DE1640857A1

DE1640857A1 - Supraleiter

Info

Publication number: DE1640857A1
Application number: DE19661640857
Authority: DE
Inventors: Peter Klaudy Prof Dipl-I Techn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1966-08-18
Filing date: 1966-08-18
Publication date: 1970-12-23

Description

"SU12raleitor"

Die Erfindung betrifft Supraleiter für juragne-,tfold-

stärken, die oberhalb de-- kritischen Feldatärke

liegent bestohead aus miteinander fest verbundenen

nicht supraleitenden Stoffen und Stoffen aus woichen

Supraleitern, wie z. B. Blei oder ähnlichen Stoffen.

Die Erfindumg betrifft ferner ein Verfahren zur Her-

stellunS dieser Supraleiter, die aus dÜngwandigen

Sohlzylindernt dünnen Drähten odar Polien aus Supra-

leitern erator Art (sogenamtea weichen Supraleitern)

bestehen.

Gewiße Stoffes wie beispielsweise Bleig Zinne Queck-

silber usw. -.sogenannte weiche Supraleiter oder 3upra-

loiter erster Art) zeigen die Eiaenschattg daß ihr

zi-,loktrIscher Illderstand bei tieraton in der Nähe

I

absoluten Nullpunkten lieZonäen Temperaturan vor-

j,-##Wiludet, aeim sie nich-,Itlt MaE;ztq)tfelderz-# ausgüautzt

eirduae dio olna bunt-.!.mm-.ei

Zä

liegende kzitische Feldstärke überschreiten. Fär

Blei-und eLne Temperatur von -40 abs. (Siede-Tempt)-

ratur den 1lÜssigen Ileliums unter Atmonphärendruck)

liegt diose krLtA:.sche magnetische Kraftflußdichte bei

nur etwa 500 GauL. TiefgekÜhlte Leiter Lus Blei lassen

sich deshalb In der Starkstromtechnik, In deren Einrich-

tunsen mei:,'t höhere Krattflußdichten von Interesse sind

(Hochfe---dmi,.gnebspulen, Erregemickl=Sav. von Notoron,

tiieklungen von Transformatoren usw.), nicht v'Orweriden.

Theoretische Betrachtungen und Experimente zeigen jedoch,

daß weiche Supraleiter, deren Äbmennungec - mindestens

-tr.ein6r Di-mannloD - in der Größenordnung der sogenannten

F,Indrinstinte den Nagnetteldes in Supraleiter, d. h.,

etwa 10-6 _ 10-4 en liegen, Magnettelder viel höherer

Krattflußdichton auohdten, ohne die Eigenschaft der

Supral L4;i4Ähigkeit zu verlieren.

Es wurde deshalb in bekannter Weise z. B. von Bean erfolg-

reich versuzbi, durch Einspritzen von flüssigem queck-

itilber in porösen organischen Glas (Vycor-Glan) olipraleiter,

d is aus sehr dünnen queakeilberfäden bestehen, mit--hohen

kritischen e.gnotfaldetärken zu erzeugen. Solche

aus Vycor-Glas bestehende Leiter sind jedoch zur Herstellung

von Wicklungen aLehlio Zeaignet und worden deshalb trotz

ihrer groa'an tilairstluchen Bedeutung In der prakziuul&xii

Elektrotochnik aleht benützt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, S,)pra-

leiter zu schaffen, die "gnotfelder viel höherer Kraft-

flußdichten, verglichen zur kritischen Feldstärke, aus-

halten ohne die Eigenschaft der Supraleitfähigkeit zu

verlieren, Zur I8nung dieser AufGabe wird vorgeschlagen,

bei Supraleitern für Magnotfeldetärken, die oberhalb der

kritisch& Feldstärke liegen und die aus miteinander fast

verbundenen nicht aupraleitenden Stoffen und-St#Offen

aus weichen Supraleitern bestehen, die aus weichen

Suproleitern hergestellten Teile den leitere mindestens

in einer Dimension mit Abmessungen zu versehen, die in

der Größenordnung der Eindringtiete den magnetischen

Peldes im Supraleiter liegen. Da solche Leiter eine viel

zu gerim90 mechanische Yostigkeit aufweisen, um in Form

von Dräbtent Folien oder dünnen Hohla71indern zum Wickeln

von Spuler oder IB Maschinen oder anderen Einrichtungen

der Starketrontehnik benutzt zu worden, wird nach der

Erfindung weiter vorgeschlagen, daß die weichen Supre.

leiter in Pom dünner Drähte, Polien oder Hohla71inder auf

anderen Stoffen, die als mechanische Träger wirken, aufge-

bracht Und mit diesen fest verbunden werden.

