DE1665790C3 - Verfahren zum Herstellen eines aus supraleitenden und elektrisch normalleitenden Metallen zusammengesetzten Leiters - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines aus supraleitenden und elektrisch normalleitenden Metallen zusammengesetzten Leiters

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DE1665790C3 DE1665790A DE1665790A DE1665790C3 DE 1665790 C3 DE1665790 C3 DE 1665790C3 DE 1665790 A DE1665790 A DE 1665790A DE 1665790 A DE1665790 A DE 1665790A DE 1665790 C3 DE1665790 C3 DE 1665790C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines aus supraleitenden und elektrisch normalleitenden Metallen zusammengesetzten Leiters, bei dem mehrere parallel zueinander verlaufende Supraleiter mit einem Normalleiter aus Kupfer oder Aluminium, welcher einen größeren Querschnitt besitzt als die Supraleiter, fest verbunden werden.
Für den Bau von Supraleitungsspulen, insbesondere von supraleitenden Großmagneten, haben sich sogenannte stabilisierte Leiter, die aus supraleitenden und bei der Betriebstemperatur der Spulen gut elektrisch leitenden, nonnalleitenden Metallen zusammengesetzt sind, als vorteilhaft erwiesen. Um eine gute elektrische Stabilität der Spule zu erreichen, sollen dabei Querschnitt und Tieftemperaturleitfähigkeit des normalleitenden Metalls so bemessen werden, daß der zusammengesetzte Leiter bei guter Kühlung in der Spule keine wesentliche Stromdegradation aufweist und daß beim Übergang des Supraleiters in den kritischen Zustand durch Überschreitung des kritischen Stromes der den Supraleiter durchfließende Strom ganz oder teilweise von dem normalleitenden Metall übernommen werden kann, so daß der Übergang des Supraleiters vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand kontinuierlich und reversibel erfolgt und durch eine geringfügige Verkleinerung des Stromes der supraleitende Zustand wieder hergestellt werden kann.
Es ist bereits ein aus supraleitendem und normalleitendem Metall zusammengesetzter Leiter bekannt, bei dem mehrere parallel zueinander verlaufende Niob-Zirkon-Drähte in ein Kupferband eingelagert sind (FR-PS 14 40 228). Bei der Einlagerung der supraleiten den Drähte in das Kupferband, die durch Einwalzen erfolgen kann, ist es jedoch schwierig, zwischen dem
Supraleitermaterial und dem normalleitenden Metall einen guten Kontakt mit möglichst kleinem Übergangswiderstand herzustellen. Ein niedriger Übergangswiderstand ist jedoch sehr erwünscht, um einen reversiblen Stromübergang zwischen Supraleiter und Kormalleiter zu ermöglichen. Außerdem besteht beim Einwalzen von supraleitenden Drähten in Kupferbänder dir große Gefahr, daß das Kupfer eine stärkere Längsdehnung erleidet als das mechanisch härtere Supraleitermaterial und daß das Kupfer ferner durch die Verformung beim Walzen eine Walztextur erhält. Durch eine solche Textur wird der Festwiderstand des Kupfers bei tiefen Temperaturen heraufgesetzt, was eine Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit und somit eine Verschlechterung der Stabilisierungswirkung zur Folge hat.
Ferner ist zum Herstellen von Leitern mit Aluminium als normalleitendem Metall ein Verfahren bekannt, bei welchem die supraleitenden Drähte durch Strangpressen mit Aluminium ummantelt werden (FR-PS 14 52 326). Da jedoch bei einem solchen Strangpreßverfahren das Aluminium nicht auf zu hohe Temperaturen erhitzt werden darf, um eine Schädigung der Supraleiter, insbesondere eine stärkere Herabsetzung der kritischen Stromdichte, zu vermeiden, wird zwischen den Supraleitern und dem Aluminium weitgehend nur ein Preßkontakt erzielt, der einen verhältnisr.täßig großen Übergangswiderstand besitzt und zudem altenmgsanfällig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs erwähnte Verfahren weiter zu verbessern. Insbesondere soll unter Vermeidung einer zu starken Verformung des normalleitenden Metalls eine möglichst innige und dauerhafte Verbindung zwischen den Supraleitern und dem elektrisch normalleitenden Metall erzielt werden, die einen möglichst niedrigen Übergangswiderstand besitzt.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die Supraleiter über ihre ganze Länge mit dem normalleitenden Metall mittels Ultraschallschweißens verbunden.
