DE2043336A1

DE2043336A1 - Supraleiter

Info

Publication number: DE2043336A1
Application number: DE19702043336
Authority: DE
Inventors: Alan Lichfield Stafford shire McDougall lan Leitch Sutton Cold field Warwickshire Barber Anthony CUf ford Lichfield Staffordshire Woolcock, (Groß britannien) HOIb
Original assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Current assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Priority date: 1969-09-02
Filing date: 1970-09-01
Publication date: 1971-03-11
Also published as: FR2060814A5; US3686750A; BE755631A; GB1263518A; US3760092A; CH544428A

Description

PATEN	TAN WALTE	Oipl Dipl	.-Ing. .-Ing.	H.Tiedtke R. Kinne	.2043338
Dipl.-Chem. Dipl.-Chem.	Dr.D.Thomsen G.Büh!ing				MÜNCHEN 2 TAL 33 TEL. 0811/2268M 295051 CABLES: THOPATENT TELEX: 5FOLGT
DipL-Ing.	W.Weinfcaü!f			FfiÄNXFUßT {MAIN} SO FUCHSWQHL 71 rau m-usvKt»

Arilwont erbeten nach*

2 1» Septejnber 1970· T 3BD3 / case K* 22163

Imperial Metal Industries (Kynoch) Limited Birmingham, Großbritannien

supraleiter

Die I'rfindun^ bezieht sich auf elektrinche Leiter und inGLer;ondcre auf ein Verfahren zur Iicrstdlunr, eines zusanmenr,'OGetaten elektrischen Supraleitern und solch eine Cu-pralcitcr-Zuaarnmenaetzunn» in der eine Anzahl vcn eich in Län^ürichtun)i erstreckenden Fasern eines supraleitenden Materials in einem delmbaren nor:.ialen !!atorial und in thermischem und elektrischem Kontakt mit

diesem eingebettet .sind. Im folgenden v/ird unter "dehn-109811/1500

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bares normales Material" ein dehnbares Material verstanden, das bei der Temperatur des Siedepunktes von flüssigem Helium, d.h. bei 4,2° K, nicht supraleitend ist»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zusammengesetzten Supraleiter und ein Verfahren zu dessen Her-stellung zu schaffen, wobei die Kerstellungstechnik gegenüber den bisher verwendeten Techniken vereinfacht ist^ jedoch eine zufriedenstellende Supraleiter-Zusammensetzung hervorbringt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Supraleiter-Zusammensetzung besteht- darin₃ daß eine Stange dehnbaren normalen Materials in ihrem Umfang mit einer Anzahl sich in Längsrichtung erstreckender Nuten versehen wird, die teilweise in Richtung auf die Längsachse der Stange eindringen, daß in zumindest eine Nut mindestens eine sich längs der Nutenlänge erstreckende Supraleiter-Paser eingebracht wird und daß die Nutenöffnungen geschlossen werden.

Die Erfindung besteht ebenfalls aus der Supraleiter-Zusammensetzung, die in Übereinstimmung mit dem vorstehenden Verfahren hergestellt wurde.

Vorzugsweise sind alle Nuten mit entsprechenden Supraleiter-Fasern oaer Fäden versehen.

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Vorzugsweise ist jede Supraleiter-Faser in einer Gruppe derartiger Fasern vorgesehen, die zusammengehalten und in einem Draht aus dehnbaren normalen Material eingebettet sind; dieser zusammengesetzte Draht wird in die entsprechende'Nut eingesetzt, um dort die Supraleiter-Fasern einzubringen.

Im Bedarfsfall können einige der Nuten mit einem Verstärkungsdraht aus einem Material mit größerer spezi-'-f is eher Festigkeit als die des dehnbaren normalen Materials versehen sein; der oder jeder Verstärkungsdraht kann eine 'feste Kupfer-Berylliumlegierung, korrosionsbeständiger Stahl, Kupfer-Nickel oder beispielsweise Titan sein, insbesondere wenn das dehnbare normale Material Kupfer oder Aluminium ist.

Längs der¹ Längsachse der Stange kann ein Hohlraum vorgesehen sein, wodurch die Stange röhrenförmig ist; auf diese Weise kann die Verv?endung der Supraleiter zusammensetzung in einen Kühlmedium aus flüssigem PIeIium durch Zufuhr des flüssigen Heliums zu dem hohlen Innenraum der Stange zusätzlich oder als Ersatz zur Außenkühlung der Stange erleichtert sein.

