DE1765128A1

DE1765128A1 - Process for the production of conductors composed of superconducting and normally conductive metals

Info

Publication number: DE1765128A1
Application number: DE19681765128
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Bogner; Richard Dr-Ing Maier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-04-06
Filing date: 1968-04-06
Publication date: 1971-07-08
Also published as: GB1199549A; FR2005696A1; CH489924A; DE1765128B2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, denSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, the

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Verfahren zur Herstellung von aus supraleitenden und- normalleitenden Metallen zusammengesetzten LeiternProcess for the production of superconducting and normal conducting Metal composite ladders

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aus supraleitenden und normalleitenden Metallen zusammengesetzten Leitern, insbesondere für die Verwendung in Supraleitungsspulen.The invention relates to a method for the production of metals composed of superconducting and normally conductive metals Ladders, especially for use in superconducting coils.

Für den Bau von Supraleitungsspulen, insbesondere von supraleitenden Großmagneten, haben sich sogenannte stabilisierte Leiter, dieFor the construction of superconducting coils, especially superconducting ones Large magnets have what are known as stabilized conductors

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aus supraleitenden und einem bei der Betriebstemperatur der Spulen normalleitenden Metall zusammengesetzt sind, als vorteilhaft erwiesen. Um eine gute elektrische" Stabilität der Spulen 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 normalleitenden Zustand durch Überschreitung des kritischen Stromes der'den Supraleiter durchfließende Stromganz oder teilweise von dem. normalleitenden Metall übernommen werden kann. Der Übergang des Supraleiters vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand erfolgt so kontinuierlich und reversibel und durch eine geringfügige Verkleinerung des Stromes kann der supraleitende Zustand wieder hergestellt werden.are composed of superconducting metal and a metal which is normally conductive at the operating temperature of the coils, as advantageous proven. In order to achieve good electrical stability of the coils, the cross-section and low-temperature conductivity should be of the normally conductive metal are dimensioned so that the composite conductor with good cooling in the coil no has significant current degradation and that when the superconductor changes to the normally conducting state by exceeding it of the critical current of the current flowing through the superconductor or part of that. normally conductive metal can be accepted. The transition of the superconductor from the superconductor the normally conducting state takes place continuously and reversibly and through a slight reduction in the current the superconducting state can be restored.

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. Bei der Einlagerung der supraleitenden Drähte in das Kupferband, die durch Einwalzen erfolgen kann, iet es jedoch schwierig, zwischen dem Supraleitermaterial und dem normalleitenden Material einen guten Kontakt mit möglichst kleinem Übergangswiderstand herzustellen. Ein niedriger übergangswiderstand ist jedoch sehr erwünscht, um einen reversiblen Stromübergang zwischen Supraleiter und Normalleiter zu ermöglichen. Außerdem besteht beim Einwalzen von supraleitenden Drähten in Kupferbänder die große Gefahr, daß dae Kupfer eineA conductor composed of superconducting and normally conducting metal is already known in which several conductors are parallel niobium-zirconium wires running towards one another are embedded in a copper strip. When storing the superconducting wires in the copper tape, which can be done by rolling, it is difficult to get between the superconductor material and the normally conductive material to establish a good contact with the lowest possible contact resistance. A low contact resistance however, it is very desirable to enable a reversible current transfer between superconductors and normal conductors. In addition, when superconducting wires are rolled into copper strips, there is a great risk that the copper will become a

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stärkere Längsausdehnung 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 Restwiderstand des Kupfers bei tiefen Temperaturen heraufgesetzt, was eine Verminderung der elektrischen ·■ > suffers greater longitudinal expansion than the mechanically harder superconductor material and that the copper also receives a rolled texture due to the deformation during rolling. Such a texture increases the residual resistance of the copper at low temperatures, which reduces the electrical · ■ >

Leitfähigkeit und somit eine Verschlechterung der Stabilieierungswi'rkung zur Folge hat.Conductivity and thus a deterioration in the stabilization effect has the consequence.

Vorgeschlagen wurde, blanke Supraleiter mit einem normalleitenden Metall als Stabilisierungsmaterial durch Ultraachallschweißen zu verbinden. Dabei kann der Supraleiter auch mit dem gleichen normalleitenden Metall beschichtet sein. Solche mit normalleitendem Metall beschichteten Supraleiter sind im Handel erhältlich. Auch diese zusammengesetzten Leiter befriedigen optimale Anforderungen an die' mechanische Festigkeit und an die elektrischenIt was proposed to use bare superconductors with a normally conductive metal as a stabilizing material by ultrasonic welding connect to. The superconductor can also be coated with the same normally conductive metal. Those with normal conducting Metal-coated superconductors are commercially available. These composite conductors also satisfy optimal requirements mechanical strength and electrical strength

Eigenschaften der Verbindung nicht.Properties of the connection do not.

