DE19621070C2 - High-Tc multifilament superconductor in tape form and process for its production - Google Patents
High-Tc multifilament superconductor in tape form and process for its productionInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen bandförmigen Multifila mentsupraleiter mit mehreren supraleitenden Leiterkernen, welche ein Supraleitermaterial mit einer metalloxidischen Hoch-Tc-Phase aufweisen und in normalleitendes Matrixmaterial eingebettet sind, das eine vorbestimmte Härte bei der Be triebstemperatur des Multifilamentsupraleiters besitzt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Multifilamentsupraleiters. Ein entsprechender Supra leiter und ein Verfahren zu dessen Herstellung sind aus "IEEE Transactions an Applied Superconductivity", Vol. 5, No. 2, Juni 1995, Seiten 1145 bis 1149 zu entnehmen.The invention relates to a band-shaped multifilament superconductor with a plurality of superconducting conductor cores, which have a superconductor material with a metal oxide high-T c phase and are embedded in normal conductive matrix material which has a predetermined hardness at the operating temperature of the multifilament superconductor. The invention further relates to a method for producing such a multifilament superconductor. A corresponding super conductor and a method for its production are described in "IEEE Transactions on Applied Superconductivity", Vol. 5, No. 2, June 1995, pages 1145 to 1149.
Es sind supraleitende Metalloxidverbindungen mit hohen Sprungtemperaturen Tc von über 77 K bekannt, die deshalb auch als Hoch-Tc-Supraleitermaterialien oder HTS-Materialien be zeichnet werden und eine LN2-Kühltechnik erlauben. Unter sol che Metalloxidverbindungen fallen insbesondere Cuprate von speziellen Stoffsystemen wie z. B. der Typen Y-Ba-Cu-O oder Bi-Sr-Ca-Cu-O oder (Bi, Pb)-Sr-Ca-Cu-O. Innerhalb einzelner Stoffsysteme können mehrere supraleitende Hoch-Tc-Phasen auf treten, die sich durch die Anzahl der Kupfer-Sauerstoff- Netzebenen bzw. -Schichten innerhalb der kristallinen Ein heitszelle unterscheiden und die verschiedene Sprungtempera turen Tc aufweisen.Superconducting metal oxide compounds with high transition temperatures T c of over 77 K are known, which are therefore also referred to as high-T c superconductor materials or HTS materials and allow LN 2 cooling technology. Such metal oxide compounds include, in particular, cuprates of special material systems such as, for. B. the types Y-Ba-Cu-O or Bi-Sr-Ca-Cu-O or (Bi, Pb) -Sr-Ca-Cu-O. Within individual material systems, several superconducting high-T c phases can occur, which differ in the number of copper-oxygen network planes or layers within the crystalline unit cell and which have different transition temperatures T c .
Mit den bekannten HTS-Materialien wird versucht, langge streckte Supraleiter in Draht- oder Bandform herzustellen. Ein hierfür als geeignet angesehenes Verfahren ist die soge nannte "Pulver-im-Rohr-Technik", die prinzipiell von der Her stellung von Supraleitern mit dem klassischen metallischen Supraleitermaterial Nb3Sn her bekannt ist. Entsprechend die ser Technik wird auch zur Herstellung von Leitern aus HTS- Material in eine rohrförmige Umhüllung bzw. in eine Matrix aus einem normalleitenden Material, insbesondere aus Ag oder einer Ag-Legierung, Pulver aus einem Vormaterial des HTS- Materials eingebracht, das im allgemeinen noch nicht oder nur zu einem geringen Teil die gewünschte supraleitende Hoch-Tc- Phase enthält. Der so zu erhaltende Aufbau wird anschließend mittels Verformungsbehandlungen, die gegebenenfalls durch mindestens eine Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur un terbrochen sein können, auf die gewünschte Enddimension ge bracht. Danach wird das so erhaltene Leitervorprodukt zur Einstellung oder Optimierung seiner supraleitenden Eigen schaften bzw. zur Ausbildung der gewünschten Hoch-Tc-Phase mindestens einer Glühbehandlung unterzogen. Diese Glühbehand lung wird wenigstens teilweise in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei einer erhöhten Temperatur durchgeführt, die für das Stoffsystem (Bi, Pb)-Sr-Ca-Cu-O bei einer Glühung an Luft im allgemeinen zwischen etwa 835°C und 840°C und bei re duziertem Sauerstoff-Partialdruck bei etwa 815°C liegt (vgl. z. B. auch "Supercond. Sci. Technol.", Vol. 4, 1991, Seiten 165 bis 171).With the known HTS materials, attempts are made to produce elongated superconductors in wire or strip form. A method considered suitable for this is the so-called "powder-in-tube technology", which is known in principle from the manufacture of superconductors with the classic metallic superconductor material Nb 3 Sn. Corresponding to this technique, for the production of conductors made of HTS material, powder from a primary material of the HTS material is introduced into a tubular sheath or into a matrix made of a normally conductive material, in particular of Ag or an Ag alloy, which generally does not yet contain the desired superconducting high T c phase or only to a small extent. The structure to be obtained in this way is then brought to the desired final dimension by means of deformation treatments, which can optionally be interrupted by at least one heat treatment at elevated temperature. Thereafter, the conductor intermediate product obtained in this way is subjected to at least one annealing treatment in order to adjust or optimize its superconducting properties or to form the desired high T c phase. This annealing treatment is at least partially carried out in an oxygen-containing atmosphere at an elevated temperature which is generally between approximately 835 ° C. and 840 ° C. and for the material system (Bi, Pb) —Sr — Ca — Cu — O when annealed in air at reduced oxygen partial pressure is about 815 ° C (see, for example, also "Supercond. Sci. Technol.", Vol. 4, 1991, pages 165 to 171).
Bündelt man in an sich bekannter Weise mehrere entsprechende Hoch-Tc-Supraleiter oder deren Leitervorprodukte, so kann man auch Leiter mit mehreren supraleitenden Leiterkernen, soge nannte Mehrkern- oder Multifilamentleiter, erhalten (vgl. auch "IEEE Transactions on Applied Superconductivity", Vol. 5, No. 2, Juni 1995, Seiten 1259 bis 1262). Für AC-Anwen dungen kann das Bündel von einzelnen Leiterkernen um die ge meinsame Leiterachse verdrillt (getwistet) werden.If several corresponding high-T c superconductors or their conductor precursors are bundled in a manner known per se, then conductors with several superconducting core cores, so-called multi-core or multifilament conductors, can also be obtained (cf. also "IEEE Transactions on Applied Superconductivity", Vol 5, No. 2, June 1995, pages 1259 to 1262). For AC applications, the bundle of individual conductor cores can be twisted (twisted) around the common conductor axis.
Diese bekannten Multifilamentsupraleiter mit HTS-Material ha ben bevorzugt eine Bandform. Um diese Form eines entsprechen den Leiterendproduktes zu erhalten, muß mindestens ein Walz schritt vorgesehen werden. Dabei wird im allgemeinen von ei nem zunächst zylinderförmigen Aufbau ausgegangen mit einer gleichverteilten Anordnung von Leiterkernen über den Quer schnitt gesehen. Dieser Aufbau wird dann mittels des Walzprozesses in die flache Bandform überführt, um so die für eine hohe Stromtragfähigkeit notwendige Textur, d. h. weitgehend parallele Ausrichtung der Kristallebenen der supraleitenden Phase, zu erreichen. Das Ergebnis ist dann ein Flachleiter mit einem Breiten-zu-Dicken-Verhältnis von beispielsweise 10 oder mehr.This well-known multifilament superconductor with HTS material ha ben prefers a band form. To match this form of a To obtain the final conductor product, at least one roller must be used step can be provided. It is generally from egg initially a cylindrical structure with a evenly distributed arrangement of conductor cores across the cross saw cut. This structure is then created using the rolling process converted into the flat band shape, so that for one high current carrying capacity necessary texture, d. H. largely parallel alignment of the crystal planes of the superconducting Phase to achieve. The result is a flat conductor with a width to thickness ratio of, for example, 10 or more.
