DE1915270A1 - Aluminium covering of super conductors by - extrusion - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zum Ummanteln von Supraleitern mit Aluminium durch Strangpressen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ummanteln von Supraleitern mit Aluminium durch Strangpressen. Insbesondere für die Wicklungen von Supraleitungsmagnetspulen zur Erzeugung starker Magnetfelder haben sich Supraleiter als zweckmäßig erwiesen, die mit UbersUgen aus Metall versehen sind, das bei der Betriebstemperatur der Supraleiter von beispielsweise 4,2ob elektrisch normalleitend ist und eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt und als sogenanntes Stabilisierungsmetall für die Supraleiter dient. Beispielsweise sind aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzte Leiter bekannt, bei denen insbesondere mehrere im wesentlichen parallel zueinander verlaufende supraleitende Drähte aus den supraleitenden Legierungen Niob-Titan oder Niob-Zirkon in elektrisch normalleitendes Metall wesentlich größeren Querschnittes eingebettet sind. Um eine gute elektrische Stabilität der Spulen zu erreichen, sollen dabei Querschnitt und Tieftemperaturleitfähigkeit des normalleitenden Metalles so bemessen aein, daß der zusammengesetzte Leiter bei guter Kühlung in der Spule keine wesentliche Stromdegradation aufweist und daß beim uebergang der Supraleiter in den kritischen Zustand durch Überschreiten des kritischen Stromes der Strom ganz oder teilweise von dem normalleitanden Metall übernommen werden kann, so daß der uebergang der Supraleiter vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand kontinuierlioh und reversibel erfolgt und durch eine geringfügige Verkleinerung des Stromes der supraleitende Zustand wieder hergestellt werden kann. Es kommt dabei insbesondere darauf an, daß der Übergangewiderstand zwischen den Supraleitern und dem elektrisch normalleitenden Metall ao klein wie möglich ist.Process for sheathing superconductors with aluminum by extrusion The invention relates to a method for sheathing superconductors with aluminum by extrusion. Especially for the windings of superconducting magnet coils Superconductors have proven to be useful for generating strong magnetic fields, which are provided with metal covers that are at the operating temperature of the superconductor of, for example, 4.2ob is normally electrically conductive and has a high electrical and has thermal conductivity and as a so-called stabilizing metal for the superconductor is used. For example, they are made of superconductor material and are electrical Normally conductive metal composite conductors known, in which in particular several substantially parallel superconducting wires from the superconducting Alloys niobium-titanium or niobium-zirconium in normal electrical metal are essential larger cross-section are embedded. In order to have good electrical stability of the To achieve coils, the cross-section and low-temperature conductivity of the normally conductive metal so dimensioned that the composite conductor with good Cooling in the coil has no significant current degradation and that during the transition the superconductor in the critical state by exceeding the critical current the electricity can be taken over in whole or in part by the normally conducting metal, so that the transition of the superconductor from the superconducting to the normal conducting state takes place continuously and reversibly and by a slight reduction in size of the current, the superconducting state can be restored. It comes with it in particular that the contact resistance between the superconductors and the normally electrically conductive metal is ao small as possible.
Zur Herstellung derartiger Leiter ist ein Verfahren bekannt, bei welchem supraleitende Drähte durch Strangpressen mit Aluminium ummantelt werden (US-Patentschrift 3 306 9725. Da bei einem solchen Strsngpresaverfahren 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 PreSkontakt erzielt, der einen verhältnismäßig großen Übergangswiderstand besitzt und zudem alterungsanfällig ist.For the production of such conductors, a method is known in which superconducting wires are sheathed with aluminum by extrusion (US patent 3 306 9725. Since with such an extrusion process the aluminum does not open up high temperatures may be heated to damage the superconductor, in particular to avoid a greater reduction in the critical current density, is between the superconductors and the aluminum largely achieved only one PreSkontakt, the one has a relatively large contact resistance and is also prone to aging.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ummanteln yon Supraleitern mit Aluminium durch Strangpressen so zu verbessern, daß zwischen den Supraleitern und dei Aluminium ohne zu starke Erwärmung der Supraleiter ein dauerhafter Kontakt mit möglichst vernachlässigbar geringem Übergangswiderstand erzielt wird.The object of the invention is to provide a method for sheathing superconductors to improve with aluminum by extrusion so that between the superconductors and the aluminum ensures permanent contact without excessive heating of the superconductors is achieved with the lowest possible contact resistance.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Supraleiter mit einer Kupferschicht an der Oberfläche zunächst mit einer Zinkschicht von etwa 1 bis 15 /um Dicke überzogen und beim anschließenden Ummanteln mit Aluminium etwa 10 bis 120 Sekunden lang auf Temperaturen von etwa 400 bis 500°C gehalten werden.According to the invention this is achieved in that superconductors with a Copper layer on the surface initially with a zinc layer of about 1 to 15 / um thickness and when subsequently sheathing with aluminum about 10 to Maintained at temperatures of about 400 to 500 ° C for 120 seconds.
