht beeinträchtigt wird. Die Fig. 14 zeigt den Aufbau eines Kabels, welches ein weiches metallisches Material 14 enthält, welches beispielsweise Indium sein kann und in die Zwischenräume zwischen den Strängen 9 eingefügt sein kann und über die Aussenseite des Kabels ausgedehnt sein kann.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform beschrieben, welche insbesondere für Wechselstrom-Anwendungen geeignet ist. Ein elektrischer Strom, der in einem supraleitenden Kabel fliesst, weist Gleichstrom- und Wechselstrom-Komponenten auf. Selbst dann, wenn Gleichstrom verwendet wird, können Wechselstrom-Komponenten nicht völlig ausser Acht gelassen werden, die aufgrund von Spannungsschwankungen auftreten können, während ein supraleitender Magnet erregt wird oder während des Kabels eingeschaltet wird. Wenn ein supraleitendes Kabel in Betrieb gesetzt wird, und zwar bei einer Wechselstrom-Verwendung, treten die folgenden Schwierigkeiten auf:

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1. Wenn supraleitende Materialien, die zum zweiten Supraleiter-Typ gehören, in einem gemischten Status verwendet werden, dann treten magnetische Hysteresisverluste auf.

2. Bei einem Kabel, welches eine grosse Anzahl von feinen oder dünnen Kernen enthält, bei dem weiterhin ein stabilisierendes Material vorhanden ist, fliesst ein Kopplungsstrom zwischen den supraleitenden Kernen, wenn im Magnetfeld eine plötzliche Änderung auftritt, wodurch ein Zustand erzeugt wird, der damit vergleichbar ist, dass der Durchmesser der supraleitenden Kerne zunimmt, so dass das Kabel insgesamt instabil wird.

3. Wenn rasche Fluktuationen im Magnetfeld auftreten, zeigt eine Matrix hoher Leitfähigkeit, die beispielsweise aus Kupfer bestehen kann, einen nennenswerten Wirbelstromverlust.

Die magnetischen Hysteresisverluste, die oben unter dem Abschnitt 1) erläutert wurden, sind im wesentlichen bei einem supraleitenden Material unvermeidbar. Die Verluste sind ursprünglich durch die Art des supraleitenden Materials festgelegt. Nachteilige Wirkungen aufgrund eines Kopplungsstromes, wie er unter dem Abschnitt 2) beschrieben wurde, können dadurch vermieden werden, dass die supraleitenden Kerne oder Stränge verdrillt werden. Ein Kopplungsstrom kann auch dadurch vermindert werden, dass eine unterschiedliche Leitfähigkeit zwischen den jeweiligen Kernen vorgesehen wird. Weiterhin kann ein erhöhter Kontaktwiderstand zwischen den betreffenden Kernen eine Schleife eines Kopplungsstroms in wirksamer Weise vermeiden. Diese Massnahme hat dieselbe Wirkung wie eine Verminderung einer Steigung der Stränge, so dass dadurch die Notwendigkeit entfällt, die Neigung der Stränge übermässig zu verringern. Um Wirbelstromverluste zu vermeiden, wie sie oben unter Abschnitt 3) angesprochen wurden, ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein stabilisierendes Metall wie Kupfer (einschliesslich einer Matrix davon) in einem isolierten Zustand verwendet wird, anstatt in einer kontinuierlichen massiven Form, oder es kann auch vorgesehen sein, dass das Kupfer durch ein Material von hohem elektrischem Widerstand in einzelne Abschnitte unterteilt wird. In diesem Sinne ist das supraleitende Kabel, in welchem die Kerne entsprechend verlagerte Positionen haben und in einer Matrix aus einem Material von hohem elektrischem Widerstand eingebettet sind und ein stabilisierendes Metall in einzelne Abschnitte unterteilt ist oder in einem isolierten Status verwendet wird, dazu in der Lage, ausgezeichnete Wechselstrom-Eigenschaften aufzuweisen. Das Kabel sollte einen Aufbau haben, wie er in der Fig. 15 veranschaulicht ist, um auch bei starken Wechselstrom-Komponenten (pulsierende und hohe Frequenz) einwandfrei arbeiten zu können. Gemäss Fig. 15 sind alle Stränge (der supraleitende Strang 9, ein stabilisierender Metallstrang 11 und ein Verstärkungsstrang 13) von einem Material 15 mit hohem elektrischem Widerstand oder von einem elektrisch isolierenden Material 16 umgeben (organische oder anorganisch).

Nachfolgend wird anhand der Fig. 16 der elektrisch' isolierende Aufbau des Kabels beschrieben. Zur elektrischen Isolation ist der äusserste Teil des Kabels 12 von Strängen, von einer Hülle oder von einem anderen isolierenden Element umgeben, welches aus einer oder mehreren Arten von Streifen eines elektrisch isolierenden, stabilisierenden Metalls, aus Streifen eines elektrisch isolierenden Verstärkungsmaterials und aus Streifen eines elektrisch isolierenden Materials besteht. Gemäss Fig. 16 ist der äusserste Teil des Kabels 12 von einem rostfreien Stahlband 17 umgeben, welches elektrisch durch ein organisches Material isoliert ist, und das Band 17 ist in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen Richtung geläppt, in welcher das Kabel 12 aus Strängen gebildet ist, so dass dadurch die Deformation des Kabels 12

verhindert wird und effektive Kühlkanäle für ein Kühlmedium zwischen den Windungen des Bandes 17 gebildet sind.

Das supraleitende Kabel, welches den obengenannten Aufbau aufweist, ist für industrielle Zwecke aufgrund der nachfolgenden Vorteile hervorragend geeignet:

1. Das Kabel aus kompakten Strängen hat eine hohe Flexibilität in zwei verschiedenen Richtungen (in der Richtung seiner flachen Dimension und in der Richtung seines Randes).

2. Jeder Strang des Kabels besteht aus einer grossen Anzahl von feinen oder dünnen Kernen, die einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweisen, wodurch die Stromanisotropie des Kabels vollständig eliminiert wird, wie sie bei einem bekannten Kabel nach dem Stand der Technik auftritt.

3. Der Aufbau des Kabels aus kompakten Strängen hat den Strangpackungsfaktor wesentlich erhöht, ohne die supraleitenden Kerne nennenswert zu deformieren oder einzuschneiden, so dass dadurch das Kabel insgesamt eine ausserordentlich hohe Stromdichte aufweist.

4. Eine grosse Anzahl von feinen oder dünnen Verbundkernen sind miteinander verdrillt, so dass dadurch das auf diese Weise gebildete Kabel im wesentlichen stabil wird und sehr geringe Wechselstromverluste aufweist.

5. Das Kabel hat einen derartigen Aufbau, dass ein stabilisierendes Metall und ein Verstärkungsmaterial getrennt voneinander angeordnet oder in den Leitern isoliert sind, so dass dadurch die Wechselstromverluste vermindert werden. Eine Dispersion des Verstärkungsmaterials in den Leitern bewahrt diese davor, dass in den Leitern eine lokale Konzentration von Spannungen auftritt.

6. Das Kabel, welches aus einem kompakten Aufbau von Strängen hergestellt ist, hat eine flache und rechteckige Form und ist dazu geeignet, als zusammengesetztes Kabel einen grossen Strom zu führen, in dem eine Mehrzahl von solchen Kabeln verwendet werden, so dass dadurch nicht nur der Strangpackungsfaktor erhöht wird, sondern auch die lokale Konzentration der Spannungen vermindert wird.

Nachfolgend wird die Methode der Herstellung des erfin-dungsgemässen supraleitenden Kabels beschrieben. Kompakte Kabel, welche aus einzelnen Strängen bestehen, sollten in der Weise hergestellt werden, dass sie die nachfolgenden Forderungen erfüllen:

1. Die Stränge sind leicht geformt und haben in ihrem verdrillten Zustand oder in ihrem zusammengefügten Zustand keine unregelmässigen Einschnitte oder Schnittpunkte und sind auch nicht an irgendeiner Stelle zusammengeschnürt.

2. Die Vorgänge zum Herstellen der Stränge sind unabhängig von der Art und der Form des jeweiligen Stranges anwendbar.

3. Die Vorgänge zum Herstellen und Formen der Stränge sind derart beschaffen, dass Stränge in einer langgestreckten Form und mit einheitlichen und gleichförmigen Eigenschaften in ihrer Längsrichtung hergestellt werden können.

4. Die Vorgänge beim Herstellen und Formen der Stränge sind unabhängig von der Struktur des stabilisierten Leiters anwendbar, der durch eine andere Methode verstärkt sein kann.

Ein aus Strängen hergestelltes Kabel nach dem Stand der Technik wurde im Hinblick darauf gefertigt, den Hohlraum zwischen den Strängen zu vermindern, um die Stromdichte der Leiter vergrössern zu können, ohne dabei unbedingt die obigen Erfordernisse zu beachten. Deshalb konnte ein Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik die obengenannten vier Voraussetzungen nicht erfüllen, und zwar nicht nur im Zusammenhang mit einem Kabel aus einer supraleitenden Verbindung, der eine ausgeprägte Sprödigkeit eigen ist, sondern auch im Hinblick auf ein aus einer Legierung herge5

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stelltes supraleitendes Kabel, bei welchem verhältnismässig einfach eine plastische Verformung möglich war. Die oben unter Abschnitt 1) angesprochenen Schwierigkeiten sind im Hinblick darauf von ausserordentlicher Bedeutung, dass die Kerne der Stränge daran gehindert werden, durch eine lokale Konzentration von Spannungen gebrochen zu werden, welche an den Kernen auftreten kann, so dass mit anderen Worten gesagt, eine regelmässige Anordnung der Stränge erreicht ist.

Der Strang kann verschiedene Strukturen haben, wie sie in den Fig. 5 bis 8 veranschaulicht sind. Der Strang weist eine supraleitende Verbindung 7 auf, welche in dem Strang durch eine Wärmebehandlung im letzten Herstellungsschritt hervorgerufen wird. Während der Herstellung des Kabels vor der Wärmebehandlung wird somit keine supraleitende Verbindung 7 erzeugt. In der Ausführungsform, in welcher beispielsweise ein Kabel auf einer V3Ga-Basis hergestellt wird, wobei Vanadium (in Form eines Stabes oder einer Folie) in einer Cu-Ga-Legierungs-Matrix eingebettet ist, nimmt das Vanadium allgemein die Position der supraleitenden Verbindung 7 ein.

Ein Strang, der allgemein gemäss Fig. 5A, 5B oder 5C ausgebildet ist, wird zur Herstellung eines Kabels verwendet, welches eine verhältnismässig geringe Stromkapazität aufweist. Ein Strang, der noch keiner Reaktion unterworfen wurde, wird mit Hilfe eines typischen Arbeitsverfahrens zum Zusammenfügen vorbereitet, wobei im Falle eines Kabels auf V3Ga-Basis zunächst ein Vanadiumstab in einer Cu-Ga-Legierungs-Matrix eingebettet wird, um einen zusammengesetzten Körper zu bilden, wonach der Durchmesser des zusammengesetzten Körpers durch einen Ziehvorgang vermindert wird. Wenn ein Kabel mit einer grossen Stromkapazität hergestellt wird, wird ein Strang gemäss Fig. 6 bis 8 erzeugt. In diesem Falle enthält ein zusammengesetzter Körper ein stabilisierendes Material 11, welches gegenüber anderen vorhandenen metallischen Materialien eine stark unterschiedliche Verarbeitbarkeit und mechanische Festigkeit aufweist. Ein auf diese Weise hergestellter zusammengesetzter Körper zeigt die Tendenz, dass während der einzelnen Herstellungsschritte wie während des Ziehvorgangs und während der Formgebung, welche vor der Wärmediffusionsbehandlung ausgeführt werden, eine Reihe von Problemen auftritt.

1. Ein Metallrohr aus beispielsweise Niob, Vanadium oder Tantal, welches als Begrenzung wirkt, tendiert dazu, durch die Bearbeitung zerbrochen zu werden, wenn das Rohr eine geringe Wandstärke aufweist, was dazu führt, dass die Reinheit des stabilisierenden Metalls während der Diffusionswärmebehandlung beeinträchtigt wird.

2. Obwohl das Metallrohr, welches als Begrenzung wirkt, eine so geringe Wandstärke wie möglich haben sollte, um den Packungsfaktor der supraleitenden Verbindungen in dem Strang zu erhöhen, besteht jedoch die Gefahr, dass eine wechselseitige Diffusion zwischen dem Begrenzungsmaterial und anderen Elementen auftritt, wodurch schliesslich die Reinheit des stabilisierenden Metalls beeinträchtigt werden kann.

3. Eine Verminderung des Reinheitsgrades eines stabilisierenden Metalls während der Diffusionswärmebehandlung führt dazu, dass die Konzentration der gelösten Elemente abnimmt, welche zu der Reaktion benötigt werden, und zwar in einem Reaktionssystem zur Erzeugung dçr gewünschten supraleitenden Verbindung. Dies führt zu dem Ergebnis, dass die Herstellung der gewünschten supraleitenden Verbindung eine lange Zeit erfordert oder in einigen Fällen sogar unmöglich wird.

Gemäss der Erfindung wird ein aus einzelnen Strängen bestehendes supraleitendes Kabel geschaffen (einschliesslich eines Herstellungsverfahrens), bei welchem der Strang einen solchen Aufbau hat, dass die Wand der Begrenzung in noch zulässiger Weise dünn ausgebildet ist, wobei zugleich die

Verarbeitungsmöglichkeit verbessert wird, wobei weiterhin eine Reaktion zwischen einem stabilisierenden Metall und anderen Bestandteilen verhindert wird und wobei schliesslich eine Reaktion zur Erzeugung der gewünschten supraleitenden Materialien begünstigt wird, so dass dadurch die obigen Probleme überwunden werden.

Der zu verwendende Strang gemäss Fig. 17A wird dadurch hergestellt, dass ein stabilisierendes Material 11 mit einem metallischen Begrenzungsmaterial 10 umgeben wird, welches ausschliesslich oder hauptsächlich aus Niob, Vanadium oder Tantal besteht. Diese Begrenzung wird mit einem die Diffusionsreaktion steuernden Material 32 umgeben. Weiterhin werden Kerne 7 gebildet, die aus einem der Bestandteile einer gewünschten supraleitenden Verbindung oder einer Legierung daraus bestehen, sowie eine Matrix 8, welche aus dem anderen der Bestandteile oder einer Legierung davon besteht, um das die Diffusion steuernde Material 32 herum. Nachdem die Formgebung und die Herstellung der Stränge abgeschlossen ist, wird eine Diffusionswärmebehandlung für den auf diese Weise hergestellten zusammengesetzten Körper angewandt, so dass dadurch die supraleitenden Verbindungen um die Kerne 7 herum gebildet werden, oder es werden die Kerne 7 selbst als supraleitende Materialien verwendet. Das Begrenzungsmaterial 10, welches aus Niob, Vanadium oder Tantal oder einer Legierung daraus besteht, dient dazu, eine wechselseitige Diffusion zwischen dem stabilisierenden metallischen Material 11 und wenigstens zwei Bestandteilen oder Legierungen daraus zu verhindern, welche eine gewünschte supraleitende Verbindung bilden. Das Begrenzungsmaterial 10 sollte derart beschaffen sein, dass es keine Diffusionsreaktion mit einem der stabilisierenden metallischen Materialien 11 und den Bestandteilen davon in Gang bringt oder eine solche Reaktion nur in einem vernachlässigbaren Ausmass ausführt.

