DE1912491A1

DE1912491A1 - Method for producing a conductor from superconducting material

Info

Publication number: DE1912491A1
Application number: DE19691912491
Authority: DE
Inventors: Scheffler Dipl-Ing Ernst; Ziemek Dipl-Ing Gerhard
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1969-03-12
Filing date: 1969-03-12
Publication date: 1970-10-01
Also published as: FR2034861B1; AT294950B; DE1912491B2; NL7001747A; GB1260974A; BE746156A; FR2034861A1

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AktiengesellschaftCable and metal works Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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11. März 1969March 11, 1969

Verfahren zur Herstellung eines Leiters aus supraleitendem MaterialMethod of manufacturing a conductor from superconducting material

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines beliebig geformten Gegenstandes, beispielsweise eines Drahtes, mit einer Oberflächenschicht aus einer supraleitenden Legierung und/oder Verbindung aus mindestens zwei Komponenten bekannt, bei dem der Draht aus Niob, Vanadium oder Tantal hergestellt und dann in mindestens einen Teil seiner Oberfläche die andere Komponente, beispielsweise Zinn, Aluminium, Gallium oder Silizium, allein oder in Kombination bei hoher Temperatur, d.h. etwa 900 bis 1200 °C, zur Eindiffusion gebracht wird. Die nach diesem Verfahren hergestellte supraleitende Schicht an der Oberfläche des Gegenstandes hat jedoch infolge der verhältnismäßig geringen Abriebfestigkeit insbesondere dann erhebliche Nachteile, wenn es sich bei dem hergestellten Gegenstand um Drähte handelt, die als Teil eines supraleitenden Kabels Anwendung finden sollen.It is already a method for producing an object of any shape, for example a wire, with a surface layer made of a superconducting alloy and / or a combination of at least two components is known, in which the wire is made from niobium, vanadium or tantalum and then in at least part of its surface the other Component, for example tin, aluminum, gallium or silicon, alone or in combination at high temperature, i.e. about 900 to 1200 ° C, is caused to diffuse. The superconducting layer produced by this method on the surface of the object, however, due to the relatively low abrasion resistance, especially then significant disadvantages if the article produced It is about wires that are to be used as part of a superconducting cable.

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Die Erfindung geht deshalb zum Herstellung eines elektrischen Leiters aus supraleitendem Material mit einer im Leiteraufbau angeordneten Schicht aus einer supraleitenden Legierung und/ oder Verbindung aus mindestens zwei Komponenten, von denen eine oder mehrere durch Wärmebehandlung zum Eindiffundieren gebracht sind,.- einen anderen Weg» Gemäß der Erfindung wird ein langgestreckter Träger mit einer an seiner Oberfläche; befindlichen Schicht aus der Komponente mit dem im Leiteraufbau niedrigsten Schmelzpunkt ein längseinlaufendes Band dünner Wandstärke aus einer Komponente mit einem Schmelzpunkt oberhalb· der zum Eindiffundieren erforderlichen Temperatur zu; einem Rohr geformt, an seinen Kanten verschweißt: und mindestens auf die auf dem Träger befindliche Schicht heruntergezogen^ der so hergestellte Leiter wird dann einer Wärmebehandlung unterzogen.The invention therefore relates to the manufacture of an electrical Conductor made of superconducting material with one in the conductor structure arranged layer made of a superconducting alloy and / or combination of at least two components of which one or more by heat treatment to diffuse in are brought, .- another way »According to the invention will an elongate support having one on its surface; located layer from the component with the in the conductor structure lowest melting point a longitudinally running strip thinner Wall thickness from a component with a melting point above the temperature required for diffusion; one Tube shaped, welded at its edges: and at least pulled down onto the layer on the carrier ^ the conductor produced in this way then undergoes a heat treatment subjected.