Es zeigt sich jedoch, daß bei einer derartigen Herstellung eines bandförmigen Multifilamentsupraleiters ungleichmäßige Verdichtungen des HTS-Vormaterials auftreten und damit die Stromtragfähigkeit des Leiters über den Querschnitt gesehen ungleichmäßig ist. Diese Ungleichmäßigkeit hat in erster Li nie ihre Ursache in dem Walzschritt, bei dem nämlich die Mit telbereiche besonders stark gepreßt werden, während es in den seitlichen Randbereichen kaum zu einer Verdichtung des Supra leitermaterials kommt.However, it turns out that with such a production of a ribbon-shaped multifilament superconductor uneven Compression of the HTS primary material and thus the Current carrying capacity of the conductor seen across the cross section is uneven. This unevenness has primarily Li never their cause in the rolling step in which the Mit areas are pressed particularly hard while it is in the lateral edge areas hardly condense the Supra conductor material comes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Hoch-Tc- Multifilamentsupraleiter mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, daß er insbesondere in seinen Randbereichen eine gegenüber bekannten Ausführungsformen ver besserte Stromtragfähigkeit (kritische Stromdichte) besitzt.The object of the present invention is to design the high-T c multifilament superconductor with the features mentioned at the outset in such a way that it has a current carrying capacity (critical current density) that is better than that of known embodiments, particularly in its edge regions.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Lei terbereiche mit Matrixmaterial unterschiedlicher Härte vorge sehen sind, wobei das härtere Matrixmaterial jeweils weiter innen im Leiter angeordnet ist.This object is achieved in that Lei areas with matrix material of different hardness can be seen, the harder matrix material each further is arranged inside the conductor.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß durch eine Abnahme der Härte des Matrixmaterials vom Leiterzentrum nach außen zum Außenrand hin die angesprochene Ungleichmäßig keit beim Verformen zu der Bandform zumindest weitgehend aus zugleichen ist. Die mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Multifilamentsupraleiters verbundenen Vorteile sind dann darin zu sehen, daß nach dem mindestens einen Verformungs schritt wenigstens weitgehend gleichmäßige Querschnitte der Leiterkerne mit insbesondere einem hohen Aspektverhältnis [= Leiterkernbreite/Leiterkerndicke] zu erhalten sind. Das Endprodukt des bandförmigen HTS-Multifilamentleiters zeigt folglich auch in seinen Randbereichen die geforderte hohe Stromtragfähigkeit.The invention is based on the consideration that by a decrease in the hardness of the matrix material from the conductor center outwards towards the outer edge the mentioned irregularity at least largely sufficient when deforming to form the band is equal. The with the inventive design advantages of the multifilament superconductor are then to see that after the at least one deformation at least largely uniform cross-sections of the Conductor cores with a particularly high aspect ratio [= Conductor core width / conductor core thickness] can be obtained. The End product of the band-shaped HTS multifilament conductor shows consequently, the required high in its peripheral areas Current carrying capacity.
Vorteilhaft läßt sich der Multifilamentsupraleiter nach der Erfindung dadurch herstellen, daß zunächst mindestens zwei Typen von Leiterelementen ausgebildet werden, die jeweils ei nen von einem Hüllrohr aus Matrixmaterial umgebenen Kern aus Vormaterial des Supraleitermaterials enthalten, wobei sich die Hüllrohre der Typen durch die Härte ihrer Materialien un terscheiden, daß dann mehrere der Leiterelemente aus den Ty pen zu einem Leitervorprodukt derart zusammengefaßt werden, daß die Leiterelemente mit den härteren Hüllrohren einen zen tralen Leiterbereich ausfüllen, der von mindestens einem Be reich mit weichere Hüllrohre aufweisenden Leiterelementen um schlossen ist, und daß anschließend dieses Leitervorprodukt unter Einschluß mindestens eines Walzschrittes verformt und/oder verdichtet und wenigstens einer Wärmebehandlung un terzogen wird. Ein derartiges Verfahren ist besonders geeig net, auf verhältnismäßig einfache Weise einen Multifila mentsupraleiter mit hoher Stromtragfähigkeit aus dem Verbund seiner verschiedenen Materialien herzustellen.The multifilament superconductor can be advantageous after the Manufacture invention in that at least two Types of conductor elements are formed, each egg NEN from a cladding tube surrounded by matrix material Contain material of the superconductor material, where the envelopes of the types by the hardness of their materials decide that then several of the conductor elements from the Ty can be combined into a lead intermediate in such a way that the conductor elements with the harder cladding a zen fill the central conductor area, which is covered by at least one Be rich with conductor elements with softer cladding is closed, and that then this conductor intermediate deformed including at least one rolling step and / or compressed and at least one heat treatment un is educated. Such a method is particularly suitable net, in a relatively simple way a multifila superconductor with high current carrying capacity from the composite to manufacture its various materials.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen HTS- Multifilamentleiters gehen aus den abhängigen Ansprüchen her vor.Advantageous refinements of the HTS according to the invention Multifilament conductors arise from the dependent claims in front.
