DE1284502B - Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes

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DE1284502B DEN26165A DEN0026165A DE1284502B DE 1284502 B DE1284502 B DE 1284502B DE N26165 A DEN26165 A DE N26165A DE N0026165 A DEN0026165 A DE N0026165A DE 1284502 B DE1284502 B DE 1284502B
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Description

1 2
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bereits bekannt. Hierbei wird jedoch der Draht in Herstellung eines supraleitenden Drahtes, bei dem kaltem Zustand hergestellt. Bei Verwendung wird der ein Mantel aus Niob mit einem Kern aus einem Draht aufgeschmolzen. Anders ist es bei dem nach Gemisch von Niob und Zinn gefüllt, sodann mit der Erfindung hergestellten Draht. Nachdem der mechanischen Mitteln auf einen gewünschten Durch- 5 ebenfalls kalt hergestellte Faltdraht zu einer Spule messer gezogen und thermisch behandelt wird. gewickelt ist, wird er einer thermischen Nachbehand-
Die Verbindung Nb3Sn ist ein bekannter sogenann- lung unterworfen, und erst dann ist er für die Anter »harter« Supraleiter, d. h. eine Verbindung, die wendung als supraleitende Magnetspule brauchbar, bis zu sehr hohen magnetischen Feldstärken bei Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß trotz der Temperaturen unter 18° K einen Widerstand auf- 10 Tatsache, daß der Draht eine Naht in Längsrichtung weist, der genau gleich Null ist. Aus Niob-Zinn-Draht aufweist, bei der thermischen Behandlung keine hergestellte Spulen ermöglichen es, bei einem ver- Schmelze durch dieselbe nach außen tritt. Dies wäre hältnismäßig geringen Verbrauch an Energie sehr selbstverständlich unzulässig. Es hat sich jedoch als hohe Feldstärken (bis 200 Kilo-Oerstedt) zu erzeugen wichtig erwiesen, daß die Korngröße im Pulver- und aufrechtzuerhalten. Ein Nachteil des Nb3Sn ist, 15 gemisch einen nicht zu hohen Wert aufweist; dieser daß es außerordentlich spröde ist, weshalb es ohne muß kleiner als etwa 50 Mikron sein. Kunstgriffe nicht möglich ist, Spulen aus gewickeltem Eine Abänderung des Verfahrens nach der Erfin-
NbgSn-Draht herzustellen. dung hat noch einen weiteren Vorteil. Während das
Ein solcher Kunstgriff besteht bei einem bekannten Mantelmaterial bei dem bekannten Verfahren auf Verfahren darin, daß ein Rohr aus Niob mit einem 20 Niob selbst beschränkt ist, können bei dem VerGemisch aus gepulvertem Niob und Zinn mit einer fahren nach der Erfindung auch weniger duktile Gesamtzinnmenge von 15 bis 30 Atomprozent zu Metalle verwendet werden. Die Abänderung des Draht des gewünschten Durchmessers ausgezogen Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennwird, dieser Draht darauf zu einer Spule gewickelt zeichnet, daß der Mantel-Metallstreifen aus Molybwird und schließlich einer Wärmebehandlung bei 25 dän, Chrom, deren Legierungen oder Legierungen einer Temperatur zwischen 920 und 1200° C unter- dieser Metalle mit Wolfram besteht, zogen wird. Bei dieser Wärmebehandlung, die also Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung
erst durchgeführt wird, nachdem die erforderliche wird der gezogene Draht vor der thermischen BeFormgebung stattgefunden hat, wird die Verbindung handlung zu einer Spule gewickelt. Nb3Sn gebildet. Die Grenzen von Temperatur und 30 Eine Umhüllung aus den obengenannten Metallen Zeitdauer, zwischen denen die Wärmebehandlung und Legierungen reagiert nicht mit dem Kern und stattfinden muß, sind kritisch im Hinblick auf die zur erfüllt neben den obengenannten zwei Funktionen Erzielung optimaler supraleitender Eigenschaften noch eine dritte, nämlich die eines Isolators, da sie erforderliche Struktur. normalleitend ist, also bei einer Temperatur von
Der Niobmantel hat eine doppelte Funktion. Beim 35 4,2° K, dem Siedepunkt von Helium, einen end-Ziehen erfüllt er die Funktion der Umhüllung des liehen Widerstand aufweist — im Gegensatz zum Pulvergemisches, und während der Wärmebehand- Kern, der bei dieser Temperatur den Widerstand lung wirkt er als Diffusionsbarriere, wodurch die Null aufweist. Niob ist ein Supraleiter, und infolge-Reaktion auf den Kern beschränkt bleibt. dessen ist es bei der bekannten Spule erforderlich,
Das Niobrohr, von dem man bei dem bekannten 40 daß die Windungen sehr sorgfältig isoliert werden. Verfahren ausgeht, hat eine Wandstärke von etwa Bei der nach der Erfindung hergestellten Spule aus einem Viertel des Außendurchmessers. Man ist hierbei Draht mit einem Mantel aus Molybdän, Chrom, auf ziemlich kurze Längen beschränkt. Nachdem ein deren Legierungen oder Legierungen dieser Metalle solches Rohr mit dem Pulvergemisch gefüllt ist, wird mit Wolfram ist die zum Einbringen des Feldes eres mechanisch, durch Hämmern, Profilwalzen oder 45 forderliche Zeit zwar verhältnismäßig niedrig, weil Ziehen, zu einem Draht mit einem Durchmesser von der Mantel trotzdem noch einen endlichen Wider-0,1 bis 1 mm verarbeitet. Eine viel kleinere Wand- stand aufweist, aber durch Anbringen einer viel einstärke als ein Viertel des Gesamtdurchmessers kann fächeren Isolierung als bei der bekannten Spule kann nicht gewählt werden, da sonst die Festigkeit des dieser Nachteil beseitigt werden. Es ist sogar nicht Drahtes beim Hämmern und Ziehen zu niedrig ist. 50 einmal wichtig, wenn in diesem Fall in der Isolierung Der Nutzquerschnitt des Drahtes ist hierdurch sehr Lücken vorhanden sind. Diese haben nur eine kleine unvorteilhaft. Verlängerung der Aufladezeit zur Folge. Bei der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekannten Spule wird das Einbringen eines Magnet-Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden feldes hierdurch verhindert.