Das Begrenzungsmaterial 10 kann verschiedene Formen haben. Gemäss Fig. 17A umgibt das Begrenzungsmaterial 10 einfach das stabilisierende Material 11. Gemäss Fig. 17B ist das Begrenzungsmaterial 10 innerhalb einer die Diffusionsreaktion steuernden Materialschicht 32 angeordnet, um das stabilisierende metallische Material 11 in eine Mehrzahl von einzelnen Abschnitten zu unterteilen. Gemäss Fig. 17C ist die Legierungs-Matrix 8 mit einem die Diffusionsreaktion steuernde Material 32 umgeben, und zwar abweichend von den Fig. 17A und 17B. Das die Diffusion steuernde Material 32 ist von dem Begrenzungsmaterial 10 umgeben. Eine Mehrzahl solcher Körper wird innerhalb des stabilisierenden Materials 11 angeordnet. Eine Unterteilung dieses stabilisierenden Materials dient dazu, die Wechselstromverluste auf ein Minimum zu beschränken, welche normalerweise in dem leitenden Abschnitt des Leiters auftreten, und weiterhin auch dazu, um den Wärmeübergang durch den Leiter zu verbessern. Das die Diffusionsreaktion steuernde Material 32 kann beispielsweise Kupfer, Silber, Aluminium, Gold, Magnesium oder Blei sein, und es hat die folgenden Wirkungen:

1. Es hindert ein Metall wie Niob, Vanadium oder Tantal, welches das stabilisierende metallische Material 11 umgibt, daran, dass es während der Herstellung des supraleitenden Kabels gemäss der Erfindung oxidiert wird.

2. Es bildet um das Begrenzungsmaterial 10 herum einen Spalt, um die Lösungselemente dazu zu bringen, dass sie verschiedene Konzentrationen haben, so dass dadurch die wechselseitige Diffusion dazwischen unterdrückt wird.

3. Es fördert die Reaktion bei einem gewünschten supraleitenden Verbindungsmaterial, welche im Innern oder ausserhalb von dem Begrenzungsmaterial 10 auftritt, so dass dadurch die Reaktionszeit verkürzt wird und folglich die Diffusion von externen gelösten Elementen in dem stabilisierenden Material 11 durch die Begrenzungsschicht 10 und auch die

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wechselseitige Diffusion, zwischen dem begrenzenden Material 10 und dem stabilisierenden Material 11 wesentlich vermindert wird.

4. Vom dynamischen Standpunkt aus zeigt das stabilisierende Material 11, welches allgemein ein sehr reines weiches Metall ist, eine stark unterschiedliche Härte gegenüber dem Begrenzungsmaterial 10 und den Umgebungsmetallschichten. Wo das Begrenzungsrohr 10 verbogen oder gebrochen ist, was während eines Bearbeitungsschrittes auftreten kann, wirkt das die Diffusionsreaktion steuernde Material 32 als ein dynamischer Puffer, um das Auftreten solcher Zwischenfälle zu verhindern.

Es wird somit ermöglicht, ein stabilisiertes supraleitendes Kabel auf einfache Weise herzustellen, welches den oben beschriebenen Aufbau hat, bei welchem der Reinheitsgrad des stabilisierenden Metalls 11 nicht beeinträchtigt ist. Die gute elektrische und thermische Leitfähigkeit des stabilisierenden Metalls 11 sind gewährleistet. Der elektrische und der thermische Widerstand zwischen dem stabilisierenden Metall 11 und den supraleitenden Verbindungen wird durch das feste Haften zwischen beiden Bestandteilen auf mechanischem Wege stark vermindert.

Das supraleitende Kabel hat folgende Vorteile:

1. Wenn es innerhalb einer supraleitenden Verbindung gebildet wird, dann hat die stabilisierende Metallschicht 11 eine grössere tatsächliche Dicke als dann, wenn die Bildung auf der Aussenseite der Verbindung erfolgt, wodurch sich vom Standpunkt der Grösse des elektrischen und des magnetischen Widerstandes Vorteile ergeben.

2. Die stabilisierende Metallschicht 11 ist innerhalb oder ausserhalb der Begrenzung 10 ausgebildet, die ausschliesslich oder hauptsächlich aus Niob, Vanadium oder Tantal besteht. Das die Diffusionsreaktion steuernde Material 32 ist ausserhalb oder innerhalb des Begrenzungsmaterials 10 angeordnet. Deshalb findet nur eine solche Diffusionsreaktion statt, wie sie zur Ausbildung der supraleitenden Verbindung erforderlich ist. Eine ordnungsgemässe Auswahl eines die Reaktion steuernden Materials für die Diffusion beschleunigt die Reaktion zur Ausbildung einer supraleitenden Verbindung, so dass dadurch eine grosse Menge einer Diffusionsschicht in einer verhältnismässig kurzen Zeit gebildet wird.

3. Wenn die supraleitenden Verbindungsschichten mit derselben Querschnittsfläche ausgebildet sind, kann die tatsächliche Dicke jeder Schicht aus solchen Gründen vermindert werden, wie sie im Abschnitt 2) angegeben sind. Deshalb zeigt das Kabel eine adiabatische Stabilität (es wird die Instabilität einer supraleitenden Verbindung unterdrückt, welche durch ihre erhöhte Temperatur hervorgerufen wird, die sich aus einem Wärmeaufbau unter dem adiabatischen Zustand ergibt, bei welchem Flusssprünge auftreten, und auch durch eine Wiederholung des Wärmeaufbaus, wie er bei einer Änderung des magnetischen Flusses auftreten kann), und das Kabel weist auch eine gute dynamische Stabilität auf (eine Eigenschaft zur Unterdrückung derselben Instabilität einer . supraleitenden Verbindung, wie sie oben in Verbindung mit der adiabatischen Stabilität beschrieben wurde, wenn Wärme, die in der supraleitenden Verbindung entsteht, durch die normale Leitfähigkeit des Stranges abgeführt wird).

4. Das stabilisierende Metall 11 zeigt eine stark unterschiedliche Deformierbarkeit gegenüber Niob, Vanadium oder anderen Metallbestandteilen im Strang. Das die Diffusionsreaktion steuernde Material 32 wirkt jedoch als dynamischer Puffer und verhindert das Abspalten einer Kabelhülle oder das Abtrennen der Hülle in Form eines langgestreckten Streifens.

Nachfolgend werden die einzelnen aufeinanderfolgenden Schritte bei der Herstellung eines aus Strängen gebildeten supraleitenden Kabels beschrieben. Zunächst wird die Beschreibung auf die Herstellung und Formgebung der Stränge gerichtet. Bisher wurde ein aus flachen und rechteckigen Strängen gebildetes Kabel dadurch hergestellt, dass ein Mehrzahl von Strängen zu einer flachen und rechteckigen Form gebracht wurden, indem sie durch Walzen in eine entsprechend kompaktere Anordnung überführt wurden. Nach dem Stand der Technik wurden eine Vielzahl von Strängen innerhalb desselben Umfangs angeordnet und in der Weise zusammengefügt, dass eine kernlose Stranganordnung gebildet wurde. Diese Stranganordnung wurde einem Walzvorgang in zwei Richtungen oder zwei Achsen unterzogen, und zwar mit Hilfe einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung (welche aus zwei Sätzen von Walzen besteht, die einander in derselben Ebene unter rechten Winkeln schneiden), um eine flache und rechteckige Form hervorzurufen.

Diesem bekannten Verfahren sind jedoch die Nachteile eigen, dass eine Mehrzahl von Strängen während des Walzvorganges und der Formgebung eine Vielzahl von Schnittpunkten aufweisen und miteinander zum Schnitt gebracht werden, und es besteht weiterhin der Nachteil, dass die aus Strängen gebildete Anordnung, welche einer Walzeinrichtung zugeführt wird, in die hohlen Abschnitte hineingleiten oder entlang den hohlen Abschnitten verrutschen kann, und zwar wegen der kernlosen Anordnung. Wenn versucht wird, das Ausmass zu vermindern, in welchem ein Aufbau aus solchen Strängen während des Durchgangs durch eine Walzeinrichtung deformiert wird, um die oben erwähnten mehrfachen Schnitte zu vermeiden, dann treten diejenigen Schwierigkeiten auf, dass nicht nur die aus den einzelnen Strängen gebildete Anordnung die Tendenz zum Durchrutschen hat, nachdem sie durch die Walzeinrichtung hindurchgegangen ist, sondern auch ein Hohlraum in dem Querschnitt der Stränge vergrössert wird, was zu einem geringeren Packungsfaktor führt.

Gemäss der Erfindung wurden die obigen Nachteile überwunden, wie sie beim Stand der Technik aufgetreten sind, und es wurde eine Methode geschaffen, um einen flachen und rechteckigen Aufbau aus einzelnen Strängen herzustellen, so dass eine gleichförmige Querschnittsfläche und ein grosser Strangpackungsfaktor gewährleistet sind.

Die einzelnen Schritte zur Herstellung und Formgebung der aus Strängen gebildeten Anordnung werden nachfolgend beschrieben. Eine Mehrzahl aus runden Strängen werden zunächst derart zusammengefügt, dass sie auf demselben Umfang angeordnet sind, und sie werden dann durch eine Ziehvorrichtung hindurchgeführt, um eine reduzierte kernlose Anordnung aus Strängen zu bilden, in welcher eine Summe von bogenförmigen Längen im Querschnitt von zwei Grenzflächen, welche durch die Berührung zwischen einem Strang und den zwei benachbarten Strängen gebildet sind, auf 20 bis 70% des Umfangs eines Stranges gebracht wird (oder des Kreisumfangs eines Stranges, wenn er einen runden Querschnitt hat). Danach wird diese kernlose Anordnung aus einzelnen Strängen mit Hilfe einer entsprechenden Einrichtung zum Abflachen in eine flache und rechteckige oder trapezförmige Form gebracht. In diesem Falle kann ein Dorn oder eine ähnliche Einrichtung, welche sich in der Längsrichtung einer Zieheinrichtung erstreckt, in deren Zentrum angeordnet werden, um die kernlose Anordnung daran zu hindern, dass die aus Strängen gebildete Anordnung wegrutscht.

Bei der Verwendung eines solchen Dorns oder einer ähnlichen Einrichtung müssen die Stränge nicht vorab auf demselben Umfang angeordnet sein. Der Grund liegt darin, dass eine aus Strängen gebildete Anordnung, welche um den Dorn herumgewickelt ist, nach unten rutscht. Es besteht keine Begrenzung für den Umfang des Dorns.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Vielzahl von runden Strängen derart zusam5

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mengefügt wird, dass die einzelnen Stränge auf demselben Umfang liegen. Während ein Verstärkungskernmaterial in den kernlosen Abschnitt eingefügt wird, wird die kernlose Anordnung aus den einzelnen Strängen durch eine Ziehvorrichtung hindurchgeführt. Die Stranganordnung, die nunmehr mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt ist, wird gewalzt und in eine flache und rechteckige oder trapezförmige Form eines Kabels gebracht, welches als Kern ein Verstärkungsmaterial aufweist.

Nachfolgend wird im einzelnen anhand der Zeichnung der Vorgang zur Herstellung und Formgebung der Stränge erläutert, um eine flache und rechteckige Form eines supraleitenden Kabels zu erzeugen.

In der Fig. 18 ist eine Einrichtung zur Herstellung und Formgebung einer Vielzahl von runden Strängen 19 veranschaulicht, die kontinuierlich von einer Strangzuführungseinrichtung 18 geliefert werden und gemäss Fig. 19 in der Weise zusammengefügt werden, dass sie auf demselben Umfang liegen. Auf diese Weise wird ein kernloser Aufbau 20 aus einzelnen Strängen gebildet. Dieser Aufbau wird durch eine Zieheinrichtung 22 hindurchgeführt, beispielsweise durch ein Zieheisen, welches mit einer entsprechenden Öffnung ausgestattet ist, deren Eingangsseite weiter geöffnet ist als die Ausgangsseite. Nachfolgend wird der Aufbau 20 mit einem äusseren Durchmesser versehen, der vermindert oder verringert ist, um einen kernlosen Aufbau 20a aus einzelnen Strängen zu bilden, wie es in der Fig. 20 dargestellt ist (Querschnitt entlang der Linie III-III in der Fig. 18), so dass eine Summe von bogenförmigen Längen im Querschnitt der zwei Grenzflächen, welche durch den Kontakt zwischen einem beliebigen Strang 19i und zwei benachbarten Strängen 19a und 193 gebildet ist, 20 bis 70% des gesamten Umfangs des einen Stranges 19x aufweist. Der zusammengedrückte kernlose Aufbau 20a aus einzelnen Strängen wird in zwei Richtungen gewalzt, und zwar in einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung 25 (siehe Fig. 21), welche zwei Sätze von Walzen 23 aufweist, die einander unter rechten Winkeln schneiden, wobei eine rechteckförmige Öffnung 24 im Zentrum des Schnittpunktes gebildet ist. Somit wird gemäss Fig. 22 ein flacher und rechteckförmiger Strangaufbau 26 gebildet, welche zwei obere und untere horizontale laminierte Reihen von Strängen 19 aufweist und eine ähnliche Form wie die Öffnung 24 in der Walzeinrichtung hat, wobei diese Anordnung kontinuierlich hergestellt und auf eine (nicht dargestellte) Trommel aufgerollt wird. Zu dieser Zeit ist der Aufbau 26 noch keiner Wärmebehandlung unterzögen worden und enthält somit noch keine supraleitende Verbindung gemäss Fig. 4.

Gemäss den obigen Ausführungen hat der ursprüngliche kernlose Aufbau 20 aus den Strängen 19, in welchem die Stränge 19 miteinander in der Längsrichtung der Stränge entlang einer Linie in Berührung stehen, einen verminderten Durchmesser, bevor er durch die Zieheinrichtung 22 hindurchgeführt wird, damit die Stränge 19 einen ebenen Kontakt miteinander haben, wonach der Aufbau in der Turk-Kopf-Walzeinrichtung 25 weiterverarbeitet wird, wobei zugleich darauf geachtet wird, dass ein Abrutschen des reduzierten kernlosen Aufbaues 20a mit den Strängen 19 verhindert wird.

Der Grund dafür, dass die Summe der bogenförmigen Längen im Querschnitt der zwei Grenzflächen, welche durch die Berührung zwischen einem beliebigen Strang 19t und zwei benachbarten Strängen 192 und 193 gebildet werden, derart zu wählen ist; dass 20 bis 70% der gesamten Umfangslänge des einen Stranges 191 erreicht werden, ist folgender: Wenn die obengenannte Summe kleiner ist als 20%, dann besteht die Gefahr, dass der reduzierte kernlose Aufbau 20a aus den Strängen 19 durchrutscht. Wenn die Summe hingegen 70% überschreitet, dann bietet der reduzierte kernlose Aufbau

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20a Schwierigkeiten, die einzelnen Stränge 19, die in zwei oberen und unteren horizontalen Reihen angeordnet werden sollen, beim nachfolgenden Verarbeitungsschritt in der Walzeinrichtung 25 ordnungsgemäss zu verarbeiten, und die Rei-5 bung zwischen den betreffenden Strängen 19 wird vergrössert, so dass die Formgebung erschwert wird.

Allgemein werden etwa vorzugsweise sieben oder mehr Stränge 19 verwendet. Weiterhin wird eine ungerade Zahl gegenüber einer geraden Zahl aus dem Grund bevorzugt, dass io die ungerade Zahl die Ausbildung und Formgebung der Stränge erleichtert und auch dazu führt, dass die betreffenden Stränge 19 eine gleiche Querschnittsfläche aufweisen (siehe Fig. 22), Die Schritte zur Herstellung eines ërfindungs-gemässen Kabels sind jedoch nicht auf die oben angegebenen is Schritte beschränkt. Es ist auch möglich, zunächst einen zusammengedrückten Aufbau 20a aus den einzelnen Strängen zu bilden und diesen Aufbau 20a auf eine Walze oder Trommel aufzuwickeln, wonach später der Aufbau 20a durch eine Turk-Kopf-Walzeinrichtung 25 in einem getrennten Schritt 20 weiterverarbeitet werden kann. Weiterhin ist es möglich,

einen Dorn 27 (siehe Fig. 23, 24), dessen Basisendabschnitt eine runde säulenförmige Gestalt aufweist und dessen vorderer Endabschnitt wie ein Pyramidenstumpf geformt ist (oder wie ein Keil) in die Form bzw. die Ziehform 22 einzusetzen, 25 wobei eine Öffnung 21 gebildet wird, die einen rechteckigen Querschnitt hat. Es können in kontinuierlicher Weise eine Mehrzahl von Strängen 19 um den Dorn 27 herumgeführt werden, so dass diese Stränge auf demselben Umfang angeordnet sind. Die Stränge 19 können zum vorderen Ende des 30 Dorns 27 geführt werden, d.h., in der Form 22 werden die Stränge 19 zusammengedrückt. Dies geschieht zu dem Zweck, einen winkelförmigen und rohrförmigen kernlosen Aufbau aus einzelnen Strängen 20b zu bilden. Schliesslich wird der Aufbau 29b gewalzt und in einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung 35 25 in eine flache und rechteckige Form gebracht.