Alternativ kann längs der Längsachse der Stange · ^^^;?<*ft)98i1/U0n BAD ORIGINAL

einer der Verstärkungsdrähte entweder allein oder als
Zentrum einer Reihe daraus vorgesehen sein.

Die Erfindung wird in folgenden anhand sch erratischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansieht eines ersten Ausführungsbeispiels eines zusammengesetzten Supraleiters ;

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des

in Fig. 1 dargestellten Supraleiters in einer späteren Herstellungsstufe;

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines

zweiten Ausführungsbeispiels eines zusammengesetzten Supraleiters;

Fig. M- zeigt eine Querschnittsansicht des in Fig. 3 dargestellten Supraleiters in einer späteren Herstellungsstufe;

Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines

dritten Ausführungsbeispiels eines zu-

jAVif&to ^«109811/1500

samn-engesctzten Supraleiters; und

^:Fig. -6 zeigt eine, sehaubildliehe Ansicht einer !Komponente eines abgeänderten Beispiels.

Ib den 'Fig. .1 und 2 ist ein erstes Ausführungs-

bcispiel eines zusarrjncngjc.s.etzten Supraleiters dargestellt, d ir. den eine Stange 10 aus dehnbaren normalen l'aterial — in: typischen Fall hochleitf c'lhiges Xupfer - an ihren Umfang mit zwölf in gleichen; Abstand befindlichen 2TuI:en 11 versehen ist, von denen jede längs eines entsprechenden Radius von den Zentrum der Stange 10 und li'ngs der Länge der Stange 10 parallel zu deren Achse liegt.

In joder Hut 11 ist ein zusammengesetzter Draht 12 vorgesehen, der aus einem Draht aus Kupfer oder anderem dehnbaren normalen Material besteht, der einen Durchmesser annähernd .gleich der Weite der Nut hat und in gutem elektrischen und thermischen Kontakt eine · Anzahl von Fasern eines dehnbaren supraleitenden Materials enthalt. Das supraleitende Material dieses Beispiels ist die Legierung Niob-M'i üew.-% Titan. Jeder Draht 12 kann jede gewünschte Anzahl an Cuyraleiter-Fasern enthalten und beispielsweise durch die Verfahren gem/iß dem britischen Patent 1 178 115 hergectellt sein.

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Die Drähte 12 v/erden in ihren entsprechenden Nuten 11 durch einen Mantel .13 aus Kupfer oder anderen dehnbarem normalen Material gehalten, der den Umfang der Stange 10 umgibt und die Muten 11 schließt und damit die Drähte 12 zwischen den Wänden der Nuten und der Innenfläche des Mantels 13 einschließt.

Die so gebildete Anordnung kann beispielsweise indem sie gesenkgeschmiedet, dann gewalzt und dann gezogen wird, verdichtet und verlängert werden. Wenn gewünscht , kann die Endkonfiguration der Anordnung die in Fig. 2 dargestellte sein.

In der in den Fig'. 3 und 4 dargestellten zweiten Auoführungsform des erfindungsgemäßen Supraleiters ist eine Kupferstange 15 mit acht in gleichem Abstand befindlichen Nuten 16 versehen, die jeweils in einer entsprechenden radialen Ebene durch die Längsachse der Stange liegen und sich jeweils längs der Stange parallel zu deren Achse erstrecken. Jede Nut 16 besitzt eine Tiefe, die etwa das doppelte ihrer Breite ist.

In jeder Nut 16 sind entweder ein oder zwei zusammengesetzte Drähte 17 vorgesehen, die ähnlich den im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiol des erfindungsgomäßen Supraleiters beschriebenen zusammengesetzten Drähten 12 sind* jeder Draht 17 hat einen Durch-10 9 811/15 0 0

messer, der annähernd gleich der Breite der entsprechenden Nut 16 ist. Wenn zwei zusammengesetzte Drähte 17 in jeder Nut 16 vorgesehen sind, ist diese Nut fast gefüllt; wenn jedoch nur ein zusammengesetzter Draht 17 für jede Nut 16 erforderlich ist, kann ein Fülldraht verwendet werden, der die gleichen physikalischen Dimensionen wie die zusammengesetzten Drähte.. 17 besitzt und aus Kupfer besteht,' jedoch keine supraleitenden Pasern enthält.

