DE2331941A1

DE2331941A1 - Supra-conductor prodn. with intermetallic cpd. - by drawing and heat treatment of composite

Info

Publication number: DE2331941A1
Application number: DE2331941A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr Hauck; Manfred Dr Wilhelm
Original assignee: Siemens AG; Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens AG; Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1973-06-22
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1975-01-16

Abstract

In the prodn. of a supraconductor with a supraconducting intermetallic cpd. of >=2 elements, in which one ductile element (I) is contacted with an alloy (II) of a ductile carrier metal and the other element(s), drawn and subjected to hear treatment, so that the cpd. is formed by the reraction of the elements, a (II) core is provided with a (I) sheath and an outer sheath of a metal (III), which is a good electrical and thermal conductor and is a normal electrical conductor at the operating temp. of the supraconductor, and the resultant composite is drawn and subjected to heat treatment. The advantages of solid state diffusion in the mfr. of supra-stabilisation is achieved.

Description

SIEMENS AKTIENGESELISCHAPT
Berlin und MünchenSIEMENS AKTIENGESELISCHAPT
Berlin and Munich

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Verfahren zum Herstellen eines Supraleiters mit einer supraleitenden intermetallischen Verbindung aus wenigstens zwei ElementenMethod for producing a superconductor with a superconducting intermetallic compound from at least two elements

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Supraleiters mit einer supraleitenden intermetallischen Verbindung aus wenigstens zwei Elementen, bei welchem eine duktile Komponente aus einem Element der Verbindung mit einer zweiten Komponente aus einer ein duktiles Trägermetall und die übrigen Elemente der Verbindung enthaltenden Legierung in Kontakt, gebracht, anschließend die beiden Komponenten gemeinsam einer querschnittsverringernden Bearbeitung unterzogen und dann derart wärmebehandelt werden, daß die Verbindung durch Reaktion der ersten Komponente mit den in der zweiten Komponente enthaltenen Elementen der Verbindung gebildet wird.The invention relates to a method for producing a superconductor with a superconducting intermetallic compound of at least two elements, in which a ductile component consists of an element of the connection with a second component made of a ductile carrier metal and the remaining elements of the compound containing alloy in Contact, brought, then the two components jointly subjected to a cross-section-reducing machining and then heat treated so that the compound by reacting the first component with those in the second Component contained elements of the connection is formed.

Aus zwei Elementen bestehende intermetallische supraleitende Verbindungen des Typs A,B, beispielsweise Nb^Sn oder V,Ga, die A 15-Kristallstruktur besitzen, haben sehr gute Supraleitungseigenschaften und zeichnen sich insbesondere durch ein hohes kritisches Magnetfeld, eine hohe Sprungtemperatur und eine hohe kritische Stromdichte aus. Sie eignen sich daher besonders als Supraleiter für Supraleitungsspulen zum Erzeugen starker Magnetfelder, wie sie beispielsweise für Porschungszwecke benötigt werden. Weitere Einsatzmöglichkeiten bestehen beispielsweise bei Supraleitungsmagneten für die Schwebeführung von Magnetschwebebahnen oder in Wicklungen elektrischer Maschinen. Neuerdings sind ferner auch Ternärverbindungen, wie beispielsweise das Niob-Aluminium-Germanium (Nb,Al_{n Q}Ge_{n o}), von besonderem Interesse. DaIntermetallic superconducting compounds of type A, B consisting of two elements, for example Nb ^ Sn or V, Ga, which have A 15 crystal structure, have very good superconducting properties and are characterized in particular by a high critical magnetic field, a high transition temperature and a high critical Current density. They are therefore particularly suitable as superconductors for superconducting coils for generating strong magnetic fields, such as those required for research purposes. Other possible uses are, for example, superconducting magnets for levitating magnetic levitation trains or in the windings of electrical machines. Recently, ternary compounds, such as niobium-aluminum-germanium (Nb, Al _{n Q} Ge _no ), have also been of particular interest. There

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diese Verbindungen sehr spröde sind, bereitet jedoch ihre Herstellung in einer beispielsweise für Magnetspulen geeigneten Form erhebliche Schwierigkeiten.these connections are very brittle, but prepares their production in an example for magnetic coils suitable form significant difficulties.

Es sind mehrere Verfahren bekanntgeworden, die eine Herstellung von Supraleitern mit insbesondere zweikomponentigen intermetallischen Verbindungen in Form langer Drähte oder Bänder ermöglichen. Bei diesen Verfahren, die insbesondere zur Herstellung von sogenannten Vielkernleitern mit in einer normalleitenden Matrix angeordneten Drähten, insbesondere aus Nb,Sn und V,Ga dienen, wird ein drahtförmiges duktiles Element der herzustellenden Verbindung, beispielsweise ein Niob- oder ein Vanadiumdraht, mit einer Hülle aus einer ein duktiles Trägermetall und die übrigen Elemente der Verbindung enthaltenden Legierung, beispielsweise einer Kupfer-Zinn-Legierung oder einer Kupfer-Gallium-Legierung umgeben. Insbesondere können auch eine Vielzahl solcher Drähte in eine Matrix aus der Legierung eingelagert werden. Der so gewonnene Aufbau wird dann einer querschnittsverringernden Bearbeitung unterzogen. Dadurch wird einmal ein langer Draht erhalten, wie er für Spulen benötigt wird. Zum anderen wird bei dieser Bearbeitung der Durchmesser der beispielsweise aus Niob oder Vanadium bestehenden Drähte auf einen niedrigen Wert in der Größenordnung von etwa 30 bis 50 /u reduziert, was im Hinblick auf die Supraleitungseigenschaften des Leiters wünschenswert ist. Ferner wird durch die querschnittsverringernde Bearbeitung noch angestrebt, eine möglichst gute metallurgische Verbindung zwischen dem Draht und dem umgebenden Mantelmaterial aus der Legierung zu erhä-ten, ohne daß jedoch Reaktionen auftreten, die zu einer Versprödung des Leiters führen. Nach der querschnittsverringernden Bearbeitung wird dann der aus einem oder mehreren Drähten und dem umgebenden Matrixmaterial bestehende Leiter einer Wärmebehandlung derart unterzogen, daß die gewünschte Verbindung durch Reaktion des Drahtmaterials, also beispielsweise des Mobs oder Vanadiums, mit dem in der umgebenden Matrix enthaltenen weiteren ElementSeveral methods have become known which allow the production of superconductors with, in particular, two-component allow intermetallic connections in the form of long wires or strips. In these procedures, the particular for the production of so-called multi-core conductors with wires arranged in a normally conducting matrix, in particular from Serving Nb, Sn and V, Ga, becomes a wire-shaped ductile Element of the connection to be made, for example a niobium or a vanadium wire, with a sheath made of a ductile carrier metal and the remaining elements of the compound containing alloy, for example a copper-tin alloy or surrounded by a copper-gallium alloy. In particular, a plurality of such wires can also be in one Matrix from the alloy are embedded. The structure obtained in this way is then processed to reduce the cross-section subjected. In this way, a long wire is obtained, as is required for coils. On the other hand, this Machining the diameter of the wires, for example made of niobium or vanadium, to a low value in the Order of magnitude from about 30 to 50 / u reduced what in terms of on the superconducting properties of the conductor is desirable. Furthermore, by reducing the cross-section Machining still strived for the best possible metallurgical connection between the wire and the surrounding sheath material to be obtained from the alloy without, however, reactions occurring which lead to embrittlement of the conductor to lead. After the cross-section-reducing processing is then the one or more wires and the surrounding one Matrix material subjected conductors to a heat treatment in such a way that the desired connection by reaction of the Wire material, for example the mob or vanadium, with the further element contained in the surrounding matrix

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der Verbindung, beispielsweise Zinn oder Gallium, gebildet wird. Das in der Matrix enthaltene Element diffundiert dabei in das aus dem anderen Element der Verbindung bestehende Drahtmaterial ein und reagiert mit diesem unter Bildung einer aus der gewünschten Verbindung bestehenden Schicht (DT-OS 2 044 660, DT-OS 2 052 323, DT-OS 2 105 828).the compound, for example tin or gallium, is formed. The element contained in the matrix diffuses in the process into the wire material consisting of the other element of the connection and reacts with it to form a layer consisting of the desired connection (DT-OS 2 044 660, DT-OS 2 052 323, DT-OS 2 105 828).

Da bei dieser Diffusion jedoch niemals das gesamte im Legierungsmantel enthaltene Element der Verbindung in den Draht bzw. die Drähte aus dem anderen Element der Verbindung eindiffundiert und dort zur Bildung der Verbindung verbraucht wird, sondern aufgrund der Diffusionsverhältnisse immer erhebliche Mengen des einen Elementes der Verbindung im Matrixmaterial verbleiben, weist dieses einen verhältnismäßig hohen elektrischen Restwiderstand auf. Beispielsweise nimmt der Restwiderstand von Kupfer mit steigendem Galliumgehalt stark zu. Der Mantel ist daher als Stabilisierungsmaterial für den'Supraleiter nur schlecht geeignet. Eine elektrische Stabilisierung des Supraleiters ist aber bekanntlich in der Regel erforderlich, um einen plötzlichen Übergang des Supraleiters vom supraleitenden in den elektrisch normalleitenden Zustand zu vermeiden. Zum Zwecke der Stabilisierung muß man den Supraleiter bekanntlich in engen Kontakt mit einem elektrisch und thermisch gut leitenden, bei der Betriebstemperatur des Supraleiters von beispielsweise 4,2 K elektrisch normalleitenden Metall bringen, das die bei kurzzeitigem örtlichem Auftreten von Normalleitung im Supraleiter entstehende Wärme rasch in das den Supraleiter umgebende Kühlmittel, beispielsweise flüssiges Helium, ableiten kann. Außerdem soll das Stabilisierungsmaterial auch bei lokalem Auftreten von Normalleitung wenigstens kurzzeitig den sonst durch den Supraleiter fügenden Strom übernehmen. Als Stabilisierungsmaterialien sind insbesondere Kupfer, Aluminium oder Silber, vorzugsweise in hochreiner Form, geeignet.In this diffusion, however, never the entire material is in the alloy jacket element of the connection contained in the wire or the wires diffused from the other element of the connection and is consumed there to form the compound, but always because of the diffusion conditions If considerable amounts of the one element of the compound remain in the matrix material, this has a relatively high value high residual electrical resistance. For example, the residual resistance of copper decreases with increasing gallium content strong too. The jacket is therefore poorly suited as a stabilizing material for the superconductor. An electric one However, stabilization of the superconductor is generally necessary in order to avoid a sudden transition of the superconductor from the superconducting to the normally electrically conductive state. For the purpose of stabilization one must the superconductor is known to be in close contact with an electrically and thermally good conductive one at the operating temperature of the superconductor of, for example, 4.2 K of normally electrically conductive metal, which the short-term the local occurrence of normal conduction in the superconductor quickly dissipates heat into the coolant surrounding the superconductor, for example liquid helium, can derive. In addition, the stabilization material should also occur locally from normal line take over the current that would otherwise flow through the superconductor, at least for a short time. as Stabilizing materials are particularly suitable for copper, aluminum or silver, preferably in highly pure form.

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Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs erwähnte Verfahren so auszugestalten, daß einerseits die Vorteile beibehalten werden, welche die Feststoffdiffusion bei der Herstellung von Supraleitern mit einer supraleitenden intermetallischen Verbindung aus wenigstens zwei Elementen bietet, andererseits aber auch eine gute elektrische Stabilisierung des Supraleiters erreicht wird.The object of the invention is the method mentioned at the beginning designed so that on the one hand the advantages are retained, which the solid diffusion in the production of superconductors with a superconducting intermetallic compound of at least two elements, on the other hand but good electrical stabilization of the superconductor is also achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Kern aus der zweiten Komponente mit einer Hülle aus der ersten Komponente versehen und diese Hülle wiederum mit einem Mantel aus elektrisch und thermisch gut leitendem, bei der Betriebstemperatur des Supraleiters elektrisch normalleitendem Metall umgeben und der so gewonnene Aufbau einer querschnittsverringernden Verformung unterzogen und dann zur Bildung der Verbindung wärmebehandelt.To achieve this object, according to the invention, a core is made from the second component with a shell made from the first Component provided and this shell in turn with a jacket made of electrically and thermally good conductive, in the Operating temperature of the superconductor surrounded electrically normal conducting metal and the structure obtained in this way a cross-section reducing Subjected to deformation and then heat treated to form the joint.

Bei der Wärmebehandlung diffundieren dann in die aus einem Element der Verbindung bestehende Hülle das andere bzw. die anderen Elemente aus dem innerhalb dieser Hülle befindlichen, aus einer Legierung dieser Elemente mit einem Trägermetall bestehenden Kern her ein und reagieren mit dem Hüllenmaterial unter Bildung einer Schicht aus der supraleitenden Verbindung. Ein Eindiffundieren der im Kern enthaltenen Elemente der Verbindung in den die Hülle umgebenden Mantel aus gut elektrisch und thermisch leitendem Material wird jedoch durch die Hülle verhindert, so daß der Restwiderstand des Mantelmetalls nicht durch eindiffundierende Elemente erhöht wird. Der Mantel, der mit der den Kern umgebenden Hülle aufgrund der querschnittsverringernden Bearbeitung in gutem mechanischen Kontakt steht, bildet dann eine ausgezeichnete Stabilisierung.During the heat treatment, the other or the shell then diffuse into the shell consisting of one element of the connection other elements from that located within this shell, from an alloy of these elements with a carrier metal existing core and react with the cladding material to form a layer of the superconducting compound. Diffusion of the connection elements contained in the core into the jacket surrounding the shell from good electrical and thermally conductive material is prevented by the shell, so that the residual resistance of the clad metal is not is increased by diffusing elements. The jacket, which is connected to the shell surrounding the core due to the cross-section reducing Machining is in good mechanical contact, then forms an excellent stabilization.

Zur Herstellung eines Vielkernleiters können vorteilhaft mehrere mit einer Hülle aus der ersten Komponente versehenen Kerne aus der zweiten Komponente mit einem genieinsamen, eine Matrix bildenden Mantel aus dem elektrisch normalleitendenTo produce a multi-core conductor, several can advantageously be provided with a sheath made from the first component Cores made from the second component with an ingenious, matrix-forming jacket made from the normally electrically conductive material

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Metall umgeben werden. Dabei können die mit der Hülle versehenen Kerne bereits einer querschnittsverringernden Bearbeitung unterzogen werden, bevor sie mit dem Mantel aus elektrisch normalleitendem Metall umgeben und zusammen mit diesem weiter im Sinne einer Querschnittsverringerung ve* formt werden.Be surrounded by metal. The cores provided with the sheath can already be subjected to a cross-section-reducing processing before they are surrounded by the jacket made of normally electrically conductive metal and further shaped together with this in the sense of a cross-section reduction.

Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Supraleiters mit einer aus zwei Elementen bestehenden supraleitenden intermetallischen Verbindung des Typs A,B mit A 15-Kristallstruktur. Bei der Herstellung solcher Verbindungen enthält der im übrigen aus einem Trägermetall bestehende Kern vorteilhaft das niedriger schmelzende Element der herzustellenden Verbindung, während die Hülle aus dem höher schmelzenden Element der Verbindung besteht. Insbesondere kommen als Element A die Elemente Vanadium und Niob und als Element B die Elemente Gallium und Zinn in^; Frage, wobei wegen ihrer besonders günstigen Supraleitungseigenschaf ten insbesondere die Verbindungen V^Ga und Nb₅Sn Vorteile bieten.In particular, the method according to the invention is suitable for producing a superconductor with a superconducting intermetallic compound of type A, B with an A 15 crystal structure consisting of two elements. In the production of such connections, the core, which otherwise consists of a carrier metal, advantageously contains the lower-melting element of the connection to be produced, while the shell consists of the higher-melting element of the connection. In particular, the elements vanadium and niobium come as element A and the elements gallium and tin as element B ^; Question, whereby the compounds V ^ Ga and Nb ₅ Sn in particular offer advantages because of their particularly favorable superconducting properties.

Zur Herstellung eines Supraleiters mit der intermetallischen Verbindung V,Ga kann der Kern vorzugsweise aus Kupfer, Silber oder einer Kupfer-Silber-Legierung, je enthaltend 0,1 bis Atom-# Gallium, bestehen. Legierungen mit Galliumgehalten von etwa 18 Atom-$ und weniger sind dabei wegen ihrer verhältnismäßig guten Duktilität besonders günstig. Die Wärmebehandlung zur Herstellung der V,Ga-Schicht kann vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 500 bis 95O⁰C erfolgen und je nach dem Galliumgehalt der den Kern bildenden Legierung und der gewünschten V,Ga-Schichtdicke etwa 5 Minuten bis 100 Stunden dauern.To produce a superconductor with the intermetallic compound V, Ga, the core can preferably consist of copper, silver or a copper-silver alloy, each containing 0.1 to atomic gallium. Alloys with gallium contents of about 18 atomic $ and less are particularly cheap because of their relatively good ductility. The heat treatment for producing the V, Ga layer can preferably take place at temperatures between 500 to 95O ⁰ C and, depending on the gallium content of the alloy forming the core and the desired V, Ga layer thickness, last about 5 minutes to 100 hours.

Zum Herstellen eines Supraleiters mit der intermetallischen Verbindung Nb,Sn kann der Kern vorteilhaft aus Kupfer, SilberTo produce a superconductor with the intermetallic compound Nb, Sn, the core can advantageously be made of copper or silver

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oder einer Kupfer-Silber-Legierung, je enthaltend 0,1 bis 8 Atom-# Zinn, bestehen, während eine Hülle aus Niob angewandt wird. Die Wärmebehandlung kann dabei vorteilhaft bei Temperaturen zwischen 700 und 850⁰C durchgeführt werden und wenige Minuten bis etwa 20 Stunden dauern.or a copper-silver alloy, each containing 0.1 to 8 atoms # tin, while a sheath of niobium is applied. The heat treatment can advantageously be carried out at temperatures between 700 and 850 ^° C. and last from a few minutes to about 20 hours.

An sich sind für den Kern auch andere duktile Metalle, die bei der Wärmebehandlung nicht störend mit den Elementen der herzustellenden Verbindung reagieren, als Trägermetall geeignet.There are also other ductile metals for the core that do not interfere with the elements of the heat treatment to be produced compound react, suitable as a carrier metal.

Als Material für den die Hülle umgebenden, zur elektrischen Stabilisierung dienenden Mantel sind an sich alle gut elektrisch und thermisch leitenden Metalle geeignet, die bei der Betriebstemperatur des Supraleiters normalleitend sLnd und bei der angewandten Wärmebehandlung nicht mit dem Hüllenmaterial unter Bildung störender Schichten reagieren. Besonders geeignet sind unter anderem wegen ihres über der Temperatur der Wärmebehandlung liegenden Schmelzpunktes und ihrer hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit die Metalle Kupfer und Silber. Besonders einfach auch hinsichtlich der Verfahrenstechnik gestalten sich die Verhältnisse, wenn der die Hülle umgebende Mantel aus dem gleichen Metall besteht, das die den Kern bildende Legierung als Trägermetall enthält.As a material for the jacket surrounding the shell and serving for electrical stabilization, all are good in themselves electrically and thermally conductive metals that are normally conductive at the operating temperature of the superconductor and do not react with the shell material with the formation of disruptive layers during the heat treatment used. Among other things, they are particularly suitable because of their melting point, which is above the temperature of the heat treatment, and the metals copper and silver due to their high electrical and thermal conductivity. Particularly easy also in terms of In process engineering, the conditions are shaped when the jacket surrounding the shell consists of the same metal as the alloy forming the core as the carrier metal contains.

Bei der Herstellung der gewünschten intermetallischen Verbindung kann es ferner vorteilhaft sein, die Wärmebehandlung so zu führen, daß nur der dem Kern benachbarte Teil der Hülle in die intermetallische Verbindung umgewandelt wird und ein dem Mantel benachbarter Teil in nicht umgewandeltem Zustand verbleibt. Eine solche Verfahrensweise ergibt Supx*aleiter, die sich besonders für Wechselstromanwendungen oder für Anwendungen mit langsam veränderlichen Strömen eignen. Die nicht umgewandelte, zwischen der supraleitenden Verbindung und dem Mantelmaterial verbleibende Schicht, beispiels-In the production of the desired intermetallic compound, it can also be advantageous to use the heat treatment to lead so that only the part of the shell adjacent to the core is converted into the intermetallic compound and a part adjacent to the jacket remains in an unconverted state. Such a procedure gives Supx * aleiter, which are particularly suitable for alternating current applications or for applications with slowly changing currents. The unconverted layer remaining between the superconducting connection and the cladding material, for example

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weise aus Vanadium oder Niob, die sich bei üblichen Betriebsverhältnissen im normalleitenden Zustand befindet, hat in diesem Zustand nämlich einen verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstand, so daß im Supraleiter bei Feldänderungen entstehende Wirbelströme rasch gedämpft werden.wise made of vanadium or niobium, which is normally conductive under normal operating conditions, has in In this state, namely a relatively high electrical resistance, so that in the superconductor when the field changes resulting eddy currents are dampened quickly.

Anhand einiger Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail with the aid of a few figures.

Fig. 1 zeigt schematisch im Querschnitt e inen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, einen einzigen Kern enthaltenden Leiteraufbau vor der Wärmebehandlung.Fig. 1 shows schematically in cross section a single one produced by the method according to the invention Conductor structure containing core prior to heat treatment.

Fig. 2 zeigt den Leiteraufbäu nach Fig. 1 nach der abschließenden Wärmebehandlung zur Bildung der intermetallischen Verbindung.Fig. 2 shows the ladder structure of Fig. 1 after the final Heat treatment to form the intermetallic Link.

Fig. 3 seigt schematisch im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Vielkernleiters.Fig. 3 shows schematically in cross section an embodiment a multi-core conductor manufactured according to the invention.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau, aus dem ein Supraleiter mit der intermetallischen Verbindung V,Ga hergestellt werden soll, ist ein drahtförmiger Kern 1 aus einer Legierung aus Kupfer mit 18 Atom-# Gallium von einer rohrförmigen Vanadiumhülle 2 umgeben. Diese Hülle 2 wird wiederum von einem aus Kupfer bestehenden Mantel 3 umschlossen. Zur Herstellung des Aufbaus kann beispielsweise der Kern 1 in das Rohr 2 hineingesteckt werden und der so gebildete Aufbau kann, gegebenenfalls nach querschnittsverringernden Vorbehandlungen, in das Kupferrohr 3 gesteckt werden. Der so gewonnene Körper wird dann durch geeignete Zieh- oder Walzschritte zu einem im Querschnitt verringerten langen Draht verarbeitet. Nach dem letzten Bearbeitungsschritt wird der Draht einer Wärmebehandlung, vorzugsweise unter Vakuum oder Schutzgas, unterzogen, bei der ein Teil des im Kern 1 enthaltenden Galliums von innen her in die Vanadiumhülle 2In the structure shown in Fig. 1, from which a superconductor is made with the intermetallic compound V, Ga is to be, a wire-shaped core 1 made of an alloy of copper with 18 atoms # gallium of a tubular Vanadium shell 2 surrounded. This shell 2 is in turn enclosed by a jacket 3 made of copper. To the Manufacturing the structure, for example, the core 1 can be inserted into the tube 2 and the structure thus formed can, if necessary after cross-section-reducing pretreatments, be inserted into the copper pipe 3. The body obtained in this way is then subjected to suitable drawing or rolling steps processed into a long wire with reduced cross-section. After the last processing step, the Wire subjected to a heat treatment, preferably under vacuum or protective gas, in which part of the core 1 contained Gallium from the inside into the vanadium shell 2

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eindiffundiert und unter Reaktion mit dem Vanadium eine V^Ga-Schicht 4 bildet. Die Wärmebehandlung kann vorzugsweise zwischen 600 und 800⁰C, beispielsweise etwa bei 66O⁰C vorgenommen werden, und beispielsweise etwa 20 Stunden dauern. Die im fertigen Draht erreichbaren kritischen Stromdichten betragen bei einer Temperatur von 4,2 K und in einem äußeren Magnetfeld von etwa 5 Tesla zwischen etwa 10 und 10 A/cm , bezogen auf den gesamten Leiterquerschnitt einschließlich des Stabilisierungsmaterials.diffused in and forms a V ^ Ga layer 4 under reaction with the vanadium. The heat treatment may preferably be between 600 and 800 ⁰ C, for example, be carried out at about 66o C ^0, and take, for example about 20 hours. The critical current densities that can be achieved in the finished wire are between about 10 and 10 A / cm at a temperature of 4.2 K and in an external magnetic field of about 5 Tesla, based on the entire conductor cross-section including the stabilizing material.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Leiter sind in einer Kupfermatrix 31 eine Vielzahl von Kernen 32 aus einer Kupfer-Gallium-Legierung angeordnet, die wiederum von einer HülleIn the conductor shown in FIG. 3, a plurality of cores 32 made of a copper-gallium alloy are in a copper matrix 31 arranged, in turn, by a sheath

33 aus Vanadium umgeben sind. Der den Kernen 32 benachbarte Teil der Hülle 33 ist durch Wärmebehandlung in eine Schicht33 are surrounded by vanadium. The one adjacent to the cores 32 Part of the sheath 33 is made into a layer by heat treatment

34 aus der intermetallischen Verbindung V,Ga umgewandelt. Die Herstellung des in Fig. 3 dargestellten Leiteraufbaues kann in verschiedener Weise erfolgen. Beispielsweise können die mit einem Vanadiummantel 33 überzogenen Legierungsdrähte 32 jeweils mit einem eigenen Kupfermantel umgeben, zu einem Bündel gepackt und dann bei der querschnittsverringernden Bearbeitung so verformt werden, daß die einzelnen Kupfermäntel gemeinsam die Kupfermatrix 31 bilden. In das Bündel können zusätzlich auch noch Kupferdrähte gepackt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Kupferblock mit Bohrungen zu versehen, in diese Bohrungen die mit Vanadiumhüllen versehenen Legierungskerne hineinzuschieben und den so gewonnenen Aufbau querschnittsverringernd weiter zu verarbeiten.34 converted from the intermetallic compound V, Ga. The manufacture of the conductor structure shown in FIG. 3 can be done in a number of ways. For example, the alloy wires 32 coated with a vanadium jacket 33 can each be surrounded by a separate copper jacket, packed into a bundle and then deformed during the cross-section-reducing processing so that the individual Copper sheaths together form the copper matrix 31. Copper wires can also be packed into the bundle will. Another possibility is to provide a copper block with holes, in these holes with To push in alloy cores provided with vanadium shells and further reduce the cross-section of the structure obtained in this way to process.

Supraleiter mit der intermetallischen Verbindung Nb,Sn können in ähnlicher Weise hergestellt werden, indem man beispielsweise statt der Kupfer-Gallium-Kerne Kerne aus einer Kupfer-Zinn-Legierung und statt der Vanadiumhüllen Niobhüllen verwendet.Superconductors with the intermetallic compound Nb, Sn can be produced in a similar way, for example, by using cores instead of the copper-gallium cores a copper-tin alloy and niobium shells instead of vanadium shells.

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Bei einem fertigen Leiter des in Fig. 3 dargestellten Typs kann der Gesamtdurchmesser des Leiters, gemessen über die Matrix 31» beispielsweise 0,4 mm betragen. In der Matrix können beispielsweise 60 Kerne 32 angeordnet Der Außendurchmesser der Vanadiumhüllen 33 kann beispielsweise 30 /um und die Dicke der V,Ga-Schicht 34 beispielsweise etwa 1 bis 4 /U betragen. Der Legierungskern 32 kann beispielsweise einen Durchmesser von 10 bis 20 /u haben. Wie weit die Vanadiumhülle 33 zu V,Ga durchreagiert, hängt sowohl von der Dauer der Wärmebehandlung als auch von der bei der Wärmebehandlung angewandten Temperatur ab, ferner kommt es auf die Stärke der Vanadiumhülle 33 und auf die innerhalb dieser Hülle verfügbare Galliummenge, d.h. auf den Kerndurchmesser und auf den Galliumgehalt der Kupfer-Gallium-Legierung an. Je dünner die Vanadiumhülle und je höher der Galliumgehalt innerhalb des Kernes ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß die gesamte Hülle durchreagiert. Ferner wächst die Dicke der durchreagierten Schicht auch mit der bei der Wärmebehandlung angewandten Temperatur und der Dauer der Wärmebehandlung. Für den jeweiligen Einzelfall lassen sich die genauen Reaktionsparameter experimentell leicht ermitteln.In a finished conductor of the type shown in FIG the total diameter of the conductor, measured across the matrix 31, can be, for example, 0.4 mm. In the matrix For example, 60 cores 32 can be arranged. The outer diameter of the vanadium shells 33 can for example 30 / µm and the thickness of the V, Ga layer 34 is, for example, about 1 to 4 / U. The alloy core 32 can, for example have a diameter of 10 to 20 / u. How far the vanadium shell 33 reacts to V, Ga depends on both depends on the duration of the heat treatment as well as on the temperature used in the heat treatment, furthermore it depends the thickness of the vanadium shell 33 and the amount of gallium available within this shell, i.e. the core diameter and the gallium content of the copper-gallium alloy. The thinner the vanadium shell and the higher the Gallium content is within the core, the greater the probability that the entire shell will react through. Furthermore, the thickness of the fully reacted layer also increases with the temperature and the temperature used in the heat treatment Duration of the heat treatment. The exact reaction parameters can be experimentally determined for each individual case easy to determine.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Vielkernleiter können vorteilhaft vor der abschließenden Wärmebehandlung um ihre Längsachse verdrillt werden, so daß die einzelnen eingelagerten Supraleiter in an sich bekannter Weise Schraubenbahnen beschreiben. Ferner brauchen die Hüllen, die die Legierungskerne umgeben, auch nicht aus reinen Metallen zu bestehen, sondern können in an sich bekannter Weise Zusätze enthalten. Beispielsweise können dem Vanadium 0,1 bis 10 Atom-# Titan, Zirkon oder Hafnium, oder dem Niob beispielsweise bis zu 25 Gew.-$> Tantal zugesetzt sein.The multi-core conductors produced according to the method according to the invention can advantageously be twisted about their longitudinal axis before the final heat treatment, so that the individual superconductors embedded therein describe helical paths in a manner known per se. Furthermore, the shells which surround the alloy cores do not need to consist of pure metals, but can contain additives in a manner known per se. For example, the vanadium may, for example, up to 25 0.1 to 10 atomic # titanium, zirconium or hafnium, or niobium - be $> tantalum added..

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Außer den bereits erwähnten Vorteilen weist der nach, dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Supraleiter auch den Vorteil auf, daß der Querschnitt des zur Stabilisierung dienenden Mantels im Vergleich zum eigentlichen Supraleiterquerschnitt entsprechend den jeweiligen Anforderungen an eine gute Stabilisierung in weiten Grenzen verändert werden kann. Ferner hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß der gesamte Supraleiter einschließlich der Stabilisierung in einer Reihe von Verformungsschritten vor der Wärmebehandlung fertiggestellt werden kann und nach der Wärmebehandlung keinen weiteren Verarbeitungsschritten mehr unterzogen werden muß. Bei den bereits bekannten Supraleitern, bei denen beispielsweise V^Ga-Kerne in eine Matrix aus einer Kupfer-Gallium-Legierung eingelagert sind, kann mnn zwar grundsätzlich die Matrix außen nochmals mit Stabilisierungsmetall umgeben. Tut man dies jedoch vor der Wärmebehandlung, so diffundiert bei der Wärmebehandlung Gallium nicht nur in die Vanadiumkerne, sondern auch in das die Kupfer-Gallium-Legierung umgebende Stabilisierungsmaterial ein, wodurch dessen Restwiderstand erhöht und die Stabilisier ungs wirkung erheblich verschlechtert wird. Bringt man das Stabilisierungsmaterial erst nach der Wärmebehandlung auf, so kann dies praktisch nur auf elektrolytischem Wege erfolgen, da die empfindlichen Schichten aus der supraleitenden Verbindung keine weiteren Verformungsschritte vertragen. Gegenüber einem solch aufwendigen Verfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren erheblich vereinfacht.In addition to the advantages already mentioned, the demonstrates the Superconductors produced according to the invention also have the advantage that the cross section of the stabilization serving sheath compared to the actual superconductor cross-section according to the respective requirements a good stabilization can be changed within wide limits. Furthermore, the method according to the invention has the advantage that the entire superconductor including the stabilization in a series of deformation steps before the heat treatment can be completed and not subjected to any further processing steps after the heat treatment must become. In the case of the already known superconductors, in which, for example, V ^ Ga cores in a matrix a copper-gallium alloy are incorporated, although basically the matrix can again be coated with stabilizing metal on the outside surround. However, if this is done before the heat treatment, gallium diffuses during the heat treatment not only in the vanadium cores, but also in the stabilizing material surrounding the copper-gallium alloy a, whereby its residual resistance increases and the stabilizer effect is considerably worsened. The stabilization material is only brought after the heat treatment on, this can practically only be done electrolytically, since the sensitive layers are made of the superconducting Connection cannot tolerate further deformation steps. This is compared to such a complex procedure The method according to the invention is considerably simplified.

10 Patentansprüche
3 Figuren10 claims
3 figures

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Claims

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1. A method for producing a superconductor with a superconducting intermetallic compound of at least two elements, with a ductile component composed of one element connecting with a second component an alloy containing a ductile carrier metal and the other elements of the compound brought into contact, then the two components are jointly subjected to a cross-section-reducing machining and then in this way are heat treated that the compound by reacting the first component with those in the second Component contained elements of the compound is formed, characterized in that a core from the second Component provided with a shell from the first component and this shell in turn with a jacket With good electrical and thermal conductivity, normal electrical conductivity at the operating temperature of the superconductor Surrounded by metal and the structure obtained in this way is subjected to deformation to reduce the cross-section and then to Formation of the connection is heat treated.

2. The method according to claim 1, characterized in that several provided with a shell made of the first component Cores from the second component with a common, a matrix-forming jacket from the electrical normally conductive metal are surrounded.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the superconducting connection is one of two elements existing intermetallic compound of type A, B with A 15 crystal structure and the shell from the higher The melting element of the compound exists, while the core contains the lower melting element of the compound.

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4. Method according to one of Claims 1 to 3 »characterized in that the connection V ₅ Ga is formed.

5. The method according to claim 4, characterized in that the shell made of vanadium and the core made of copper, silver or a copper-silver alloy, each containing 0.1 to

30 atom #, preferably 0.1 to 18 atom #, gallium.

6. The method according to any one of claims 1 to 3 »characterized in that the connection Nb, Sn is formed.

7. The method according to claim 6, characterized in that the shell made of niobium and the core made of copper, silver or a copper-silver alloy, each containing 0.1 to

8 atom # tin, is composed.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the jacket surrounding the shell Made of copper or silver.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the jacket surrounding the shell from the consists of the same metal that is contained in the alloy forming the core as a carrier metal.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the heat treatment is carried out in such a way that only the part of the shell adjacent to the core is converted into the intermetallic compound and a dem Sheath adjacent part of the sheath remains in unconverted composition.

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