Durch den Zinküberzug auf den kupferbeschichteten Supraleitern wird ein sehr guter Legierungskontakt zwischen Supraleitermaterial und der Aluminiumummantelung erreicht, da das Zink bei den Temperaturen von 400 bis 50006 sowohl in das Aluminium als auch in das Kupfer eindiffundiert. Der elektrische Übergangswiderstand dieses Legierungskontaktes ist überraschenderweise nachlässigbar klein.Due to the zinc coating on the copper-coated superconductors a very good alloy contact between the superconductor material and the aluminum cladding achieved as the zinc at temperatures from 400 to 50006 in both the aluminum as well as diffused into the copper. The electrical contact resistance of this The alloy contact is surprisingly negligibly small.
Als besonders vorteilhaft haben sich Zinkschichten mit einer Dicke von etwa 2 bis 10 um erwiesen.Zinc layers with a thickness have proven to be particularly advantageous from about 2 to 10 µm.
Daa Zink kann auf die mit einer Kupferschicht versehenen Supraleiter vorzugsweise elektrolytisch oder durch Tauchverzinken aufgebracht werden Beim Tauchverzinken können die Supraleiter dabei in geschmolzenes Zink eingetaucht bzw. durch geschmolzenes Zink hindurchgezogen werden. Von besonderem Vorteil ist dabei der verhältnismäßig niedrige Schmelzpunkt des Zinks von etwa 4200C,- da bei dieser Temperatur die kritische Stromdichte der Supraleiter nicht wesentlich beeinträchtigt wird.Daa zinc can work on superconductors with a copper layer are preferably applied electrolytically or by hot dip galvanizing the superconductors can be immersed in molten zinc or through molten zinc zinc be pulled through. The relatively low one is of particular advantage Melting point of the zinc of about 4200C, - because at this temperature the critical current density the superconductor is not significantly affected.
Der tiffusionskoeffizient für die Diffusion von Zink in Aluminium beträgt bei einer Temperatur von etwa 400°C etwa 2. 10-10cm²sek-¹ und steigt über die Werte von etwa 3,5. 10-10cm²sek-¹ bei 4500C und etwa 5,3 . 10-10cm²sek-¹ bei 470°C auf etwa 20 . 10-10cm²sek-¹ bei 5000C an. a die Dicke der erzielten Diffusionsschipht etwa gleich der Quadratwurzel aus dem Produkt von Diffusionskoeffizient und Diffusionszeit ist, kann bei höherer Diffusionstemperatur die Diffusionszeit gegenüber der Diffusionsseit bei niedrigerer Temperatur verkürzt werden, wenn man liffusioneschichten der gleichen Dicke erzielen will. Die Diffusion des Zinks in das Kupfer verläuft rascher als die Diffusion des Zinks in das Aluminium. Für die Herstellung eines guten Legierungskontaktes zwischen dem mit einer Kupferschicht versehenen Supraleiter und der Aluminiumummantelung sind daher die I)iffusionszeiten und Diffusionstemperaturen für die Diffusion in das Aluminium entscheidend.The diffusion coefficient for the diffusion of zinc into aluminum is about 2.10-10cm²sec-1 at a temperature of about 400 ° C and rises above the values of about 3.5. 10-10cm²sec-1 at 4500C and about 5.3. 10-10cm²sec-1 at 470 ° C to around 20. 10-10cm²sec-1 at 5000C. a is the thickness of the diffusion chip achieved roughly equal to the square root of the product of the diffusion coefficient and the diffusion time is, the diffusion time can be compared to the diffusion side at a higher diffusion temperature can be shortened at lower temperature if you have diffusion layers of the same Want to achieve thickness. The diffusion of the zinc into the copper is faster than the diffusion of the zinc into the aluminum. For making good alloy contact between the copper-coated superconductor and the aluminum cladding are therefore the I) fusion times and diffusion temperatures for the diffusion in the aluminum is decisive.
