DE19929653B4

DE19929653B4 - Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Mehrkernsupraleiters mit Hoch-Tc-Supraleitermaterial, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und mit dem Verfahren hergestellter Supraleiter

Info

Publication number: DE19929653B4
Application number: DE19929653A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kautz; Bernhard Dr. Roas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Bruker EAS GmbH
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2019-06-29
Also published as: DE19929653A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Supraleiters mit mehreren Leiterkernen, welche ein Supraleitermaterial mit einer metalloxidischen Hoch-T_c-Phase aufweisen und von einem normalleitenden Material umgeben sind, bei welchem Verfahren ein Leitervorprodukt mit von dem normalleitenden Material umgebenen, pulverförmigen Vormaterial des Supraleitermaterials erstellt wird und dieses Leitervorprodukt einem querschnittsvermindernden, das Vormaterial verdichtenden Verformungsprozeß und mindestens einer Glühbehandlung unterzogen wird, wobei der Verformungsprozeß mindestens einen Schritt zum Flachbearbeiten eines aus dem Leitervorprodukt gebildeten Rohleiters umfaßt, und als ein Walzgut der Rohleiter (2) oder ein daraus geformtes Leiterzwischenprodukt in wenigstens einem Walzschritt (B bis E) durch einen Walzspalt (7, 17) geführt wird, dessen Querschnittsfläche (q) durch zwei Bogenlinien umrandet ist, die zumindest weitgehend zwei Kreisbogenabschnitten (8b, 9b bzw. 18b, 19b) mit vorbestimmtem Kreisradius (R1, R1' bzw. R2, R2') entsprechen, und dessen Querschnittsfläche durch zwei Bogenlinien umrandet ist, welche jeweils zwischen zwei konzentrischen Kreislinien mit vorbestimmten Kreisradien liegen, wobei der Kreisradius der jeweils äußeren Kreislinie...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Supraleiters mit mehreren Leiterkernen, welche ein Supraleitermaterial mit einer metalloxidischen Hoch-T_c-Phase aufweisen und von einem normalleitenden Materialumgeben sind, bei welchem Verfahren ein Leitervorprodukt mit von dem normalleitenden Material umgebenen, pulverförmigen Vormaterial des Supraleitermaterials erstellt wird und dieses Leitervorprodukt einen querschnittsvermindernden, das Vormaterial verdichtenden Verformungsprozeß und mindestens einer Glühbehandlung unterzogen wird, wobei der Verformungsprozeß mindestens einen Schritt zum Flachbearbeiten eines aus dem Leitervorprodukt gebildeten Rohleiters umfaßt. Die Erfin dung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie einen mit diesem Verfahren hergestellten Supraleiter. Ein entsprechendes Herstellungsverfahren und ein damit hergestellter Supraleiter gehen z.B. aus der Veröffentlichung „Physica C", Vol. 250, 1995, Seiten 340 bis 348 hervor.
Es sind supraleitende Metalloxidverbindungen mit hohen Sprungtemperaturen T_c von über 77 K bekannt, die deshalb auch als Hoch-T_c-Supraleitermaterialien oder HTS-Materialien bezeichnet werden und insbesondere eine Flüssig-Stickstoff(LN₂)-Kühltechnik erlauben. Unter solchen Metalloxidverbindungen fallen insbesondere Cuprate von speziellen Stoffsystemen wie insbesondere von selten-erd-haltigen Basistyp Y-Ba-Cu-O oder der selten-erd-freien Basistypen Bi-Sr-Ca-Cu-O oder (Bi,Pb)-Sr-Ca-Cu-O. Innerhalb einzelner Stoffsysteme wie z.B. der Bi-Cuprate können mehrere supraleitende Hoch-T_c-Phasen auftreten, die sich durch die Anzahl der Kupfer- Sauerstoff-Netzebenen bzw. -Schichten innerhalb der kristallinen Einheitszellen unterscheiden und die verschiedene Sprungtemperaturen T_c aufweisen.
Mit den bekannten HTS-Materialien wird versucht, langgestreckte Supraleiter in Draht- oder Bandform herzustellen. Ein hierfür als geeignet angesehenes Verfahren ist die sogenannte „Pulver-im-Rohr-Technik", die prinzipiell von der Herstellung von Supraleitern mit dem klassischen metallischen Supraleitermaterial Nb₃Sn her bekannt ist. Entsprechend dieser 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, ein im allgemeinen pulverförmiges Vormaterial des HTS-Materials eingebracht, das im allgemeinen noch nicht oder nur zu einem geringen Teil die gewünschte supraleitende Hoch-T_c-Phase enthält. Das so zu erhaltende Leitervorprodukt wird anschließend in verschiedenen Verformungsschritten, die gegebenenfalls durch mindestens eine Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur unterbrochen sein können, auf die gewünschte Enddimension gebracht. Danach wird das so erhaltene Leiterzwischenprodukt zur Einstellung oder Optimierung seiner supraleitenden Eigenschaften bzw. zur Ausbildung der gewünschten Hoch-T_c-Phase mindestens einer Glühbehandlung unterzogen, die gegebenenfalls durch einen weiteren Verformungsschritt unterbrochen sein kann.