Die Erfindung wird nachfolgend noch weiter erläutert, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Dabei zeigen jeweils schematisch im QuerschnittThe invention is explained in more detail below, wherein reference is made to the drawing. Show each schematically in cross section
deren Fig. 1 ein Leitervorprodukt zur Herstellung eines er findungsgemäßen HTS-Multifilamentleiters und Fig. 1 thereof a conductor product for producing a he inventive HTS multifilament and
deren Fig. 2 ein aus einem anderen, entsprechend aufgebauten Leitervorprodukt hergestelltes Endprodukt eines erfindungsgemäßen HTS-Multifilamentleiters. their Fig. 2 is a made of a different, correspondingly constructed end product of a conductor product HTS multifilament according to the invention.
Der erfindungsgemäße HTS-Multifilamentleiter stellt einen langgestreckten Verbundkörper in Bandform dar, der ein in ein besonders zusammengesetztes Matrixmaterial eingebettetes Hoch-Tc-(HTS)-Material zumindest weitgehend phasenrein ent hält. Als HTS-Material sind praktisch alle bekannten Hoch-Tc- Supraleitermaterialien, insbesondere selten-erd-freie- Cuprate, mit Phasen geeignet, deren Sprungtemperatur Tc deut lich über der Verdampfungstemperatur des flüssigen Stick stoffs (LN2) von 77 K liegt. Ein entsprechendes Beispiel ist das HTS-Material (Bi, Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox.The HTS multifilament conductor according to the invention is an elongated composite body in the form of a tape, which at least largely contains pure high-T c - (HTS) material embedded in a specially composed matrix material. Practically all known high-T c superconductor materials, in particular rare earth-free cuprates, are suitable as HTS material with phases whose transition temperature T c is significantly higher than the evaporation temperature of the liquid nitrogen (LN 2 ) of 77 K. A corresponding example is the HTS material (Bi, Pb) 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 Ox.
Zur Herstellung eines entsprechenden HTS-Multifilamentleiters kann vorteilhaft eine an sich bekannte Pulver-im-Rohr-Technik zugrundegelegt werden. Hierzu werden Ausgangspulver, die eine Ausbildung der gewünschten supraleitenden Phase ermöglichen, in Hüllrohre eingebracht, die als Matrixmaterial für das fer tige Endprodukt des Supraleiters dienen. Gemäß der Erfindung sollen mindestens zwei verschiedene Hüllrohre vorgesehen wer den, deren Materialien sich durch die Härte (z. B. Vickershär te HV) unterscheiden. Vorteilhaft wird ein Härteunterschied von mindestens 10% HV eingeplant. Für die verschiedenen Hüllrohre wählt man vorzugsweise ein Basismaterial, dessen Härte durch mindestens eine zusätzliche Legierungskomponente eingestellt werden kann. Das Hüllrohrmaterial ist ferner un ter dem Gesichtspunkt auszuwählen, daß es bei der Leiterher stellung keine unerwünschte Reaktion mit den Komponenten des HTS-Materials sowie mit Sauerstoff eingeht. Deshalb ist als Basismaterial besonders ein Ag-Material geeignet, das entwe der Ag in reiner Form oder in Form einer Legierung mit Ag als Hauptbestandteil (d. h. zu mehr als 50 Gew.-%) enthält. So ist z. B. reines Ag beispielsweise in Form von kaltverfestigtem Silber oder rekristallisiertem Silber verwendbar. Auch kann pulvermetallurgisch hergestelltes Silber vorgesehen werden. Daneben ist auch dispersionsgehärtetes Silber geeignet. For the production of a corresponding HTS multifilament conductor can advantageously be a known powder-in-tube technique be taken as a basis. For this purpose, starting powder, the one Enable formation of the desired superconducting phase, inserted in cladding tubes, which as a matrix material for the fer end product of the superconductor. According to the invention At least two different cladding tubes should be provided those whose materials are characterized by hardness (e.g. Vickershär HV). A difference in hardness is advantageous of at least 10% HV planned. For the different Cladding tubes are preferably chosen from a base material, the Hardness due to at least one additional alloy component can be adjusted. The cladding tube material is also un ter the point of view that it is with the ladder position no undesirable reaction with the components of the HTS material and with oxygen. Therefore, as Base material is particularly suitable for an Ag material, which either the Ag in pure form or in the form of an alloy with Ag as Main ingredient (i.e., more than 50% by weight). So is z. B. pure Ag, for example in the form of work hardened Silver or recrystallized silver can be used. Can too Silver produced by powder metallurgy can be provided. Dispersion-hardened silver is also suitable.