Besonders vorteilhaft- ist es, die Supraleiter beim Ummanteln mit Aluminium zunächst wenige Sekunden auf einer Temperatur von etwa 500°C und die restliche Zeit auf einer Temperatur zwischen 400 und 4500C zu halten. Dies kann vorteilhaft dadurch geschehen, daß die Supraleiter in der Ummantelungsvorrichtung mit dem auf etwa 5000C erhitzten Aluminium in Kontakt gebracht und nach dem Ummanteln außerhalb der Ummantelungsvorrichtung durch eine geeignete Heizvorrichtung die restliche Zeit auf etwa 400 bis 4500C gehalten werden. Bei dieser Verfahrensweise werden besonders gute Diffusionekontakte erzielt, ohne daß die Supraleiter unnötig lange auf der Temperatur von etwa 500°C gehalten werden.It is particularly advantageous to use the superconductor when sheathing Aluminum initially for a few seconds at a temperature of around 500 ° C and the rest Time to hold at a temperature between 400 and 4500C. This can be beneficial done by the fact that the superconductor in the sheathing device with the about 5000C heated aluminum brought into contact and after sheathing outside the sheathing device by a suitable heating device for the remainder of the time be kept at about 400 to 4500C. With this procedure special good diffusion contacts achieved without the superconductor unnecessarily long on the Temperature of about 500 ° C can be maintained.
FUr die Supraleiter sind natürlich nur Supraleitermaterialien geeignet, deren Schmelzpunkt oberhalb von 500°C liegt. Bevorzugt werden Supraleiter aus Nioblegierungen, insbesondere Niob-Titan, oder aus Niob verwendet.Of course, only superconductor materials are suitable for superconductors, whose melting point is above 500 ° C. Superconductors made of niobium alloys are preferred, in particular niobium-titanium, or made of niobium is used.
Die Kupferschicht kann vorzugsweice-metallurgisoh auf die Supraleiter aufgebracht sein. Dabei wird auf einen Supraleiter zunächst mechanisch ein Kupferüberzug aufgebracht, der anschließend gemeinsam mit dem Supraleiter kalt verformt wird. Zwischen den einzelnen Verforiungsschritten können Zwischenglühungen vorgenommen werden, bei denen eine leichte Diffusion zwischen dem Supraleitermaterial und dem Kupfer stattfindet.The copper layer can preferably be applied metallurgically to the superconductor upset be. A copper coating is first mechanically applied to a superconductor, which is then cold deformed together with the superconductor. Between Intermediate annealing can be carried out for individual deformation steps which a slight diffusion takes place between the superconductor material and the copper.
Zum Ummanteln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind insbesondere supraleitende Drähte oder Bänder mit einem Kupferüberzug oder Leiter geeignet, die aus mehreren in eine Kupfermatrix eingelagerten supraleitenden Drähten bzw. aus mehreren, mit einem Kupferüberzug versehenen, umeinander verdrillten supraleitenden Drähten bestehen. Nach dem Ummanteln können die Supraleiter, von denen vorzugsweise mehrere, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, mit einem gemeinsamen Aluminiummantel ummantelt werden können, im Aluminium regelmäßig oder unregelmäßig verteilt sein. Bei einem voll stabilisierten Leiter kann sich nach dem Ummanteln der Querschnitt des normalleitenden Metalls zum Querschnitt des Supraleitermaterials etwa wie 10 : 1 verhalten. Soll nur ein teilstabilisierter Leiter hergestellt werden, so kann der Querschnitt des Aluminiummantels kleiner gewählt werden. Beispielsweise kann sich der Querschnitt des normalleitenden Metalls zum Querschnitt des Supraleitermaterials etwa wie 5 : 1 verhalten. Wegen des geringen Restwiderstandes bei tiefen Temperaturen eignet sich zum Ummanteln vorzugsweise Aluminium mit einer Reinheit von wenigstens 99,99 Ges.%.For sheathing according to the method according to the invention are in particular superconducting wires or tapes with a copper coating or conductor suitable that from several superconducting wires embedded in a copper matrix or from several superconducting superconductors, provided with a copper coating and twisted around one another Wires exist. After sheathing, the superconductors, of which preferably several, which run essentially parallel to one another, with a common one Aluminum jacket can be encased in aluminum regularly or irregularly be distributed. A fully stabilized conductor may develop after sheathing the cross section of the normally conductive metal to the cross section of the superconductor material behave like 10: 1. If only a partially stabilized conductor is to be produced, so the cross-section of the aluminum jacket can be selected to be smaller. For example the cross section of the normally conductive metal can be compared to the cross section of the superconductor material behave like 5: 1. Because of the low residual resistance at low temperatures preferably aluminum with a purity of at least is suitable for sheathing 99.99 total%.
Anhand einiger Figuren und Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.The invention is intended to be even more detailed with the aid of a few figures and examples explained.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Überziehen von Supraleitcrs mit einer Zinkschicht.Fig. 1 shows schematically an apparatus for coating superconductors with a zinc layer.