Bündelt man in an sich bekannter Weise entsprechende Hoch-T_c-Supraleiter oder deren Leitervorprodukte oder deren Leiterzwischenprodukte, so kann man auch Leiter mit mehreren supraleitenden Leiterkernen, sogenannte Mehrkern- oder Multifilamentsupraleiter, erhalten.
Bekannte Mehrkernsupraleiter mit HTS-Material haben bevorzugt eine Bandform. Um diese Form eines entsprechenden Leiterendproduktes zu erhalten, muß gemäß der eingangs genannten Literaturstelle ein Walzprozeß vorgesehen werden. Vor diesem Walzprozeß muß jedoch aus dem Leitervorprodukt ein im allgemeinen zylinderförmiger, vorverformter und vorverdichteter Verbundkörper erstellt werden mit einer im allgemeinen gleichverteilten Anordnung von Leiterkernen über den Querschnitt gesehen. Dieser nachfolgend als Rohleiter bezeichnete Verbundkörper wird dann mittels des im allgemeinen mehrere Walzschritte umfassenden Walzprozesses in die flache Bandform überführt, um so eine für eine hohe Stromtragfähigkeit notwendige Textur, d.h. eine weitgehend parallele Ausrichtung der Kristallebenen der supraleitenden Phase, zu erreichen. Hierzu muß das Vormaterial des Supraleiters insbesondere bei der Umformung des Rohleiters durch den Walzprozeß möglichst stark verdichtet werden. In der EP 0 475 466 A2 sind beispielsweise Walzprozesse beschrieben, die unterschiedliche Ausführungsformen langgestreckter Supraleiter betreffen.
Es zeigt sich jedoch, daß bei einer derartigen Herstellung eines bandförmigen Mehrkernsupraleiters eine vom Gesamtquerschnitt des Leiters her ungleichmäßige Verteilung der einzelnen Leiterkerne auftritt. Die einzelnen Leiterkerne variieren dabei in Dicke und Breite und führen aufgrund einer unterschiedlichen Verdichtung ihres pulverförmigen Vormaterials zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung im Leiterendprodukt. Diese Ungleichmäßigkeit hat in erster Linie ihre Ursache in dem mindestens einen Walzschritt, bei dem üblicherweise Walzenpaare einen Walzspalt mit rechteckigem Walzbereich begrenzen. Dann werden nämlich die Mittelbereiche des Leiters besonders stark gepreßt, während es in den seitlichen Randbereichen kaum zu einer Verdichtung des Vormaterials kommt. D.h., im Leiterendprodukt tragen dann mittlere Leiterkerne einen höheren Strom als äußere (seitliche) Leiterkerne. Außerdem können bei der Umformung durch solche Zylinderwalzen auftretende Zugspannungen in Breitenrichtung zu ausgeprägten Rissen im Supraleitermaterial führen. Desweiteren treten unerwünschte Scherungen auf, die ihren Ausgangspunkt an den Längskanten des Leiterbandes haben und diagonal zur gegenüberliegenden Kante laufen.
Man hat versucht, diese Problematik dadurch zu umgehen, daß man von vornherein ein Leitervorprodukt mit einer Rechteckgestalt vorsieht (vgl. z.B. EP 0 509 436 A ). Der Aufwand zum Aufbau und zur Verformung eines derart gestalteten Leiters ist jedoch sehr hoch.
In der DE 44 04 138 A1 ist ein langgestreckter Mehrkernsupraleiter beschrieben, der einen Querschnitt aufweist, der schematisch in Ellipsenform dargestellt ist. In der US 5,413,753 ist ein supraleitendes Band offenbart, das ebenfalls mit einem elliptisch geformten Querschnitt schematisch dargestellt ist. In der DE 197 57 331 C1 ist eine Walzenspalt beschrieben, der eine konkave, wenigstens annähernd elliptische Kontur aufweist.
Nachteilig ist, dass auch bei einer Behandlung des Rohmaterials mit elliptisch geformten Walzenspalten die seitlichen Randbereiche des Leiters einem Druck ausgesetzt werden, der sich von dem Druck auf den mittleren Bereich des Leiters unterscheidet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, daß mit ihm ein bandförmiger Mehrkernsupraleiter zu erhalten ist, der insbesondere in seinen seitlichen Randbereichen eine gegenüber bekannten Ausführungsformen verbesserte Stromtragfähigkeit (bzw. kritische Stromdichte) besitzt. Ferner sollen ein mit dem Verfahren herstellbarer Supraleiter und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
Die sich auf das Verfahren beziehende Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Hierbei wird als ein Walzgut der Rohleiter oder ein daraus geformtes Leiterzwischenprodukt in wenigstens einem Walzschritt durch einen Walzspalt geführt wird, dessen Querschnittsfläche durch zwei Bogenlinien umrandet ist, die zumindest weitgehend zwei Kreisbogenabschnitten mit vorbestimmtem Kreisradius entspre chen. Dabei sollte die Abweichung von der Idealform jedes Kreisabschnittes insbesondere höchstens so groß sein, daß die entsprechende Kontur des Walzspaltes in einem Bereich liegt, der jeweils durch zwei konzentrische Kreislinien beschreibbar ist, wobei der Kreisradius der jeweils äußeren Kreislinie höchstens um 10 % größer ist als der Kreisradius der von ihr eingeschlossenen inneren Kreislinie. Ein abschließender Walzschritt ist vorgesehen, bei dem das Walzgut mit einem Querschnitt versehen wird, der einen rechteckigen Mittelbereich und zwei sich daran anschließende, dreiecksförmige und spitz zulaufende Randbereiche enthält.
