DE1915270C3

DE1915270C3 - Process for sheathing superconductors with aluminum by extrusion

Info

Publication number: DE1915270C3
Application number: DE1915270A
Authority: DE
Inventors: Richard Dr.-Ing. 8520 Erlangen Maier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-03-26
Filing date: 1969-03-26
Publication date: 1975-07-10
Also published as: DE1915270A1; DE1915270B2

Description

Die l'.rtindung betrifft ein Verfahren zum Umtnan teln von Supraleitern mit Aluminium durch Strangpressen. Insbesondere für die Wicklungen von Supraleitungsmagnetspulen /ur Erzeugung suirker Magnetfelder haben sich Supraleiter als zweckmäßig erwiesen, die mit Überzügen aus Metall versehen sind, das bei der Betriebstemperatur der Supraleiter von beispielsweise 4.2 K elektrisch normalleitend ist und eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt und als sogenanntes Stabilisierungsmetall für die Supraleiter dient. Beispielsweise sind aus Supraleitcrmaterial 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-Zirkpn in elektrisch norniallei- ^h5 tendes Metall wesentlich größeren Querschnittes eingebettet sind. Um eine gute elektrische Stabilität der Spulen zu erreichen, sollen dabei Querschnitt und Tieftemperaturleitfähigkeit des normalleitenden MetalJs so bemessen sein, daß der zusammengesetzte Leiter bei guter Kühlung in der Spule keine wesentliche Stromdegradation aufweist und daß beim Obergang der Supraleiter in den kritischen Zustand durch Oberschreiten des kritischen Stromes der Strom ganz oder teilweise von dem normalleitenden Metall übernormen werden kann, so daß der Übergang der Supraleiter vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand kontinuierlich und reversibel erfolgt und durch eine geringfügige Verkleinerung des Stromes der supraleitende Zustand wieder hergestellt werden kann. Es kommt dabei insbesondere darauf an, daß der Obergangswiderstand zwischen den Supraleitern und dem elektrisch normalleitenden Metall so klein wie möglich ist The invention relates to a method for Umtnan means of superconductors with aluminum by extrusion. In particular for the windings of superconducting magnet coils / for the generation of suirker magnetic fields, superconductors have proven to be useful that are provided with coatings of metal that is normally electrically conductive at the operating temperature of the superconductor of, for example, 4.2 K and has a high electrical and thermal conductivity and as a so-called Stabilization metal is used for the superconductor. For example, composite conductors are known from Supraleitcrmaterial and electrically normally conducting metal, in which in particular a plurality of substantially mutually parallel superconducting wires of the superconducting alloys of niobium-titanium or niobium-Zirkpn are embedded in electrically norniallei- ^h 5 tendes metal substantially larger cross-section. In order to achieve good electrical stability of the coils, the cross-section and low temperature conductivity of the normally conductive metal should be dimensioned so that the composite conductor does not show any significant current degradation when the coil is well cooled and that when the superconductor goes into a critical state by exceeding the critical current, the current can be completely or partially overturned by the normally conducting metal, so that the transition of the superconductor from the superconducting to the normally conducting state takes place continuously and reversibly and the superconducting state can be restored by a slight reduction in the current. It is particularly important that the contact resistance between the superconductors and the normally electrically conductive metal is as small as possible