Die Anwendung des Dorns 27 verhindert das Durchrutschen des ursprünglichen kernlosen Aufbaues 20 aus den einzelnen Strängen. Darüber hinaus wird das Zusammendrücken der Anordnung aus den einzelnen Strängen in der 40 Weise ausgeführt, dass schliesslich eine flache und rechteckige Form erreicht wird. Folglich ist es möglich, ein supraleitendes Kabel mit einer gleichförmigen Qualität herzustellen. Der Dorn 27 muss nicht notwendigerweise am vorderen Ende die Form eines Pyramidenstumpfes aufweisen, das 45 vordere Ende kann vielmehr auch konusförmig ausgebildet sein. Weiterhin kann der Dorn 27 auch gemäss Fig. 25 ausgebildet sein, wo er in die Form 22 hineinragt und wobei sein vorderes Ende sich in die Einlassseite der Turk-Kopf-Walzeinrichtung 25 hineinragt. Wenn anstatt des Dorns 27 so eine Stange oder ein Stopfen verwendet wird, so kann damit dieselbe Wirkung wie mit dem Dorn 27 erzielt werden.

Weiterhin kann ein gémâss der Erfindung ausgebildetes supraleitendes Kabel in der Weise hergestellt werden, dass zunächst ein kernloser Aufbau 20 aus einzelnen Strängen 55 19 gebildet wird, und zwar mit Hilfe einer Einrichtung (siehe Fig. 18) zur Herstellung und Formgebung von Strängen, wonach ein Verstärkungskernmaterial (siehe Fig. 26) in den zentralen Teil des kernlosen Aufbaues 20 eingesetzt wird, worauf dann der zusammengesetzte Aufbau durch die Form 22 hin-6o durchgeführt wird, um einen reduzierten Aufbau 20a aus einzelnen Strängen zu bilden, und wobei schliesslich der reduzierte Aufbau 20a mit Hilfe einer Turk-Kopf-Walzeinrich-tung in eine flache und rechteckige Form gewalzt wird.

Das verstärkende Kernmaterial 28 kann durch einen 65 Schlitz 29 hindurchgeführt werden, der in der Mitte des vorderen Endes des Dorns 30 (siehe Fig. 27) geöffnet ist, dessen Basisteil wie eine runde Säule ausgebildet ist und dessen vorderes Ende die Form einer abgestumpften Pyramide aufweist.

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Der Dorn 30 ist nicht notwendigerweise an seinem vorderen Ende mit einer abgestumpften Pyramide ausgestattet, sondern dieses vordere Ende kann auch eine konische Form aufweisen, in welcher ein Schlitz 29 ausgebildet ist. Indem der Dorn 30 durch eine Stange oder einen Stift 31 ersetzt wird, kann auch ein Kabel geschaffen werden, welches noch nicht einer Diffusionswärmebehandlung ausgesetzt wurde und welches eine in der Fig. 11 dargestellte Struktur hat. In diesem Fall kann die Stange oder der Stift 31 derart ausgebildet sein, wie es in der Fig. 28 dargestellt ist, wobei ein Schlitz 29 sich zu einem Zwischenpunkt auf der einen Seite des Stiftes 31 erstreckt. Der Basisabschnitt weist eine glatte gekrümmte Fläche auf. Weiterhin ist der Bodenabschnitt in eine glatte, vorspringende, gekrümmte Fläche geformt.

Nachfolgend werden die Bedingungen beschrieben, die für die Prozesse (insbesondere für den Formgebungsprozess) eines erfindungsgemässen supraleitenden Kabels erforderlich sind.

Wenn ein zusammengesetzter Körper, der aus metallischen Materialien zusammengesetzt ist, die ein verschiedenes Mass an Arbeitsdeformation aufweisen, einer Heiss- oder einer Kalt-Verarbeitung unterzogen wird, Wobei angenommen sei, dass die Querschnittsfläche des zusammengesetzten Körpers auf beispielsweise eine runde Form reduziert wird, so zeigen die einzelnen Materialbestandteile eine Querschnitts-« form, welche derjenigen Querschnittsform wenig ähnlich ist, welche vorhanden war, als die Materialbestandteile anfänglich zu dem zusammengesetzten Körper verarbeitet wurden. Dies tritt auch bei einem zusammengesetzten Körper auf (bei einem anfänglich vorhandenen Strang), aus welchem das erfindungsgemässe supraleitende Kabel gebildet wird. Wenn nämlich ein gewöhnlicher Heiss- oder Kalt-Verarbeitungspro-zess angewandt wird, so zeigt der verwendete zusammengesetzte Körper auch eine Struktur gemäss Fig. 29, bei welcher die Kerne beträchtlich abgeflachte oder elliptische Querschnitte aufweisen. Gemäss den obigen Ausführungen lassen abgeflachte supraleitende Kerne das daraus gebildete Kabel aufgrund einer Strom-Anisotropie instabil werden. Dieses Problem tritt insbesondere wegen eines dynamischen Grundes beim Walzen häufiger auf als beim Ziehen. Deshalb sollte dem Formgebungsvorgang gemäss der Erfindung besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Aus den obigen Gründen ist eine Methode zur Herstellung eines supraleitenden Kabels vorgesehen, welches eine Struktur gemäss Fig. 4 aufweist, wobei die grössere Achse des Querschnittes jedes Kerns ein Verhältnis zwischen 1 und 2 in bezug auf die kleinere Achse des Kernquerschnittes aufweist.

Nachfolgend wird der Formgebungsprozess gemäss der Erfindung näher beschrieben. Unter den metallischen Materialbestandteilen, welche die supraleitende Verbindung bilden, welche durch eine Diffusionswärmebehandlung erzeugt wird, wird ein erstes metallisches Material in Form einer Matrix verwendet. Eine Mehrzahl von zweiten metallischen Kernmaterialien mit einem kreisförmigen Querschnitt werden in der Matrix derart eingebettet, dass ein zusammengesetzter Körper gebildet wird. Zu den Metallen, welche die supraleitende Verbindung bilden, gehören Nb, Sn, V, Ga und Legierungen aus diesen Metallen. Wenn beispielsweise ein supraleitendes Kabel auf der Basis von Nb3Sn hergestellt wird, dann werden Nb oder eine Legierung davon als ein erstes Metall verwendet und zu einer Matrix geformt, und es werden Sn oder eine Legierung davon als ein zweites Metall verwendet und als Kern in die Matrix eingebettet, so dass dadurch ein zusammengesetzter Körper entsteht. Es . kann auch abweichend von dieser Ausführungsform der zusammengesetzte Körper aus Nb oder einer Legierung davon hergestellt und als Kern verwendet werden, wobei Sn oder eine Legierung davon als Matrix dient.

Dieser zusammengesetzte Körper wird erforderlichenfalls einem Heiss-Extruder-Verfahren unterworfen, damit der Aussendurchmesser reduziert werden kann. Dieser reduzierte zusammengesetzte Körper wird weiterhin einem wiederholten 5 Heiss-Bearbeitungsverfahren wie Extrudieren, Walzen und Ziehen ausgesetzt, und zwar bei einer Temperatur, die zwischen den beiden Rekristallisationstemperaturen des ersten und des zweiten Metalls liegt, oder es wird der reduzierte zusammengesetzte Körper einer Kalt-Verarbeitung unterzo-io gen, indem wiederholt zwischendurch ein Anlassvorgang eingeschaltet wird, und zwar bei einer Temperatur, die innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt. Auf diese Weise erhält der zusammengesetzte Körper seine endgültige Form.

15 In der Fig. 30, in welcher der Bereich der Wärmebehandlungstemperatur angegeben ist, bezeichnet die Kurve I die Erweichungskurve (Härtekurve) des ersten Metalls, welches als Matrix verwendet wird, während die Kurve II die Erweichungskurve des anderen Metalls darstellt, und T15 T2 20 stellen die Rekristallisationstemperaturen des ersten bzw. des zweiten Metalls dar. In der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck «Rekristallisationstemperatur» in der Bedeutung angewandt, dass damit eine Temperatur angesprochen ist, bei welcher das Metall eine Härte aufweist, die in der 25 Mitte zwischen dem voll gehärteten und dem vollkommen weichen Zustand liegt. Die Rekristallisationstemperatur wird derart gewählt, dass sie bei etwa 450°C für eine Cu-Sn-Legie-rung, bei etwa 580°C für Nb, bei etwa 400°C für eine Cu-Ga-Legierung und bei etwa 530°C für V liegt.

30 Gemäss Fig. 30 bleibt der vollkommen zusammengesetzte Körper im Temperaturbereich A gehärtet (tiefer als T,). Bei dieser Temperatur ist jegliche mechanische Bearbeitung schwierig, weil beide Metalle, nämlich das für die Matrix und das für den Kern verwendete Metall, jeweils gegen eine 35 Deformation einen erheblichen Widerstand leisten und einen geringen Härteunterschied aufweisen. Im Temperaturbereich B (zwischen Tj und T2) wird das erste Metall, welches als Matrix verwendet ist, rasch erweicht und leistet einer Deformation einen merkbar geringeren Widerstand, während das 40 zweite Metall, welches als Kern verwendet wird, noch eine relativ grosse Härte beibehält, wie es durch die Kurve II dargestellt ist, so dass ein beträchtlicher Härteunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Metall besteht. Deshalb führt eine Wärmebehandlung in dem Temperaturbereich B 45 dazu, dass die Matrix vorzugsweise deformiert wird, während der Kern seinen im wesentlichen runden Querschnitt beibehält. Folglich ist es möglich, Stränge zu bilden, die einen dünnen und breiten rechteckigen Querschnitt haben, in welchem die Kerne darin einen im wesentlichen runden Quer-50 schnitt haben. Die oben erwähnte Wärmebehandlung (einschliesslich der Heiss-Bearbeitung und dem dazwischen stattfindenden Anlassen) sollte vorzugsweise bei einer Temperatur Tm ausgeführt werden, bei welcher das erste und das zweite Metall eine möglichst grosse Härtedifferenz haben. Die Kalt-55 Bearbeitung wird dadurch ausgeführt, dass wiederholt geglüht bzw. angelassen wird, wenn die Matrix des zusammengesetzten Körpers, welche bereits im Temperaturbereich B geglüht bzw. angelassen wurde, eine Härte aufweist, die auf einen Wert H, angestiegen ist, und zwar durch eine entspre-60 chende Bearbeitung, so dass dadurch das Matrixmetall vorzugsweise durch eine Wiederholung des obigen Vorgangs verformt wird. Eine Behandlung im oben angegebenen Temperaturbereich B ist möglich in Form des Extrudierens, des Ziehens, der Bildung von Strängen, des Walzens, beispiels-65 weise mit Hilfe einer Turk-Kopf-Walze, wobei auch Nuten gewalzt werden können und auch ein zweistufiges oder mehrstufiges Walzen angewandt werden kann, woraus sich insgesamt die erfindungsgemässe Herstellungsmethode ergibt. Ein

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zusammengesetzter Körper, der eine fertiggestellte Oberfläche aufweist, die er durch eine Behandlung im Temperaturbereich B bekommen hat, wird dann einer Diffusions-Heizbehandlung unterworfen, um gemäss Fig. 4 eine Schicht

7 aus einer supraleitenden Verbindung zwischen der Matrix

8 und dem Kern 6 zu erzeugen. Somit wird auf diese Weise ein eine supraleitende Verbindung aufweisendes Kabel erzeugt, in welchem eine Mehrzahl von supraleitenden Kernverbindungen 7 in der Matrix 8 eingebettet sind. Die kleinere Achse des Querschnittes jeder supraleitenden Kernverbindung 7 hat ein Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 2 zu der grösseren Achse des Kernquerschnittes.

Eine Behandlung im Temperaturbereich C (höher als T2) ist nicht anwendbar, weil sowohl das Matrix- als auch das Kernmaterial beträchtlich erweicht werden und bei entsprechenden Arbeitsgängen gleichzeitig deformiert würden. Der Grund besteht darin, dass die Kerne deformiert werden, wie es in der Fig. 29 veranschaulicht ist, indem sie in eine längliche Form gebracht werden, da eine Spannung in der Richtung ihrer Dicke wirkt.

An die oben geschilderten Arbeitsgänge kann sich ein weiterer Bearbeitungsschritt anschliessen, in welchem einige der Stränge des auf diese Weise hergestellten Kabels entfernt werden und ein stabilisierendes und/oder verstärkendes Material in diesem Raum oder in entsprechende Nuten eingefügt wird, welche auf diese Weise freigelegt wurden, um das Kabel noch weiter zu stabilisieren und/oder zu verstärken.

Nachfolgend werden diese zusätzlichen Prozesse beschrieben. Gemäss den obigen Ausführungen wird das aus einzelnen Strängen gebildete supraleitende Kabel mit einem verstärkenden, stabilisierenden oder isolierenden Material ausgestattet, je nach den Erfordernissen, und es hat einen Aufbau, dereine Variation in der Stromkapazität gestattet. Diese Ziele können dadurch erreicht werden, dass ein stabilisierendes und/oder verstärkendes Material in den entsprechenden Strängen des Kabels vorgesehen wird, wie es in den Fig. 6, 7, 8 und 17 veranschaulicht ist, oder in dem ein stabilisierendes, verstärkendes oder isolierendes Material ausserhalb der Stränge angeordnet wird, wie es in den Fig. 10, 11, 13, 14, 15 und 16 veranschaulicht ist. Offensichtlich ist es im letztgenannten Falle von Vorteil, ein stabilisierendes oder ein verstärkendes Material vorzusehen. Der obengenannte Zweck kann auch dadurch erreicht werden, dass einige der Stränge des Kabels gemäss Fig. 9 durch ein stabilisierendes oder ein verstärkendes Material ersetzt werden.

Jedoch kann das aus einzelnen Strängen hergestellte Kabel, welches einen Aufbau gemäss Fig. 9 aufweist, nicht in der Weise hergestellt werden, dass einzelne Stränge in der Weise verarbeitet werden, dass diese Stränge durch eine Dif-fusionswärmebehandlung die supraleitenden Verbindungen bilden, und zwar mit anderen Strängen derselben Grösse, welche lediglich aus stabilisierenden oder verstärkenden Materialien bestehen. Der Grund liegt darin, dass zwar eine Verseilung durchgeführt werden kann, jedoch die nachfolgende Formgebung nicht ausgeführt werden kann, weil die Stränge eines stabilisierenden oder verstärkenden Materials gegenüber den Strängen für die Bildung von supraleitenden Verbindungen eine stark abweichende Arbeitstemperatur bzw. Verarbeitungstemperatur aufweisen. Nachfolgend werden spezielle Gründe angegeben:

1. Ein verstärkendes Material hat im allgemeinen eine grosse Härte und eine geringe Dehnung, so dass bei Bearbeitungsverfähren wie Walzen und bei einer Formgebung ein geringer Wirkungsgrad erzielt wird, so dass es schwierig wird, Hohlräume in dem Querschnitt des Leiters zu vermindern, um die Stromdichte zu erhöhen.