Die mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens erreichten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß aufgrund einer kreisbogenförmigen Kontur jeder Walzfläche eine vergleichsweise regelmäßigere Anordnung der einzelnen Leiterkerne und eine größere Breitung der seitlichen Randleiterkerne erreicht wird. Während nämlich der mittlere Bereich des Rohleiters bzw. des Walzgutes durch die kreisförmige Walzgeometrie stan dardmäßig auf eine übliche Dicke gewalzt wird, werden die seitlichen Randbereiche stärker auf geringere Dicken umgeformt. Da im Randbereich jedoch die Anzahl der Leiterkerne niedriger ist, stellt sich so zwangsläufig eine verhältnismäßig regelmäßige Geometrie ein. Durch die höhere Verdichtung der Leiterkerne wird dann vorteilhaft insgesamt eine höhere kritische Stromdichte des Leiterendproduktes erreicht. Diese Form der erfindungsgemäßen Walzung hat zudem einen positiven Einfluß auf das sogenannte Aspektverhältnis, d.h. auf den Quotienten aus Dicke und Breite, des Mehrkernleiters.
Beidem erfindungsgemäßen Verfahren bildet sich demnach durch die abgerundete Walzspaltgeometrie zumindest bei dem ersten Walzschritt (= Stich) eine geringere, abgeflachte Reibungszone im oberen und unteren Teil des Bandleiters aus, wodurch die Verdichtung in diesen Bereichen optimiert wird. Gleichzeitig wird der extreme Materialfluß im Mittelbereich Richtung Seitenränder reduziert, was eine homogenere Verdichtung der Randfilamente ermöglicht, da die spitz zulaufenden Seitenbereiche der Walzen die Randfilamente so optimal komprimieren können. Die Bandränder werden während ihres Fließens mit jedem Stich sukzessive verdichtet. Konventionelle Zylinderwalzen mit oder ohne Seitenbegrenzung sind jedoch nicht in der Lage, die Seitenbereiche in entsprechender Weise zu verdichten.
Durch den runden, homogenen Übergang von der Mitte des Leiters zu den Seiten hin entstehen keine abrupten Kanten, wie dies bei Zylinderwalzen der Fall ist. Dadurch können unerwünschte Scherungen vermieden werden. Desweiteren lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Walzverfahren Zugspannungen im Bandleiter verhindern. Risse und Brüche werden dadurch unterbunden, Inhomogenitäten bei der Umformung und insbesondere bei einer Phasenbildung der Hoch-T_c-Phase vom 2223-Typ des bekannten supraleitenden Bi-Cuprates deutlich reduziert.
Als besonders vorteilhaft ist anzusehen, wenn bei mehreren Walzschritten der Rohleiter durch mindestens zwei Walzspalte geführt wird, wobei die Kreisbogenabschnitte des ersten Walzspaltes einen kleineren Kreisradius aufweisen als die Kreisbogenabschnitte des nachfolgenden Walzspaltes. Auf diese Weise läßt sich eine Anpassung der Konturen an die mit jedem Walzschritt zunehmende Verbreiterung und Verdichtung des Rohleiters leicht vornehmen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Querschnittsfläche derart vorgesehen wird, daß das Walzgut nach dem Durchlaufen des Walzspaltes zumindest weitgehend die Querschnittsform des Walzspaltes angenommen hat. Dies ist durch geeignete Wahl der Kreisradien für die Kreisbogenabschnitte zu gewährleisten. Die Querschnittsfläche des Walzgutes soll nach dem Durchlaufen des Walzspaltes dann mindestens 90 %, vorzugsweise mehr als 95 % der Fläche des Walzspaltes einnehmen. Auf diese Weise ist gerade in den seitlichen Randbereichen eine besonders regelmäßige Geometrie der Anordnung der einzelnen Leiterkerne zu erreichen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch mindestens ein den Walzspalt vollständig umschließendes Walzenpaar. D.h., wegen der sich seitlich berührenden Walzen wird das Walzgut vorteilhaft an einem seitlichen Austritt aus dem Walzspalt und damit an einer unkontrollierten Verformung und Verdichtung gehindert.
