DE2654924C2

DE2654924C2 - Supraleitendes Verbundkabel und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2654924C2
Application number: DE2654924A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Kanagawa Furuto; Yasuzo Yokohama Tanaka
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1976-12-03
Publication date: 1990-02-15
Anticipated expiration: 1996-12-04
Also published as: FR2334182B1; FR2334182A1; GB1573506A; DE2654924A1; US4329539A; CH616775A5; US4611390A

Description

1. hohe Flexibilität,

2. geringe Anisotropie,

3. hohe Stromdichte,

4. eine große Anzahl von feinen oder dünnen Kernen (Adern),

5. geringe Wechselstromverluste,

6. große mechanische Festigkeit,

7. gute Stabilität und

8. Schutz gegen Abschreck-Beschädigung, d. h. gegen durch rasche Temperaturänderungen bzw. ungenügende, lokale Kühlung des Supraleiters auftretende Beschädigung bzw. Zerstörung des Supraleiters.

Die supraleitenden Verbindungen gehören Verbindungen vom Typ j3-W(A-15), beispielsweise Nb3Sn, VjGa, Verbindungen vom Typ NaCI (B-I), beispielsweise NbN, ZrN, und Verbindungen vom Laves-Typ (C-15)), beispielsweise V₂Zr oder V₂Hf. Unter diesen Verbindungen sind bisher nur NbjSn- und VsGa-Verbindungen von praktisch verwendet worden. Die genannten supraleitenden Verbindungen zeigen günstigere Eigenschaften, beispielsweise hinsichtlich der kritischen Temperatur, des kritischen Magnetfeldes und der kritischen Stromdichte, als andere supraleitende Verbindungen, wie Nb-Ti- oder Nb-Zr-Legierungen und erschienen deshalb zur Anwendung in einem starken Magnetfeld geeignet Sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie gegen mechanische Beanspruchungen in Form von Biegung oder Stoß verhältnismäßig wenig widerstandsfähig sind. Ein bandartiger Leiter gemäß F i g. 1 wurde vorgeschlagen, um den Nachteil der Sprödigkeit gegenüber mechanischen Spannungen zu überwinden. Bei diesem supraleitendem Verbunddraht ist eine supraleitende Schicht 2 aus NbsSn um ein Band 1 aus Nb herum angeordnet. Eine stabilisierende Schicht 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ist um die supraleitende Schicht 2 herum angeordnet, wobei eine üblicherweise gelötete Schicht 4 zwischen der supraleitenden Schicht 2 und der stabilisierenden Schicht 3 angeordnet ist. Weiterhin ist um die stabilisierende Schicht 3 eine äußerste Isolierschicht 5 angeordnet. Obwohl eine derartige Anordnung in einer Richtung, nämlich senkrecht zur Randebene, ausgezeichnete Flexibilität aufweist, besitzt es gewisse Nachteile. Das Band weist eine Instabilität auf, beispielsweise in Form eines Flußsprunges aufgrund eines ungleichförmigen Magnetfeldes, das durch geometrische Anisotropie verursacht wird. Eine ungleichförmige Stromdichte und ein dadurch hervorgerufenes ungleichförmiges Magnetfeld führten stets zu Problemen bei der Entwicklung eines Magneten.

Weiterhin wurden supraleitende Verbundleiter gemäß Fig. 2 und 3 vorgeschlagen. Nachfolgend wird zunächst auf ein aus Strängen mit mehreren dünnen V₃Ga-Adern verseiltes supraleitendes Kabel gemäß F i f. 2 eingegangen. Dieses Kabel wird dadurch hergestellt, daß zunächst mehrere Adern 6 in einer Cu-Ga-Legierungs-Matrix 8 angeordnet werden. Sechs ucr dadurch gebildeten Stränge 9 werden um ein Verstärkungselement 13 herum angeordnet. Anschließend wird eine supraleitende Schicht 7 aus VjGa um die V-Kerne 6 durch eine Diffusionsreaktion zwischen der

Cu-Ga-Matrix 8 und den V-Kernen 6 gebildet, und es wird ein zur Stabilisierung dienendes Material 11 als Schicht um die Stränge 9 herum angeordnet. Ein weiteres bandförmiges supraleitendes Kabel mit mehreren dünnen NbaSn-Adern ist in F i g. 3 dargestellt. Ein solches Kabel wird hergestellt, indem zunächst mehrere Nb-Adern 6 in eine Cu-Sn-Legierung 8 als Matrix eingebracht werden. Danach wird diese Anordnung in ihrer Längsrichtung verdrillt, mit Rollen oder Walzen in Bandform gebracht und eine supraleitende NbaSn-Schicht 7 um die Nb-Kerne 6 durch eine Diffusionsreaktion zwischen der Cu-Sn-Matrix 8 und den Nb-Kernen 6 ausgebildet.

Das Kabel gemäß F i g. 2 beseitigt die Anisotropie des bandartigen Leiters gemäß F i g. 1 und weist gute Flexibilität in allen Richtungen quer zur Leiterachse auf, ihm fehlt jedoch wegen des Vorhandenseins von 20 bis 50% Hohlräumen im Kabel eine ausreichende Stromdichte. Außerdem ist ein Kabel gemäß Fig.2 idealen Spannungen an den Kreuzungspunkten des Kabels ausgesetzt, was zu Beschädigungen der supraleitenden Verbindung führt.

Das bandähnliche supraleitende Kabel gemäß F i g. 2 ist sehr flexibel in der Richtung (senkrecht zur Bandebene) des Leiters, und es weist aufgrund seiner Struktur eine verhältnismäßig große Stromkapazität auf. Wenn jedoch ein Magnetfeld auf das Kabel gemäß F i g. 3 wirkt, treten 20 bis 40% Strom-Anisotropie in der Richtung auf, in welcher das Magnetfeld wirkt, so daß Schwierigkeiten beim Bau oder Betrieb eines supraleitenden Magneten auftreten. Weiterhin zeigt ein Kabel gemäß Fig.3, bei dem eine supraleitende Verbindung in einer Metallmatrix angeordnet ist, bei Anwendung für große Kapazitäten die Nachteile, daß sich Wirbelstromverluste oder Oberfiächeneffekte (Skin-Effekt) bei Anwendung von Impulsen oder hohen Frequenzen bemerkbar machen.

Aus der DE-OS 20 35 654 ist ein supraleitendes Verbundkabel bekannt, bei dem mehrdrähtige, verdrillte Supraleiter, die gruppenweise in einen stabilisierenden Werkstoff zur Bildung von Strängen eingebettet sind, auf einem Rohr mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt verseilt angeordnet sind, wodurch das supraleitende Verbundkabel ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweist Als supraleitende Werkstoffe werden bei dem aus der DE-OS 20 35 654 bekannten Verbundkabel supraleitende Verbindungen verwendet Ferner werden die einzelnen Stränge auf dem Rohr aufplattiert, so daß das fertige Kabel einstückig ist und die einzelnen Stränge keine unabhängigen Bewegungen ausführen können. Dadurch ist das Verbundkabel relativ wenig flexibel.

Die FR-FS 15 Si 205 beschreibt eine bandförmige Anordnung, bestehend aus seitlich nebeneinander angeordneten einzelnen Metallstreifen, die jeweils supraleitende Drähte aufweisen. Die bandförmige Anordnung, die mit einem isolierenden Band und/oder mit einem verstärkenden Metallband umwickelt ist, wird unmittelbar eingesetzt Der Kabelaufbau wird nicht quantitativ beschrieben, so daß der FR-PS 1581 205 nicht zu entnehmen ist, wie ohne Zerstörung des supraleitenden Verbindungsmaterials eine größtmögliche Flexibilität des Kabels erreicht werden kann.

In der DE-OS 17 65 917 wird ein bandförmiger Supraleiter, bestehend aus mehreren benachbarten, bandförmigen, einzelnen Leitern beschrieben, deren Ränder durch Elekironenstrahlschweißung miteinander verbunden sind. Dieser bekannte bandförmige Leiter kann lediglich in einer Richtung gebogen werden, nämlich senkrecht zur Bandebene, während eine Biegung in Richtung der Schmalseiten des Leiters ausgeschlossen ist.

Bei dem aus der DE-OS 16 15 913 bekannten Supraleiterkabel sind die einzelnen, im Querschnitt sechseckigen Stränge nebeneinander angeordnet, so daß ein bandförmiger Supraleiter ähnlich der DE-OS 17 65 917 erhalten wird. Das aus der DE-OS 16 15 913

κι bekannte Kabel kann daher ebenfalls nur in einer Richtung senkrecht zur Bandebene verbogen werden.

Bei dem aus der DE-OS 16 65 830 bekannten Supraleiterkabel sind mehrere einzelne Leiterteile mit jeweils einem darin eingeschlossenen Supraleiter mit einem Verbindungsteil in Eingriff. Beispielsweise ist ein Verbindungsteil mit Nuten versehen, während der einzelne Leiter so geformt ist, daß er in diese Nuten paßt; dadurch wird der erforderliche Eingriff zwischen dem Verbindungsteil und den einzelnen Leitern zur Ausbildung des fertigen, bandförmigen Supraleiters gewährleistet.

Bei einer anderen Ausführungsform ist jedes einzelne Leiterband sowie das Verbindungsteil zur Ausbildung von Flanschen um 180° an beiden Rändern umgebogen.

Die Flansche der einzelnen Leiterbänder stehen mit denen der Verbindungsteile in Eingriff, um so den bandförmigen Supraleiter zu bilden. Die einzelnen Leiter sind parallel zueinander angeordnet und nicht miteinander verseilt.

In der DE-OS 23 45 779 sind supraleitende Verbundkabel beschrieben, bei denen die einzelnen, im Querschnitt kreisförmigen Stränge so angeordnet und miteinander verseilt sind, daß das erhaltene Verbundkabel ebenfalls kreisförmigen Querschnitt aufweist. Ein derartiges, im Querschnitt kreisförmiges Kabel, verhält sich gegenüber Verbiegungen isotrop, d.h. keine Verbiegungsrichtung relativ zur Kabelseele ist bevorzugt Dagegen ist ein Verbundkabel mit rechteckigem Querschnitt zunächst nicht isotrop, & h. die Biegeeigen schäften des Kabels in Richtung der verschiedenen Kanten des rechteckigen Querschnitts oder in Richtung der Diagonalen sind unterschiedlich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein supraleitendes Verbundkabel mit rechtek kigem oder trapezförmigen Querschnitt zu schaffen, das eine hohe Flexibilität sowohl senkrecht zur Bandebene bzw. zu den beiden breiten Seiten des Kabels als auch in Richtung seiner Schmalseiten aufweist, keine Stromanisotropie zeigt und eine hohe Stromdichte und

so -kapazität ermöglicht

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst

Dss erfindur.gsgeniäße, in seinem Querschnitt quadratische, rechteckige, trapezförmige oder flache supraleitende Verbundkabel besteht aus verseilten Strängen mit mehreren Adern (Fasern). Jeder Strang weist mindestens eine kontinuierliche Phase einer supraleitenden Verbindung auf und hat einen runden oder flachen Querschnitt

Die Gesamtquerschnittsfläche aller Stränge im Kabel beträgt mehr als 50% des durch eine rechteckige oder trapezförmige Einhüllende definierten Kabelquerschnitts. Die verschiedenen Parameter des erfmdungsgemä- Ben Verbundkabels erfüllen zumindest näherungsweise die folgende Beziehung (1):

wobei

R₀

W P

max. Kabeldicke bzw. größter Abstand zwischen den supraleitenden Adern im Kabel,

zulässiger Biegeradius der neutralen Faser oder Schicht des Kabels,
Kabelbreite,
Strangsteigung;
obere Dehnungsgrenze

Ro ist der minimale Biegeradius (Krümmungsradius) mit welchem das Kabel gebogen werden kann, ohne daß Beschädigungen auftreten. Dieser minimale Krümmungsradius ist durch eine neutrale Zwischenschicht festgelegt, die etwa der halben Dicke oder der halben durchschnittlichen Dicke eines Kabelquerschnitts entspricht. Eine neutrale Zwischenschicht oder eine neutrale Faser ist im Sinne der Erfindung also in der Weise definiert, daß derjenige Teil des Kabels angesprochen ist, der bei einer Biegung oder Krümmung keine Dehnung oder Stauchung erfährt. Der Term εο in der obigen Beziehung ist eine obere Dehnungsgrenze (nachfolgend als »zulässige Dehnung« bezeichnet), bis zu dem keine Beschädigung der kontinuierlichen Phase der supraleitenden Verbindung im Strang auftritt. Wenn das supraleitende Kabel einer größeren Dehnung als εο ausgesetzt wird, treten in der supraleitenden Verbindung Risse oder Sprünge auf, und sie verliert ihre supraleitende Eigenschaft. ε₀ ändert sich beispielsweise mit der Art der supraleitenden Verbindung, der Wert liegt jedoch im allgemeinen zwischen 0,2 und 0,6%.

Im Unterschied zu den bekannten bandartigen supraleitenden Verbundkabeln kann das erfindungsgemäße Kabel in zwei Richtungen gebogen werden, sowohl in Richtung senkrecht zur Bandebene bzw. zu den beiden Breitseiten des Kabels als auch in der Bandebene bzw. in Richtung der Schmalseiten des Kabels. Wesentlich ist, daß bei dem erfindungsgerr.äßen supraleitenden Verbundkabel die Dicke to und die Breite W, die Strangsteigung P, der zulässige Biegeradius bzw. Krümmungsradius An und die zulässige Dehnung Eo der supraleitenden Verbindung derart gewählt sind, daß die Beziehung

erfüllt ist Obwohl das Kabel aus einer sehr spröden supraleitenden Verbindung hergestellt ist, kann das erfindungsgemäße Kabel dennoch wie ein Kabel aus einer supraleitenden Metallegierung gehandhabt und verarbeitet werden, wenn es auf eine Rolle aufgewickelt wird oder zu einer Magnetspule verarbeitet wird. Der obengenannte zulässige Krümmungsradius Rq ist eine Biegegrenze, nämlich ein minimaler Biegeradius, in welchem das erfindungsgemäße supraleitende Verbundkabel in demselben Maß wie ein supraleitendes Verbundkabel aus einer Metallegierung gebogen werden kann, ohne daß die supraleitenden Eigenschaften verlorengehen. Wenn R den tatsächlichen Biegeradius bezeichnet mit dem das Kabel bei normaler Anwendung gebogen ist sollte stets die Beziehung ÄoSÄgelten.