Es besteht die Aufgabe, .die Verbindung zwischen dem stabilisierenden Metall und dem Supraleiter zu verbessern.The task is to establish the connection between the stabilizing Metal and the superconductor.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil der Oberfläche eines normalleitenden Metalles (Schichtmaterial), das mit einem Supraleiter metallurgisch verbunden ist, mit einem anderen normalleitenden Metall (Stabilisierungsmaterial) mit Ultraachall verschweißt wird- According to the invention , this object is achieved in that at least part of the surface of a normally conductive metal (layer material), which is metallurgically connected to a superconductor, is welded to another normally conductive metal (stabilization material) with Ultraachall.

Der mit dem Schichtmaterial umgebfne Supraleiter kann vollständig in da· Stabiliaierungsmaterial eingebettet sein. The superconductor surrounded by the layer material can be completely embedded in the stabilizing material.

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Vorzugsweise wird als Schichtraaterial Kupfer und als Stabilisierungs· material Aluminium verwendet.The preferred layer material is copper and the stabilizer material aluminum used.

Aufgrund von Versuchen hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß es besser ist, als Schichtmaterial für den Supraleiter ein normalleitendes Metall zu verwenden, das vom Stabilisierungsmaterial verschieden ist. Nach dem Ultraschallschweißen erhält man elektrische und mechanische Kontakte zwischen dem Supraleiter und dem Stabilisierungsmaterial, die außerordent-. lieh gut sind.On the basis of experiments it has surprisingly been found that it is better to use a normally conductive metal as the layer material for the superconductor, that of the stabilizing material is different. After ultrasonic welding, electrical and mechanical contacts are obtained between the Superconductors and the stabilizing material, the extraordinary. borrowed are good.

Es kann ein Stabilisierungsmaterial verwendet werden, das mit Rillen oder Nuten versehen ist, deren Querschnitt höchstens angenähert dem Querschnitt des mit dem Schichtmaterial verbundenen Supraleiters entspricht.A stabilizing material can be used that is compatible with Grooves or grooves are provided, the cross section of which at most approximates the cross section of the one connected to the layer material Corresponds to superconductor.

Vorzugsweise wird das Stabilisierungsmaterial in Form zweier tk Bänder verwendet, zwischen die mit dem Schichtmaterial verbundene Supraleiter eingebracht werden und die Stoßflächen der Halbbänder werden mit Ultraschall verschweißt.The stabilization material is preferably used in the form of two tk tapes, between which superconductors connected to the layer material are introduced and the abutting surfaces of the half tapes are welded with ultrasound.

Die Verwendung vorgerillter Bänder führt zu größeren Fertigungegeschwindigkeiten bzw. zu kleineren benötigten Sohallenergien. Mit einer Schweißvorrichtung mit vorgegebener maximaler Schallenergie können größere Leiter hergestellt werden. The use of pre-grooved strips leads to higher production speeds or to lower required floor energies. Larger conductors can be produced using a welding device with a predetermined maximum sound energy.

Außerdem erhält man den wesentlichen Vorteilt daß an der 8ohwei8-In addition, you get the essential advantage that at the 8ohwei8-

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stelle das Stabilisierungsmaterial örtlich nicht verformt wird.make sure that the stabilization material is not locally deformed.

Es wird damit die Gefahr vermieden, daß sich der Bestwiderstand des als Stabilisierungsmaterial verwendeten normalleitenden Metalles erhöht.This avoids the risk that the best resistance of the normally conductive metal used as stabilization material will be reduced elevated.

Es kann zwischen das Schicht- und das Stabilisierungsmaterial eine metallische Zwischenschicht eingebracht werden, deren Schmelzpunkt kleinör als die Schmelzpunkte des Schicht- und des Stabilisierungsmaterials ist. Als Material für die Zwischen-A metallic intermediate layer can be introduced between the layer material and the stabilization material Melting point is smaller than the melting points of the layer and stabilization material. As material for the intermediate

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schicht kann Indium oder Zink verwendet werden.layer, indium or zinc can be used.