Zur Herstellung derartiger Leiter ist ein Verfahren bekannt, bei welchem supraleitende Drähte durch Strangpressen mit Aluminium ummantelt werden (USA.-Patentschrift 3 306 972). Da bei einem solchen Strangpreßverfahren das Aluminium nicht auf zu hohe Temperaturen erhitzt werden darf, um eine Schädigung der Supraleiter, insbesondere eine stärkere Herabsetzung der kritischen Stromdichte, zu vermeiden, wird zwischen den Supraleitern und dem Aluminium weitge hend nur ein Preßkontakt erzielt, der einen verhältnis mäßig großen Übergangswiderstand besitzt und zudem alterungsanfäilig ist. For the production of such conductors, a method is known in which superconducting wires are sheathed with aluminum by extrusion (US Pat. No. 3,306,972). Since in such an extrusion process, the aluminum must not be heated to too high temperatures in order to avoid damage to the superconductor, in particular a greater reduction in the critical current density, largely only a press contact is achieved between the superconductors and the aluminum, which is a ratio has a moderately large contact resistance and is also prone to aging.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ummanteln von Supraleitern mit Aluminium durch Strangpressen so zu verbessern, daß zwischen den Supraleitern und dem Aluminium ohne zu starke Erwärmung der Supraleiter ein dauerhafter Kontakt mit möglichst vernachlässigbar geringem Übergangswiderstand erzielt wird.The object of the invention is to improve a method for sheathing superconductors with aluminum by extrusion so that permanent contact with negligibly low contact resistance is achieved between the superconductors and the aluminum without excessive heating of the superconductors.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Supraleiter mit einer Kupferschicht an der Oberfläche zunächst mit einer Zinkschicht von etwa 1 bis 15 μπι Dikke überzogen und beim anschließenden Ummanteln mit Aluminium etwa 10 bis 120 Sekunden lang auf Temperaturen von etwa 400 bis 500⁰C gehalten werden. This is according to the invention achieved in that the superconductor with a copper layer at the surface first coated with a zinc layer of about 1 to 15 μπι Dik ke and during subsequent sheathing with aluminum about 10 to 120 seconds are maintained long to temperatures of about 400 to 500 ⁰ C. .

Durch den Zinküberzug auf den kupferbeschichteten Supraleitern wird ein sehr guter Legierungskontakt zwischen Supraleitermaterial und der Aluminiumummamelung erreicht, da das Zink bei den Temperaturen von 400 bis 500⁰C sowohl in das Aluminium als auch in das Kupfer eindiffundiert. Der elektrische Übergangswiderstand dieses Legierungskontaktcs ist überraschenderweise vernachlässigbar klein.By the zinc coating on the copper-clad superconductors alloy a very good contact between the superconductor material and is achieved Aluminiumum mamelung, since the zinc at the temperatures of 400 to 500 ⁰ C in both the aluminum and diffuses into the copper. The electrical contact resistance of this alloy contact is surprisingly negligibly small.

Als besonders vorteilhaft haben sich Zinkschichten mit einer Dicke von etwa 2 bis 10 μιη erwiesen.Zinc layers with a thickness of approximately 2 to 10 μm have proven to be particularly advantageous.

Das 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 420" C, da bei dieser Temperatur die kritische Stromdichte der Supraleiter nicht wesentlich beeinträchtigt wirdThe zinc can be coated with a copper layer Superconductors are preferably applied electrolytically or by dip galvanizing. At the Dip galvanizing allows the superconductors to be immersed in or through molten zinc Zinc are drawn through The relatively low melting point is of particular advantage of the zinc of about 420 "C, since at this temperature the critical current density of the superconductors is not is significantly impaired

Der Diffusionskoeffizient für die Diffusion von Zink in Aluminium beträgt bei einer Temperatur von etwa 400"C etwa 2 · 10- "' cm²sek-' und steigt über die Werte von etwa 3,5 · 10-^|0cm²sek-' bei 450⁰C und etwa 5,i ■ 10 ^l0cm² sek ' bei 47O"C auf etwa 20 ■ 10-"¹Cm²SCk¹ bei 500⁰C an. Da die Dicke der erzielten Diffusionsschicht etwa gleich der Quadratwurzel aus dem Produkt von Diffusionskoeffizient undThe diffusion coefficient for the diffusion of zinc in aluminum at a temperature of about 400 "C is about 2 · 10-"'cm ² sec-' and increases above the values of about 3.5 · 10- ^{| 0} cm ² sec- ' at 450 ⁰ C and about 5, i ■ 10 ^l0 cm ² sec 'at 47o "C to about 20 ■ 10-" ¹ cm ² SCK ¹ at 500 ⁰ C on. Since the thickness of the diffusion layer achieved is approximately equal to the square root of the product of the diffusion coefficient and

Diffusionszeit ist, kann bei höherer Diffusionstemperatur die Diffusionszeit gegenüber der Diffusionszeit bei niedrigerer Temperatur verkürzt werden, wenn man Diffusionsschichten 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 ve-sehenen Supraleiter und der Aluminiumummanteking sind daher die Diffusio.iszeiten und Diffusionstemperaturen für die Diffusion in das Aluminium entscheidend.Diffusion time can be at a higher diffusion temperature the diffusion time can be shortened compared to the diffusion time at a lower temperature if one Wants to achieve diffusion layers of the same 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 superconductor, which is provided with a copper layer, and the aluminum coating are therefore the diffusion times and diffusion temperatures are decisive for the diffusion into the aluminum.