Die Dicke 2b beschreibt die maximale, »ideale« Kabeldicke beispielsweise bei vorgegebenem, minimalem Biegeradius Ro. Eine tatsächliche Kabeldichte t sollte stets der Beziehung to > t gehorchen. Die Dicke ίο kann leicht aus der obigen Beziehung (1) ermittelt werden, und zwar unter Berücksichtigung des tatsächlichen Biegeradius R, der Breite W und der Strangsteigung P des Kabels. Ein supraleitendes Verbundkabel, bei welchem /, W, P spezielle Werte haben, kann den -i zulässigen Biegeradius Ro aufweisen, welcher aus der obigen Beziehung (1) festgelegt wird, wobei die Notwendigkeit entfällt, eine teure Einrichtung zur Messung von Ro zu verwenden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise κι anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 ein bekanntes bandartiges supraleitendes Verbundkabel,

Fig.2 ein bekanntes, aus Stangen mit feine oder

dünne Adern aufgebautes supraleitendes Verbundkabel, Fig.3 ein bekanntes bandartiges supraleitendes Verbundkabel, welches eine Mehrzahl von feine Adern aufweist.

Fig.4A eine Schrägansicht eines aus einzelnen Strängen gebildeten supraleitenden Verbundkabels 2(i gemäß der Erfindung,

Fig.4B einen Querschnitt durch das Kabel gemäß F i g. 4A,

F i g. 4C einen trapezförmigen Querschnitt durch das Kabel einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform,

F i g. 5A bis 5C Querschnitte durch Stränge, welche kein stabilisierendes Material enthalten,

F i g. 6A, 6B und 7 Querschnitte durch Stränge, welche ein stabilisierendes Material enthalten,
jo F i g. 8 einen Querschnitt durch einen Strang, in welchem supraleitende Verbindungen in einem stabilisierenden Material eingebettet sind,

Fig.9 einen Querschnitt durch das aus Strängen gebildete Kabel, von denen einige durch ein stabilisierendes und/oder verstärkendes Material ersetzt sind,

Fig. 10 einen Querschnitt durch das supraleitende Verbundkabel, welches in einem stabilisierenden und/ oder verstärkenden Material eingebettet ist,

F i g. 11 einen Querschnitt durch das supraleitende Verbundkabel, in dessen Mittelteil ein Verstärkungsmaterial eingesetzt ist,

Fig. 12A ein verdrilltes oder verformtes Hochstromkabel, welches aus mehreren erfindungsgemäßen Verbundkabeln als Sekundärstränge besteht
F i g. 12B und 12C jeweils ein hohles Kabel, welches in derselben Weise wie das Kabel gemäß Fig. 12A hergestellt ist,

Fig. 13 einen Querschnitt durch ein supraleitendes, aus Strängen gebildetes Verbundkabel mit einem so stabilisierenden und/oder verstärkenden Material,

F i g. 14 einen Querschnitt durch ein Kabel, dessen Hohlräume bzw. Oberfläche mit einem weichen Metall gefüllt bzw. abgedeckt sind.

Fig. 15 einen Querschnitt durch die Stränge des supraleitenden Verbundkabels, welche von einem Material mit einem hohen elektrischen Widerstand umgeben sind,

Fig. 16 ein supraleitendes, aus Strängen gebildetes Verbundkabel, welches mit isolierten Verstärkungs- und Stabilisierungsmaterialien in Form eines Bandes oder eines Stranges versehen ist

F i g. 17 A, 17B und 17C jeweils einen Schnitt durch die Stränge eines aus Strängen gebildeten und ein Stabilisierungsmaterial enthaltendes Verbundkabels bevor die supraleitende Verbindung durch eine Diffusionsreaktion erzeugt wird,

Fig. 18 eine Herstellungsmethode zur Herstellung des erfindungsgemäßen supraleitenden Verbundkabels.

Fig. 19 einen Schnitt entlang der Linie H-Il in der Fig. 18,

Fig.20 einen Schnitt entlang der Linie III-III in der Fig. 18 (Formteil),

F ig. 21 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in der Fig. 18(Turk-Kopf-Teil),

F i g. 22 einen Schnitt entlang der Linie V-V in F i g. 18 (Querschnitt des Kabels),

F i g. 23 eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen Kabels unter Verwendung von Spindeln,

Fig.24 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in F ig. 23,

F i g. 25 eine weitere Ausführungsform des Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen Kabels unter Verwendung von Spindeln,

F i g. 26 einen Schnitt durch die Stranganordnung des supraleitenden Verbundkabels, welches ein Verstärkungsmaterial in seinem zentralen Teil aufweist,

F i g. 27 eine geschlitzte Spindel (Dorn), weiche bei der Herstellung des Verbundkabels verwendet wird,

F i g. 28 einen geschlitzten schwimmenden (beweglichen) Stab, welcher bei der Herstellung des Verbundkabels verwendet wird,

F i g. 29 einen Schnitt durch ein Kabel, bei dessen Herstellung eine Bearbeitungstemperatur im Bereich C gemäß F i g. 30 verwendet wird,

Fig.30 die Bereiche der Bearbeitungstemperatur beim Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels,

F i g. 31 die Ergebnisse von Beispiel 7 und

F i g. 32 die Bedingungen, unter welchen die Experimente gemäß Beispiel 9 ausgeführt wurden.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnung der grundlegende Aufbau eines erfindungsgemäßen supraleitenden Verbundkabels beschrieben, wobei Nb3Sn als typische supraleitende Verbindung gewählt wurde. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung dieser Verbindung beschränkt

Gemäß Fig.4A weist ein erfindungsgemäßes Verbundkabel eine obere und eine untere Schicht auf (wie es im Querschnitt des Kabels dargestellt ist), die jeweils aus einer Mehrzahl von Strängen 9 bestehen, von denen jeder eine kontinuierliche Phase einer supraleitenden Verbindung 7, wie NbjSn, aufweist Im Falle der F i g. 4A haben die betreffenden Stränge 9 eine elliptische oder ovale Form oder einen abgeflachten Querschnitt Diese Stränge 9 sind in einer oberen und einer unteren Schicht angeordnet und sie sind weiterhin periodisch verlagert Die Gesamtquerschnittsfläche der Stränge 9, die in dem Querschnitt des supraleitenden Verbundkabels gemäß F i g. 4B angeordnet sind, ist größer als 50% der Fläche des Rechtecks oder Trapezes K, weiches die EinhüHcnde der Stränge *>" darstellt Dieses Verhältnis wird nachfolgend als »Strangpackungsfaktor« bezeichnet Der Grund dafür, daß dieser Faktor auf über 50% eingestellt wird, besteht darin, daß bei einem Kabel, welches drei Stränge hat, von denen jeder einen einfachen kreisförmigen Querschnitt aufweist, der oben festgelegte Strangpackungsfaktor etwa 50% beträgt Eine vergrößerte Anzahl von Strängen und eine kompaktere Anordnung (was sich dadurch erreichen läßt, daß die Stränge abgeflacht werden oder in eine rechteckige Form gebracht werden) führen zu einer Vergrößerung des Strangpackungsfaktors. Falls keinerlei Zwischenräume zwischen den Strängen vorhanden sein sollten, würde sich ein Strangpackungsfaktor von 100% ergeben. Je größer der Strangpackungsfaktor ist.

umso höher ist die Stromdichte eines supraleitenden Verbundkabels. Das erfindungsgemäße supraleitende Verbundkabel kann eine ungerade oder eine gerade Anzahl von Strängen aufweisen. Vorzugsweise wird

j jedoch eine ungerade Anzahl von Strängen verwendet, um die einzelnen Stränge aufgrund der verlagerten verseilten Anordnung daran zu hindern, sich an vielen Überlappungspunkten zu schneiden. Weiterhin wird auf diese Weise auch ein Einschneiden der Adern

ίο vermieden, das sich aus einer Zusammenschnürung der Stränge an beiden Rändern ihres Querschrittes ergibt. Weiterhin sollte eine kontinuierliche Phase jeder in dem Strang 9 eingeschlossenen eine supraleitende Verbindung 7 aufweisender Ader einen solchen Querschnitt haben, daß das Verhältnis der kleineren Achse zu der größeren Achse 1:1 bis 1 : 2 beträgt. Der Grund für die Wahl dieses Wertes besteht darin, daß bei einem Anlegen eines Magnetfeldes an das supraleitende Verbundkabel der Wert des kritischen Stroms sich ändert, und zwar in Abhängigkeit davon, ob das Magnetfeld in der Richtung der kleineren oder in der Richtung der größeren Achse des Querschnittes der eine supraleitende Verbindung 7 aufweisenden Ader angelegt ist. Eine solche Stromanisotropie ermöglicht es, eine hohe Stromdichte oder eine große Stromkapazität im Verhältnis zu der effektiven Querschnittsfläche der supraleitenden Ader zu erreichen. Bei einem bandartigen Kabel, welches nur eine einzige Ader aufweist, wie es in der F i g. 1 dargestellt ist, wird die

ίο Stromanisotropie 50 bis 70%. Hingegen wird bei einem bandartigen Kabel gemäß F i g. 3, welches mehrere Adern aufweist und nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt ist, das Verhältnis der kleineren Achse zur größeren Achse 1 :2 oder darüber, wodurch eine Stromanisotropie von 20 bis 40% erreicht wird. Deshalb sollte ein supraleitendes Verbundkabel, welches eine Mehrzahl von sehr feinen oder dünnen Adern aufweist, so ausgebildet sein, daß das Verhältnis der kleineren Achse des Querschnittes der supraleitenden Ader zu der größeren Achse des Querschnittes zwischen 1 :1 und 1 :2 liegt

Bei dem erfindungsgemäßen supraleitenden Verbundkabei schneiden sich die Adern des Kabels in dreidimensionaler Form in bezug auf die Längsrichtung des Kabels, um Kopplungsströme zu unterdrücken, welche sich aus der Veränderung im Magnetfeld ergeben, wenn das supraleitende Verbundkabel in Betrieb genommen wird. Wie nachfolgend näher erläutert enthält der Strang 9 entweder einen oder

so mehrere Adern. Hinsichtlich der Stabilität jedoch ist eine Ausführungsform mit mehreren feinen Adern vorzuziehen. Weiterhin sind die Stränge mit einer Steigerung zwischen dem 2fachen und dem 200fachen ihres Außendurchmessers verdrillt Die Steigung liegt deshalb in diesem genannten Bereich, weil die supraleitende Ader nicht unter einem größeren Winkel als 45° in bezug auf die Längsrichtung des Kabels geneigt bzw. gekrümmt sein darf, was einer Steigung vom 2fachen des Außendurchmessers des Stranges 9 entspricht Ein weiterer Grund besteht darin, daß dann, wenn die Ader wenigstens einmal auf jeder Umfangslänge einer Spule, für die das Kabel verwendet wird, verdrillt ist, der gewünschte Zweck vollständig erreicht wird. Eine Begrenzung für die Steigung, mit welcher die Stränge des erfindung^gemäßen supraleitenden Verbundkabels verseilt sind, ergibt sich wegen der Flexibilität des Kabels. Die Steigung beträgt zwischen dem 2fachen und dem 20fachen Wert der Breite Wdes

Kabels (siehe Fig.4B). Die Steigung liegt innerhalb dieses Bereiches, um Kopplungsströme wirksam zu unterdrücken, um eine Deformation des Kabels zu verhindern, wenn es zu einer Magnetspule gewickelt wird, und um Unterschiede im Maß der Flexibilität des Kabels in beiden Richtungen seines Querschnitts zu vermeiden, also in Richtung der Breitseiten und in Richtung der Schmalseiten des Kabels.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen supraleitenden Verbundkabels, welches im wesentlichen aus einer supraleitenden Verbindung hergestellt wird, mürben natürlich die Eigenschaften des Materials ausreichend berücksichtigt werden, und zwar insbesondere seine mechanische Sprödigkeit. Da das Verhältnis zwischen der Breite Wdes Kabelquerschnittes zu seiner Dicke t (W/t in Fig.4B) ist, derart gewählt, daß es im Bereich von 1 bis 100 Hegt; damit kann die Flexibilität des Kabels den Erfordernissen angepaßt werden. Wenn das Kabel in Richtung seiner Dicke und seiner Breite im wesentlichen gleichmäßig gebogen wird, dann sollte das Verhältnis von W/t vorzugsweise gleich 1 sein. Wenn das Kabel nur in der Richtung seiner Dicke t, also senkrecht zur breiten Seite der Bandebene gebogen wird, dann muß das Verhältnis W/t kleiner als 100 oder vorzugsweise 50 sein, um eine Deformation des Kabels zu vermeiden. Die Dicke t des Kabels liegt innerhalb eines Bereiches

Der Querschnitt der Grundstruktur des erfindungsgemäßen supraleitenden Kabels ist nicht auf solche Formen begrenzt, wie sie in den F i g. 4A und 4B dargestellt sind, sondern es können auch eine Trapezform oder eine Keilform gemäß Fig.4C vorgesehen sein. Kabel mit einer solchen Form eignen sich besonders gut für eine Wicklung eines bipolaren Magneten zur Beschleunigung von Elektronenstrahlbündeln, und eine derartige Form eignet sich auch für eine spezielle Form von Spulen, wie sie in 4-Pol-Magneten benötigt werden. Als t im Verhältnis W/t wird bei einem Kabel gemäß F i g. 4C der arithmetische Mittelwert der zwei Dicken fi und hbezeichnet:

Die neutrale Zwischenschicht oder die neutrale Faser des Kabels ist derart festgelegt, daß darunter eine Ebene zu verstehen ist, welche der halben mittleren Dicke t entspricht

' Die Ausbildung von sehr spröden supraleitenden

Verbindungen in einem Strang erfolgt beispielsweise dadurch, daß die Stränge miteinander verseilt werden, der Strangaufbau in eine flache winkelförmige oder in eine völlig flache Form gewalzt und danach aufgeheizt wird, um innerhalb jedes Stranges eine supraleitende Verbindung zu erzeugen. Bevor ein solcher Walzvor- ί gang ausgeführt wird, also bevor eine supraleitende ^; Verbindung vollständig ausgebildet wird, kann der - Ausgangsstrang einen kreisförmigen Querschnitt haben j oder kann aus einer Vielzahl von Strängen bestehen, wie in F i g. 2 veranschaulicht

k Nachfolgend wird die innere Struktur eines Stranges ■; beschrieben, wobei ein Strang mit kreisförmigem ; Querschnitt als Beispiel erläutert wird Die F i g. 5 bis : zeigen typische Beispiele des inneren Aufbaus eines Stranges, wie er für die Herstellung eines erfindungsge-

■■ mäßen Kabels verwendet wird Der innere Aufbau des Stranges ist jedoch nicht auf die in den F i g. 5 bis veranschaulichten Beispiele beschränkt.