Durch solche dünne Zwischenschichten und wenn nötig, durch zusätzliches Tempern nach dem UltraschalIschweißvorgang, kann die mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Supraleiter und dem Stabilisierunrsmaterial zusätzlich verbessert werden. Besonders geeignet sind solche Zwischenschichten bei der Verwendung von Aluminium als Stabilisierungsmaterial,,With such thin intermediate layers and, if necessary, with additional ones Annealing after the ultrasonic welding process can mechanical and electrical connection between the superconductor and the Stabilisierunrsmaterial can also be improved. Such intermediate layers are particularly suitable when aluminum is used as a stabilizing material.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich insbesondere eine Ultraschall-Rollennaht-Schweißmaschine. Mit geeignet geformten Sonotroden können dabei gleichzeitig mehrere Supraleiter mit dem Normalleiter verschweißt werden. Durch Parallelechalten mehrerer Sonotroden können auch breite Bänder aus normalleitendem Metall mit Supraleitermaterial verschweißt werden. Um einen guten mechanischen Kontakt mit den zu ver schweißenden Materialien herzustellen, werden die Oberflächen von Sonotrode und Amboßrolle der Ultraschallschweißmaschine euigtrauht. . . BADORIGINAt." ' An ultrasonic roller seam welding machine is particularly suitable for carrying out the method according to the invention. With suitably shaped sonotrodes, several superconductors can be welded to the normal conductor at the same time. By connecting several sonotrodes in parallel, wide strips of normally conductive metal can also be welded to superconductor material. In order to establish good mechanical contact with the materials to be welded, the surfaces of the sonotrode and anvil roller of the ultrasonic welding machine are roughened. . . BADORIGINAt. "'

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Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Fig. 1 bis 4 beispielsweise näher erläutert.The method according to the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 4, for example.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus eine Ultraschall-Rollennaht-Schweißmaschine 1„ Der vorzugsweise in Bandform vorliegende, beispielsweise aus Aluminium be_r .· stehende Normalleiter 2, der von einer Vorratsrolle abgewickelt wird, und die* beispielsweise aus Niob-Zirkon-Drähte bestehenden Supraleiter 4, die mit einem normalleitenden Metall beschichtet sind und 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 Q und der Amboßrolle 9 der Ultreschallaehweiiimaschine 1 miteinander verc indei..Der Weitertransport des Leiters wird durch Rotation der Sonotrode 8 und der Amboßrolle 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 Fa. Dr. Lehfeldt, Typ RPMA 22/2500, ausgeführt. Die Maschine wurde mit einem Hochfrequenzgenerator gespeist, dessen Hochfrequenznennleistung bei 2,4 kW und dessen Frequenz bei 21,7 kftz liegt. Die Rollennaht-Sonotrode, welche die erzeugten mechanischen Schwingungen den zu verschweißenden Werkstücken zuleitet, wurde ebenso wie die Amboßrolle mit verschiedenen Oberflächenrauhigkeiten versehen. Diese wurden der Dioke des zu verschweißenden Materials angepaßt. Je nach Tiefe der Rauhigkeit wurden die Rollen vorzugsweise kordiert oder sandgestrahlt. Aufgrund The apparatus shown in Fig. 1 consists essentially of an ultrasonic roller seam welding machine 1 "The preferably present in tape form, for example, aluminum _r be. · Standing normal conductor 2 is unwound from a supply roll, and * for example of niobium Superconductors 4 consisting of zirconium wires, which are coated with a normally conductive metal and which are located on a supply roll 5, are fixed in their position relative to one another on a table 6 by a guide roll 7 and then between the sonotrode Q and the anvil roll 9 of the ultrasonic welding machine 1 each other verc indei..The further transport of the conductor is effected by the rotation of the sonotrode 8 and the anvil roller 9. The finished, assembled conductor is wound onto a motor-driven roller 10. Commercially available ultrasonic roller seam welding machines are suitable for carrying out the process. The experiments described below were carried out on an ultrasonic welding machine from Dr. Lehfeldt, type RPMA 22/2500. The machine was fed with a high-frequency generator with a high-frequency rated power of 2.4 kW and a frequency of 21.7 kftz. The roller seam sonotrode, which feeds the generated mechanical vibrations to the workpieces to be welded, was provided with various surface roughness levels, as was the anvil roller. These were adapted to the diameter of the material to be welded. Depending on the depth of the roughness, the rolls were preferably corded or sandblasted. Because of

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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 bestimmte Breite der Amboßrolle betrug 20 mm.of the surface roughness, the rollers take the ones to be welded Communicate better, concentrate the friction on the welding point and ensure trouble-free work Transport of the parts to be welded. The sonotrode used had a constant diameter along its entire length of about 40 mm. The width of the anvil roll determined for the weld seam width was 20 mm.