2. Wenn Stränge, die ausschliesslich aus reinem Kupfer hergestellt sind, und zusammengesetzte Stränge, in welchen durch eine Diffusionswärmebehandlung eine supraleitende Verbindung hergestellt wird, gemeinsam verarbeitet werden, dann zeigen die Kupferstränge eine merkbar ungleichförmige Deformation und werden zuweilen auch gebrochen. 5 3. Bei der abschliessenden Diffusions Wärmebehandlung für die Erzeugung eines supraleitenden Materials kann leicht eine wechselseitige Diffusion auftreten, und zwar zwischen einem Strang des Verstärkungsmaterials und einem Strang, in welchem eine supraleitende Verbindung hergestellt werden io soll, was zu dem Ergebnis führt, dass das verstärkende Material in seiner mechanischen Festigkeit abnimmt und das Kabel auf diese Weise seine Flexibilität verliert, und zwar aufgrund der Adhäsion zwischen beiden Strängen.'

Es ist möglich, ein stabilisiertes und/oder verstärktes Kais bei gemäss Fig. 9 herzustellen, indem die folgenden Verarbeitungsschritte ausgeführt werden, um die oben erwähnten Schwierigkeiten zu überwinden. Nachdem der gründlegende Formgebungsvorgang abgeschlossen ist und vor oder nach der anschliessenden Diffusionswärmebehandlung zur Erzeu-20 gung der supraleitenden Verbindungen in den Strängen werden nämlich 1. eine gewünschte Anzahl von Strängen entfernt und 2. entweder sowohl das stabilisierende als auch das verstärkende Material in nutenähnlichen Hohlräumen angeordnet, welche nach dem Entfernen von Strängen gebildet 25 werden, oder es wird nur eines dieser Materialien in den nutenartigen Räumen angeordnet, so dass dadurch dasjenige Kabel entsteht, welches gemäss Fig. 9 stabilisiert und/oder verstärkt ist.

Einige der Stränge können leicht entfernt werden, indem 30 sie durch einen entgegengesetzten Vorgang aufgedrillt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Verseilungsmaschine.

Ein stabilisierendes und/oder verstärkendes Material, welches in den obengenannten nutenartigen Hohlräumen angeordnet wird, sollte möglichst dieselben Abmessungen wie 35 die aus diesen Hohlräumen entfernten Stränge aufweisen. Wenn die Entnahme vor der Dif fusionswärmebehandlung erfolgt, sollte die Oberfläche des stabilisierenden oder verstärkenden Materials vorzugsweise mit einem Material wie einem Oxidfilm oder einer Kohlenstoffschicht abgedeckt werden, 40 um die Diffusion eines metallischen Materials zu unterbinden. Der Vorgang, ein stabilisierendes und/oder verstärkendes Material anzubringen, kann beispielsweise mit Hilfe einer Verseilermaschine oder mit Hilfe einer Bandläppmaschine ausgeführt werden. Wenn ein Kabel supraleitende Verbin-45 düngen enthält, die bereits mittels einer Diffusionswärmebehandlung hergestellt wurden, kann der oben erwähnte Vorgang, ein stabilisierendes Material anzubringen, dadurch erfolgen, dass das Kabel durch ein Bad eines geschmolzenen stabilisierenden Materials hindurchgeführt wird, beispiels-so weise durch ein Indiumbad, um die nutenähnlichen Räume mit Indium zu füllen, welche nach der Entnahme von einigen Strängen gebildet wurden. Dabei werden diejenigen Hohlräume ausgefüllt, welche zwischen den verbleibenden Strängen des Kabels liegen. Weiterhin ist es möglich, das auf diese 55 Weise hergestellte Kabel einer weiteren leichten Bearbeitung auszusetzen, indem es beispielsweise gewalzt wird, damit das Kabel auf den gewünschten Aussendurchmesser gebracht wird.

Das gemäss Fig. 9 stabilisierte und/oder verstärkte Kabel 60 ist aus einer Mehrzahl von Strängen 9 zusammengesetzt, welche supraleitende Verbindungen enthalten, die durch eine Diffusionswärmebehandlung gebildet wurden, und eine Mehrzahl von stabilisierenden und/oder verstärkenden Materialien II, welche anstelle der Stränge 9 angeordnet sind. 65 Nachfolgend wird der Wärmebehandlungsvorgang beschrieben, der einen der Verfahrensschritte darstellt, welche bei der Herstellung eines supraleitenden Kabels vorgesehen werden. Das Verfahren zur Herstellung des supraleitenden,

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aus einzelnen Strängen bestehenden Kabels gemäss Fig. 4 um-fasst die Schritte, Kerne in einer Legierungsmatrix einzubetten, die Stränge zu ziehen und zu verseilen und die supraleitenden Verbindungen in der Zwischenschicht zwischen den Kernen und der Legierungsmatrix durch eine Diffusionswärmebehandlung auszubilden. Die Diffusionswärmebehandlung wird allgemein in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre ausgeführt, und zwar bei einer konstanten Temperatur im Bereich zwischen 600 und 800°C, und zwar über 50 bis 100 Stunden. Die oben beschriebene Wärmebehandlung kann gemäss der Erfindung dazu verwendet werden, eine beliebige geeignete supraleitende Verbindung zu erzeugen. Wenn der äusserste Bereich des Stranges aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, kann die Wärmebehandlung in zweckmäs-sigerer Weise ausgeführt werden, wenn die folgenden Erfordernisse in Betracht gezogen werden.

1. Fremdatome sollten daran gehindert werden, in die Matrix gelangen zu können, wenn die Diffusionswärmebehandlung ausgeführt wird. Der Grund besteht darin, dass ein Eindringen von Fremdatomen die Diffusionswärmebehandlung zur Herstellung der supraleitenden Verbindungen verzögert und zuweilen dazu führt, dass die Verbindungen überhaupt nicht gebildet werden können.

2. Die Stränge oder Matrizen sollten davor bewahrt werden, dass sie durch eine wechselseitige Diffusion zusammenschmelzen. Der Grund besteht darin, dass eine Fusion oder ein Zusammenschmelzen oder auch eine Adhäsion aufgrund einer gegenseitigen Diffusion nicht nur das aus Strängen gebildete kompakte Kabel gemäss Fig. 4 daran hindert, seine ursprünglichen dynamischen Eigenschaften beizubehalten, sondern auch in beträchtlichem Umfang den Wert des kritischen Stromes vermindert, wenn das Kabel gebogen wird, was zu dem Ergebnis führt, dass das Kabel praktisch nicht verwendbar ist.

3. Nach der Diffusionswärmebehandlung sollte die Oberfläche der Stränge oder der Matrix eine Metallschicht haben. Dafür bestehen folgende Gründe:

Da ein supraleitendes Kabel im allgemeinen über mehr als 1000 Meter aufgewickelt und mit einem Vorläufer oder mit einem Kern ausgestattet ist, so dass eine Anordnung von Strängen in einer entsprechenden Form der Wärmebehandlung in einer gebündelten, schraubenförmig oder schneckenförmig gewickelten oder wendeiförmig angeordneten Struktur unterzogen wird, berühren die einzelnen Windungen einer solchen Anordnung einander manchmal, was zu einer gegenseitigen Diffusion an den Berührungspunkten führen kann, so dass bei der Herstellung eines supraleitenden Kabels Schwierigkeiten bestehen, und zwar aus demselben Grunde, wie er oben im Abschnitt 2) angeben ist.

Normalerweise gehört zu einer entsprechenden Herstellungsmethode für ein Kabel weiterhin der Vorgang, ein stabilisierendes Metall nach der Diffusionswärmebehandlung aufzubringen oder aufzulöten. In diesem Falle sollte eine saubere Metallfläche auf der Oberfläche des Stranges vorhanden sein, der auf diese Weise behandelt wird, um den Wirkungsgrad bei der Beschichtung zu verbessern.

Beispielsweise wird im Falle des Abschnittes 2) oben die Oberfläche der Kabelanordnung mit einem Oxidfilm oder mit einer Oxidschicht überzogen, bevor die Ausbildung der supraleitenden Verbindung erfolgt, um die betreffenden Stränge oder Matrizen daran zu hindern, dass sie durch eine gegenseitige oder wechselseitige Diffusion zusammengeschmolzen werden. Deshalb wird ein Metall mit einem tiefen Schmelzpunkt wie Indium oder Zinn auf die Oberfläche des Kabels aufgebracht, um eine Stabilisation herbeizuführen, nachdem die Oxidschicht entfernt wurde, um eine saubere Metalloberfläche zu erzeugen, die auf der Oberfläche des

Kabels angeordnet ist. Dieser Vorgang hat bisher erhebliche Schwierigkeiten bei der Herstellung eines supraleitenden Kabels mit sich gebracht. Eine Atmosphäre, bei welcher die herkömmliche Diffusionswärmebehandlung ausgeführt wurde, wurde unter einem Druck gehalten, der vom atmosphärischen Druck bis zu einem Druck von 10~4 mmHg reichte, so dass dadurch die exponierte Metalloberfläche in unvermeidbarer Weise mit einem Oxidfilm beschichtet wurde. Um den Erfordernissen gemäss Abschnitt 3) oben gerecht zu werden, war es daher erforderlich, eine chemische oder physikalische Behandlung durchzuführen, um eine solche Oxidschicht wieder zu entfernen.

Wenn Kupfer oder eine Kupferlegierung wenigstens die Oberfläche der Stränge des supraleitenden Kabels bilden, liefert die Erfindung eine solche Diffusionswärmebehandlung, dass das supraleitende Kabel seine grundsätzlichen supraleitenden Eigenschaften gemäss den obigen Erfordernissen aufweist. Um die Erfindungsaufgabe zu lösen, sollte ein Kabel, welches durch die einzelnen Stränge gebildet wird, von denen wenigstens die Oberfläche aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, in einem Druckbereich einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden, der vom atmosphärischen Druck bis zu 10~3 mmHg reicht, bis die supraleitenden Verbindungen in den Strängen erzeugt werden, und es sollte anschliessend, d.h. nach der Bildung der supraleitenden Verbindungen, in einer Atmosphäre eine Nachbehandlung stattfinden, welche durch ein stärkeres Evakuieren als 10~3 mmHg erzeugt wird, oder in einer reduzierenden Atmosphäre.

Nachfolgend wird im Detail die Diffusionswärmebehandlung beschrieben, und zwar im Zusammenhang mit der Herstellung eines supraleitenden Kabels. Bevor die Diffusionsreaktion zur Herstellung einer supraleitenden Verbindung ausgeführt wird, kann die Oberfläche des Stranges in einem metallischen oder in einem oxidierten Zustand sein. Die Dif-fusionsreaktion, welche bei Drücken ausgeführt wird, die vom atmosphärischen Druck bis zu einem Druck von 10~3 mmHg reichen, bildet eine Kupferoxidschicht auf der Oberfläche der Stränge, um eine wechselseitige Diffusion dazwischen zu unterdrücken. Wenn in diesem Falle diese Diffusionsreaktion vorübergehend im Anfangsstadium unterdrückt wird und die Stränge in Wasser abgeschreckt werden oder einer geeigneten plastischen Bearbeitung unterzogen werden, wird der auf diese Weise gebildete Kupferoxidfilm dünner. In den letzten und abschliessenden Stufen der Diffusionsreaktion wird ein höheres Vakuum als 10~:i mmHg aufrechterhalten, oder es wird die Luft durch ein reduzierendes Gas wie H2 oder CO ersetzt, um die Kupferoxidschicht zu zerlegen, so dass dadurch die Metalloberfläche der Stränge, welche freigelegt werden soll, oder die Oberfläche lediglich mit niedrigeren Kupferoxiden versehen wird. Deshalb wird die freie Oberfläche des Stranges leichter für ein weiches Metall benetzbar oder geeigneter zum Löten, wodurch der Wirkungsgrad des Vorgangs erhöht wird, bei welchem die Oberfläche mit einem stabilisierenden oder verstärkenden Material beschichtet wird.

Der Grund, dass die Oxidschicht in einem höheren Vakuum als 10~3 mmHg während der obengenannten Wärmebehandlung entfernt wird, besteht darin, dass während der Zeit, während welcher eine Oxidschicht aus Kupfer und Sauerstoff gebildet wird, eine entsprechende Oxidschicht in einem Vakuum von etwa 10-3 mmHg fast vollständig entfernt werden kann und in einem Vakuum von etwa 10~4 mmHg vollständig entfernt wird, während andererseits eine Oxidschicht, die aus einer Kupferlegierung und Sauerstoff gebildet ist, in einem Vakuum von etwa I0~4 mmHg nicht hinreichend entfernt werden kann, wenn die Legierung einige Prozent eines Elementes wie Zinn, Gallium, Aluminium, Silizium oder Nickel enthält, welches eine grössere Affinität zu Sauerstoff aufweist als Kupfer, so dass es erforderlich ist, ein höheres

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Vakuum anzuwenden. Mit einem geringeren Vakuum als ICH mmHg lässt sich eine Oxidschicht nicht entfernen.

Eine Oxidschicht, die auf der Oberfläche des Stranges während der Wärmebehandlung ausgebildet wurde, dient grundsätzlich dem Zweck, wenn sie eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 5 jj, aufweist. Der Grund besteht darin, dass eine geringere Dicke als 0,5 (j, die Tendenz zeigt, Stränge entstehen zu lassen, die durch eine wechselseitige Diffusion miteinander verschmolzen sind, während eine grössere Dicke als 5 n beachtliche Schwierigkeiten bei der Entfernung der Oxidschicht im nachfolgenden Schritt hervorruft.

Nachfolgend wird die Verwendung des supraleitenden Kabels als Verbindungsstück zwischen zwei supraleitenden Kabeln oder einem supraleitenden Kabel und einem Kabel mit normaler Leitfähigkeit beschrieben.

Die Verbindung von einzelnen supraleitenden Kabeln umfasst verschiedene Formen: 1. eine Verbindung zwischen einem supraleitenden und einem mit normaler Leitfähigkeit ausgestatteten Kabel für eine Stromleitung; 2. eine Verbindung zwischen supraleitenden Legierungskabeln; 3. eine Verbindung zwischen einem supraleitenden Legierungskabel und einem aus supraleitenden Verbindungen bestehenden Kabel u. eine Verbindung zwischen aus supraleitenden Verbindungen hergestellten Kabeln. Die Aüsführungsformen nach den Typen 2 bis 4 werden als «supraleitende Verbindung» bezeichnet.

Supraleitende Kabel sollten in einer Weise miteinander vereinigt werden, dass die nachfolgenden Erfordernisse berücksichtigt sind:

1. Der elektrische Widerstand sollte so gering wie möglich sein.

Die supraleitenden Kabel sollten nicht in einen Zustand normaler Leitfähigkeit versetzt werden, und zwar auch nicht durch einen Wärmestau in der Kabelverbindung, welche sich aus dem Kontaktwiderstand zwischen supraleitenden Kabeln ergeben kann. Wenn ein supraleitender Magnet, der eine solche Verbindung aufweist, in einem Zustand eines permanenten Stromes verwendet wird, so hat der elektrische Widerstand in der Kabelverbindung eine direkte Auswirkung auf eine Stromdämpfung, so dass es erforderlich ist, den elektrischen Widerstand so gering wie möglich zu halten.

2. Ein System von miteinander vereinigten Kabeln sollte stabil bleiben.

Es sollte bei einem solchen System gewährleistet sein,

dass die Supraleitfähigkeit auch dann erhalten ist, wenn Fluktuationen im Strom oder im Magnetfeld auftreten oder das System mechanischen Stossbelastungen ausgesetzt ist.

3. Eine Kabelverbindung sollte kompakt sein.

Die Konstruktion einer supraleitenden Einrichtung erfordert die Anwendung einer Kältemaschine oder einer teuren Flüssigkeit wie Helium. Qeshalb werden durch eine kompakte Kabelverbindung die Kosten, für eine derartige Anwendung vermindert.

4. Eine Kabelverbindung sollte leicht mit grosser Zuverlässigkeit zu handhaben sein.

Bisher sind verschiedene Formen von Kabelverbindungen vorgeschlagen worden, und zwar auf der Basis der obigen Erfordernisse. Es ist jedoch keine Methode bekanntgeworden, mit welcher es möglich wäre, supraleitende Kabel in der Weise miteinander zu verbinden, dass eine hohe Zuverlässigkeit beim Betrieb solcher Kabel erreicht werden könnte. Der Hauptgrund besteht darin, dass derartige supraleitende Kabel, die aus Verbindungen bestehen, ausserordentlich spröde sind. Es ist möglich, nur supraleitende Verbindungen miteinander zu verbinden, indem sie aus zusammengesetzten Kabeln aufgenommen werden. Eine solche Kabelverbindung lässt sich jedoch nicht kompakt ausbilden. Ausserdem ist eine derartige Kabelverbindung nur mit Hilfe von ausserordentlich komplizierten Arbeitsgängen zu erreichen.