Als Dicht aupraleitende Stoffe k6.unen mch der Erfindung

)gOtßt110-0dOr Metellegierungen mit hohem BPezifiechen

Widerstand verwendet werden. Als nicht aupraleitende

iStOfft lussen sich auch Weh der Erfindung ilichtafto].le

benutzen. Je nach Bedarf lassen sich die Supraleiter

in verschiedenen Modifikationen herstellen. Nach der

Erfindung kann beispieloweitse der sipraleiteride Stoff

den nicht auprale -itenden zylinder£Örmigan Stoff krein-

zylinderfbrmig umhüllen, wOtei er mit ihm fest verbunden

ist. Der cupraleitende Stoff läßt sich auch als ein- oder

beideeitiE:er -Balag eines bandförmigen Körpers aus nicht

supraleitendem Stoff, mit den er fest verbunäen.ist, a un-

bilden. ar bestimmte Verwendungszwecke kann es auch vor-

teilhaft sein, den Supraleiter In entsprechend ausge-

fÜhrten Nuten, einen nicht aupraleitenden Stoffen einzu-

betten bzr. einzuprossen. Zur Herstellung von Supraleitern

noch der Erfindung int es vorteilhaft,-die aus aupraleitem-

den Stoffen bestehenden Tolle den Uitern durch Tauehen*den

nicht aupraleitenden Stoffen und auschlieäendeo Ziehen oder

mechanische Bearbeit--nS herzustellen. Hierdurch läßt nich

in mindestens einer Dimension eine Abmessung von 10 -4 . IC)-6 en

in einfacher 'Yelee erreichen. Auch durch Aufdampfen in

Vakuum, Ratbodenzerstäubung oder Elektrolyse läßt sich der

weiche Supraleiter auf den Träger aufbringen.'

Uiv leiter für höhere Stromstärken zu erhalteng können nach

der Erfindung auf den nicht supraleitemden Trägerstoff

abwecbsilrd Schichten aus supraleitenden und nicht supra-

leitenden Stoffen aufgebracht werden. Auch Papier oder

Zunstatoffolien lassen sich als Trägermatoria:. verwenden

und können so ängeordnet werden, daß die einzelnen

Iäter elektrisch parallel geschaltet werden können.

Durch die Schichtungon der Supraleiter können diene

einzeln oder in Gruppen zur Ubertragung vorachiedoner

Ströme verwendet verderl. Auch lassen sich das Papier

bzw. die Kunstatoffolien apirall#'örmig um den Träger-

körper wickeln.

Zur näheren Erläuterung sind In den Fig,-i bis 6 Aus-

führungabeiapiele der Erfindung wiedergegeben.

In Fig. 1 a ist ein mylinderförmiger Trägerkörper 1, der

aus Kupfer, Metall oder sonstigem Stoff bestehen kannb

dargestell10-. Nach entsprechender Obertla'»chenreinia=g

(ggfa. Beizen usw.) wird dieser Körper In Blei getaucht,

so daß auf Änn eine hohlzylindertbrmige Bleischicht 2

mit einer Dicke von Bruchteilen einen Millimeters oder

mehr entsteht. Durch anschließendes Ziehen oder andere

machaulachä-'Bearbeituns wird die Dleischicht dann bis

auf eine sehr dünne Haut In der Größenordnung von

10-4 - lo_E) cm Dicke entfernt, so daß ein hohlzylinder-

förmiger d-Unner Supraleiter 3 um den tragancien Kölpar

herum entsteht, (FIS. 1 b). Die Rohlzylinderform clea

dilmten äupraleitare Ist wegen der in Ihm aun Syrmetria-

gründen auttretenden Gleichmäßigen Stromvertailung vor-.

teilhaft. 301 Stronfluß, durch den Hohlzylindar antztelLt;

in seinen Inneren kein Magnotfold und auch bei Wechsel-

strombelastung den dünnen aupraleitendon Hohlzylinderlei-

ters 3 kommt es auch im Fall der Anwendung metalllocher

Trägerkörper li nicht zur Entstehung von Wirbelztromver-

lusten Im TräSorkörper.