In Pig. 2ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter, zusammengesetzter Leiter dargestellt. Vielfachkernleiter T1 wurden in ein Aluminiumband 12 eingebettet. Unter dem Druck und der Vibration der Ultraschallschweißung arbeitete sich der Vielfachkernleiter in das weiche Aluminium ein und das letztere schloß sich über dem Vielfachkernleiter weitgehend wieder zusammen. Hierfür reichte eine an der Schweißstelle ausgeübte Druckkraft von etwa 50 kp_o In Pig. 2 shows a composite conductor produced by the method according to the invention. Multiple core conductors T1 were embedded in an aluminum tape 12. Under the pressure and vibration of the ultrasonic welding, the multiple core conductor worked its way into the soft aluminum and the latter largely closed together again over the multiple core conductor. _{A compressive force of around 50 kp o} applied to the weld was sufficient for this

Der Vielfachkernleiter besteht aus supraleitenden Drähten 13» die aus einer Niob-Titan-Legierung hergestellt sind und die symmetrisch verteilt in eine Kupfermatrix 14 eingelagert sind. Die parallelgeschalteten supraleitenden Drähte 13 des Vielfachkernleiters 11 sind beim Betrieb elektrisch parallel geschaltet und entlasten sich bei Überbelastung gegenseitig.The multiple core conductor consists of superconducting wires 13 » which are made of a niobium-titanium alloy and which are symmetrically distributed in a copper matrix 14. The superconducting wires 13 of the multiple core conductor connected in parallel 11 are electrically connected in parallel during operation and relieve each other in the event of overload.

Die Verwendung von Aluminium als Stabilisierungematerial bietet noch besondere Vorteile. Aluminium hat ein dreimal geringeres spezifisches Gewicht, eine niedrigere Rekrietallisationetempera- tur, eine höhere Duktilllität und bei genügender Reinheit bei The use of aluminum as a stabilizing material offers particular advantages. Aluminum has a three times lower specific weight, a lower recrystallization temperature, higher ductility and, with sufficient purity, at

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tiefen Temperaturen eine bessere elektrische leitfähigkeit, bessere Wärmeleitfähigkeit sowie eine kleinere spezifische Wärme als Kupfer. Bei Verwendung von.Aluminium ist somit wegen der günstigeren elektrischen Werte bei diesen Temperaturen eine noch bessere Stabilisierungswirkung als bei Kupfer zu erwarten. Ferner wird das Gewicht der Supraleitungsspulren, das insbesondere bei Großmagneten von Bedeutung sein kann, beim Einsatz von Aluminium wesentlich vermindert. Wegen des besonders niedrigen ^ Restwiderstandes bei diesen Temperaturen wird vorzugsweise Aluminium einer Reinheit von wenigstens 99»99 1» verwendet. Aluminium besitzt zwar bei Temperaturen unterhalb von etwa 1,2⁰K Supraleitungseigenechaften, ist jedoch wegen dieser niedrigen Sprungtemperatur beim Betrieb des beschriebenen zusammengesetzten Leiters, der überlicherweise bei etwa 4,2⁰K erfolgt, elektrisch normalleitend.at low temperatures better electrical conductivity, better thermal conductivity and lower specific heat than copper. When using aluminum, an even better stabilizing effect than with copper can be expected because of the more favorable electrical values at these temperatures. Furthermore, the weight of the superconducting coils, which can be of importance in large magnets in particular, is significantly reduced when using aluminum. Because of the particularly low residual resistance at these temperatures, aluminum with a purity of at least 99 »99 1» is preferably used. Although aluminum has superconducting properties at temperatures below approximately 1.2 ^° K, it is normally electrically conductive due to this low transition temperature during operation of the composite conductor described, which usually occurs at approximately 4.2 ^{° K.}

In den Fig. 3 und 4 sind Formteile 15 und 16 aus Stabilisierungsmaterialien und beschichtete Supraleiter 17 und 18 dargestellt, Wr die zur Ultraschallverschweißung nach dem erfindungagemäßen Verfahren geeignet"sind.In FIGS. 3 and 4 form parts are shown from stabilizing materials and coated superconductor 17 and 18, 15 and 16, are the Wr for ultrasonic welding according to the method erfindungagemäßen suitable ".

