DE2302249A1

DE2302249A1 - STABILIZED SUPRAL CONDUCTOR

Info

Publication number: DE2302249A1
Application number: DE2302249A
Authority: DE
Inventors: Robert Prof Goldschmidt; Leo Prof Rinderer
Original assignee: Cableries et Trefileries de Cossonay SA
Current assignee: Nexans Suisse SA
Priority date: 1972-01-26
Filing date: 1973-01-18
Publication date: 1973-08-02
Also published as: CH552899A; DE2302249B2; GB1411715A

Description

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18. Januar 1973 Meine Aktey c 5Oj,DTJanuary 18, 1973 Meine Aktey c 5Oj, DT

SociStS Anonyme des CIbIeH es & Tr§f1ler1es de CossonaySociStS Anonymous des CIbIeH es & Tr§f1ler1es de Cossonay

1303 Cossenay-ßare (Schweiz)1303 Cossenay-ßare (Switzerland)

AU stabil liierter Supraleiter wird ein Bimetall bezeichnet, in dom fadenförmige Supraleiter 1n einen normalen, nicht supraleitenden Leiter eingebettet sind« Verschiedene Verfahren sind bekannt um einen solchen stabilisierten Supraleiter herzustellen. Üblicherweise bohrt man in einen Zylinder von SO bis 200 m Durchmesser eine gewisse Anzahl von Kanälen, in die man dann die Stäbe aus supraleitend dem Material einschiebt. Das so hergestellte Ensemble wird dann durch pressen, walzen und ziehen auf den gewünschten Durchmesser oder das vorgeschriebene Profil gebracht.A stable bonded superconductor is a bimetal in which a normal, non-superconducting conductor is embedded in the filamentary superconductor. Various methods are known for producing such a stabilized superconductor. Usually, a certain number of channels are drilled into a cylinder with a diameter of 50 to 200 m , into which the rods made of superconducting material are inserted. The ensemble produced in this way is then brought to the desired diameter or the prescribed profile by pressing, rolling and drawing.

ist der Supraleiter eine Legierung» dies 1st beim heutigen Stand der Technik meist der Fall, so schiebt man die Stäbe aus supraleitender Legierung in die vorgesehenen Kanäle, Mn kann aber auch so vorgehen» dass man ein oder mehrere der Metalle» die den Supraleiter bilden» mit dem nicht supraleitenden Mantel legiert und dass man dann Stäbe in die Kanäle schiebt» die den oder die restlichen Bestandteile des Supraleiters enthalten. Man verjüngt dann den Querschnitt bis zum If the superconductor is an alloy »this is mostly the case with today's state of the art, the rods made of superconducting alloy are pushed into the designated channels, but Mn can also proceed in such a way» that one or more of the metals »which form the superconductor» alloyed with the non-superconducting jacket and that rods are then pushed into the channels that contain the remaining component or components of the superconductor. The cross-section is then tapered to

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gewünschten Wert und bildet die komplette, supraleitende Legierung durch Diffusion bei geeigneter hoher Temperatur. Das letztere Verfahren erleichtert die Arbeit der Querschnittsverminderung.desired value and forms the complete, superconducting alloy by diffusion at a suitably high temperature. The latter method facilitates the work of reducing the cross-section.

Da es nicht möglich ist, das Metall, das die supraleitende Legierung bildet, völlig vom gewöhnlichen Leiter in den Supraleiter zu diffundieren und da der Rest des Materials, der im gewöhnlichen Leiter bleibt, dessen elektrische Leitfähigkeit bei tiefer Temperatur erheblich vermindert, ist schon vorgeschlagen worden, das zu diffundierende Material in der Randzone des gewöhnlichen Leiters zu konzentrieren, die der Oberfläche des Supraleiters benachbart ist. Man muss dann aber Vorkehrungen treffen, damit bei der thermischen Behandlung die zu diffundierenden, supraleitenden Legierungsbestandteile sich in der richtigen Richtung fortbewegen und dass sie nicht in die äussere Zone des gewöhnlichen Leiters eindringen.Because it is not possible to use the metal that makes the superconducting alloy forms to diffuse completely from the ordinary conductor into the superconductor and there the rest of the material that is in the ordinary conductor remains, whose electrical conductivity is considerably reduced at low temperature, it has already been proposed that the one to be diffused Concentrate material in the edge zone of the ordinary conductor which is adjacent to the surface of the superconductor. Then you have to but take precautions so that the superconducting alloy constituents to be diffused are in the thermal treatment correct direction and that they are not in the outer zone of the ordinary conductor.