Es ist möglich, solche Kabel auf ausserordentliche einfache Weise miteinander zu verbinden, ohne dass sie ihre ' Eigenschaften verlieren, wenn sie in Form von aus Strängen gebildeten supraleitenden Kabeln angeordnet werden.

Die erfindungsgemässe Verwendung des supraleitenden Kabels als Verbindungsstück umfasst die folgenden Schritte: Ein aus Strängen gebildetes supraleitendes Kabel wird zwischen den einander gegenüber angeordneten Enden eines anderen supraleitenden Kabels angeordnet, mit welchem eine Verbindung hergestellt werden soll, so dass beide Endabschnitte des Kabels zu einer Überlappung im Bereich der einander zugewandten Enden kommen. Indem eine Mehrzahl von kreuzweise einander durchdringenden Öffnungen in die sich überlappenden Abschnitte des Kabels und in die zwei zu verbindenden Kabel gebohrt werden, lässt sich ein kleiner supraleitender Stab durch die Öffnungen hindurchstecken. Notfalls können die Stäbe dicht an die Innenwände der Löcher angedrückt werden. Anschliessend wird der zusammengefügte Abschnitt auf eine höhere Temperatur aufgeheizt, bei welcher die supraleitenden Stäbe eine Form einer festen Lösung aufweisen oder geschmolzen werden. Es wird eine unterschiedliche Art eines supraleitenden Materials oder von kristallinen Partikeln in der festen Lösung an den Zwischenschichten zwischen den supraleitenden Stäben u. den in der Umgebung angeordneten Kabeln erzeugt. Schliesslich wird der gesamte Verbindungsbereich durch Abkühlung verfestigt.

Gemäss Fig. 31. (die Fig. 31A ist eine Seitenansicht einer Gesamtanordnung von verbundenen Kabeln, und die Fig. 31B ist ein Grundriss dieser Anordnung) werden beide Abschnitte eines aus Strängen gebildeten supraleitenden Kabels 12 als Verbindungsstück verwendet und in den Abschnitten 34 auf zwei supraleitenden Kabeln 321 und 322, die miteinander verbunden werden sollen, zur Überlappung gebracht. Die überlappten Abschnitte 34 der Kabel 321, 322, des Kabels 12 werden mit einer Vielzahl von einander kreuzweise durchdringenden Bohrungen ausgestattet. Eine Mehrzahl von kleinen supraleitenden Stäben 33 wird durch die Öffnungen hindurchgeschoben, um mit den Innenwänden dieser Öffnungen in enge Berührung zu kommen. Die supraleitenden Stäbe 33, die supraleitenden Kabel 321 und 322, die miteinander verbunden werden, und das aus Strängen gebildete supraleitende Kabel 12, welches als Verbindungsstück verwendet wird, werden auf einer Temperatur gehalten, bei welcher die supraleitenden Stäbe 33 und die supraleitenden Materialien in den Kabeln 321 und 322 beim Kabel 12 die Form einer festen Lösung aufweisen, so dass dadurch die supraleitenden Materialien kristallographisch miteinander verbunden werden. Die Fig. 32 veranschaulicht in schematischer Weise einen vergrösserten Querschnitt durch jeden überlappten Abschnitt 34 des Verbindungsstückes 12 und der supraleitenden Kabel wie 321, Welche miteinander vereinigt werden. Gemäss Fig. 32A ist jedes Ende der supraleitenden Kabel wie 321 und des Kabels 12 zur Überlappung gebracht, und zwar mit Hilfe der Metallmatrizen 81, 82 und der supraleitenden Materialien 71, 72, wie es durch die allgemeine Formel AxBy darzustellen ist, und zwar eingebettet in die Metallmatrizen 81, 82. Die überlappten Abschnitte 34 werden mit einer durchgehenden Öffnung versehen, in welche ein zusammengesetzter supraleitender Stab 33 eingesetzt wird, der aus einem Kernmaterial 6 besteht, und weiterhin ein supraleitendes Material 73, welches durch die allgemeine Formel CUDV darzustellen ist. Wenn der zusammengefügte Abschnitt aufgeheizt wird, reagieren die Metallmatrizen und das supraleitende Material miteinander oder stellen gemeinsam die Form einer festen Lösung dar, so dass dadurch eine neue supraleitende Phase 74 gebildet wird, welche durch die allgemeine Formel

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AJBy + C„DV gemäss Fig. 32B darzustellen ist. Die Reaktion zur Ausbildung der neuen supraleitenden Phase 74 kann 1. der Typ sein, in welchem wie in V3Ga eine feste Diffusionsreaktion stattfindet zwischen einer Cu-Ga-Matrix und einem V-Kern oder 2. derjenige Typ, in welchem eine quasi-binäre feste Flüssigkeitsreaktion erfolgt, wie es bei der obigen Reaktion der Fall ist, ausgedrückt als AxBy — CUDV + AxBy + CuDr. Ein supraleitendes Material, welches durch eine quasibinäre Reaktion erzeugt wurde, sollte unter jeder Bedingung, in welcher das vereinigte Kabel verwendet wird, die gewünschte supraleitende Eigenschaft haben.

Typische quasi-binäre Reaktionssysteme enthalten Verbindungen auf Vanadiumbasis wie V3Si — V3Ga, V3Ge — V3A1 und VjGa — V3A1 und Verbindungen auf Niob-Basis wie Nb3Sn — Nb3Al, Nb3Sn — Nb,3Ge und Nb3Al — Nbl3(Ge.

Um eine geeignete Verbindung der zusammengesetzten supraleitenden Verbindungen in den Abschnitten 34 zu erreichen, sollte kein reaktionshemmendes Material vorhanden sein, bzw. sollte entsprechendes Material vorab eliminiert sein, beispielsweise durch einen chemischen Prozess, um die obengenannte gewünschte Reaktion mit Priorität zu beschleunigen.

Supraleitende Kabel können in einer Weise miteinander verbunden werden, wie es in den Fig. 31A und 31B veranschaulicht ist, in welchen das aus Strängen gebildete supraleitende Kabel zwei supraleitende Kabel miteinander verbinden, die auf verschiedenen Höhen in einer entsprechenden Fläche in der Form gemäss Fig. 33A und 33B angeordnet sind, wobei das Kabel jeweils flach und am Rand gebogen wird und zwei supraleitende Kabel miteinander verbindet. Die Verbindung kann auch in der Form gemäss Fig. 33C erfolgen, wobei das aus Strängen gebildete Kabel flach gebogen ist und zugleich entlang dem Rand und zwei supraleitende Kabel miteinander verbindet.

Gemäss den obigen Ausführungen wird ein aus einer Verbindung oder einer Legierung bestehender supraleitender Stab in einfachen gegenständlichen Kontakt mit einem supraleitenden Kabel gebracht und dann dieser Stab und das Kabel auf kristallographischem Wege durch eine Wärmebehandlung miteinander vereinigt. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass auf die Kabel ein Druck ausgeübt wird, wie es in der Fig. 33D veranschaulicht ist, und zwar mit Hilfe einer Einrichtung 35, die in Form eines Stiftes, eines Niets oder einer Schraube ausgebildet sein kann.

Mit dem hier verwendeten Ausdruck «kristallographische Bindung» soll ausgedrückt sein, dass eine wechselseitige Diffusion über nennenswerte Bereiche zwischen einem einzelnen Kristall oder zwischen polykristallinen supraleitenden Verbindungen stattfindet, zwischen einer der Verbindungen und einem beliebigen Komponentenelement der anderen Verbindung oder zwischen einer der Komponenten der Verbindung und einer beliebigen anderen Komponente der anderen Verbindung. Diese supraleitenden Verbindungen und die entsprechenden Komponentenelemente können durch eine entsprechende Verbindung in der Trennschicht oder in der Zwischenschicht eine neue supraleitende Verbindung bilden, die entweder in Form eines Einkristalls oder in Form einer polykristallinen supraleitenden Verbindung vorliegen kann. Die Trennschicht oder Trennfläche verschwindet durch die Verbindung des Einkristalls oder der polykristallinen supraleitenden Verbindung, und die Bereiche werden somit kristallo-graphisch vereinigt.

Die Art Verbindung weist die folgenden Vorteile auf:

1. Supraleitende Verbindungen, die in den Verbindungsbereichen angeordnet sind, werden kristallographisch miteinander verbunden und weisen einen ausserordentlich geringen elektrischen Kontaktwiderstand auf, der im supraleitenden Zustand theoretisch auf Null reduziert ist, so dass dadurch die Stromdämpfung in den Vereinigungsbereichen beachtlich verbessert ist.

2. Entweder das vorübergehende Verhalten der Verbindungsbereiche bei einem bestimmten Temperaturpegel während des Kühlens oder des erneuten Aufheizens der Verbindungsbereiche trägt nicht nur dazu bei, Wärmespannungen zu verhindern, die innerhalb und ausserhalb der supraleitenden Verbindungsphase auftreten könnten sowie auch in den Verbindungsbereichen, und es wird nicht nur eine neue supraleitende Verbindung geschaffen, sondern es werden auch die Kristalle der supraleitenden Verbindung in eine stärker stöchiometrische Substanz verwandelt, so dass dadurch die kritische Stromdichte und Temperatur erhöht werden.

3. Die Verbindungsabschnitte werden kompakt gestaltet (beispielsweise 100 mm lang). Weiterhin können die Bedingungen, unter welchen Kabel miteinander verbunden werden können, metallographisch festgelegt werden, wenn die chemische Zusammensetzung der supraleitenden Verbindungen sowohl des Anschlüsskabels als auch der miteinander verbundenen Kabel, die Atmosphäre, die Zeit und der angewandte Druck jeweils auf geeignete Werte eingestellt werden.

4. Die Anwendung eines aus Strängen hergestellten supraleitenden Kabels als Verbindungselement bewirkt die zweidimensionale Flexibilität des Kabels, welches durch die aus einzelnen Strängen gebildete Anordnüng dazu in die Lage versetzt ist, dass es eine geeignete Form hat, durch welche die supraleitenden Kabel in einer beliebigen Richtung und Anordnung verbunden werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter beschrieben.

Beispiel 1

Wenn ein aus Strängen hergestelltes supraleitendes Kabel erzeugt wurde, welches eine Strangsteigung P von 20 mm, eine Breite W von 4,1 mm und einen zulässigen Biegeradius oder Krümmungsradius R„ von 13 mm aufweist, hat sich gezeigt, dass das Kabel eine geringere Dicke als 0,27 mm aufweisen sollte, wie es aus der oben angegebenen Beziehung t0 = 2R0 X e0 X (1 + 4W2/P2) zu erreichen ist. (Dabei ist eine zulässige Dehnung s0 einer Verbindung von Nb3Sn von 0,6% vorhanden.) Die oben erwähnte Kabeldicke von 0,27 mm war ein Wert, der dadurch erreicht wurde, dass 3/2 mit einem Wert multipliziert wurde, der aus der obengenannten Gleichung berechnet wurde.

Genauer gesagt, der Term t0 bezeichnet einen Abstand zwischen dem oberen und dem unteren äussersten supraleitenden Verbindungskern, der im Kabel angeordnet ist. Bei einem Kabel mit zwei Reihen von Strängen jedoch ist eine zusätzliche Menge an Matrixmetall vorgesehen, und zwar mit einer Dicke, welche etwa gleich einem Drittel der Dicke des gesamten Kabels ist. Deshalb wurde bei einem praktischen Kabel eine Dicke von 0,27 mm verwendet, was dem 3/2-fa-chen Wert von t0 entspricht.

Das aus Strängen und aus einer Verbindung bestehende supraleitende Kabel wurde in der folgenden Weise hergestellt, um die obigen Abmessungen zu erreichen: Siebzehn Stäbe aus reinem Niob wurden in eine Kupfer-Zinn-Legierung eingebettet, welche 10 Gew.-% Zinn enthielt. Die Zusammensetzung wurde gezogen, bis sie einen Aussendurchmesser von 0,3 mm hatte, und sie wurde dann mit einer Steigung von 10 mm verdrillt, wodurch ein Strang gebildet wurde. Fünfzehn auf diese Weise hergestellte Stränge wurden mit einer Steigung von 20 mm verdrillt oder verseilt, um eine kernlose oder hohle Anordnung aus Strängen zu bilden. Diese Anordnung wurde mit Hilfe einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung (in zwei Richtungen) gewalzt, wodurch ein kompaktes, aus Strängen hergestelltes Kabel gebildet wurde (genauer gesagt, ein Kabelvorläufer, in welchem noch keine supraleitende Ver5

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bindung angeordnet war), und zwar mit einem Querschnitt von 0,25 mm X 4,1 mm. Zu dieser Zeit betrug der Strangpackungsfaktor 96%. Der Kabelvorläufer wurde 35 Stunden lang bei 680°C in einem Ofen geheizt, der auf 3 X 10~4 mmHg evakuiert war, um an den Trennflächen zwischen den Niob-Stäben und der Kupfer-Zinn-Legierungsmatrix eine supraleitende Nb3Sn-Verbindung zu bilden.

Zum Vergleich mit einem ausgebildeten supraleitenden Kabel wurde ein nach dem Stand der Technik ausgebildetes flaches und rechteckiges Kabel gemäss Fig. 3 hergestellt, und zwar mit einem Querschnitt von 0,25 mm X 3,9 mm und mit 255 Kernen.

Dieses Kabel und ein Vergleichskabel wurden jeweils in ein Bad aus geschmolzenem Indium getaucht, um die Zwischenräume zwischen den Strängen mit Indium zu füllen und die Kabel zu beschichten.

Strom wurde bei einer Temperatur von 4,2°K und einem -Magnetfeld von 70 kG über beide Kabel zugeführt, welche gerade gehalten wurden, ohne gebogen zu sein, und zwar in einem Kryostaten, der flüssiges Helium enthielt. Beide Kabel wurden bei 920 Ampere in einen Zustand normaler Leitfähigkeit überführt. Später dann, als Strom in ähnlicher Weise bei einer Temperatur von 4,2°K und einem Magnetfeld von 70 kG durch beide Kabel zugeführt wurde, welche in der flachen Richtung mit einem Krümmungsradius von 13 mm gebogen wurden, zeigte das vorliegende Kabel 920 Ampere, während das Vergleichskabel nur 238 Ampere aufwies. Wenn beide Kabel in Richtung des Randes mit einem Krümmungsradius von 25 mm gebogen wurden und der Strom in ähnlicher Weise bei einer Temperatur von 4,2°K und einem Druck von 70 kG zugeführt wurde, wurde das vorliegende Kabel in einen Zustand normaler Leitfähigkeit bei 915 Ampere überführt, während das Vergleichskabel 72 Ampere aufwies, wodurch gezeigt werden konnte, dass der darin auftretende elektrische Widerstand vom anfänglichen Zustand der Stromzuführung vorhanden war.