Die so gebildete Anordnung wird gesenkgeschmiedet, gewalzt und gezogen, um die Nuten 16 gegen die zusammengesetzten Drähte 17 zu schließen und die Anordnung zu verlängern. Im Bedarfsfall kann die physikalische Endkonfiguration der Anordnung die in Fig. 4 dargestellte sein.

In Pig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Supraleiters dargestellt, bei dem eine Kupferstange 20 vorgesehen ist, um deren Außenumfang afilf in gleichem Abstand befindliche sich in Längsrichtung erstreckende Nuten 21 vorgesehen sind, von denen jede eine Tiefe hat, die etwa gleich der Hälfte ihrer Breite ist.

In jeder Nut 21 ist ein entsprechender zusammengesetzter Draht 22 vorgesehen, der den Drähten 12 und 17 des ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Supraleiters ähnlich ist; jeder zusammengesetzte Draht 22 hat einen Durchmesser, der etwa gleich der Breite seiner Nut ist. Dom-

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zufolge ragt joder Draht 22 über seine N'ut 21 hinaus. Ur. die Nuten 21 zu schließen und die Drähte 22 in den Nuten einzuschließen, ist um die Stange 20 ein Aluminiumblech gelegt, das fest gegen die äußeren Oberflächen der Drähte 22 und den Umfang der Stange 20 gepreßt ist und dessen einander gegenüberstehende Kanten bei 23 zusammengeschweißt sind.

Die so gebildete Anordnung wird durch Gesenkschmieden und Ziehen verdichtet und kann auf eine gewünschte Konfiguration gewalzt werden.

In Fig. 6 ist eine abgeänderte Form dargestellt, die auf jedes der drei vorstehend beschriebenen Beispiele angewendet werden kann, indem die Nuten 11, 16 bzw. 21 der drei Beispiele in einer Schraubenform vorgesehen werden, so daß sich jede Nut über die Länge ihrer Stange in einem spiralförmigen Wegverstreckt. Dies kann hinsichtlich der Supraleit-Stabilität der sich ergebenden Zusammensetzung und der Handhabung der Zusammensetzung bei der Herstellung Vorteile ergeben. Fig. 6 veranschaulicht eine weitere Abänderung des erfindungsgemäßen Supraleiters, die darin besteht, daß jede Stange 10, 15 bzw. 20 der drei vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele mit einer zentralen öffnung versehen sein kann, so daß sie röhrenförmig wird. Die öffnung kann für die Hindurchführung von flüssigem Helium verwendet werden oder eventuell durch Einsetzen eines Verstärkungsdrahts gefüllt werden.

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In einer- weiteren'Abänderung können die Hüten in einem Winkel zu den entsprechenden Radius von der Längsachse der Stange 2uni Mittelpunkt der Nutenöffnung vorgesehen sein. In diesen Fall werden die Nuten vorzugsweise durch Gesenkschmieden uor Stange geschlossen; alternativ können die Nuten durch ein Ziehverfahren geschlossen werden. Das Gesenkschmieden und Ziehen kann entweder bei Raumtemperatur oder bei einer erhöh- λ ten temperatur bis zu SOO⁰C durchgeführt werden.

Um die Oberflächenbeschaffenheit der Außenoberfläche uor Stange . zu verbessern oaer das Schließen eier Nuten zu unterstützen, kann entweder vor oder nach dem Schließen der Nuten die Stange in ein vorgeformtes Rohr aus einem dehnbaren normalen Material eingesetzt werden, oder eine Röhre kann an Ort una Stelle durch Einhüllung der Stange in einen Streifen aus dehnbarem normalem Material erzeugt werden, wobei die einander gegenüberstehenden Kanten, wie beim dritten Ausführungsbeispiel ™ beschrieben, nahtgeschweißt werden. Die so gebildete Anordnung kann uann im Bedarfsfall rundgewalzt oder gezogen werden.

