DE1765128C3

DE1765128C3 - Process for the production of a conductor composed of superconducting and normally electrically conductive metals

Info

Publication number: DE1765128C3
Application number: DE19681765128
Authority: DE
Inventors: Günther Dr. 8521 Tennenlohe; Maier Richard Dr.-Ing. 8520 Erlangen Bogner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1968-04-06
Publication date: 1976-01-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus supraleitenden und elektrisch normalleitenden Metallen zusammengesetzten Leiters, wobei wenigstens ein Teil der Oberfläche eines mit einem Supraleiter metallurgisch verbundenen normaiieitenden Metalls (Schichtmaterial) mit einem anderen normalleitenden Metall (Stabilisierungsmaterial) verbunden wird.The invention relates to a method for producing one from superconducting and normally electrically conductive Metals composite conductor, at least part of the surface being one with a superconductor metallurgically connected normal-conducting metal (layer material) with another normal-conducting metal Metal (stabilizing material) is connected.

Für den Bau von Supraieitungsspulen, insbesondere von supraleitenden Großmagneten, haben sich sogenannte stabilisierte Leiter, die aus supraleitenden und einem bei der Betriebstemperatur der Spulen normalleitenden Metall zusammengesetzt sind, als vorteilhaft erwiesen. Um eine gute elektrische Stabilisität 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 durchfließenden Strom ganz 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.For the construction of superconducting coils, in particular of superconducting large magnets, so-called stabilized conductors, which are made of superconducting and are composed of a normally conductive metal 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 normal conducting metal are dimensioned so that the composite conductor at good cooling in the coil has no significant current degradation and that at the transition of the superconductor into the normally conducting state by exceeding the critical current of the superconductor The current flowing through can be taken over completely or partially by the normally conducting metal. The transition of the superconductor from the superconducting to the normally conducting state takes place continuously and reversible and by a slight decrease in the current the superconducting state can be restored getting produced.

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, ist 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 das Kupfer eine 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 Leitfähigkeit und somit eine Verschlechterung der Stabilisierungswirkung zur Folge hat.A conductor composed of superconducting and normally conducting metal is already known, at several parallel niobium-zirconium wires embedded in a copper tape are. When the superconducting wires are embedded in the copper strip, which can be done by rolling in however, it is difficult to establish good contact between the superconductor material and the normally conductive material with the lowest possible contact resistance. However, there is a low contact resistance very desirable in order to enable a reversible current transfer between superconductors and normal conductors. In addition, when rolling superconducting wires into copper strips, there is a great risk that the copper suffers a greater longitudinal expansion than the mechanically harder superconductor material and that the copper also receives a rolling texture as a result of the deformation during rolling. Through such a texture becomes the residual resistance of copper is increased at low temperatures, which leads to a decrease in the electrical resistance Conductivity and thus a deterioration in the stabilizing effect.

Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen derartiger stabilisierter Leiter bekannt, bei dem mit Überzügen aus einem ersten elektrisch normalleitenden Metall versehene Supraleiter mit einem zweiten normalleitenden Metall verbunden werden. Hierbei wird zunächst ein Band aus dem zweiten normalleitenden Metall mitFurthermore, a method for producing such stabilized conductors is known, in which with coatings A superconductor made from a first electrically normal conductive metal with a second normal conductive metal Metal to be connected. In this case, a band made of the second normally conductive metal is first used

