DE2308747B2 - Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters, bei dem zunächst in die
Oberfläche mindestens einer Seite eines Bandes aus Niob oder einer Nioblegierung ein Metall eingebaut
wird und bei dem anschließend auf dieser 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 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.
Es ist bereits ein Verfahren zum Verkupfern von Niob angegeben worden,, mit dem festhaftende Kupferüberzüge
auf Nioboberflächen erzeugt werden können. Bei diesem Verfahren wird auf die zu verkupfernde
Nioboberfläche Zinn in geringer Menge aufgebracht, das Zinn durch Erhitzen an der Nioboberfläche 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 Nioboberfläche recht
aufwendig. Weiterhin wirkt sich nachteilig aus, daß sich
ίο beim Erwärmen eines nach diesem Verfahren hergestellten
Supraleiters zwischen der Niobschicht und der Kupferschicht NB3SN-Schichtbereiche bilden, die recht
spröde sind und bei mechanischer Verformung, beispielsweise beim Biegen, einen festen Verbund
zwischen dem Niob und dem Kupfer nicht mehr gewährleisten (DOS 15 21 010).
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verkupfern von Niob anzugeben, mit
dem festhaftende, dauerhafte Kupferüberzüge auf Nioboberflächen 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 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 Kupfer auf dem Niob abzuscheiden. Mit
jo besonderem Vorteil wird Kupfer in die Oberfläche
eingebürstet Um zu vermeiden, daß zuviel Oxyde in die Oberfläche eingebürstet werden, wird dieser Vorgang
vorzugsweise in reduzierender Atmosphäre oder unter Schutzgas oder unter einem Vakuum durchgeführt.
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 erfindungsgemäßen 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 50%, 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.
Dabei sollte darauf geachtet werden, daß die Kantenbereiche des Bandes bei der elektrolytischen Beschichtung
mit 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 so gebildete Rohr nach dem Schweißen zu wellen. Auf
diese Weise erhält man einen rohrförmigen, flexiblen Supraleiter.
Die Erfindung ist anhand der in den F i g. 1 bis 5 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigt
F i g. 1 das EinbOrsten der Partikel in die Oberfläche des Niobbandes,
Fig.2 einen Schnitt durch einen stabilisierten Supraleiter,
F i g. 3 das anschließende Streckwalzen des Verbundmaterials,
Fig.4 das Herstellen eines Rohres aus dem
Verbundmaterial,
F i g. 5 ein Supraleiterkabel mit einem Innenleiter, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist ι ο
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 4 wieder aufgewickelt Im Bereich der Unterlage 3
ist eine rotierende Bürste 5 angeordnet, die kontinuierlieh die Kante 6 eines Kupferbandes 7 abträgt und dabei
kontinuierlich die abgetragenen Kupferpartikel in die Oberfläche des Niobbandes 2 einbürstet Das Kupferbpnd
7 wird von einer Vorratsspule 8 mit wesentlich 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 Niobband zugeführt werden kann.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens .äßt sich
auf Niobband eine hauchdünne 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 F i g. 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 50% wählt Anschließend an
diesen Walzvorgang kann der stabilisierte Supraleiter 12 noch in eine Glühvorrichtung 14 eingebracht werden,
in der das durch die Verformung erhärtete Material weichgeglüht wird. Nach dem Glühen wird der
stabilisierte Supraleiter 12 auf eine Spule 15 aufgewikkelt.
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 aufgewikkelt
werden kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters, bei dem zunächst in die Oberfläche
mindestens einer Seite eines Bandes aus Niob oder einer Nioblegierung ein Metall eingebaut wird und
bei dem anschließend auf dieser Seite Kupfer auf elektrolytischem Wege abgeschieden wird, dadurch
gekennzeichnet, daß vor dem elektrolytischen Beschichten ein Metall in fein verteilter
Form in die Oberfläche des Bandes eingebürstet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer oder eine Kupferlegierung in
die Oberfläche des Bandes eingebürstet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete
Band beispielsweise durch Walzen, Strecken etc. plastisch verformt wird.
5. Verfahren nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet,
daß der Verformungsgrad mindestens 50% beträgt.
6. 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.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das so gebildete Rohr nach dem
Schweißen gewellt wird.
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