Als zusätzliche Legierungskomponente zur Erhöhung der Härte des Hüllrohrmaterials kommen alle Elemente oder Verbindungen in Frage, die, wie gefordert, nicht mit den Komponenten des HTS-Materials oder Sauerstoff reagieren. So sind z. B. Au, Pt oder Mg geeignet, die auch in Form von entsprechenden Oxiden vorliegen können. Die mindestens eine zusätzliche Legierungs komponente kann dabei z. B. auf schmelzmetallurgischem Wege mit dem Basismaterial legiert oder in diesem auf anderem Wege dispergiert sein. Im allgemeinen beträgt der Anteil der min destens einen zusätzlichen Legierungskomponente (z. B. Mg) in dem Basismaterial (z. B. Ag) höchstens 5 Atom-%, beispielswei se höchstens 3 Atom-%, gegebenenfalls maximal 1 Atom-%.As an additional alloy component to increase hardness of the cladding tube material come all elements or connections in question, which, as requested, does not match the components of the HTS material or oxygen react. So z. B. Au, Pt or Mg suitable, which is also in the form of corresponding oxides can be present. The at least one additional alloy component can z. B. by melt metallurgy alloyed with the base material or in other ways be dispersed. In general, the proportion of min at least one additional alloy component (e.g. Mg) in the base material (e.g. Ag) at most 5 atomic%, for example se at most 3 atomic%, possibly a maximum of 1 atomic%.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Leitervorprodukt 2 eines erfindungsgemäßen HTS-Multifilamentleiters, das durch eine an sich bekannte Bündelungstechnik von vorbestimmten Leiterelementen aufzubauen ist. Jedes Leiterelement setzt sich dabei aus einem Hüllrohr zusammen, das einen z. B. pul verförmigen Kern K1 aus einem Vormaterial des HTS-Materials umschließt. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ent hält das Leitervorprodukt 2 z. B. 61 Leiterkerne, die allge mein mit 3 bezeichnet sind. Ihre allgemein mit 4 bezeichneten Hüllrohre haben z. B. eine sechseckige Querschnittsform. Selbstverständlich sind auch andere Querschnittsformen wie z. B. kreisrunde möglich. Die 61 Leiterelemente sind in eine rohrförmige Umhüllung 5 eingebracht. Eventuell verbleibende Hohlräume 6 innerhalb dieser Umhüllung können mit Füllstücken 7 aus dem Material der Umhüllung ausgefüllt sein. Fig. 1 shows a cross section through a conductor product 2 of a HTS multifilament according to the invention, which is set up by a known technique of bundling predetermined conductor elements. Each conductor element is composed of a cladding tube, which z. B. pul-shaped core K1 from a primary material of the HTS material. According to the illustrated embodiment, the conductor intermediate 2 holds z. B. 61 conductor cores, which are generally denoted by 3. Their generally designated 4 cladding tubes have z. B. a hexagonal cross-sectional shape. Of course, other cross-sectional shapes such. B. circular possible. The 61 conductor elements are placed in a tubular casing 5 . Any remaining cavities 6 within this casing can be filled with filler pieces 7 made of the material of the casing.