Rillen versehen, in welche die mit dem ersten normalleitenden Metall überzogenen Drähte aus Supraleitermaterial eingelegt werden. Durch eine Kaltverformung, beispielsweise durch Pressen oder Walzen, wird dann das Bandmaterial so weit verformt, daß die Drähte durch Preßdruck in den Rillen festgehalten werden. Zur Herstellung einer metaüurgssrisen Verbindung zwischen dem Bandmateria] und den normalleitenden Überzügen der Drähte wird anschließend das Band mit den eingelagerten Drähten einer Wärmebehandlung >° bei einer Temperatur von etwa 500 bis 600⁰C unterzogen, bei welcher das Bandmaterial und die Materialien der Überzüge ineinanderdiffundieren. Als Metall für das Band und die Überzüge wird hierbei vorzugsweise das gleiche normalleitende Metall, nämlich Kupfer, verwendet. Versuche mit Aluminium als Bandmaterial und Kupfer als Überzugsmetall erbrachten im Vergleich hierzu ungünstigere Ergebnisse (US-PS 33 27 470). Auch bei diesem Verfahren ist jedoch eine aus den bereits erläuterten Gründen unerwünschte Kaltverformung des Bandmaterials erforderlich. Ferner können sich auch die für die Wärmebehandlung nötigen Temperaturen auf die Supraleitungseigenschaften einer Reihe von Supraleitermateriaiien ungünstig auswirken.Provided grooves into which the superconducting material wires coated with the first normally conductive metal are inserted. By cold deformation, for example by pressing or rolling, the strip material is then deformed to such an extent that the wires are held in place in the grooves by pressing pressure. To produce a metaüurgssrisen connection between the band material] and the normal conductive coatings of the wires, the tape with the embedded wires to a heat treatment> ° at a temperature of about 500 is subjected to 600 ⁰ C then at which the strip material and the materials of the coatings interdiffusion. The same normally conductive metal, namely copper, is preferably used as the metal for the strip and the coatings. Tests with aluminum as the strip material and copper as the coating metal produced less favorable results by comparison (US Pat. No. 3,327,470). In this method too, however, cold deformation of the strip material, which is undesirable for the reasons already explained, is necessary. Furthermore, the temperatures required for the heat treatment can also have an unfavorable effect on the superconducting properties of a number of superconducting materials.

Durch die GB-PS 11 06 797 ist ferner ein Verfahren *5 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 Bänder 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 Tantal bestehen, kann das Verschweißen ihrer Ränder durch Ultraschallschweißen erfolgen. Dabei werden jedoch immer jeweils gleiche Materialien miteinander verschweißt und die später als Supraleiter ausgenutzten Schichten aus der intermetallischen Verbindung sind beim Schweißvorgang überhaupt noch nicht vorhanden. Außerdem führt dieses Verfahren nicht zu stabilisierten Leitern, die aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Material zusammengesetzt sind.GB-PS 11 06 797 also provides a method * 5 for the production of tapes with layers of a two-component intermetallic superconducting Compound known in which the lower melting component of the superconducting to be produced Connection between two tapes made from the higher melting component of the connection whose edges are then welded. The layers are made from the superconducting compound only then produced by a heat treatment. In case the tapes are from the higher melting point Component made of niobium or tantalum can weld their edges by ultrasonic welding respectively. However, the same materials are always welded together and later Layers of the intermetallic compound used as superconductors are used during the welding process not available at all. In addition, this method does not lead to stabilized conductors made of superconductor material and electrically normal conductive material are composed.

Zur Herstellung solcher stabilisierter Leiter wurde bereits vorgeschlagen, blanke Supraleiter mit einem normalleitenden Metall als Stabilisierungsmaterial durch Ultraschallschweißen zu verbinden. Dabei kann der Supraleiter auch mit dem gleichen normalleitenden Metall, das als Stabilisierungsmaterial verwendet wird, beschichtet sein. Solche mit normalleitendem Metall beschichteten Supraleiter sind im Hendel erhältlich. Auch diese zusammengesetzten Leiter befriedigen optimale Anforderungen an die mechanische Festigkeit und die elektrischen Eigenschaften der Verbindung jedoch noch nicht völlig (DT-OS 16 65 790).To produce such stabilized conductors, it has already been proposed to use a bare superconductor to connect normally conductive metal as stabilization material by ultrasonic welding. Here can the superconductor also with the same normally conductive metal that is used as stabilization material, be coated. Such superconductors coated with normal conducting metal are available from Hendel. These composite conductors also satisfy optimal requirements in terms of mechanical strength and the electrical properties of the connection are not yet complete (DT-OS 16 65 790).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbindung zwischen dem stabilisierenden Metall und dem Supraleiter weiter zu verbessern, wobei insbesondere eine zu starke Verformung des normalleitenden Metalls vermieden werden soll.The invention is based on the object, the connection between the stabilizing metal and the To further improve superconductors, in particular an excessive deformation of the normally conductive metal should be avoided.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden beim eingangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäß die beiden voneinander verschiedenen normalleitenden Metalle mit- ⁶S einander durch Ultraschall verschweißt.To achieve this object will be at the above-mentioned method, the two mutually different according to the invention the normal conducting metals with- ⁶ S to each other by ultrasonic welding.