Der Strang hat allgemein einen Grundaufbau gemäß Fig. 5A, 5B und 5C. Gemäß Fig. 5A ist eine Nb₃Sn-Phase 7 um eine Nb-Phase 6 herum angeordnet. -, Gemäß F i g. 5B sind eine große Anzahl von NbjSn-Phasen 7 in einer Cu-Sn-Legierungs-Matrix 8 enthalten. Gemäß Fig. 5C sind Nb- und NbsSn-Phasen abwechselnd angeordnet. Die Modifikationen (F i g. 6 bis 8) des grundsätzlichen Aufbaus eines Stranges enthalten ein in stabilisierendes Metallelement 11.

Nachfolgend wird anhand der F i g. 6 bis 8 der Aufbau eines supraleitenden Verbundkabels beschrieben, welches mit einem stabilisierenden Element ausgestattet ist. Gemäß F i g. 6A sind eine Vielzahl von NbsSn-Phasen 7 i) in einer Cu-Sn-Legierungs-Matrix 8 angeordnet, und ein stabilisierendes Material 11 im inneren des Stranges ist von einer Grenzschicht !0 umgeben. Gemäß F ä g. 6B ist das stabilisierende Material 11 durch eine Grenzschicht oder ein Trennmaterial 10 in eine Vielzahl von .'ο Abschnitten unterteilt. Vorzugsweise ist das stabilisierende Material 11 Kupfer, Gold, Silber oder Aluminium, da diese Metalle selbst dann, wenn sie einer außerordentlich tiefen Temperatur ausgesetzt werden, gute elektrische und tnermische Leitfähigkeit sowie einen :> geringen magnetischen Widerstand aufweisen. Die Grenzschicht 10 sollte so aufgebaut sein, daß sie in wirksamer Weise verhindert, daß stabilisierendes Metall 11 während der Diffusionswärmebehandlung zur Ausbildung der supraleitenden Verbindung verunreinigt in wird. Deshalb sollte die Grenzschicht 10 so beschaffen sein, daß sie dazu in der Lage ist, eine wechselseitige Diffusion zwischen dem stabilisierenden Metall 11 und anderen metallischen Materialien zu unterbinden, die im Strang 9 vorhanden sind. Zu diesem Zweck ist die r. Grenzschicht 10 derart aufgebaut, daß sie aus einem Material besteht, welches beispielsweise Tantal, Niob und Vanadium sein kann, und zwar unter Berücksichtigung der anderen im Strang 9 enthaltenen Materialien. Der Strang kann einen Aufbau gemäß F i g. 7 haben, wobei das stabilisierende Metall 11 des Stranges 9 innerhalb der supraleitenden Verbindung bzw. dem supraleitenden Kern 7, von einem nicht umgesetzten Metal! 6 umgeben ist, (Nb im Falle von N'bsSn). Der Strang kann auch einen Aufbau gemäß F i g. 8 haben, wobei eine Mehrzahl von zusammengesetzten Körpern, die jeweils aus einer Vielzahl von supraleitenden Verbindungen 7, einer Matrix 8 aus einer Legierung mit einem der metallischen Elemente der supraleitenden Verbindung sowie einer Grenzschicht 10 bestehen, von so einem stabilisierenden metallischen Material 11 umgeben sind

Nachfolgend werden einige weitere Ausführungsformen des supraleitenden Verhi.indkabels 12 erläutert. Beispielsweise kann das Kabel 12 gemäß Fig.9 ausgebildet sein, wobei eine gewünschte Anzahl von supraleitenden Strängen 9 gemäß F i g. 4 durch stabilisierende Metallelemente 11 als Hilfsstränge ersetzt sind Dabei kann das supraleitende Verbundkabel mit einem stabilisierenden Metall 11 ausgestattet sein, ohne die Flexibilität des Kabels 12 zu beeinträchtigen. Gemäß F i g. 10 ist ein Teil oder die Gesamtheit des Kabels 12 in einem stabilisierenden Material (Metall) 11 und/oder in einem Verstärkungs- oder Versteifungsmaterial eingebettet Gemäß F i g. 11 erstreckt sich ein Verstärkungsmateria] 13 in Längsrichtung des Kabels 12 und ist im Mittelteil des Querschnittes des Kabels 12 d h. zwischen den in einzelnen Schichten gelegten Strängen 9 angeordnet wobei das Kabel 12 geniüS Fi·:-.4

ausgebildet ist

In den F i g. 12A, 12B und 12C ist ein Hochstromkabel dargestellt, welches aus einer Mehrzahl von Kabeln 12 besteht, die jeweils gemäß F i g. 4,9,10 und 11 aufgebaut sind und als Sekundärstränge verwendet werden, die zu einem Hochstromkabel zusammengefaßt werden. Die Fig. 12A zeigt ein Hochstromkabel, welches dadurch hergestellt ist, daß eine Mehrzahl von Kabeln 12 als Sekundärstränge in eine flache, rechteckige Kabelform mit gegeneinander versetzten (verseilten) Kabeln 12 angeordnet sind und daß ein elektrisch isoliertes, rostfreies Stahlband 17 um die Kabelanordnung herum gewickelt ist Die F i g. 12B zeigt ein hohles rechteckiges rohrförmiges Hochstromkabel, welches dadurch hergestellt ist, daß einzelne Kabel 12 um ein rechteckiges Rohr herumgewickelt wurden, welches aus einem stabilisierenden Material 11 und/oder einem Verstärkungsmaterial besteht. Die Fig. 12C veranschaulicht ein hohles, rundes, rohrförmiges Hochstromkabel, welches dadurch hergestellt wurde, daß einzelne Kabel 12 um ein rundes Rohr herumgewickelt wurden, welches aus einem stabilisierenden Material 11 und/oder einem Verstärkungsmaterial besteht

Nachfolgend wird das supraleitende Verbundkabel näher erläutert, dessen grundsätzlicher Aufbau weiterhin ein stabilisierendes und/oder ein verstärkendes Material aufweist. In Abhängigkeit vom Anwendungszweck sollte das Verbundkabel eine erhöhte Stabilität und eine höhere mechanische Festigkeit haben. Obwohl das erfindungsgemäße Kabel zur Verwendung in einem j« starken Magnetfeld bestens geeignet ist, sollte eine supraleitende Verbindung, welche eine sehr geringe mechanische Festigkeit hat, dadurch unterstützt werden, daß stabilisierende und verstärkende Materialien eingesetzt werden, wenn ein besonders großer Strom in einem starken Magnetfeld geführt werden soll.

Weiterhin sollte die Verwendung solcher zusätzlicher Materialien nicht zu einer Beeinträchtigung der Flexibilität des supraleitenden Verbundkabels führen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß ein Aufbau gemäß Fig. 13 verwendet wird, und zwar gegebenenfalls zusätzlich zu den bereits beschriebenen Anordnungen. Die Anordnung gemäß Fig. 13 ist eine Grundstruktur, die zur Verwendung in einem Kabel für eine große Stromkapazität bestens geeignet ist. Es werden auf eine oder beide Oberflächen der breiteren Seiten des bandähnlichen Kabels gemäß Fig.4 entweder ein stabilisierendes Material 11 oder ein verstärkendes Material 13 oder auch diese beiden Materialien aufgebracht (Wolfram, Molybdän, rostfreier Stahl, Kohlenstoff, Bor). Wenn beide zusätzlichen Materialien verwendet werden, lassen sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Verwendungszweck deren Anteile festlegen. Diese zusätzlichen Materialien dienen in wirksamer Weise ihrem Zweck, wenn sie eine bandförmige Struktur haben (einschließlich einem laminierten Band) oder wenn sie in Form einer kompakt angeordneten verseilten Anordnung vorgesehen sind, die sowohl senkrecht zur Bandebene als auch in der Bandebene flexibel (biegsam) ist. mi

Nachfolgend wird ein für Gleichstromanwendung geeignetes supraleitendes Verbundkabel beschrieben.

Aus Gründen der Stabilität des supraleitenden Verbundkabels ist eine große Anzahl von dünnen, eine supraleitende Verbindung aufweisenden Adern oder 1» Formen vorzusehen, die verdrillt sind und denen ein stabilisierendes Metall hinzugefügt ist. Da theoretische Untersuchungen in dieser Hinsicht weit vorangeschritten sind, ist es möglich, die Stabilität des Kabels quantitativ zu beurteilen und einen gemäß dieser Beurteilung beschaffenen Typ eines Kabels zu entwerfen. Tatsächlich jedoch treten instabile Bedingungen eines solchen Kabels, wie Flußsprünge, aufgrund von anderen Faktoren auf, die zusätzlich zu den bereits genannten Faktoren vorhanden sind. Solche instabilen Zustände werden einer Wärmeerzeugung zugeschrieben, die in Verbindung mit lokalen Vibrationen und Verlagerungen von im Kabel angeordneten Leitern auftritt die ihrerseits durch das Auftreten elektromagnetischer Kräfte hervorgerufen werden. Deshalb sollten auch bei einer beabsichtigten Gleichstrom-Anwendung die Stränge und Adern (Fasern) so sicher und fest wie möglich an Ort und Stelle gehalten werden. Wenn daher ein Hohlraum von mehr als 50% auftritt, ist das Kabel für praktische Anwendungen kaum geeignet Solche Hohlräume stellen nicht nur im Hinblick auf den Wärmeübergang Schwierigkeiten dar, sondern auch hinsichtlich eines Bypass-Stromes, der während eines Übergangs von Supraleitfähigkeit zu Normalleitfähigkeit in den Leitern auftritt. Demgemäß ist vorzugsweise vorgesehen, daß ein Hohlraum mit weichen Metallen wie Indium, Zinn und Blei oder mit einem elektrischen Isolator ausgefüllt wird (hauptsächlich um die Stränge an Ort und Stelle zu halten), wobei praktisch die Flexibilität der Leiter nicht beeinträchtigt wird. F i g. 14 zeigt ein Verbundkabel, welches ein weiches metallisches Material 14 enthält, beispielsweise Indium, welches in die Zwischenräume zwischen den Strängen 9 eingefügt sein kann und über die Außenseite des Kabels ausgedehnt sein kann.

Nachfolgend wird ein supraleitendes Verbundkabel beschrieben, welches insbesondere für Wechselstrom-Anwendungen geeignet ist. Ein elektrischer Strom, der in einem supraleitenden Verbundkabel fließt, weist Gleichstrom- und Wechselstrom-Komponenten auf. Selbst dann, wenn Gleichstrom verwendet wird, können Wechselstrom-Komponenten nicht völlig außer acht gelassen werden, die aufgrund von Spannungsschwankungen auftreten können, während ein supraleitender Magnet erregt wird oder während das Kabel eingeschaltet wird. Wenn ein supraleitendes Verbundkabel in Betrieb gesetzt wird, und zwar bei einer Wechselstrom-Verwendung, treten die folgenden Schwierigkeiten auf:

1. Wenn supraleitende Materialien, die zu den Supraleitern 2. Art gehören, im sogenannten Mischzustand verwendet werden, dann treten magnetische Hysteresisverluste auf.

2. Bei einem Kabel, welches eine große Anzahl von feinen oder dünnen Adern enthält und bei dem zusätzlich ein stabilisierendes Material vorhanden ist, fließt ein Kopplungsstrom zwischen den supraleitenden Adern, wenn im Magnetfeld eine plötzliche Änderung auftritt, wodurch ein Zustand erzeugt wird, der damit vergleichbar ist, daß der Durchmesser der supraleitenden Adern zunimmt, so daß das Kabel insgesamt instabil wird.

3. Wenn rasche Fluktiationen im Magnetfeld auftreten, zeigt eine Matrix hoher Leitfähigkeit, die beispielsweise aus Kupfer bestehen kann, einen nennenswerten Wirbelstromverlust.

Die magnetischen Hysteresisverluste (vgl. 1.) sind im wesentlichen bei einem supraleitenden Material unvermeidbar. Die Verluste sind ursprünglich durch die Art des supraleitenden Materials festgelegt. Nachteilige Wirkungen aufgrund eines Kopphingsstromes (vgl. 2.)

können dadurch vermieden werden, daß die supraleitenden Adern oder Stränge verdrillt werden. Ein Kopplungsstrom kann auch dadurch vermindert werden, daß eine unterschiedliche Leitfähigkeit der jeweiligen Adern vorgesehen wird. Weiterhin kann ein ■■> erhöhter Kontraktwiderstand zwischen den betreffenden Adern eine Schleife eines Kopplungsstroms in wirksamer Weise vermeiden. Diese Maßnahme hat dieselbe Wirkung wie eine Verminderung der Steigung der Stränge, so daß dadurch die Notwendigkeit entfällt, ι ο die Strangsteigung übermäßig zu verringern. Um Wirbelstromverluste zu vermeiden (vgl. 3.) ist vorzugsweise vorgesehen, daß ein stabilisierendes Metall wie Kupfer (einschließlich einer Matrix davon) in einem isolierten, wie voneinander getrennten Zustand verwendet wird, anstatt in einer kontinuierlichen massiven Form, oder es kann auch vorgesehen sein, daß das Kupfer durch ein Material von hohem elektrischem Widerstand in einzelne Abschnitte unterteilt wird. Ein supraleitendes Verbundkabel, in welchem die Adern verlagert (verdrillt) sind und in einer Matrix aus einem Material von hohem elektrischem Widerstand eingebettet sind, und in welchem ein stabilisierendes Metall in einzelne Abschnitte unterteilt ist oder in einem voneinander getrennten Zustand verwendet wird, weist ausgezeichnete Wechselstrom-Eigenschaften auf. Das supraleitende Verbundkabel sollte einen Aufbau haben, wie er in Fig. 15 veranschaulicht ist, um auch bei starken Wechselstrom-Komponenten (pulsförmig und mit hoher Frequenz) einwandfrei arbeiten zu können. Gemäß Fig. 15 sind alle Stränge (der supraleitende Strang 9, ein stabilisierender Metallstrang 11 und ein Verstärkungsstrang 13) von einem Material 15 mit hohem elektrischem Widerstand oder von einem elektrisch isolierenden Material 16 umgeben (organisch oder anorganisch).