Die Fig. 2 a und b zeigen ein weiteren AusfÜhruligs!)ei-

gplei des 3rfindungsgedankenn für den Fall eines bund-

törmigen Trägera 4 aus Uatall oder anderen-Stoffen, der

eine nahr dÜnne Schicht 6 aus weichen aupraleitentl!)ii Mitarlut,

z. B. Blei, trägt, die etwa durch Tauchen, Spritzen odor

Blektroplattieren und darauf folgenden Walzen oder

wechanlaches Bearbeiten auf eine Dicke von 10-4 _ .10-6 OB

gebracht worden kann ()'lg. 2 b). Blii 'Woleher Leiter hat

allerdings gegenüber den Leite r nach Flg. 1 b den Nachteil,

laß in der aupreialtenden dUnnen Schicht nicht-Mehr

lisichmänige stcoravortellung entsteht, nondern ein-) Vor-

jrÖßerung der Ultrordichten an den Kanten der dUnnein Schicht-

Leiter und damit eine Erhöhung der magnetischen Feldetärkent

:i, h., die Gefahr den Zusa»enbruche der SupralattfibigkeLb

an diesen l3,bollen entsteht.

112 a UM( illt otil weiterua Beispiel das Lrtindtixigt,-

bei CIM von eillüm zylUlrischen

-)#ler anderon Storfnn ausgegangen wird,

in den durch antsprechende Dearbeitung In der Längarichtung

den Trägern dünne keilförnige Rillen 8 eingeschnitten

sind (z. E. durch Anwendung entsprechender Zieheinen).

Der Träger 7 wird dann nach entsprecheniler Oberflächen-

reinigung in geachmolzones Blei oder cinen, geschmolzenen

anderen weichen Supraleiter getaucht. Dann wird die den

Träger.. umgebende, durch dan Tauchen entatandene Bleiachicht 9

entfernt und der Träger durch weiteren Ziehen so lange in

seinen Durch»eser verringart, bin die verbleibenden

durch Blei ausgefüllten Zwickel 10 (a. rig. 3 b) Ab-

Messungen in der Größenordgung von 10-4 _ 10-6 cm besitzen

und daher hohe kritische magnetische Feldstärken vortragen.

Derartige Leiter benitzen allerdings ebenao wie 14iter

nach Pig. 2 gegenüber Ioeitern entsprechend Fig. 1 den

Nachteil, daß bei Wechzelstrorbelastung der dünnen Supra-

leitOr im Fall der Anwendung metallischer TriZer in letzteren

WirbeIstronverluste entstehen.

In Fig. 4 ist der Erfilldungegedanke tir den Fall der Auf-

bringung dÜnner hohlsylindrischer SaUchten 12 aus

weich« DuPralOitOudOn Metall z. B. Blei durch BedMpr»mst

Kathodenzerstäubung oder elektro17tische Auftragung auf

den Träger 11 angedeutet. Blei läßt sich aus einem fluor.