Der mit dem im folgenden als »Schichtmaterial« bezeichneten ersten normalleitenden Metall umgebene Supraleiter kann vollständig in das im folgenden als »Stabilisierungsmateiial« bezeichnete zweite normalleitende Metall eingebettet sein. The one surrounded by the first normally conductive metal, referred to in the following as "layer material" Superconductors can be completely embedded in the second normally conducting metal, hereinafter referred to as "stabilization material".

Vorzugsweise wird als Schichtmaterial Kupfer und als Stabilisierungsmaterial Aluminium verwendet.Preferably copper is used as the layer material and aluminum is used as the stabilizing material.

Auf Grund 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 außerordentlich gut sind.On the basis of experiments it has surprisingly been found that it is better than a layer material to use a normally conductive metal for the superconductor that is different from the stabilizing material is. After ultrasonic welding, electrical and mechanical contacts are obtained between the Superconductors and the stabilizing material, which are extremely 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. It can be used a stabilizing material which is provided with grooves or grooves, their Cross-section corresponds at most approximately to the cross-section of the superconductor connected to the layer material.

Vorzugsweise wird das Stabilisierungsmaterial in Form zweier Bänder verwendet, zwischen die mit dem Schichtmaterial verbundene Supraleiter eingebracht werden und die Stoßflächen der Halbbänder werden mit Ultraschall verschweißt.Preferably, the stabilizing material is used in the form of two bands, between those with the Layer material connected superconductors are introduced and the abutment surfaces of the half-bands are welded with ultrasound.

Die Verwendung vorgerillter Bänder führt zu größeren Fertigungsgeschwindigkeiten bzw. zu kleineren benötigten Schallenergien. Mit einer Schweißvorrichtung mit vorgegebener maximaler Schallenergie können größere Leiter hergestellt werden.The use of pre-grooved tapes leads to higher production speeds or to lower ones required Sound energies. With a welding device with a predetermined maximum sound energy can larger conductors can be made.

Außerdem erhält man den wesentlichen Vorteil, daß an der Schweißstelle das Stabilisierungsmaterial örtlich nicht verformt wird. Es wird damit die Gefahr vermieden, daß sich der Restwiderstand des als Stabilisierungsmaterial verwendeten normalleitenden Metalls erhöht.In addition, there is the significant advantage that the stabilizing material is localized at the weld point is not deformed. This avoids the risk that the residual resistance of the stabilizing material normally conductive metal used.

Es kann zwischen das Schicht- und das Stabilisierungsmaterial eine metallische Zwischenschicht eingebracht werden, deren Schmelzpunkt kleiner als die Schmelzpunkte des Schicht- und des Stabilisierungsmaterials ist. Als Material für die Zwischenschicht kann Indium oder Zink verwendet werden.A metallic intermediate layer can be introduced between the layer material and the stabilization material whose melting point is lower than the melting point of the layer and the stabilizing material is. Indium or zinc can be used as the material for the intermediate layer.

Durch solche dünne Zwischenschichten und wenn nötig, durch zusätzliches Tempern nach dem Ultraschallschweißvorgang, kann die mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Supraleiter und dem Stabilisierungsmaterial zusätzlich verbessert werden. Besonders geeignet sind solche Zwischenschichten bei der Verwendung von Aluminium als Stabilisierungsmaterial. Through such thin intermediate layers and, if necessary, through additional tempering after the ultrasonic welding process, can establish the mechanical and electrical connection between the superconductor and the Stabilizing material can also be improved. Such intermediate layers are particularly suitable the use of aluminum 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 Parallelschalten mehrerer Sonotroden können auch breite Bänder aus normalleitendem Matall mit Supraleitermaleria! verschweißt werden. Um einen guten mechanischen Kontakt mit den zu verschweißenden Materialien herzustellen, werden die Oberflächen von Sonotrode und Amboßrolle der Ultraschweißmaschine aufgerauht. 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 in parallel several sonotrodes can also have wide strips of normally conductive metal with superconductor maleria! be welded. To ensure good mechanical contact with the materials to be welded the surfaces of the sonotrode and anvil roller of the ultrasonic welding machine are roughened.