Besonders vorteilhaft ist es. dw. Supraleiter beim Ummanteln mit Aluminium zunächst wenige Sekunden auf einer Temperatur vor« etwa 50C~ C und die restliche Zeit auf einer Temperatur zwischen 400 und 450" C 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 450 C gehalten werden. Bei dieser Verfahrensweise werden besonders gute Diffusionskontakte erzielt, ohne daß die Supraleiter unnötig lange auf der Temperatur von etwa $00° C gehalten werden.It is particularly beneficial. dw. When sheathing with aluminum, superconductors should initially be kept at a temperature of about 50 ° C. for a few seconds and the rest of the time at a temperature between 400 and 450 ° C. ⁰ C brought into contact with heated aluminum and, after sheathing outside the sheathing device, kept the rest of the time at about 400 to 450 ° C. With this procedure, particularly good diffusion contacts are achieved without the superconductors being at the temperature of about Maintained at $ 00 ° C.

Für die Supraleiter sind natürlich nur Supraleiter- «naterialien geeignet, deren Schmelzpunkt oberhalb von 500⁰C liegt. Bevorzugt werden Supraleiter aus Nioblegierungen, insbesondere Niob-Titan, oder aus Niob verwendet.Of course, only superconductor "naterialien suitable for superconductors, whose melting point is above 500 ^0C. Superconductors made of niobium alloys, in particular niobium-titanium, or of niobium are preferably used.

Die Kupferschicht kann vorzugsweise metallurgisch »uf die Supraleiter aufgebracht sein. Dabei wird auf einen Supraleiter zunächst mechanisch ein Kupferüberiug aufgebracht, der anschließend gemeinsam mil dem Supraleiter kalt verformt wird. Zwischen den einzelnen Verformungsschritten können zVischenglühungen vorgenommen werden, bei denen eine leichte Diffusion iwischen dem Supraleitermaterial und dem Kupfer »ta »findet.The copper layer can preferably be applied metallurgically to the superconductor. This is on a superconductor first mechanically a copper coating applied, which is then cold deformed together with the superconductor. Between each Deformation steps can be carried out zVischen annealing, in which a slight diffusion Between the superconductor material and the copper there is "ta".

Zum Ummanteln nach dem erfindungsgemäßen Verlahren sind insbesondere supraleitende Drähte oder Bänder mit einem Kupferüberzug oder Leiter geeignet, die aus mehreren in eine Kupiermatrix eingelagerten supraleitenden Drähten bzw. aus mehreren, mit einem Kupferübcrzug versehenen, umeinander verdrillten supraleilenden Drähten bestehen. Nach dem Ummanteln können die Supraleiter, von denen vorzugsweise mehrere, die im wesentlichen parallel mander verlaufen, nut einem gemeinsamen Aluminiuinmantei ummantelt werden können, im Aluminium regelmäßig oder unre- so gelmaßig verteilt sein. Bei einem voll stabilisierten Leiter kann sich nach dem Ummanteln der Querschnitt des normalleiienden Metalls zum Querschnitt des Supraleitermatcrials etwa wie 10:1 verhalten. Soll nur ein teilstabilisierter Leiter hergestellt werden, so kann der ss Querschnin jes Aluminiummantels kleiner gewählt werden. Beispielsweise kann sich der Querschnitt des normalleitenden Metalls zum Querschnitt des Supraleitermaterials etwa wie 5:1 verhalten. Wegen des geringen RestwidersUndes bei tiefen Temperaturen eignet sich zum Ummanteln vorzugsweise Aluminium mit einer Reinheit von wenigstens 99,99 Gewichtsprozent.For sheathing according to the method according to the invention, in particular superconducting wires or Ribbons with a copper coating or conductors are suitable, which are made up of several embedded in a coupling matrix superconducting wires or of several superconducting wires, 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 each other, coated with a common aluminum coating can become regular or uneven in aluminum be evenly distributed. With a fully stabilized ladder After sheathing, the cross-section of the normal metal can change to the cross-section of the superconductor material behave like 10: 1. If only a partially stabilized conductor is to be produced, the ss The cross section of each aluminum jacket was chosen to be smaller will. 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, it is suitable at low temperatures Preferably aluminum with a purity of at least 99.99 percent by weight is used for cladding.