Für den Supraleiter 17 ist eine Niob-Zirkon-Legierung vorgeaehe», Der Supraleiter 17 ist mit einer dünnen Aluminiümeehicht 19 überzogen. Die Aluminiumschicht 19 wird auf elektrochemischem Wege, vorzugsweise in aluminiumorganischen Bädern erzeugt. Ale Stabilisierungsmaterial für die Formteile 15 ist Kupfer vorgesehen. Es wird Se-Kupfer, d.h. sauerstoffarmes Kupfer wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit bei tiefen Temperaturen bevor-A niobium-zirconium alloy is provided for the superconductor 17 », The superconductor 17 is covered with a thin aluminum layer 19. The aluminum layer 19 is electrochemically preferably produced in organoaluminum baths. Ale stabilizing material copper is provided for the molded parts 15. It becomes Se-copper, i.e. low-oxygen copper because of its good electrical conductivity at low temperatures

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v-ugt. Es Bind zwei Kupferbänder 15 vorgesehen, die mit Längsrillen 20 versehen sind. Der Querschnitt der Rillen 20 ist halbkreisförmig. Ihr Durchmesser ist etwas kleiner als der Durchmesser der runden, beschichteten Supraleiter. Zum Verschweißen werden die Stoßflächen 21 der Kupferbänder aufeinandergebracht und die Supraleiter zwischen den beiden Bändern in die Rillen eingeschweißt. Die Supraleiter liegen so auf jeden Fall in der neutralen Zone. Diese vorgeformten Bänder 15 haben einerseits den Vorteil, daß das Stabilisierungsmaterial im Bereich der Supraleiter beim Verschweißen nicht verformt wird und sein Restwiderstand sich nicht vergrößert. Andererseits wird durch die Rillen in den Bändern 15 die Ultraschallenergie zum Einachallen der Supraleiter verringert und es können höhere Fertigungsgeschwindigkeiten erzielt oder mit der gleichen Ultraschallschweißapparatur größere Leiter hergestellt werden.v-ugt. There are two copper bands 15 provided with longitudinal grooves 20 are provided. The cross section of the grooves 20 is semicircular. Their diameter is slightly smaller than that Diameter of the round, coated superconductor. For welding the abutting surfaces 21 of the copper strips are brought together and the superconductors between the two strips in the Grooves welded in. The superconductors are definitely in the neutral zone. These preformed bands 15 have on the one hand the advantage that the stabilizing material in the area of the superconductor is not and will not be deformed during welding Residual resistance does not increase. On the other hand, through the grooves in the belts 15, the ultrasonic energy becomes a single echo the superconductor is reduced and higher production speeds can be achieved or with the same ultrasonic welding equipment larger conductors can be made.

In Pig. 4 sind als Supraleiter 18 Nb,Sn-Bänder vorgesehen, die mit einer Silberschicht 22 überzogen sind. Solche bandförmigen Supraleiter sind im Handel erhältlich. Die bandförmigen Formteile 16 können aus Aluminium oder Kupfer hergestellt sein. Wegen der bereite erwähnten Vorteile wird vorzugsweise Aluminium al» Stabilisierungsmaterial benutzt. Die Bänder 16 sind mit Längsnuten 23 versehen, in die beim Verschweißen der Stoßflächen 24 die bandförmigen Supraleiter eingeschweißt werden, Die Tiefe der rechteokfürmigen Nuten 23 ist etwas kleiner als die halbe Banddicke des beschichteten Supraleiters und die Breite der Nuten ist geringer als die Breite des Supraleiters. Die beim •rfindungegemäßen Verfahren mit dieser speziellen FormgebungIn Pig. 4, Nb, Sn tapes are provided as superconductors 18 and are coated with a layer of silver 22. Such tape-shaped superconductors are commercially available. The band-shaped molded parts 16 can be made of aluminum or copper. Because of the already mentioned advantages, aluminum is preferably used as a stabilizing material. The strips 16 are provided with longitudinal grooves 23 into which the strip-shaped superconductors are welded when the abutting surfaces 24 are welded.The depth of the rectangular grooves 23 is slightly smaller than half the strip thickness of the coated superconductor and the width of the grooves is smaller than the width of the superconductor . The method according to the invention with this special shape

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erzielten Vorteile sind mit den in Pig. 3 beschriebenen Vorteilen identisch.Benefits obtained are consistent with those in Pig. 3 described advantages identical.