Drahtes derart zu gestalten, daß es technologisch ein- 55 Die Herstellung des Drahtes nach der Erfindung fach ist und daß Drähte relativ großer Längen und kann mechanisch mit den zur Herstellung von als großen Nutzquerschnittes hergestellt werden können. Schweißdraht verwendbarem Faltdraht bekannten
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Vorrichtungen durchgeführt werden, löst, daß als Mantelmaterial ein Metallstreifen ver- .
wendet wird, der um das den Kern bildende Gemisch 60 Beispiele
zusammengefaltet wird. 1. Ein Niobstreifen mit einer Stärke von 0,35 mm
Man kann bei diesem Verfahren von ziemlich und einer Breite von 8,0 mm wurde um eine Füllung schmalen Streifen ausgehen und damit bereits Draht aus Nb- und Sn-Pulver mit einer Korngröße kleiner mit einem kleinen Durchmesser erhalten. Eine Ver- als 44 Mikron (im Atomverhältnis von 78 Nb und minderung des Durchmessers ist notwendig, um eine 65 22 Sn) gefaltet und mittels eines Zieheisens zu Draht gute Verdichtung des Pulvers zu erreichen. mit einem Durchmesser von 2,8 mm gezogen. Darauf
Die sogenannte Faltdrahttechnik ist zwar bei der wurde der Drahtdurchmesser durch Hämmern auf Herstellung gefüllter Schweißstäbe oder Lötstäbe 0,9 mm reduziert und dann zu einem Durchmesser
von 0,65 mm gezogen. Schließlich wurde der Draht 16 Stunden lang bei 970° C gebrannt. In einem Felde von 40 000 Oerstedt konnte dieser Draht einen Strom von 95 A führen, wenn er in einem Kryostat mit flüssigem Helium angeordnet wurde.
2. Ein Molybdänstreifen mit einer Stärke von 0,3 mm und einer Breite von 7 mm wurde um eine Füllung aus Nb- und Sn-Pulver mit einer Korngröße kleiner als 44 Mikron im Atomverhältnis 78 :22 gefaltet. Der Durchmesser dieses Faltdrahtes wurde durch Ziehen auf 2,4 mm und darauf durch Hämmern auf 0,8 mm reduziert. Der Draht wurde 16 Stunden lang bei 970° C erhitzt. Die kritische Stromstärke des Drahtes in einem Felde von 40 000 Oerstedt war größer als 65 A.
3. Nach Beispiel 1 hergestellter Faltdraht wurde durch Hämmern auf einen Durchmesser von 1,5 mm gebracht. Bei Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes konnte ein Strom von mehr als 4000 A durch den in einem Kryostat mit flüssigem Helium angeordneten Draht geschickt werden, ohne daß der Draht normalleitend wurde.
4. Aus 3 m Draht, der nach Beispiel 2 hergestellt war, wurden zwei flache rechteckige Spulen mit je 10 Windungen angefertigt. Jede der Spulen hatte Außenabmessungen von 48-61 mm und Innenabmessungen von 15 · 18 mm. Nach dem Wickeln der Spulen wurden sie 16 Stunden bei einer Temperatur von 970° C gebrannt. Eine einfache Isolierung wurde durch Tauchen in ein Epoxyharz und an-
schließendes thermisches Durchhärten angebracht. In einem Kryostat mit flüssigem Helium wurde bei einem Strom von 2000 A in der Mitte der Spule ein Magnetfeld von 5000 Oerstedt erzeugt. Nachdem die Spule fünfzehnmal aus dem Kryostat entfernt, wieder in dem Kryostat angeordnet und das Feld angelegt worden war, wurde unvermindert das Feld von 5000 Oerstedt erreicht. Das Anbringen des Feldes kann mittels einer Unipolarmaschine durchgeführt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes, bei dem ein Mantel aus Niob mit einem Kern aus einem Gemisch von Niob und Zinn gefüllt, sodann mit mechanischen Mitteln auf einen gewünschten Durchmesser gezogen und thermisch behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Mantelmaterial ein Metallstreifen verwendet wird, der um das den Kern bildende Gemisch zusammengefaltet wird.
2. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel-Metallstreifen aus Molybdän, Chrom, deren Legierungen oder Legierungen dieser Metalle mit Wolfram besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gezogene Draht vor der thermischen Behandlung zu einer Spule gewickelt wird.
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