In anderem Zusammenhang, nämlich zur Herstellung einer dünnen Schicht aus einer suptaleitenden Legierung bzw. intermetallischen supraleitenden Verbindung, ist es durch die GB-PS 10 04 179 bereits bekannt, iwei aus den Komponenten der zu erzeugenden Verbindung bzw. Legierung bestehende Bänder mittels Ultraschall miteinander z\i verschweißen. Als Supraleiter wird dann die Zwischenschicht zwischen den Bändern tusgenuizt. Daß bei diesem Verfahren gegebenenfalls ein aus Supraleitermaterial und normalleitendem Metall, wie Aluminium, bestehender Leiter entsteht, ist rein zufällig. Angestrebt ist die Herstellung der Schicht »us der supraleitenden Verbindung bzw. Legierung, nicht aber die Herstellung eines aus Supraleiiermatcrial und elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzten stabilisierten Leiters. Ferner ist durch die OE-PS 2 49 773 ein Verfahren zum Herstellen von Bändern mit Schichten aus einer zweikomponentigen. intermetallischen, supraleitenden Verbindung bekannt. bei dem die niedriger schmelzende Komponente der herzustellenden supraleitenden Verbindung zwischen zwei Bändern aus der höher schmelzenden Komponente der Verbindung gebracht wird, deren Ränder dann verschweißt werden. Die Schichten aus der supraleitenden Verbindung werden erst anschließend durch eine Wärmebehandlung hergestellt. Falls die Bänder aus der höher schmelzenden Komponente aus Niob oder Tanlal bestehen, kann das Verschweißen ihrer Rander durch Ultraschallschweißen erfolgen. Dabei werden jedoch immer jeweils gleiche Materialien miteinander verschweißt und die später als Supraleiter ausgenutzic-n Schichten aus der intermetallischen Verbindung sind beim Schweißvorgang überhaupt noch nicht vorhanden. Auch dieses Verfahren betrifft demnach nicht die Herstellung von aus Supraleitermaterial und elektrisch r.ormalieitendem Metall zusammengesetzten stabilisierten Leitern.
Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Leitern wird durch den großen Querschnitt des Normalleiters eine gute elektrische Stabilisierung der Supraleiter gewährleistet. Bei Verwendung des Leiters, beispielsweise in einer Supraleitungsmagnetspule, sind die parallel zueinander verlaufenden Supraleiter auch elektrisch parallel geschähet und können sich daher bei Überlastung eines Supraleiters gegenseiiig entlasten.
Zur Herstellung des zusammengesetzten Leiters werden vorzugsweise Supraleiter aus Hochfeldsupraieitermaterial verwendet, beispielsweise eignen sich besonders Drähte und Bänder aus supraleitenden Niob-Zirkon- und Niob-Titan-Legierungen und Bänder mit Schichten aus supraleitenden, intermetallischen Verbindungen, vorzugsweise Niob-Zinn (NbiSn). Für besondere Anwendungen können auch andere sogenannte harte Supraleiter, beispielsweise Niob, in Frage kommen.
Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten zusammengesetzten Leitern treten überraschend geringe Übergangswiderstände zwischen den Supraleitern und dem Normalleiter auf. Die auf den Supraleitern, insbesondere den Niob-Ziikon- und Niob-Titan-Legierungen üblicherweise vorhandenen Passivierungsschichten und die an der Oberfläche der aus Aluminium und Kupfer bestehenden Normalleiter üblicherweise vorhandenen dünnen Oxidschichten, die einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Mctallen behindern, werden beim Ultraschallscbweißvorgang weitgehend zerstört, so daß ein hervorragender elektrischer Kontakt zwischen den Metallen auftritt. Da die durch das Ultraschallschweißen bewirkte Verbindung zwischen den Metallen sehr innig ist, findet an der Verbindungsstelle auch keine Neubildung derartiger Passivierungs- und Oxidsehichien statt, so daß der Kontakt zwischen Supraleiter und Nortnalleitcr sehr alterungsbeständig ist; dies gilt insbesondere, wenn der Supraleiter vom normalleitenden Metall völlig umschlossen wird. Ferner tritt beim Ultraschallschweißen keine Längsdehnung und keine wesentliche Kaltverformung des Normalleiters auf. Lediglich an der Schweißstelle wird der Normalleiter in geringem Maße örtlich verformt. der Hauptteil seines Querschnittes bleibt jedoch unverändert. Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird der Restwiderstand des Normalleiters daher praktisch kaum erhöht.