An Hand einiger Figuren und Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using a few figures and examples.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Überziehen von Supraleitern mit einer Zinkschicht:F i g. 1 schematically shows a device for coating superconductors with a zinc layer:

F i g. 2 zeigt .schematisch einen kupferbeschichteten, mit einer Zinkschicht überzogenen Supraleiter imF i g. 2 shows schematically a copper-coated, with a zinc layer coated superconductor im

Querschnitt; F i g. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Ummanteln von Supraleitern mit Aluminium;Cross-section; F i g. 3 schematically shows a device for sheathing of superconductors with aluminum;

F i g. 4 zeigt schemat'sch einen durch Ummanteln eines Supraleiters nach F i g. 2 mit Aluminium hergestellten Leiter im Querschnitt:F i g. 4 shows schematically one by sheathing a superconductor according to FIG. 2 conductors made with aluminum in cross section:

F i g. 5 zeigt das lc-H-Diagramm eines erfindungsgemäß mit Aluminium ummantelten Supraleiters;F i g. 5 shows the IC-H diagram of an inventive with aluminum sheathed superconductor;

F i g. 6 zeigt schematisch eine weitere beispielshafte Ausführungsform eines durch Ummanteln von Supraleitern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Leiters im QuerschnittF i g. FIG. 6 schematically shows a further exemplary embodiment of an embodiment made by sheathing superconductors Conductor produced by the method according to the invention in cross section

Im folgenden wird als Ausführungsbeispiel das elektrolytische Überziehen eines mit einer Kupferschicht versehenen drahtförmigen Supraleiters und die anschließende Ummantelung dieses Supraleiters mit Aluminium beschrieben.In the following, the electrolytic Coating a wire-shaped superconductor provided with a copper layer and the subsequent Sheathing of this superconductor with aluminum is described.

Ein metallurgisch mit einem Kupferüberzug versehener supraleitender Draht aus der Legierung Niob 65 Gewichtsprozent Titan, der einschließlich des Kupferüberzuges einen Außendurchmesser von etwa 0,565 mm besitzt, wird zunächst beispielsweise mit Trichlorethylen entfettet und dann mittels der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung elektrolytisch mit einer etwa 10 μ 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 Zn SO4 · 7H2O pro Liter Wasser besteht. Zur Führung des Drahtes im Trog 1 dienen mehrere Rollen 3 und 4. Die an den beiden Enden des Troges I 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 Gleichspannung von etwa 750 mV liefert. Der Draht 6 wird von einer Vorratsrolle 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 .Spannungsquelle 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 μηι Zink auf dem Draht 6 abgeschieden. Bei einer gewünschten Dicke der Zinkschicht von etwa 10 μίτι und einem Abstand der Rollen 3 von etwa 130 cm ergibt sich somit eine Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes 6 durch das Elektrolytbad von etwa 13 cm pro Minute.A superconducting wire made of the alloy niobium 65 percent by weight titanium which is metallurgically provided with a copper coating and which, including the copper coating, has an outer diameter of about 0.565 mm, is first degreased with trichlorethylene, for example, and then using the method shown in FIG. 1 is electrolytically coated with an approximately 10 μ thick zinc layer. The device consists essentially of an elongated trough 1 with a length of approximately 150 cm, a width of approximately 9 cm and a depth of approximately 5 cm, in which several approximately 20 cm long electrodes 2 made of fine zinc are arranged. The trough 1 is filled with an electrolyte bath consisting of an aqueous solution of 440 g of Zn SO4.7H2O per liter of water. Several rollers 3 and 4 are used to guide the wire in the trough 1. The rollers 3 attached to the two ends of the trough I are made of steel, the remaining rollers 4 of plastic. The rollers 3 are connected to the negative and the electrodes 2 to the positive pole of a DC voltage source 5 which supplies a DC voltage of approximately 750 mV. The wire 6 is unwound from a supply roll 7, drawn over the rolls 3 and 4 through the trough 1 and, after coating with zinc, is wound onto a motor-driven roll 8. It is electrically connected to the negative pole of the voltage source 5 via the steel rollers 3 and thus forms the cathode itself, while the electrodes 2 serve as anodes. The current density on the surface of the wire 6 is about 35 mA / cm ² . About 1 μm zinc are deposited on the wire 6 per minute. With a desired thickness of the zinc layer of approximately 10 μm and a distance between the rollers 3 of approximately 130 cm, the result is a passage speed of the wire 6 through the electrolyte bath of approximately 13 cm per minute.