Erfindungsgemäß soll die Härte des Hüllrohrmaterials (und da mit des Matrixmaterials) vom Leiterzentrum nach außen hin insbesondere stufenweise abnehmen. Deshalb ist das Leitervor produkt 2 aus mindestens zwei Typen T1 und T2 von Leiterele menten 3 zusammengesetzt, die sich hinsichtlich der Härte ih rer Hüllrohrmaterialien unterscheiden. Dabei sind die härte ren Hüllrohre in einem zentralen Bereich des Leitervorproduk tes vorzusehen. According to the invention, the hardness of the cladding tube material (and since with the matrix material) should decrease gradually from the conductor center towards the outside. Therefore, the conductor pre-product 2 is composed of at least two types T1 and T2 of conductor elements 3 , which differ in terms of the hardness of their cladding tube materials. The harder cladding tubes must be provided in a central area of the pre-conductor product.
Dementsprechend weisen beispielsweise das zentrale Leiterele ment 3 0 sowie die sechs es unmittelbar umschließenden Leite relemente 3 1 jeweils ein Hüllrohr 4 1 auf, das aus einer här teren Ag-Legierung, beispielsweise einer Ag-Mg-Legierung mit höchstens 5 Atom-% Mg, besteht. Diese Leiterelemente 3 0 und 3 1 von einem ersten Typ T1 bilden so einen zentralen Leiter bereich, der von mindestens einem weiteren Leiterbereich um geben ist, welcher die übrigen Leiterelemente von einem zwei ten Typ T2 umfaßt. Diese übrigen Leiterelemente bilden je weils sich umschließende Lagen aus 12 Leiterelementen 3 2 bzw. 18 Leiterelementen 3 3 bzw. 24 Leiterelementen 3 4. Ihre Hüll rohre 4 4 sind dabei aus dem vergleichsweise weicherem Materi al wie Ag. Selbstverständlich ist es auch möglich, für jede der sich konzentrisch umschließenden Lagen aus Leiterelemen ten Hüllrohre mit unterschiedlicher Härte vorzusehen, wobei dann die Härte in radialer Richtung gesehen vom Zentrum nach außen hin stufenweise abnimmt.Correspondingly, for example, the central conductor element 3 0 and the six conductor elements 3 1 directly surrounding it each have a cladding tube 4 1 , which is made of a harder Ag alloy, for example an Ag-Mg alloy with at most 5 atomic% Mg, consists. These conductor elements 3 0 and 3 1 of a first type T1 thus form a central conductor area which is surrounded by at least one further conductor area, which comprises the other conductor elements of a second type T2. These other conductor elements each form enclosing layers of 12 conductor elements 3 2 or 18 conductor elements 3 3 or 24 conductor elements 3 4 . Your cladding tubes 4 4 are made of the comparatively softer material such as Ag. Of course, it is also possible to provide cladding tubes with different hardnesses for each of the concentrically surrounding layers of conductor elements, the hardness then gradually decreasing in radial direction from the center towards the outside.
Bei dem Leitervorprodukt 2 bestehen also die einzelnen Hüll rohre 4 insbesondere aus Ag und Ag-Legierungen mit definiert variierendem Legierungsanteil, der von der radialen Position des jeweiligen Hüllrohres im gebündelten Querschnitt abhängt. Dabei haben die Leiterelemente im Inneren (Zentrum) des Quer schnitts den höchsten Legierungsanteil, während die Leitere lemente im Außenbereich den geringsten oder gar keinen Legie rungsanteil aufweisen.In the case of the preliminary conductor product 2 , the individual cladding tubes 4 thus consist in particular of Ag and Ag alloys with a defined varying proportion of alloy, which depends on the radial position of the respective cladding tube in the bundled cross section. The conductor elements in the interior (center) of the cross-section have the highest proportion of alloys, while the conductor elements in the exterior have the lowest or no alloy proportion.
Das so aufgebaute Leitervorprodukt 2 wird anschließend minde stens einer insbesondere querschnittsvermindernden Verfor mungs-/Verdichtungsbehandlung unterzogen. Dabei ist minde stens ein Walzschritt erforderlich, um so zu einem bandförmi gen Aufbau zu gelangen. Im allgemeinen ist eine Abfolge von mehreren Verformungsbehandlungen erforderlich. Hierfür kommen neben dem mindestens einen Walzschritt alle bekannten Verfah ren wie z. B. Pressen, Rollen, Walzen, Hämmern oder Ziehen in Frage. Alle derartigen Behandlungen kann man bei Raumtemperatur, also kalt, oder bei erhöhter Temperatur durchführen. Zwischen den einzelnen Verformungsbehandlungen lassen sich gegebenenfalls zusätzlich thermische Behandlungsschritte bei erhöhter Temperatur vorsehen.The intermediate conductor product 2 thus constructed is then subjected to at least one deformation / compression treatment which in particular reduces the cross section. At least one rolling step is required in order to achieve a band-shaped structure. A series of multiple deformation treatments is generally required. For this, in addition to the at least one rolling step, all known processes such as, for. B. pressing, rolling, rolling, hammering or drawing in question. All such treatments can be carried out at room temperature, ie cold, or at an elevated temperature. Additional thermal treatment steps at elevated temperature can optionally be provided between the individual deformation treatments.
