DE2308747A1 - Verfahren zur herstellung eines stabilisierten supraleiters - Google Patents
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Description
Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft 1245
20. 2. 1973
Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters, bei dem zunächst mindestens eine Seite eines Bandes aus Niob oder einerNioblegierung an seiner Oberfläche elektrisch leitend gemacht und anschließend auf ,jeder Seite Kupfer auf elektrolytischem Wege abgeschieden wird.
Mit der fortschreitenden Entwicklung der Supraleitertechnik besteht wachsendes Interesse, einen sogenannten stabilisierten Supraleiter zu schaffen, d. h. einen
Leiter, der in seinem Querschnitt einen relativ geringen Anteil eines supraleitenden Materials und einen relativ großen Anteil eines elektrisch gut leitenden Materials aufweist. Als Material mit supraleitenden Eigenschaften wird meistens Niob, als Material mit gut elektrisch leitenden Eigenschaften meist Kupfer verwendet.
Die Kupferschichten bewirken eine Verminderung der sogenannten magnetischen Flußsprünge und können auch als
elektrisch normalleitende Parallelleiter dienen, welche den im Supraleiter fließenden elektrischen Strom
ganz oder teilweise übernehmen, wenn der Supraleiter vom supraleitenden in den elektrisch normalleitenden
Zustand übergeht. Wesentlich für einen stabilisierten Supraleiter ist, daß die Kupfer- und Niobschichten
fest und dauerhaft miteinander verbunden sind.
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angegeben worden, mit dem festhaftende Kupferüberzüge
auf Nioboberflachen erzeugt werden können. Bei diesem
Verfahren wird auf die zu verkupfernde Nioboberflache
Zinn in geringer Menge aufgebracht, das Zinn durch Erhitzen an der Nioboberflache in das Niobgitter eingebaut, die Oberfläche mit einer Fluß-' und Salpetersäure
enthaltenden Beize gebeizt und anschließend in einem Verkupferungsbad elektrolytisch verkupfert. Bei diesem
bekannten Verfahren ist das Aufbringen der leitfähigen Schicht auf die Nioboberflache recht aufwendig. Weiterhin wirkt sich nachteilig aus, daß sich beim Erwärmen
eines nach diesem Verfahren hergestellten Supraleiters zwischen der Niobschicht und der Kupferschicht eine
NB3SN-Schicht bildet, die recht spröde ist und bei mechanischer Verformung, beispielsweise beim Biegen,
einen festen Verbund zwischen dem Niob und dem Kupfer nicht mehr gewährleistet (DOS 1 521 010).
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verkupfern von Niob anzugeben, mit dem
festhaftende, dauerhafte Kupferüberzüge auf Nioboberflachen erzeugt werden können, die auch einer mechanischen Beanspruchung standhalten.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung vor
dem elektrolytischen Beschichten ein Metall, vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung, in feinverteilter Form in die Oberfläche des Niobbandes eingebürstet
wird. Auf diese Weise läßt sich eine hauchdünne, aber gut verbundene Metallschicht auf dem Niobblech erzeugen, die ausreicht, um in einer Elektrolyse weiteres
Kupfer auf dem Niob abzuscheiden. Um zu vermeiden, daß zuviel Oxyde in die Oberfläche eingebürstet werden,
wird dieser Vorgang vorzugsweise in reduzierender Atmosphäre* oder unter Schutzgas oder unter einem Vacuum
durchgeführt.
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In Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
das Niobband kontinuierlich an einem Kupferblech und nahezu parallel zu diesem vorbeigeführt und Kupferteilchen
aus dem Kantenbereich des Kupferbleches werden in das Niobband eingebürstet. Das nach dem erfindungsge»
mäßen Verfahren hergestellte Verbundblech weist in seinem Querschnitt einen großen Anteil an Kupfer und einen
relativ geringen Anteil an Niob auf. Das auf diese Weise hergestellte Verbundmaterial wird zweckmäßigerweise, beispielsweise
durch Walzen, Strecken etc., plastisch verformt. Der Verformungsgrad sollte hierbei mindestens
50% betragen, um zu gewährleisten, daß die metallische
Verbindung zwischen dem Niob und dem Kupfer noch verbessert wird» Ist der Verformungsgrad weniger als 5^%,
wird man die plastische Verformung in der Wärme durchführen müssen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das beschichtete Band kontinuierlich zu einem Schlitzrohr zu formen und
an seinen Bandkanten mittels elektrischer Lichtbogenschweißung zu verschweißen. Auf diese Weise ist es möglich,
einen rohrförmigen Supraleiter herzustellen. labei sollte darauf geachtet werden, daß die Kantenbereiche
des Bandes bei der elektrolytischen Beschichtung mil
Kupfer nicht mit beschichtet werden, um eine gegenseitige Beeinflussung des Kupfers und Niob miteinander
beim Schweißvorgang zu verhindern.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, das S0 gebildete
Rohr nach dem Schweißen zu wellen. Auf diese Weise erhält man einen rohrförmigen, flexiblen Supraleiter.