Der mit einer Zinkschicht I¹ überzogene Draht 6 ist in F i g. 2 im Querschnitt dargestellt. Der Niob-Titan-Kern des Drahtes ist mit 12, der metallurgisch aufgebrachte Kupferüberzug mit 13 bezeichnet.The wire 6 coated with a zinc layer I ¹ is shown in FIG. 2 shown in cross section. The niobium-titanium core of the wire is designated by 12, the metallurgically applied copper coating by 13.

Nach dem Überziehen mit Zink wird der Draht 6 mittels der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung durch Strangpressen mit Aluminium ummantelt. Diese Vor richtung besteht aus einem Stahlzylinder 21, der eine zylinderförmige Kammer 22 zur Aufnahme des Aluminiums 23 enthält. In den Stahlzylinder 21 sind zwei düsenförmige Körper 24 und 25 eingesetzt. Der zu ummantelnde Draht 6, der von einer Vorratsrolle 26 abgewickelt wird, wird durch eine zentrale Bohrung 27 des düsenförmigen Körpers 24 in die Kammer 22 eingeführt. Auf das in dieser Kammer 22 befindliche Alumi-After coating with zinc, the wire 6 is made by means of the method shown in FIG. 3 device shown by Extrusion coated with aluminum. Before this device consists of a steel cylinder 21, the one cylindrical chamber 22 for receiving the aluminum 23 contains. In the steel cylinder 21 are two nozzle-shaped Body 24 and 25 used. The wire 6 to be coated, which is unwound from a supply roll 26 is introduced into the chamber 22 through a central bore 27 of the nozzle-shaped body 24. On the aluminum located in this chamber 22

I Kj u ι ν I Kj u ι ν

nium 23 mit mit einer Reinheit von wenigstens 99,99 Gewichtsprozent, das durch die den Stahlzylinder 21 umgebenden Heizwicklungen 28 auf etwa 500° C er hitzt ist, wird durch einen Stahlstempel 29 ein Druck von etwa 27 kp/mm² ausgeübt. Durch entsprechende .s 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 wird. Der Draht 6, der ebenfalls durch diese Bohrung 30 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 · 4 mm² aufwies, ohne zu große mechanisehe 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 Rohr ofen 32 geführt, durch den er noch für einige Zeit auf einer Temperatur von etwa 450⁰C gehalten wird. An schließend wird der Leiter 31 mittels einer Wasserbrause 33 auf Raumtemperatur abgekühlt 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 lOcm/sek nach der Berührung mit dem Aluminium 22 noch etwa 1 bis 2 Sekunden auf einer Temperatur von etwa 500⁰C gehalten wird. Die Länge des Rohrofens 32, in dem der Draht für die restliche zur Erzie lung eines guten Diffusionskontaktes erforderliche Zeit auf etwa 450⁰C gehalten wird, kann bei der angegebe nen Durchlaufgeschwindigkeit von 5 bis 10cm/sek etwa 1 bis 5 m betragen.nium 23 with a purity of at least 99.99 percent by weight, which is heated to about 500 ° C by the heating coils 28 surrounding the steel cylinder 21, a pressure of about 27 kp / mm ^{2 is} exerted by a steel punch 29. By appropriate design of the .s projecting into the chamber 22 En to the nozzle-shaped body 24 and 25 that the aluminum is squeezed out 23 under this pressure through the central bore 30 of the body 25 from the chamber 22 is effected. The wire 6, which is also led out of the chamber 22 through this bore 30, is sheathed with aluminum. So that the sheathed conductor 31 produced in the process, which in a special embodiment had a cross section of 3 × 4 mm ² , can be pulled through the nozzle-shaped body 25 without excessive mechanical friction, the central bore 30 is somewhat widened in the pulling direction. After emerging from the bore 30 of the conductor 31 is oven through a pipe 32 out through which it is held for some time at a temperature of about 450 ⁰ C. The conductor 31 is then cooled to room temperature by means of a water shower 33 and wound onto a motor-driven roller 34. The dimensions of the cylinder 21 are chosen such that the wire 6 is maintained at a flow rate of about 5 to LOCM / sec after the contact with the aluminum 22 for about 1 to 2 seconds at a temperature of about 500 ⁰ C. The length of the kiln 32, in which the wire for the remainder of the Erzie development of a good diffusion contact time required to about 450 ⁰ C held, in the attached give NEN flow rate of 5 to 10 cm / sec amount m to 5 about. 1