Ein erfindungsgemäß hergestellter bandförmiger Mehrkernsupraleiter zeichnet sich durch eine Querschnittsform mit nach der Seite hin spitz zulaufenden, sich verjüngenden Randbereichen aus. Dabei kann die Querschnittsform einen zumindest annähernd aus zwei Kreisbogenabschnitten zusammengesetzten Rand besitzen. Die zulässige Abweichung von der jeweiligen Kreisform ist dabei entsprechend der Kontur der Walzfläche. Dieser Mehrkernsupraleiter kann dann noch im Bedarfsfalle nachträglich abgeflacht sein. Es läßt sich so vorteilhaft ein noch höherer Packungsfaktor eines Aufbaus aus mehreren solcher Mehrkernsupraleiter erreichen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und des erfindungsgemäß hergestellten Mehrkernsupraleiters gehen aus den jeweils abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung noch weiter erläutert. Dabei zeigen jeweils schematisch
deren 1 den Querschnitt eines Rohleiters,
deren 2 den Querschnitt dieses Rohleiters nach einem ersten erfindungsgemäßen Walzschritt,
deren 3 den Querschnitt des Rohleiters nach einem weiteren erfindungsgemäßen Walzschritt,
deren 4 den Querschnitt eines aus dem Rohleiter gebildeten Leiterendproduktes nach einem abschließenden Walzschritt,
deren 5 und 6 Querschnittsänderungen in einer Serie von entsprechenden Walzschritten und
deren 7 die für die Walzschrittserie nach 6 zu wählenden Kreisradien der Walzspaltkonturen.
In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein erfindungsgemäß hergestellter, nachfolgend als Leiterendprodukt bezeichneter Mehrkernsupraleiter stellt einen langgestreckten Verbundkörper in Bandform dar, der ein in ein normalleitendes Matrixmaterial eingebettetes Hoch-T_c-(HTS)-Supraleitermaterial wenigstens weitgehend phasenrein enthält. Als HTS-Material sind praktisch alle bekannten Hoch-T_c-Supraleitermaterialien, vorzugsweise selten-erd-freie, insbesondere Bi-haltige Cuprate, mit Phasen geeignet, deren Sprungtemperatur T_c über der Verdampfungstemperatur des flüssigen Stickstoffs (LN₂) von 77 K liegt. Ein entsprechendes Beispiel ist das HTS-Material vom Typ (Bi, Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x, das nachfolgend als Ausführungsbeispiel angenommen ist. Zur Herstellung eines entsprechenden HTS-Leiters kann vorteilhaft eine an sich bekannte Pulver-im-Rohr-Technik zugrundegelegt werden (vgl. z.B. DE 44 44 937 A ). Hierzu wird ein pulverförmiges Vorproduktmaterial, das eine Ausbildung der gewünschten supraleitenden Phase ermöglicht, oder das bereits ausgebildete supraleitende Material in ein erstes Hüllrohr eingebracht, dessen Material als Matrixmaterial für das fertige Endprodukt des Supraleiters dient. Für das Hüllrohr wählt man vorzugsweise ein Basismaterial, das bei der Leiterherstellung keine unerwünschte Reaktion mit den Komponenten des HTS-Materials wie mit Sauerstoff eingeht und das sich leicht verformen läßt. Deshalb ist als Basismaterial besonders ein Ag-Material geeignet, das entweder 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.
Der Aufbau aus dem Hüllrohr und dem von ihm umschlossenen Kern z.B. aus dem Vorproduktmaterial des HTS-Materials kann anschließend einer Abfolge von mehreren insbesondere querschnittsvermindernden Verformungsschritten unterzogen werden, um ein Leiterelement mit dem verdichteten Vorproduktmaterial zu erhalten. Für die Verformungsschritte kommen alle bekannten Verfahren wie z.B. Strangpressen, Gesenkschmieden, Hämmern und Ziehen in Frage, die auch miteinander kombiniert sein können. Diese mechanischen Behandlungen können sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden. Nach diesen Verformungsschritten liegt dann das Leiterelement in Form eines Verbundkörpers mit im allgemeinen kreisförmiger Querschnittsfläche vor.
Um zu einem Mehrkernleiter zu gelangen, wird in bekannter Weise eine Bündelung von mehreren solcher Leiterelemente in einem größeren (zweiten) Hüllrohr insbesondere aus dem Matrixmaterial vorgenommen. Selbstverständlich können auch andere vorgeformte oder gegebenenfalls vorgeglühte Leiter oder Leitervorprodukte in ein solches Hüllrohr eingebracht werden. Der so gewonnene Aufbau kann anschließend noch weiter kompaktiert werden, bevor er einem mindestens einen Walzschritt umfassenden Flachbearbeitungsprozeß unterzogen wird. Mit diesem Flachbearbeitungsprozeß ist eine dem angestrebten Endprodukt zumindest weitgehend entsprechende Bandform zu erhalten. Der vor diesem Flachbearbeitungsprozeß vorliegende Mehrkernaufbau sei nachfolgend als Rohleiter bezeichnet. Dieser Rohleiter muß außer dem Flachbearbeitungsprozeß noch einer Wärme- oder Glühbehandlung unterzogen werden, die wenigstens einen, im allgemeinen am Ende des Flachbearbeitungsprozesses vorzugsweise in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre wie z.B. an Luft durchzuführenden (Abschluß-)Glühschritt umfaßt. Auf diese Weise ist dem Vorproduktmaterial der für die Ausbildung der gewünschten supraleitenden Phase erforderliche Sauerstoff zur Verfügung zu stellen und/oder kann die Wiederherstellung dieser Phase gewährleistet werden.