Die Ergebnisse der obengenannten Messungen zeigen, dass dann, wenn beide Kabel in der flachen Richtung gebogen wurden, und zwar mit einem Krümmungsradius von 13 mm, das vorliegende Kabel einen kritischen Strom von 920 Ampere zeigte, welcher gleich demjenigen gemessenen Strom war, welcher zu beobachten war, wenn das Kabel überhaupt nicht gezogen wurde, womit bewiesen ist, dass eine Biegung in der flachen Richtung mit einem Radius von 13 mm das vorliegende Kabel überhaupt nicht nachteilig beeinträchtigt hat. Im Gegensatz dazu ist der Wert des kritischen Stromes bei dem Vergleichskabel von 920 Ampere scharf auf 238 Ampere abgefallen, womit gezeigt ist, dass die Nb3Sn-Ver-bindung des Vergleichskabels beträchtlich beeinträchtigt wurde. Wenn beide Kabel in Richtung des Randes gebogen wurden, und zwar mit einem Krümmungsradius von 25 mm, zeigte das vorliegende Kabel einen kritischen Strom von 915 Ampere. Obwohl es eine Abnahme von 5 Ampere von dem obengenannten kritischen Strom von 920 Ampere aufwies, fällt der gemessene kritische Strom von 915 Ampere noch in den Bereich zulässiger Messfehler, so dass dadurch gezeigt ist, dass das vorliegende Kabel durch eine Biegung in Richtung des Randes überhaupt nicht nachteilig beeinträchtigt wurde. Im Gegensatz dazu verursachte eine Biegung des Vergleichskabels in Richtung seines Randes einen scharfen Abfall des kritischen Stromes von 920 Ampere auf 72 Ampere, wodurch gezeigt ist, dass die Nb3Sn-Verbindung des Vergleichskabels im wesentlichen zerstört wurde.

Deshalb kann das Vergleichskabel nur mit einem grossen zulässigen Krümmungsradius gebogen werden, welcher wesentlich grösser sein muss als bei dem vorliegenden Kabel, wenn die supraleitenden Eigenschaften nicht verschlechtert werden sollen, woraus hervorgeht, dass das Vergleichskabel nicht brauchbar ist, mit der Ausnahme, dass das Kabel in der flachen Richtung mit einem ziemlich grossen Krümmungsradius gebogen wird.

Beispiel 2

2310 Stäbe aus reinem Vanadium und ein Stab aus sauerstofffreiem Kupfer hoher Leitfähigkeit, der mit Tantal abgeschirmt war, wurden in eine Kupfer-Gallium-Legierungsmä-trix eingebettet, welche 19 Gew.-% Gallium enthielt, wobei der Kupferstab in der Mitte der Matrix angeordnet war. Die Zusammensetzung wurde solange gezogen, bis sie einen Durchmesser von 0,5 mm hatte, und sie wurde dann mit einer Steigung von 8 mm verdrillt oder verseilt, um einen entsprechenden Strang zu bilden. Sieben auf diese Weise hergestellte Stränge wurden miteinander mit einer Steigung von 25 mm verseilt oder verdrillt, um eine hohle Anordnung von Strängen zu bilden. Diese Anordnung wurde in einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung gewalzt, um einen Kabelvorläufer zu erzeugen, der einen Querschnitt von 0,2 mm X 5,1 mm hatte. Zu dieser Zeit war ein Strangpackungsfaktor von 89% vorhanden. Dieser Kabelvorläufer wurde über 50 Stunden auf eine Temperatur von 650°C in einem Ofen aufgeheizt, der auf 1 X 10-4 mmHg evakuiert war, wobei in einer Zwischenschicht zwischen den Vanadiumstäben und der Kupfer-Gallium-Legierungsmatrix eine supraleitende V3Ga-Verbindung erzeugt wurde. Das auf diese Weise hergestellte Kabel hatte einen zulässigen Biegeradius oder Krümmungsradius von 9,51 mm, nach der obigen Beziehung gemessen, wobei der Term t0 zwei Drittel von 0,2 mm betrug, und zwar aus den im Beispiel 1 angegebenen Gründen, und wobei die zulässige Dehnung e0 mit 0,6% berücksichtigt wurde.

Das obengenannte Kabel wurde in zwei langgestreckte Abschnitte auseinandergeschnitten. Ein Abschnitt wurde mit einem kompakten, aus Strängen gebildeten Kabel laminiert, welches sieben Stränge aus sauerstofffreiem, hochleitfähigem Kupfer hatte, die einen Querschnitt von 0,1 mm x 5,1 mm aufwiesen, und zwar in einem Bad aus geschmolzenem Indium, wonach eine Isolation aus Polyvinylbutyralharz (10 [i dick) aufgebracht wurde, um ein Kabel I zu erzeugen. Der andere Abschnitt wurde über 15 Minuten bei 600°C in der offenen Luft aufgeheizt, um die Oberfläche der Stränge mit einer dichten Oxidschicht zu überziehen. Der auf diese Weise aufgeheizte andere Abschnitt wurde weiterhin als Band geläppt, und zwar mit einer aus sauerstofffreiem, hochleitendem Kupfer bestehenden Folie mit einer Dicke von 0,05 mm und 3 mm Breite, die mit einem Überzug eines Polyvinylbutyral-harzes versehen war, so dass auf diese Weise ein Kabel II erzeugt wurde.

Es wurde durch beide Kabel I und II ein Strom hindurchgeleitet, während diese Kabel in der flachen Richtung mit einem Krümmungsradius von 10 mm gebogen waren, und zwar bei einer Temperatur von 4,2°K und einem Magnetfeld von 70 kG. Die Kabel I und II wurden in einen Zustand normaler Leitfähigkeit bei 890 bzw. 895 Ampere versetzt. Es ist jedoch in keinem der Kabel I oder II ein elektrischer Widerstand aufgetreten, wodurch gezeigt ist, dass die supraleitenden Verbindungen nicht beschädigt wurden, und womit weiterhin gezeigt ist, dass die Flexibilität der Kabel I und II gewährleistet ist. Diese Tatsache zeigt, dass der berechnete zulässige Biegeradius R„ von 9,51 mm richtig war.

Weiterhin wurden die Kabel I und II um einen Kern zu einer Spule gewickelt. Dann wurde ein äusseres Magnetfeld angelegt, um eine Magnetisierungskurve mit Hilfe einer Abtastspule aufzunehmen. Die Wechselstromverluste wurden aus einem Bereich berechnet, der durch diese Kurve festgelegt ist. Das externe Magnetfeld betrug 0,7 bis 18 kG, und die Frequenz betrug 0,005 bis 0,5 Hz und hatte eine rechteckige Wellenform. Während Hysteresis-Verluste von V3Ga

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im wesentlichen in den beiden Kabeln I und II gleich waren, zeigte dennoch das Kabel I etwas grössere Hystérésis-Ver* luste, die aus einem normal leitenden Metall herrührten. Dieser unerwünschte Effekt wurde durch schwere Wirbelstromverluste in dem mit normaler Leitfähigkeit ausgestatteten Metall verursacht, die sich aus dem oben näher bezeichneten Kupfer und dem Indium ergeben haben, und eine Unterdrük-kung des Kopplungsstromes war nicht in zufriedenstellender Weise zu beobachten, weil die entsprechenden Stränge nicht isoliert waren. Im Gegensatz dazu hat sich bei dem Kabel II gezeigt, bei welchem die entsprechenden Stränge durch eine Isolation voneinander getrennt waren, dass insgesamt sehr geringe Verluste aufgetreten sind, die von dem normal leitenden Metall herrührten.

Beispiel 3

Dreizehn Strangvorläufer gemäss Beispiel 1, in welchen die supraleitende Verbindung Nb3Sn noch nicht erzeugt war, und zwei Silberdrähte mit einem Aussendurchmesser von 0,3 mm, die mit einer Cu-Sn-Legierung beschichtet waren, wurden mit einer Steigung von 15 mm verseilt, um eine hohle Anordnung von Strängen zu bilden. Die Anordnung wurde mittels einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung gewalzt, um ein aus Strängen gebildetes, kompaktes Kabel als Vorläufer herzustellen, welches einen Querschnitt von 0,25 X 4,1 mm aufwies. Dieser Kabelvorläufer wurde in eine Nut mit einem Querschnitt von 0,255 X 4,11 mm einer Kupferfolie aus sauerstofffreiem, hochleitendem Kupfer mit einer Dicke von 50 |i, eingesetzt, welches mit einem Band aus rostfreiem Stahl von 10 [i beschichtet war, um eine zusammengesetzte Anordnung gemäss Fig. 10 zu bilden. Die Anordnung wurde über 34,5 Stunden bei 680°C in einem Vakuumofen einer Wärmebehandlung unterzogen, und zwar hei einem Druck von 9 X 10_1 mmHg, wobei eine supraleitende Verbindung von Nb.3Sn in einer Zwischenschicht zwischen den Niob-Ker-nen und der Kupfer-Zinn-Legierungsmatrix in jedem Strang gebildet wurde. Die Anordnung wurde weiterhin über 30 Minuten in dem Ofen aufgeheizt, der stärker evakuiert wurde, und zwar auf 5 x 10~5 mmHg, wonach anschliessend abgekühlt wurde. Ein auf diese Weise hergestelltes Kabel wurde mit Indium in einem Bad aus geschmolzenem Indium imprägniert.

Wenn Strom bei einer Temperatur von 4,2°K und einem Magnetfeld von 70 kG durch das Kabel hindurchgeleitet wurde, welches mit einem Krümmungsradius von 13,5 mm gebogen war, dann wurde das Kabel bei 790 Ampere in einen Zustand normaler Leitfähigkeit überführt. Zu dieser Zeit betrug die Stromdichte 8,9 X IO"4 A/cm2, wie im Beispiel 1. Dadurch wurde gezeigt, dass das Kabel gemäss Beispiel 3 ebenfalls eine ausreichende Flexibilität gewährleistet, und zwar sogar dann, wenn es mit einem Krümmungsradius von 13,5 mm gebogen ist. Der zulässige Biegeradius des Kabels wurde auf 10,7 mm aus der obigen Beziehung berechnet.

Beispiel 4

Sieben Strangvorläufer gemäss Beispiel 2, in denen eine supraleitende Verbindung aus VaGa noch nicht erzeugt war, wurden in der Weise verseilt, dass eine hohle Anordnung aus verseilten Strängen gemäss Beispiel 2 gebildet wurde. Ein Band aus rostfreiem Stahl mit Abmessungen von 0,1 X 3,0 mm wurde in den hohlen Kernraum eingesetzt. Die Anordnung wurde mit einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung gewalzt, um einen aus Strängen hergestellten kompakten Kabelvorläufer zu erzeugen, der einen Querschnitt von 0,2 mm X 5,1 mm hatte. Vier derartige Kabelvorläufer wurden mit einer Steigung von 20 mm um ein quadratisches Kupferrohr aus sauerstofffreiem, hochleitendem Kupfer mit Aussenabmessungen von 5,0 mm X 5,0 mm und Innenabmessungen von 3,5 mm

X 3,5 mm herum verdrillt, und zwar mit einem bogenförmigen Rand, der einen Radius von 0,2 mm an jeder Ecke des Querschnittes hatte. Diese zusammengesetzte Anordnung wurde mittels éiner Turk-Kopf-Walzeinrichtung derart gewalzt, dass ein quadratischer, hohler Kabelvorläufer mit Aussenabmessungen von 5,4 mm X 5,4 mm gebildet wurde. Dieser gewalzte Kabelvorläufer wurde über 50 Stunden bei 650°C in einem Vakuumofen aufgeheizt, der auf 1 X 10~4 mmHg evakuiert war, wobei eine supraleitende Verbindung von VoGa in einer Zwischenschicht zwischen einem Vanadiumstab und einer Kupfer-Gallium-Legierungsmatrix in jedem Strang erzeugt wurde. Hohlräume, welche noch bis zu diesem Punkt in dem Kabel vorhanden waren, wurden mit Indium ausgefüllt. Danach wurde die Oberfläche des Kabels mit einer 10 |i dicken Schicht aus Polyimidharz versehen.

Es wurde bei einer Temperatur von 4,2°K und einem Magnetfeld von 70 kG ein Strom durch das Kabel hindurchgeleitet, welches in eine Kreisform mit einem Durchmesser von 250 mm gebracht war. Danach wurde das Kabel bei 4305 Ampere in einen Zustand normaler Leitfähigkeit überführt. Das Kabel gemäss Beispiel 4 hatte dieselbe Stromdichte wie das Kabel gemäss Beispiel 2 und zeigte eine ausreichende Flexibilität.

Beispiel 5

Fünfzehn Nb-Kern-Stäbe mit einem Durchmesser von 3 mm wurden in eine Cu-Sn-Legierungsmatrix mit einem Aussendurchmesser von 40 mm und mit einer Höhe von 100 mm eingesetzt, welche 10% Zinn enthielt. Die auf diese Weise gebildete Zusammensetzung wurde bei 800°C heiss extrudiert, um auf einen Aussendurchmesser von 10 mm reduziert zu werden, und die Zusammensetzung wurde dann weiterhin bei 550°C bis auf einen Aussendurchmesser von I mm gezogen. Dieser Draht mit einem Durchmesser von 1 mm wurde mit einer Steigung von 5 mm verdrillt. Nachdem der Draht auf die Hälfte seines ursprünglichen Querschnittes gezogen war, wurde der verdrillte Draht bei 500°C geglüht und dann weiter auf einen Aussendurchmesser von 0,3 mm gezogen. Fünfzehn derartige Drähte von 0,3 mm wurden mit einer Steigung von 20 mm verseilt, um eine hohle Anordnung aus verseilten Strängen zu bilden. Diese hohle Anordnung wurde mit einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung gewalzt, welche auf 550°C aufgeheizt war, um einen flachen und rechteckigen, kompakten, aus Strängen verseilten Kabelvorläufer mit einer Dicke von 0,4 mm und einer Breite von 3,5 mm zu erzeugen. Dieser Kabelvorläufer wurde über 50 Stunden einer Diffusionswärmebehandlung bei 680°C ausgesetzt, wobei eine 3 [i dicke supraleitende Verbindung von Nbl3Sn in einer Zwischenschicht zwischen der Cu-Sn-Legie-rungsmatrix und den Nb-Kernen in jedem Strang erzeugt wurde. In diesem Falle betrug das Verhältnis der kleineren Achse zu der grösseren Achse des Querschnittes des supraleitenden Verbindungskerns 1 : 1,7. Die Oberseite und die Unterseite des Kabels wurden mit einer 20 p, dicken Kupferfolie beschichtet, wobei Indium als Lötmittel verwendet wurde. Ein aus Polyamid bestehendes Isolierband mit einer Dicke von 10 n und einer Breite von 4 mm wurde wendeiförmig um die Aussenseite der Kupferfolie herumgewickelt. Die Anordnung wurde in Stücke mit einer Länge von 50 mm zerschnitten, um einzelne Proben zu erzeugen. Die kritische Temperatur der jeweiligen Proben wurde gemessen, wobei die verschiedenen Richtungen eines äusseren Magnetfeldes (welches bei einer Temperatur von 4,2°K und einem Magnetfeld von 50 kG angelegt war) in bezug auf die breite Fläche der Proben verändert wurde. Die Messergebnisse haben gezeigt, dass die Proben kritische Stromwerte hatten, die innerhalb des Bereiches von 1580 ±10 Ampere lagen und von der Strom-Anisotropie herrührten.

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Vergleich 1

Die Zusammensetzung, welche aus fünfzehn Nb-Kern-Stäben und einer Cu-Sn-Legierungsmatrix gemäss Beispiel 5 bestand, wurde derart heiss extrudiert, dass der Aussendurchmesser auf 10 mm vermindert wurde, und in einem anschliessenden Ziehvorgang wurde diese Zusammensetzung weiterbearbeitet, sie wurde dann bei 650°C geglüht, bei einer Temperatur also, welche höher lag als 5.80°C, bei welcher Nb rekristallisieren konnte. Ein feines oder dünnes supraleitendes Kabel mit mehreren Kernen, welches aus Strängen hergestellt ist, wurde gemäss Beispiele in anderer Hinsicht gefertigt. Das Verhältnis der kleineren Achse des Querschnittes des supraleitenden Verbindungskerns zu der grösseren Achse betrug1:11,5.

Bei derselben Messung, wie sie gemäss Beispiel 5 ausgeführt wurde, zeigte das nach den obigen Ausführungen hergestellte Kabel eine derart grosse Strom-Anisotropie, dass das Kabel einen kritischen Strom von 1050 Ampere in bezug auf ein Magnetfeld hatte, welches in einer Richtung parallel zu der Ebene des Kabels angelegt war, während jedoch ein kritischer Strom von 1590 Ampere in bezug auf ein Magnetfeld vorhanden war, welches in einer Richtung vertikal zu der flachen Fläche angelegt war.