Die vorliegende Erfindung hat als Ziel eine wesentliche Besserung der bisher bekannten Herstellungsverfahren von stabilisierten, drahtförmigen Supraleitern, die ein oder mehrere supraleitenden Fäden enthalten.The aim of the present invention is to achieve a substantial improvement in the previously known manufacturing processes for stabilized, wire-shaped materials Superconductors, which are one or more superconducting threads contain.

Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man einen Stab der mindestens einen Legierungsbestandteil der zu bildenden supraleitenden Legierung sowie ein nicht supraleitendes Metall enthält, mit einer Lage, bestehend aus den restlichen supraleitenden Legierungsbestandteilen umgibt, dass man. dann einen oder mehrere der.so!gebildeten zusammengesetzten Stabe mit einem stabilisierenden, nicht supraleitenden Metall umgibt, dass man dann das so gebildete Ganze mit bekannten Reduktionsverfahren auf den gewünschten Querschnitt bringt und darauf durch eine thermische Behandlung die im zentralen Stab befindlichen supraleitenden Legierungsbestandteile in die Lage die die anderen supraleitenden Legierungsbestandteile enthält, diffundiert.The method according to the invention is characterized in that that one contains a rod of at least one alloy component of the superconducting alloy to be formed and a non-superconducting metal, with a layer consisting of the remaining superconducting alloy components surrounds that one. then one or more of the so! formed composite Surrounds the rod with a stabilizing, non-superconducting metal, that the whole formed in this way can then be processed using known reduction processes brings to the desired cross-section and then through a thermal treatment those located in the central rod superconducting alloy components in the layer containing the other superconducting alloy components diffused.

Gegenstand der Erfindung ist auch der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte stabilisierte Supraleiter sowie die Verwendung desselben als Bauelement eines elektrischen Systems, dass bei sehr tiefen Temperaturen» wie die des flüssigen Heliums, arbeitet.The invention also relates to the stabilized superconductor produced by the method according to the invention and to the use the same as a component of an electrical system that works at very low temperatures like that of liquid helium.

Der gemSss der Erfindung erzielte Fortschritt gegenüber Bekannten liegt darin, dass die durch die Wärmebehandlung bedingte Diffu-The progress achieved according to the invention over known people lies in the fact that the diffusion caused by the heat treatment

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sion eines oder mehrerer Bestandteile der supraleitenden Legierung nur in die Richtung erfolgt, wo sich die anderen Bestandteile des Supraleiters befinden und nicht in die Richtung des nicht supraleitenden Mantels. Die diffundierenden Materialien müssten schon die ganze Dicke des Supraleiters durchqueren, um den normalleitenden Leiter zu erreichen. Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren benotigt man also keine Sperrschichten, sie können jedoch gegebenenfalls vorgesehen werden, um noch eine Verbesserung des stabilisierten Supraleiters zu erzielen. Es ist ausserdem möglich, im Zentralstab einen Zusatz vorzusehen, der die Diffusion der supraleitenden Legierungsbestandteile in den Supraleiter begünstigt.sion of one or more components of the superconducting alloy takes place only in the direction where the other components of the superconductor are and not in the direction of the not superconducting sheath. The diffusing materials would have to already traverse the entire thickness of the superconductor in order to reach the normally conducting conductor. According to the method according to the invention, no barrier layers are required, but they can If necessary, it can be provided in order to improve the to achieve stabilized superconductor. It is also possible to provide an additive in the central rod that prevents the diffusion of the favors superconducting alloy components in the superconductor.

Die beiliegenden Zeichnungen stellen mehrere Ausführungen- im Ausgangszustand- des erfindungsgemässen stabiliserten Supraleiters im Querschnitt dar.The accompanying drawings represent several versions - im Initial state of the stabilized superconductor according to the invention in cross section.

Um die Darstellung zu erleichtern wurde als Beispiel die Vorbereitung eines stabilisierten V₃Ga Supraleiters gewählt.To make the illustration easier, the preparation of a stabilized V ₃ Ga superconductor was chosen as an example. Fig. 1 zeigt im Querschnitt drei konzentrische Zylinder, die von innen gezählt aus einer Kupfer-Gallium Legierung, aus Vanadium und aus Kupfer bestehen.Fig. 1 shows in cross section three concentric cylinders, the inside counted from a copper-gallium alloy, vanadium and copper.

Fig. 2 ist, was die Metalle betrifft von gleichem Aufbau, aber das Vanadium ist von einer Reihe von Vanadiumdrähten runden Querschnitts gebildet.FIG. 2 is of the same construction as regards the metals, but the vanadium is formed by a series of vanadium wires of round cross-section.