Fig. 2 zeigt schematisch einen kupferbeschichteten, mit einer Zinkachicht überzogenen Supraleiter im Querschnitt.Fig. 2 shows schematically a copper-coated, with a zinc layer coated superconductor in cross section.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Ummanteln von Supraleitern mit Aluminium.Fig. 3 shows schematically a device for sheathing superconductors with aluminum.
Fig. 4 zeigt schematisch einen durch Ummanteln eines Supraleiters nach Fig. 2 iit Aluminium hergeetellton Leiter im Querschnitt.Fig. 4 shows schematically one by sheathing a superconductor according to Fig. 2 iit aluminum manufactured clay conductor in cross section.
Fig. 5 zeigt das I ZH-Diagramm eines erfindungsgemäß mit Aluminium ummantelten Supraleiters.Fig. 5 shows the I ZH diagram of an inventive with aluminum sheathed superconductor.
Fig. 6 zeigt schematisch eine weitere beispieihafte'Ausführungsform eines durch Ummanteln von Supraleitern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Leiters im Querschnitt.Fig. 6 shows schematically a further exemplary embodiment one produced by sheathing superconductors according to the method according to the invention Conductor in cross section.
Im folgenden wird als Ausführungabeispiel das elektrolytische Überziehen eines mit einer Kupferschicht versehenen drahtförmigen Supraleiters und die anschließende Ummantelung dieses Supraleiters mit Aluminium beschrieben.Electrolytic plating will be used as an embodiment a wire-shaped superconductor provided with a copper layer and the subsequent one Sheathing of this superconductor with aluminum is described.
Ein metallurgisch mit einem Kupferüberzug versehener supraleitender Draht aus der Legierung Kiob- 65 Gew.-% Titan, der einschließlich des Kupferüberzuges einen Außendurchmesser von etwa 0,565 mm besitzt, wird zunächst beispielsweise mit Trichloräthylen entfettet und dann mittels der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung elektrolytisch mit einer etwa 10 /u dicken Zinkschicht überzogen. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem langgestreckten Trog 1 mit einer Länge von etwa 150 cm, einer Breite von etwa 9 cm und einer Tiefe von etwa 5 cm, in dem mehrere etwa 20 cm lange Elektroden 2 aus Feinzink angeordnet sind. Der Trog 1 ist mit einem Elektrolytbad gefüllt, das aus einer wässrigen Lösung von 440 g ZnS04 7H20 pro Liter Wasser besteht. Zur Führung des Drahtes im Trog 1 dienen mehrere Rollen 3 und 4. Die an den beiden Enden des Troges 1 angebrachten Rollen 3 bestehen aus Stahl, die übrigen Rollen 4 aus Kunststoff. Die Rollen~3 sind mit dem negativen und die Elektroden 2 mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle 5 verbunden, die eine Gleichepannung von etwa 750 mV liefert.A metallurgically copper-coated superconducting one Wire made of the alloy Kiob - 65% by weight of titanium, including the copper coating has an outer diameter of about 0.565 mm, is initially for example with Trichlorethylene degreased and then using the device shown in FIG Electrolytically coated with an approximately 10 / u thick zinc layer. The device consists essentially of an elongated trough 1 with a length of about 150 cm, a width of about 9 cm and a depth of about 5 cm, in which several about 20 cm long electrodes 2 made of fine zinc are arranged. The trough 1 is with a Electrolyte bath filled with an aqueous solution of 440 g ZnS04 7H20 per liter Water exists. Several rollers 3 and 4 are used to guide the wire in trough 1. The attached to the two ends of the trough 1 rollers 3 are made of steel, the remaining roles 4 made of plastic. The rollers ~ 3 are with the negative and the electrodes 2 connected to the positive pole of a DC voltage source 5, which has a DC voltage of about 750 mV.