Im allgemeinen setzt sich der Flachbearbeitungsprozeß aus mehreren Walzschritten zusammen. Dabei kann in einem ersten Walzschritt eine Grobverformung ohne Wärmebehandlung durchgeführt werden. Diesem ersten Walzschritt kann sich dann eine sogenannte thermomechanische Behandlung anschließen. Unter einer solchen Behandlung wird eine Abfolge von weiteren Walzschritten mit Zwischenglühungen zwischen diesen Schritten und der erforderliche Abschlußglühschritt verstanden. Gemäß der Erfindung sollen wenigstens einer dieser Walzschritte, vorzugsweise aber mehrere Walzschritte mit Walzpaaren einer an sich bekannten Walzanlage vorgenommen werden, deren Walzen erfindungsgemäß geformte Walzflächen aufweisen sollen, die im Walzbereich (= Erfassungsbereich des Walzgutes) jeweils eine konkave, wenigstens annähernd kreisbogenförmige Kontur beschreiben. Ein entsprechender Walzprozeß mit zwei von derartigen, auch als Kaliberwalzen bezeichneten Walzen auszufüh renden Walzschritten sei nachfolgend anhand der 1 bis 3 skizziert:
1 zeigt einen an sich bekannten Querschnitt (vgl. z.B. DE 196 21 070 A ) durch einen erfindungsgemäß zu verformenden Rohleiter 2, der durch eine Bündelungstechnik einer vorbestimmten Anzahl von Leiterelementen aufzubauen ist. Jedes Leiterelement setzt sich dabei aus einem Hüllrohr zusammen, das einen z.B. pulverförmigen Kern aus einem Vormaterial des HTS-Materials umschließt. Die Hüllrohr bilden zusammen mit einer sie umschließenden rohrförmigen Umhüllung eine normalleitende Matrix, in die die Kerne aus dem HTS-Vormaterial eingebettet sind. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde der Rohleiter 2 z.B. aus 61 Leiterelementen 3_i mit Kernen 4_i und Hüllrohren 5_i in einer rohrförmigen Umhüllung 6 durch Bündelungstechnik und Querschnittsverminderung und Kompaktierung des Aufbaus erstellt. In der Figur sind der besseren Übersicht wegen die Umrisse der einzelnen Hüllrohre veranschaulicht, obwohl diese bei der Verformung der Leiterelemente zu dem Rohleiter praktisch nicht mehr erkennbar sind.
Dieser Rohleiter wird dann einem Umformungsprozeß durch Walzen vorzugsweise mit mehreren Walzschritten unterzogen. Zumindest ein Walzschritt der thermomechanischen Behandlung kann dabei erfindungsgemäß vorgenommen werden. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn bereits der wenigstens eine dieser thermomechanischen Behandlung vorgeschaltete Walzschritt entsprechend durchgeführt wird. Gemäß 2 sei ein solcher Walzschritt angenommen. Die Figur zeigt ein einen Walzspalt 7 begrenzendes Paar von Walzen 8 und 9. Diese Walzen haben dabei eine im wesentlichen zylinderförmige Gestalt, wobei ihre äußeren Zylindermantelflächen 8a und 9a keinen durchgehend konstanten Kreisdurchmesser wie üblich besitzen sollen. Vielmehr soll die Kontur 8b bzw. 9b der Mantelfläche im Walzbereich 7a konkav, wenigstens annähernd kreisbogenförmig so verlaufen, daß sich dort ein zur Mittellinie M des Walzspaltes verjüngender Durchmesser D der Walzen ergibt. Die Walzen liegen dabei außerhalb des Walzspaltes 7 aneinander an. Der mit derartigen Walzen 8 und 9 zu einem ersten Leiterzwischenprodukt flachgearbeitete Rohleiter (= Walzgut) ist in der Figur mit 2a bezeichnet. Seine Querschnittsfläche q soll dabei nach dem Durchlaufen des Walzspaltes 7 zumindest weitgehend, vorzugsweise mindestens 90 % und insbesondere mehr als 95 der Fläche des Walzspaltes einnehmen. In der Figur ist angenommen, daß der Querschnitt des Walzspaltes praktisch vollständig von dem Walzgut bzw. Leiterzwischenprodukt ausgefüllt wird.
Die Kontur 8b bzw. 9b der Zylindermantelflächen 8a bzw. 8b im Bereich des Walzspaltes wird jeweils durch einen mit demselben Bezugszeichen versehenen Kreisbogenabschnitt eines Kreises mit dem Radius R1 bzw. R1' festgelegt. Dabei sind geringfügige Abweichungen der Radien über die Bogenlinie gesehen mit eingeschlossen. D.h., die Kontur jeder Zylindermantelfläche im Walzspalt soll durch eine Linie beschreibbar sein, die zwischen zwei konzentrischen Kreisen liegt, wobei der äußere Kreis höchstens um 10 % größer als der von ihm eingeschlossene innere Kreis gewählt ist.