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 Tem peratur von über 400⁰C bleibt.If necessary, the tube furnace 32 and the shower 33 can also be omitted and the conductor 31 can be allowed to cool slowly after exiting the bore 30. Even with this simplified approach can be achieved that the conductor sufficiently long temperature remains for the formation of a good diffusion contact on a tem of over 400 ^0C.

Ein Querschnitt durch den durch das Ummanteln mit Aluminium hergestellten Leiter 31 ist in F i g. 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 be- steht 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 schmalerer Diffusionssaum 43 aus einem Aluminium-Zink-Mischkristail von etwa 1 bis 2 um 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 durften. Dfe gesamte Dicke der aus den Zonen 42 bis 44 bestehenden Kontaktzone beträgt etwa 15 um. Die Größenverhältnisse sind in Fig.4 ans Gründen der besseren Deutlichkeit der Darstellung nicht maßstab getreu wiedergegeben. ⁶S A cross section through the conductor 31 produced by sheathing with aluminum is shown in FIG. Represented 4 As this cross-section shows, responds in the short sheath time of about 1 to 2 seconds and the subsequent post-heating or slow cooling in Figure 2 designated 11 zinc layer with both the copper layer 13 and with the aluminum sheath 41. The contact zone between copper and aluminum is not a single phase but con- sists of a number of phases. At the contact surface of the zinc with the copper, a relatively wide diffusion border 42 is formed from a copper-zinc mixed crystal. At the contact surface of the zinc with the aluminum, a narrower diffusion seam 43 is formed from an aluminum-zinc mixed crystal about 1 to 2 μm thick were allowed to consist of zinc or copper and zinc. The total thickness of the contact zone consisting of zones 42 to 44 is approximately 15 µm. The size relationships are not shown true to scale in FIG. 4 for the sake of better clarity of the illustration. ⁶ p

Die Güte des Kontaktes zwischen dem Supraleiter hm. dessen Kupferüberzug und dem Aluminiummantel tmd die Stabilisierungswirkung des Aluminiummantels kann daran geprüft werden, ob der Strom, der beim Übergang des Supraleiters 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 Zweck einer solchen Prüfung wurde ein nach dem erfindungsgernäßen 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 quality of the contact between the superconductor hm. its copper coating and the aluminum jacket and the stabilizing effect of the aluminum jacket can be checked on whether the current, which passes into the normally conductive metal surrounding the superconductor when the superconductor changes, reversibly passes back into the superconductor when it is reduced has returned to the superconducting state. For the purpose of such a test, a conductor sheathed according to the method according to the invention was provided with contacts at two points on the aluminum jacket that were distant from one another and charged with current in various magnetic fields directed perpendicular to the longitudinal axis of the conductor. The current was increased while the magnetic field was maintained until an electrical voltage appeared between the contacts on the aluminum jacket. This is a sign that the current has passed from the superconductor into the jacket made of normally conducting metal. After a voltage signal appeared, the current was reduced and the voltage between the contacts was monitored. This measurement was carried out in magnetic fields of 20, 30.40, 50.60 and 70 kOe.