Der'Draht 6 wird von einer Vorraterolle 7 abgewickelt, über die Rollen 3 und 4 durch den Trog 1 gezogen und nach der Beschichtung mit Zink auf eine motorisch angetriebene Rolle 8 aufgewickelt. Er ist über die Stahlrollen 3 elektrisch mit dem negativen Pol der Spannungequelle 5 verbunden und bildet somit selbst die Kathode, während die Elektroden 2 als Anoden dienen. Die Stromdichte an der Oberfläche des Drahtes 6 beträgt etwa 35 mA / cm2. Pro Minute werden etwa 1 um Zink auf dem Draht 6 abgeschieden. Bei einer gewünschten Dicke der Zinkschicht von etwa 10 Zum und einem Abstand der Rollen 9 von etwa 130 cm ergibt sich somit eine Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes 6 durch das Elektrolydbad von etwa 13 cm pro Minute.Der'Draht 6 is unwound from a supply roll 7, over the rolls 3 and 4 pulled through the trough 1 and after the coating with zinc on a motorized one driven roller 8 wound. He is electrically with the steel rollers 3 connected to the negative pole of the voltage source 5 and thus forms the cathode itself, while the electrodes 2 serve as anodes. The current density at the surface of the Wire 6 is about 35 mA / cm2. About 1 µm of zinc is deposited on the wire every minute 6 deposited. With a desired thickness of the zinc layer of about 10 to and a distance between the rollers 9 of about 130 cm thus results in a Speed of the wire 6 through the electrolyte bath of about 13 cm per Minute.
Der mit einer Zinkschicht 11 überzogene Draht 6 ist in Fig 2 im Querschnitt dargestellt. Der Niob-Titan-Kern des Drahtes ist mit 12, der metallurgisch auf?6brachte Kupferüberzug mit 13 bezeichnet Nach eni Überziehen mit Zink wird der Draht 6 mittels der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung durch Strangpressen mit Aluminium mmantelt. Diese Vorrichtung besteht aus einem Stahlzylinder 21 der eine zylinderförmige Kammer 22 zur Aufnahme des Aluminiums 25 enthält. In den Stahl zylinder 21 sind zwei düsenförmige Körper 24 und 25 eingesetzt. Der zu ummantelnde Draht 6, der von einer Vorratsrolle 26 abgewichelt wird, wird durch eine zentrale Bohrung 27 de dûsenförmigen Körpers 24 in die Kammer 22 eingeführt Auf das in dieser Kammer 22 befindliche Aluminium 23 mit mit einer Reinheit von wenigstens 99,99 Gew.%, das durch die den Stahlzylinder 21 umgebenden Heizwicklungen 28 auf etwa 5000C erhitzt ist, wird durch einen Stahlstempel 29 ein Druck von etwa 27 kp/mm² ausübt, Durch entsprechende Gestaltung der in die Kammer 22 hineinragenden Enden der düsenförmigen Körper 24 und 25 wird bewirkt, daß das Aluminium 23 unter diesem Druck durch die zentrale Bohrung 30 des Körpers 25 aus der Kammer 22 herausgepreßt t wird Der Draht 6, der ebenfalls durch diese Bohrung 70 aus der Kammer 22 herausgeführt wird, wird dabei mit Aluminium ummantelt. Damit der dabei entstehende ummantelte Leiter 31, der bei einem speziellen Ausführungsbeispiel einen Querschnitt von 3 x 4 mm2 aufwies, ohne zu große mechanische Reibung durch den düsenförmigen Körper 25 hindurchgezogen werden kann, ist die zentrale Bohrung 30 in Ziehrichtung etwas erweitert. Nach dem Austritt aus der Bohrung 30 wird der Leiter 31 durch einen Rohrofen 32 geführt, durch den er noch für einige Zeit auf einer Temperatur von etwa 45,00C gehalten wird. Anschließend wird der Leiter 31 mittels einer Wasserbrause 33 auf Raumtemperatur abgekilhlt und auf eine motorisch angetriebene Rolle 34 aufgewickelt. Die Abmessungen des Zylinders 21 sind so gewählt, daß der Draht 6 bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von etwa 5 bis ib cm/sek nach der Berührung mit dem Aluminium 22 noch etwa 1 bis 2 Sekunden auf einer Temperatur von etwa 50000 gehalten wird.The wire 6 coated with a zinc layer 11 is shown in cross section in FIG shown. The niobium-titanium core of the wire is with 12? 6 metallurgically deposited Copper coating denoted by 13 After coating with zinc, the wire 6 is by means of the device shown in Fig. 3 sheathed by extrusion with aluminum. This device consists of a steel cylinder 21 which has a cylindrical chamber 22 for receiving the aluminum 25 contains. In the steel cylinder 21 are two nozzle-shaped Body 24 and 25 used. The wire 6 to be sheathed, from a supply roll 26 is deviated, is through a central bore 27 de nozzle-shaped body 24 inserted into the chamber 22 onto the aluminum located in this chamber 22 23 with a purity of at least 99.99% by weight, which through the steel cylinder 21 surrounding heating coils 28 is heated to about 5000C, is by a steel punch 29 exerts a pressure of about 27 kp / mm², by designing the in the Chamber 22 protruding ends of the nozzle-shaped bodies 24 and 25 is caused that the aluminum 23 under this pressure through the central bore 30 of the body 25 is pressed out of the chamber 22 t the wire 6, which is also through this Bore 70 is led out of the chamber 22, is sheathed with aluminum. So that the sheathed conductor 31 produced in this way, which in a special embodiment had a cross section of 3 x 4 mm2 without excessive mechanical friction the nozzle-shaped body 25 can be pulled through is the central bore 30 somewhat expanded in the direction of drawing. After exiting the bore 30 is the Head 31 passed through a tube furnace 32, through which it was still on for some time at a temperature of about 45.00C. Then the conductor 31 cooled to room temperature by means of a water shower 33 and on a motorized driven roller 34 wound. The dimensions of the cylinder 21 are chosen so that that the wire 6 at a throughput speed of about 5 to 1 cm / sec after the contact with the aluminum 22 still about 1 up to 2 seconds a temperature of about 50,000 is maintained.