Nachfolgend wird anhand der Fig. 16 der elektrisch isolierende Aufbau des Verbundkabels beschrieben. Zur elektrischen Isolation sind auf den äußersten Teil bzw. die Oberfläche des Kabels 12 Stränge bzw. Streifen (Bänder) eines elektrisch isolierten, stabilisierenden Metalls, eines elektrisch isolierten Verstärkungsmaterials und/oder eines elektrisch isolierenden Materials durch Umwickeln aufgebracht. Gemäß Fig. 16 ist der äußerste Teil des Kabels 12 von einem rostfreien Stahlband 17 umgeben, welches elektrisch durch ein organisches Material isoliert ist. Das Band 17 ist in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen Richtung gewickelt, in welcher das Kabel 12 verseilt ist, so daß dadurch die Deformation des Kabels 12 verhindert wird und effektive Kühlkanäle für ein Kühlmedium zwischen den Windungen des Bandes 17 ausgebildet sind.

Das supraleitende Verbundkabel mit dem obengenannten Aufbau ist für industrielle Zwecke aufgrund der nachfolgenden Vorteile hervorragend geeignet: 5^r>

1. Das erfindungsgemäße Kabel aus kompakten Strängen hat eine hohe Flexibilität senkrecht zur Bandebene und in der Bandebene.

2. Jeder Strang des erfindungsgemäßen Kabels m> besteht aus einer großen Anzahl von dünnen Adern, die einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweisen, wodurch die bei bekannten Kabeln auftretende Stromanisotropie vollständig eliminiert wird. h>

3. Der Aufbau des crfindungsgemäßen Kabels aus kompakten Strängen erhöht den Strangpackungsfakior wesentlich, ohne die supraleitenden Adern nennenswert zu deformieren oder einzuschneiden, so daß dadurch das Kabel insgesamt eine außerordentlich hohe Stromdichte aufweist

4. Eine große Anzahl dünner supraleitender Adern sind miteinander verdrillt, so daß dadurch das auf diese Weise gebildete Kabel im wesentlichen stabil wird und sehr geringe Wechselstromverluste aufweist

5. Das erfindungsgemäße Kabel kann zusätzlich ein stabilisierendes Metall und ein Verstärkungsmateriai aufweisen, die getrennt voneinander angeordnet oder in den Leitern isoliert sein können, so daß dadurch die Wechselstromverluste vermindert werden. Eine Verteilung des Verstärkungsmaterials in den Leitern bewahrt diese davor, daß in den Leitern eine lokale Konzentration mechanischer Spannungen auftritt

6. Das erfindungsgemäße Kabel, welches aus einer kompakten Anordnung von Strängen hergestellt wird, hat vorzugsweise eine flache und rechteckige Form und ist dazu geeignet, ein Hochstromkabel aus mehreren derartigen, miteinander verseilten Kabeln auszubilden, wobei dadurch nicht nur der Strangpackungsfaktor erhöht wird, sondern auch die lokale Konzentration der Spannungen vermindert wird.

Nachfolgend wird das Verfahren der Herstellung eines erfindungsgemäßen supraleitenden Verbundkabels beschrieben. Kompakte Kabel, welche aus einzelnen Strängen bestehen, sollten in der Weise hergestellt werden, daß die nachfolgenden Forderungen erfüllt sind.

1. Die Stränge sind leicht formbar und weisen in ihrem verseilten Zustand keine unregelmäßigen Einschnitte oder Einschnürungen auf.

2. Die Verfahrensschritte zum Herstellen der Stränge sind unabhängig von der Art und der Form des jeweiligen Stranges anwendbar.

3. Die Verfahrensschritte zum Herstellen und Formen der Stränge sind derart beschaffen, daß Stränge in einer langgestreckten Form und mit einheitlichen und gleichförmigen Eigenschaften in ihrer Längsrichtung hergestellt werden können.

4. Die Verfahrensschritte beim Herstellen und Formen der Stränge sind unabhängig von der Struktur des durch verschiedene Methoden stabilisierten und verstärkten Kabels anwendbar.

Bisher wurden aus Strängen hergestellte supraleitende Verbundkabel im Hinblick darauf gefertigt, den Hohlraum zwischen den Strängen zu vermindern, um die Stromdichte der Leiter vergrößern zu können, ohne dabei unbedingt die obigen Erfordernisse zu beachten. Deshalb konnten die bekannten Herstellungsverfahren die obengenannten vier Voraussetzungen nicht erfüllen, und zwar nicht nur im Zusammenhang mit einem Kabel aus einer supraleitenden Verbindung, der eine ausprägte Sprödigkeit eigen ist, sondern auch im Hinblick auf ein aus einer Legierung hergestelltes supraleitendes Kabel, bei welchem verhältnismäßig einfach eine plastische Verformung möglich war. Die oben unter 1. angesprochenen Erfordernisse sind im Hinblick darauf von außerordentlicher Bedeutung, daß die Adern der Stränge nicht durch eine lokale Konzentration von Spannungen gebrochen werden, welche an den Adern auftreten kann, bzw. im Hinblick auf eine regelmäßige Anordnung der Stränge. Die Erfindung liefert ein

Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Verbundkabels, das die obengenannten Voraussetzungen erfüllt Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Verbundkabels sind die folgenden Schritte vorgesehen:

(a) Es werden mehrere Stränge zusammengefügt (verseilt), wobei hohle Abschnitte entlang und innerhalb des aus Strängen gebildeten Aufbaus entstehen. Eine supraleitende Verbindung in Form einer Faser wird in den Strängen durch eine Diffusionswärmebehandlung ausgebildet

(b) Es wird der Querschnitt des Strangaufbaus dadurch vermindert, daß der Strangaufbau durch eine Ziehform hindurchgeführt wird, und zwar wird die Abmessung derart vermindert daß die Bogenlänge im Querschnitt der zwei Zwischenflächen, welche durch den Kontakt zwischen einem Strang und den zwei benachbarten Strängen gebildet wird, 20 bis 70% des Umfangs des Stranges beträgt

(c) Unter Verwendung einer »Turk's head«-Walze wird der bereits reduzierte Strangaufbau abgeflacht um zuvor darin vorhandene Hohlräume zu eliminieren, so daß der Strangaufbau einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweist, wobei zugleich die Gesamtquerschnittsfläche aller Stränge mehr als 50% des Rechteckes oder des Trapezes einnimmt, welches dem Umfang des Strangaufbaus umschrieben ist.

(d) Der abgeflachte Strangaufbau wird auf eine Temperatur aufgeheizt, bei welcher die supraleitende Verbindung in den Strängen gebildet wird.

Nachfolgend wird ein supraleitender Verbundstrang beschrieben (hier als »ein Strang« bezeichnet), wie er bei der Herstellung eines aus einzelnen Strängen gebildeten supraleitenden Verbundkabels verwendet wird. Der Strang kann verschiedene Strukturen haben, wie sie·in den Fig.5 bis 8 veranschaulicht sind. Der Strang weist eine supraleitende Verbindung 7 auf, welche in dem Strang durch eine Wärmebehandlung im letzten Herstellungsschritt ausgebildet wird. Während der Herstellung des Kabels vor der Wärmebehandlung wird somit keine supraleitende Verbindung 7 erzeugt. In der Ausführungsform, in welcher beispielsweise ein Kabel auf V₃Ga-Basis hergestellt wird, ist Vanadium (in Form eines Stabes oder einer Folie) in einer Cu -Ga-Legierungs-Matrix eingebettet und bildet beim Erhitzen eine supraleitende Verbindung 7 aus.

Ein Strang, der gemäß Fig.5A, 5B oder 5C ausgebildet ist, wird zur Herstellung eines Kabels verwendet, welches eine verhältnismäßig geringe Stromkapazität aufweist. Ein noch keiner Diffusionswärmebehandlung unterworfener Strang, wird mit Hilfe eines typischen Verbund-Arbeitsverfahrens hergestellt, wobei im Falle eines Kabels auf V₃Ga-Basis zunächst ein Vanadiumstab in eine Cu-Ga-Legierungs-Matrix eingebettet wird, um einen Verbundkörper auszubilden, wonach der Durchmesser des Verbundkörpers durch einen Ziehvorgang vermindert wird. Wenn ein Kabel mit großer Stromkapazität hergestellt wird, werden einzelne Stränge gemäß Fig.6 bis 8 verwendet. In diesem Falle enthält der Verbundkörper ein stabilisierendes Material 11, dessen Verarbeitbarkeit und mechanische Festigkeit sich stark von denjenigen der anderen verwendeten metallischen Materialien unterscheidet. Bei einem auf diese Weise hergestellten Verbundkörper können während der einzelnen Herstellungsschritte, z. B. während des Ziehvorgangs und während der Formgebung, welche vor der Diffusionswärmebehandlung ausgeführt werden, die folgenden Probleme auftreten:

1. Ein Metallrohr aus beispielsweise Niob, Vanadium ' oder Tantal, welches als Grenzschicht wirkt kann durch die Bearbeitung zerbrochen zu werden, wenn das Rohr eine geringe Wandstärke aufweist was dazu führt daß die Reinheit des stabilisierenden Metalls während der Diffusionswärmebehandlung beeinträchtigt wird.

2. Obwohl das Metallrohr, welches als Grenzschicht wirkt, eine so geringe Wandstärke wie möglich haben sollte, um den Packungsfaktor der supraleitenden Verbindungen in dem Strang zu erhöhen,

besteht die Gefahr, daß eine wechselseitige Diffusion zwischen dem Grenzschichtmaterial und anderen Elementen auftritt, wodurch schließlich die Reinheit des stabilisierenden Metalls beeinträchtigt werden kann.

3. Eine Verminderung des Reinheitsgrades eines stabilisierenden Metalls während der Diffusionswärmebehandlung führt dazu, daß die Konzentration der gelösten Elemente abnimmt, welche als Reaktionsmittel im Reaktionssystem zur Erzeu-

gung der gewünschten supraleitenden Verbindung benötigt werden. Dies führt zu dem Ergebnis, daß die Herstellung der gewünschten supraleitenden Verbindung eine lange Zeit erfordert oder in einigen Fällen sogar unmöglich wird.

Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird ein aus einzelnen Strängen bestehendes supraleitendes Kabel geschaffen, bei welchem jeder Strang derart aufgebaut ist, daß die Grenzschicht so dünn wie ausgebildet ist, wobei zugleich die Bearbeitbarkeit verbessert wird, eine Reaktion zwischen einem stabilisierenden Metall und anderen Bestandteilen verhindert wird und eine Reaktion zur Erzeugung der gewünschten supraleitenden Verbindungen begünstigt wird, so daß dadurch die obigen Probleme überwunden werden.

Der bei diesem Verfahren zu verwendende Strang gemäß Fig. 17A wird dadurch hergestellt, daß ein stabilisierendes Material 11 mit einer metallischen Grenzschicht 10 umgeben wird, welche ausschließlich oder hauptsächlich aus Niob, Vanadium oder Tantal besteht Diese Grenzschicht wird mit einem die Diffusionsreaktion steuernden Material 32 umgeben. Weiterhin sind um das die Diffusion steuernde Material 32 herum Adern 7 ausgebildet, die aus einem der

so Bestandteile einer gewünschten supraleitenden Verbindung oder einer Legierung daraus bestehen, sowie eine Matrix 8, welche aus dem anderen der Bestandteile der supraleitenden Verbindung oder einer Legierung davon besteht. Nachdem die Formgebung und die Herstellung der Stränge abgeschlossen ist wird eine Diffusionswärmebehandlung für den auf diese Weise hergestellten Verbundkörper angewandt, so daß dadurch die supraleitenden Verbindungen um die Adern 7 herum gebildet werden, oder es werden die Adern 7 selbst als supraleitende Materialien verwendet. Die Grenzschicht 10, welche aus Niob, Vanadium oder Tantal oder einer Legierung daraus besteht, dient dazu, eine wechselseitige Diffusion zwischen dem stabilisierenden metallischen Material 11 und den wenigstens zwei Bestandteilen oder

hi Legierungen zu verhindern, welche eine gewünschte supraleitende Verbindung bilden. Das Material der Grenzschicht 10 sollte derart beschaffen sein, daß es keine Diffusionsreaktion mit einem der stabilisierenden

metallischen Materialien 11 und den Bestandteilen davon in Gang bringt oder eine solche Reaktion nur in einem vernachlässigbarem Ausmaß ausführt

Die Grenzschicht 10 kann verschiedene Formen haben. Gemäß Fig. 17A umgibt das Trennmaterial 10 einfach das stabilisierende Material 11. Gemäß F i g. 17 B ist das Trennmaterial 10 innerhalb einer Schicht des die Diffusionsreaktion steuernden Materials 32 angeordnet, um das stabilisierende metallische Material 11 in eine Mehrzahl von einzelnen Abschnitten zu unterteilen. Gemäß Fig. 17C ist die Legierungs-Matrix 8 mit einem die Diffusionsreaktion steuernden Material 32 umgeben, und zwar abweichend von den Fig. 17A und 17B. Das die Diffusion steuernde Material 32 ist vom Trennmaterial 10 umgeben. Eine Mehrzahl derart zusammengesetzter Körper ist innerhalb des stabilisierenden Materials 11 angeordnet Eine Unterteilung dieses stabilisierenden Materials dient dazu, die Wechselstromverluste auf ein Minimum zu beschränken, welche in dem normal leitenden Abschnitt des Leiters auftreten, und weiterhin auch dazu, um den Wärmeübergang durch den Leiter zu verbessern. Das die Diffusionsreaktion steuernde Material 32 kann beispielsweise Kupfer, Silber, Aluminium, Gold, Magnesium oder Blei sein, und es hat die folgenden Wirkungen:

1. Es hindert ein Metall wie Niob, Vanadium oder Tantal, welches das stabilisierende metallische Material 11 umgibt, daran, daß es während der Herstellung des supraleitenden Verbundkabels oxidiert wird.