In den Fig. 2, 3 und 4 wurden die Zwischenschichten nicht eingezeichnet, die zwischen dem Schichtmaterial und dem Stabllisierungsmaterial vorgesehen sein können. Solche Zwischenschichten sind vorzugsweise bei der Verwendung von Aluminium als Stab^lieierungs- oder Schichtmaterial geeignet, um die elektrisohe und die mechanische Verbindung noch zu verbessern» Bei runden Leitern kann wegen der ungünstigen Richtung der Schallwellen, die transversal zur Laufrichtung des Bandes in der Bandebene liegt, eine gleichmäßige Schweißung um den ganzen Umfang des SupraleitersIn Figs. 2, 3 and 4, the intermediate layers have not been drawn, which can be provided between the layer material and the stabilization material. Such intermediate layers are preferably when using aluminum as a bar alloy or layer material suitable for electrical and mechanical Connection still to be improved »In the case of round conductors, due to the unfavorable direction of the sound waves, the transversal to the running direction of the tape lies in the plane of the tape, a uniform weld around the entire circumference of the superconductor

»· praktisch nicht erzielt werden. Eine Zwischenschichi aus einem Material, dessen Schmelzpunkt kleiner als die Schmelzpunkte des Schicht- und des Stabilieierungsmaterials ist, kompensiert diese ungünstigen Bedingungen.»· Practically not achieved. An intermediate layer from one Material whose melting point is lower than the melting points of the layer and stabilization material compensates for this unfavorable conditions.

Als Metalle für die Zwischenschicht kommen Indium und Zink in Frage ο Diese Metalle werden mit einer Schichtdicke von etwa 1 /um elektrolytisch oder im Tauchverfahren auf das Schiohtmaterial des Supraleiters aufgebracht. Während des ültraechallachwei3vorganges werden sie verflüssigt und an den Stellen, an denen keine Schweißverbindung gelingt, wird eine Ultraschall-Lötverbindung gewonnen. Zur Unterstützung dieses Vorganges kann das Stabilisierungsmaterial oder die Sonotrode unter Umständen auf erhöhter Temperatur gehalten werden.As metals for the intermediate layer indium and zinc come into question ο These metals are with a layer thickness of about 1 / um electrolytically or in the immersion process on the Schiohtmaterial of the superconductor applied. During the ultra-echallic detection process if they are liquefied and at the points where no welded connection is possible, an ultrasonic soldered connection is made won. The stabilization material or the sonotrode can be used to support this process be kept at an elevated temperature.

Ist eine metallische Zwischenschicht zwischen dem SchichtmaterialIs a metallic intermediate layer between the layer material

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und dem Stabiliaierungsmaterial vorgesehen, so kann die Verbindung nachträglich noch durch Tempern des fertigen zusammengesetzten Leiters bei etwa 200 bis 400⁰C über eine Zeit von etwa 10 bis 60 Min* verbessert werden. Durch das Tempern bildet eich eine zusätzliche Diffusionsschicht zwischen der Zwischenschicht und dem Stabilisierungsmaterial aus* Das Tempern deo ». fertigen zusammengesetzten Leiters zur Erzielung einer Diffusionsschicht ist speziell bei Verwendung von Zink als Zwischenschicht anzuwenden, wobei hier die Temperaturen bei etwa 400⁰C liegen müssen.and the stabilizing material are provided, the connection can subsequently be improved by annealing the finished assembled conductor at about 200 to 400 ^° C. for a time of about 10 to 60 minutes. The tempering forms an additional diffusion layer between the intermediate layer and the stabilizing material * The tempering deo ». the finished composite conductor for achieving a diffusion layer is to be applied especially when using zinc as an intermediate layer, the temperatures must be from about 400 ⁰ C here.

4 Figuren
Patentansprüche4 figures
Claims

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Claims

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Patent claims ...

1. A process for the production of conductors composed of superconducting and normally conductive metals, characterized in that at least part of the surface of a normally conductive metal (layer material) (14 »19 or ZZ), tlae with a superconductor (13, 17 or 22 ) is metallurgically connected, is welded with another normally conductive metal (Stabilieierunfcsmaterial) (12, 1 $ or 16) with ultrasound.