Um ein leichtes Einschweißen des Supraleiters zu ermöglichen, wird bei Verwendung von Kupfer als Nornullleiter vorzugsweise weichgeglühtes Kupfer vorgesehen. Dabei wird SE-Kupfer. d.h. sauerstoffarmes Kupier, wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit bei tiefen Temperaturen bevorzugt.
Die Verwendung eines Normallcitcrs aus Aluminium
beim erfindungsgemäßen Verfahren kann zusätzlich
noch besondere Vorteile bieten. So hat Aluminium ein mehr als dreimal geringeres spezifisches Gewicht, eine niedrigere Rekristallisationstemperatur, eine höhere
Duktilität und bei genügender Reinheit bei liefen Temperaturen eine bessere elektrische Leitfähigkeit, bessere Wärmeleitfähigkeit sowie eine kleinere spezifische Wärme als Kupier aufzuweisen. Bei der Verwendung von Aluminium ist somit wegen der günstigeren elektrischen Werte bei tiefen Temperaturen eine noch bessere Stabilisierungswirkung als bei Kupfer zu erwarten. Ferner wird das Gewicht der Supraleitungsspulen, das insbesondere bei Großmagneten von Bedeutung sein kann, beim Einsatz von Aluminium wesentlich vermindert. Wegen des besonders niedrigen Restwiderstandes bei tiefen Temperaturen wird vorzugsweise Aluminium einer Reinheit von wenigstens 99,95% verwendet. Insbesondere bei der Verwendung von Aluminium als Normalleiter ist es von besonderer Bedeutung, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren durch das Ultraschallschweißen die auf dem Aluminium befindliche Oxidschicht zerstört wird, die sonst eine innige Berührung zwischen Aluminium und Supraleiter verhindern würde. Erst durch das Ultraschallschweißen wird ein guter Kontakt zwischen Aluminium und Supraleiter herbeigeführt. Aluminium besitzt zwar bei Temperaturen unterhalb von etwa 1,2° K Supraleitungseigenschaften, ist jedoch wegen dieser niedrigen Sprungtemperatur und wegen seines niedrigen kritischen Magnetfeldes beim Betrieb der erfindungsgemäßen zusammengesetz-Leiter, der üblicherweise bei etwa 4,2° K erfolgt.
elektrisch normalleitend. Es ist daher im Sinne der Erfindung als Normalleiter anzusehen.
Die Verbindung der Supraleiter mit dem normalleitenden Metall kann beim erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedener Weise erfolgen.
Vorzugsweise werden die Supraleiter vollständig in den Norrnaücitcr eingebettet. Dadurch wird erreicht, daß die Supraleiter an ihrer gesamten Oberfläche in gutem elektrischen Kontakt mit dem normalleitenden Metall stehen. Zum Einbetten der Supraleiter werden bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Supraleiter in ein Band aus dem Normalleiter so vollständig eingeschweißt, daß sich der Normalleiter über den Supraleitern weitgehend schließt. Bei einer anderen Ausführungsform werden die Supraleiter in ein Band aus dem Normalleiter eingeschweißt und anschließend ein zweites Band aus dem gleichen Metall auf das erste aufgeschweißt. Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Supraleiter zwischen zwei Bänder aus dem Normalleiter gebracht und die Bänder und die Supraleiter gleichzeitig miteinander verschweißt. Aus Gründen der mechanischen Stabilität kann es ge- 5c gebenenfalls vorteilhaft sein, dabei ein Aluminiumband und ein Kupferband zu verwenden. Für spezielle Zwekke kann es auch vorteilhaft sein, die Supraleiter auf eine aus dem Normalleiter bestehende, vorzugsweise bandförmige Unterlage aufzuschweißen. Bei dieser Verfahrensvariante werden die Supraleiter nicht vollständig vom normalleitenden Metall umschlossen.