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 5 schematisch dargesfellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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Es zeigen
Figur 1: Das Einbürsten der Partikel in die Oberfläche des Niobbandes
Figur 2: Einen Schnitt durch pinen stabilisierten
Supraleiter
Figur 3: Das anschließende Streckwalzen des Verbundmaterials
Figur 4: Das Herstellen eines Rohres aus dem Verbundmaterial
Figur 5- Ein Supraleiterkabel mit einem Innenleiter,
der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Von einer Vorratsspule 1 wird ein Niobband 2 von beispielsweise 0,1 bis 1 mm Dicke kontinuierlich abgezogen,
über eine Unterlage 3 geführt und auf eine Spule k wieder aufgewickelt. Im Bereich der Unterlage 3 ist eine rotierende
Bürste 5 angeordnet, die kontinuierlich die Kante 6 eines Kupferbandes 7 abträgt und dabei kontinuierlich
die abgetragenen Kupferpartikel in die Oberfläche des Niobbandes 2 einbürstet. Das Kupferband 7
wird von einer Vorratsspule 8 mit we-sentlich geringerer Geschwindigkeit als das Niobband 2 abgezogen. Die
Rolle 9 preßt das Kupferband 7 eng an das Niobband 2. Als besonders günstig hat sich eine Bürste 5 erwiesen,
die mit einer Vielzahl von feinen Stahldrähten besetzt ist«- Die Abzugskraft für das Kupferband 7 wird in an
sich bekannter Weise mittels eines nicht dargestellten Rollenpaares aufgebracht. Es versteht sich von selbst,
daß das Kupferband 7 auch in Gegenrichtung zum Niob- fand zugeführt werden kann.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich
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auf Niobband eine hauchdünnne Kupferschicht erzeugen,
deren Dicke von der Geschwindigkeit des Niobbandes 2, von dem Anpreßdruck sowie der Umdrehungszahl der
Bürste 5 abhängig ist.
Nachdem die Oberfläche des Niobbandes 2 auf diese Weise leitend gemacht ist, wird das Niobband 2 in an sich
bekannter Weise in einem oder mehreren Elektrolysebädern kontinuierlich mit einer dicken Kupferschicht
versehen. Das so entstandene Gebilde ist im Schnitt in der Figur 2 dargestellt. Die zwischen dem Niobband 2
und der Kupferschicht 10 befindliche Schicht aus eingebürsteten
Kupferpartikelchen ist hier mit 11 bezeichnet.
Um ein Bandmaterial mit möglichst gleichmäßiger Wandstärke zu bekommen, wird der stabilisierte Supraleiter
12 mittels der Walzvorrichtung 13 in seinem Querschnitt
verringert. Dabei wird die metallische Verbindung zwischen der Kupferschicht 10 und dem Niobband 2 noch verbessert,
insbesondere, wenn man den Walzvorgang in der Wärme vornimmt oder den Verformungsgrad über 509^ wählt.
Anschließend an diesen Walzvorgang kann der stabilisierte Supraleiter 12 noch in eine Glühvorrichtung \k
eingebracht werden, in der das durch die Verformung erhärtete Material weichgeglüht wird. Nach dem Glühen
wird der stabilisierte Supraleiter 12 auf eine Spule 15 aufgewickelt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es gelungen,
einen stabilisierten Supraleiter von nahezu unbegrenzter Länge herzustellen. Ein Ablängen des verschweißten
Rohres ist nicht notwendig, da durch die Wellung des Rohres dieses so flexibel ist, daß es ohne
Schwierigkeiten auf übliche Kabeltrommeln aufgewickelt werden kann.
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Γη der Figur 5 ist ein Tiefsttemperaturkabel mit konzentrischen Wellrohren dargestellt, in dem der nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Supraleiter bevorzugt Anwendung findet.
Das Kabel besteht aus einem gewellten Innenrohr l8, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Das Innenrohr l8 ist von einem weiteren Wellrohr 19 konzentrisch umgeben, wobei der Zwischenraum zwischen
beiden Rohren mit einer sogenannten Supraisolierung 20, beispielsweise einer Papierisolierung, die von flüssigem Helium durchflossen wird, ausgefüllt ist. Der Innenraum des Wellrohres 18 wird ebenfalls von Helium durchströmt. Das Wellrohr 19 ist von einem weiteren Wellrohr
21 umgeben, wobei der Zwischenraum zwischen diesen Rohren evakuiert ist. Auf dem Wellrohr 21 ist wiederum
eine Superisolierung 22 angeordnet, auf der ein weiteres Wellrohr 23 liegt. Der Zwischenraum zwischen diesen
Rohren wird von flüssigem Stickstoff durchströmt. Schließlich ist noch das Wellrohr 2k. vorgesehen, dessen Innenraum wiederum evakuiert ist.
Ein solches Tiefsttemperaturkabel weist hervorragende
thermische Isolierwerte auf und kann in großen Längen kontinuierlich hergestellt werden. Auf Grund der Wellung
der Rohre ist es flexibel, kann thermische Ausdehnungen und Kontraktionen ohne zusätzliche Auegleicheelemente
auffangen und kann auf Kabeltrommeln gewickelt und versandt werden. Mit 25 iet letztlich noch ein Kunststoffmantel aus beispielsweise Polyäthylen bezeichnet.
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Claims (6)
- Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft1 - 124520. 2. 1973"1V Patentansp rü ehe1/ Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters, bei dem zunächst mindestens eine Seite eines Bandes aus Niob oder einer Nioblegierung an seiner Oberfläche elektrisch leitend gemacht und anschließend auf dieser Seite Kupfer auf elektrolytischem Wege abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem elektrolytischen Beschichten ein Metall, vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung, in feinverteilter Form in die Oberfläche des Bandes eingebürstet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn*-zeichnet, daß das Niobband kontinuierlich an einem Kupferblech und nahezu parallel zu diesem vorbeigeführt wird und Kupferteilchen aus dem Kantenbereich des Kupferbleches in das Niobband eingebürstet werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das beschichtete Band beispielsweise durch Walzen, Strecken etc. plastisch verformt wird.
- k. Verfahren nach Anpruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungsgrad mindestens 50$ beträgt.
- 5· Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete Band kontinuierlich zu einem Schlitzrohr geformt und an seinen Bandkanten mittels elektrischer Lichtbogenschweißung verschweißt wird.
- 6. Verfahren na-ch Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das so gebildete Rohr nach dem Schweißen gewellt wird.35/0497Leerseite
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