Die Meßergebnisse sind in F i g. 5 dargestellt, an deren Abszisse der Strom in Ampere in logarithmischem Maßstab aufgetragen ist. Zum besseren Verständnis der in dieser Figui gewählten Darstellungsweise soll zunächst das Zustandekommen der Kurve a erläutert werden. Diese Kurve stellt eine Strom-Spannungs-Cha rakteristik dar, wobei die Stromwerte an der Abszisse und die Spannungswerte 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 (vgl Ordinate von F i g. 5) gebracht und der Strom durch den Leiter langsam gesteigert. Dabei trat zunächst zwischen den Kontakten am Aluminiummantel keine elektrische Spannung auf. Erst als eine Stromstärke von etwa 290 A überschritten wurde, stieg die Spannung zwischen den Kontakten sprunghaft auf etwa 15 μν an. Der Strom wurde dann verringert, wobei sich zeigte, daß die Spannung wiederum sprunghaft abnahm und bei einem Strom von 290 A bereits wieder den Wert Null hatte Die Stromstärke, bei welcher der Strom von Supraleiter in den Aluminiummante! überging, und die Stromstärke, bei welcher der Strom aus dem Aluminiummantel wieder vollständig in den Supraleiter übergegangen war, betrug also jeweils 290 A. Dies bedeutet, daß der Stromübergang völlig reversibel war. Die Kurven b bis f wurden in gleicher Weise in Magnetfeldern von 30 bis 70 kOe gemessen. Auch bei diesen Kurven ergab sich ein völlig reversibler Stromübergang zwischen Supraleiter und Aluminiummantel. The measurement results are shown in FIG. 5, on the abscissa of which the current in amperes is plotted on a logarithmic scale. For a better understanding of the mode of representation chosen in this figure, the formation of curve a should first be explained. This curve represents a current-voltage characteristic, with the current values on the abscissa and the voltage values on the small voltage scale to the right of curve a . When measuring this curve, the conductor was first placed in a magnetic field of 20 kOe (cf. ordinate of FIG. 5) and the current through the conductor was slowly increased. Initially, there was no electrical voltage between the contacts on the aluminum jacket. Only when a current of around 290 A was exceeded did the voltage between the contacts jump to around 15 μν. The current was then reduced, which showed that the voltage again dropped suddenly and at a current of 290 A was already zero again. The current strength at which the current from the superconductor into the aluminum sheath! passed over, and the current strength at which the current from the aluminum jacket had passed completely back into the superconductor, was 290 A. This means that the current transfer was completely reversible. Curves b to f were measured in the same way in magnetic fields of 30 to 70 kOe. With these curves, too, there was a completely reversible current transfer between the superconductor and the aluminum jacket.

Um das lc-H-Diagramm des Leiters zu erhalten, sine die Magnetfelder, bei denen die Messungen erfolgten an der Ordinate von F i g. 5 aufgetragen. Die Kurven ι bis f, die jeweils Strom-Spannungs-Charakteristiker mit der Ausgangsspannung Null darstellen, sind be dem jeweiligen Magnetfeld in das durch die Ordinate und die Abszisse gegebene Koordinatensystem einge tragen. Diejenigen Punkte auf den Kurven a bis f, m denen das Spannungssignal zwischen den Kontaktei am Aluminiummantel des Leiters auftritt geben dam jeweils den kritischen Strom des Leiters für das ent sprechende Magnetfeld an. Die Kurve g, welche dies Punkte verbindet ist somit die lc-H-Kurve des Leiter Bei den Messungen wurde ein kupferüberzogene Niob-65-Gewichtsprozent-TUan-Draht mit einem G« samtdurchmesser von 0365 mm verwendet der m einem Aluminiummantel überzogen war. Das QueiTo obtain the conductor's Ic-H diagram, the magnetic fields at which the measurements were taken are on the ordinate of FIG. 5 applied. The curves ι to f, which each represent current-voltage characteristics with the output voltage zero, are entered for the respective magnetic field in the coordinate system given by the ordinate and the abscissa. Those points on curves a to f where the voltage signal occurs between the contacts on the aluminum jacket of the conductor indicate the critical current of the conductor for the corresponding magnetic field. The curve g, which connects these points, is thus the lc-H curve of the conductor. For the measurements, a copper-coated niobium 65 weight percent TUan wire with a total diameter of 0365 mm and coated with an aluminum jacket was used. The quei