Zum Einbetten in den Normalleiter sind vorzugsweise draht- oder bandförmige Supraleiter geeignet. Zum Aufschweißen auf die normalleitende Unterlage werden dagegen vorzugsweise bandförmige Supraleiter verwendet.
Gegebenenfalls kann es auch vorteilhaft sein, zum Verschweißen mit dem Normalleiter Supraleiter zu verwenden, die mit einer Schicht aus dem gleichen normallcitenden Metall überzogen sind, mit dem sie durch das Ultraschallschweißen verbunden werden. Durch eine derartige Verfahrensweise kann unter Umständen eine weitere Verbesserung des elektrischen Kontaktes zwischen Supraleitern und Normalleitern erzielt werden. Es ist dabei insbesondere an Supraleiter gedacht, die auf elektrochemischem Wege, vorzugsweise in aluminiumorganischen Bädern, mit einer etwa 10 bis 50 μ starken Aluminiumschicht überzogen sind. Durch eine derartige Schicht wird die Supraleiteroberfläche auch bei längerer Aufbewahrungszeil vor den Atmosphärilien geschützt.
Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der zusammengesetzten Leiter kann beim erfindungsgemäßen Verfahren ferner auf den Normalleiter ein mechanisch hochfestes Metall mittels Ultraschall aufgeschweißt werden. Derart hergestellte armierte Leiter eignen sich insbesondere für Großmagnete, bei denen große Kräfte innerhalb der Wicklung auftreten können. Das Verschweißen der Supraleiter und des hochfesten Metalls mit den Normalleiter kann dabei gleichzeitig erfolgen. Bei einer anderen Ausführungsart des Verfahrens kann das Verbinden der Supraleiter mit dem Normalleiter und das Aufschweißen des hochfesten Metalls auf den Normalleiter auch in getrennten Arbeitsgängen erfolgen. Zur Armierung zusammengesetzter Leiter, bei denen Kupfer als Normalleiter verwendet ist. eignet sich insbesondere wegen der nahezu gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten Edelstahl. Bei zusammengesetzten Leitern mit Aluminium können als Armierung vorteilhaft hochfeste Aluminiumlegierungen, beispielsweise Duraluminium oder die aus Aluminium. Magnesium und Silizium bestehende sogenannte Aldrey-Legierung, verwendet werden.
Ferner kann beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Ausheilen der geringfügigen lokalen Verformungen des Norrna'ileiiers gegebenenfalls im Anschluß an das Ultraschallschweißen eine kurzzeitige Wärmebehandlung vorgenommen werden. Bei Verwendung von Aluminium als Normalleiter kann dabei der zusammengesetzte Leiter wenige Minuten bis etwa 1 Stunde, vorzugsweise etwa 20 Minuten lang auf 200 bis 3000C erhitzt werden. Bei Verwendung von weichgeglühtem Kupfer als KJormalleiter kann eine etwa 5 Minuten lange Erwärn, ,,ig auf 400 bis 600cC vorteilhaft sein. Ob eine derartige Wärmebehandlung vorgenommen wird, richtet sich nach dem verwendeten Supraleitermaterial. Bei Verwendung bestimmter Legierungssupraleiter, beispielsweise Niob-33-Zirkon. kann diese Wärmebehandlung gleichzeitig zur Erhöhung des kritischen Stromes bzw. bei Bändern aus dieser supraleitenden Legierung zur Aufhebung der Anisotropie des Supraleitermaterials genützt werden.