Um in dem so verformten Leitervorprodukt nun die gewünschte supraleitende Hoch-Tc-Phase auszubilden und eine hohe kriti sche Stromdichte einzustellen, schließt sich im allgemeinen eine sogenannte thermo-mechanische Behandlung an. Diese Be handlung setzt sich aus Glüh- und weiteren Verformungsschrit ten zusammen. Dabei erfolgt der mindestens eine Glüh- oder Sinterschritt im allgemeinen in einer sauerstoffhaltigen At mosphäre, z. B. in einer N2-Atmosphäre mit 8% O2 oder in Luft. Gegebenenfalls kann zwischen den weiteren Verformungs schritten der thermo-mechanischen Behandlung eine Wärmebe handlung vorgesehen sein. Auch können diese Verformungs schritte bei erhöhter Temperatur erfolgen und/oder mit der Glühbehandlung zur Ausbildung der gewünschten supraleitenden Phase kombiniert sein.In order to form the desired superconducting high-T c phase in the conductor preliminary product thus deformed and to set a high critical current density, a so-called thermo-mechanical treatment generally follows. This treatment consists of annealing and other deformation steps. The at least one annealing or sintering step is generally carried out in an oxygen-containing atmosphere, e.g. B. in an N 2 atmosphere with 8% O 2 or in air. If necessary, a heat treatment can be provided between the further deformation steps of the thermo-mechanical treatment. These deformation steps can also be carried out at elevated temperature and / or combined with the annealing treatment to form the desired superconducting phase.
Ein Ausführungsbeispiel eines nach entsprechenden Verfor mungs- und Wärmebehandlungsschritten vorliegenden Endproduk tes eines erfindungsgemäßen HTS-Multifilamentleiters ist in Fig. 2 als Teilansicht eines Querschnittes veranschaulicht. Der mit 12 bezeichnete, etwa zur Hälfte gezeigte HTS-Leiter hat z. B. 19 Leiterkerne K2 aus dem HTS-Material in einer nor malleitenden Matrix 13. Wie in der Figur durch gestrichelte Linien L1 und L2 angedeutet sein soll, setzt sich die Matrix 13 aus drei Matrixbereichen 13 1, 13 2 und 13 3 zusammen, die sich untereinander durch die Härte des Materials unterschei den. Das härteste Material hat dabei der zentrale Bereich 13 1, das weichste der äußere Bereich 13 3. Durch die Wahl der verschiedenen Matrixmaterialien aufgrund entsprechender Hüll rohrmaterialien für die Leiterelemente eines Leitervorproduk tes läßt sich so erreichen, daß die einzelnen HTS-Leiterkerne K2 mit dem wenigstens einen Verfahrensschritt des Walzens zu mindest weitgehend gleichmäßige Querschnittsform erhalten. An exemplary embodiment of an end product of an HTS multifilament conductor according to the invention, which is present after corresponding deformation and heat treatment steps, is illustrated in FIG. 2 as a partial view of a cross section. The HTS conductor designated by 12, shown about half, has z. B. 19 conductor cores K2 from the HTS material in a normal malleitendes matrix 13th As is indicated in the figure by dashed lines L 1 and L 2 , the matrix 13 is composed of three matrix regions 13 1 , 13 2 and 13 3 , which differ from one another by the hardness of the material. The hardest material has the central area 13 1 , the softest the outer area 13 3 . The choice of the different matrix materials based on the corresponding cladding tube materials for the conductor elements of a conductor preproduct can be achieved in such a way that the individual HTS conductor cores K2 are at least largely uniform in cross-sectional shape with the at least one process step of rolling.