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VS J. VS *J fVS J. VS * J f

schnittsverhältnis des Aluminiummantels zum kupferüberzogenen Draht betrug etwa 9:1, das des gesamten aus Aluminium und Kupfer bestehenden Normalmetallmantels zum supraleitenden Kern des Drahtes etwasection ratio of the aluminum jacket to the copper-coated one Wire was about 9: 1, that of the entire aluminum and copper normal metal jacket about the superconducting core of the wire

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 Ku ferüberzügen 53 der Supraleiter 51 und dem Alumir ummantel 52 ist mit 54 bezeichnet. Die geometriscl Anordnung der Supraleiter innerhalb des Aluminiur mantels kann natürlich auch anders gewählt sein als F i g. 6. Beispielsweise kann der Aluminiummantel aut einen kreisförmigen oder rohrförmigen Querschnitt fr sitzen, während die Supraleiter gleichmäßig oder rege los über den Aluminiumquerschnitt verteilt sein köi nen.An exemplary one is shown schematically in cross section in FIG Embodiment of a conductor shown in which several substantially parallel to each other extending superconductors 51 are sheathed with a common aluminum jacket 52. The zinc layer or the zinc-containing contact zone between the copper coatings 53 of the superconductors 51 and the aluminum sheath 52 is denoted by 54. The geometriscl Arrangement of the superconductors within the aluminum jacket can of course also be chosen differently than F i g. 6. For example, the aluminum jacket can have a circular or tubular cross-section while the superconductors can be distributed evenly or lively over the aluminum cross-section nen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

509 628/] Ϊ8509 628 /] Ϊ8

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Claims

Patent claims:

1. Verfahren zum Ummanteln von Supraleitern mit Aluminium durch Strangpressen, dadurch gekennzeichnet, daß Supraleiter (12) mit einer Kupferschicht (13) an der Oberfläche zunächst mit einer Zinkschicht (11) von etwa 1 bis 15 μτη Dik1. Process for sheathing superconductors with aluminum by extrusion, thereby characterized in that superconductors (12) initially have a copper layer (13) on the surface with a zinc layer (11) of about 1 to 15 μτη Dik ke überzogen und beim anschließenden Ummanteln mit Aluminium (41) etwa i0 bis 120 Sekunden iang auf Temperaturen von etwa 400 bis 500⁰C gehalten werden.ke coated and during subsequent sheathing with aluminum (41) about i0 to 120 seconds iang to temperatures of about 400 to 500 ⁰ C are maintained.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Supraleiter mit einer Zinkschicht von etwa 2 bis 10 μπι Dicke überzogen werden. is2. The method according to claim 1, characterized in that the superconductor with a zinc layer be coated from about 2 to 10 μm thickness. is

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkschicht elektrolytisch auf die mit einer Kupfersch'cht versehenen Supraleiter aufgebracht wi-d.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the zinc layer is applied electrolytically to the superconductor provided with a copper layer.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkschicht durch Tauchverzinken auf die mit einer Kupferschicht versehenen Supraleiter aufgebracht wird.4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the zinc layer through Dip galvanizing is applied to the superconductor provided with a copper layer.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the superconductors are initially held at a temperature of about 500 ° C for a few seconds when sheathing with aluminum and at a temperature between 400 and 450 ⁰ C for the rest of the time.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the superconductor consists of a Use niobium alloy or niobium.

7. The method according to claim 6, characterized in that that superconductor made of a niobium-titanium alloy in a metallurgically broken copper layer be used.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a plurality of substantially superconductors (51) running parallel to one another in a common aluminum sheath (52) be encased.

9. The method according to any one of claims I to 8, characterized. dai3 for sheathing aluminum with a purity of at least 99.99 percent by weight is used.