Ein solches Verfahren, bei dem beispielsweise über eine auf einem Kupferdraht befindliche Zinnschacht ein längsnahtgeschweißter-Niobmantel aufgebracht und so weit heruntergezogen wird, daß er fest auf der Zinnschicht aufliegt, hat den besonderen Vorteil, daß der so hergestellte Draht unbedenklich weit über die Schmelztemperatur des Zinns erwärmt werden kann, ohne daß das Zinn die Möglichkeit hat, an der Trägeroberfläche entlang/fortzufließen. An der Innenseite des Niobmantels entsteht dann bei der anschließenden Wärmebehandlung die gewünschte Niob — Zinn-Verbindung mit hoher Sprungtemperatür und höher magnetischer Feldbeständigkeit* Diese Schicht ist gleichzeitig mit dem: Trägrear fest verbunden. Die Dicke der Niob—Zinn—Schicht hängt von der bei der Wärmebehandlung angewendeten. Temperatur undi von der* Zeitdauer der Wärmeeinwirkung ab« Durch unterschiedliche: Z'ext—Such a method in which, for example, one on one Tin shaft located on copper wire, a longitudinally welded niobium jacket applied and pulled down so far that it rests firmly on the tin layer has the particular advantage that the wire produced in this way safely exceeds the Melting temperature of the tin can be heated without that Tin has the ability to flow along / away from the support surface. This then occurs on the inside of the niobium jacket the desired niobium in the subsequent heat treatment Tin compound with high jump temperature and higher magnetic Field resistance * This layer is at the same time as the: carrier area firmly connected. The thickness of the niobium-tin layer depends on the applied in the heat treatment. Temperature and i of the * Duration of the heat exposure from «By different: Z'ext—

bzw. Temperaturwahl läßt sich die Dicke dieser Schicht, die nur einige m. zu betragen braucht, leicht steuern. Der Vorteil einer solch dünnen Schicht wiederum ist der einer verhältnismäßig geringen Sprödigkeit.or the choice of temperature, the thickness of this layer, which need only be a few meters , can be easily controlled. The advantage of such a thin layer is that it is relatively low in brittleness.

Dadurch, daß die supraleitende Schicht sich zwischen Träger und Mantel befindet und der beispielsweise aus Kupfer bestehende Träger sich bei der Wärmebehandlung stärker ausdehnt als die darüberliegenden Schichten, wird die Schicht mit dem nie drigsten Schmelzpunkt gegen den Außenmantel gepreßt, so daß Hohlraumbildungen, die Anlaß zu Störungen in der supraleitenden Schicht geben könnten, vermieden sind. Because the superconducting layer is located between the carrier and the jacket and the carrier, which is made of copper, for example, expands more during the heat treatment than the layers above it, the layer with the lowest melting point is pressed against the outer jacket, so that cavities are formed Disturbances in the superconducting layer are avoided.

Als Träger für das längseinlaufende und anschließend zum Rohr geformte Band aus Niob, einer Nioblegierung oder -verbindung oder anderen geeigneten Materialien, beispielsweise auch plattierter Trägerbleche, kann ein verzinnter oder sonstwie mit der in das Niob eindiffundierenden metallischen Schicht beaufschlagter Metalldraht, vorzugsweise aus Kupfer, verwendet werden, der von dem Band aus einer Komponente mit einem Schmelzpunkt oberhalb der zum Eindiffundieren erforderlichen Temperatur umschlossen, auf den gewünschten Drahtdurchmesser heruntergezogen und anschließend bis über die Schmelztemperatur der aufgebrachten Metallschicht, beispielsweise Zinn, erwärmt wird. Abweichend hiervon ist es aber auch möglich und oft von besonderem Vorteil, als Träger einen Kupferdraht zu verwenden, der in bekannter Weise von Trommeln oder Spulen abgezogen und - beispielsweise vor dem Ummanteln mit einem Niobband durch ein Zinnbad oder ein Bad mit einer Zinnlegierung oder auch durch Zinndampf geführt wird. As carriers for the longitudinally incoming and subsequently molded to the tubular tape of niobium, a niobium alloy or compound or other suitable materials, for example, clad carrier sheets, a tin-plated or otherwise acted upon by the diffusing into the niobium metal layer metal wire, preferably of copper, is used , which is enclosed by the band of a component with a melting point above the temperature required for diffusion, pulled down to the desired wire diameter and then heated to above the melting temperature of the applied metal layer, for example tin. Deviating from this, however, it is also possible and often of particular advantage to use a copper wire as a carrier, which is drawn off from drums or coils in a known manner and - for example, before sheathing with a niobium strip through a tin bath or a bath with a tin alloy or even through Tin vapor is conducted.