Dabei kann für jeden Leiterkern K2 vorteilhaft ein großes Aspektverhältnis (= Kernbreite b/Kerndicke d) zwischen etwa 20 und 80, insbesondere von mindestens 30, beispielsweise von etwa 55 eingestellt werden. Die Kerndicke d beträgt dabei vorzugsweise höchstens 20 µm und liegt insbesondere unter 15 µm. Entsprechende Multifilamentsupraleiter mit Leiterker nen aus (Bi, Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox können dann kritische Stromdichten Jc von über 50 kA/cm2 (bei 77 K, Nullfeld) erreichen.A large aspect ratio (= core width b / core thickness d) of between approximately 20 and 80, in particular of at least 30, for example of approximately 55, can advantageously be set for each conductor core K2. The core thickness d is preferably at most 20 μm and is in particular less than 15 μm. Corresponding multifilament superconductors with conductor cores made of (Bi, Pb) 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x can then reach critical current densities J c of over 50 kA / cm 2 (at 77 K, zero field).
Claims (11)
daß zunächst mindestens zwei Typen (T1, T2) von Leiterele menten (3 0, 3 1 bzw. 3 2, 3 3, 3 4) ausgebildet werden, die je weils einen von einem Hüllrohr (4 1 bzw. 4 4) aus Matrixmate rial umgebenen Kern (K1) aus Vormaterial des Supraleiterma terials enthalten, wobei sich die Hüllrohre (4 1, 4 4) der Typen (T1, T2) durch die Härte ihrer Materialien unter scheiden,
daß dann mehrere der Leiterelemente (3 0 bis 3 4) aus den Ty pen (T1, T2) zu einem Leitervorprodukt (2) derart zusammen gefaßt werden, daß die Leiterelemente (3 0, 3 1) mit dem här teren Hüllrohr (4 1) einen zentralen Leiterbereich ausfül len, der von mindestens einem Bereich mit weichere Hüllroh re (4 4) aufweisenden Leiterelementen (3 2, 3 3, 3 4) umschlos sen ist, und
daß anschließend dieses Leitervorprodukt (2) unter Ein schluß mindestens eines Walzschrittes verformt und/oder verdichtet und wenigstens einer Wärmebehandlung unterzogen wird.11. A method for producing a multifilament superconductor according to one of claims 1 to 10, characterized in that
that initially at least two types (T1, T2) of Leiterele elements ( 3 0 , 3 1 or 3 2 , 3 3 , 3 4 ) are formed, each one of a cladding tube ( 4 1 or 4 4 ) made of matrix mate rial surrounded core (K1) from the primary material of the superconducting material, the cladding tubes ( 4 1 , 4 4 ) of the types (T1, T2) differ by the hardness of their materials,
that then several of the conductor elements ( 3 0 to 3 4 ) from the Ty pen (T1, T2) to a conductor preliminary product ( 2 ) are summarized in such a way that the conductor elements ( 3 0 , 3 1 ) with the harder jacket tube ( 4 1 ) fill out a central conductor area, which is enclosed by at least one area with softer cladding tubes ( 4 4 ) having conductor elements ( 3 2 , 3 3 , 3 4 ), and
that this intermediate conductor product ( 2 ) is then deformed and / or compacted with at least one rolling step and subjected to at least one heat treatment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19621070A DE19621070C2 (en) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | High-Tc multifilament superconductor in tape form and process for its production |
Applications Claiming Priority (1)
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| K. FISCHER, et al.:"Processing, Microstructure and Critical Current density of 2223 BPSCCO/Ag Ta-pes. in: ---IEEE---Transactions on Applied Super- cond., Vol 5, Nr. 2, Juni 1995, S. 1259-1262 * |
| W.L. CARTER, et al.: "Advances in the Developement of Silver Sheathed (Bi.,Pb) 2223 Composite Con- ductors in:---IEEE---Transactions on Applied Su- perconductivity", Vol. 5, No. 2, Juni 1995, S.1145-1149 * |
| YAMADA et al.:"Microstructural study of Bi (2223) Ag tapes with Jc (77k,OT) values of up to 3,3x10 Acm-2, in: Supercond. Sci. Technol., Vol. 4, 1991, S.165-171 * |
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