Fig. 3 unterscheidet sich von der Fig. 2 nur dadurch, dass die DrShte mit kreisförmigem Querschnitt durch solche mit sektorfömrigem Querschnitt ersetzt wurden.Fig. 3 differs from Fig. 2 only in that the DrShte with circular cross-section through those with sector-shaped Cross-section were replaced.

Fig. 4 zeigt dass der Vanadiumzylinder aus Folien oder Bandern gebildet werden kann, die entweder spiralförmig, also vonftnen nach aussen, oder schraubenförmig, also von unten nach oben und das in einer oder mehreren Lagen um den CuGa Kern gewickelten Bänder zusammenzulöten, um ein spaltenfreies Rohr zu erhalten.Fig. 4 shows that the vanadium cylinder can be formed from foils or strips that are either spiral-shaped, i.e. from the bottom to the outside, or helically, i.e. from bottom to top and to solder the tapes wound around the CuGa core in one or more layers, to get a gap-free pipe.

Fig. 5 zeigt dass der Raum, der für den Vanadiumzylinder vorgesehen ist, mit Vanadiumpulver oder Granulat, nur geschüttelt oder zusammengepresst, gefüllt ist.Fig. 5 shows that the space provided for the vanadium cylinder is filled with vanadium powder or granules, just shaken or compressed.

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Fig. 6 und 7 zeigen den stabilisierten Supraleiter im Ausgangszustand, wenn man einen Leiter rechteckigen Querschnitts erhalten will.FIGS. 6 and 7 show the stabilized superconductor in the initial state when a conductor with a rectangular cross section is obtained want.

Fig. 8 ist eine Variante der Fig. 6. Der CuGa Kern ist kein Stab sondern besteht aus einer Anzahl runder CuGa Drähte, zwischen die Bänder aus Vanadium eingelegt sind. Beim Querschnittverformen pressen sich die CuGa Drähte durch das Vanadium und teilen dieses in dünne Fäden.Fig. 8 is a variant of Fig. 6. The CuGa core is not a rod but consists of a number of round CuGa wires between the strips are made of vanadium. When deforming the cross-section, the CuGa wires press their way through the vanadium and divide it into thin threads.

Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemasse Ausführung eines stabilisierten Supraleiters, wo ein rechteckiger stabilisierender Mantel einen Supraleiter kreisförmigen Querschnitts umgibt.Fig. 9 shows an embodiment according to the invention of a stabilized Superconductor, where a rectangular stabilizing jacket surrounds a superconductor of circular cross-section.

Fig. 10 entspricht Fig. 1, besitzt jedoch eine Trennschicht zwischen Vanadium und Kupfer. Eine solche Trennschicht kann auch für die Ausführungen 2 bis 9 vorgesehen werden. Die Trennschicht kann z.B. aus Niobium bestehen.Fig. 10 corresponds to Fig. 1, but has a separating layer between Vanadium and copper. Such a separating layer can also be provided for versions 2 to 9. The release layer can e.g. consist of niobium.

Fig. 11 ist ähnlich der Fig. 10, besitzt jedoch im CuGa einen zusatzstoff der die Diffusion des Galliums in das Vanadium bei der thermischen Behandlung fördert. Das Zusatzmaterial kann z.B. Silber sein. Dieses Zusatzmetall kann sich entweder im Zentrium η des CuGa Stabes befinden wie es die Zeichnung zeigt, oder aber auch in den CuGa Stab ein^egiert sein. Eine entsprechende Ausführung ist auch bei den Formen des stabilisierten Supraleiters möglich, wie sie in Fig. 2 bis 10 gezeigt sind.FIG. 11 is similar to FIG. 10, but has an additive in the CuGa which promotes the diffusion of the gallium into the vanadium during the thermal treatment. The additional material can be silver, for example. This additional metal can either be in the center η of the CuGa rod are located as the drawing shows, or they can also be embedded in the CuGa rod. A corresponding design is also available for the Shapes of the stabilized superconductor are possible, as shown in FIGS. 2 to 10.

Fig. 12 zeigt im Querschnitt einen Barren e aus nicht supraleitendem Material in den eine Anzahl von Stäben wie in Fig. 1 bis 5 dargestellt, jedoch ohne ihre stabilisierenden Mantel, eingeschoben sind. Eine entsprechende, ähnliche Ausführung kann natürlich auch mit Stäbenohne stabiliserenden Mantel- gemäss Fig. 6 bis Π hergestellt werden.Fig. 12 shows in cross section an ingot e made of non-superconducting Material in which a number of rods as shown in Fig. 1 to 5, but without their stabilizing jacket, are inserted. One A corresponding, similar design can of course also be produced with rods without a stabilizing jacket according to FIGS. 6 to 6.