2. Es bildet um das Begrenzungsmaterial 10 herum einen Zwischenraum (Spalt), um die Lösungselemente dazu zu bringen, daß sie verschiedene Konzentrationen haben, so daß dadurch die wechselseitige Diffusion dazwischen unterdrückt wird.

3. Es fördert die Reaktion zur Bildung einer gewünschten supraleitenden Verbindung, welche innerhalb oder außerhalb des Trennmaterials 10 auftritt, so daß dadurch die Reaktionszeit verkürzt wird und folglich die Diffusion von externen gelösten Elementen in dem stabilisierenden Material 11 durch die Begrenzungsschicht 10 und auch die wechselseitige Diffusion zwischen dem Trennmaterial 10 und dem stabilisierenden Material 11 wesentlich vermindert wird.

4. Vom dynamischen (mechanischen) Standpunkt aus zeigt das stabilisierende Material 11, welches allgemein ein sehr reines weiches Metall ist, eine stark unterschiedliche Härte und Kaltverfestigung gegenüber dem Trennmaterial 10 und den umgebenden Metallschichten.

Das die Diffusionsreaktion steuernde Material 32 wirkt als ein dynamischer (mechanischer) Puffer, um das Verbiegen oder den Bruch des rohrförmigen Trennmaterials 10 während eines Bearbeitungsschrittes zu verhindern.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein stabilisiertes supraleitendes Verbundkabel mit dem oben beschriebenen Aufbau ohne Beeinträchtigung des Reinheitsgrades des stabilisierenden Metalls Π auf einfache Weise hergestellt werden. Die gute elektrische und thermische Leitfähigkeit des stabilisierenden Metalls 11 sind gewährleistet. Der elektrische und der thermische Widerstand zwischen dem stabilisierenden Metall 11 und den supraleitenden Verbindungen wird durch die auf mechanischem Wege ausgebildete feste

Haftung zwischen beiden Bestandteilen stark vermindert

Das beschriebene supraleitende Verbundkabel hat folgende Vorteile:

1. Bei der Ausbildung innerhalb einer supraleitenden Verbindung hat die stabilisierende Metallschicht 11 eine größere tatsächliche Dicke als dann, wenn die Bildung auf der Außenseite dieser Verbindung erfolgt, wodurch sich vom Standpunkt des Größeneffekts Vorteile hinsichtlich des elektrischen und des magnetischen Widerstandes ergeben.

2. Die stabilisierende Metallschicht 11 ist innerhalb oder außerhalb der Grenzschicht 10 ausgebildet, die ausschließlich oder hauptsächlich aus Niob, Vanadium oder Tantal besteht Das die Diffusionsreaktion steuernde Material 32 ist außerhalb oder innerhalb der Grenzschicht 10 angeordnet Deshalb findet nur eine solche Diffusionsreaktion statt, wie sie zur Ausbildung der supraleitenden Verbindung erforderlich ist Die richtige Auswahl eines die Diffusionsreaktion steuernden Materials beschleunigt die Reaktion zur Ausbildung einer supraleitenden Verbindung, so daß dadurch eine große Diffusionsschicht in einer verhältnismäßig kurzen Zeit gebildet wird.

3. Wenn die supraleitenden Verbindungsschichten mit derselben Querschnittsfläche ausgebildet sind, kann die tatsächliche Dicke jeder Schicht aus solchen Gründen vermindert werden, wie sie im Abschnitt 2) angegeben sind. Deshalb zeigt das erfindungsgemäße Kabel hohe adiabatische Stabilität (es wird die Instabilität einer supraleitenden Verbindung unterdrückt, welche durch eine Temperaturerhöhung hervorgerufen wird, die sich aus einer Wärmeentwicklung ergibt,, wobei Flußsprünge auftreten, und auch aus einer Wiederholung dieser Wärmeentwicklung, was bei einer Änderung wie einem Eindringen magnetischen Flusses auftreten kann), und das erfindungsgemäße Kabel weist auch eine gute dynamische Stabilität auf (eine Eigenschaft zur Unterdrückung derselben Instabilität einer supraleitenden Verbindung, wie sie vorstehend in Zusammenhang mit der adiabatischen Stabilität beschrieben wurde, wenn Wärme, die in der supraleitenden Verbindung entsteht, durch die normal leitenden Teile des Stranges abgeführt wird).

4. Das stabilisierende Metall 11 zeigt eine stark unterschiedliche Deformierbarkeit gegenüber Niob, Vanadium oder anderen Metallbestandteilen im Strang. Das die Diffusionsreaktion steuernde Material 32 wirkt jedoch als dynamischer (mechanischer) Puffer und verhindert das Abspalten der Kabelhülle (Armierung) oder das Abtrennen der Hülle in Form eines langgestreckten Streifens.

Nachfolgend werden die einzelnen aufeinanderfolgenden Schritte bei der Herstellung eines aus Strängen gebildeten supraleitenden Verbundkabels beschrieben. Zunächst wird dabei die Herstellung und Formgebung der Stränge beschrieben.

Bisher wurde ein aus flachen und rechteckigen Strängen gebildetes Kabel dadurch hergestellt, daß mehrere Stränge in einer flachen und rechteckigen Foii.i gebracht wurden, indem sie durch Walzen in eine entsprechend kompaktere Anordnung überführt wurden. Danach wurden die Stränge innerhalb desselben IJmfangs angeordnet und in der Weise zusammengefügt

(verseilt), daß eine kernlose Stranganordnung gebildet wurde. Diese Stranganordnung wurde einem Walzvorgang in zwei Richtungen oder zwei Achsen unterzogen, und zwar mit Hilfe einer »Turk's-headw-Walzeinrichtung, d. h. einer Walzeinrichtung mit zwei Sätzen von ■-> Walzen, die in derselben Ebene im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, um eine flache und rechteckige Form hervorzurufen.

Dieses bekannte Verfahren weist jedoch die Nachteile auf, daß mehrere Stränge während des Walzvorgan- κι ges und der Formgebung eine Vielzahl von Schnittpunkten aufweisen und miteinander zum Schnitt gebracht werden, und es besteht weiterhin der Nachteil, daß die verseilten Stränge, welche einer Walzeinrichtung zugeführt werden, wegen der kernlosen Anordnung in den hohlen Abschnitt hineingleiten können. Wenn versucht wird, die Deformation einer Anordnung verseilter Stränge während des Durchgangs durch eine Walzeinrichtung zu vermindern, um die obenerwähnten mehrfachen Schnitte zu vermeiden, dann treten die Schwierigkeiten auf, daß nicht nur die aus den einzelnen Strängen gebildete Anordnung die Tendenz zum Durchrutschen hat, nachdem sie durch die Walzeinrichtung hindurchgegangen ist, sondern auch der Hohlraum in dem Querschnitt der Stränge vergrößert wird, was zu einem geringeren Packungsfaktor führt.

Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird dagegen eine Methode geschaffen, eine flache und rechteckige Anordnung aus einzelnen (verseilten) Strängen mit gleichförmiger Querschnittsfläche und jo großem Strangpackungsfaktor herzustellen.

Die einzelnen Schritte zur Herstellung und Formgebung des aus Strängen gebildeten Verbundkabels werden nachfolgend beschrieben. Mehrere runde Stränge werden zunächst derart zusammengefügt, daß sie auf demselben Umfang angeordnet sind, und sie werden dann durch eine Ziehvorrichtung (Ziehform) hindurchgeführt, um einen reduzierten kernlosen Strangaufbau zu bilden, in welchem die Summe der Bogenlängen im Querschnitt von zwei Grenzflächen, welche durch die Berührung zwischen einem Strang und den zwei benachbarten Strängen gebildet werden, 20 bis 70% des Urnfangs eines Stranges beträgt (oder des Kreisumfangs eines Stranges, wenn er einen runden Querschnitt hat). Danach wird dieser kernlose Strangaufbau aus einzelnen Strängen mit Hilfe einer entsprechenden Einrichtung zum Abflachen in eine flache, rechteckige oder trapezförmige Form gebracht In diesem Falle kann ein Dorn oder eine ähnliche Einrichtung, wie ein schwimmender (beweglicher) Stab, welche sich in der Längsrichtung einer Ziehvorrichtung erstreckt, in deren Zentrum angeordnet werden, um den kernlosen Strangaufbau am Wegrutschen zu hindern.

Bei der Verwendung eines solchen Doms oder einer ähnlichen Einrichtung müssen die Stränge nicht vorab auf demselben Umfang angeordnet sein. Der Grund liegt darin, daß ein Strangaufbau, welcher um den Dorn herumgewickelt ist, nach unten rutscht Es besteht keine Begrenzung für den Umfang des Doms.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Vielzahl von runden Strängen derart zusammengefügt wird, daß die einzelnen Stränge auf demselben Umfang liegen. Während ein verstärkendes Kernmaterial in den kernlosen Abschnitt eingefügt wird, wird der kernlose Strangaufbau durch eine Ziehvorrichtung hindurchgeführt Der nunmehr mit einem Verstärkenden-Kemmaterial gefüllte Strangaufbau wird gewalzt und in eine flache, rechteckige oder trapezförmige Form gebracht. Das auf diese Weise hergestellte Kabel weist als Kern ein Verstärkungsmaterial auf.

Nachfolgend wird im einzelnen anhand der Zeichnung das Verfahren zur Herstellung und Formgebung der Stränge erläutert, um ein flaches, rechteckiges supraleitendes Verbundkabel zu erzeugen.

In der F i g. 18 ist eine Einrichtung zur Verseilung und Formgebung einer Vielzahl von runden Strängen 19 veranschaulicht, die kontinuierlich von einer Strangzuführungseinrichtung 18 geliefert werden und gemäß Fig. 19 in der Weise zusammengefügt werden, daß sie auf demselben Umfang liegen. Auf diese Weise wird ein kernloser verseilter Strangaufbau 20 gebildet. Dieser Strangaufbau wird durch eine Ziehvorrichtung 22 hindurchgeführt, beispielsweise durch ein Zieheisen, wplr*hpc mit pinpr pnt«nrf»rhpndpn Offnunff ancppctattpt ■' ".—·■—— ..... v... — . _v..._f,. ——-.-. — _σ _σ_-.._.._.

ist, deren Eingangsseite weiter geöffnet ist als die Ausgangsseite. Nachfolgend wird der Außendurchmesser des Strangaufbaus 20 vermindert oder verringert, um einen kernlosen Strangaufbau 20a aus einzelnen (verseilten) Strängen zu bilden, wie in Fig. 20 dargestellt (Querschnitt entlang der Linie III-II1 in der Fig. 18), so daß die Summe der Bogenlängen im Querschnitt der zwei Grenzflächen, welche durch den Kontakt zwischen einem beliebigen Strang 19] und zwei benachbarten Strängen 192 und 19₃ gebildet werden, 20 bis 70% des gesamten Umfangs des einen Stranges 19, beträgt. Der zusammengedrückte kernlose Strangaufbau 20a aus einzelnen (verseilten) Strängen wird in zwei Richtungen gewalzt, und zwar in einer Turk-Kopf-Walzeinrichtung 25 (siehe Fig.21), welche zwei Sätze von Walzen 23 aufweist, die einander unter rechten Winkeln schneiden, wobei eine rechteckförmige öffnung 24 im Zentrum des Schnittpunktes gebildet ist. Somit wird gemäß F i g. 22 ein flacher und rechteckförmiger Strangaufbau 26 gebildet, welcher zwei schachtförmig angeordnete Reihen von Strängen 19 aufweist und eine ähnliche Form wie die Öffnung 24 in der Walzeinrichtung hat, wobei dieser Strangaufbau kontinuierlich hergestellt und auf eine (nicht dargestellte) Trommel aufgerollt wird. Bis zu diesem Zeitpunkt wird der Strangöufbau 26 noch keiner Wärmebehandlung unterzogen und enthält somit noch keine supraleitende Verbindung gemäß F i g. 4.

Gemäß den obigen Ausführungen wird der Durchmesser des ursprünglichen kernlosen verseilten Strangaufbaus 20, in welchem die Stränge 19 miteinander in Längsrichtung der Stränge entlang einer Linie in Berührung stehen, durch das Hindurchführen durch die Ziehvorrichtung 22 vermindert, damit die Stränge 19 Flächenkontakt miteinander haben. Danach wird der Strangaufoau in der »Turk's-headw-Walzemrichtung 25 weiterverarbeitet, wobei zugleich darauf geachtet wird, daß ein Abrutschen (Herausrutschen) des reduzierten kernlosen Strangauf baus 20a verhindert wird.

Der Grund dafür, daß die Summe der Bogenlängen im Querschnitt der zwei Grenzflächen, welche durch die Berührung zwischen einem beliebigen Strang 19i und zwei benachbarten Strängen l«b und 193 gebildet werden, derart zu wählen ist, daß die Summe 20 bis 70% der gesamten Umfangslänge des einen Stranges 19j beträgt, ist folgender: wenn die obengenannte Summe kleiner ist als 20%, dann besteht die Gefahr, daß der reduzierte kernlose Strangaufbau 20a durchrutscht Wenn die Summe hingegen 70% überschreitet, dann treten Schwierigkeiten dabei auf, die einzelnen Stränge 19 des reduzierten kernlosen Strangaufbaus 20a beim

nachfolgenden Formgebungsschritt in der Walzeinrichtung 25 in eine obere und eine untere horizontale Reihe anzuordnen, und die Reibung zwischen den betreffenden Strängen 19 wird vergrößert, so daß die Formgebung erschwert wird.