Die konkrete Wahl der Größen der im allgemeinen gleichen Radien R1 und R1' der beiden Kreisbogenabschnitte mit den Konturen 8b und 9b hängt dabei unter anderem insbesondere von dem jeweiligen Verformungsgrad und der Querschnittsform des zu walzenden Körpers bzw. Walzgutes ab. Dabei kann es gegebenenfalls vorteilhaft sein, wenn man ein Walzgut mit zunächst kreisförmigem Querschnitt wie z.B. den Rohleiter 2 in einem ersten Verformungsschritt mit Walzen verformt, deren Konturkreisbögen jeweils einen kleineren Radius R1 bzw. R1' haben, während man für mindestens einen späteren Walzschritt einen größeren Radius vorsieht. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung zugrundegelegt. D.h., bei dem in 3 angedeuteten Walzschritt ist der Radius R2 bzw. R2' um einen vorbestimmten Faktor, beispielsweise um einen Faktor 2, größer gewählt gegenüber den Radien R1 bzw. R1' nach 2. Selbstverständlich sind insbesondere für mehr als zwei Walzschritte auch andere Vergrößerungsfaktoren der Radien wählbar. Das nach einem zweimaligen Walzen aus dem Rohleiter hervorgegangene zweite Leiterzwischenprodukt ist in 3 mit 2b bezeichnet, während die Walzen mit 18 und 19, deren durch Kreisbogenabschnitte gebildete Konturen mit 18b und 19b sowie der zwischen ihnen ausgebildete Walzspalt mit 17 bezeichnet sind.
Am Ende eines Flachbearbeitungsprozesses mit Walzen mit der erfindungsgemäßen Kreisbogenkontur ist noch ein Flachbearbeitungsschritt mit zylinderförmigen Walzen mit zumindest im Mittelbereich konstantem Durchmesser im Walzbereich vorgesehen. Entsprechend abgeflachte Leiter ermöglichen einen Aufbau aus mehreren übereinanderliegenden Leitern mit hoher Packungsdichte. Wie aus 4 entnehmbar ist, ist auch hier aus Gründen einer weitgehend gleichmäßigen Verformung in den seitlichen Randbereichen des Leiters eine Kontur der Walzflächen derart vorgesehen werden, daß der Walzspalt seitlich durch die Walzen geschlossen ist und sich nach den seitlichen Rändern hin verjüngt. Gemäß 4 weist jede der einen Walzspalt 27 begrenzenden Konturen 28b und 29b zweier Walzen 28 und 29 einen geraden, ungekrümmten Teil k1 bzw. k1' und zwei dazu schräg verlaufende Seitenteile k2 und k3. bzw. k2' und k3' auf. Ein entsprechendes Leiterendprodukt 2c besitzt somit eine Querschnittsfläche, die durch einen rechteckigen Mittelbereich 21 und zwei dreiecksförmige Randbereiche 22 und 23 beschreibbar ist, wobei die spitz aufeinander zu laufenden Seitenteile k2, k2' bzw. k3, k3' die Randbereiche begrenzen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren unter Einplanung mehrerer Walzschritte bzw. Stiche sollte eine Reihe an sich üblicherweise eingehaltener Randbedingungen berücksichtigt werden. Dies sind insbesondere

– der Ausgangsdurchmesser des Rohleiters 2,
– die gewünschte Endgeometrie des Leiterendproduktes,
– die Anzahl der Walzschritte bzw. Stiche und
– der Umformungsgrad pro Stich.

Unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen werden die Geometrien der einzelnen Walzen gewählt. Dabei ist zu beachten, daß sich die Querschnittskontur der Kaliberwalzen, die sich immer auf eine Walzenseite bezieht, stets nach der des vorhergehenden Stiches richten muß.
Vorzugsweise sollten

– die Schnittpunkte der Umfangslinien bzw. die Schnittpunkte der angelegten Tangenten zweier aufeinanderfolgenden Stiche vom Mittelpunkt, d.h. dem Schnittpunkt aus horizontaler und vertikaler Symmetrielinie ausgehend zu beiden Seiten der vertikalen Symmetrielinie einen Abstand von mindestens 50 der Breite des zweiten Stiches aufweisen,
– der Winkel, der von den Konturen bzw. deren Tangenten im Schnittpunkt der Kreisbogenlinien eingeschlossen wird, höchstens 45° betragen,
– zwischen den beiden Schnittpunkten von Querschnittskonturen zweier aufeinanderfolgender Stiche die Kontur des zweiten Stiches vollkommen innerhalb der des ersten liegen und
– der Winkel, den die horizontale Symmetrielinie im Schnittpunkt mit der Walzkontur bzw. der dort angelegten Tangente einschließt, mit jedem folgenden Stich um mindestens 10 geringer sein als beim vorhergehenden Stich.

Bei den anhand der 5 bis 7 nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen sind diese Randbedingungen eingehalten.