haltig" (FluOrBäure-, Bleioxyd-i Borax-Gemisch) BlektrolZten

elektroI3Koch in entsprechend dünnen Schichten auf Metall,@ch*

Trägerdrähte aun Nickel auftragen. Vorteilhaft ist en d&bei,

die Blei-A.node hohlzylinderförtaig auszuführen und den mit

der Bleischicht elektrolytisch zu überziehenden Draht

in der kabee den anodiachen Bleizylindern als Kathode

anzuordner. Gleichmäßige Auftrajung der Bleis--Wtcht

läßt sich dann erroichen und ihze Di-ke in einfachater

Weise aus den FaradayInchen Gen3tzen Bei An-

Wendung deL, Verdampfungsverfahrens cdur des Kathodonzer-

stäubungsvorfahrens erach3int es Eünstig, den zu über-

ziehenden Draht gleichmäßig an der BedampfurCaquelle oder

der Katho4.o vorbeizuziehen und gleichzeitig um seine

Achse zu 4rahen, um gleichmäßiges Auftragen der Schi-Chten

zu erreickten. Um nämlich Stromleiter für größere Strom-

stärken zu erhalten, erscheint es vorteilLheft, mehrere

oder vielt-, elektrisch parallel geschaltete, dünne hohl-

c71indrische oder bundörnige Schichten aun dü=en aupra-

leitenden Naterial% die auf einem Träger aufgetragen sind,

heranzusichen. ja Pig. 5 Z. B. ist angedeutet$ wie auf

einem u71J.ndertclrmigon Trägerleiter 13 aus Nickel ent-

weder durch Tauchen und Ziehen, elektrolytisch, durch

BOdampfung oder durch Xathodenzerstäubung zunächut eine

dUnme Bleischicht 14 und auf'diese da=, durch die gleichen

Verfahren cine Kupterschicht 15, dann wieder eine Bbischicht 16

U»* auf64,traS9U sind. Bei entsprechender Bemessung der nicht

auproleitenden Zwischenochichten - wie etwa der Kupfer-

schichten im Falle.der Fig. 5 - ist es möglich, die bei

WecheelatrambalsLatung der supraleitenden Schichtleiter

innerhalb der hohlzylindriechen Kuptgrlo:Lter hervorge,

rufenen Wirbeletromverlunte durch sehr dünne Bemessung

der Kupferhohlzylinder ebenso zu boschränken, wie dien

durch-dio Lammellorung von Transormatorilochen in der

normalen ElektrotochUik geschieht. In azalager Weiso ist

bei dem Leiter 17 -in Fig. 6 jeweils auf aine dünne

Schicht 18 aus supraleitendem Material z. B. Blei eine

Schicht 19 aus nicht aupraleitendem Material z. B. Kupfer

aufgetragen. Die dünnen Schichten aus aupraleitendem Metall

sowie die Zwinehenschichten können natürlich aopahl im

Fall der Fig. 2 als auch im Fall der Fig. 6 auf beiden

Seiten den Trägerleiters 4 bzw. 1? angeordnst werden.

Es ist erfindungsgemäß natürlich auch möglich, als unmittel.Z

bare Träger für die 10-4 _ 10-6 en diekon weichen aupralei-

tenden Pilme Papier oder Kunatibff (auf denen die aupralei-

tenden Filme aufgebracht sind) zu benützen und diese denn

auf einen beliebig profilierten Triger aus nicht aupraleitenden

Stoffen a. B. von Kreiszylinder- oder Plattentern (s. Fig. 5

.oder 7iS. S) aufzubringen. In Fig. 5 und 6 sind dann statt

der dünnen Rupferschichten 15c bzw. 19 nur die Papier- oder

Zunstatoffachichten zu denken. Die 10-4 . 1 A cm dicken

weichen aupraleitenden (Motall)Schichten können z. B. durch

Bedampfung oder Kathodenzerstäubung auf die Papier- oder

Kunstatoff3ohichten aufgebracht worden,

NatÜrlieh ist en auch mÖgliche die einzelnen auf den Papier-

oder Kunstatoftschichten aufgebrachten dünnen Supraleiter

elektrisch nicht alle parallel zu schalten, sondern z. B.

Im-Falle e2n Drehatrombetrieb einzelne oder parallel ge-

schaltete Gruppen solcher oupraleitender Schichten als

Stromleiter tür die einzelnen Phasen zu-verwenden. Da die

Stromsumme der einzelnen 'Phasen In jeden Augenblick Null

Ist, lassen sich damit Übereinander geschichtete hohl-

zylinderfürmige oder ebene Ialtergruppen, die sich magnetisch

gegenseitig nicht oder nur wenig beeinflussen, herstellen.

Bei der Anwendung von dünnen aupraleitenden Schichten, die

unmittelbar von Papier- oder Kunstatoffollen Setragen

werden, kann es sich als zweckmäßig erweisen, diene die

Supraleiter tragenden Papiere oder Kunststoffe spiral-

fÖrmig um den Trägerkörper zu wickeln" um einen großen

;uersehnitt tür die Strowleitung zu gewinnen ohne parallel

schalten zu münsen, was allerdings ungünstigere Strcevor-

teilung ergibt.

Claims

PatunmaAche:

1. Supraleiter fÜr Magnetteldstärken, die oberhalb der kritischen Foldatärke liegen, bestehend aus sitein- ander to3t verbundenen nicht aupraloitenden Stoffen und Stoffen aus weichen Supraleitern, dadurch ge- kennzeichnet, daß die aus weichen Supraleitern be- stehenden Teile den Leiters mindestens in einer Dimension Ab»saungen in der Größenordnung der Ein- dringtiete den magnetischen-Polden In Supraleiter 2. Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als-nicht aupraleitende Stoffe Metalle verwendee. worden. 3. SUPraleiter nach Anspruch 1" dadurch gekennzeichnet, daß als nicht aupraleitende Stoffe Metall-USierwenn mit iohem spezifischen Widerstand verwendet werden.