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

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Ultraschall-Rollennaht-Schweißmaschine 1. Der vorzugsweise in Bandform vorliegende, beispielsweise aus Aluminium bestehende Normalleiter 2, der von einer Vorratsrolle abgewickelt wird, und die beispielsweise aus Niob-Zirkon-DrähteThe in F i g. 1 shown essentially consists of an ultrasonic roller seam welding machine 1. The one preferably present in tape form, for example made of aluminum Normal conductor 2, which is unwound from a supply roll, and which is made, for example, of niobium-zirconium wires

17 ob17 ob

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 8 und der Amboßrolle 9 der Ultraschallschweißmaschine 1 miteinander verbunden. 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 aufge- ic wickelt. Zur Durchführung des Verfahrens sind handelsübliche Ultraschail-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 kHz 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 die Dicke des zu verschweißenden Materials angepaßt. ]e nach Tiefe der Rauhigkeit 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 bestimmte Breite der Amboßrolle betrug 20 mm.existing superconductors 4, which are coated with a normally conductive metal and which are on a supply roll 5 are located on a table 6 by a guide roller 7 in their position to each other and then between the sonotrode 8 and the anvil roller 9 of the ultrasonic welding machine 1 with one another connected. The further transport of the conductor is achieved by rotating the sonotrode 8 and the anvil roller 9 causes. The finished, assembled conductor is placed on a motor-driven roller 10 wraps. Commercially available ultrasonic roller seam welding machines are used to carry out the process suitable. 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 its frequency is 21.7 kHz. The roller seam sonotrode, which generates the mechanical Vibrations fed to the workpieces to be welded, as well as the anvil roll with different Surface roughness. These became the thickness of the material to be welded customized. Depending on the depth of the roughness, the rolls were preferably corded or sandblasted. on Due to the surface roughness, the rollers take the parts to be welded better with them, causing a Concentration of the friction on the welding point and ensure trouble-free transport of the to welding parts. The sonotrode used had a constant one over its entire length Diameter of about 40 mm. The width of the anvil roll determined for the weld seam width was 20 mm.

In F i g. 2 ist ein nach dem eriindungsgemäßen Verfahren hergestellter, zusammengesetzter Leiter darge stellt. Vielfachkernleiter 11 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.In Fig. 2 is a according to the inventive method manufactured, composite head Darge provides. Multiple core conductors 11 were wrapped in an aluminum tape 12 embedded. The multiple core conductor worked its way under the pressure and vibration of the ultrasonic weld into the soft aluminum and the latter largely closed over the multi-core conductor together again. A compressive force of around 50 kp exerted at the welding point 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 made of a niobium-titanium alloy and which are embedded symmetrically distributed in a copper matrix 14. The superconducting ones connected in parallel Wires 13 of the multiple core conductor 11 are electrically connected in parallel during operation and relieve them each other when overloaded.

Die Verwendung von Aluminium als Stabilisierungsmaterial bietet noch besondere Vorteile. Aluminium hat ein dreimal geringeres spezifisches Gewicht eine niedrigere Rekristallisationstemperatur, eine höhere Duktillität und bei genügender Reinheit bei tiefen Temperatüren 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 Supraleitungsspulen, das insbesondere bei Großrhagneten 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% verwendet. Aluminium besitzt zwar bei Temperaturen unterhalb von etwa UK Supraleitungseigenschaften, ist jedoch wegen dieser niedrigen Sprungtemperatur beim Betrieb des beschriebenen zusammengesetzten Leiters, der üblicherweise bei etwa 4,2° K erfolgt, elektrisch normalleitend.The use of aluminum as a stabilizing material offers particular advantages. Aluminum has a three times lower specific weight a lower recrystallization temperature, a higher ductility and with sufficient purity at low temperatures a better electrical conductivity, better Thermal conductivity and a lower specific heat than copper. When using aluminum is thus an even better stabilizing effect because of the more favorable electrical values at these temperatures than expected with copper. Furthermore, the weight of the superconducting coils, which is particularly important in Large solenoids can be of importance, when using aluminum significantly reduced because of the particularly low residual resistance at these temperatures is preferably aluminum of one purity used by at least 99.99%. Although aluminum has superconducting properties at temperatures below about UK, is, however, because of this low transition temperature when operating the described composite conductor, which usually occurs at around 4.2 ° K, electrically normal conducting.