Allgemein werden vorzugsweise etwa sieben oder mehr Stränge 19 verwendet. Weiterhin wird eine ungerade Zahl gegenüber einer geraden Zahl aus dem Grund bevorzugt, daß die ungerade Zahl die Verseilung und Formgebung der Stränge erleichtert und auch dazu führt, daß die betreffenden Stränge 19 gleiche Querschnittsfläche aufweisen (siehe Fig. 22). Die Schritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels sind jedoch nicht auf die oben angegebenen Schritte beschränkt. Es ist auch möglich, zunächst einen zusammengedrückten (reduzierten) Strangaufbau 20a aus den einzelnen Strängen zu bilden und diesen Strangaufbau 20a auf eine Walze oder Trommel aufzuwickeln, wonach später der Strangaufbau 20a durch eine »Turk's-head«-Walzeinrichtung 25 in einem getrennten Schritt weiterverarbeitet werden kann. Weiterhin ist es möglich, einen Dorn 27 (siehe Fig. 23, 24), dessen hinteres Ende zylinderförmig und dessen vorderes Ende wie ein Pyramidenstumpf geformt ist (oder wie ein Keil), in die Ziehform 22 einzusetzen, die eine öffnung 21 mit rechteckigem Querschnitt aufweist. Es können in kontinuierlicher Weise mehrere Stränge 19 um den Dorn 27 herumgeführt werden, so daß diese Stränge auf demselben Umfang angeordnet sind. Die Stränge 19 können zum vorderen Ende des Dorns 27 geführt werden, d. h. in der Ziehform 22 können die Stränge 19 zusammengedrückt werden. Dies geschieht zu dem Zweck, einen winkelförmigen, rohrförmigen, kernlosen verteilten Strangaufbau 20i> zu bilden. Schließlich wird der Strangaufbau 20£> in einer »Turk's-headw-Walzeinrichtung 25 gewalzt und in eine flache und rechteckige Form gebracht.

Die Anwendung des Dorns 27 verhindert das Durchrutschen (Herausrutschen) des ursprünglichen kernlosen Strangaufbaus 20. Darüber hinaus wird das Zusammendrücken des Strangaufbaus aus den einzelnen Strängen in der Weise ausgeführt, daß näherungsweise die endgültige flache und rechteckige Form erreicht wird. Folglich ist es möglich, ein supraleitendes Verbundkabel mit gleichförmiger Qualität herzustellen. Der Dorn 27 muß nicht notwendigerweise am vorderen Ende die Form eines Pyramidenstumpfes aufweisen, das vordere Ende kann vielmehr auch konusförmig ausgebildet sein. Weiterhin kann der Dorn 27 auch gemäß F i g. 25 ausgebildet sein, wo er in die Ziehform 22 hineinragt und wobei sein vorderes Ende in die Einlaßseite der »Turk head«-Walzeinrichtung 25 hinein ragt Wenn anstatt des Doms 27 ein Stab oder ein Stopfen verwendet wird, so kann damit dieselbe Wirkung wie mit dem Dorn 27 erzielt werden.

Weiterhin kann ein erfindungsgemäBer supraleitendes Verbündkabel in der Weise hergestellt werden, daß zunächst mit Hilfe einer Verseil- und Formgebungs-Einrichtung (siehe Fig. 18) ein kernloser Strangaufbau 20 gebildet wird, wonach ein verstärkendes Kenunaterial 28 (siehe Fig.26) in den Mittelteil des kernlosen Strangaufbaus 20 eingesetzt wird, worauf dann der derart zusammengesetzte Strangaufbau durch die Ziehform 22 hindurchgeführt wird, um einen reduzierten Strangaufbau 20a zu bilden, und wobei schließlich der reduzierte Strangaufbau 20a mit Hilfe einer »Turk's-head«-Walzeinrichtung in eine flache und rechteckige Form gewalzt wird.

Das verstärkende Kernmaterial 28 kann durch einen Schlitz 29 hindurchgeführt werden, der sich in der Mitte des vorderen Endes des Dorns 30 (siehe F i g. 27) öffnet, dessen hinteres Ende kreiszylinderförmig ausgebildet ist und dessen vorderes Ende die Form eines Pyramidenstumpfes aufweist. Der Dorn 30 ist an seinem vorderen Ende nicht notwendigerweise pyrarnidenstumpfförmig ausgebildet, sondern dieses vordere Ende kann auch eine konische Form mit einem Schlitz 29 aufweisen.

ίο Wenn der Dorn 30 durch einen Stab oder einen Stift 31 ersetzt wird, kann auch ein Kabel geschaffen werden, welches eine in Fig. 11 dargestellte Struktur hat. In diesem Fall kann der Stab oder der Stift 31 derart ausgebildet sein, wie es in F i g. 28 dargestellt ist, wobei

r> ein Schlitz 29 sich bis zu einem Zwischenpunkt auf der Seite des Stiftes 31 erstreckt. Das hintere Ende weist eine glatte gekrümmte Fläche auf. Weiterhin ist der Bodenabschniit als glatte, vorspringende, gekrümmte Fläche ausgebildet.

2(i Nachfolgend werden die Bedingungen beschrieben, die für die Herstellung (insbesondere für das Formgebungsverfahren) eines erfindungsgemäßen supraleitenden Verbundkabels erforderlich sind.
Wenn ein Verbundkörper, der aus metallischen Stoffen zusammengesetzt ist, die bei der Bearbeitung verschieden stark deformiert werden, einer Warm- oder einer Kaltbearbeitung unterzogen wird, wobei angenommen sei, daß die Querschnittsfläche des Verbundkörpers auf beispielsweise eine runde Form reduziert

κι wird, so ändert sich die Querschnittsform der einzelnen Bestandteile während der Bearbeitung sehr stark. Dies tritt auch bei einem Verbundkörper, wie dem anfänglich vorhandenen Strang auf, aus welchem das erfindungsgemäße supraleitende Verbundkabel gebildet wird. Bei

j5 Anwendung eines gewöhnlichen Warm- oder KaIt-Bearbeitungsprozesses zeigt der erfindungsgemäß verwendete Verbundkörper eine Struktur gemäß F i g. 29, bei welcher die supraleitenden Adern beträchtlich abgeflachte oder elliptische Querschnitte aufweisen.

Gemäß den obigen Ausführungen lassen abgeflachte supraleitende Adern das daraus gebildete Kabel aufgrund einer Strom-Anisotropie instabil werden. Dieses Problem tritt insbesondere aus dynamischen Gründen beim Walzen häufiger auf als beim Ziehen.

Deshalb muß dem Formgebungsvorgang besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Verbundkabels, welches eine Struktur gemäß F i g. 4 aufweist beträgt das Verhältnis der größeren Achse zur kleineren Achse des Querschnittes jeder supraleitenden Ader zwischen 1 und 2.

Nachfolgend wird der Formgebungsprozeß näher beschrieben. Von den metallischen Bestandteilen, welche die supraleitende Verbindung bilden, welche durch eine Diffusionswärmebehandlung erzeugt wird, wird ein erstes metallisches Material in Form einer Matrix verwendet Mehrere Adern eines zweiten metallischen Materials mit kreisförmigem Querschnitt werden in die Matrix derart eingebettet daß ein Verbundkörper gebildet wird. Zu den Metallen, welche die supraleitende Verbindung bilden, gehören Nb, Sn, V, Ga und Legierungen aus diesen Metallen. Wenn beispielsweise ein supraleitendes Verbundkabel auf der Basis von NbjSn hergestellt wird, dann werden Nb oder eine Legierung davon als erstes Metall verwendet und zu einer Matrix geformt und es werden Sn oder eine Legierung davon als zweites Metall verwendet und als Ader in die Matrix eingebettet so daß dadurch ein

Verbundkörper entsteht. Es kann auch abweichend von dieser Ausführungsform der Verbundkörper mit Nb oder einer Legierung davon als Kern hergestellt werden, wobei Sn oder eine Legierung davon als Matrix dient. ^r>

Dieser zusammengesetzte Körper wird erforderlichenfalls einem Heiß-Extruder-Verfahren (Strangpreß-Verfahren) unterworfen, damit der Außendurchmesser reduziert werden kann. Diesre reduzierte Verbundkörper wird weiterhin einem wiederholten Warm-Bearbeitungsverfahren wie Extrudieren (Strangpressen), Walzen und Ziehen ausgesetzt, und zwar bei einer Temperatur, die zwischen den beiden Rekristallisationstemperaturen des ersten und des zweiten Metalls (bzw. der jeweiligen Legierung) liegt, oder es wird der reduzierte Verbundkörper einer Kaltbearbeitung unterzogen, indem wiederholt zwischendurch ein Anlaßvorgang eingeschaltet wird, und zwar bei einer Temperatur, die innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt. Auf diese Weise erhält der Verbundkörper seine endgültige Form.

In der F i g. 30, in welcher der Bereich der Wärmebehandlungstemperatur angegeben ist, bezeichnet die Kurve I die Erweichungskurve (Härtekurve) des ersten Metalls, welches als Matrix verwendet wird, während die Kurve II die Erweichungskurve des zweiten Metalls darstellt, und Ti, Ti stellen die Rekristallisationstemperaturen (Umordnungstemperaturen) des ersten bzw. des zweiten Metalls dar. In der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck »Rekristailisationstemperatur« in der Bedeutung angewandt, daß damit eine Temperatur angesprochen ist, bei welcher das Metall eine Härte aufweist, die in der Mitte zwischen dem voll gehärteten und dem vollkommen weichen Zustand liegt. Die Rekristallisationstemperatur liegt bei etwa 450°C für eine Cu — Sn-Legierung, bei etwa 580⁰C für Nb, bei etwa 400⁰C für eine Cu - Ga-Legierung und bei etwa 530⁰C für V.

Gemäß F i g. 30 bleibt der gesamte Verbundkörper im Temperaturbereich A gehärtet (tiefer als Ti). Bei dieser Temperatur ist jegliche mechanische Bearbeitung schwierig, weil beide Metalle, nämlich das für die Matrix und das für den Kern verwendete Metall, jeweils gegen eine Deformation einen erheblichen Widerstand leisten und einen geringen Härteunterschied aufweisen. Im Temperaturbereich B (zwischen Ti und Ti) wird das erste Metall, welches als Matrix verwendet ist, rasch erweicht und leistet einer Deformation einen merkbar geringeren Widerstand, während das zweite Metall, welches als Ader verwendet wird, noch eine relativ große Härte beibehält, wie durch Kurve II dargestellt, so daß ein beträchtlicher Härteunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Metall besteht Deshalb führt eine Wärmebehandlung, wie Warmverformung, in dem Temperaturbereich B dazu, daß die Matrix vorzugsweise deformiert wird, während die Ader ihren im wesentlichen runden Querschnitt beibehält Folglich ist es möglich, Stränge zu bilden, die einen dünnen und breiten rechteckigen Querschnitt haben, während die darin eingebetteten Adern einen im wesentlichen runden Querschnitt haben. Die obenerwähnte Wärmebehandlung (einschließlich des Wannverformens und des zwischen dem Kaltformen stattfindenden Anlassens) sollte vorzugsweise bei einer Temperatur Tm ausgeführt werden, bei welcher das erste und das zweite Metall eine möglichst große Härtedifferenz haben. Die Kalt-Bearbeitung wird dadurch ausgeführt, daß wiederholt (erneut) geglüht bzw. angelassen wird, wenn die Matrix des Verbundkörpers, welche bereits im Temperaturbereich B geglüht bzw. angelassen wurde, eine Härte aufweist, die durch Kaltfortnverfestigung auf einen Wert H\ angestiegen ist, so daß das Matrixmetall vorzugsweise durch eine Wiederholung des obigen Vorgangs verforint wird. Eine Behandlung im oben angegebenen Temperaturbereich B ist möglich in Form des Extrudierens (Strangpressens), des Ziehens, des Verseilens, des Walzens, beispielsweise mit Hilfe einer »Turk's-head«-W;ilze, des Formwalzens und eines zweistufigen oder mehrstufigen Walzens. Diese Verfahrensschritte können alle beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren angewandt werden. Ein Verbundkörper, der durch Behandlung (Bearbeitung) im Temperaturbereich B seine fertige Form aufweist, wird dann einer Diffusions-Wärmebehandlung unterworfen, um gemäß Fig.4 eine Schicht aus einer supraleitenden Verbindung 7 zwischen der Matrix 8 und der Ader 6 zu erzeugen. Somit wird auf diese Weise ein supraleitendes Verbundkabel erzeugt, in welchem mehrere eine supraleitende Verbindung aufweisende Adern in der Matrix 8 eingebettet sind. Die kleinere Achse des Querschnittes jeder eine supraleitende Verbindung 7 aufweisenden Ader hat ein Verhältnis von 1 :1 bis 1 :2 zu der größeren Achse des Querschnittes.

Eine Behandlung im Temperaturbereich C(höher als T2) ist nicht anwendbar, weil sowohl das Matrix- als auch das Adermaterial beträchtlich erweicht werden und bei entsprechenden Arbeitsgängen gleichzeitig deformier! würden. Die Kerne werden, wie in Fig.29 veranschaulicht, in eine längliche Form deformiert, wenn eine Spannung (Druck) in der Richtung ihrer Dicke wirkt.

An die oben geschilderten Arbeitsgänge, wie Formgebung, kann sich ein weiterer Bearbeitungsschritt anschließen, bei welchem einige der Stränge des auf diese Weise hergestellten (geformten) Kabels entfernt werden und ein stabilisierendes und/oder verstärkendes Material in den auf diese Weise freigewordenen Raum oder in entsprechende Nuten eingefügt wird, um das Kabel noch weiter zu stabilisieren und/oder zu verstärken.