Ferner bezeichnet in Fig. 12 a^ die Legierung aus einem gewöhnlichen Leiter und Bestandteilen des Supraleiters und b_ die Lage, die aus den übrigen Bestandteilen des Supraleiters gebildet wird.Further, in Fig. 12, a ^ denotes the alloy of an ordinary one Head and components of the superconductor and b_ the location that consists of the other components of the superconductor is formed.

Wie gesagt bezeihen sich die Fig. 1 bis 11 vor allem auf den Supraleiter VoGa der mit Kupfer stabilisiert ist. Man bildet eine Legierung CuGa mit ungefähr 20% Gallium und darum eine Lage Vanadium. Darüber kommt dann der Kupfermantel.As I said, FIGS. 1 to 11 relate primarily to the superconductor VoGa which is stabilized with copper. An alloy is formed CuGa with about 20% gallium and therefore a layer of vanadium. The copper jacket then comes over this.

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Der Supraleiter V₃Sa kann auch noch zusStzlich kleine Mengen anderer Materialien die seine Eigenschaften verbessern» enthalten. Der Mantel kann entweder ein Barren sein, in den eine Reihe von Löchern gebohrt 1st, in die man die KupfergalliumstSbe mit Vanadiummantel hineinschiebt, oder er kann aus einer Anzahl Stäben geeigneten Profils zusammengesetzt sein, mit denen »an den oder die Supraleiter umgibt, um das stabilisierte Gesamtelement zu bilden. Man reduziert dann durch mechanische Verfahren den Durchmesser bis zum Verhältnis 50 1,100 : 1, oder noch mehr je nach den bei de» Reduktionsverfahren gegebenen Möglichkeiten, um so eine so schwach wie mögliche supraleitende Schicht von weniger als 200^w zu erhalten. Man behandelt dann den so erhaltenen Draht bei 800° C maximum, vorzugsweise bei 670⁰C, um die Diffusion des Galliums in das Vanadium zu erreichen.The superconductor V ₃ Sa can also contain small amounts of other materials that improve its properties. The jacket can either be an ingot with a series of holes drilled into it, into which one pushes the copper gallium rods with a vanadium jacket, or it can be composed of a number of rods of suitable profile with which the superconductor (s) are surrounded around the to form stabilized overall element. The diameter is then reduced by mechanical processes to a ratio of 50-1100: 1, or even more, depending on the possibilities given in the reduction process, in order to obtain a superconducting layer of less than 200% which is as weak as possible. One then treats the wire thus obtained at 800 ° C maximum, preferably at 670 ⁰ C, the diffusion of the gallium to reach into the vanadium.

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Claims

PATENT CLAIMS

1. Method of making a wire-shaped stabilized Superconductor, characterized in that a rod of at least one alloy component of the superconducting to be formed Alloy, as well as a non-superconducting metal, with a layer consisting of the remaining superconducting alloy components surrounds that one or more of the composite rods formed in this way with a stabilizing, non-superconducting metal surrounds that the whole thus formed is then brought to the desired cross-section with known reduction processes and then by a thermal Treatment of the superconducting alloy component located in the central rod e diffuses into the layer containing the other superconducting alloy components.

2. Superconductors, manufactured according to patent application 1.

3. Use of the superconductor according to claim 2 »characterized in that that the superconductor is a component of an electrical system that, at very low temperatures, such as liquid helium, is working.

4. The method according to claim 1, characterized in that one an alloy of copper-gallium as the central rod, and vanadium as the sheath copper is used as a stabilizer.

5. The method according to claim 1, characterized in that the central rod consists of copper with 10 to 25 % gallium.

6. The method according to claim 1, characterized in that the central rod consists of copper alloyed with 20 % gallium.

7. The method according to claim 1, characterized in that the stabilizing jacket is a copper cylinder, penetrated by a certain number of channels into which you can insert the central rods surrounded by their jacket.

8. The method according to claim 1, characterized in that one a number of wire-shaped copper rods of suitable cross-section as a stabilizer used, and with these surrounds the central rods clad with their coats.

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9. The method according to claims 1 and 4, characterized in that that the thickness of the vanadium jacket is chosen so that after the cross-sectional reduction has been completed, the thickness is less than 200 μm.

10. A method according to claims 1 and 4, characterized in that it does not exceed the reduced final dimensions to the wire at a temperature of 800 ⁰ C, thermally treated.

11. The method according to claims 1 and 4, characterized in that the wire, reduced to the final dimension, is thermally treated ^{at a temperature of 76O 0 C.}

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