In den Fig.3 und 4 sind Formteile 15 und 16 aus Stabilisierungsmaterialien und beschichtete Supraleiter 17 und 18 dargestellt, die zur Ultraschallverschweißung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind.In Figures 3 and 4 molded parts 15 and 16 are made Stabilizing materials and coated superconductors 17 and 18 shown, which are used for ultrasonic welding are suitable by the method according to the invention.

Für den Supraleiter 17 ist eine Niob-Zirkon-Legierung vorgesehen. Der Supraleiter 17 ist mit einer dünnen Aluminiumschicht 19 überzogen. Die Aluminiumschicht 19 wird auf elektrochemischem Wege, vorzugsweise in aluminiumorganischen Bädern erzeugt. Als Stabilisierungsmaterial für die Formteile 15 ist Kupfer vorgesehen. Es wird Se-Kupfer, d.h. sauerstoffarmes Kupfer wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit bei tiefen Temperaturen bevorzugt. Es sind 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 StoSflächen 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 Einschalten der Supraleiter verringert, und es können höhere Fertigungsgeschwindigkeiten erzielt oder mit der gleichen Ultraschallschweißapparatur größere Leiter hergestellt werden.A niobium-zirconium alloy is provided for the superconductor 17. The superconductor 17 is thin with a Aluminum layer 19 coated. The aluminum layer 19 is electrochemically, preferably produced in organoaluminum baths. Copper is used as a stabilizing material for the molded parts 15 intended. It becomes Se-copper, i.e. low-oxygen copper because of its good electrical conductivity preferred at low temperatures. Two copper strips 15 are provided, which are provided with longitudinal grooves 20 are. The cross section of the grooves 20 is semicircular. Their diameter is slightly smaller than the diameter the round, coated superconductor. The abutment surfaces 21 of the copper strips are used for welding placed on top of each other and welded the superconductors between the two bands in the grooves. 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 deformed during welding and its residual resistance does not increase. On the other hand, through the grooves in the belts 15, the Ultrasonic energy to turn on the superconductor is decreased, and there can be higher production speeds achieved or larger conductors can be produced with the same ultrasonic welding apparatus.

In F i g. 4 sind als Supraleiter 18 Nb3Sn-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 bereits erwähnten Vorteile wird vorzugsweise Aluminium als Stabilisierungsmaterial benutzt. Die Bänder 16 sind mit Längsnuten 23 versehen, in die beim Verschweißen der Sloßflächen 24 die bandförmigen Spuralcitcr eingeschweißt werden. Die Tiefe der rechteckförmigen Nuten 23 ist etwas kleiner als die halbe Banddicke des beschichteten Supraleiters, und die Breite der Nuten '«1 geringer als die Breite des Supraleiters. Die beim erfin dungsgemäßen Verfahren mit dieser speziellen Formgebung erzielten Vorteile sind mit den in F i g. 3 beschriebenen Vorteilen identisch.In Fig. 4 18 Nb3Sn tapes are provided as superconductors, which 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 already Advantages mentioned, aluminum is preferably used as a stabilizing material. The bands 16 are provided with longitudinal grooves 23 into which the band-shaped Spuralcitcr are welded when the sloping surfaces 24 are welded will. The depth of the rectangular grooves 23 is slightly smaller than half the tape thickness of the coated superconductor, and the width of the grooves' «1 less than the width of the superconductor. The method according to the invention with this special shape The advantages achieved are with the in F i g. 3 identical advantages.

In den F i g. 2,3 und 4 wurden die Zwischenschichter nicht eingezeichnet die zwischen dem Schichtmateria und dem Stabilisierungsmaterial vorgesehen sein können. Solche Zwischenschichten sind vorzugsweise be der Verwendung von Aluminium als Stabilisierungs oder Schichtmaterial geeignet um die elektrische um die mechanische Verbindung noch zu verbessern. Be runden Leitern kann wegen der ungünstigen Richtung der Schallwellen, die transversal zur Laufrichtung de: Bandes in der Bandebene liegt eine gleichmäßigt Schweißung um den ganzen Umfang des Supraleiter praktisch nicht erzielt werden. Eine Zwischenschich aus einem Material, dessen Schmelzpunkt kleiner al die Schmelzpunkte des Schicht- und des Stabilisie rungsmaterials ist kompensiert diese ungünstigen Be dingungen.In the F i g. 2, 3 and 4 became the intermediate layers not shown, which can be provided between the layer material and the stabilization material. Such intermediate layers are preferred when aluminum is used as a stabilizer or layer material suitable to improve the electrical and mechanical connection. Be Due to the unfavorable direction of the sound waves, which are transverse to the direction of travel, round ladders can: Ribbon in the ribbon plane is a uniform weld around the entire circumference of the superconductor practically not be achieved. An intermediate layer made of a material whose melting point is less than al the melting point of the layer and stabilization material is compensated for these unfavorable conditions conditions.