5 zeigt als Ausführungsbeispiel die Konturen der Walzspalte bzw. des Walzgutes zu einer erfindungsgemäßen Herstellung eines bandförmigen Multifilamentsupraleiters in einem Maßstab von etwa 25:1. Die sich dabei nacheinander ergebenden Konturen sind mit A, B, C, D, E und F bezeichnet. Von einem beispielsweise 3 mm-Runddraht als Rohleiter (Kontur A) ausgehend möchte man in fünf Walzschritten bzw. Stichen (B, C, D, E, F), den in jeweils eine Dickenreduktion von etwa 0,45 mm zugeordnet ist, ein bandförmiges Leiterendprodukt herstellen, dessen Breite 6 mm und dessen Dicke 0,75 mm betragen (Kontur F). Die Zunahme der Bandleiterbreite soll hier etwa 0,6 mm pro Strich ausmachen.
In der Abfolge B-C-D-E-F wird das Walzgut durch verschiedene Geometrien von Kaliberwalzen in die Bandform gebracht. Die Querschnitte der einzelnen Kaliber bei B, C, D und E beschreiben Kreissegmente, welche durch die jeweilige Dickenreduktion (z.B. für B: y) und die vorgegebene Breitung (z.B. für B: z bzw. z') festgelegt sind. Die horizontale Symmetrielinie stellt die Begrenzung des Kreissektors dar. Die ermittelten Kreismittelpunkte, die auf der vertikalen Symmetrielinie liegen, sind mit M₁ bis M₅ gekennzeichnet, wobei mit M₀ der Kreismittelpunkt des Rohleiters 2 (Kontur A) bezeichnet ist. Für die Umformung F besteht die Form der Walzen gemäß 4 aus einem zylindrischen Anteil, der sich etwa über die Breite des Ausgangsrunddrahtes (hier 3 mm) erstreckt und anschließend beidseitig bis zur vorgegebenen Endbreite spitz zuläuft. Bis zu welchem Punkt sich der zylindrische Anteil erstreckt und in welchem Winkel die Endspitzen zulaufen, ergibt sich aus den jeweiligen Randparametern.
In 6 ist eine entsprechende Verformung eines Rohleiters mit 1,35 mm Radius in 5 Walzschritten zu einem 3 mm breiten und 0,3 mm dicken Leiterendprodukt eines bandförmigen Multifilamentsupraleiters nach der Erfindung in einzelnen aneinandergefügten Querschnittsbildern veranschaulicht. In dieser Figur sind ferner die einzelnen Abmessungen der Breite b und Dicke d des Walzgutes bzw. die entsprechenden Abmessungen des jeweils zugeordneten Walzspaltes 7, 17, 27 angegeben. Diese Werte sind gesondert auch in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt, wobei die Stichbezeichnung aus 5 übernommen ist:
Tabelle
7 zeigt die zugehörenden Radien R der Kreisbogenabschnitte der einzelnen Walzspalte.
Für die Serie von Walzschritten B bis E nach den 6 und 7 lassen sich vorteilhaft die folgenden Beziehungen angeben:
In den Beziehungen bedeuten:

R: = Radius der Kreisbogenkontur des nächsten Walzschrittes,
b: = Breite des zu walzenden Objektes (Walzgutes),
d: = Dicke des zu walzenden Objektes (Walzgutes),
x: = Abstand des Kreismittelpunktes der Kreisbogenkontur vom Mittelpunkt des Walzgutes bzw. Walzspaltes (= Mittelpunktsverschiebung).

Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, daß der Walzprozeß aus mindestens zwei Walzschritten besteht, wobei die hierfür erforderlichen Wal zenpaare abgesehen von den Einschnürungen ihrer Durchmesser in ihrem Mittelbereich des Walzspaltes gleiche Durchmesser haben. Selbstverständlich können sich die einzelnen Walzschritte auch mit Walzenpaaren durchführen lassen, die sich von Schritt zu Schritt hinsichtlich des Durchmessers unterscheiden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zwar im Hinblick auf fertigungstechnische Gesichtspunkte besonders vorteilhaft, wenn man einen Rohleiter mit kreisförmigem Querschnitt vorsieht, der dann einem Walzen gemäß der Erfindung unterzogen wird. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf eine derartige Querschnittsform eines Rohleiters beschränkt. Auch kann gemäß einer nicht beanspruchten Abwandlung auf die abschließende Abflachung des mehrfach erfindungsgemäß gewalzten Leiters gegebenenfalls verzichtet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Supraleiters mit mehreren Leiterkernen, welche ein Supraleitermaterial mit einer metalloxidischen Hoch-T_c-Phase aufweisen und von einem normalleitenden Material umgeben sind, bei welchem Verfahren ein Leitervorprodukt mit von dem normalleitenden Material umgebenen, pulverförmigen Vormaterial des Supraleitermaterials erstellt wird und dieses Leitervorprodukt einem querschnittsvermindernden, das Vormaterial verdichtenden Verformungsprozeß und mindestens einer Glühbehandlung unterzogen wird, wobei der Verformungsprozeß mindestens einen Schritt zum Flachbearbeiten eines aus dem Leitervorprodukt gebildeten Rohleiters umfaßt, und als ein Walzgut der Rohleiter (2) oder ein daraus geformtes