Die Länge des Rohrofen 32, in dem der Draht für die restliche zur Erzielung eines guten Diffusionekontaktes erforderliche Zeit auf etwa 45000 gehalten wird, kann bei der angegebenen Durchlaufgeschwindigkeit von 5 bis 10 cm/sek etwa 1 bis 5 m betragen.The length of the tube furnace 32 in which the wire for the remainder of the Achievement of a good diffusion contact held the required time at about 45,000 at the specified throughput speed of 5 to 10 cm / sec 1 to 5 m.
Gegebenenfalls kann man den Rohrofen 32 und die Brause 33 auch weglassen und den Leiter 31 nach dem Austritt aus der Bohrung 30 sich langsam abkühlen lassen. Auch bei diesem vereinfachten Vorgehen kann erreicht werden, daß der Leiter genügend lange für die Bildung eines guten Diffusionskontaktes auf einer Temperatur von über 4000C bleibt.If necessary, the tube furnace 32 and the shower 33 can also be omitted and allow the conductor 31 to cool slowly after exiting the bore 30. Even with this simplified procedure, it can be achieved that the head is sufficient long for the formation of a good diffusion contact at a temperature of over 4000C remains.
Ein Querschnitt durch den durch das Ummanteln mit Aluminium hergestellten Leiter 31 ißt in Fig. 4 dargestellt. Wie dieser Querschnitt zeigt, reagiert in der kurzen Ummantelungszeit von etwa 1 bis 2 Sekunden und der darauffolgenden Nacherhitzung oder langsamen Abkühlung die in Fig. 2 mit 11 bezeichnete Zinkschicht sowohl mit der Kupferschicht 13 als auch mit dem Aluminiummantel 41. Die Kontaktzone zwischen Kupfer und Aluminium ist nicht einphasig, sondern besteht aus einer Reihe von Phasen. An der Berührungsfläche des Zinks mit dem Kupfer entsteht ein verhältnismäßig breiter Diffusionssaum 42 aus einem Kupfer-Zink-Mischkristall. An der Berührungsfläche des Zinks mit dem Aluminium entsteht ein schmälerer Diffusionasaum 43 aus einem Aluminium-Zink-Mischkristall von etwa 1 bis 2 µm Dicke. Zwischen den Mischkristallzonen 42 und 43 liegen weitere Phasen 44, die bisher noch nicht eindeutig zugeordnet werden konnten, aber im wesentlichen aus Zink bzw. Kupfer und Zink bestehen dürften. Die gesamte Dicke der aus den Zonen 42 bis 44 bestehenden Kontaktzone beträgt etwa 15 lum. Die Grdßenvorhkltnie sind in Fig. 4 aus Gründen der besseren Deutlichkeit der Darstellung nicht maßstabgetreu wiedergegeben.A cross-section through the one made by sheathing with aluminum Conductor 31 is shown in FIG. As this cross-section shows, reacts in the short coating time of about 1 to 2 seconds and the subsequent post-heating or slow cooling the zinc layer denoted by 11 in FIG. 2 with both the copper layer 13 as well as with the aluminum jacket 41. The contact zone between Copper and aluminum are not single-phase but consist of a number of phases. At the contact surface of the zinc with the copper, a relatively wider one is created Diffusion border 42 made of a copper-zinc mixed crystal. At the contact surface of the With the aluminum, a narrower diffusion edge 43 is created from an aluminum-zinc mixed crystal from about 1 to 2 µm thick. There are further zones between the mixed crystal zones 42 and 43 Phases 44, which so far could not be clearly assigned, but essentially consist of zinc or copper and zinc. The total thickness of the out of the zones 42 to 44 existing contact zone is about 15 lum. The size options are in Fig. 4 for reasons of better clarity of the representation not true to scale reproduced.