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Die Wandstärke des um den Träger einschließlich der aufgebrachten Schicht aus der Komponente mit dem im Leiteraufbau niedrigsten Schmelzpunkt zum Rohr geformten Bandes liegt in der Regel zwischen 0,03 bis 0,5» vorzugsweise zwischen 0,05 bis 0,2 mm. Die Verwendung eines solchen durchlaufend längsnahtgeschweißten Rohres,ermöglicht eine kontinuierliche Herstellung dee Leiters, wobei dieser durch die Wahl geeigneter Trägerkörper bzw. durch * die gewählten Abmessungen flexibel gemacht werden kann. .:The wall thickness of the tape formed around the carrier including the applied layer from the component with the lowest melting point in the conductor structure to form the tube is generally between 0.03 to 0.5 »preferably between 0.05 to 0.2 mm. The use of such a continuously longitudinally welded pipe enables the conductor to be manufactured continuously, whereby this can be achieved through the choice of suitable carrier bodies or through * the chosen dimensions can be made flexible. .:

Da die zwischen Träger und Außenmantel gebildete' supraleitende ^ Zwischenschicht je nach Stärke eine gewisse Sprödigkeit aufweist, kann es oft von besonderem Vorteil sein, den nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Leiter in seine endgültige Form zu bringen und die Wärmebehandlung anschließend durchzuführen. So läßt sich beispielsweise der heruntergezogene supraleitende Draht in beliebiger Länge zu Spulen wickeln und an schließend einer Wärmebehandlung unterziehen. Dies ist in einfachster Weise dadurch möglich, daß die Spule im fertigen Zustand in einen Glühofen gebracht und dort der Draht bei den üblichen Temperaturen von 900 bis 1200 C geglüht wird. Abweichend hiervon kann es aber auch vorteilhaft sein, die Wärmebehandlung in der Weise durchzuführen, daß durch die Spule ein b elektrischer Strom geleitet wird, der diese während der Glüh— dauer auf die geforderte Temperatur bringt. Wesentlich für · die Erfindung ist in jedem Fall, daß die Komponente mit dem niedrigsten Schmelzpunkt, beispielsweise die Zinnschicht, im Innern des Mantels auch bei. den erhöhten Glühtenjperaturen gehalten wird,, so daß eine ununterbrochene supraleitende Schicht längs des Leiters gebildet wird. Since the 'superconducting' intermediate layer formed between the carrier and the outer jacket has a certain brittleness depending on its thickness, it can often be of particular advantage to bring the conductor produced by the method according to the invention into its final shape and then to carry out the heat treatment. For example, the drawn-down superconducting wire can be wound into coils in any length and then subjected to a heat treatment . This is possible in the simplest possible way by placing the finished coil in an annealing furnace and annealing the wire there at the usual temperatures of 900 to 1200.degree. Deviating from this, however, it can also be advantageous to carry out the heat treatment in such a way that an electric current is passed through the coil, which brings it to the required temperature during the annealing period. In any case, it is essential for the invention that the component with the lowest melting point, for example the tin layer, in the interior of the jacket also has. is maintained at the elevated glow temperatures, so that an uninterrupted superconducting layer is formed along the conductor.

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Die Erfindung sei anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:The invention is based on the embodiment shown in the figure explained in more detail:

Der von der schematisch angedeuteten Vorratstrommel 1 albgezogene ,. beispielsweise verzinnte Kupferdraht 2 wird mit dem von der Vorratsrolle 3 ablaufenden NiQbijand h ummantelt· Hierzu dienen nicht näher bezeichnete Verformungsrollen, mittels derer das Band % zu einem den verzinnten Kupferdraht 2 umsehlies— senden Rohr 5 geformt wird. Das so gebildete Bohr wird an seinen Kanten mittels der Schweißeinrichtung 6 vorteilhaft unter Schutzgas verschweißt» Durch den Raupen- oder Spannbackenahzug 7t dessen Backen 8 das Rohr zur Kraftübertragung fest umschließen, wird dann das verschweißte Rohr 5 mindestens auf die Zinnschicht des Drahtes 2 heruntergezogen. Hierzu dient die hinter der Schweißeinrichtung 6 angeordnete Ziehmatrize 9· Oft kann es jedoch von Vorteil sein, der ersten Ziehstufe eine zweite oder dritte Matrize nachzuschalten,, mit deren Hilfe der ummantelte Kupferdraht 2 nach und nach auf den Enddurchmesser des Leiters heruntergezogen wird.The drawn from the schematically indicated supply drum 1,. For example, tinned copper wire 2 is sheathed with the NiQbijand h running down from the supply roll 3. Deforming rolls, which are not described in more detail, are used for this purpose, by means of which the tape% is formed into a tube 5 encircling the tinned copper wire 2. The drill formed in this way is welded at its edges by means of the welding device 6, advantageously under protective gas. The drawing die 9 located behind the welding device 6 is used for this.