Leiterzwischenprodukt in wenigstens einem Walzschritt (B bis E) durch einen Walzspalt (7, 17) geführt wird, dessen Querschnittsfläche (q) durch zwei Bogenlinien umrandet ist, die zumindest weitgehend zwei Kreisbogenabschnitten (8b, 9b bzw. 18b, 19b) mit vorbestimmtem Kreisradius (R1, R1' bzw. R2, R2') entsprechen, und dessen Querschnittsfläche durch zwei Bogenlinien umrandet ist, welche jeweils zwischen zwei konzentrischen Kreislinien mit vorbestimmten Kreisradien liegen, wobei der Kreisradius der jeweils äußeren Kreislinie höchstens um 10 % größer ist als der Kreisradius der von ihr eingeschlossenen inneren Kreislinie, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem wenigstens einen Walzschritt (B bis E) ein abschließender Walzschritt (F) vorgesehen wird, bei dem das Walzgut mit einem Querschnitt versehen wird, der einen rechteckigen Mittelbereich (21) und zwei sich daran seitlich anschließende, dreiecksförmige und spitz zulaufende Randbereiche (22, 23) enthält (4).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querschnittsfläche (q) derart vorgesehen wird, daß das Walzgut nach dem Durchlaufen des Walzspaltes (7, 17) zumindest weitgehend die Querschnittsform des Walzspaltes angenommen hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Walzschritte (B bis E) vorgesehen werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut durch mindestens zwei Walzspalte (7, 17) geführt wird, wobei die Kreisbogenabschnitte (8b, 9b) des ersten Walzspaltes (7) einen kleineren Kreisradius (R1, R1') aufweisen als die Kreisbogenabschnitte (18b, 19b) des nachfolgenden Walzspaltes (17).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier Walzabschnitte (B bis E) mit von Kreisbogenabschnitten gebildeter Kontur des jeweiligen Walzspaltes vorgesehen werden, für die folgende Beziehungen gelten:
wobei R der Radius der Kreisbogenkontur des nächsten Walzschrittes, b die Breite des Walzgutes, d die Dicke des Walzgutes und x der Abstand des Kreismittelpunktes der Kreisbögen vom Mittelpunkt des Walzgutes sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut (2) mit kreisförmigem Querschnitt (A) dem wenigstens einen Walzschritt (B bis E) unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitervorprodukt nach einer Pulver-im-Rohr-Technik erstellt wird und der Rohleiter (2) mit einem Bündel aus solchen Leitervorprodukten gebildet wird.
Bandförmiger Mehrkernleiter, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Querschnittsform mit einem rechteckigen Mittelbereich (21) und zwei sich daran seitlich anschließenden, dreiecksförmigen und spitz zulaufenden Randbereichen (22, 23).
Supraleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet durch Leiterkerne mit einer Hoch-T_c-Phase vom 2223-Typ eines supraleitenden Bi-Cupratmaterials.
Supraleiter nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch normalleitendes Material aus Ag oder aus einem Ag-haltigen Material.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung eines bandförmigen Supraleiters mit mehreren Leiterkernen, welche ein Supraleitermaterial mit einer metalloxidischen Hoch-T_c-Phase aufweisen und von einem normalleitenden Material umgeben sind, bei welchem Verfahren ein Leitervorprodukt mit von dem normalleitenden Material umgebenen, pulverförmigen Vormaterial des Supraleitermaterials erstellt wird und dieses Leitervorprodukt einem querschnittsvermindernden, das Vormaterial verdichtenden Verformungsprozeß und mindestens einer Glühbehandlung unterzogen wird, wobei der Verformungsprozeß mindestens einen Schritt zum Flachbearbeiten eines aus dem Leitervorprodukt gebildeten Rohleiters umfaßt und als ein Walzgut der Rohleiter oder ein daraus geformtes Leiterzwischenprodukt in wenigstens einem Walzschritt durch einen Walzspalt geführt wird, mit einem Walzspalt (7, 17), dessen Querschnittsfläche (q) durch zwei Bogenlinien umrandet ist, die zumindest weitgehend zwei Kreisbogenabschnitten (8b, 9b bzw. 18b, 19b) mit vorbestimmtem Kreisradius (R1, R1' bzw. R2, R2') entsprechen, und durch mindestens ein den Walzspalt (7, 17) vollständig umschließendes Walzenpaar (8; 9 bzw. 18, 19), und durch mehrere, jeweils einen Walzspalt (7, 17) umschließende Walzenpaare (8, 9 bzw. 18, 19), wobei die Querschnittsfläche (q) des folgenden Walzspaltes um mindestens 10 % kleiner ist als die des vorangehenden, gekennzeichnet durch einen Walzspalt (27), dessen Querschnittsfläche durch einen rechteckigen Mittelbereich (21) und zwei sich daran seitlich anschließende, dreiecksförmige und spitz zulaufende Randbereiche (22, 23) begrenzt ist.