Beispiel 6

Sieben Kupfer-Stäbe 11 wurden gemäss Fig. 17B in statistisch verteilte Löcher eingesetzt (wie sie bei einer Lotuswurzel zu beobachten sind), welche durch einen Tantalstab 10 hindurchgebohrt waren. Die Aussenseite des Tantalstabs 10 war mit einem Silberrohr 32 abgedeckt, so dass ein zusammengesetzter Stabblock mit einem Aussendurchmesser von 21 mm gebildet wurde. Dreissig Vanadium-Stäbe 7 (nachfolgend als «V» bezeichnet) mit einem Durchmesser von 3 mm wurden auf Abstand voneinander aufrecht um den zusammengesetzten Stab herum angeordnet. Eine geschmolzene Cu-Ga-Legierung, welche 18 Gew.-% Gallium enthielt, wurde in die Zwischenräume zwischen den V-Stäben 7 hineingegossen, um einen zusammengesetzten Körper mit einem Aussendurchmesser von 45 mm zu erzeugen.

Dieser zusammengesetzte Körper wurde in einen hexago-nalen Stab umgeformt, dessen Seite jeweils 4 mm betrug, und zwar mit einer Länge von 80 mm, wobei diese Form durch Extrudieren und Ziehen bewirkt wurde. 61 hexagonale Stäbe wurden in ein Cu-Ga-Legierungsrohr eingesetzt, welches 10 Gew.-% Gallium enthielt und einen Aussendurchmesser von 45 mm hatte, während der Innendurchmesser 39 mm betrug und die Länge 85 mm war. Die Anordnung wurde gezogen, bis ihr Aussendurchmesser auf 0,3 mm reduziert war. Ein auf diese Weise hergestellter Draht wurde mit einer Steigung von 10 mm verdrillt, um einen Strang 9 zu erzeugen. Fünfzehn derartige Stränge 9 wurden mit einer Steigung von 20 mm verseilt, um eine hohle Anordnung von Strängen zu bilden. Diese hohle Anordnung wurde in einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung gewalzt, wobei ein Kabel mit einem flachen, rechteckigen. Querschnitt erzeugt wurde, genauer gesagt, ein Kabelvorläufer, dessen Querschnitt 0,25 mm X 4,1 mm betrug, wie es in der Fig. 22 dargestellt ist (zur Vereinfachung sind nur neun Stränge dargestellt). Damit wurde ein Strangpackungsfaktor von 95 % erreicht. Dieser Kabelvorläufer wurde über 50 Stunden einer Wärmebehandlung bei 625°C in einem Vakuumofen ausgesetzt, der auf 1 X 10~4 mmHg evakuiert war, und es wurde auf diese Weise eine supraleitende Verbindung ausV3Ga in einer Zwischenschicht zwischen den Vanadium-Kernen und einer Kupfer-Gallium-Legierungsmatrix in jedem Strang gebildet.

Bei einer optischen Untersuchung des Querschnittes dieses Kabels hat sich gezeigt, dass die Tantalgrenze in dem Strang eine gleichförmige Dicke hatte und dass die Hülle dicht an dem Strang anlag. Es wird angenommen, dass dieses Ergebnis dadurch zustandekomriit, dass die Verstärkung eines weichen stabilisierenden Materials und die Spannungsrelaxation einer Silberschicht, die auf der Aussenseite des Tantalrohres aufgebracht war, eine wesentliche Rolle gespielt haben. ,Ein bekanntes Reaktionssystem zur Bildung einer supraleitenden Verbindung von V3Ga, bei welchen an der entsprechenden Stelle kein Silber vorhanden war, benötigte 75 Stunden, um die Reaktion zum Abschluss zu bringen. Hingegen benötigte das Reaktionssystem, bei welchem Silber an der geeigneten Stelle vorhanden ist, nur 50 Stunden, um die Reaktion zum Abschluss zu bringen. Dies dürfte dadurch bedingt sein, dass die Diffusionsreaktion durch die katalytische Wirkung von Silber begünstigt wurde. Weiterhin wurde das stabilisierende Material einer Messung unterzogen, und es wurde dabei festgestellt, dass es im wesentlichen denselben Widerstand wie den spezifischen Widerstand von Kupfer aufweist, und zwar vor der Verwendung in einem zusammengesetzten Strang, wodurch gezeigt ist, dass trotz einer Tantalgrenze, welche eine Wand mit einer Dicke von nur 1 (i hatte, keine wechselseitige Diffusion in dem Ausmass aufgetreten ist, dass das stabilisierende Metall verunreinigt worden wäre.

Beispiel 7

Siebzehn reine Niob-Stäbe wurden in eine Kupfer-Zinn-Legierung eingebettet, welche 10 Gew.-% Zinn enthielt. Dieser Körper wurde in einen Draht mit einem Aussendurchmesser von 0,3 mm gezogen. Dieser Draht wurde mit einer Steigung von 10 mm verdrillt, so dass ein Strang gebildet wurde. Fünfzehn solcher Stränge wurden mit einer Steigung von 20 mm verseilt, um eine hohle Stranganordnung zu erzeugen. Diese hohle Stranganordnung wurde mit einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung gewalzt, so dass ein kompakter, verseilter Kabelvorläufer 1 erzeugt wurde, der einen Querschnitt von 0,25 mm X 4,1 mm hatte. Ein solcher Kabelvorläufer mit einer bestimmten Länge wurde nochmals auf eine Verseilereinrichtung gebracht, um einen der Stränge zu entnehmen, indem er von der entsprechenden Stranganordnung abgewickelt wurde. Eine dabei erzeugte Hohlnut wurde mit einem Kupferband von 0,12 mm X 0,55 mm im Querschnitt ausgefüllt, dessen Oberfläche mit einer Kupferoxidschicht von 2 (x abgedeckt war, so dass ein kompakter, verseilter Kabelvorläufer II mit einem Querschnitt von 0,25 mm X 4,1 mm gebildet wurde. Einer der Kabelvorläufer II wurde nochmals auf eine Verseilereinrichtung gebracht, um einen der Stränge zu entnehmen, jedoch nicht das Kupferband. Die dabei erzeugte Nut wurde mit einem Wolframband von 0,12 mm X 0,55 mm im Querschnitt ausgefüllt. Diese Anordnung wurde nochmals leicht komprimiert, und zwar mittels einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung, wobei ein kompakter, verseilter Kabelvorläufer III mit einem Querschnitt von 0,25 mm X 4,1 mm erzeugt wurde. Jeder dieser Kabelvorläufer I, II und III wurde über 40 Stunden auf 680°C in einem Vakuumofen Aufgeheizt, der auf 3 X 10~4 mmHg evakuiert war, wobei eine supraleitende Verbindung von Nb;lSn in einer Zwischenschicht zwischen den Niob-Kernen und der Matrix der Kupfer-Zinn-Legierung in jedem Strang erzeugt wurde.

Es wurde bei einer Temperatur von 4,2°K und einem Magnetfeld von 70 kG ein Strom durch eine Gruppe solcher Kabel hindurchgeleitet, die mit Indium imprägniert waren, und weiterhin durch eine andere Gruppe, die nicht mit Indium imprägniert war. Es Wurde der Strom Ic gemessen, bei welchem die Kabel in einen Zustand normaler Leitfähigkeit überführt wurden. Bei der imprägnierten Gruppe von Kabeln, nämlich bei den Proben I, II, III wurde ein kritischer Strom Ir(I) von 920 Ampere gemessen, während bei IC(ir) ein Strom von 870 Ampere gemessen wurde und bei Ic(IIj) ein Strom von 797 Ampere gemessen wurde, womit gezeigt war, dass

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die supraleitenden Verbindungen dieser Kabelproben eine gleiche kritische Stromdichte hatten (Jc A/cm-). Bei einer weiteren nichtimprägnierten Gruppe zeigten die Proben I, II, III kritische Ströme von IC(I) von 870 Ampere, IC(II) von 858 Ampere und IC(nu von 797 Ampere. In der letzten Gruppe ist jedoch die Probe I ausgebrannt, während sie in einen Zustand normaler Leitfähigkeit überführt wurde, nachdem zunächst ein Strom hindurchgeführt war, womit gezeigt war,

dass die Proben II und III eine ausreichende Stabilität aufwiesen.

Weiterhin wurde eine Messung der Stromwerte bei den obengenannten imprägnierten Proben I, II und III durchgeführt, welche unter einer bestimmten Last in eine Kreisform mit einem Durchmesser von 30 mm gebogen waren. Die Messwerte sind in der Fig. 34 dargestellt, und zwar die unter Last gemessenen kritischen Stromwerte IC(W), geteilt durch die ohne Last gemessenen kritischen Stromwerte IC(o>> die als Standardwerte verwendet wurden. Die unter Last gemessenen Werte haben bei der Probe II gezeigt, dass die niedrigsten kritischen Stromwerte zu beobachten waren, während sich bei der Probe III gezeigt hat, dass die höchsten kritischen Stromwerte gemessen wurden, da nämlich die beste Qualität der Probe III der Anwendung von Wolfram als Verstärkungsmaterial zugeschrieben werden konnte.

Beispiel 8

2310 Stäbe aus reinem Vanadium und ein Stab aus Tantal, welcher mit einer Hülle von sauerstofffreiem, hochleitendem Kupfer umgeben war, wurden in eine Kupfer-Gallium-Legierung eingebettet, die 19 Gew.-% Gallium enthielt. Dieser zusammengesetzte Körper wurde wiederholt bei 500°C geglüht, durch Ziehen auf einen Durchmesser von 0,5 mm reduziert, um einen Strang herzustellen. In getrennter Weise wurde eine Verstärkung vorbereitet, die aus einem kompakten, verseilten Draht bestand, welcher einen Strang aus rostfreiem Stahl mit einem Querschnitt von 0,06 mm X 2,5 mm gemäss Fig. 4 aufwies. Weiterhin wurde ein zur Verstärkung dienender, kompakter, verseilter Draht dadurch erzeugt, dass ein Dorn 30 (siehe Fig. 27) auf einem hohlen Strang angeordnet wurde bzw. in einer entsprechenden Anordnung angeordnet wurde (siehe Fig. 18). Sieben der obengenannten, mit einem Vanadiumkern ausgestatteten Stränge wurden mit einer Steigung von 25 mm um den Dorn 30 herum verseilt bzw. verdrillt (siehe Fig. 27), wonach eine Bohrung mit einer rechteckigen Öffnung 29 von 1x4 mm angebracht wurde. In diesem Falle wurde der obengenannte Verstärkungsdraht durch die rechteckige Öffnung 29 eingeführt. Diese Anordnung wurde mittels einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung gewalzt, um einen flachen, verseilten Kabelvorläufer mit einem rechteckigen Querschnitt von 0,25 mm X 5,1 mm zu erzeugen. Dieser Kabelvorläufer wurde über 50 Stunden bei 650°C in einem Vakuumofen geglüht, der auf 1 X 10~4 mmHg evakuiert war, wobei eine supraleitende Verbindung aus V3Ga in einer Zwischenschicht zwischen den Vanadiumkernen und der Kupfer-Gallium-Legierungsmatrix in jedem Strang gebildet wurde.

In getrennter Weise wurde ein nichtverstärktes supraleitendes Kabel erzeugt, welches denselben Querschnitt von 0,25 mm X 5,1 mm hatte, und zwar nach einem Verfahren, um als Vergleichsmöglichkeit zu dienen. Bei beiden Kabeln wurden die Hohlräume mit Indium ausgefüllt, und sie wurden in einer flachen Richtung und in Richtung der Ränder gebogen. Nachdem ein Strom bei einer Temperatur von 4,2°K und einem Magnetfeld von 70 kG hindurchgeleitet wurde, zeigten die zwei Kabel nur geringen Unterschied, womit gezeigt war, dass dann, wenn das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren angewandt wird, bei einem beliebigen Kabel eine ausreichende Flexibilität sowohl in der flachen

Richtung als auch in der Richtung des Randes gewährleistet ist, und zwar unabhängig davon, ob eine Verstärkung vorhanden ist.

Beispiel 9

Siebzehn Stäbe aus reinem Niob wurden in eine Kupfer-Zinn-Legierung eingebettet, welche 10 Gew.-% Zinn enthielt. Dieser zusammengesetzte Körper wurde wiederholt bei 550°C geglüht und zu einem Draht mit einem Aussendurchmesser von 0,3 mm gezogen. Dieser Draht wurde mit einer Steigung von 10 mm verdrillt, um einen Strang zu bilden. Fünfzehn solcher Stränge wurden durch eine Form 22 entlang dem Dorn 27 gezogen (siehe Fig. 23), so dass eine hohle Anordnung von Strängen 20b gebildet wurde, die mit einer Steigung von 20 mm verseilt waren. Diese hohle Anordnung wurde mittels einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung (in zwei Richtungen) gewalzt, wobei ein Kabel mit einer Trapezform oder einer Keilform als Kabelvorläufer mit einem Querschnitt erzeugt wurde, der die Abmessungen 0,37 mm X 3,5 mm X 0,43 mm aufwies, wie es in der Fig. 4C dargestellt ist. Ein solcher Kabelvorläufer mit einer Länge von 200 m wurde zu einer Spule mit einem Durchmesser von 20 cm gewickelt. Dieses Bündel wurde einer Wärmebehandlung bei 680°C in einem Ofen ausgesetzt, während das Vakuum gemäss Fig. 35 verändert wurde. Die Evakuierung begann an einem Punkt A, um den Innendruck des Ofens bei etwa 1 mmHg zu halten. Eine Stunde später, als der Druck auf atmosphärischen Druck erhöht wurde, wurde der Kabelvorläufer aus dem Ofen herausgenommen und mittels einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung gewalzt, bis er einen verminderten Querschnitt aufwies, der noch etwa 30% des ursprünglichen Querschnitts betrug, nämlich Abmessungen von 0,21 mm x 4,1 mm x 0,29 mm aufwies. Dieser in seinem Querschnitt reduzierte Kabelvorläufer wurde erneut in den Ofen gebracht und über 30 Stunden in dem Ofen gehalten, vom Punkt B bis zu dem Punkt C, wobei der Innendruck des Ofens auf etwa 1 mmHg abgenommen hat. Das Kabel wurde dann weiterhin über etwa eine Stunde vom Punkt C bis zum Punkt E im Ofen weiterbehandelt, wobei das Vakuum auf 3 X 10-° mmHg gebracht wurde. Die oben beschriebene Wärmebehandlung wurde bis zum Punkt E fortgesetzt. An diesem Punkt wurde die Wärmebehandlung zum Abschluss gebracht. Wenn ein Teil des dieser Wärmebehandlung ausgesetzten Kabels abgeschnitten wurde, um die verseilten Stränge abzuwickeln, welche darin angeordnet waren, hat sich keine wechselseitige Diffusion gezeigt, die zwischen den entsprechenden Strängen hätte auftreten können, so dass diese Stränge leicht voneinander gelöst werden konnten.

Zum Vergleich mit dem supraleitenden Kabel wurde ein Vergleichskabel hergestellt, welches denselben Querschnitt von 0,21 mm X 4,1 mm X 0,29 mm aufwies und welches der Diffusionswârmebëhandlung gemäss Fig. 35 entlang den Punkten A, B, D und E unterzogen wurde. Dieses Vergleichskabel wurde nach der entsprechenden Wärmebehandlung auseinandergeschnitten, um zu versuchen, die verseilten Stränge voneinander zu lösen. Dabei hat sich gezeigt, dass die betreffenden Stränge jedoch aufgrund einer wechselseitigen Diffusion aneinanderhafteten, so dass sie nicht voneinander getrennt werden konnten.