Die Güte des Kontakte zwischen dem Supraleitor bzw. dessen Kupferüberzug und dem Alwniniuiiantel und die Stabilisierungs-.The quality of the contact between the superconductor or its copper coating and the Alwniniuiiantel and the stabilizing.
wirkung des Aluminiummantels kann daran geprüft werden, ob der Strom, der beim Übergang des Supraleitere in den elektrisch normalleitenden Zustand in das den Supraleiter umgebende normalleitende Metall übertritt, bei einer Verringerung wieder reversibel in den Supraleiter übergeht, der inzwischen wieder in den supraleitenden Zustand zurückgekehrt ist. Zum Zwecke einer solchen Prüfung wurde ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ummantelter Leiter an zwei voneinander entfernten Stellen des Aluminiummantels mit Kontakten versehen und in verschiedenen Magnetfeldern, die senkrecht zur Längsachse des Leiters gerichtet waren, mit Strom belastet. Der Strom wurde bei festgehaltenem Magnetfeld so lange erhöht, bis zwischen den Kontakten am Aluminiummantel eine elektrische Spannung auftrat. Diese ist-ein Zeichen dafür, daß der Strom vom Supraleiter in den Mantel aus normalleitendem Metall übergetreten ist. Nach Auftreten eines Spannungssignals wurde der Strom verringert und die Spannung zwischen den Kontakten weiter verfolgt. Diese Messung wurde in Magnetfeldern von 20, 30, 40, 50, 60 und 70 kOe ausgeführt.The effect of the aluminum jacket can be checked by whether the current, at the transition of the superconductor to the electrically normal conducting state in the normal conducting one surrounding the superconductor Metal crosses, in the event of a decrease, reversibly changes back into the superconductor, which in the meantime has returned to the superconducting state. For the purpose of such A conductor sheathed according to the method according to the invention was tested on two conductors at distant points of the aluminum jacket with contacts and in different magnetic fields directed perpendicular to the longitudinal axis of the conductor were charged with electricity. The current was so long with the magnetic field held increased until there is an electrical voltage between the contacts on the aluminum jacket occurred. This is a sign that the current from the superconductor into the jacket made of normally conductive metal. After the occurrence of a voltage signal the current was reduced and the voltage between the contacts continued. This measurement was carried out in magnetic fields of 20, 30, 40, 50, 60 and 70 kOe.
Die Meßergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt, an deren Abszisse.The measurement results are shown in FIG. 5, on the abscissa thereof.
der Strom in Ampere in logarithmischem Maßstab aufgetragen ist.the current in amperes is plotted on a logarithmic scale.
Zum besseren Verständnis der in dieser Figur gewählten Darstellungsweise soll zunächst das Zustandekommen der Kurve a erläutert werden. Diese Kurve stellt eine Strom-Spannungs-Charakteristik dar, wobei die Stromwerte an der Abszisse und die 3pannungswerte an der kleinen Spannungsskala rechts von Kurve a abzulesen sind. Bei der Messung dieser Kurve wurde der Leiter zunächst in ein Magnetfeld von 20 kOe (v41.-Ordinate von Fig. 5) gebracht und der Strom durch den Leiter langsam gestelgert. Dabei trat zunächst zwischen den Kontakten am Aluminiummantel k elektrische Spannung auf. Erst als eine Stromstärke von etwa 290 A überschritten wurde, stieg die Spannung zwischen den Kontakten sprunghaft auf etwa 15 µV en. Der Strom wurde dann verringert, wobei sich zeigte, daß die Spannung wiederum sprunghaft abnahm und bei einem Stroh von 290 A bereits wieder ton Wert Null hatte. Die Stromstärke, bei weloher der Strom von Supraleiter in den Aluminiummantel überging, und die Stiome ks, bei welcher der Strom aus dem Aluminiummantel wieder vollständig in den Supraleiter übergegangen war, betrug alqo jeweils 290 A.For a better understanding of the representation chosen in this figure the creation of curve a will first be explained. This curve represents represents a current-voltage characteristic, with the current values on the abscissa and the 3 voltage values can be read off the small voltage scale to the right of curve a. When measuring this curve, the conductor was initially exposed to a magnetic field of 20 kOe (v41st ordinate of Fig. 5) brought and the current through the conductor slowly gestelgert. At first electrical voltage occurred between the contacts on the aluminum jacket k on. Only when a current of around 290 A was exceeded did the voltage rise between the contacts jumped to about 15 µV. The current was then reduced, it was found that the tension again suddenly decreased and with a straw of 290 A already had ton value zero again. The current strength at which the current from superconductor into the aluminum jacket, and the stiome ks, in which the current from the aluminum jacket passed completely back into the superconductor was, alqo each was 290 A.