Nachfolgend werden diese zusätzlichen Verfahrensschritte beschrieben. Gemäß den obigen Ausführungen wird das erfindungsgemäße, aus einzelnen Strängen gebildete supraleitende Verbundkabel mit einem verstärkenden, stabilisierenden oder isolierenden Material ausgestattet, je nach den Erfordernissen, und sein Aufbau gestattet eine Variation in der Stromkapazität. Diese Ziele können dadurch erreicht werden, daß ein stabilisierendes und/oder verstärkendes Material in den entsprechenden Strängen des Kabels vorgesehen wird, wie es in den F i g. 6,7,8 und 17 veranschaulicht ist. oder dadurch, daß ein stabilisierendes, verstärkendes oder isolierendes Material außerhalb der Stränge angeordnet wird, wie es in den Fig. 10, 11, 13, 14, 15 und 16 veranschaulicht ist Offensichtlich ist es im letztgenannten Falle von Vorteil, ein stabilisierendes oder ein verstärkendes Material vorzusehen. Der obengeannte Zweck kann auch dadurch erreicht werden, daß einige der Stränge des Kabels gemäß Fig.9 durch ein stabilisierendes oder ein verstärkendes Material ersetzt werden.

Jedoch kann das aus einzelnen Strängen hergestellte Kabel, welches einen Aufbau gemäß Fig.9 aufweist, nicht in der Weise hergestellt werden, daß einzelne Stränge, die durch eine Diffusionswärmebehandlung supraleitende Verbindungen bilden, mit anderen Strängen derselben Größe, welche lediglich aus stabilisieren-

den oder verstärkenden Materialien bestehen, verseilt werden. Der Grund iiegt darin, daß zwar eine Verseilung durchgeführt werden kann, jedoch die nachfolgende Formgebung nicht ausgeführt werden kann, weil die Stränge eines stabilisierenden oder verstärkenden Materials gegenüber den supraleitende Verbindungen ausbildenden Strängen stark abweichende Bearbeitungs- bzw. Glühtemperaturen aufweisen.

1. Ein verstärkendes Material weist im allgemeinen eine große Härte und eine geringe Dehnung auf, so daß bei den Verfahrensschritten, wie Walzen und Formgebung ein geringer Wirkungsgrad erzielt wird, und es schwierig wird, Hohlräume in dem Querschnitt des Leiters zu vermindern, um die Stromdichte zu erhöhen.

2. Wenn Stränge, die ausschließlich aus reinem Kupfer hergestellt sind, und Verbundstränge, in welchen durch eine Diffusionswärmebehandlung eine supraleitende Verbindung hergestellt wird, gemeinsam verarbeitet werden, dann zeigen die Kupferstränge eine merkbar ungleichförmige Deformation und werden zuweilen auch gebrochen.

3. Bei der abschließenden Diffusionswärmebehandlung zur Ausbildung einer supraleitenden Verbindung kann leicht eine wechselseitige Diffusion auftreten, und zwar zwischen einem Strang des Verstärkungsmaterials und einem Strang, in welchem eine supraleitende Verbindung hergestellt werden soll, was zu dem Ergebnis führt, daß das verstärkende Material in seiner mechanischen Festigkeit abnimmt und das Kabel auf diese Weise seine Flexibilität verliert, und zwar aufgrund der Adhäsion zwischen beiden Strängen.

Zur Herstellung eines stabilisierten und/oder verstärkten Kabels gemäß Fig.9 werden die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt, um die obenerwähnten Schwierigkeiten zu überwinden. Nachdem der grundlegende Formgebungsvorgang abgeschlossen ist und vor oder nach der anschließenden Diffusionswärmebehandlung zur Erzeugung der supraleitenden Verbindungen in den Strängen werden zunächst eine gewünschte Anzahl von Strängen entfernt und danach das stabilisierende und/oder das verstärkende Material in nutenähnlichen Hohlräumen angeordnet, welche nach dem Entfernen der Stränge gebildet werden, so daß dadurch das gemäß F i g. 9 stabilisierte und/oder verstärkte Kabel entsteht.

Einige der Stränge können leicht entfernt werden, indem sie durch die entgegengesetzte (umgekehrte) Betriebsweise, beispielsweise einer Verseilungsmaschine, aufgedrillt (abgewickelt) werden.

Ein stabilisierendes und/oder verstärkendes Material welches in den obengenannten nutenartigen HohlräU-nicn ängcOruuct WlFu, SOittc üiOgnCuSi uicScfUcn Abmessungen wie die aus diesen Hohlräumen entfernten Stränge aufweisen. Wenn die Entnahme vor der Diffusionswärmebehandlung erfolgt, sollte die Oberfläche des stabilisierenden oder verstärkenden Materials vorzugsweise mit einem Material wie einem Oxidfilm oder einer Kohlenstoffschicht abgedeckt werden, um die Diffusion eines metallischen Materials zu unterbinden. Der Verfahrensschritt, ein stabilisierendes und/oder verstärkendes Material einzubringen, kann beispielsweise mit Hilfe einer Verseilmaschine oder einer Bandwicketmaschine ausgeführt werden. Wenn ein Kabel supraleitende Verbindungen enthält, die bereits mittels einer Diffusionswärmebehandhing hergestellt wurden, kann der obenerwähnte Vorgang, ein

stabilisierendes Material einzubringen, dadurch erfolgen, daß das Kabel durch ein Bad eines geschmolzenen stabilisierenden Materials hindurchgeführt wird, beispielsweise durch ein Indiumbad, um die nutenähnlichen Räume mit Indium zu füllen, welche nach der Entnahme von einigen Strängen gebildet wurden. Dabei werden diejenigen Hohlräume ausgefüllt, welche zwischen den verbleibenden Strängen des Kabels liegen. Weiterhin ist es möglich, das auf diese Weise hergestellte Kabel e'ner weiteren leichten Bearbeitung auszusetzen, indem es beispielsweise gewalzt wird, damit das Kabel auf den gewünschten Außendurchmesser gebracht wird.

Das gemäß Fig. 9 stabilisierte und/oder verstärkte Kabel ist aus mehreren Strängen 9 zusammengesetzt, welche supraleitende Verbindungen enthalten, die durch eine Diffusionswärmebehandlung gebildet wurden, und mehreren stabilisierenden und/oder verstärkenden materialien ii, weiche anstelle der Stränge 9 angeordnet sind.

Nachfolgend wird der Wärmebehandlungsvorgang beschrieben, der einen der Verfahrensschritte darstellt, welche bei der erfindungsgemäßen Herstellung eines supraleitenden Kabels vorgesehen werden. Das Verfahren zur Herstellung des supraleitenden, aus einzelnen Strängen bestehenden Verbundkabels gemäß F i g. 4 umfaßt die Schritte, Adern in eine Legierungsmatrix einzubetten, die Stränge zu ziehen und zu verseilen und die supraleitenden Verbindungen in der Zwischenschicht zwischen den Adern und der Legierungsmatrix durch eine Diffusionswärmebehandlung auszubilden. Die Diffusionswärmebehandlung wird allgemein in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre ausgeführt, und zwar bei einer konstanten Temperatur im Bereich zwischen 600 und 800⁰C über 50 bis 100 Stunden. Die oben beschriebene Wärmebehandlung kann erfindungsgemäß dazu verwendet werden, eine beliebige geeignete supraleitende Verbindung zu erzeugen. Wenn der äußerste Bereich des Stranges aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, kann die Wärmebehandlung in zweckmäßiger Weise ausgeführt werden, wenn die folgenden Anforderungen berücksichtigt werden.

1. Fremdatome sollten daran gehindert werden, in die Matrix gelangen zu können, wenn die Diffusionswärmebehandlung ausgeführt wird. Der Grund besteht darin, daß ein Eindringen von Fremdatomen die Diffusionswärmebehandlung zur Herstellung der supraleitenden Verbindungen verzögert und zuweilen dazu führt, daß die Verbindungen überhaupt nicht gebildet werden können.

2. Die Stränge oder Matrizen sollten daran gehindert werden, durch wechselseitige Diffusion zu verschmelzen. Der Grund besteht darin, daß durch eine Vereinigung oder ein Verschmelzen oder auch eine Adhäsion aufgrund einer gegenseitigen Diffusion nicht nur das aus Strängen gebildete kompakte Kabel gemäß F i g. 4 seine ursprünglichen dynamischen (mechanischen) Eigenschaften verliert, sondern auch in beträchtlichem Umfang der Wert des kritischen Stromes beim Biegen des Kabels vermindert wird, was zu dem Ergebnis führt, daß das Kabel praktisch nicht verwendbar ist

3. Nach der Diffusionswärmebehandlung sollte die Oberfläche der Stränge oder der Matrix eine Metallschicht aufweisen. Dafür bestehen folgende Gründe:

Da ein supraleitendes Verbundkabel im allgemeinen mehr als 1000 Meter iang ist und ein »Vorläufer·- des

Kabels, wie eine Anordnung von Strängen in einer entsprechenden Form, der Wärmebehandlung in einem gebündelten, schraubenförmig oder schneckenförmig gewickelten Zustand unterzogen wird, berühren die einzelnen Windungen einer solchen Anordnung einander manchmal, was zu einer gegenseitigen Diffusion an den Berührungspunkten führen kann, so daß bei der Herstellung eines supraleitenden Kabels Schwierigkeiten bestehen, und zwar aus dem vorstehend unter Ziffer 2 angegebenen Grund.

Wenn bei der Kabelherstellung weiterhin ein stabilisierendes Metall nach der Diffusionswärmebehandlung aufgebracht oder aufgelötet wird, so sollte eine saubere Metallfläche auf der Oberfläche des auf diese Weise behandelten Stranges vorhanden sein, um den Wirkungsgrad bei der Beschichtung zu verbessern. Zur Erfüllung der vorstehenden Anforderung 2 wird beispielsweise die Oberfläche des Kabel-»VorIäufers« mit einem Oxidfilm oder mit einer Oxidschicht überzogen, bevor die Ausbildung der supraleitenden Verbindung erfolgt, um die betreffenden Stränge oder Matrizen daran zu hindern, daß sie durch eine gegenseitige oder wechselseitige Diffusion miteinander verschmelzen. Deshalb wird ein Metall mit tiefem Schmelzpunkt wie Indium oder Zinn, auf die Oberfläche des Kabels aufgebracht, um eine Stabilisation herbeizuführen, nachdem die Oxidschicht entfernt wurde, so daß auf der Oberfläche des Kabels eine saubere Metallfläche erzeugt wird. Dieser Vorgang hat bisher erhebliche Schwierigkeiten bei der Herstellung eines supraleitenden Verbundkabels mit sich gebracht. Der Druck bei der herkömmlichen Diffusionswärmebehandlung reichte vom Atmosphärendruck bis zu einem Druck von 0,0133 Pa, so daß dadurch die exponierte Metalloberfläche unvermeidbar mit einem Oxidfilm beschichtet wurde. Um den Anforderungen gemäß vorstehender Ziffer 3) gerecht zu werden, war es daher erforderlich, eine chemische oder physikalische Behandlung durchzuführen, um eine solche Oxidschicht wieder zu entfernen. Wenn dagegen Kupfer oder eine Kupferlegierung wenigstens die Oberfläche der Stränge des supraleitenden Verbundkabels bilden, weist das supraleitende Verbundkabel nach der Diffusionswärmebehandlung, zusätzlich supraleitende Eigenschaften gemäß den vorstehenden Anforderungen auf. Im Rahmen der Erfindung sollte der Kabel-»Vorläufer«, welcher durch einzelne Stränge gebildet wird, von denen wenigstens die Oberfläche aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, in einem Druckbereich zwischen atmosphärischem Druck und 0,133 Pa einer Diffusions-Wärmehehandlung ausgesetzt werden, bis die supraleitenden Verbindungen in den Strängen erzeugt werden, und es sollte anschließend, d.h. nach der Bildung der supraleitenden Verbindungen bei einem Druck von weniger als 0,133Pa oder in einer reduzierenden Atmosphäre eine Nachbehandlung stattfinden.

Nachfolgend wird im Detail die. Diffusionswärmebehandiung beschrieben, und zwar im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Herstellung eines supraleitenden Kabels. Bevor die Diffusionsreaktion zur Herstellung einer supraleitenden Verbindung ausgeführt wird, kann die Oberfläche des Stranges in einem metallischen oder in einem oxidierten Zustand sein. Die Diffusionsreaktion, weiche bei Drücken ausgeführt wird, die vom atmosphärischen Druck bis zu einem Druck von 0,133 Pa reichen, bildet eine Kupferoxidschicht auf der Oberfläche der Stränge, die eine wechselseitige Diffusion dazwischen unterdrückt. Wenn diese Diffu

sionsreaktion vorübergehend im Anfnngsstadium unterbrochen wird und die Stränge in Wasser abgeschreckt werden oder einer geeigneten plastischen Bearbeitung (Verformung) unterzogen werden, wird der auf diese Weise gebildete Kupferoxidfilm dünner (dichter). In den letzten und abschließenden Stufen der Diffusionsreaktion wird ein höheres Vakuum als 0,133 Pa aufrechterhalten, oder es wird die Luft durch ein reduzierendes Gas wie H₂ oder CO ersetzt, um die Kupferoxidschicht zu zerlegen (abzubauen), so daß dadurch die Metalloberfläche der Strange freigelegt wird, oder die Oberfläche lediglich mit niedrigeren Kupferoxiden beschichtet wird. Somit wird die freie Oberfläche des Stranges leichter für ein weiches Metali benetzbar oder geeigneter zum Löten, wodurch der Wirkungsgrad bei der Beschichtung der Oberfläche mit einem stabilisierenden oder verstärkenden Material erhöht wird.

Die Oxidschicht wird deshalb in einem höheren Vakuum als 0,133 Pa während der obengenannten Wärmebehandlung entfernt, weil eine aus Kupfer und Sauerstoff gebildete Oxidschicht in einem Vakuum von etwa 0,133 Pa fast vollständig entfernt werden kann und in einem Vakuum von etwa 0,0133 Pa vollständig entfernt wird, während andererseits eine aus einer Kupferlegierung und Sauerstoff gebildete Oxidschicht in einem Vakuum von etwa 0,0133 Pa nicht hinreichend entfernt werden kann, wenn die Legierung einige Prozent eines Elementes wie Zinn, Gallium, Aluminium, Silicium oder Nickel enthält, welches eine größere Affinität zu Sauerstoff aufweist als Kupfer, so daß es erforderlich ist, ein höheres Vakuum anzuwenden. Mit einem geringeren Vakuum als 0,133 Pa läßt sich eine Oxidschicht nicht entfernen.