Wenn sowohl das supraleitende Kabel als auch das Vergleichskabel mit einem Krümmungsradius von 13 mm gebogen wurden, nachdem die Hohlräume oder Zwischenräume mit Indium gefüllt waren und ein Strom durch die Kabel bei einer Temperatur von 4,2°K und einem Magnetfeld von 70 kG hindurchgeleitet wurde, dann wurde das Kabel bei 920 Ampere in einen Zustand normaler Leitfähigkeit überführt, während das Vergleichskabel bei 238 Ampere in einen Zustand normaler Leitfähigkeit gebracht wurde. Der Grund

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besteht darin, dass wegen der miteinander verschmolzenen und miteinander verklebten Stränge infolge einer wechselseitigen Diffusion der zulässige Biegeradius, zwangsläufig vergrössert wurde, was bei dem Supraleitenden Kabel nicht der Fall war. Zugleich wurde damit die supraleitende Eigenschaft der entsprechenden Verbindung zwangsläufig wesentlich verschlechtert. Der theoretisch zulässige Biegeradius war 9,5 mm für das Kabel, er betrug jedoch 19,9 mm für das Vergleichskabel.

Beispiel 10

Siebzfehn Stäbe aus reinem Niob wurden in eine Kupfer-Zinn-Legierung eingebettet, welche 10 Gew.-% Zinn enthielt. Der zusammengesetzte Körper wurde zu einem Draht mit einem Aussendurchmesser von 0,3 mm gezogen. Dieser Draht wurde mit einer Steigung von 10 mm verdrillt, um einen Strang herzustellen. Fünfzehn solcher Stränge wurden mit einer Steigung von 20 mm verseilt, um eine hohle Stranganordnung zu bilden. Diese hohle Anordnung wurde mittels einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung gewalzt, um einen flachen und rechteckigen, verseilten Kabelvorläufer zu bilden, der einen Querschnitt von 0,25 mm X 4,1 mm aufwies. Dieser Kabelvorläufer wurde über 40 Stunden bei 680°C in einem Vakuumofen aufgeheizt, der auf ICH mmHg evakuiert war, wobei eine supraleitende Verbindung von Nb3Sn in einer Zwischenschicht zwischen den Niobkernen und der Kupfer-Zinn-Legierungsmatrix in jedem Strang erzeugt wurde. (Das auf diese Weise hergestellte Kabel wird auch als «Kabel 1 (12)» bezeichnet, wie es in der Fig. 33D dargestellt ist). Weiterhin wurde ein Draht hergestellt, der aus 3025 Niobkernen bestand, die in einer Kupfer-Zinn-Legierungsmatrix eingebettet waren, welche 10 Gew.-% Zinn enthielt. Dieser Draht wurde mit einer Steigung von 20 mm verdrillt und durch Walzen in die Form eines Bandes mit vielen Kernen gebracht, welches einen Querschnitt von 2 mm X 4,1 mm aufwies. Es wurde dann unter den obengenannten Bedingungen eine Dif-fusionswärmebehandlung ausgeführt, wobei eine supraleitende Nb.,Sn-Verbindung erzeugt wurde (dieser Fall wird auch als «Kabel II (321) bezeichnet, wie es in der Fig. 33D dargestellt ist). Weiterhin wurden eine Vanadiumhülse mit inneren Abmessungen von 2,3 mm X 4,2 mm X 30 mm und mit

Aussenabmessungen von 3,3 mm X 5,2 mm X 30 mm sowie sieben Vanadiumstäbe mit einem Durchmesser von 1,3 mm hergestellt. Diese Hülse und die betreffenden Stäbe wurden in ein Bad aus geschmolzenem Gallium bei einer Temperatur 5 von etwa 300°C eingetaucht. Nachdem die Hülse und die Stäbe aus dem Bad herausgenommen waren, wurden sie 5 min auf eine Temperatur von 9Ö0°C gebracht, wobei eine V3Gä-Schicht mit einer Dicke von 10 [i auf der Oberfläche der Vanadiumhülse und der Vanadiumstäbe gebildet wurde, io Die Hülse und die Stäbe wurden mit Gallium mit einer Dicke von 50 [X plattiert.

Die Endabschnitte der Kabel I (12) und II (321), welche miteinander verbunden werden sollten, wurden eine Minute in eine wässrige Lösung von Salpetersäure gelegt, um einen 15 Teil der Kupfer-Zinn-Legierungsmatrix zu entfernen. Beide Kabel, nämlich das Kabel I (12) und das Kabel II (321) wurden in die V-V3Ga-Ga-Hülse in der Weise eingesetzt, dass sie einander über eine Strecke von 30 mm überlappt haben. Die Oberseite und die Unterseite wurden jeweils mit Bohrun-20 gen von 1,5 mm Durchmesser versehen. Die zusammengesetzten V-V3-Ga-Ga-Stäbe wurden in dièse Öffnungen eingesetzt. Diese Anordnung wurde bei einem Druck von 8 kg/ mm- verdichtet und über 20 Minuten in der Atmosphäre eines trägen Gases bei etwa 800°C aufgeheizt und anschlies-25 send bei einer Temperaturabnahme von 5°C/min auf Raumtemperatur abgekühlt. Der zusammengefügte Abschnitt der obengenannten Kabel I (12) und II (321) wurde auf 4,2°K abgekühlt. Es wurde dann der elektrische Widerstand der zusammengefügten Kabel I (12) und II (321) dadurch gemes-30 sen, dass ein Strom von 0,2 Ampere hindurchgeleitet wurde. Der gemessene Widerstand zeigte einen kleineren Wert als 10_lr' Q cm, ausgedrückt als spezifischer Widerstand. Als der Querschnitt des zusammengefügten Abschnittes mit Hilfe einer Röntgenstrahl-Mikroanalysiereinrichtung analysiert 35 wurde, hat sich gezeigt, dass die supraleitende Verbindung nicht nur Nb;,Sn und V3Ga enthielt, sondern auch eine Substanz, welche einer festen Lösung von Nb3Sn0iS-Ga0t2 entspricht, welche aus Ga und Nb3Sn erhalten wurde. Die Zwischenschichten dieser Materialien wurden kristallographisch 40 gebunden und waren von Hohlräumen, kleinen Öffnungen, Fehlstellen oder Oxiden usw. im wesentlichen frei.

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10 Blätter Zeichnunge

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Supraleitendes Kabel mit rechteckigem oder trapezförmigem Querschnitt, mit mehreren verdrillten Strängen (9), die jeweils mindestens eine sich in Längsrichtung des Stranges erstreckende Faser aus einer supraleitenden Verbindung (7) aufweisen und in einzelnen Lagen angeordnet und unter einer vorgegebenen Strangsteigung in der axialen Richtung des Kabels verseilt sind, dadurch gekennzeichnet,

a) dass die Stränge (9) jeweils mit einer Steigung entsprechend dem 2-fachen bis 200-fachen ihres Durchmessers verdrillt sind,

b) dass die Strangsteigung P vom 2-fachen bis 20-fachen der Kabelbreite W beträgt,

c) dass das Verhältnis der Kabelbreite W zur Kabeldicke t0 von 1 bis 100 beträgt,

d) dass die folgende Beziehung erfüllt ist:

t0 = 2R0 X e0 X (1 + 4W2/P2)

wobei

R0 = der zulässige Biegeradius der neutralen Fasern des Kabels und e0 = die gegenüber Beeinträchtigungen ihrer supraleitenden Eigenschaften obere Dehnungsgrenze der supraleitenden Verbindung und e) dass die Gesamtquerschnittsfläche aller Kabelstränge (9) mehr als 50% der Kabelquerschnittsfläche beträgt.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge (9) ein stabilisierendes Metall (11) enthalten, welches aus derjenigen Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Gold, Silber und Aluminium besteht.
3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der kleineren Achse des Querschnittes einer supraleitenden Verbindung (7) wie sie in dem Strang (9) enthalten ist, zu dessen grösserer Achse im Bereich zwischen 1 und 0,5 liegt.
4. Kabel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Hilfsstränge aus einem stabilisierenden Metall (11) und aus einem Verstärkungsmaterial (13) (Fig. 9).
5. Kabel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine teilweise oder vollständige Ummantelung aus einem stabilisierenden Metall (11) und/oder einem Verstärkungsmaterial (13) (Fig. 10).
6. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den in einzelnen Schichten liegenden Strängen (9) ein Verstärkungsmaterial (13) angeordnet ist (Fig. 11).
7. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens auf einer der beiden Oberflächen seiner breiten Seite ein stabilisierendes Metall (11), ein Verstärkungsmaterial (13) und/oder ein elektrisch isolierendes Material (16) vorgesehen ist (Fig. 15).
8. Kabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das stabilisierende Metall (11), das Verstärkungsmäterial (13) und/oder das elektrisch isolierende Material (16) mit den Strängen (9) verseilt ist (Fig. 15 und 16).
9. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiches metallisches Material (14) oder ein elektrisch isolierendes Material (16) in den Hohlräumen zwischen den Strängen (9) und/oder auf der Aussenseite vorgesehen ist (Fig. 14).
10. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Stränge (9) mit einem Material (15) beschichtet sind, welches einen hohen elektrischen Widerstand oder eine gute elektrische Isolierung aufweist.
11. Kabel nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Beschichtung aus einem Material mit hohem elektrischen Widerstand.
12. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seine äusserste Oberfläche von einer oder von mehreren Arten eines elektrisch isolierten, stabilisierenden Metalls (11),

eines elektrisch isolierten Verstärkungsmaterials (13) und eines elektrisch isolierenden Materials (16) umgeben ist, welche Materialien diese Oberfläche umwickeln, beschichten oder an ihr anhaften.

5 13. Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Kabels nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Verseilen einer Mehrzahl von Strängen, um hohle Abschnitte entlang und innerhalb von den verseilten Stranio gen zu bilden, wobei die supraleitende Verbindung der einzelnen Fasern oder Drähten in den Strängen durch eine Diffusionswärmebehandlung gebildet wird,

b) Vermindern des Querschnittes der verseilten Stränge durch deren Ziehen durch eine Ziehform, um eine derartige Reis duktion zu erreichen, dass die bogenförmige Länge im

Querschnitt der zwei Zwischenflächen, die durch Berührung zwischen einem Strang und den zwei benachbarten Strängen gebildet ist, innerhalb eines Bereiches von 20 bis 70% des Umfangs des Stranges liegt, 20 c) Verwendung einer Abflachungseinrichtung zum Abflachen der Form der Stränge in der Weise, dass die zuvor darin vorhandenen Hohlräume eliminiert werden, so dass ein Kabel gebildet wird, welches einen rechteckigen oder einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Re-2s duktionsrate der Gesamtquerschnittsfläche aller Stränge mehr als 50% des Rechtecks oder des Trapezes beträgt, welches um den Umfang des Kabels herumgelegt werden kann, und d) Aufheizen des entsprechend geformten Kabels auf eine 30 Temperatur, bei welcher sich eine supraleitende Verbindung in den Strängen bildet.
14. Verfahrennach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehform in der axialen Richtung und am Eingang der Form mit einem Dorn oder einem schwimmenden

35 Stab ausgestattet ist, an welchem das aus einzelnen Strängen bestehende hohle Kabel entlanggeführt wird, wodurch die Stränge daran gehindert werden, aus dem hohlen, aus einzelnen Strängen gebildeten Kabel herauszurutschen.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich-40 net, dass der Strang in der Weise aufgebaut wird, dass er ein stabilisierendes Material umgibt, welches wenigstens ein Metall aus derjenigen Gruppe ist, die aus Kupfer, Silber, Aluminium, Gold, Magnesium und Blei besteht, wobei ein Trennmaterial vorgesehen ist, welches wenigstens ein Element aus 45 derjenigen Gruppe ist, die aus Niob, Vanadium, Tantal besteht, wobei auch ein Metall eingeschlossen wird, welches aus dieser Gruppe ist, dass das Trennmaterial mit einem eine Diffusionsreaktion steuernden Material umgeben wird, welches aus einem oder mehreren der Elemente besteht, zu de-50 nen Kupfer, Silber, Aluminium, Gold, Magnesium und Blei gehört, und dass um die äussere Oberfläche des die Diffusionsreaktion steuernden Materials ein metallisches Element oder eine Legierung herumgelegt wird, die auf einer Niob-Basis oder auf einer Vanadium-Basis aufgebaut ist und eine 55 supraleitende Verbindung darstellt, wobei das andere Metallelement oder eine entsprechende Metallegierung, welche die supraleitende Verbindung darstellt, damit in Berührung steht.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei demjenigen Verfahrensschritt, in dem das Kabel

60 geformt wird, eine wiederholte Warmbehandlung bei einer Temperatur ausgeführt wird, die in dem Bereich zwischen der Rekristallisationstemperatur derjenigen Metallkomponente, welche die supraleitende Verbindung darstellt, eingeschlossen in dem Strang, der eine höhere Rekristallisations-65 temperatur hatte, und der Rekristallisationstemperatur des anderen Metallelementes liegt, welches die Verbindung darstellt, oder dass bei einer Temperatur wiederholt geglüht wird, die in dem oben festgelegten Temperaturbereich liegt, wonach

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eine Kaltbearbeitung angeschlossen wird, so dass dadurch die kleinere Achse des Querschnittes des Kernmaterials, welches in dem Strang enthalten ist, ein Verhältnis von 1 zu 0,5 in bezug auf die grössere Achse des Querschnittes aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionswärmebehandlung bei einem Druck ausgeführt wird, der vom atmosphärischen Druck bis zu einem Druck von 10-3 mmHg reicht, bevor eine supraleitende Verbindung in einem Strang ausgebildet wird, dass wenigstens die Oberfläche des Stranges mit Kupfer oder einer Kupferlegierung versehen wird und dass nach der Ausbildung der supraleitenden Verbindung in einem höheren Vakuum als

10_:! mmHg oder in einer reduzierenden Atmosphäre weitergearbeitet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach der Diffusionswärmebehandlung einige der verseilten Stränge herausgenommen werden und in einer oder mehreren auf diese Weise erzeugten Nuten entweder ein stabilisierendes Metall oder ein verstärkendes Material oder beides eingefüllt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Strängen derart miteinander verdrillt oder verseilt werden, dass ein kernloser Abschnitt im Zentrum entsteht und dass die kernlose Anordnung aus verdrillten oder verseilten Strängen durch eine Ziehform hindurchgeführt wird, Während ein verstärkendes Kernmaterial in den kernlosen Abschnitt eingefügt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strang in eine Form eingeführt wird, entlang der Aussenseite eines hohlen Dorns oder eines schwimmenden Stabes oder entlang eines Elementes, dessen Zentrum in der Längsrichtung geschlitzt ist, und dass das Kernmaterial durch die Öffnung oder den Schlitz in die Form eingeführt wird.
21. Verwendung des supraleitenden Kabels nach Anspruch 1 als flexiblen Leiter.
22. Verwendung nach Anspruch 21 als Hochstromkabel, bei dem mehrere Kabel (12 als Sekundärstränge miteinander verseilt werden.
23. Verwendung nach Anspruch 21 als Verbindungsstück zwischen zwei anderen supraleitenden Kabeln oder einem anderen supraleitenden Kabel und einem Kabel mit normaler Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass seine Enden mit den entsprechenden Enden der zwei miteinander zu vereinigenden Kabel in Verbindung gebracht werden.
24. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des supraleitenden Verbindungsstücks mit dem entsprechenden Ende des anderen Leiters zur Überlappung gebracht wird, dass die überlappten Abschnitte mit einer Öffnung versehen werden, dass kleine supraleitende Stäbe in die Öffnung eingesetzt werden und dass der zusammengesetzte Abschnitt auf eine Temperatur aufgeheizt wird, welche höher ist als diejenige Temperatur, bei welcher eine feste Lösung oder eine Verschmelzung zwischen den Stäben und dem supraleitenden Verbindungsteil oder dem anderen Leiter stattfindet, worauf in den Zwischenflächen der supraleitenden Stäbe eine andere supraleitende Verbindung und/ oder eine supraleitende, feste Lösung ausgebildet und der gesamte zusammengefügte Abschnitt durch Abkühlen verfestigt wird.
25. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem supraleitenden Verbindungsstück zu verbindende andere Leiter wie das Verbindungsstück aufgebaut ist oder aus supraleitenden Verbindungen, supraleitenden Legierungen oder aus normalleitendem Material besteht.