4. Supralpiter nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnotg daß als nicht aupraleiter.de Stoffe Nichtinetalle ver- wendet werden. Supralciter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der aupraleitende Stoff den.nicht eupraleitenden zylinderfÖrmigen Stoff krein- zylinderförmig umhüllt und mit ihm fest verbunden ist. 6. Supraleiter noch Anspruch 1 oder einen der Ansprüche 2 bis Lt. dadurch gekennzeichnet, daß der aupraleitende Stoff als ein- oder beidseitiger Belag des bandf8rmigen Körpert: aus nicht aupraleitenden Stoff, mit dem er fest verbunden iat,.auegetUhrt ist. Supralititer nach Anspruch 1 oder einen der Ansprüche 2 bie 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Supraleiter in entsprechend ausgeführten Nuten den nicht eupraleitenden Stoffen eingebettet bzw. einge- preßt sind. 8. Verfahren zur Reretellung von Supraleite= nach den Ansprüchen 1 bis 7% dadurch gekennzeichnet, daß-die aus aupraleitenden Stoffen bestehenden Teile den Leiteit durch Tauchen des nicht aupraleitenden Stoffen und antehließenden Ziehen oder mochanieche Bearbeitung in mindestens einer Dinensionitne Abmessung von

lo##4 . 10-6,em erhalten und mit dem nicht aupraleitendOn Stoff verbunden worden. g. Verfahren zur Horstellung von Supraleitern nach den An- sprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus supraleitenden Stoffen bestehenden Leiter durch Plattieren den nicht aupraleitenden Stoffen -und anschließenden Ziehen oder mechanische Bearbeitung in mindestens ein-er Dimension eine Abmessung von 10,4 10-6 am erhalten und mit den nicht supraleitonden Stoff fest verbundet werden. 10. Verfahren zur Herstellung von Supraleitern nach den An- sprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus supraleitenden Stoffen bestehenden Leiter durch Auf- dampfen im Vakuum oder Kathodenzerstäubung auf die nicht aupraleitenden Stoffe aufgebracht worden. 11:, Verfahren zur Herstellung von Supralofitern nach den An- sprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus - aupraleitenden Stoffen bestehenden Leiter durch Blektro17so auf die nicht aupraleitenden Stoffe aufgebracht worden. -12" Verfahren zur Herstellung von Supraloitern nach den Äju- oprUchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Aicht aupraleitenden Trägerstoff abwechselnd Schichten aus aupraleitenden und nicht aupraleitenden Stoffen aufge-

bracht worden, um leiter tür höhere Stromatirken zu erhalten. 13. Verfahren zur Herstellung von Supraleitern nach den Anaprüchen 1, 2, 6, 10, 12.- dadurch Sekonn eichnotg daß als linmittelbare Träger der aus weichen Supraleitern bestehenden Leiter Papier- oder Kunststoff-Folien ver- wendet wordeue die selbst wieder auf einen Träger aus nicht aupraleitenden Material aufgebracht werden. 14. Verfahren zur Herstellung von Suproleitern nach den Ansprüchen 1, 2, 6, 10, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die aupraleitenden Leiter auf den Papior- oder Nunatstoff"Polien durch Bedampfen oder Kathodonzer- otiubung hergestellt werden. 15. Verfahren zur Herstellung von Supraleitern nach den An- aprilchen 1, 2, 6 und 10 bis 14, dadurch gekonnseichnetg daß die m# dünnen Supraleitern behaftsten Papier- oder Kunststoff-Folien auf einen kreiszylinderförmigen Träger aufgebracht werden. 16. Vorfahr-en zur Herstellung von Supraleitern nach den Ansprächen Iv 29 6 und 10 bis 15, dadurch gekonnseichnett daß die Papier- oder Zunstatort-Polien in mehreren - Schichten aufgebracht worden, so daß die einzelnen

LeJtej% cloktrisch parallel geschaltet worden können. 17. Supraleitur nach don Anupzeehen 1, 2, 6 und 10 bis 15, dadurch tekonazaichnot, W die einzelnen Schichten der Sitproleiter ciameln oder in Gruppon zur Über. tragung verschiedener StrÖme verwendet werden und das Papiez bzw. die Kunststoff-Folien ggfa. spiralförmi& um dea TrUgorkörper gewickelt sind.