Hinter dem Raupen- oder Spannbackenabzug J ist ein an sich bekannter, in der Figur schematisch angedeuteter Glühofen 10 angeordnet, in dem der heruntergezogene Leiter einer Wärmebe-Behind the caterpillar or clamping jaw take-off J is a known annealing furnace 10, indicated schematically in the figure, in which the pulled-down conductor of a heat treatment

o handlung unter Schutzgas oder Vakuum etwa bei 950 bis 1200 C unterzogen wird, so daß durch Ineinanderdiffundieren von Niob und Zinn im Schichtenaufbau des Drahtes eine hartsupraleitende Schicht erzeugt wird. Der aus dem Glühofen 10 austretende Leiter wird dann in an sich bekannter Weise auf die Vorratstrommel 11 aufgewickelt.o treatment under protective gas or vacuum at around 950 to 1200 C is subjected, so that by interdiffusion of niobium and tin in the layer structure of the wire is a hard superconducting one Layer is generated. The one emerging from the annealing furnace 10 Head is then in a known manner on the supply drum 11 wound up.

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Hinsichtlich der verlangten Glühzeiten werden an den Glühofen 10 besondere Forderungen gestellt» Sollte die Zeit des Durchlaufens zum Erzeugen der supraleitenden Schicht daher nicht ausreichen, kann man den heruntergezogenen Draht auch einer gesonderten Glühbehandlung etwa in einem an sich bekannten Einsatzglühofen oder durch einen Stromfluß unterwerfen.With regard to the required annealing times, special requirements are placed on annealing furnace 10: should the time of passage to produce the superconducting layer therefore not sufficient, the pulled down wire can also be subjected to a separate annealing treatment, for example in a known manner Insert annealing furnace or subject to a flow of current.

^ Wird als Träger nicht ein bereits verzinnter Kupferdraht verwen- ™ det, so ist es vorteilhaft, in den kontinuierlichen Fertigungsablauf vor dem Ummanteln beispielsweise ein Zinnbad einzuschalten, durch ds der von der Vorratsrolle ablaufende Kupferdraht hindurchgeführt wird. If ^ verwen- as a carrier not a pre-tinned copper wire ™ det, so it is advantageous to turn on, for example, a tin bath in the continuous production sequence in front of the cladding, of the running off from the supply roll copper wire is passed through ds.

Als Band dünner Wandstärke kann man auch vorteilhaft ein plattiertes Metallband, beispielsweise ein mit Niob plattiertes Kupferband, verwenden, das zum Rohr geformt und anschließend je nach den geforderten Abmessungen des Leiters auf die Schicht mit dem· im Leiteraufbau niedrigsten Schmelzpunkt oder zusammen mit der Schicht und dem Träger nach und nach auf den geforderten Leiterdurchmesser heruntergezogen wird.A thin-walled band can also be advantageously clad Use a metal band, for example a copper band clad with niobium, that is shaped into a tube and then depending on the the required dimensions of the conductor on the layer with the lowest melting point in the conductor structure or together with the layer and the carrier is gradually pulled down to the required conductor diameter.

— Ansprüche —- Expectations -

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Claims

Kabel- und Metallwerke ^ utehoffnungshütte Aktiengesellschaft 1 959 March 11, 1969 A η s ρ r ü c h 'β

1.1 A method for producing an electrical conductor made of superconducting material, for example for use in deep-frozen cables, with a layer of a superconducting alloy arranged in the conductor structure and / or a combination of at least two components, one or more of which are made to diffuse through heat treatment, characterized in that around an elongated carrier with a layer located on its surface from the component with the lowest melting point in the conductor structure, a longitudinally running band of thin wall thickness from a component with a melting point above the temperature required for diffusion is formed into a tube, welded at its edges and is drawn down at least onto the layer located on the carrier and that the conductor produced in this way is subjected to a heat treatment.

2. The method according to claim 1, characterized in that a metal wire provided with the layer with the lowest melting point is used as the carrier, which is enclosed by the longitudinally running strip of thin wall thickness, pulled down to the desired diameter and then annealed.

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3. The method according to claim 1, characterized in that a metal wire is used as a carrier, which is withdrawn from supply drums or reels, provided in the same operation with the layer with the lowest melting point, coated with the tape of thin wall thickness, then pulled down to the desired diameter and finally it is annealed.

k. Method according to Claim 1 or one of the following claims, characterized in that a copper wire provided with a tin layer and enclosed by a niobium strip of thin wall thickness serves as the carrier.

5. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that a coated metal strip, for example a copper strip coated with niobium, is used as the thin-walled strip.

6. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that the wire drawn down to the desired diameter is first wound as a coil and then subjected to a heat treatment, for example by flowing an electric current.

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