2. The method according to claim 1, characterized in that the superconductor surrounded by a layer of material is completely embedded in the stabilization material «

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that as a layer material copper and as a stabilizing material; Aluminum is used.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that d «0 as layer material silver and as stabilization material * Aluminum is used »

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that, gekeiUieeichnet »

that silver was used as a bedding material and a stabilizing material

Copper is used. ,,.; ■ ;. ^.

6. Movers; according to claim 1 or 2, characterized in that

"Soe / Hü

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daß al· Schichtmaterial Aluminium und als Stabilisierung«« material Kupfer verwendet wird*that al · layer material aluminum and as stabilization «« material copper is used *

7* Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein7 * The method according to claim 3, characterized in that a

Supraleiter aus einer Nb-Ti-Legierung verwendet wird»Superconductor made of an Nb-Ti alloy is used »

8. Verfahren nach*Anspruch 5 oder 51 dadurch gekennseiehnet, dafl ein, insbesondere bandförmiger Supraleiter aus Nb»Sn verwendet wird. ·8. The method according to * claim 5 or 51 thereby gekennseiehnet dafl a superconductor made of Nb »Sn, in particular a band-shaped superconductor, is used will. ·

9» Verfahren nach eines der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennseichnet, daä ein Stabilisierungeawterial verwendet wird, das «it Rillen oder Hüten (20 bzw. 23) versehen ist, deren Querschnitt haohet«ne angenähert de» Querschnitt dee nit des Schichtmaterial verbundenen Supraleiter entspricht.9 »Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that a stabilization material is used, that it is provided with grooves or hats (20 or 23) whose Cross-section haohet «ne approximated de» Cross-section dee nit des Layer material connected superconductor corresponds.

10* Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekernt·» •eiohnet, dad das Stabilisierungsmaterial in fore sweier Binder (15 b«w. 16) verwendet wird« «wischtη die alt Schiohtjiaterialie» Verbundene Supraleiter eingebracht werden und10 * Method according to one of claims 1 to 9 »core thereby ·» • eiohnet, since the stabilization material is in fore sweier Binder (15 b «w. 16) is used« «wischtη the old Schiohtjiaterialie» connected superconductors are introduced and

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Bfllohen der* Binder nit Ultraschall versohweiitThe binder is blown with ultrasound

It. Verfahren iaeh tin·· der Ansprüche 3, 4 oder 6» daduroh geIt. Method iaeh tin ·· of claims 3, 4 or 6 »daduroh ge

a« iwisohen das flohiohif und das Btabilisierung ns Bstallisohe Zwisohensohioht eingetraoht wirda «iwisohen the fleahif and the stabilization ns Bstallisohe Zwisohensohioht is entrusted

lift» feluiilipunkt kleiner als die Soheelipunkte des Sohichtmä iif lUtUitferuiifSBattrlal»lift »feluiili point smaller than the Soheji point of the Sohicht mä iif lUtUitferuiifSBattrlal»

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12. Verfahren nach Anspruch 11» dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Zwischenschicht Indium verwendet wird.12. The method according to claim 11 »characterized in that as Material for the intermediate layer indium is used.

13° Verfahren nach Anspruch 11,. dadurch gekennzeichnet, dad al a Material für die Zwischenschicht Zink verwendet wird,13 ° method according to claim 11 ,. characterized by dad al a Material for the intermediate layer zinc is used,

14» Verfahren nach einest der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dad der geschweißte', ausanuaengesetate Leiter bei einer Temperatur awisohen etwa 200 und 400⁰O etwa 10 h^s 60 Minuten lang getempert wird* .Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the welded, externally set conductor is tempered at a temperature between about 200 and 400 ⁰ for about 10 h ^ s for 60 minutes *.

15· Verfahren naoh einem der Ansprüche 12 bis 13t dadurch gekennzeichnet, dad das atabilisierungsmaterial vorgewärmt wird·15 · Method according to one of Claims 12 to 13, characterized in that the stabilization material is preheated ·

16.* Verfahren naoh einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, dad das VerechweiOtn aittels einer Ultraschall-Bollennaht-Sohwelflmasohine Alt aufgerauhter Sonotrode und Anbofiroll· erfolgt.16. * Method according to one of claims 1 to 15 »characterized in that the welding is carried out by means of an ultrasonic Bollennaht Sohwelflmasohine old roughened sonotrode and Anbofiroll · takes place.

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