In einer Abänderung der im vorhergehenden beschriebenen Verfanren Kann die Stange dadurch hergestellt werden, daß ein Streifen aus dehnbarem normalem Material, in dessen einer Oberfläch'.· die Nuten gebildet sind, um seine Breite gebogen wird, um seine Kanten zusammenzuführen. Die Planten werden dann iiuaam* ge^chweiiit. Das so gebiluote Innere kann leergelasaen werden, wGuui'ch eine Hührc* erzeugt wix'd, oder eine Röhre oder •■-ν. ,-; oi#9 8 1 1 / 1 ', 0 0

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feste Stange des gleichen oder eines anderen dehnbaren normalen Materials kann als Dorn für den Streifen vorgesehen werden und in der Lage innerhalb des zusammengeschweißten Streifens belassen werden. Die Röhre oder feste Stange kann aus Verstärkungsmaterial, beispielsweise korrosionsfestem Stahl bestehen.

Wenn der in seine entsprechende Nut eingesetzte Draht mehr als eine Supraleitfaser enthält, wird er vorzugsweise vor dem Einsetzen verdrillt, um die magnetische Kopplung zwischen verschiedenen Längen aus supraleitendem Material zu verringern.

Wenn jeder Draht aus einer Matrix aus dehnbarem normalem Material besteht, das eine, Anzahl von supraleitenden Fasern enthält, wirkt das dehnbare normale Material in dem Draht und der Stange stets als Not-Shunt für den Fall eines 2usammenbrechens der Supraleitfähigkeit der Supraleit-Fasern. Das dehnbare normale Material liefert ebenfalls mechanische Festigkeit und trennt die Fasern voneinander und leitet bei seiner Kühlung Wärme ab. Wenn die Fasern aufgrund ihres Durchmessers und Verdrillung von sich aus stabil sind (wie in der britischen Patentanmeldung Nr. 16G23/68 - Serial - No. 812015 beschrieben), hat das dehnbare normale Material keine andere thermische oder elektrische Wirkung. Wenn die Supraleit-Fasern von sich aus nicht stabil sind, wirkt das normale Material ebenfalls als Stabilisator für das supraleitende Material, der jegliche in dem Supraleit-Material durch Flußsprünge erzeugte Wärme ablei-

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tet und absorbiert.

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Claims

Patentansprüche

v i.yv<

./Verfahren zur Herstellung einer Supraleiter-Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stange (10,15,20) dehnbaren normalen Materials in ihrem Umfang mit einer Anzahl sich in Längsrichtung erstreckender Nuten (11,16,21) versehen wird, die teilweise in Richtung auf die Längsachse der Stange vordringen, daß in zumindest eine Nut mindestens eine sich längs der Nutlänge erstreckende Supraleiter-Faser eingebracht wird und daß die Nutenöffnungen geschlossen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Nuten (11,16,21) mit entsprechenden Supraleiter-Fasern versehen werden.

j5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Supraleiter-Faser in einer Gruppe von derartigen Fasern vorgesehen wird, die in einem Draht aus normalem Material zusammengehalten und eingebettet sind, und daß der Draht in die entsprechende Nut (11,16,21) eingesetzt wird, um die Supraleiter-Fasern hineinzuführen.

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden'Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Nuten (11, 16,21) mit einem entsprechenden Verstärkungsdraht, aus einem Material versehen sind, das eine größere spezifische Festigkeit als das dehnbare normale Material aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (10,15,20) mit einer öffnung längs ihrer Längsachse versehen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung einen Verstärkungsdraht aus einem Material mit einer größeren spezifischen'Festigkeit als die des dehnbaren normalen Materials enthält.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit einer größeren spezifischen Festigkeit als die des dehnbaren normalen Materials aus Kupfer-Berrylium-Legierungen, korrosionsfestem Stahl, Kupfer-Nickel oder Titan besteht.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (10,15,20) in eine Röhre aus dehnbarem normalen Material eingesetzt wird und daß die sich ergebende Anordnung verlängert wird, um die Supraleiter-Zusammensetzung zu bilden.

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9. Supraleiter-Zusammensetzung, gekennzeichnet durch eine Stange (10,15,20) aus dehnbarem normalen Material, die an ihrem Umfang eine Anzahl sich in Längsrichtung, erstreckender Nuten (11,16,21) aufweist, die teilweise in Richtung auf die Längsachse vordringen, wobei sich in wenigstens einer Nut wenigstens eine sich längs der Nutlänge erstreckende Supraleiter-Paser befindet und die Nutenöffnungen geschlossen sind,

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