Die bei diesen Legierungssupraleitern bisher bei clei Draht- bzw. Bandherstellung abschließend vorgenom menen Wärmebehandlungen können dann entfaller Falls eine Wärmebehandlung vorgesehen ist, kann e ferner vorteilhaft sein, als Normalleiter Aluminiun einer Reinheit von mehr als 99,95% zu verwenden, da zu wenigstens 10% kalt verformt ist. Bei einer etw fünfminütigen Erwärmung aur 200 bis 3000C rekristalli siert dieses vorverformte Aluminium unter Ausheilun der Störungen, so daß es nach der Wärmebehandlun einen äußerst niedrigeren Restwiderstand besitzt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfar rens eignet sich insbesondere eine Ultraschall-Roller naht-Schweißmaschinc. Mit geeignet geformten SoM troden können dabei gleichzeitig mehrere Supralei« mit dem Normalleitcr verschweißt werden. Durch Pai allelschaltcn mehrerer Sonotroden können auch brei! Bänder aus normallcitendem Metall mit Supraleitern*
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terial gefüllt werden. Um einen guten mechanischen Kontakt mit den zu verschweißenden Materialien herzustellen, werden die Oberflächen von Sonotrode und Amboßrolle der Ultraschallschweißmaschine aufgerauht.
An Hand einiger Figuren und Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
F i g. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; die
F i g. 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, aus supraleitenden und normalleitenden Metallen zusammengesetzten Leitern; die
F i g. 6 bis 9 zeigen verschiedene Ausführungsformen von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Leitern, die mit einem hochfesten Metall armiert sind.
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Uhraschall-Rollennaht-Schweißmaschine 1. Der vorzugsweise in Bandform vorliegende, beispielsweise aus Aluminium bestehende Normalleiter 2, der von einer Vorratsrolle 3 abgewikkelt wird, und die beispielsweise aus Niob-Zirkon-Drähten bestehenden Supraleiter 4, die sich auf einer Vorratsrolle 5 befinden, werden auf einem Tisch 6 durch eine Führungsrolle 7 in ihrer Lage zueinander fixiert und anschließend zwischen der Sonotrode 8 und der Amboßrolle 9 der Ultraschallschweißmaschine 1 miteinander verschweißt. Der Weitertransport des Leiters wird durch Rotation der Sonotrode 8 und der Am boßrolle 9 bewirkt. Der fertige zusammengesetzte Leiter wird auf eine motorisch angetriebene Rolle 10 aufgewickelt. Zur Durchführung des Verfahrens sind handelsübliche Ultraschall-Rollennaht-Schweißmaschinen geeignet. Die im folgenden beschriebenen Versuche wurden auf einer Ultraschallschweißmaschine der Firma Dr. Lehfeldt, Typ RPMA 22/2500 ausgeführt. Die Maschine wurde mit einem Hochfrequenzgenerator ge: speist, dessen Hochfrequenznennleistung bei 2,4 kW und dessen Frequenz bei 21.7 kH liegt. Die Rollennahtsonotrode. welche die erzeugten mechanischen Schwingungen den zu verschweißenden Werkstücken zuleitet, wurde ebenso wie die Amboßrolle mit verschiedenen Oberflächenrauhigkeiten versehen. Diese wurden der Dicke des zu verschweißenden Materials angepaßt. )e nach Tiefe der Rauhigkeiten wurden die Rollen vorzugsweise kordiert oder sandgestrahlt. Auf Grund der Oberflächenrauhigkeiten nehmen die Rollen die zu verschweißenden Teile besser mit, bewirken eine Konzentration der Reibung auf die Schweißstelle und gewährleisten einen störungsfreien Transport der zu verschweißenden Teile. Die verwendete Sonotrode hatte auf ihrer ganzen Länge einen gleichbleibenden Durchmesser von etwa 40 mm. Die für die Schweißnahtbreite bestimmende Breite der Amboßrolle betrug 20 mm.
Zur Herstellung des in F i g. 2 dargestellten zusammengesetzten Leiters wurden zwei 0,25 mm dicke Niob-Zirkon-Drähte 21 in ein 1 mm starkes, etwa 2 cm breites Aluminiumband 22 eingebettet. Unter dem Druck und der Vibration der Ultraschallschweißung arbeitete sich der harte Nicb-Zirkon-Draht in das weiche Aluminium ein und das letztere schloß sich über ihm weitgehend wieder zusammen. Die Rauhtiefe der Sonotrode betrug etwa 0,03 mm, die Hochfrequenzlcistung etwa 180 Walt, die an der Schweißstelle ausgeübte Druckkraft etwa 50 kp und die Schweißgeschwindigkeit etwa 1 m pro Minute.