Dies bedeutet, daß der Stromübergang völlig reversibel war. Die KUrven b bis f wurden in gleicher Weide in Magnetfeldern von 30 bis 70 kOe gemessen. Auch bei diesen Kurven ergab sich ein völlig reversibler Stromübergang zwischen Supraleiter und Aluminiummantel.This means that the current transfer was completely reversible. The curves b to f were measured in the same pasture in magnetic fields of 30 to 70 kOe. Even at these curves a completely reversible current transfer between superconductor and aluminum jacket.
Um das Ic-H-Diagramm des Leiters zu erhalten, sind die Magnetfelder, bei denen die Messungen erfolgten, an der Ordinate von Fig. 5 aufgetragen. Die Kurven a bis f, die jeweils Strom-Spannungs-Charakteristiken mit der Ausgangsspannung Null darstellen, sind bei dem jeweiligen Magnetfeld in das durch die Ordinate und die Abszisse gegebene Koordinatensystem eingetragen.To get the Ic-H diagram of the conductor, the magnetic fields are in which the measurements were taken, plotted on the ordinate of FIG. The curves a to f, the respective current-voltage characteristics with the output voltage zero represent, are for the respective magnetic field in the by the ordinate and the The coordinate system given on the abscissa is entered.
Diejenigen Punkte auf den Kurven a bis f, an denen das Spannungssignal zwischen den Kontakten am Aluminiummantel des Leiters auftritt, geben dann jeweils den kritischen Strom des Leiters für das entsprechende Magnetfeld an. Die Kurve g, welche diese Punkte verbindet, ist somit die 1c -H-Kurve des Leiters. Bei den Messungen wurde ein kupferüberzogener Niob-65 Gew.-% Titan-Draht mit einem Gesamtdurchmesser von 0,565 mm verwendet, der mit einem Aluminiummantel überzogen war. Das Querschnittsverhältnis des Aluminiummantels zum kupferüberzogenen Draht betrug etwa 9 : 1 das des gesamten aus Aluminium und Kupfer bestehenden Normalmetallmantels zum supraleitenden Kern des Drahtes etwa 19,5 : 1.Those points on curves a to f at which the voltage signal occurs between the contacts on the aluminum jacket of the conductor, then give each the critical current of the conductor for the corresponding magnetic field. The curve The g, which connects these points, is thus the 1c -H curve of the conductor. Both Measurements were made on a copper clad niobium 65 wt% titanium wire with an overall diameter of 0.565 mm, which was covered with an aluminum jacket. The aspect ratio the aluminum clad to the copper clad wire was about 9: 1 that of the total Normal metal jacket consisting of aluminum and copper to the superconducting core of the wire about 19.5: 1.
In Fig. 6 ist schematisch im Querschnitt eine beispielhafte Ausführungsform eines Leiters dargestellt, bei dem mehrere im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Supraleiter 51 mit einem gemeinsamen Aluminiummantel 52 ummantelt sind. Die Zinkschicht bzw. die zinkhaltige Kontaktzone zwischen den Kupferüberzügen 53 der Supraleiter 51 und dem Aluminiummantel 52 ist mit 54 bezeichnet. Die geometrische Anordnung der Supraleiter innerhalb des Aluminiummantels kann natürlich auch anders gewählt sein als in Fig. 6. Beispielsweise kann der Äluminiwnmantel auch einen kreisförmigen oder rohrförmigen Querschnitt besitzen, während die Supraleiter gleichmäßig oder regellos über den Aluminiumqu.rschnitt verteilt sein können, 9 Patentansprüche 6 FigurenAn exemplary embodiment is shown schematically in cross section in FIG a conductor shown in which several substantially parallel to each other Superconductors 51 are sheathed with a common aluminum sheath 52. The zinc layer or the zinc-containing contact zone between the copper coatings 53 of the superconductors 51 and the aluminum jacket 52 is denoted by 54. The geometric arrangement the superconductor within the aluminum jacket can of course also be chosen differently than in Fig. 6. For example, the aluminum jacket can also be circular or have tubular cross-section, while the superconductors are uniform or can be distributed randomly over the aluminum cross section, 9 claims 6 characters
Claims (9)
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| DE1915270A DE1915270C3 (en) | 1969-03-26 | 1969-03-26 | Process for sheathing superconductors with aluminum by extrusion |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE1915270A DE1915270C3 (en) | 1969-03-26 | 1969-03-26 | Process for sheathing superconductors with aluminum by extrusion |
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Family Applications (1)
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1969
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |