DE2345779A1 - Flexible supraleitende verbunddraehte - Google Patents

Description

"Flexible supraleitende Verbunddrähte"

Priorität: 11. September 1972, Japan, 91016/72

13. Oktober 1972, Japan, 102591/72

13. Oktober 1972, Japan, 102592/72

13. Oktober 1972, Japan, 102593/72

'13. Oktober 1972, Japan, 10259V72

28. November 1972, Japan, II91I6/72

27. Februar 1973, Japan, 23598/73

13. März 1973, Japan, 29303/73

Die Erfindung betrifft flexible supraleitende Verbunddrähte, wie Drahtlitzen, umsponnene oder umklöppelte Drähte und gekreuzte Leitungen, welche aus einer Mehrzahl von Strängen 'zusammengesetzt sind, von denen jeder eine Schicht der supraleitenden Verbindung aufweist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Es wurden bereits verschiedene ausführliche Untersuchungen durchgeführt, welche sich mit supraleitenden Verbindungen als Draht- , materialien für Magnete mit großem Magnetfeld beschäftigten, da

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diese ein sehr hohes.kritisches Magnefeld (Hc₂) im Vergleich zu den supraleitenden Legierungen aufweisen. Zu typischen Vertretern von supraleitenden Verbindungen gehören die ß-W Typ-Verbindungen, wie Nb,Sn, Nb^Al, Nb^Ga, Nb^(AlGe), V^Ga, V^Si; des weiteren gehören dazu Verbindungen vom NaCl-Typ, wie NbN, (NbTi)N, NbC sowie die Laves-Phasen-Verbindungen, wie VpHf,

₂ Von diesen werden lediglich Nb^Sn und V^Ga zum gegenwärtigen Zeitpunkt praktisch verwendet.

Bei der Verarbeitung von supraleitenden Verbindungen zu Drähten trat jeweils als Begleiterscheinung das Problem der mechanischen Sprödheit auf. Es wurden bis heute verschiedene Drahtherstellungsverfahren vorgeschlagen und entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Zu den typischen Verfahren gehören ein

Verbund-Verfahren, ein Oberflächendiffusions-Verfahren sowie ein Dampfphasen-Reduktionsverfahren. Bei dem Verbund-Verfahren wird beispielsweise ein Verbund aus Niob und Zinn einem Walzvorgang oder einem Drahtziehvorgang und anschließend einer Wärmebehandlung unterworfen. Bei der Oberflächendiffusions-Methode wird z.B. geschmolzenes Zinn oder Gallium als Überzug auf eine Vanadium- oder Niobunterlage aufgebracht, wonach die mit dem Überzug versehene Metallunterlage einer Diffusionswärmebehandlung unterzogen wird. Bei dem Dampfphasen-Reduktionsverfahren werden beispielsweise gasför-

Elementbestandteilen
mige Halogenide von / einer supraleitenden Verbindung ^bildenden Elementen zur Bildung der Verbindung auf der Unterlage mit Wasserstoff reduziert. Auch andere Verfahren, wie ein reaktives Zerstäubungsverfahren und ein Plasmasprühverfahren,

seien erwähnt. _409813/0e91 -I

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Drahtwindungen oder -spulen aus einer supraleitenden Verbinnach
dung, welche / diesen herkömmlichen Verfahren hergestellt

wurden, wurden praktisch bisher lediglich in der Form eines Bandes eingesetzt.

Die herkömmlichen supraleitenden Verbindungen in bandartiger

—en
Gestalt weis/ jedoch die folgenden Nachteile auf, welche im wesentlichennicht vermieden werden können.

Ein erster Nachteil beruht darin, daß der in Bandform vorliegende Supraleiter nicht um die Magnetspulenkörper in solenoidförmigen Windungen herumgewickelt werden kann, so daß der Magnet dadurch hergestellt werden muß, daß man eine bestimmte Anzahl von baumkuchenartigen Spulen oder pfannkuchenartigen Spulen anordnet.

Zum zweiten stellt die strukturelle Anisotropie ein Problem dar, welche eine Anisotropie in dem kritischen Strom und damit in der Spulenleistung hervorruft. Der zweite Nachteil beruht auf der im Englischen als "pinning"-Kraft bezeichneten Erscheinung der magnetischen Schichten in der senkrecht zur Bandoberfläche verlaufenden Magnetfeldrichtung, d.h. an den Endbereichen des Magneten, so daß eine Instabilität hervorgerufen wird.

Ein dritter Nachteil beruht darin, daß Unregelmäßigkeiten in dem Magnetfeld Probleme bereiten, wenn als· - · Magnetspule das Band verwendet wird. Falls sich die Intensität

_L des Magnetfeldes über die Breite des Bandes ändert, fließt _j

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der Strom im stärkeren Maße zu Bereichen mit schwachem Magnetfeld, so daß die Stromdichte nicht gleichmäßig ist. Hierdurch wird die Ordnung der Magnetfeldverteilung gestört. Des weiteren gibt es immer Abstände zwischen den pfannkuchenartigen Spulen, wobei auch durch diese Abstände die Ordnung der Magnetfeldverteilung gestört wird. Aus den bandförmig gestalteten Spulen läßt sich daher kein äußerst gleichmäßiger Magnet herstellen.

Als vierter Nachteil läßt sich erwähnen, daß der Gesarntpackungsfaktor niemals erhöht werden kann. Die Gesamtstromdichte des Magneten nimmt daher insgesamt ab, wenn die herumgewickelten Drähte die gleiche Stromdichte haben, da der Magnet von einem pfannkuchenartigen Typ. wie oben erwähnt, einen niedrigen Packungsfaktor aufweist. Darüber hinaus ist bei der Verwendung einer Spule von pfannkuchenartiger Bauart die Zahl der Windungen, welche einen Magnet bilden, gering, so daß jede Windung einen großen Strom führen muß. Dies führt dazu, daß es notwendig wird, eine große Menge von Stabilisierungsmaterial vorzusehen, welches wiederum die mittlere Stromdichte herabsetzt.

Ein fünfter Nachteil beruht schließlich darin, daß sich Schwierigkeiten im Hinblick auf die Verträglichkeit des bandartig geformten Supraleiters mit dem herkömmlichen NbTi-Legierungsdraht ergeben. Vom Standpunkt einer kostensparenden Konstruktion des Magneten ist es besonders vorteilhaft, Drähte aus supraleitenden Verbindungen, welche in einem starken Magnetfeld stabil sind, für den Kernbereich des Magneten zu verwenden, in dem das größte Magnetfeld herrscht, jedoch für

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die äußeren und mittleren Zonen mit niedrigem Magnetfeld einen

vorzusehen/

billigen NbTi-Drahtfl Der herkömmliche bandartige Supraleiter muß jedoch in der Form einer pfannkuchenartigen Spule verwendet werden, so daß sich Schwierigkeiten hinsichtlich der strukturellen Verträglichkeit beider Spulen ergeben. Darüber hinaus muß, wie bereits oben erwähnt wurde, der bandartig geformte Halbleiter einen großen Strom aufnehmen, so daß es schwierig ist, eine Übereinstimmung der Ströme für beide Arten von Spulen zu erhalten.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, Drähte

aus supraleitenden Verbindungen zu schaffen,

welche eine ausgezeichnete Flexibilität aufweisen und die in Weise

gleicher'wie supraleitende Legierungsdrähte gehandhabt werden können.

Eine weitere Aufgabe der .' Erfindung ist es,

supraleitende, verseilte,, gewebte und gekreuzte Verbunddrähte, welche eine ausgezeichnete Biegsamkeit aufweisen, zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es,

biegsame, supraleitende. Verbunddrähte, die sich für einen Magnet eignen, zu schaffen.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung der vorgenannten hervorragend biegsamen supraleitenden Verbunddrähte zur Verfügung zu stellen.

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Erfindungsgemäß werden supraleitende Verbunddrähte geschaffen, wobei ein Teil oder die Gesamtheit der sie bildenden Stränge, welche eine kontinuierliche Schicht aus einer supraleitenden Verbindung aufweisen, derart angeordnet sind, daß sie eine bestimmte Neigung zur Längsrichtung der supraleitenden Verbund-

und
drähte aufweisen,^vwobei die Stränge nicht im wesentlichen

aneinander haften.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der supraleitenden. Verbunddrähte, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Teil oder die Gesamtheit von Strängen, welche eine durch Wärmebehandlung gebildete Verbindungsschicht aufweisen, in derartiger Weise zusammensetzt, daß sie eine bestimmte Neigung zur Längsrichtung der supraleitenden Verbunddrähte aufweisen, die so angeordneten Stränge auf eine Temperatur erhitzt, bei der sich die Verbindung bildet, und die Stränge abkühlt.

Die Drähte, in denen die Stränge so zusammengesetzt sind, daß sie eine Neigung zur Längsrichtung der Drähte aufweisen, enthalten Drahtlitzen, gewebte Drähte, sowie auch gekreuzte Drähte oder irgendwelche andere Drähte, bei denen nicht alle der ihre Komponenten bildenden Stränge parallel zur Längsrichtung des Drahtes angeordnet sind.

Die Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele

dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.

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Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht von eine Schicht einer supraleitenden Verbindung enthaltenden Strängen des supraleitenden Verbunddrahtes.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht von verseilten supraleitenden Verbunddrähten.

Fig. 3 mit 5 zeigen Querschnittsansichten von Strängen des stabilisierten supraleitenden Verbunddrahtes.

Fig. 6 und 7 zeigen Querschnittsansichten von verseilten supraleitenden Verbunddrähten.

Fig. 8 zeigt die schematische Anordnung für die Wärmebehandlung der zusammengesetzten Stränge, welche zu den supraleitenden Drähten verarbeitet werdeh.

B'ig. 9 (a) zeigt eine Übersichtsskizze für ein Säurebeizen und

des eine Schmelzplattierung mit weichem Metall/bei der Herstellung des supraleitenden Verbunddrahtes verwendeten Verfahrens; Fig. 9 (b) zeigt eine perspektivische Ansicht von einem Beispiel des supraleitenden Verbunddrahtes.

Fig. IO zeigt eine Übersichtsskizze von dem Herstellungsverfah ren eines supraleitenden Verbunddrahtes mit großer Strombelastbarkeit .

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Pig. 11 (a) zeigt eine Aufsicht des Verbindungsbereiches von dem supraleitenden Verbunddraht;

Fig» 11 (b) zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A' des Verbindungsbereiches.

Fig. 12 zeigt eine Aufsicht sowie eine Seitenansicht des Verbindungsbereiches von dem supraleitenden Verbunddraht.

Fig. 13 zeigt das Verhältnis zwischen dem Strangdurchmesser und dem normierten kritischen Strom des supraleitenden Verbunddrahtes.

Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen dem Biegedurchmesser und
dem kritischen Strom des verseilten supraleitenden Verbunddrahtes .

Fig. 15 zeigt die Beziehung zwischen der Windungsganghöhe der
Verseilung und dem kritischen Strom des verseilten supraleitenden Verbunddrahtes.

Fig. l6 zeigt das thermische Ausdehnungs- und Zusammenziehungsverhalten von einem stählernen Spulenkörper, einem supraleitenden Strang und einem Wolframdraht.

Fig. 17 zeigt die Einwirkung des Biegedurchmessers auf den
kritischen Strom des verseilten Verbunddrahtes mit ebener
Oberfläche.

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Fig. l8 zeigt eine perspektivische Ansicht von einem Verburidkabel mit großer Strombelastbarkeit.

Fig. 19 zeigt "das Ergebnis von einer Röntgenstrahlen-Mikroanalyse eines CuGa-V-Verbundst'abes, - - . .. der eine Oxydsehicht auf seiner V-Seele trägt.

Fig. 20 zeigt eine Querschnittsansicht des einen Schichtstab zusammensetzenden Verbundstrangs. ·

Fig. 21 zeigt eine Querschnittsansicht eines supraleitenden Strangs mit einer Hochwiderstandsschicht.

Fig. 22 zeigt eine Querschnittsansicht eines Strangs, in dessen Mitte Silber als Stabilisierungsmaterial Verwendung findet.

Fig. 23 zeigt eine Querschnittsansicht des in Fig. 21 gezeigten Stranges nach einer Wärmebehandlung.

Die erfindungsgemäßen supraleitenden Drähte sind dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder die Gesamtheit der mehreren -Stränge,weiche eine kontinuierliche Schicht einer supraleitenden Verbindung aufweisen, derart zusammengesetzt sind, daß sie eine bestimmte Neigung zu der Längsrichtung des supraleitenden Drahtes aufweisen, und daß die Stränge nicht wesentlich aneinander haften.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten die Stränge eine

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Schicht aus einer supraleitenden Verbindung. Der in Fig. 1 (a) gezeigte Strang 1 besteht aus einer Basis oder einer Unterlage 2 sowie einer einzelnen Schicht 3 einer supraleitenden Verbindung. In Pig. 1 (b) ist ein Strang 1 dargestellt, der Mehrfachfäden aufweist und aus einer Basis 2 besteht, welche eine Mehrzahl von Schichten 3 aus einer supraleitenden Verbindung in sich trägt. In Fig. 1 (c) ist schließlich ein Mehrfachschicht ens tr ang 1 dargestellt, der aus mehreren Schichten einer Unterlagsschicht 2, sowie einer Schicht 3 aus einer supraleitenden Verbindung besteht. Die genannten Ausführungsformen für den Strang 1 sind im Hinblick auf die Biegsamkeit und den Packungsfaktor besonders erwünscht.

Die erfindungsgemäßen supraleitenden Drähte v/erden im Falle eines verseilten Drahtes erläutert.

Die Drähte weisen Querschnittsstrukturen auf, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Die Fig. 2 (a), (b) und (c) geben Drähte wieder, die aus Strängen 1 mit einer Schicht einer supraleitenden Verbindung zusammengesetzt sind, sowie aus Strängen h von einem Stabilisierungsmaterial wie Kupfer, Silber, Gold und Indium, und Strängen eines Verstärkungsmaterials 5* ^wi^e beispielsweise korrosionsfesten Stahl, Wolfram, Molybdän, Kohlenstoff und Aluminiumoxyd. In diesen Fällen sind die Stränge (7, 19 und 37"···) in einer dicht gepackten Anordnung miteinander verseilt. Die dicht gepackte Anordnung ist zwar im Hinblick auf den Packungsfaktor erwünscht, die Erfindung ist

jedoch nicht auf diese beschränkt.

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Zusätzlich zu den oben beschriebenen verseilten Drähten enthalten die zusammengesetzten supraleitenden Drähte gemäß der

Erfindung gewebte Drähte, gekreuzte Drähte, ■

S.Z. verseilte Drähte sowie Drähte, in denen die Stränge durch verschiedene Kombinationen dieser Anordnungsmethoden zusammengesetzt sind.

Wie vorstehend beschrieben, ist bei den supraleitenden Drähten der Erfindung ein Teil oder die Gesamtheit

der Stränge so zusammengesetzt, daß sie eine Neigung zu der

Hierdurch

Längsrichtung des Drahtes aufweisen./wird die an jeden Strang übertragene Intensität des Magnetfelds ausgeglichen, so daß der durch die Stränge hindurchlaufende Strom gleichförmig ist. Auf diese V/eise wird die Instabilität der Spule als Ganzes eliminiert. Mit der Erfindung sind somit die wesentlichen Nachteile der herkömmlichen bandartig geformten Supraleiter vermieden, nämlich die auf die Anisotropie zurückzuführende Instabilität in dem kritischen Strom, sowie die Nichtgleichformigkeit der Stromverteilung in Richtung der Breite.

Einer der Vorteile der Erfindung beruht darin, daß

der supraleitende Draht eine Biegsamkeit aufweist. Diese ist auf den Umstand zurückzuführen, daß die Stränge, Vielehe die Kompo-. nenten' bilden, nicht einheitlich und eng miteinander verbunden sind. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen, bandartig geformten Supraleiter können daher die erfindungsgemäßen Drähte um den

in gleicher Weise

Magnetspulenkörper / wie supraleitende Metall-Legierungsdrähte herumgewickelt werden. Im Falle eines Hybridmagneten,

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bei dem der erfindungsgemäße Draht gemeinsam mit einem supraleitenden Metall-Legierungsdraht verwendet wird, ist es möglich, die durch beide Drähte hindurchgeleiteten Ströme anzugleichen. Da die Stränge, welche die Komponenten bilden, sich in einer Vielzahl von Ebenen in festen Intervallen über die Länge des Drahts schneiden, kann darüber hinaus der quer zu dem Strom fließende Kopplungsstrom, der durch rasche Änderungen im Magnetfeld induziert wird, vermindert oder unterdrückt werden, so daß eine Verwendung der erfindungsgemäßen Drähte auch.sicher bei Wechselstromanordnungen möglich ist.

Als nächstes soll das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben werden.

Da die aus Verbindungen bestehenden Supraleiter sehr spröde sind im Vergleich zu Metallsupraleitern, ist es nicht möglich, Stränge, welche eine Schicht einer derartigen Verbindung aufweisen, zu verseilen oder zu verspinnen bzw. zu verk'löppeln. Wenn die Stränge eine Schicht der Verbindung aufweisen, so reißt diese Schicht der Verbindung während des Verseilungs- oder Umspinnungsverfahrens aufgrund der beträchtlichen Biege- und Verdrillungskräfte, und zwar selbst dann, wenn die Schicht selbst sehr dünn ist. Die herkömmliche Technik war daher auf die bandartig geformten Einzeldrähte beschränkt, welche aus einer bandartigen Metallbasis oder Unterlage bestanden, die darauf eine Schicht der Verbindung trug.

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Gemäß der Erfindung werden daher die Stränge, auf

denen die Schicht einer supraleitenden.Verbindung durch Wärmebehandlung gebildet werden soll, zu den erwünschten Drähten zusammengesetzt, wie beispielsweise zu verseilten Drähten oder zu geflochtenen oder geklöppelten Drähten, und zwar vor Bildung

einer

der Verbindung, worauf diese Stränge / Wärmebehandlung unterzogen werden, so daß die Schicht der supraleitenden Verbindung gebildet wird. Es ist diesbezüglich außerordentlich wichtig, ein Anhaften und" eine Vereinigung der Stränge zu vermeiden wegen der durch die Wärmebehandlung bewirkten gegenseitigen

Andernfalls Diffusion benachbarter Stränge. / ist es unmöglich, supraleitende Drähte zu erhalten, die eine hervorragende Biegsamkeit aufweisen. Es werden daher gemäß der Erfindung Substanzen zwischen die einzelnen Stränge eingebracht, welche bei der Durchführung der Wärmebehandlung verhindern, daß zwischen den benachbarten Strängen eine gegenseitige Diffusion stattfindet.

Als Substanzen für eine derartige Verhinderung einer gegensei-

keramische tigen Diffusion können Metalloxyde, /Stoffe, Kohlenstoff oder andere Substanzen verwendet werden, welche eine geringere gegenseitige Diffusion bei hohen Temperaturen während der Wärmebehandlung für- die Bildung der Verbindung zeigen. Diese können unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren, wie der Temperatur der Wärmebehandlung und des Materials der Stränge, ausgewählt, werden. Diese Substanzen können auf die Oberfläche der Stränge aufgebracht oder zwischen diese gelegt werden, was durc^v chemische oder mechanische Behandlungsmethoden erfolgen

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kann. So kann beispielsweise die Oxydschicht auf der Oberfläche des Strangs dadurch gebildet werden, daß man die zusammengesetzten Stränge einer Oxydationsbehandlung unterzieht. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Metalloxyd auf die Oberfläche des Strangs aufzubringen. Schließlich ist es auch möglich, eine organische Verbindung auf die Strangoberfläche aufzubringen und eine Kohlenstoffschicht durch thermische Zersetzung zu erzeugen. Wenn Metalle, wie Wolfram, Molybdän und Platin, welche gegenüber hohen Temperaturen stabil sind, im erfindungsgemäßen Verfahren als derartige Substanzen verwendet werden, können

beispielsweise

darüber hinaus diese Metalle auf die Strangoberflache/durch Plattieren, aufgebracht werden, oder es werden Drähte aus diesen Metallen zusammen mit den Strängen derart angeordnet, daß diese Drähte als Verstärkungsstränge 5 gemäß der Darstellung von Fig. 2 (c) dienen, wobei sie gleichzeitig auch die Wirkung dieser Substanzen hervorrufen.

Wenn, wie in den Beispielen dargestellt ist, Stränge verwendet werden, die eine äußerste Schicht aus Metallen, wie Kupfer oder einer Kupferlegierung welche leicht Oxyde bilden, zusammengesetzt sind, ist es sehr leicht und praktisch durchführbar, die Oxydschicht auf der Oberfläche der einzelnen Stränge durch eine Wärmebehandlung in einer oxydierenden Atmosphäre oder durch eine chemische Behandlung nach dem Zusammensetzen der Stränge zu bilden. Zur Bildung der Oxydschicht ist es insbesondere vorteilhaft, die Strangoberflache in Kontakt mit der oxydieren-. . den Atmosphäre zu Beginn . der für die Bildung der Verbindung durchgeführten Wärmebehandlung erfolgen zu lassen.

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Des weiteren ist es möglich, nach der Bildung der aus einer supraleitenden Verbindung bestehenden Schicht gemäß dem Verfahren der Erfindung die zur Vermeidung einer gegenseitigen Diffusion aufgebrachte Substanz chemisch oder mechanisch zu entfernen. Zur weiteren Verbesserung der Stabilität der Supraleitung von den supraleitenden Drähten der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise die Substanz entfernt, und es erfolgt eine Auffüllung der Zwischenräume zwischen den Strängen mit weichen stabilisierenden Metallen, wie Indium, Zinn und Blei, welche die Biegsamkeit der erfindungsgemäßen supraleitenden Drähte nicht beeinträchtigen. Zu diesem Zwecke sollen die Substanzen und die Verbiegungs- oder Wicklungsmethoden und -bedingungen (laying methods and conditions) geeignet gewählt werden.

Als nächstes soll die Struktur der Stränge vor der erfindungs™ gemäßen Wärmebehandlung . in Einzelheiten

beschrieben werden.

Da die erwünschte Schicht einer supraleitenden Verbindung durch die Wärmebehandlung nach der Zusammensetzung der Stränge gebildet wird, wurden im Falle der erfindungsgemäßen supraleitenden Drähte Überlegungen zu den folgenden Punkten bezüglich der Struktur der Stränge und deren Zusammensetzung durchgeführt·. Die Reaktion in der abschließenden Wärmebehandlung sollte überwiegend eine Diffusionsreaktion der die Komponente bildenden Elemente für die Bildung der erwünschten supraleitenden Verbindung sein. Hierbei sollten derartige Reaktionen vermieden, werden, Vielehe eine Verzögerung der Bildung der.supra-

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leitenden Verbindung bewirken, die Stabilität des Supraleiters aufgrund der Diffusionsreaktion herabsetzen oder ein Anhaften der Stränge aufgrund gegenseitiger Diffusion hervorrufen·.

Aus den oben genannten Gründen erweisen sich die folgenden Strukturen der Stränge als erwünscht. ·

VJenn die Struktur der Stränge eine Vergrößerung des Oberflächenbereiches für die Bildung der Verbindung sowie erhöhte

bewirken
Stabilität/, und wenn die Struktur die folgende chemische

Behandlung und die Tauchlackierung vereinfachen soll, erweist sich die in der Fig. Z> (a) gezeigte AusfUhrungsform als zweckmäßig. Bei dieser Struktur wird entweder Niob oder Vanadium (3) von den die erwünschte supraleitende Verbindung zusammensetzenden Elementen in die Matrix der anderen Elemente oder die anderen Elemente enthaltenden Legierungen eingebettet.

Zur Verbesserung der Stabilität, zur Erzielung einer perfekten Berührung 'zwischen den Komponentenmetallen durch eine mechanische Bearbeitung vor Durchführung der Diffusionswärmebehandlung, wie durch ein Querschwingen (swaing), Ziehen oder Walzen, sowie zur Verhinderung eines Absinkens der Reinheit der Stabilisierungsmaterialien während der Diffusionsbehandlung, eignet sich besonders die in Pig. 5 (b) gezeigte Struktur. In dieser Struktur haftet eine Schicht 6 aus Niob oder aus Vanadium fest an der Außenseite des Stabilisierungsmaterials 4, welches aus wenigstens einem der Stoffe Kupfer, Silber, Aluminium oder/ und Gold zusammengesetzt ist. Des weiteren ist eine Matrix 7 von

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. ₁₇ . ' π

anderen Elementen oder deren Legierungen vorgesehen, welche" entVanadium
weder mit Niob oder mit / . reagieren, um die erwünschte supraleitende Verbindung zu bilden, wobei die Matrix 7 fest an der Außenseite der Schicht 6 haftet. Das Innere des Stabilisierungsmaterials 4 kann, wie in Pig. 3 (c) gezeigt, mit einer zusammenhängenden Metallphase 6 versehen sein, wobei dieses

Vanadium
Metall aus Niob oder / oder deren Legierungen - · ...

besteht. In diesem Falle tritt fast keine gegenseitige

Vanadium
Diffusion zwischen Niob oder / und den Stabilisierungsmetallen auf, so daß die Reinheit der Stabilisierungsmaterialien nicht vermindert wird und eine gute elektrische sowie thermische Leitfähigkeit der Stabilisierungsmetalle an sich sichergestellt bleibt. Des weiteren ist es möglich, einen stabilisierten Strang herzustellen, welcher einen bemerkenswert geringen elektrischen und thermischen Widerstand der Stabilisierungsmaterialien und der Schicht aus einer supraleitenden Verbindung aufweist, was auf die vollständige Adhäsion zurückzuführen ist, welche durch die oben erwähnte mechanische Bearbeitung erhalten wird. Da die praktische Dicke der Stabilisierungsmetalle groß ist im Vergleich zu dem Falle, bei dem Stabilisierungsmaterialien an der Außenseite der Schicht der supraleitenden Verbindung vorgesehen sind, lassen sich darüber hinaus Vorteile hinsichtlich des Dimenslonierungseffekts in dem elektrischen Widerstand und des magnetischen Widerstandeffekts erhalten. Sobald die Schicht der

Vanadium
mit Niob, / oder deren Legierungen reagierenden Elemente

für die Herstellung der supraleitenden Verbindung oder Legierung an der Außenseite der Schicht angebracht ist, welche hauptsäch-

Vanadium
lieh aus Niob, / oder deren Legierungen besteht, welche an

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der Außenseite der Schicht von dem Stabilisierungsmaterial vorgesehen sind, wird der Oberflächenbereich für die Diffusionsreaktion groß im Vergleich zu dem Falle, bei dem die Matrix an der Innenseite der Schicht vorgesehen ist, so daß ein großer Anteil der Diffusionsreaktionsschicht an der Außenseite der Schicht in einer kürzeren Zeit gebildet werden'kann. Wenn der gleiche Querschnittsbereich der Schicht aus einer supraleitenden Verbindung gebildet werden soll, läßt sich die effektive Dicke der Schicht aus dem oben genannten Grund vermindern. Auf diese Weise lassen sich eine hervorragende adiabatische Stabilität und dynamische Stabilität erhalten. Mit der Bezeichnung adiabatische Stabilität ist ein Verhalten gemeint, das eine Instabilität verhindert, bei der eine adiabatische Erhitzung des Supraleiters als Folge eines Sprunges im Fluß eintritt und der Magnetfluß vielter in den Supraleiter eindringt, um Wärme zu erzeugen. Die Bezeichnung dynamische Stabilität bedeutet ein Verhalten, welches eine ähnliche Instabilität verhindert, wenn die in dem Supraleiter erzeugte Wärme durch ein normales leitendes Material übertragen wird. Es ist auch möglich, eine Verunreinigung durch

ι in den verschiedenen,
die Atmosphare'Behandlungsstufen, wie der Diffus ions behandlung, zu vermeiden, da die Stabilisierungsmaterialien nicht der Atmosphäre ausgesetzt sind. Die in Fig. 3 (^c) gezeigte Struktur vermeidet eine Rißbildung oder Zerstörung in der Schutzhülle des stabilisierten Materials aufgrund der mechanischen Bearbei-

in gezeigten Struktur^

tungen. Der Strang mit dcr/Fig. j5 (d)/wird zu einer Dreikomponentenstruktur, wenn die supraleitende Verbindung auf der

Vanadium Zwischenflache zwischen Niob oder / 6 und der andere

Elemente enthaltenden Matrix 7 gebildet wird. In dieser Drei-

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!componentenstruktur sind die Schichten aus der supraleitenden Verbindung alternierend entweder durch Schichten

aus stabilisierendem Material 4 oder durch Schichten der Matrix mit hohem elektrischen Widerstand voneinander getrennt. Entsprechend ergibt sich die Wirkungsweise eines Entkopplungsschleifenstromes beruhend auf einer plötzlichen Änderung im Magnetfeld und daher eine Stabilität bei Anwendungen in Wechselstromkreisen.

Die Ausbildung der supraleitenden Verbindung läßt sich unterstützen, wenn man eine Struktur verwendet, welche in den Fig. 4 (a) und (b) dargestellt ist. Bei diesen Strukturen ist eine Kupferschicht ¹J vorgesehen, Vielehe fest an dem Vanadium oder an der Vanadiumlegierung 4 anhaftet. Des weiteren kommt eine Silberschicht 9 zur Verwendung, welche fest an der Kupferschicht haftet, wobei zumindest entweder die Kupferschicht oder die Silberschicht 0,1 bis 3o Atom-$ Gallium enthält. Diese Strukturen- fördern die Diffusion von Gallium, wodurch die Bildung von V_Ga beträchtlich . beschleunigt und eine Zunahme der Dicke der Verbindungsschicht im Vergleich zu dem Falle ohne Silber bewirkt wird. Es ist daher nicht nur möglich, Gallium wirksam zu verwenden, sondern es gelingt vielmehr, Gallium in einem späteren Stadium zuzuführen, wenn der ursprüngliche Galliumgehalt zu niedrig ist. Kupfer-Galliumlegierungen und SiI-ber-Galliuaalegierungen zeigen beispielsweise starke Kaltverfestigung, auch wenn der Galliumgehalt etwa 10 % beträgt, so daß diese Legierungen für eine Strangbildung zwisehengeglüht werden, müssen. Erfindungsgemäß wird der Galliumgehalt in dem

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Ausgangsmaterial bei einigen Prozenten (ungefähr 3 bis 8 %) gehalten, und die Verarbeitung des Materials zu Strängen erfolgt fast ausschließlich durch eine Kaltbearbeitung. Die Stränge werden anschließend mit einer Tauchlackierung durch eine geschmolzene Silber-Galliumlegierung hindurchgeführt, wodurch Gallium in die Stränge eingebracht wird.

Als nächstes sollen die bei der - Erfindung zur Anwendung kommenden Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Strangs beschrieben werden.

Die Herstellung des Strangs erfolgt, indem in eine Form ein Stab in aufrechter Lage eingebracht wird, der aus der Metallkompbnente der supraleitenden Verbindung mit einem höheren Schmelzpunkt besteht, worauf eine Schmelze der anderen Metallkomponente in die Form eingegossen, die Schmelze rasch abgekühlt und das auf diese V/eise erhaltene Verbundmaterial mechanisch zu Strängen verarbeitet wird. Die Komponenten mit einem höheren Schmelzpunkt sov/ie die Komponenten mit- einem niedrigeren Schmelzpunkt reagieren unter hohen Temperaturen, wie während eines Gießvorgangs, eines Heißextrudierens und eines Zwischenglühens, auf der gemeinsamen Berührungsfläche miteinander. In diesem Falle wird es vorgezogen, vor Durchführung des Gießverfahrens einen sehr dünnen Oxydfilm auf der Oberfläche des Metallstabes mit höherem Schmelzpunkt zu erzeugen, um die Bildung von Verbindungen zu vermeiden, welche eine schlechte Bearbeitbarkeit hervorrufen. Die dünne Oxydschicht wird während der Bearbeitung leicht zerbrochen und stört daher die Bearbeitbarkeit nicht. Wenn die

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Temperatur der Wärmebehandlung für die Erzeugung der Verbindung hoch ist oder wenn die während der oben beschriebenen Verarbeitung benötigte Temperatur hoch ist, wird entsprechend Fig. 5 eine dünne Überzugsschicht 11 aus Kupfer oder Silber auf die Außenseite des Stabs 10 aufgebracht, der aus dem Metall mit dem höheren Schmelzpunkt besteht. Anschließend wird die Schmelze 12, welche aus einer Legierung von dem Metall mit dem niedrigen Schmelzpunkt mit Kupfer oder Silber besteht, eingegossen und abgekühlt, so daß man einen Verbundrohling erhält, der zu einem Strang verarbeitet wird. Bei diesem Verfahren' lassen sich Kaltbearbeitungsvorgänge, wie beispielsweise ein .Kernziehen für die Herstellung der Stäbe aus dem Metall mit hohem Schmelzpunkt dadurch vereinfachen, daß man eine dünne Schutzschicht aus Kupfer oder Silber auf die Ausgangsstäbe aufbringt, um hiermit das Netzverhalten zu verbessern, so daß ganze, d.h. unbeschädigte Gußblöcke erhalten werden können. Da Kupfer und Silber, welche als Schutzhülle dienen, weich sind, läßt sich ferner die Adhäsion zwischen der Metallkomponente mit hohem Schmelzpunkt und der anderen Metallkornponente verbessern.

Alle oben aufgeführten Herstellungsverfahren für die Stränge sind Gießverfahren. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Gießverfahren beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, nach Erhalt eines Verbundstabs, der aus dem Kornponentenmetallstab 10 mit hohem Schmelzpunkt und der ÜberzugssGhicht 11 aus Kupfer oder Silber an der. Außenseite des Metallstabs 10 zusammengesetzt ist, den Legierungsknüppel aus der Metallkompo-

oder nente mit niedrigem Schmelzpunkt mit Kupfer / Silber mit

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Bohrungen zu versehen, wonach die Verbundstäbe in diese Bohrungen eingefügt und der Knüppel anschließend durch mechanische Bearbeitung zu einem Strang verarbeitet wird. Ein weiteres Verfahren ergibt sich durch die Verwendung eines bekannten Verfahrens, das bei der Herstellung von Verbundlegierungs-Supraleitern durchgeführt wird. Ein Stab von einem der Komponentenmetalle der supraleitenden Verbindung wird in ein Legierungsrohr eingeführt, welches die andere Metallkomponente enthält. Anschließend werden mehrere dieser Verbundstäbe in ein Metallrohr eingeführt, das durch mechanische Bearbeitung zu einem Strang verarbeitet wird.

Der oben erwähnte, mit einer Schutzschicht versehene Verbundstab kann auch dadurch hergestellt werden, daß man einen Stab aus einer hochschmelzenden Metallkomponente in ein Kupfer- oder Silberrohr einführt und ein Anhaften derselben aneinander durch mechanische Einwirkung erzeugt. Als v/eitere Möglichkeit kann man Kupfer oder Silber auf den Stab durch Elektroplattieren aufbringen oder den Stab in geschmolzenes Silber oder Kupfer eintauchen und dadurch die Schichten erzeugen.

Bei der Strangaufbereitung durch mechanische Bearbeitung kommen herkömmliche Metallbearbeitungsverfahren, wie warmes Strangpressen, Flüssigkeitsdruckstrangpressen, Senkschmieden, Kalibrierwalzen, V/armdrahtziehen und Kaltdrahtziehen zur Anwendung. Speziell im Falle des vorliegenden Verbundrohlings, bei dem die Behandlungen gegeben sind, welche zwischenzeitlich die Bildung der Verbindung bei hohen Temperaturen vermeiden sollen, erweist sich v/armes Strangpressen oder Flüssigkeitsdruckstrang-

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pressen als nützlich, da eine hohe Reduktionsgeschwindigkeit gewählt werden kann.

Im folgenden soll das Verfahren für die Zusammenstellung der Stränge beschrieben vier den.

Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Verfahren zum Zusammenfügen der Stränge beruht darin, daß ein Teil oder die Gesamtheit der Stränge unter einer Neigung gegenüber der Längsrichtung des supraleitenden Drahts angeordnet wird. Es versteht sich von selbst, daß der Grad der Neigung entsprechend dem Strangdurchmesser und dem zulässigen Biegungsdurchmesser des supraleitenden Drahts bestimmt wird. Die Bruchdehnung einer üblichen supraleitenden Verbindung beträgt lediglieh ungefähr 0,2 %, und es ist notwendig, den Grad der Deformationen, wie des Biegens und Streckens, _# innerhalb der tolerierbaren Grenzen zu steuern.

Die Erfindung wird im Zusammenhang mit dem einfachsten verseilten Draht beschrieben, der aus sieben Strängen besteht. Die Verseilung muß derart durchgeführt werden, daß der Außendurchmesser d der Stränge kleiner ist als das Produkt aus dem zulässigen Biegedurchmesser D (z.B. dem Spulendurchmesser) des supraleitenden Drahts und der Dehnungsgrenze a, um eine Verschlechterung der Supraleitfähigkeit der Stränge zu vermeiden. Die Länge der Windungsganghöhe der Verseilung muß innerhalb eines Bereichs des 20- bis 1000-fachen des Strangdurchmessers liegen. Der¹ Strangdurchmesser d sollte insbesondere

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innerhalb eines Bereiches liegender durch die Formel d <" D £. bestimmt ist. Für einen verseilten V_vGa-Draht wurde beispielsweise durch Versuche die empirische Formel d^0,008 D_Q gefunden.

Wenn sieben Stränge miteinander verseilt sind, beträgt die

Gründen minimale Windungsganghöhe aus geometrischen / · das 6-fache des Strangdurchmessers. Berücksichtigt man die Spannung, den · Druck und die Verdrehungsbeanspruchung, welche auf die Drahtlitze bei ihrer tatsächlichen Verwendung wirken, so ist es .notwendig, die minimale Windungsganghöhe wenigstens gleich dem 20-fachen des Strangdurchmessers zu wählen. Zur Aufrechterhaltung der erwünschten Gestalt' der Drahtlitze und zur Vermeidung, daß sich diese zusammendrückt, wenn die Stränge aufgewickelt werden, sollte die maximale Windungsganghöhe nicht mehr als das 1000-fache des Strangdurchmessers betragen.

Die erfindungsgemäßen verseilten Drähte der Drahtlitzen lassen sich auf dieselbe Weise wie herkömmliche supraleitende Legierungsdrähte handhaben. Aufgrund der Eigenart der verseilten Drähte oder Drahtlitzen v/eisen die vorliegenden Drähte eine Biegsamkeit auf, die mehr als das 10-fache größer ist als diejenige von festen Drähten des gleichen Durchmessers. Sie sind ferner sehr einfach zu .handhaben und erheblich vorteilhafter gegenüber den herkömmlichen bandartig geformten Supraleitern.

Als nächstes soll die Zusammensetzung der mit Verstärkungsmaterialien versehenen Stränge beschrieben werden.

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Es ist unmöglich, die Deformation zu vermeiden, welche darauf zurückzuführen ist, daß die Drähte am Ende in der Spule abgebogen sind und daß bei der Erregung der Spule die Drähte komplizierten Kräften ausgesetzt sind, welche auf elektromagnetische Kraft zurückzuführen sind. Wie oben bereits dargestellt wurde, erfolgt eine Zerstörung der eigentlichen Verbindung bei einer Dehnung von ungefähr 0,2 ^, so daß es notwendig ist, die Deformationen der Verbindung, welche auf die Handhabung, auf die elektromagnetischen Kräfte usw. zurückzuführen sind, innerhalb dieser Grenzen zu halten. Wenn man daher abschätzen kann, daß Deformationen auftreten, welche über diesen Grenzen liegen, ist es notwendig, Verstärkungsmaterialien zu verwenden. Für diese Bedingung schlägt die vorliegende Erfindung supraleitende Drähte vor, welche zumindest in ihrem Mittelbcreich verstärkt sind. In der Praxis liegen die Kräfte, Vielehen die Drahtstränge während des Herstellungsverfahrens nach der Bildung der supraleitenden Verbindung und nach dem Aufspulvorgang unterworfen wer-

2
den,bei 3 bis 4 kg/mm . Die auf den Draht während der Erregung

der Spule wirkende Kraft beträgt dagegen ungefähr 2,5 kg/mm bei einem Magnetfeld von 100 KG in Umfangsrichtung der Spule. Andererseits liegt der Grenzwert für die Spannung bei den erfindungsgemäßen supraleitenden Drähten, bei welchen noch keine Verschlechterung der Supraleitfähigkeit der Verbindung

auftritt, bei ungefähr 30 kg/mm ohne irgendwelche Verstärkung. Wenn daher für Notfälle ein 10-facher Sicherheitsfaktor benötigt wird,, genügt eine Verstärkung für den Draht, welche seine Festigkeit verdoppelt. -

L J

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Ein typisches Beispiel der verstärkten supraleitenden Drähte gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform kommen sechs Stränge 1 zur Verwendung, deren innere Struktur nicht im einzelnen dargestellt ist. Jeder dieser die Schicht der supraleitenden Verbindung enthaltenden Stränge ist um das Verstärkungsmaterial 5> das -den gleichen Durchmesser aufweist, litzenartig herumgewickelt. Die Hohlräume dazwischen sind mit einem weichen Metall I^ ausgefüllt. Der Draht ist mit einem isolierenden Überzugsfilm 14 umhüllt.

In einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Zusammensetzung der Stränge werden die Oberflächen der angeordneten Stränge geglättet,· was durch ein Drahtziehen oder -walzen usw. erfolgen kann. Dementsprechend ist das Randgebiet der zusammengesetzten Stränge annähernd kreisförmig, ohne daß hierbei die ihnen innenwohnende Biegsamkeit beeinträchtigt wird, so daß eine Instabilität aufgrund gegenseitiger Verschiebungen der Stränge, die bei der Erregung hervorgerufen wird, vermieden werden kann. Da ferner Oberflächenimregelmäßigkeitcn der zusammengesetzten Stränge geglättet werden, sind die supraleitenden

örtlichen
Drähte von / Beschädigungen durch die Handhabung befreit. Ferner ergibt sich eine Ersparnis von ungefähr 10 $ irn Wicklungsfaktor bei dem Aufspulverfahren, so daß diese supraleitenden Drähte für eine Verwendung als Magnetdrähte äußerst vorteilhaft sind.

Im folgenden soll auf die Wärmebehandlung eingegangen werden, welche bei der Ausbildung der supraleitenden Verbindung der

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zusammengesetzten Stränge in .der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt.

Damit die Biegsamkeit der supraleitenden Verbunddrähte aufrechterhalten bleibt, ist es, wie bereits erwähnt, notwendig, ein gegenseitiges Anhaften der Stränge während der lange dauernden Wärmebehandlung zu vermeiden. Das Grundprinzip dieses Verfahrens beruht daher in einer vorher durchgeführten leichten Oxydierung der Strangober_Nfläche oder in der Verwendung von Substanzen, welche ein Anhaften vermeiden. Erfindungsgemäß wird die Wärmebehandlung für längliche zusammengesetzte Stränge folgendermaßen durchgeführt:

Die zusammengesetzten Stränge werden auf einen Rahmen gewickelt, auf welchen ein Stoff aufgebracht ist, der in der folgenden Wärme behandlung" nicht mit den Strängen roag-i ert,

werden erhitzt

Die zusammengesetzten Stränge /auf eine Temperatur^ «reiche

ausreicht, um die erwünschte supraleitende Verbindung zu bilden. Wenn die zusammengesetzten Stränge 16 in mehreren Schichten in dem Rahmen '15* wie in Fig. 8 gezeigt, herumgewickelt werden, wird ein Abstandhalter 17 zwischen die Windungen und die Schichten eingeführt. Der Abstandshalter 17 enthält die Substanz, welche nicht mit den zusammengesetzten Strängen reagiert. Es ist diesbezüglich wichtig, die. Wärmekapazitäten des Rahmens und des Abstandshalters so klein wie möglich zu . halten, so daß sie nicht die Wärmeübertragung zu den zusammen-

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BAD

gesetzten Strängen behindern. Ferner müssen bei der Auswahl des Stoffs die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zusammengesetzten Stränge und der zu bildenden supraleitenden Verbindung berücksichtigt werden. Für das Beispiel von V^Ga ist es wünschenswert, einen Flußstahlrahmen sowie Abstandsdraht und Folie jeweils mit Kohlenstoff beschichtet zu verwenden.

Aufgrund der vorliegenden Erfindung ergibt sich kein Problem durch eine Änderung der Quersehnittsgestalt oder durch Ver-" wicklungen oder Verwirrungen der zusammengesetzten Stränge und es ist möglich, die supraleitende Verbindung in gleichmäßiger Dicke über die Längsrichtung der so erhaltenen Drähte auszubilden. Gemäß einer Abwandlung

, werden nach der Bildung der supraleitenden Verbindung die Drähte, wie sie um den Rahmen herumgewickelt sind, durch eine Valcuumimpr ägni erung mit Fett oder Epoxydharz fixiert, um eine Instabilität zu vermeiden, welche auf mechanische Schwingungen zwischen den Strängen zurückzuführen ist, und' um den Kontakt mit dem Kühlmedium zu verbessern. Auf diese V/eise läßt sich die Drahtlitze direkt als ein supraleitender Magnet verwenden. Der Aufwickelvorgang wird gernäß dieser Abwandlung bemerkenswert erleichtert, und es erfolgt keine Verschlechterung in den Charakteristiken der supraleitenden Verbindung, da keine · Bearbeitung_/wie ein Abbiegen oder ein Strecken,stattfindet.

Des weiteren liefert die vorliegende Erfindung die Bedingungen für die Wärmebehandlung der zusammengesetzten Stränge.

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ORIGINAL

Γ

Es sind zwar Massen bekannt, welche in die Verbindung umgewandelt werden in Abhängigkeit von der Temperatur und der Zeit, die für die Bildung der supraleitenden Verbindung in der Wärmebehandlung notwendig sind. Die Charakteristiken, insbesondere jedoch der kritische Strom der so erhaltenen supraleitenden Verbindungen, sind jedoch außerordentlich minderwertig oder von bemerkenswerten Abweichungen begleitet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß man den Abkühlungsvorgang nach der Bildung der supraleitenden Verbindung bei den hphen Temperaturen nicht ausreichend berücksichtigt hat, wie er sich im Inneren und Äußeren des Verbund-Rohlings ergibt, das aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt ist, welche unterschiedliche physikalische und mechanische Eigenschaften aufweisen.

Die Grun&rnaterialien des zusammengesetzten Rohlings weisen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Diese sind üblicherweise in der Verbindung um eine Einheit kleiner, auch wenn sie in den Metallteilen ähnlich sind. Des weiteren ist die Deformationsbeständigkeit der Metalle bei hohen Temperaturen bemerkenswert herabgesetzt. Andererseits weist die übliche supraleitende Verbindung einen hohen Schmelzpunkt auf, so daß eine Herabsetzung ihrer Deformationsbeständigkeit bei der Temperatur der Wärmebehandlung nicht in so starkem Maß erwartet vier den kann. Es entsteht daher eine Versprödung, auch wenn ihre Deformationsbeständigkeit bei einer' Temperatur bemerkenswert abnimmt, welche höher ist als der halbe Wert.ihres Schmelzpunktes. Die Verbindung weist ferner unmittelbar nach ihrer Entstehung viele Gitterstörstellen, wie beispielsweise Fehlstellen

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BAßßBimWL,

auf. Des weiteren enthält sie viele Störfaktoren, so daß ihre Festigkeit relativ gering ist. Wenn diese Grundmaterialien bei hohen Temperaturen compoundlert und aus dem von thermischen und Deformationsspannungen freien Zustand abgekühlt v/erden, kommt es zu einer Speicherung der thermischen und Deformationsspannungen in dem Verbund-Rohling, da seine Überführung von einem Zustand bei hohen Temperaturen zu einem Zustand bei niedrigen Temperaturen nicht vollständig durchgeführt werden kann und'da die Kühlgeschwindigkeit praktisch begrenzt ist, so daß eine Freisetzung der thermischen Spannung wegen der Warmdehnung und der Deformationsspannung nicht ausreichend schnell bewirkt werden kann. Dies führt zum Auftreten von Scherkräften an den Zwischenflächen in dem Verbund-Rohling, so daß bei Überschreiten des Grenzwerts für die Spannung der Verbindung, bei der eine Zerstörung auftritt, diese tatsächlich stattfindet. Diese Erscheinung tritt auf, wenn die Abkühlgcochwindigkeit relativ gering ist, sie ist bemerkenswert, wenn eine Wasserkühlung oder Luftkühlung mit hoher Abkühlgeschwindigkeit durchgeführt wird. Wenn bei der Abkühlung ein derart rascher Unterschied in der thermischen Absorption zwischen der Innenseite und der Außenseite des Verbund-Rohlings bewirkt wird, erzeugt die Zugbeanspruchung nahe der Oberfläche eine Wärmespannung und eine Druckbeanspruchung in dem mittleren Bereich. Darüber hinaus tritt als sekundärer Beschädigungsfaktor für die Verbindung bevorzugt eine Konzentrierung der thermischen und Deformationsspannungen obiger Art an der Zwischenfläehe zwischen der Verbindung und der Matrix auf _t so daß möglicherweise sehr kleine Risse, wie Griffith'sehe Risse,

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BAD ORIGINAL

hervorgerufen werden, und zwar im Hinblick auf die Anisotropie des Kornwachstums der Verbindung, der Unregelmäßigkeit der Korngrenzen, sowie konvexen und konkaven Bereichen, welche an den Grenzen der Matrix auftreten. Wenn die Verbindung von der Matrix abgezogen wird, wird die Kerbwirkung noch ausgeprägter.

daher Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft / eine Wärmebehandlung,

welche die durch obige Faktoren bewirkte Zerstörung der Verbindung vermindert. Die erfindungsgemäße

Wärmebehandlung bewirkt ein langsames vollständiges Abkühlen der Verbindung von der Temperatur, bei der die Bildung der Verbindung erfolgte. Im Falle von Rohlingen, bei denen die supraleitende Verbindung durch Ordnen (ordering) nach der Bildung der Verbindung erzeugt wird, erfolgt die vorliegende Wärmebehandlung, indem der Rohling über die für die Ordnung notwendige Zeit auf der erwünschten Temperatur gehalten und anschließend in der oben erwähnten Weise langsam abgekühlt wird. ■

erfindungsgemäßen

Die Kühlgeschwindigkeit bei der/wärmebehandlung

hängt auch von der Wärmekapazität des zusammengesetzten Supraleiters ab, wobei im Falle von Supraleitern mit einem thermischen Diffusionsabstand von ungefähr 10 mm die theoretisch maximale Kühlgeschwindigkeit 1 bis 10°C/Minute beträgt. Da der Durchmesser des tatsächlichen supraleitenden Drahtes klein ist und da auch die Wärmekapazität relativ klein ist, wird eine große Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und dem Inneren des Leiters durch eine herkömmliche Wärmebehandlung kaum hervorgerufen, so daß die Kühlgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit abhängt, mit der die gespeicherten inneren

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Spannungen freigesetzt werden, durch thermisches Kriechen und die

^freigesetzt werden,

Zerstörungsfestigkeit der zusammengesetzten Grundmäterialier«. Insbesondere bei höheren Temperaturen, wo die Freisetzung durch thermisches Kriechen relativ groß ist, besteht eine Abhängigkeit von der Festigkeit der Grundmaterialien. Bei niedrigen Temperaturen ist die Freisetzung relativ gering. Die· thermische Absorption unter den Grundmaterialien ist hier ebenfalls relativ gering, und die Kühlgeschwindigkeit wird nicht wesentlich beeinflußt.Im allgemeinen ist es erwünscht, den Abkühlvorgang von der Temperatur, bei der die Bildung der Verbindung erfolgt (gemessen in K) auf die Hälfte dieser Temperatur so langsam wie möglich durchzuführen, wobei bei der Abkühlgeschwindigkeit von einigen Graden pro Minute die Verbindung nicht wesentlich beschädigt wird. Die Abkühlgeschwindigkeit nach der Wärmebehandlung des zusammengesetzten supraleitenden Drahtes beträgt daher vorzugsweise einige Grade pro Minute.

Mit der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung wird die durch die Wärmebehandlung gebildete supraleitende Verbindung auf normale Temperaturen abgekühlt, ohne daß eine Zerstörung stattfindet, so daß ein supraleitender Verbunddraht mit den der supraleitenden Verbindung innewohnenden Charakteristiken erhalten werden ■ kann.

Des weiteren erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung, nachdem der zusammengesetzte supraleitende Draht in der oben beschriebenen Weise erhalten ist, aus Sicherheitsgründen eine Isolierung des Drahtes unter Verwendung organischer Materialien oder anderer

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Stoffe. Der so erhaltene Draht erweist sich als stabilisierter supraleitender Verbunddraht äußerst nützlich. Wenn jedoch eine weitere Stabilität benötigt wird, wie dies beispielsweise bei Leitern der Pail ist, die in einem hohen Magnetfeld verwendet werden, sowie bei großen Leitern für Magnete, kann das folgende Verfahren zur Anwendung kommen.

Der zusammengesetzte supraleitende Draht der vorliegenden Erfindung ist dadurch charakterisiert, _%daß die Komponentenstränge nicht aneinander haften sowie daß er eine hervorragende Biegsamkeit aufweist. Diese Eigenschaft wird nicht im wesentlichen zerstört, wenn man einen Überzug aus einem weichen Metall, wie aus Indium beispielsweise, auf die zusammengesetzten Stränge aufbringt, so daß es möglich wird, einen stabilisierten supraleitenden Verbunddraht zu schaffen,, in dein wenigstens die äußersten Bereiche der zusammengesetzten Stränge mit dem weichen Metall überzogen sind. Ein typisches Beispiel von einem mit einem stabilisierenden Metall überzogenen supraleitenden Verbunddraht ist in Fig. 6 dargestellt. Für die Aufbringung des Überzugs aus dem weichen Metall erweist sich die Aufbringung nach Art einer Tauchlackierung als besonders vorteilhaft, da diese Metalle einen niedrigen Schmelzpunkt haben.

In diesem Falle ist es erwünscht, die zusammengesetzten Stränge durch eine Säurebeizstufe hindurchzuführen, welche in Reihe mit der Tauchlackierstufe und vor dieser vorgesehen ist. Dieses Säurebeizen dient der Entfernung eines' dünnen Oxydfilms, der auf der Drahtoberflache entstanden ist, während der Draht ge-

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trocknet oder an der Atmosphäre liegen gelassen wurde. Nach der Wärmebehandlung war der Draht gekühlt worden, und es erfolgte eine Entfernung des Oxydfilms durch Säurebeizen. Wenn die Bildung des Überzugs nach Art einer Tauchlackierung anschließend an den Säurebeizschritt durchgeführt wird, ist ein gutes Fließvermögen des geschmolzenen Metalls sichergestellt, und man erhält die Überzugsschicht als gleichmäßigen Film. Die Erfindung liefert ein Verfahren, um das geschmolzene Metall gleich-. mäßiger und wirksamer als Überzug aufzubringen. Das Überzugsverfahren mit dem geschmolzenen Metall wird entweder gemäß Fig. 9 (a) derart durchgeführt, daß der Draht l6 gleichförmig durch eine Lösung 19 hindurchgeführt wird, welche mit Indiumteilchen gemischt ist und hierdurch einer Säurebeizung unterzogen wird, bevor er durch das Bad 17 aus geschmolzenem Indium hindurchläuft. Ein weiteres Verfahren besteht darin, daß ein Metalldraht 21, der leicht mit Indium überzogen werden kann, gemäß Fig. 9 (b) um die Oberfläche des zusammengesetzten supraleitenden Drahtes herumgewickelt wird, bevor dieser durch das Bad 17 aus geschmolzenem Indium hindurchläuft.

Der Grund für die Verwendung von Indiumteilchen in dem erstehen der genannten Verfahren beruht darin, daß das Indium in der Säure der Beizlösung als Ion in Lösung geht, welches einen dünnen Niederschlag auf der Oberfläche des zusammengesetzten supraleitenden Drahtes abscheidet oder ansammelt, während die Oberfläche des Supraleiters ionisch gelöst wird und die Elemente mit geringem Ionisationsvermögen zur Unterstützung des Säurebeizens von dem zusammengesetzten supraleitenden Draht auf dem

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BAD ORIOfNAl

Indium abgeschieden werden. Der Grund für die Verwendung des Metalldrahts, der leicht mit Indium zu überziehen ist, im zweiten Verfahren beruht darin, daß die Oberfläche eines Metalls oder einer Legierung, die relativ schwierig mit Indium zu überziehen ist ,von einem Metalldraht umfaßt ist, der beispielsweise aus Chrom und Nickel besteht, so daß die Benetzbarkeit von Indium verbessert oder ein kontinuierlicher Indiumfilm erhalten wird. Der durch den'auf obige VJeise erhaltenen Indiumüberzug stabilisierte supraleitende Verbunddraht wird schließlich durch organische Verbindungen isoliert. In einigen Fällen kann eine Schicht aus einer anorganischen Verbindung, wie von Oxyden, Sulfiden und Chloriden des Indiums, als isolierter Film auf dem Indiumüberzug gebildet werden.

Im folgenden sollen Verfahren beschrieben werden, welche eine Erhöhung der Strombelastbarkeit, ermöglichen, indem eine weitere Zusammensetzung der supraleitenden Verbunddrähte der vorliegenden Erfindung vorgenommen wird.

Wie bereits oben erwähnt wurde, wird eine Mehrzahl der oben beschriebenen supraleitenden Verbunddrähte durch ein Bad eines weichen geschmolzenen Metalls hindurchgeführt und anschließend in eine Atmosphäre bei einer Temperatur gebracht, welche unterhalb des Erstarrungspunktes des weichen Metalles liegt- Während dieses Verfahrens werden die supraleitenden Drähte zu einer Cfcstalt mit erwünschtem Querschnitt zusammengefügt. Dies geschieht mittels des geschmolzenen weichen Metalls, das auf der Oberfläche der einzelnen supraleitenden Verbunddrähte abgeschieden

L_

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. -36-

wird, und zwar spätestens bevor das abgeschiedene geschmolzene weiche Metall erstarrt. Anschließend läßt man das abgeschiedene geschmolzene weiche Metall erstarren, um einen supraleitenden Draht mit großer Belastbarkeit zu erhalten.

, In diesem Falle kann eine Reduziermatrize verwendet werden, sobald der supraleitende Draht aus dem Bad herausgenommen wird. Was die Stränge in diesem Zusammenhang betrifft, so erweist sich der zusammengesetzte supraleitende Draht der vorliegenden · Erfindung als wünschenswert. Es ist jedoch auch möglich, Stränge, welche unter entsprechenden Bedingungen.wie bei der vorliegenden Erfindung zur Bildung der Verbindung der Wärmebehandlung unterworfen sind, wie sie in den Pig. 1 (a), 1 (b) und 1 (c) dargestellt sind, zu verwenden. Des weiteren ist es möglich, falls erforderlich, Stabilisierungsmetalldrähte, beispielsweise solche aus Ag, Cu, Al und Au, sowie Verstärkungsdrähte, beispielsweise solche aus Wolfram oder korrosionsbeständigem Stahl mit gleichem .oder unterschiedlichem Durchmesser, wie die- ' jenigen 'des Strangs, welche die Verbindung enthalten, zu verwenden. Ferner lassen sich auch faserförmige Verstärlcungs-

-stoff-Fasern materialien, wie Stahlwolle und Kohlen/ in das geschmolzene weiche Metall einschwemmen und gemeinsam mit dem zusammengesetzten supraleitenden Draht herausnehmen.

Das Herstellungsverfahren der Vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand von Fig. 10 erläutert.

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Zuerst werden die Stränge 21, welche einer Wärmebehandlung unterzogen sind und in ihrem Inneren die Schicht der supraleitenden Verbindung aufweisen, durch die Schmelze VJ aus weichem Metall hindurchgezogen. Anschließend werden sie durch eine Matrize 22 der gewünschten Gestalt hindurchgeführt und in eine Zone herausgeführt, in der eine Temperatur herrscht, die niedriger ist als der Schmelzpunkt des weichen Metalles. Darauffolgend werden sie um den Spulenkern 23 herumgewickelt. Die Stränge können, wie aus der Figur hervorgeht, jevieils durch eine Rolle derart geführt werden, daß sie eine bestimmte Lage in dem Bad einnehmen. Der aus den Matrizen austretende Draht wird zu einem verseilten Draht zusammengestellt, was durch die Drehung der Aufwickelspule 2;? und der Führungsrolle 24 erfolgt. Wenn die Matrizen eine rechteckige Gestalt aufweist, erhält man Drähte mit rechteckiger Gestalt. Wenn eine .zweifach strukturierte Matrize (unter Verwendung einer Spiel-Schwebemantel-Matrize (play floating) usw.) verwendet wird, erhält man einen Hohlleiter b'zw. ein Hohlseil. Bei den oben beschriebenen Verfahren sollten die folgenden Betrachtungen gelten.

Da die Stränge die supraleitende Verbindung tragen, sollte zum .ersten der Biegeradius derselben größer sein als derjenige Radius, der.durch den Außendurchmesser des Strangs und die zulässige Dehnung in denjenigen Strangteilen bestimmt ist, Vielehe während des gesamten Verfahrens abgebogen werden, beispielsweise durch die Rolle 24, die Aufwickelspule 23 sowie in der Nähe der Matrizen 22. Zum zweiten sollten die Matrizen im Vergleich zum Querschnitt des zu erhaltenden Drahtes groß

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genug sein. Im Falle eines kreisförmigen Querschnitts wird vorzugsweise anstelle einer Verwendung von Quetschmatrizen eine dünne Schicht aus Asbest, Kohlenstoff oder Glas auf die Oberfläche des geschmolzenen Metallbades aufgebracht, um Verwicklungen zu vermindern, wie sie beispielsweise von schwimmenden Oxyden hervorgerufen werden. Zum dritten sollte die Winduhgsganghöhe bei der Verseilung der Litzen vorzugsweise in einem Bereich liegen, der zwischen dem 20- und dem 1000-fachen des Strangdurchmessers liegt, und zwar aus entsprechenden Gründen wie in dem Falle der zuvor erwähnten supraleitenden verseilten Drähte.

Die durch die vorliegende Erfindung erhaltenen supraleitenden Drähte weisen naturgemäß die Eigenschaften auf, wie sie supraleitende Drähte normalerweise haben. Darüber hinaus v/eisen sie neuartige technische Vorteile auf, welche darin beruhen, daß ihre Strombelastbarkeit wahlweise festgelegt werden kann, so daß es möglich ist, ihre Querschnittsgestalt nach Wunsch festzulegen. Die erfindungsgemäßen Drähte sind auch für die Herstellung von Kabeln mit rechteck, igem Querschnitt sowie für Hohlleiter oder Hohlseile für große Magnete besonders geeignet.

Im folgenden wird schließlich ein Verfahren zur Verlängerung der supraleitenden Drähte der vorliegenden Erfindung beschrieben, sowie ein Verfahren zum Verbinden der Drähte. Die aus Verbindungen bestehenden Supraleiter sind zwar denen aus Legierungen bestehenden Supraleitern hinsichtlich ihrer Supraleitungs-

V Charakteristiken überlegen, sie haben jedoch den Nachteil, daß

sie sehr spröde sind. Es ist erforderlich, daß die Supraleiter

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über mehrere zehntausend Meter in einem kontinuierlichen Längsstück gleichförmige Charakteristiken aufweisen. Es ist jedoch schwierig, Drähte in einem kontinuierlichen-Längsstück, wie man es für die tatsächliche Verwendung benötigt, ohne Verbindungen herzustellen, da die Produktionstechnik und die Ausrüstungen Begrenzungen unterliegen. Die Drähte werden daher zur Erzielung der benötigten Längen miteinander verbunden.

Die vorliegende Erfindung bezweckt_xdaher,die Bereitstellung eines einfachen Verfahren für eine Verbindung der Verbundsupraleiter. Die supraleitenden Verbunddrahte der vorliegenden Erfindung können insofern ohne irgendwelche Beschränkungen mitteinander verbunden werden, als hierbei im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften der Verbindung der maximal zulässige Biegedurchmesser eingehalten bleibt.

Btir ein Verbinden der supraleitenden Drähte gelten die folgenden vier Überlegungen» Der Kontaktwiderstarid zwischen den verbundenen Drähten sollte niedrig sein. Die Supraleitfähigkeit kann gut gegen_r über Strom- oder Magnetfeldänderungen aufrechterhalten werden, sowie gegen mechanische Vibrationen. Der Verbindungsbereich sollte im Hinblick auf eine kostensparende Ausbildung des Magneten und seiner Befestigungen ausreichend kompakt sein. Der Verbindungsvorgang sollte schließlich einfach und mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit durchführbar sein.

Überprüft man im Hinblick auf die obigen Ausführungen das herkömmliche Verbindungsverfahren für die bandartig geformten

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Supraleiter (die Supraleiter werden durch Löten unter Verwendung eines normalen leitenden Metalles verbunden oder durch Plasmazerstäubung usw.)j so erkennt man, daß die bandartig geformten Leiter verschiedene Nachteile aufweisen, daß der Betrieb sehr kompliziert ist, daß die Verbindung einen erheblichen Raumbedarf hat, daß die Stabilität aufgrund einer losen Fixierung der miteinander verbundenen Teile gering ist und daß sie nicht für einen Dauerstrom verwendet werden können.

Bei den Verbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird der supraleitende Draht 29 mit einem Lot 20 an der Metallplatte 27 fixiert, welche elektrisch unabhängig von dem äußeren Bereich des Spulenflansches 25 ausgebildet -ist, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist. Diese Verbindung kann durch einen äußerst einfachen Lötvorgang durchgeführt werden, ohne daß hierbei die supraleitenden Drähte beschädigt werden. Wenn die Metallplatten übereinander gelegt werden, lassen sich die verbundenen Bereiche wirksam verwenden. .

Das obige Verbindungsverfahren ist für normale Magnetbewicklungen geeignet. In diesem Fall liegt der Kontaktwiderstand in der Größenordnung von einigen η SL.. Für Anwendungen, bei denen der supraleitende Magnet mit einem Dauerstrom betrieben wird (im allgemeinen in einem Bereich von 1 bis 0,1 η Xl) wird das in Fig. 12 gezeigte Verbindungsverfahren angewandt. In diesem Falle werden die benötigten Längen der beiden supraleitenden Drähte 35 und 36 um den Spulenkörper, welcher einen erwünschten Querschnitt aufweist, herumgewickelt, so daß man eine gleich-

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mäßige Wicklung erhält, wobei die Zwischenräume zwischen den Drähten, in einigen Fällen gemeinsam mit dem Spulenkern mit einem weichen Metall (j4) wie Indium ausgefüllt und zwecks Fixierung der verbundenen Bereiche erhitzt werden. Bei diesem Verfahren fließt der Strom in allen Richtungen im Inneren der Spule und der Kontaktwiderstand ist geringer als 1 η ±~ und damit für eine Verbindung von Dauerströmen geeignet.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

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Beispiel 1;

In einen Messingkörper mit 45 mm Durchmesser wurden 55 Bohrungen mit 3 mm Durchmesser in dichtgepackter Anordnung eingebracht. 55 Vanadinstäbe mit 3,o5mm Durchmesser und 9o mm Höhe wurden auf dem Körper aufgestellt, wobei die unteren Bereiche der Stäbe in die Bohrungen eingeführt wurden. Des weiteren wurde eine Eisen-Gießform mit 46 mm Durchmesser in einem elektrischen Ofen auf 6oo C vorerhitzt, worauf der obengenannte Körper mit den eng darauf gepflanzten Vanadinstäben in diese Gießform eingebracht wurde. Die folgende Tabelle I zeigt die Ergebnisse von Untersuchungen, die zur Peststellung der optimalen Gießbedingungen durchgeführt wurden. Die Untersuchungen bezogen sich auf die Dichte der gegossenen Blöcke und die Dicke der Reaktionsschicht zwischen CuGa und V für gegossene Blöcke der gleichen Größe, welche bei unterschiedlichen Temperaturen in der Metallschmelze und unterschiedlichen Abkühlbedingungen erhalten wurden.

Tabelle I

Temperatur der Abkühlungsbedingung Dichte der Dicke der Metallschmelze, Abschrecken Abkühlung Verbund- Reaktions-C in V/asser in Luft rohlinge, schicht zwi-

(g/cnr) sehen CuGa u. V (zu)

960	ja nein	nein .1a	7,4 7,1	1,2
looo	ja nein	nein .1a	8,1 8,2	2,1
lloo	ja nein	nein .1a	OJ OJ COCO	5,o
12oo	ja nein	nein .1a	8,15 8,2	1,7 7,5
1250	ja nein	nein ja	8,2 8,17	2,5 9,o

40S813/08Ü
BADt)RlQfNAL

Aus obiger Tabelle ist ersichtlich, daß man gute Ergebnisse bei einer Temperatur der Metallschmelze zwischen looo C und 12oo^oC, insbesondere zwischen looo°C und lloo C erhält, wenn die Abkühlung nach dem Gießvorgang in V/asser erfolgt. Basierend auf obigen Ergebnissen wurde eine Metallschmelze aus einer Cu-19 Atomprozent Ga-Legierung ;bei lloo C gegossen und in Wasser abgekühlt. Die Dichte dieses gegossenen Blockes wurde durch Röntgenstrahlung, sowie mittels eines Ultraschallvßrfahrens zur Peststellung von Rissen in metallischen Werkstoffen untersucht. Hierbei wurde festgestellt, daß der Block frei von Gießfehlern war. Anschließend wurde dieser gegossene Block mit einem Durchmesser von k6 mm und 9° mm Länge erhitzt und über eine Dauer von 15 Minuten bei 8oo°C gehalten, darauf zu einem Durchmesser von Io mm warm stranggepreßt und wiederholt gezogen und geglüht, so daß ein Draht von o,12 mm Durchmesser erhalten wurde. Sieben Litzendrähte wurden zu einer Litze verseilt, welche eine Windungsganghöhe von 8 mm aufwies. Anschließend wurde die Litze oxidiert, indem sie in Luft bei 650⁰C über 1 Minute lang erhitzt wurde, um einen dünnen Oxidfilm zu bilden. Darauffolgend wurde sie in gestreckter Form einer Wärmebehandlung unterzogen, die in einem · Vakuum von lo" Torr bei 625°C über 5° Stunden durchgeführt wurde.

Anschließend wurde die Litze in eine Jo gew.-^-ige wässrige Salpetersäure-Lösung eingetaucht, um den Oxidfilm auf der Oberfläche der Litze zu entfernen. Anschließend erfolgte eine Tauchlaekierung mit Indium. Zur Feststellung des Einflusses der Abkühlgeschwindigkeit von dem nach der Wärmebehandlung durchgeführten

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BAD

Abkühlungsvorgang auf den kritischen Strom Ic wurden die Litzen mit einem Strangdurchmesser von o,12 mm und einer Windungsganghöhe von 8 mm einer Behandlung mit unterschiedlichen Kühlgeschwindigkeiten unterworfen. Die Ergebnisse hiervon sind in Tabelle II gezeigt. Die Ergebnisse zeigen, daß der kritische Strom Ic im Falle des Abschreckens in Wasser sowie eines Kühlens in Luft ungefähr 1/3 des Wertes annimmt, den man im Falle einer langsamen Abkühlung erhält,wobei die Abweichung in dem Io-Wert

im Falle eines Abschreckens doppelt so groß oder größer war, als im Falle einer langsamen Abkühlung. Nach der Wärmebehandlung ist somit eine Abkühlgeschwindigkeit erwünscht, die nicht größer ist als 1°C pro Minute.

Abkühlungsbedingungen

Tabelle II

Abkühlgeschwindig- Ic(A) (7oKG, Mittelkeit wert über 5 Proben) (°C/min.)

Abschrecken in Wasser

Abkühlen in Luft

Abkühlen im Ofen

Langsame Abkühlung (l) Langsame Abkühlung (2)

2ooo°C/sec. oder mehr

2oo bis j5oo C/sec. (bis zu einer untegen Temperatur von j5°° C) 5o bis 2oo C/sec. (bis zu einer unteren Temperatur von 300 C)

1 (zwischendurch auf 5²J-O gehalten für eine Dauer von Io Stunden)

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Beispiel 2;

Es wurden die Einflüsse des Strangdurchmessers auf den kritischen Strom Ic untersucht. Ein verseilter Draht bzw. eine Litze mit einer supraleitenden Verbindung, hergestellt mit derselben Zusammensetzung und demselben Verfahren wie in Beispiel 1 (CuGa - V-Stränge von o, 12 mm, o,3 mm, o,4 mm Durchmesser wurden verwendet) wurde um einen Spulenkörper mit einem Durchmesser Do von 25 mm herumgewiekelt. Anschließend wurde die kritische Stromdichte/bei 4,2°K in einem äußeren Magnetfeld von 7oKG gemessen. Es zeigte sich, daß der verseilte Draht aus Strängen mit einem Durchmesser von o,12 mm die höchste kritische StrOmdichte Jc von 7 x Io A/cm aufwies. Fig. 13 zeigt die normierten Ergebnisse der kritischen Stromdichte Jc für beide Drahtlitzen, d.h. sowohl für Litzen mit einem Durchmesser von 0,3 mm und o, H- mm, dividiert durch Jc (7 x lo^A/cm ) der Drahtlitze mit den Strängen von o,12 mm Durchmesser. Bei einem Stranddurchmesser von o,3 bis o,4 mm wurde die Verbindung im Strang teilweise zerbrochen, was zu einer Verschischterung der Supraleitungscharakteristiken sowie zu einer-weiteren Abweichung führte.

Beispiel 3;

Es wurden die Einflüsse des Biegedurchmessers sowie der WIndungGganghöh'e bei der Verseilung auf Ic untersucht. Die verseilten Drähte bzw. Litzen wurden mit der gleichen Zusammensetzung und nach dem gleichen Verfahren wie bei Beispiel 1 hergestellt. Die Drahtlitzen, welche Stränge mit einem Durchmesser von o,12 mm sowie Windungsganshöhen bei der Verseilung von 1,5 mm, 3,3 min, 7 mm, 9,5 mm, 25 mm, 15o mm aufwiesen, wurden einer Vor-

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BAD ORlQiNAL

Γ - 46 -

beazspruding unterzogen. Anschließend wurden ihre Supraleitungscharakteristiken gemessen. Bis zu einer Dehnung von l,y$ wurde keine Verschlechterung in den Kennwerten festgestellt. Des v/eiteren wurde der kritische Strom Ic gemessen, nachdem die Litzen in mehreren Wicklungen um Spulen mit verschiedenen Durchmessern(Do) herumgewickelt waren. Die Supraleitungscharakteristiken wurden verschlechtert, wenn die Windungsganghöhen5,ο mm und 9,5 mm betrugen, bei einem Spulendurchmesser von 15 mm oder darunter. Wenn jedoch der Spulendurchmesser 25 mm betrug, waren die erwünschten Kennwerte ausreichend sichergestellt. Dieses Ergebnis ist in Fig. 14 dargestellt.-Anschließend wurden die obigen Litzen unter einer Belastung von 1 kg um Spulen mit 25 mm Durchmesser gewickelt und Ic in einem äußeren Magnetfeld von 7o KG für 5 Proben gemessen. Die Mittelwerte dieser Untersuchung sind in Fig. 15 dargestellt. Aus diesen Ergebnissen ersieht man, daß der maximale Wert für Ic sich für eine Windungsganghöhe (P) ergibt, welche zwischen 6 mm und 12 mm liegt. Dies bedeutet, daß der Maximalviert für den' kritischen Strom in einem Bereich . für die Windungsganghöhe (p) liegt, welcher der folgenden Beziehung genügt D >2P>D /2. Andererseits nähert sich der Wert für den kritischen Strom einem konstanten Wert, wenn die Windungsganghöhe für die Verseilung größer ist als 25 mm. Dies bedeutet, daß bei einer Windungsganghöhe für die Verseilung, welche erheblich größer ist als 25 mm, durch die Verseilung keine

Wirkung mehr erzielt werden kann und man Ergebnisse erhält, die lediglich denen vergleichbar sind, wie man sie bei parallel angeordneten Drähten erhält.

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,- ,-■■■·.!■

Γ - - 47 - -

2345773

Beispiel 4:

Die mechanischen Eigenschaften des verseilten Drahts oder der ■ Litzen wurde gemessen. Die verseilten Drähte wurden mit der gleichen Zusammensetzung und durch das gleiche Verfahren wie •in Beispiel 1 hergestellt. Die folgenden Proben (l) bis (4) wurden mit zusammengesetzten Strängen hergestellt, bei denen 55 Vanadin-Seelen in eine Legierungsmatrix aus Cu - 19 Gew.-^ Ga eingebettet waren:

(1) Massiver Draht mit einem Durchmesser von 0,36 mm (übliche Ausführungsform}

(2) Drahtlitze mit J Strängen und einem Durchmesser von ο,12 mm (Vergleichsprobe)

(5) Litze aus 6 Verbundsträngen mit einem Durchmesser von o,12 mm und einem Wolfraindraht mit einem Durchmesser von o,12 mm, welcher nicht in der Mitte angeordnet ist (Vergleichsprobe) ,und

(4) Litze aus Strängen mit einem Durchmesser von o,12 mm und einem Wolframdraht mit einem Durchmesser von o,12 mm, welcher in der Mitte angeordnet ist (nach der vorliegenden Erfindung).

In den .Proben (2) und (4) betrug die Windungsganghöhe bei der Verseilung 7 nun.

Die Proben (l) bis (4) wurdenden gleichen Behandlungen wie in' Beispiel 1 unterworfen. Die folgenden Untersuchungen wurden mit • ihnen durchgeführt:

L ' 409813/0891 ^J

BAD OFUOiNAL

r ■ - 48 - .;.

Es wurden die Werte für den kritischen Strom bei einem äußeren Magnetfeld von 7o KG bei den einer Wärmebehandlung unterzogenen Proben gemessen, wobei an den Proben Deformierungen unter den folgenden Bedingungen vorgenommen wurden:

(1) Wärmebehandlung und keine Deformation.

(2) Zugspannung von 1 kg gerader Form.

(5) Ohne Zug zu einer Spule mit einem Durchmesser von

2o mm gewickelt.
(4) Unter Zugwirkung von 1 kg in eine Spule mit 2o mm

Durchmesser gewickelt.
Die Ergebnisse 'werden in Tabelle III verglichen.

Tabelle III Ic (A) 7o KG

Deformierung Nr. D	57
2)	5o
3)	25
Ό	12

Probe Nr. (l) übliche Aus- (2) Vergleich (^) Ver- (4) vorlie-

führungsform gleich gende Er-' findung

71 58 7ο

3ο 3ο 7ο

68 53 67

18 23 65

Die Ergebnisse der obigen Messungen geben einen Mittelwert der Proben wieder, welche von demselben Posten genommen wurden, wobei die Abweichung im kritischen Strom - 3 Ampere betrug. Es zeigte sich aus den obigen Ergebnissen," daß die Probe (1) stark

sehr gegenüber einer Zugbelastung, jedoch/ochwach gegenüber einer

409813/0891 -»

Biegedeformation ist, daß die Proben (2) und (3) stark gegenüber der Biegedeformation, jedoch schwach gegenüber einer durch Zugdeformation hervorgerufenen Belastung sind und daß schließlich die Probe (4) sehr stark gegen eine Zugbelastung und eine Biegedeformation ist.

' Beispiel 5:

Die Litzen mit der Struktur (4) von Beispiel K wurden einer Wärme behandlung unterzogen. Vor der Wärmebehandlung wurden die Wärmeausdehnungskoeffizienten der die Litze bildenden Materialien, sowie von dem Flußstahl, welche im folgenden mit "Eisen" bezeichnet wird, der Spule gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV dargestellt.

Tabelle IV Wärmeausdehungs-Koeffizlent '_s ^ _n

Proben

CuGa-V 15 x lo~⁶ 8 χ lo"⁶

(2o - 25o C) (250 - 6oo°C)

Pe (11,5 - ^

(2o - 6oo°C)

V (7,7 - 9) x lo"⁶ (2o - 6oo°C)

Im Falle der,Umwicklung der Stahlspulen-Körper mit Litzen, welche mit einem Wolframdraht in der Mitte verstärkt waren,und anschließender Wärmebehandlung kann ■ die Wärmeausdehnung des CuGa-V Verbunddrahtes, des W-Drahtes und des Stahlspulenkörpers schematise}! in-Art eines allgemeinen Diagrarnmes dargestellt werden, wie dies in Fig. l6 gezeigt ist. Hierin bedeutet 38 den

^L 409813/0891 ^J

BAD ORIGINAL

Γ - 5ο - ■

Wolframdraht, 39 den CuGa-V-Verbunddraht und 4o das Eisen. Während sowohl der CuGa-V-Draht und der W-Draht durch die thermi-. sehe Ausdehnung der Eisenspule bei 625°C gedehnt wurden,verblieb der Wolframdraht getrennt von der Spule entsprechend der Differenz in der Wärmeausdehnung aufgrund der Abkühlung zwischen Eisen und Wolfram. Andererseits zieht sich der CuGa-V-Strang mehr als der Wolframstrang zusammen, er strafft den Vfolframdraht. Es besteht daher die Gefahr, daß der Wolframdraht an bestimmten Bereichen der Litze aus seiner Lage abspringt. Die Beanspruchung der Drahtlitze durch die Wärme läßt sich aufgrund der Anwesenheit verschiedener Arten von Metallen im Grunde genommen nicht zum Verschwinden bringen. Es ist daher notwendig, bei der praktischen Anwendung die Beanspruchung gleichmäßig zu verteilen. Zu diesem Zwecke wurde Eisen, das

einen Wärmeausdehnungswert aufweist, der zwischen dem für W und GuGa-V liegt, als Spulenmaterial verwendet, wobei als Spulendurchmesser vom Standpunkt einer einheitlichen Dehnung ungefähr loo mm gewählt wurde. Die Einheitsdehnung pro Wicklung be-

gen trug in diesem Falle unter den Beding«!« der Wärmebehandlung 1,8 mm. Des weiteren wurde zur Vermeidung eines Anhaftens der verseilten Drähte aneinander sowie an den Spulenkörper jeweils aufgrund der sich überlappenden Wicklung der Eisendraht und die Folie mit feinverteilten Graphitteilchen überzogen, welche nicht mit der Drahtlitze bei den während der Wärmebehandlung verwendeten Temperaturen reagieren.

Als nächstes wurden die Drahtlitze und der o,52 mm dicke Eisen- ■ draht parallel um die 300 mm lange Eisenspule, welche einen

409813/0891 -¹

BAD ORIGINAL

Γ · - 51 - -¹

Durchmesser von loo mm aufwies, herumgewickelt, wobei eine o,o4 mm dicke Eisenfolie zwischen die Schichten eingebracht wur~ de. Es wurden bis zu 12 Schichten der Wicklungen aufgebracht. Anschließend wurde die gleiche Wärmebehandlung mit der umwickel-. ten Spule durchgeführt, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist. Bei einem Abwickeln nach der Wärmebewegung konnte kein Anhaften festgestellt werden. Der Anteil der verbleibenden thermischen Spannung wurde gleichmäßig in dem Spalt zwischen dem Eisendraht und der Eisenfolie aufgenommen, so daß kein bemerkenswertes Ein- oder Zusammenfallen und auch keine Welligkeit festgestellt wurden. Als nächstes wurde der Oxidfilm auf der Länge der derart wärmebehandelten Drahtlitze durch eine j5o^~ige wässrige Salpetersäure-Lösung entfernt, worauf eine Durchführung der Litze durch eine Zinkchlorid-Flußmittellösung hindurchgeführt und in ein Indium-Bad zur Erzeugung eines Indium-Überzugs eingetaucht wurde. Während dieser Aufbringung des'Indium-Überzugs wurden Indium-Bruchstücke in die Zinkchlorid-Flußmittellösung eingebracht, um eine Verschlechterung des Flußmittels zu vermeiden, indem die • Zunahme von Kupferionen durch Indium-Ionen ersetzt wird. Auf diese • ' Weise konnte ein befriedigender Indium-Überzug kontinuierlich über eine lange Zeitdauer hergestellt werden.

Beispiel 6:

Im folgenden sollen Erläuterungen zu der Verbindung zwischen Drahtlitzen gegeben werden. Ein Magnet mit einer Spule, welche einen Innendurchmesser von Jo mm, einen Außendurchmesser von 7o mm sowie eine Länge von 72 mm aufwies, wurde unter Verwendung von Drahtlitzen hergestellt, welche einen"Isolationsüberzug aus

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Γ _ 52 - "»

Polyvinylbutylalkohol (PVBA) aufwiesen. Die Drahtlitze war aus sieben o,12 mm dicken Strängen zusammengesetzt und wies eine Struktur wie im Beispiel 4 auf, wobei sie ferner gemäß Beispiel 1 hergestellt war. Für die Herstellung elftes Hybrid-Magneten wurde hier ein Messingspulenkörper 25 hergestellt, wie er in Fig. 11 (A) dargestellt ist. Ein 4o mm abstehender Vorsprung mit einem Innendurchmesser von 2o mm und einem Querschnittsbereich von 25 rom im Quadrat war an der Außenseite des Spulenkörpers vorgesehen, welcher einen Innendurchmesser von 2o mm,

einen Trommeldurchmesser von 25 mm, eine innere Breite von 7o mm, eine Flanschdicke von 5 mm, einen Flanschdurchmesser von 8o mm aufwies. Der Vorsprung diente für die Herstellung einer Verbindung.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wurden an zwei Stellen durch den Flansch des Spulenkörpers hindurchgehende schraubenartige Kerben erzeugt, welche bis zu der Trommeloberfläche und zur Ebene des Vorsprungs reichen, um die supraleitenden stromleitenden Drähte einzuführen. Des weiteren ist ein Gewinde im Mittelbereich des Vorsprunges vorgesehen, welcher der Befestigung einer Verbindungsplatte für Anschlußzwecke dient. Die Verbindungsplatte war derart aufgebaut, daß eine 2 mm Kupferplatte mit abgedichteten beiden Endbereichen an einer 4o mm langen, jjo mm breiten und l.mm dicken Bakelit-Platte 26 derart befestigt war, daß

; ein 5 mm Abstand mit dem Flansch gebildet wurde. Diese Verbindungsplatte war an dem Vorsprung des Spulenkörpors mittels einer Schraube befestigt. Der Verbindungsvorgans erfolgte durch Einführung des supraleitenden Drahtes In den mit Kerben versehenen Be-

_Lr.ich. Entfernuna _409813/0„₉₁ J

BAD ORIGINAL

eines notwendigen Teiles des isolierenden Films auf dem supraleitenden Draht, welcher aus dem mit Kerben versehenen Bereich herausgenommen wurde sowie durch Fixieren des von dem isolierenden Film befreiten Drahtes auf der Kupferplatte mittels eines Indium-Lotes. Zur Verbindung des supraleitenden Drahtes und des Kupferanschlußdrahtes J51 in der innersten Schicht oder der äußersten Schicht können ähnlicheVerfahren wie die vorgenannten angewandt werden. Der Außendurchmesser der Spule betrug 7o mm. Die Querschnittsansicht des derart hergestellten Verbindungsteiles ist in Fig. 11 (B) dargestellt. Hierbei wurden Bakelit-Abstandshalter j52 zwischen die Verbindungsplatten zum Zwecke einer elektrischen Isolierung eingefügt. Auch der Ver— bindungsteil, welcher aus einer Bakelit-Platte 26 bestand, sowie die Kupferplatte 27 wiesen eine halbkreisförmige Gestalt auf, so daß eine wirksame Raumausnutzung möglich ist.

Bei einer Temperatur von 4,2⁰K wurde ein Strom von 58 Ampere durch diesen Magnet hindurchgoschickt und hierbei wurde ein Magnetfeld von 72 KG erzeugt. Da der Wert für Ic von einem kurzen Stück Draht von dieser Drahtlitze 68 Ampere betrug, erreichte der ic-Wert der Spule 83$ von demjenigen des kurzen Drahtstückes. Während der Erregung des Magneten wurden keine Sprünge in dem Fluß festgestellt. Des weiteren zeigte der Magnet keine Verschlechterung trotz mehrerer Abschreckungen und arbeitete in einem stabilen Betrieb. Dies wurde durch die Wirkung einer fein ., unterteilten (fined) und verdrillten Mehrfach-Seele, die Stabilisierungswirkung eines Überzugs aus'reinem Indium sowie die' mechanische Stabilisierungswirkung mittels des Verstärkungs-

^L 409813/0881 · ^J

BAD ORIGINAL

drahtes erreicht,

Beispiel 7;

Es wurden Untersuchungen mit einem Hybrid-Magneten und einem graphitüberzogenen Draht durchgeführt. Auf die Oberfläche einer Drahtlitze mit einer Wolframdraht-Seele in der Mitte und einer Windungsganghöhe der Verseilung von 7 mm, die mit derselben Verbindung und nach demselben Verfahren wie unter Beispiel 1 hergestellt worden war, wurde vor der Wärmebehandlung Graphit aufgebrannt. Die so erhaltene Drahtlitze war sehr biegsam, und es konnte aufgrund der Wirkung des Graphits kein Anhaften zwischen den Strängen beobachtet werden. Eine Isolations-Uberzugsschicht mit Polyvinylbutyüalkohol (PVBA) wurde auf die Drahtlitze zur Herstellung eines Magneten aufgebracht. Um die Außenseite des Magnetes wurde ein Magnet mit einem supraleitenden NbTi-Draht angebracht, so daß ein Hybrid-Magnet entstand. Die Spule des inneren Magneten hatte einen Innendurchmesser von 25,2 mm, einen Außendurchmesser von 47>3 mm und eine Länge von Io9 mm. Der NbTi-Draht der äußeren Spule enthielt 8o NbTi-Fäden von 27/U in der OFHC von o,35 mm Durchmesser, wobei ferner eine 5 mm Verdrillung vorgenommen war. Der äußere Magnet hatte ein^n Innendurchmesser von 55*2 mm, einen Außendurchmesser von 112 mm und eine Länge von Ιβο mm. Die Versuche zeigten, daß von dem äußeren NbTi-Magneten ein Magnetfeld von 6o KG, von dem inneren Magneten ein Magnetfeld von 35 KG und somit ein Gesamtmagnetfeld von 95 KG erzeugt wurde. Die Spule aus dem verseilten Verbunddraht war hierbei derart ausgebildet, daß die Stränge zv.'is einander isoliert waren. Man erhielt jedoch fast dieselben

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Γ - 55 -

Kennwerte (Ic, Stabilität) wie bei dem mit einer Indiumschicht überzogenen Draht des Beispiels 1. .

Beispiel 8t

Für einen annähernden Dauerstrombetrieb des Magneten ist es notwendig, den Widerstand des Verbindungsteils des Magneten unterhalb eines vorgeschriebenen Wertes zu halten. Hierzu wurde ein Magnet mit dem folgenden Verbindungsteil hergestellt. Zuerst wurde ein Spulenkörper J53 aus hochreinem Kupfer gemäß .Fig. 12 hergestellt, Sr hatte folgende Ausmaße; Innendurchmesser 1,5 cm, Trommeldurchmesser 2 cm, Innenweite 1 cm, Flanschdurchmesser 3 cm und Flanschdicke o,5 cm. Dieser Spulenkörper wurde zuerst mit einem dünnen Indiumüberzug versehen. Anschließend wurden

35
zwei supraleitende Drähte/parallel zueinander herumgewickelt.

Nach jeweils einer Windungsschicht wurde eine ~/er lötung mit Indium vorgenommen, bis der Windungsbereich den FlanschdurchmeGser erreichte, wobei ungefähr Io m des supraleitenden Drahtes verwendet wurden. Der auf diese V/eise erhaltene supraleitende Magnet wurde in Betrieb genommen, um die Dämpfung des Magnetfeldes zu messen. Aus der Induktivität des Magneten wurde der Widerstandswert berechnet, wobei sich ein Wert von 2 χ Io * Ohm ergab. Eine Messung des Widerstands des auf obige Weise verbundenen Magneten 1, welche zu Vergleichszwecken in derselben V/eise durchgeführt wurde, ergab einen Wert von 9 x Io ' Ohm,und man erhielt einen Widerstandswert, bezogen auf die Längeneinheit der Verbindung, von 9 χ Io Ohm/cm. Andererseits hatte der Magnet zwar einen Widerstandswert von 2 χ lo~ Ohm/cm, der somit jr—pr desjenigen des Magneten 1 war. Es wird angenommen, daß dies auf

^L 409813/0891 -'

r - 56 - J.'¹- π

den Umstand zurückzuführen ist, daß der Kontakt des verbundenen supraleitenden Drahtes auf alle Richtungen innerhalb der gleichen Schicht verteilt war, d.h. nach links und rechts, oben und unten.

Beispiel 9t

loo kupferplattierte Niob-Stäbe mit einem Außendurchmesser von ' 5 mm und jeweils denhalben Bereichen an Kupfer und Niob wurden in eine Cu-Io Gew.-^ Sn-Legierungsmatrix mit einem Durchmesser von loo mm gemäß Beispiel 1 eingebettet. Der erhaltene Knüppel wurde einem warmen Strangpressen unterzogen, so daß man einen Verbundstab mit einem Außendurchmesser von 2o mm erhielt. Dieser Stab wurde anschließend unter wiederholtem Zwischenglühen gezogen, so daß er eine Dicke von l,o mm erhielt. Ein Kohlenstoff-überzogener Draht aus korrosionsbeständigem Stahl mit einem AußendurchiiE sser von o,8 mm sowie eine an ihrer Oberfläche oxidierte j5cyu dicke Ti-Folie wurden hergestellt.

Anschließend wurde der Verbunddraht um einen Spulenkörper herumgewickelt, der aus 18 Cr- 8 Ni korrosionsfestem Stahl bestand

keramischen Stoffen

und eine Schicht aus / trug, die durch Flamin spritzen aufgebracht war. Bei diesem Aufwickeln wurde der Draht aus korrosionsbeständigem Stahl zwischen die einzelnen Wicklungengplegt. Die Ti-Folie wurde zwischen die einzelnen Schichten eingebracht. Auf diese Weise wurde eine Spule mit einem Außendurchmesser von loo mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Länge von loo mm erhalten. Die Spule wurde anschließend über eine Dauer von 5o Stunden einer Wärmebehandlung bei 7oo°C im Vakuum unterworfen,

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um aus Nb-und Cu_rSn Nb,Sn zu bilden. Während der Wärmebehandlung entstand eine gewisse Lockerung zwischen den Drähten aufgrund der thermischen Ausdehnung. Es wurde daher eine Fixierung der Drähte durch eine Vakuumimprägnierung mit Epoxydharz vorgenommen. Bei der Untersuchung des so erhaltenen supraleitenden Magneten in flüssigem Helium wurde ein Magnetfeld von lol KG erzeugt.

Beispiel lo;

Eine verseilte Drahtlitze mit einem Durchmesser von 0,36 mm wird unter Verwendung von 6 CuGa-V-Drähten, welche dieselbe Zusammensetzung hatten wie in Beispiel 1 und nach dem gleichen Verfahren hergestellt worden waren und eine W-Seele in ihrer Mitte aufwiesen einem Ziehvorgang unterworfen, so daß ein runder Draht mit

einem Durchmesser von 0.33 mm erhalten wurde. ' >

Anschließend wurde der in Beispiel 2 beschriebene Indiumüberzug auf dem Längsdraht der nach obigem Verfahren erhaltenen Drahtlitze mit der Gestalt eines Runddrahtes aufgebracht. Die mit einem Indiumüberzug versehene Litze v/urde 1/2 Stunde lang in Luft auf einer Temperatur von JoO⁰C gehalten, so daß ein OxIdfilm auf dem Indiumüberzug gebildet wurde und man die in Fig. 7 gezeigte Drahtlitze mit kreisförmigem Druchmesser erhält. In Fig. 7 bedeutet lh den oxidierten Indiumfilm, IJ Indium, 1 einen supraleitenden Strang und 5 den Wolframdraht. Diese Drahtlitze, wurde mit unterschiedlichen Biegedurchmessern unter einer Belastung von 1 kg aufgewickelt. Anschließend wurde bei einem Magnetfeld von 7o KG Ic gemessen. Die Ergebnisse dieser Messung

^U 409813/0891 ^J

sind in Pig. 17 dargestellt. Der Grad einer Abnahme von Ie war genau der gleiche wie.der in Fig. 4 dargestellte von Beispiel 1. Es war somit festgestellt, daß die Drahtlitze mit rundem Querschnitt die Charakteristiken der normalen Drahtlitze, und zwar ohne eine Verschlechterung, aufwies. Zur Herstellung eines Magneten aus dieser Drahtlitze wurde ein Messingspulenkörper, wie er in Pig. 11 von Beispiel 6 dargestellt ist, angefertigt. Ein 4o mm abstehender Vorsprung mit einem Innendurchmesser von 2o mm und einem Querschnitt von 25 mm im Quadrat wurde an der Außenseite des Spulenkörpers vorgesehen, welcher einen Innendurchmesser von 2o mm, einen Trommeldiirchmesser von 25 ßirn, eine innere Breite von 7o mm , eine Planschdicke von 5 ma und einen Planschdurchrnesser von 72 mm aufwies. Die obigen Drahtlitzen wurden um den Spulenkörper herumgewickelt, worauf die gleichen Arbeitsgänge für die Ausbildung einer Verbindung durchgeführt wurden, wie sie in R-rfsp. 6 beschrieben sind, so daß man einen supraleitenden Magneten erhielt. Anschließend wurde die Amperewindung gemessen, um Kennwerte.für die von dem oxidierten Indium bewirkte Isolation zu erhalten. Man fand bei Raumtemperatur einen Wert, der 97$ der vollständigen Iso- ~ lation betrug, sowie bei 4,2⁰K eine vollständige Isolation. Hieraus wurde gefolgert, daß die Isolationscharakterist j kenausreichend sind. Da darüber hinaus die Isolationsschicht im Vergleich zu einer herkömmlichen organischen Isolationsschicht sehr dünn war, konnte der Packungsfaktor der Spule verbessert werden. Der so hergestellte supraleitende Magnet erzeugte bei 4,2°K .und einem Stromdurchgang von 62 Ampere ein Magnetfeld v_ron 76 KG. Da der Wert für Ic der kurzen Probe von dieser Draht-

409813/0881 ^J

BAD ORtGlNAL

litze 65 Ampere betrug, ergab, sich für Ic der Spule ein Wert, der bei 95#> des Ic-Wertes der kurzen Probe lag. Es wurde festgestellt, daß die Stränge mit glatter Oberfläche nur eine. geringe Herabsetzung zeigen und daß hinsichtlich der Größe des Magneten eine Ersparnis von lo$ im Vergleich zu einem herkömmlichen erzielt werden konnte.

Beispiel 11t

6 supraleitende Verbunddrähte mit einem Durchmesser von o,12 mm, welche dieselbe Zusammensetzung aufwiesen und mit demselben Verfahren hergestellt worden waren, wie in Beispiel 1, sowie ein Draht aus korrosionsbeständigem Stahl mit dem gleichen Durchmesser wurden unabhängig durch ein Indiumbad bei einer Temperatur von 25o°C, wie in Fig. Io gezeigt, hindurchgeführt. Anschließend wurden sie durch eine Matrize mit Ziehtrichterteil -hindurchgeführt, das einen Durchmesser von 1>5 mm, ein Lager von o,4 mm Durchmesser und eine Länge von Io mm Durchmesser aufwies. Die Drähte wurden um eine Drehspindelanordnung nahe der Matrize aufgenommen, wodurch ein primär verseilter Draht mit einem Außendurchmesser von o,;57 mm und einer Windungsganghöhe der Verseilung von 35 mm erhalten wurde. Anschließend wurden sieben dieser verseilten Primärdrähte durch eine Matrize mit einem Ziehtrichter hindurchgeführt, welcher einen Durchmesser von 5 mm, ein Lager von 1,2 mm und eine Länge von Io mm aufwies, und um die Drehspindel aufgenommen , so daß ein verseiltes Sekundärkabel mit einem Außendurchmesser . von 1,15 mm erhalten wurde. Eine PVBA-Isolationsüberzugsschicht wurde .auf die Außenseite des Kabels aufgebracht.

^L ' 409813/0891

BAD ORtGtNAL

Γ ' - 6ο -

Anschließend wurde eine Spule mit einem Innendurchmesser von 55 mm unter Verwendung dieses Kabels hergestellt. Man erhielt ein starkes Magnetfeld von l4o KG bei einem Strom von 2^5.Ampere bei einem Vormagnetisierungsfeld von loo KG. Bei der Erregung des Magneten wurden keine großen Sprünge in dem Fluß festgestellt, und es bestätigte sich eine ausreichende Stabilität für die praktische Verwendung.

Beispiel 12:

Supraleitende Verbunddrähte mit o,15 mm Durchmesser, welche die

gleichen

gleiche Zusammensetzung aufwiesen und gemäß dem/7erfahren von Bei spiel 1 hergestellt worden waren, wurden einer Säurebad-Behandlung unterworfen, unabhängig durch ein Indiumbad bei 25o°C hindurchbewegt sowie durch ein Graphittuch mit einem Format von 1 mm χ 4 mm und einer Dicke von ο,5 mm über der Oberfläche des geschmolzenen Metalls, so daß ein rechteckiges Kabel mit einer Außendimension von o,5 mm χ 2 mm erhalten wurde. Anschließend wurde ein Polyäthylenterephthalat-Band (Warenzeichen Mylar) um das Kabel herumgewickelt, um eine Isolierung zu bilden. Der Querschnitt des Kabels ist in Fig. 18 dargestellt. Hierin bedeutet das Bezugszeichen 4o Indium, 4l das Mylar-Band und 42 eine supraleitende Litze. Eine Spule mit einem Innendurchmesser von 5° mm wurde unter Verwendung dieses Kabels hergestellt. Bei einer Messung des kritischen Stroms der Spule unter einem Vormagnetisierungsfeld von loo KG wurden 12o KG bei einem Strom von 25o A erhalten. Während der Erregung wurde kein großer Sprung in dem Fluß festgestellt, und man beobachtete auch keine Herabsetzung, selbst wenn mehrere Ab-

^L 409813/0891

schreckungen durchgeführt wurden.
Beispiel 13;

Die Oberfläche eines 3*°5 ram χ 9o mm Vanadin-Stabes wurde in Luft bei einer Temperatur von ^00⁰C 3 Minuten lang, wie im Beispiel 1 besehrieben, oxidiert. Der auf diese Welse oxidierte Stab wurde zur Herstellung eines CuGa-V-Gußblockes verwendet. Anschließend wurde die Beziehung zwischen der Temperatur der Metallschmelze und der Dicke der Reaktionsschicht an der Oberfläche von CuGa und V mit derjenigen verglichen, welche man im Falle der V-Seele mit einer sauberen Oberfläche erhielt. Die Ergebnisse sind in Tabelle V dargestellt. Hieraus wurde ersichtlich, daß der oxidierte Film auf der Vanadin-Oberfläche die Reaktion zwischen V und Ga verhinderte. Daraus ergab sich, daß die Arbeit bei dem folgenden Ziehvorgang leicht war,

■ Tabelle V

Dicke der Reaktionsschicht ( Ai) von CuGa

"- und V '_

Temperatur der Metallschmelze (⁰C) 960 looo lloo 12oo ' 1250

. Probe

Vergleichsbeispiel 1,2 2,1 5,0 7,5 9,0 (Luftkühlung)

vorliegende Erfindung ^₁ ^₁ ^_{1 12 2o} (Luftkühlung) ' '

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8AD ORIGINAL

■ Γ - 62— ^:

Beispiel 14;

Ein Vanadin-Stab mit einem Durchmesser von 6 mm wurde in ein • Rohr aus reinem Kupfer eingefügt, das einen Außendurchmesser von Io mm und einen Innendurchmesser von 6,o5 mm aufwies. Durch Kaltgesenkschmieden wurde ein Stab mit einem Durchmesser von 5 mm erhalten. Anschließend wurden 19 dieser Stäbe aufrecht in eine Gußform mit einem Innendurchmesser- von 5o mm angeordnet und eineCu-19 Gew.~fo Gallium-Legierung in sie eingegossen. Anschließend wurde rasch abgekühlt, so daß man einen Gußblock erhielt, welcher anschließend durch warmes Strangpressen bei 8oo°C zu einem Verbundstab mit einem AuSendurehmesser von 15 mm weiterverarbeitet wurde. Dieser Stab wurde zu einem Draht mit einem Durchmesser von o,^5 mm ausgewogen, was mit einem wiederholten (25-fachen) Zwischenglühen bei 6oo C erfolgte. Die Wirkung der Wärmebehandlung, d.h. des warmen Extrudierens und des Kühlens, wurde mit einem Röntgenstrahlen-Mikroanalysator untersucht, wobei die Ergebnisse in Fig. dargestellt sind. Die Bezugszeichen ^l\~5 und hk zeigen hierbei die jeweiligen Vanadin- und Gallium-Bestandteile. Es vrarde festgestellt, daß das Gallium der CuGa-Legierung in die Kupferschicht rund um das Vanadin diffundiert war und daß die Reaktionsschicht (V.,Ga) nicht an der Berührungsfläche von V und der Kupferschicht gebildet war, so daß der folgende Ziehvorgang leicht und problemlos durchgeführt werden konnte,

Beispiel 15;

Sieben Cu-Nb Verbundstäbe mit einer Kupferdicke von 1 mm und einem Außendurchmesser von Io mm wurden in Bohrungen eingeführt,

409813/0891 -¹

BAD 0RK3INAI

welche In einen Block aus einer Kupfer-lo Atomprozent Sn-Legierung mit einem Außendurchmesser von 5o mm und einer Länge von 2oo ram'eingebracht waren. Der Block wurde durch Kalibrierwalzen und. Ziehen mit zwischenzeitlichen Glühvorgängen bei 5oo°C bei jeweils 4o# des Kaltverformungsverhältnisses zu einem Verbunddraht mit o,5 mm Durchmesser verarbeitet. Die Dicke des Kupfers in dem Querschnitt des Drahtes betrug ungefähr 4 Ai, während die Dicke der Reaktionsschicht außerhalb Kupfer 6 μ betrug. Die folgenden Vorteile wurden durch das Überziehen des Niobs mit Kupfer erzielt. Zum einen erwies sich die Herstellung des Niob-Stabes als äußerst einfach. Zum anderen war auch die Herstellung- des Verbunddrahtes äußerst einfach, da die Bildung von Nb,Sn durch die Kupferplattierungsauflage unterdrückt wird.

Beispiel l6t

Es wurden Untersuchungen mit- einem verseilten Verbunddraht mit einer'elektrischen Hochwiderstandsschicht durchgeführt. Ein Cu-19 Atomprozent Gallium-Legierungsstab mit 6,8 mm Durchmesser wurde von einer Vanadinröhre umhüllt, welche einen Außendurchmesser von Io mm und einen Innendurchmesser von "Jmm aufwies. Der so erhaltene Stab wurde in ein sauerstoiEfreies Kupferrohr eingeführt, das einen Außendurchmesser von 12 mm und einen Innendurchmesser von lo,2 mm hatte. Der Durchmesser der Stäbe wurde unter wiederholtem Zwischenglühen bei 6oo°C auf 4,2 mm reduziert. Als nächstes wurde auf den Stab eine Nickelplattiefüng mit einer Dicke von 2oo aufgebracht. Seine Querschnittsgestalt ist in Fig. 2o dargestellt. Hierin bedeutet das Bezugs-

409813/0891 ^J

• B )

Γ - 64 -

zeichen 45 die Nickelplattierungsschicht, 46 das Kupfer, 47 das V, 48 die Cu-2o Ga-Legierung. Anschließend wurde dieser ■ Stab mit einem Durchmesser von 4,24 mm in ein sauerstofffreies hochleitendes Kupferrohr mit einem Außendurchmesser von 55 mm und einem Innendurchmesser von 45 mm eingefügt. Durch Ziehen wurde schließlich ein Stab gefertigt, der keinen Zwischenraum aufwies und einen Durchmesser von 5o mm hatte. An- " schließend wurde der Stab in 9° mm lange Stücke zerteilt und seine Außenseite wurde auf einen Durchmesser von 45 mm geschliffen, so daß ein Bolzen für ein Strangpressen gebildet wurde, wobei die Dicke des sauerstofffieien Kupfers in der äußersten Schicht ungefähr 1,5 mm betrug. Anschließend wurde dem Beispiel 1 entsprechend ein Strangpressen, ein Ziehen, eine Verseilung,

j eine V/ärmebehandlung und eine Isolierung durchgeführt) und man ' erhielt eine Drahtlitze mit einer Verseilung, welche eine Querschnittsgestalt aufwies, wie sie in Fig. 21 dargestellt ist. Das

^: Bezugszeichen 51 kennzeichnet hierbei V-Ma., das an der Berührungsfläche zwischen dem mit 49 bezeichneten V und dem mit 5o bezeichneten CuGa gebildet wurde. Eine an der Berührungsfläche

^: zwischen Ni und Cu gebildete CuNi-Legierung wird durch das Bezugszeichen 52 gekennzeichnet. Der Wert von Ic betrug für diese j Drahtlitze bei einem Magnetfeld von 7oKG 46 Ampere, Eine Spule mit einem Innendurchmesser von 2o mm, einem Außendurchmesser von 76 mm, einer Länge von loo mm und einer Drahtbelegung ; von 630 Wicklungen/cm wurde bewickelt, wobei zwischen die Schichten Mylar in einer Dicke von 5o ,u eingefügt wurde. Diese Spule konnte bei 37 Ampere 7I KG erzeugen. Ein Sprung in dem Fluß konnte nicht festgestellt werden und die Spule zeigte eine

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stabile Wirkung, selbst wenn eine Erregungsgeseh'windigkeit-von i KG/see, verwendet wurde.

Beispiel 17 s

"" —— Silber-

Eine ungefähr Io ax dicke /schicht wurde auf die Oberfläche von einem Cuöa.-V-<Draht aufplattiert, welcher einen Durchmesser von ο_Λ12 ran aufwies und aus derselben Zusammensetzung bestand, sowie nach demselben Verfahren hergestellt und einer entsprechenden Wärmebehandlung unterzogen worden war, wie dies in Beispiel 1 dargestellt ist. Auf diese Weise wurde eine IMJa-Schicht erzeugt. Als Vergleichsmaterial wurde ein CüGa-V-Draht

Silberverwendet, der keine · /plattierung aufwies und der gleichen

Wärmebehandlung unter den gleichen Bedingungen unterzogen wurde.

Man erhielt als Ergebnis eine V_xGa-Dicke von 1,65 /u in dem mit Silber *> '

/ plattierten Draht, während man in dem Vergleichsmaterial

eine Dicke von 1,15/U erhielt. Der Wert für Ic bei 7o KG betrug

silber-13,5 A im Falle des /plattierten Drahtes, im Falle des

Vergleichsmaterials lo,l A.

Beispiel 18:

Ein Vanadin-Stab mit 5 mm Durchmesser wurde in ein Rohr aus einer Kupfer-5 Atomprozent Gallium-Legierung mit einem Innendurchmesser von 5*2 mm und einem Außendurchmesser von 6 mm eingeführt, um einen Verbunddraht mit einem Außendurchmesser von 3 mm herzustellen. 55 dieser -Drähte wurden in einem Stab aus einer Ag-l8,5 Atomprozent Ga-Legierung eingebettet, woraus durch Kalibrierwalzen und Ziehen ein Draht mit einem Durchmesser von o,12 mm gefertigt wurde. Anschließend wurde eine

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-66- "'..Ζ 'ι

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Wärmebehandlung im Vakuum über eine Zeitdauer von 50 Stunden bei einer Temperatur von 625°C gemäß Beispiel 1 durchgeführt, um eine V^Ga-Schieht zu bilden. Die Dicke der so erhaltenen VyJa-Sehlcht betrug 2,1/U. Die V^Ga-Schicht war somit sehr dick im Vergleich zu der 1,15 /U dicken V^Ga-Schieht in dem Vergleichsbeispiel des Beispiels I7, während die kritische Stromdichte Je ungefähr dieselbe war.

Beispiel 19;

Ein Stab aus reinem' Silber mit einem Durchmesser von 11,8 mm wurde in ein Vanadinrohr eingeführt, das einen Außendurchniesser von 15 mm und einen Innendurchmesser von 12 ram aufwies. Das so gebildete Verbundrohr wurde durch Ziehen auf einen Durchmesser von 12 mm gebracht. Anschließend wurden 4 dieser Verbundstäbe in ein Vanadinrohr eingeführt, das einen Innendurchmesser von 3o ram und einen Außendurchmesser von 35 E;m hatte. Das Vanadinrohr mit den in sie eingeführten Stäben wurde anschließend durch Ziehen zu einem Verbunddraht aus V-Ag mit einem Außendurchmesser von 21 mm verarbeitet. 30 Vanadinstäbe mit einem Durchmesser von 3*°5 mrn wurden mit gleichmäßigen Abständen um den obigen V - Ag-Verbunddraht aufgestellt. Anschließend wurde eine Schmelze von einer Cu-19 Atomproaent Ga-Legierung eingegossen, um einen Bolzen mit einem Durchmesser von 45 mm für ein Strangpressen zu bilden. Der Querschnitt dieses Verbunddrahtes ist in Flg. 22 dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 53 ist V, mit 54 CuGa und mit 55 reines Silber bezeichnet. Fig. 23 zeigt schließlich den Querschnitt der Litze oder des verseilten Drahtes, der durch das Verfahren gemäß

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Claims (1)

1. - 69 - ' ' ■

   Patentansprüche

   ( 1. , Supraleitender Verbunddraht aus einer Mehrzahl von Strängen mit einer supraleitenden Verbindung, wobei ein Teil oder die Gesamtheit der Stränge eine Neigung zur Längsachse des Verbunddrahtes aufweist und *7obei die stränge nicht im wesentlichen miteinander zusammen sind,

   2. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärkungsmaterial zumindest in dem Mittelbereich des supraleitenden Drahtes vorgesehen ist.

   3. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial aus Wolfram, Molybdän, korrosionsbeständigem Stahl, Glas, Kohlenstoff oder/und ^ Aluminiumoxyd in Paser- oder Drahtform besteht.

   4. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Außendurchmesser des Stranges kleiner ist als das Produkt aus dem zulässigen Biegedurchmesser des zu erhaltenden supraleitenden Drahtes und dem Grenzwert für die Dehnung, bei welchem die Supraleitungscharakteristiken der Stränge nicht herabgesetzt werden und daß die Windungsganghöhe der Verseilung von den Strängen in

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   τ 7ο - ■ · ■

   einem Bereich von dem 2o- bis zu dem looo-fachen des Strangaußendurchmessers liegt.

   5. Stabilisierter supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die freiliegende Oberfläche wenigstens der äußersten der zusammengesetzten Stränge mit einem weichen Metall überzogen ist.

   6. Stabilisierter supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß das weiche Metall Indium; Zinn oder/und Blei ist

   7. Stabilisierter supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das v/eiche Metall auf. seiner Oberfläche eine Schicht einer nient leitfähigen Verbindung aus dem weichen Metall zur Isolierung des supraleitenden Verbunddrahtes aufweist.

   8. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang eine Schicht aus Niob oder Vanadin aufweist, die eng an der Außenseite des Stabilisierungsmaterials haftet, das aus Kupfer, Silber, Aluminium und/oder Gold besteht, daß eine Schicht der

   Vanadium supraleitenden Verbindung, welche Niob oder /· enthält,

   -schicht eng an der Außenseite der Niob- oder Vanadium-/ haftet und daß eine Schicht von Elementen ausgenommen Iiob oder Vanadium in der die Verbindung enthalten sind,oder eine Legierung, welche derartige Elemente enthält, gebildet ist, wobei die

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   dritte Schicht eng an der Außenseite der Schicht aus der Verbindung anhfatet.

   9·' Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß man als supraleitende Verbindung Nb₃Sn, Nb₃Al, Nb (AlGe), Nb₃Ga, V Ga, V₃Si, V₃Al, V₃Hf und/oder V₂Zr verwendet.

   10.· Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß ferner eine kontinuierliche Phase aus supraleitender Verbindung in der Schicht der Elemente, ausgenommen Niob oder Vanadin, oder in der Schicht aus Legierungen, welche diese Elemente enthalten, vorhanden ist, wobei diese Elemente Bestandteile der Niob- oder Vanadinverbindung sind.

   11.. Zusaimnengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß ferner eine konti-

   Vanadium
   nuierliche-Phase aus Niob oder / oder deren Legierung im

   Inneren des Stabilisierungsmaterials vorhanden ist.

   12. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Verbunddrahtes, gekennzeichnet durch ein Zusammensetzen von mehreren Strängen, von denen eine erwünschte Verbindungsphase durch eine Wärmebehandlung gebildet werden soll, in derartiger Weise, daß ein Teil oder die Gesamtheit der Stränge j eine Neigung zu der Längsrichtung des supraleitenden Drahtes auf- \ .weist, durch Erhitzen der zusammengesetzten Stränge auf eine Temperatur, welche ausreicht, um die erwünschte Verbindung zu

   J" 409813/0891

   bilden,und durch Abkühlen der Stränge.

   13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch/ gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in Anwesenheit eines Stoffes durchgeführt wird, der zwischen die Stränge eingebracht ist und der eine gegenseitige Diffusion unter benachbarten Strängen vermeidet, welche möglicherweise durch die Warmbehandlung hervorgerufen wird.

   14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge einer Wärmebehandlung in einer oxydierenden Atmosphäre unterworfen werden, um einen Oxydfilm auf der Oberfläche von jedem Strang zu bilden, bevor diejenige Wärmebehandlung durchgeführt wird, welche die Verbindung bildet.

   15· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstränge durch Einbringen von Stäben eines Metalles, das einen höheren Schmelzpunkt als andere in der erwünschten Verbindung enthaltene Metalle aufweist, in eine Gießform, anschließendes Gießen der anderen Metalle in die Gießform und rasches Abkühlen der Gießform sowie mechanisches Verarbeiten des so erhaltenen Verbund-Rohlings zu einem Strang hergestellt werden.

   l6. Verfahren nach Anspruch 15 _t dadurch gekennzeichnet, daß im vorhinein ein Oxydfilm auf der Oberfläche des Stabes von dem Metall mit einem höheren Schmelzpunkt

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   gebildet wird.

   17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstränge durch Erzeugung eines Überzugsfilms von Kupfer oder Silber auf der Außenseite von Jedem Stab des Metalls mit einem höheren Schmelzpunkt, durch Anordnung der Stäbe in einer Gießform, Eingießen einer Schmelze aus einer Legierung von Kupfer oder Silber und einem Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt in die Gießform, sowie durch Abkühlen der Schmelze zur Bildung eines Verbundrohlings und mechanische Verarbeitung des Verbundrohlings zu einem Strang hergestellt werden, wobei diese Metall mit zwei unterschiedlichen Schmelzpunkten die erwünschte supraleitende Verbindung bilden.

   18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge durch Schaffung eines Überzugsfilms aus Kupfer oder Silber an der Außenseite des Stabs von dem Metall mit einem höheren Schmelzpunkt zur Erhaltung eines Verbundstabes, durch Einbetten des Verbundstabes in einen Bolzen einer Legierung aus Kupfer oder Silber und einem Metall .mit einem niedrigeren Schmelzpunkt, sowie durch anschließende mechanische.Bearbeitung des Verbundbolzens zu einem Strang hergestellt werden, wobei diese Metalle mit zwei unterschiedlichen Schmelzpunkten die erwünschte supraleitende Verbindung zusammensetzen.

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   - 74 - ',■;■·,

   19· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzten Metallstränge

   ■ eine Schicht aus Niob oder Vanadin eng anhaftend an der Außenseite eines Stabilisierungsmaterials aufweisen, das aus Kupfer, Silber, Aluminium oder/und Gold besteht und daß eine Schicht aus

   Vanadium

   Elementen, welche mit Niob oder / . zur Bildung einer erwünschten supraleitenden Verbindung reagieren oder eine Legierung, welche derartige Elemente enthält, eng an der Außensej te

   Vanadium
   der Schicht aus Niob oder / ^anhaftend aufgebracht wird.

   2o. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix aus Elementen, v/elche zur

   Bildung der erwünschten supraleitenden Verbindung mit Niob oder Vanadium

   / reagieren oder die derartige Elemente enthaltende

   Legierung eine kontinuierliche Metallphase aufweist, welche ein Element enthält, das mit den die Schicht bildenden Elementen reagiert, um eine kontinuierliche Pha'se einer erwünschten supraleitenden Verbindung zu bilden.

   ■ 21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontinuierliche Phase eines Metalls

   Vanadium
   aus Niob, / oder/ünd deren' Legierungen im Inneren dea Sta-

   bilisierungsrnetalls vorhanden ist.

   22. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammengesetzte Metallstrang eine

   Vanadium

   Kupferschicht aufweist, welche eng an / oder einer Vanadium -Legierung haftet, so wie eine Silberschicht, Vielehe eng

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   - 75 -

   an der Kupferschient haftet, und daß zumindest die Kupferschicht oder die Silberschicht o,l bis 3o Atomprozent Gallium enthält.. . " .

   2J. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang aus einem Verbundstab von Elementen besteht, welche eine erwünschte supraleitende Verbindung bilden, überzogen mit einem stabilisierenden Material sowie ferner mit einem Metall, das eine . .-.". Schicht von einer Legierung oder Verbindung bildet, welche einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, durch eine Reaktion mit dem stabilisierenden Material zu der Zeit der Wärmebehandlung.

   24. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine derartiges Zusammensetzen ier Stränge, daß der Außendurchmesser der Stränge kleiner ist als das Produkt aus dem zulässigen Biegedurchmesser des zu erhaltenden supraleitenden Verbunddrahtes und dem Grenzwert für die Dehnung, bei dessen Überschreitung die supraleitenden Charakteristiken der Stränge herabgesetzt werden und daß die Windungsganghöhe der Verseilung der Stränge in einem Bereich zwischen dem 2o- und dem looo-fachen des äußeren Strangdurchmessers liegt.

   25. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die zusammengesetzten Stränge durch einen Ziehvorgang auf einen kreisförmigen Querschnitt gebracht werden.

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   2β. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzten stränge um einen 'Wickelrahmen herumgewunden werden, der auf seiner Oberfläche eine Substanz trägt, welche nicht mit den zusammengesetzten Strängen während der darauffolgenden Wärmebehandlung reagiert, so daß die

   Stränge sich nicht gegenseitig berühren und daß anschließend eine Erhitzung auf eine Temperatur erfolgt, die ausreichend ist, um die erwünschte Verbindung zu bilden.

   27. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzten Stränge in λ fachschichten um den Rahmen herumgewickelt werden und daß Abstandhalter zwischen die Wicklungen und deren Schichten eingebracht werden, wobei diese Abstandshalter jeweils auf ihren Oberflächen einen Stoff tragen, der nicht mit dem Strang während der folgenden Wärmebehandlung reagiert und daß anschließend eine Erhitzung auf eine Temperatur erfolgt, die ausreicht, um die erwünschte Verbindung zu bilden.

   28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandhalter ein mit Kohlenstoff überzogener Draht oder eine mit Kohlenstoff überzogene Folie aus Flußstahl verwendet wird.

   29· Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,, daß der Rahmen aus mit Kohlenstoff überzogenem Flußstahl oder einem oxidierten Titan besteht.

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   Γ . . ι

   3ο. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit durchgeführt wird, welche jdedriger ist als die Geschwindigkeit, bei der eine feine Zerstörung der Verbindung durch thermische Spannungen in der Verbindung während dieses Abkühlvorganges hervorgerufen wird.

   31. Verfahren nach Anspruch 3o, dadurch gekennzeichnet,· daß die Abkühlung mit einer maximalen Geschwindigkeit von 2°C/min. bis zur Erreichung 'der halben für die Bildung der Verbindung verwendeten Temperatur (absolute Temperatur) durchgeführt wird, wenn die Stränge einen Durchmesser von ö,5 nun oder darunter auf v/eisen.

   32. Verfahren nach Anspruch. 12, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitenden Drähte nach dem Abkühlen durch ein geschmolzenes Bad eines weichen Metalles hindurchgeführt werden, um wenigstens die freiliegende Oberfläche der äußersten Stränge mit dem Vielehen Metall zu überziehen, so daß ein stabilisierter supraleitender Draht erhalten wird.

   33· Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das weiche Metall aus Indium, Zinn oder/und Blei besteht.

   34. · Verfahren nach Anspruch 33* dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einem Säurebeizen unterzogen wird, und zwar in einer Lösung, welche Bruchstücke von Indium

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   enthält, bevor der Draht durch das geschmolzene Indiumbad hindurchgeleitet wird.

   35· Verfahren nach Anspruch 33.» dadurch gekennzeichnet, daß ein Metalldraht, der mit Indium ttberziehbar ist, um die Oberfläche des supraleitenden Drahtes herumgewickelt wird, bevor der Draht durch das Bad der Indiumschmelze hindurchbewegt wird.

   J>6. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Kabels mit großer Belastbarkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der supraleitenden Verbunddrähte nach Anspruch 12 durch ein Bad eines geschmolzenen Vielehen Metalles hindurchgeführt und in eine Atmosphäre außerhalb des Bades bei einer Temperatur gebracht wird, die niedriger ist als die Verfestigungstemperatur des weichen Metalles, wobei während dieses Verfahrensschrittes die supraleitenden Drähte zu einer Anordnung mit gewünschter Querschnittsgestalt mit Hilfe des geschmolzenen weichen und auf der Oberfläche der supraleitenden Drähte abgelagerten Metalles zusammengesetzt werden, spätestens bevor das' weiche Metall erstarrt,und daß man anschließend das Metall erstarren läßt.

   37· Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitenden Drähte nach ihrem Austritt aus dem Bad durch eine Quetschmatrize hindurchgeführt werden.

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   38» Verfahren nach Anspruch 3o# dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitenden Drähte mit einem stabilisierten Metalldraht und einem Verstärkungsdraht zusammengesetzt werden.

   39. Supraleitender Magnet, gekennzeichnet durch eine Spule eines supraleitenden, aus einer Mehrzahl von Strängen zusammengesetzten Verbunddrahtes, welche eine kontinuierliche Phase einer supraleitenden Verbindung aufweist, wobei ein Teil oder die Gesamtheit der Stränge eine Neigung gegen die Längsrichtung des Drahtes aufweist und wobei die Stränge nicht wesentlich aneinander haften. .

   40. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Magneten, gekennzeichnet durch ein Bewickeln eines Rahmens mit einem zusammengesetzten Metalldraht, in dem eine erwünschte Verbindungsphase durch eine Wärmebehandlung gebildet werden soll, wobei zwischen benachbarte Drähte und zwischen die Lagen der Spule ein Stoff eingebracht wird, der nicht mit dem Metalldraht während der Wärmebehandlung reagiert und zumindest auf seiner Oberfläche eine elektrische Isolierung trägt, sowie durch ein Durchführen der Wärmebehandlung mit dem Draht und durch ein anschließendes Abkühlen.

   41. Supraleitender Magnet nach Anspruch 39» ge- ! kennzeichnet durch einen Verbindungsbereich, in dem mehrere der supraleitenden Verbunddrähte oder mehrere supra-· leitende Verbunddrähte und Stromzuführungsdrähte zusammen in

   - J

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   - 8ο - ·■.·■.■·

   einer Spulenform aufgewickelt sind, wobei die Abstände mit einem Lot ausgefüllt sind.

   42. Supraleitender Magnet nach Anspruch J59> gekennzeichnet durch einen Verbindungsbereich, in dem mehrere der supraleitenden Verbunddrähte oder mehrere der supraleitenden Verbunddrähte und Stromzuführungsdrähte miteinander auf einer Metallplatte befestigt sind,, Vielehe an der Außenseite des Spulenkörpers angebracht ist, auf dem die Drähte aufgewickelt sind.

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