Als Metalle für die Zwischenschicht kommen Indiun und Zink in Frage. Diese Metalle werden mit eineThe metals used for the intermediate layer are indium and zinc. These metals come with a

Schichtdicke von etwa 1 μηι elektrolytisch oder im Tauchverfahren auf das Schichtmaterial des Supraleiters aufgebracht. Während des Ultraschallschweißvorganges werden die verflüssigt und an den Stellen, an denen keine Schweißverbindung gelingt, wird eine Ultraschall-Lölverbindung gewonnen. Zur Unterstützung dieses Vorganges kann das Stabilisierungsmaterial oder die Sonotrode unter Umständen auf erhöhter Temperatur gehalten werden.Layer thickness of about 1 μm electrolytically or im Immersion process applied to the layer material of the superconductor. During the ultrasonic welding process if they are liquefied and at the points where no welded connection is possible, an ultrasonic soldering connection is made won. To support this process, the stabilizing material or the sonotrode may be kept at an elevated temperature.

1st eine metallische Zwischenschicht zwischen dem Schichtmaterial und dem Stabilisierungsmaterial vorge-If a metallic intermediate layer is provided between the layer material and the stabilization material

sehen, 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 sich eine zusätzliche Diffusionsschicht zwischen der Zwischenschicht und dem Stabilisierungsmaterial aus. Das Tempern des 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.see, the connection can subsequently be improved by tempering the finished assembled conductor at about 200 to 400 ^° C. for a period of about 10 to 60 minutes. The annealing forms an additional diffusion layer between the intermediate layer and the stabilization material. The annealing of the finished composite conductor to achieve a diffusion layer is to be used especially when zinc is used as the intermediate layer, the temperatures here having to be around 400 ^° C.

Hierzu I Blatt ZeichnungenFor this purpose I sheet drawings

509683/85509683/85

Claims

Patent claims:

1. A process for the production of a conductor composed of superconducting and electrically normal conductive metals, wherein at least part of the surface of a normal conductive metal (layer material) metallurgically connected to a superconductor is connected to another normal conductive metal (stabilizing material), characterized in that the two of each other various normal conducting metals verschwe together by ^ultrasonic: be ßt.

2. The method according to claim 1, characterized in that the surrounded with a layer material Superconductor is completely embedded in the stabilization material.

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

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the layer material and silver aluminum is used as a stabilizing material.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the layer material and silver copper is used as a stabilizing material.

6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the layer material is aluminum and copper is used as a stabilizing material.

7. The method according to claim 3, characterized in that a superconductor made of an NB-Ti alloy is used.

8. The method according to claim 4 or 5, characterized in that a particularly band-shaped NB3Sn superconductor is used.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a stabilizing material is used, which is given away with grooves or grooves (20 or 23), the cross section of which is at most corresponds approximately to the cross section of the superconductor connected to the layer material.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the stabilizing material in the form of two bands (15 or 16) is used, between which are connected with layer materials Superconductors are introduced and that the abutting surfaces of the tapes are welded with ultrasound will.

11. The method according to any one of claims 3, 4 or 6, characterized in that between the Layer and the stabilization material a metallic intermediate layer is introduced, the Melting point is lower than the melting points of the layer and the stabilizing material.

12. The method according to claim 11, characterized in that that indium is used as the material for the intermediate layer. f> o

13. The method according to claim 11, characterized in that that zinc is used as the material for the intermediate layer.

14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the welded, composite conductors at a temperature between about 200 and 400 ° C for about 10 to 60 minutes lane is eetemDert.

15. The method according to any one of claims 12 to 13, characterized in that the stabilizing material is preheated

16 The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the welding using an ultrasonic roller seam welding machine with a roughened sonotrode and anvil roller he follows.