Bei der Herstellung des in F i g. 3 dargestellten zusammengesetzten Leiters wurden zunächst zwei wiederum 0,25 mm starke Niob-Zirkon-Drähte 3t auf ein 1 mm starkes Aluminiumband 32 gelegt und in einem ersten Arbeitsgang durch Überrollen mit der Sonotrode mittels Ultraschall in das Aluminiumband eingeschweißt. Anschließend wurde ein weiteres, etwa 0,3 mm starkes Aluminiumband 33 auf das Band 32 gelegt und in einem zweiten Arbeitsgang durch nochmali-
ic ges Überrollen mit der Sonotrode als Deckschicht aufgeschweißt. Die Schweißbedingungen beim ersten Arbeitsgang entsprachen den Schweißbedingungen des Bandes nach F i g. 2. Zum Aufschweißen des Aluminiumbandes 33 wurde die Hochfrequenzleistung auf 1600 Watt gesteigert und die Druckkraft auf etwa 130kp erhöht. Die Schweißgeschwindigkeit betrug beim zweiten Arbeitsgang 0,4 m pro Minute.
Der in F i g. 4 dargestellte zusammengesetzte Leiter wurde in einem Arbeitsgang hergestellt. Auf ein 1 mm starkes Aluminiumband 41 wurden zwei 0,25 mm dicke Niob-Zirkon-Drähte 42 und auf diese ein zweites wiederum 1 mm starkes Aluminiumband 43 gelegt. Durch einmaliges Überrollen mit der Sonotrode wurden die Normalleiter und die Supraleiter miteinander verschweißt. Die Sonotrodcnrauhtiefe betrug dabei etwa 0,2 mm. die Hochfrequenzleistung 2400 Watt, die Druckkraft etwa 130 kp und die Schweißgeschwindigkeit etwa 0,4 m pro Minute.
In ähnlicher Weise wurden auch mit dünnen Alumini- - 30 umschichten überzogene Niob-Zirkon-Drähte in Aluminiumbänder eingeschweißt. Das für die Bänder verwendete Aluminium hatte eine Reinheit von 99.99%. Die Bänder wurden sowohl in geätzten als auch im ungeätzten Zustand für die Herstellung der zusammengesetzten Leiter verwendet. Wie Schliffbilder zeigen, wurde die an den Aluminiumoberflächen vorhiandene Oxidschicht beim Ultraschallschweißen zerstört, so daß ein guter Wärmekontak.t und ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem Supraleiter und dem Aluminiumband hergestellt wurde.
Bei dem in F i g. 5 dargestellten Supraleiter sind zwei schmale Niob-Zirkon-Bänder 51 auf ein Alurniniumband 52 mittels Ultraschall aufgeschweißt. In diesem Fall wird das Supraleitermaterial vom Normalleiter nicht vollständig umschlossen.
Fig.6 zeigt einen armierten Leiter, der nach derr erf'indungsgemäßen Verfahren in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann. Zwei Niob-Zirkon-Bänder 61 sind gleichzeitig mit einem Aluminiumband 62 und mi einem Band 63 aus einer hochfesten Aluminiumlegie rung mittels Ultraschall verschweißt. Das harte Supra leitermaterial drückt sich beim Schweißen praktiscl nur in das weiche Aluminiumband ein, dieses wird je doch gleichzeitig fest mit dem Band aus der hochfeste Aluminiumlegierung verschweißt.
F i g. 7 zeigt einen armierten Leiter, mit dem mehre rc supraleitende Drähte 71 von beiden Seiten in eine Normalleiter aus Kupfer 72 durch Ultraschall eingf schweißt sind. Auf beide Seiten des Leiters sind dünn Edelstahlbänder 72 ebenfalls mittels Ultraschall aufg< schweißt.
F i g. 8 zeigt einen armierten Leiter, bei dem ai einen gemäß F i g. 4 aufgebauten Leiter 81 ein Band ί aus hochfestem Material einseitig aufgeschweißt ist.
In F i g. 9 ist ein aus supraleitenden Drähten 91 ur einem Normalleiter 92 zusammengesetzter Leiter da gestellt, der mittels Ultraschall mit einem profiliert! Band 93 aus mechanisch hochfestem Material ve
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schweißt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft zur Herstellung großer Längen bandförmiger elektrisch stabilisierter Leiter, insbesondere für Supraleitungsmagnetspulen, anwendbar. Insbesondere bei der Verwendung von Aluminium als Normalleiter besteht der weitere Vorteil, daß beim Einbetten des Supraleiters in das Aluminium nur geringfügige lokale Erwärmungen
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auftreten, die höchsten 200 bis 3000C betragen. Somit können selbst thermisch empfindliche Supraleitermaterialien ohne Beeinträchtigung ihrer Supraleiterqualität nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Leiter verwendet werden. Außerdem werden schädliche Legierungsbildungen zwischen Supraleiter und Normalleiter beim Ultraschallschweißen vermieden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (20)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines aus supraleitenden und elektrisch normalleitenden Metallen zusammengesetzten Leiters, bei dem mehrere parallel zueinander verlaufende Supraleiter mit einem Normalleiter aus Kupfer oder Aluminium, welcher einen größeren Querschnitt besitzt als dh Supraleiter, fest verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Supraleiter über ihre ganze Länge mit dem normalleitenden Metall mittels Ultraschallschweißens verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Supraleiter aus Hochfeldsupraleitermaterial verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß als Normalleiter weichgeglühtes Kupfer verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß als Normalleiter Aluminium einer Reinheit von wenigstens 99,95% verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Supraleiter (21) in ein Band aus dem Normalleiter (22) soweit eingeschweißt werden, daß sich der Normalleiter über den Supraleitern weitgehend schließt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Supraleiter (31) in ein Band (32) aus einem Normalleiter eingeschweißt werden und daß anschließend ein zweites Band (33) aus dem gleichen normalleitenden Metall auf das erste mittels Ultraschall aufgeschweißt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Supraleiter (42) zwischen zwei Bänder (41,43) aus dem Normalleiter gebracht werden und die Bänder und die Supraleiter gleichzeitig mittels Ultraschall miteinander verschweißt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumband und ein Kupferband verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Supraleiter (51) auf eine aus dem Normalleiter bestehende Unterlage (52) aufgeschweißt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß drahtförmige Supraleiter verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bandförmige Supraleiter verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Supraleiter verwendet werden, die mit einer Schicht aus dem gleichen normalleitenden Metall überzogen sind, mit dem sie durch Ultraschallschweißen verbunden werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Normalleiter ein mechanisch hochfestes Metall mittels Ultraschall aufgeschweißt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen der Supraleiter (61) und des hochfesten Metalls (63) mit dem Normalleiter (62) gleichzeitig erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Verschweißen der Supraleiter (71) ' mit dem Normaüeiter (72) und das Aufschweißen des hochfesten Metalls (73) auf den Normalleiter (71) in getrennten Arbeiisgängen erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, da'3 der zusammengesetzte Leiter im Anschluß an das Ultraschallschweißen einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung vom Aluminium als Normalleiter der zusammengesetzte Leiter wenige Minuten bis etwa 1 Stunde lang einer Temperatur von etwa 200 bis 3000C ausgesetzt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenp-7.eichnet, daß bei Verwendung von weichgeglühtem
Kupfer als Normalleiter der zusammengesetzte Leiter etwa 5 Minuten lang einer Temperatur von etwa 500 bis 600° C ausgesetzt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Normalleiter ein Aluminiumband von wenigstens 99,95% Reinheit verwendet wird, das zu wenigstens 10% kalt verformt ist. und der zusammengesetzte Leiter etwa 5 Minuten lang einer Temperatur von etwa 20G bis 300 C ausgesetzt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen mittels einer Ultraschall-Rollennaht-Schwcißmaschine mit aufgerauhter Sonotrode und Amboßrolle erfolgt.
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