Eine Oxidschicht, die auf der Oberfläche des Stranges während der Wärmebehandlung ausgebildet wurde, genügt grundsätzlich ihrem Zweck, wenn sie eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 5 μιη aufweist. Bei einer geringeren Dicke als 0,5 μπι können die Stränge durch eine wechselseitige Diffusion miteinander verschmelzen, während bei einer größeren Dicke als 5 μιη beachtliche Schwierigkeiten bei der Entfernung der Oxidschicht im nachfolgenden Schritt auftreten.

Die erfindungsgemäßen supraleitenden Verbundkabel können aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften stabil, kompakt, zuverlässig und mit geringem elektrischem Übergangswiderstand mit anderen supraleitenden Verbundkabeln oder mit normalleitenden Kabeln zusammengefügt bzw. verbunden werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispie- !en weiter beschrieben.

Beispiel 1

Bei einem erfindungsgemäßen supraleitenden Verbundkabel mit einer Strangsteigung P von 20 mm, einer Breite W von 4,1 mm und einem zulässigen Biegeradius oder Krümmungsradius Ro von 13 mm zeigt sich, daß das Kabel eine geringere Dicke als 0,27 mm aufweisen sollte. Diese Kabeldicke von 0,27 mm entspricht dem 1,5fachen des Wertes, der sich aus der Beziehung

für to berechnen läßt. Die zulässige Dehnung (Dehnungsgrenze) εο einer NbsSn-Verbindung beträgt 0,6%. Der Term to bezeichnet den Abstand zwischen der jeweils äußersten oberen und unteren, eine supraleitende Verbindung aufweisenden Ader im Kabel. Bei einem Kabel mit zwei Reihen von Strängen ist jedoch eine zusätzliche Menge an Matrixmetall vorgesehen, und

zwar mit einer Dicke, welche etwa gleich einem Drittel der Dicke des gesamten Kabels ist. Deshalb kann die Dicke des praktisch verwendeten Kabels 0,27 mm betragen, was dem l,5fachen Wert von fo entspricht; fo gehorcht der vorstehenden Beziehung.

Das supraleitende Ver^undkabel wurde in der folgenden Weise hergestellt, um die obigen Abmessungen zu erreichen: Siebzehn Stäbe aus reinem Niob wurden in eine Kupfer-Zinn-Legierung eingebettet, welche 10 Gewichtsprozent Zinn enthielt Diese Anordnung wurde gezogen, bis sie einen Außendurchmesser von 0,3 mm hatte, und sie wurde dann mit einer Steigung von 10 mm verdrillt (verseilt), wodurch ein Strang gebildet wurde. Fünfzehn auf diese Weise hergestellte Stränge wurden mit einer Steigung von 20 mm verdrillt (verseilt), um einen kernlosen, hohlen Strangaufbau zu bilden. Diese Anordnung wurde mit Hilfe einer »Turk-head«-Walzeinrichtung (in zwei Richtungen) gewalzt, wodurch ein kompaktes, verseiltes Kabel gebildet wurde (genauer gesagt, ein Kabel-»Vorläufer«, in welchem noch keine supraleitende Verbindung ausgebildet war), und zwar mit einem Querschnitt von 0,25 mm χ 4,1 mm. Zu dieser Zeit betrug der Strangpackungsfaktor 96%. Der Kabel-»Vorläufer« wurde 35 Stunden lang bei 680° C in einem Ofen wärmebehandelt, der auf 0,04 Pa evakuiert war, um an den Trennflächen zwischen den Niob-Stäben und der Kupfer-Zinn-Legierungsmatrix eine supraleitende Nb3Sn-Verbindung zu bilden.

Zum Vergleich mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten supraleitenden Kabel wurde ein in bekannter Weise ausgebildetes flaches und rechteckiges Kabel gemäß Fig.3 hergestellt, und zwar mit einem Querschnitt von 0,25 mm χ 3,9 mm und mit 255 Kernen.

Das erfindungsgemäße Kabel und das Vergleichskabel wurden jeweils in ein Bad aus geschmolzenem Indium getaucht, um die Zwischenräume zwischen den Strängen mit Indium zu füllen und die Kabel zu beschichten.

Strom wurde bei einer Temperatur von 4,2⁰K und einem Magnetfeld von 7 T über beide Kabel zugeführt, welche gerade gehalten wurden, ohne gebogen zu sein, und zwar in einem Kryostaten, der flüssiges Helium enthielt. Beide Kabel wurden bei 920 A in den normalleitenden Zustand überführt. Als Strom in ähnlicher Weise bei einer Temperatur von 4,2 K und einem Magnetfeld von 7 T durch beide Kabel zugeführt wurde, welche senkrecht zu ihrer Bandebene mit einem Krümmungsradius von 13 mm gebogen waren, wurde das erfindungsgemäße Kabel bei 920 A, das Vergleichskabel -dagegen schon bei 238 A in den normalleitenden Zustand überführt. Wenn beide Kabel in Richtung ihrer Schmalseiten (in der Bandebene) mit einem Krümmungsradius von 25 mm gebogen wurden und Strom in ähnlicher Weise bei einer Temperatur von 4,2 K und einem Magnetfeld von 7 T zugeführt wurde, wurde das erfindungsgemäße Kabel bei 915 A normalleitend, während das Vergleichskabel bei 72 A normalleitend wurde, wodurch gezeigt werden konnte, daß der darin auftretende elektrische Widersland vom anfänglichen Zustand des Leiters bei der Stromzuführung hervorgerufen wurde.

Die Ergebnisse der obengenannten Messungen zeigen, daß dann, wenn beide Kabel senkrecht zu ihrer Bandebene gebogen wurden, und zwar mit einem Krümmungsradius von 13 nun, das erfindungsgemäße Kabel einen kritischen Strom von 920 A zeigte, welcher gleich demjenigen gcmessi'ncn Snom w;ir, welcher zu beobachten war, wenn das Kabel überhaupt nicht gebogen wurde, womit bewiesen ist, daß eine Biegung senkrecht zur Bandebene mit einem Radius von 13 mm das erfindungsgemäße Kabel überhaupt nicht nachteilig beeinflußt Im Gegensatz dazu fiel der Wert des kritischen Stromes beim Vergleichskabel von 920A scharf auf 238 A ab, womit gezeigt ist, daß die NbjSn-Verbindung des Vergleichskabels beträchtlich beeinträchtigt wurde. Wenn beide Kabel in Richtung

to ihrer Schmalseiten gebogen wurden, und zwar mit einem Krümmungsradius von 25 mm, zeigte das erfindungsgemäße Kabel einen kritischen Strom von 915 A. Der kritische Strom nahm also um 5 A vom vorstehenden Wert von 920 ab; der gemessene kritische Strom von 915 A fällt jedoch noch in den Bereich zulässiger Meßfehler, so daß dadurch gezeigt ist, daß das erfindungsgemäße Kabel durch eine Biegung in Richtung seiner Schmalseite nicht beschädigt wurde. Im Gegensatz dazu verursachte eine Biegung des Ver-

gleichskabels in Richtung seiner Schmalseite einen scharfen Abfall des kritischen Stromes von 920A auf 72 A, wodurch gezeigt ist, daß die Nb₃Sn-Verbindung

des Vergleichskabels im wesentlichen zerstört wurde.

Deshalb kann das Vergleichskabel nur mit einem großen zulässigen Krümmungsradius gebogen werden, welcher wesentlich größer sein muß als beim erfindungsgemäßen Kabel, wenn die supraleitenden Eigenschaften nicht verschlechtert werden sollen, woraus hervorgeht, daß das Vergleichskabel nur brauchbar ist.

jo wenn es senkrecht zur Randebene mit ziemlich großem Krümmungsradius gebogen wird.

Beispiel 2

2310 Stäbe aus reinem Vanadium und ein Stab aus

is sauerstofffreiem Kupfer hoher Leitfähigkeit (OFHC-Kupfer), der mit Tantal überzogen war, wurden in eine Kupfer-Gallium-Legierungsmatrix eingebettet, welche 19 Gewichtsprozent Gallium enthielt, wobei der Kupferstab in der Mitte der Matrix angeordnet war. Der Verbundkörper wurde so lange gezogen, bis er einen Durchmesser von 0,5 mm hatte, und dann mit einer Steigung von 8 mm zu einem Strang verdrillt (verseilt). Sieben auf diese Weise hergestellte Stränge wurden miteinander mit einer Steigung von 25 mm zu einem hohlen Strangaufbau verseilt (verdrillt). Dieser Strangaufbau wurde in einer »Turk's-head«-Walzeinrichtung gewalzt, um einen Kabel-»Vorläufer« zu erzeugen, der einen Querschnitt von 0,2 mm χ 5,1 mm hatte. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Strangpackungsfaktor 89%.

so Dieser Kabel-»Vorläufer« wurde 50 Stunden lang bei einer Temperatur von 650°C in einem Ofen gehalten, der auf 0,0133Pa evakuiert war, wobei in der Zwischenschicht zwischen den Vanadiumstäben und der Kupfer-Gallium-Legierungsmatrix eine supraleitende VjGa-Verbindung erzeugt wurde. Das auf diese Weise hergestellte Kabel hatte einen zulässigen Biegeradius von 9,51 mm, wie aus der vorstehenden Beziehung (vgl. Beispiel 1) berechnet, wobei der Term fo aus den im Beispiel 1 angegebenen Gründen zwei Drittel von

bo 0,2 mm betrug und die zulässige Dehnung εο mit 0,6% berücksichtigt wurde.

Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Kabel wurde in zwei langgestreckte Abschnitte auseinandergeschnitten. Ein Abschnitt (Kabel I) wurde

hi mit einem kompakten, aus sieben Strängen aus sauerstofffreiem, hochleitfähigem Kupfer verseilten Kabel mit einem Querschnitt von 0,1 mm χ 5,1 mm in einem Bad aus geschmolzenem Indium laminiert

(beschichtet), wonach eine Isolation aus Polyvinylbutyralharz (10 um dick) aufgebracht wurde. Der andere Abschnitt (Kabel II) wurde 15 Minuten lang bei 600⁰C an Luft gehalten, um die Oberfläche der Stränge mit einer dichten Oxidschicht zu überziehen. Das auf diese Weise erwärmte Kabel II wurde weiterhin mit einer aus sauerstofffreiem, hochleitendem Kupfer bestehenden Folie mit 0,05 mm Dicke und 3 mm Breite, die mit einem Oberzug eines Polyvinylbutyralharzes versehen war, umwickelt

Es wurde durch beide Kabel I und II ein Strom hindurchgeleitet, während diese Kabel senkrecht zu ihrer Bandebene mit einem Krümmungsradius von 10 mm gebogen waren, und zwar bei einer Temperatur von 4,2 K und einem Magnetfeld von 7 T. Die Kabel I und Il wurden bei 890 bzw. 895 A normalleitend. Unterhalb dieser Stromstärke trat bei keinem der Kabel 1 oder II ein elektrischer Widerstand auf, <vodurch gezeigt ist, daß die supraleitenden Verbindungen nicht beschädigt wurden, und womit weiterhin gezeigt ist, daß die Fiexibilitäe der Kabel I und II gewährleistet ist Diese Tatsache zeigt, daß der berechnete zulässige Biegeradius Ab von 9,51 mm richtig war.

Weiterhin wurden die Kabel I und II um einen Kern (Solenoid) zu einer Spule gewickelt Dann wurde ein äußeres Magnetfeld angelegt, und eine Magnetisierungskurve mit Hilfe einer Abtastspule aufgenommen. Die Wechselstromverluste wurden aus der durch diese Kurve festgelegten Fläche berechnet Daß äußere Magnetfeld betrug 0,07 bis 1,8 T mit einer Frequenz von jo 0.005 bis 0,5 Hz und dreieckige Wellenform. Während die Hysteresis-Verluste von VsGa im wesentlichen in den beiden Kabeln I und II gleich waren, zeigte das Kabel I etwas größere Hysteresis-Verluste aufgrund des normalleitenden Metalls. Dieser unerwünschte Effekt wurde durch starke Wirbelstromverluste in dem aus OFHC-Kupfer und Indium bestehenden normalleitenden Metall verursacht, und die Unterdrückung des Kopplungsstromes war nicht zufriedenstellend, weil die entsprechenden Stränge nicht isoliert waren. Im Gegensatz dazu zeigte es sich beim Kabel II, bei welchem die entsprechenden Stränge durch eine Isolation voneinander getrennt waren, daß insgesamt sehr geringe, vom normalleitenden Metall herrührende Verluste auftraten.

Beispiel 3

Dreizehn Strang-»Vorläufer« gemäß Beispiel 1, in welchen die supraleitende Verbindung NbsSn noch nicht erzeugt war, und zwei Silberdrähte mit einem Außendurchmesser von 0,3 mm, die mit einer Cu — Sn-Legierung beschichtet waren, wurden mit einer Steigung von 15 mm zu einem hohlen Strangaufbau verseilt. Der Strangaufbau wurde mittels einer »Turk'shead«-Walzeinrichtung gewalzt, wodurch ein verseiltes, kompaktes Kabel-»Vorläufer« mit einem Querschnitt von 0,25x4,1 mm hergestellt wurde. Dieser Kabel- »Vorläufer« wurde in eine Nut mit einem Querschnitt von 0,255 χ 4,11 mm in einer Kupferfolie aus sauerstofffreiem, hochleitendem Kupfer (OFHC-Kupfer) mit einer Dicke von 50 μΐη eingesetzt, die mit einem Band aus rostfreiem Stahl von 10 μίτι Dicke beschichtet war, wodurch ein Verbundkörper gemäß F i g. 10 ausgebildet wurde. Der Verbundkörper wurde 34,5 Stunden bei 680°C und bei einem Druck von 120Pa in einem μ Vakuumofen einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei eine supraleitende Nb₃Sn-Verbindung in der Zwischenschicht zwischen den Niob-Adern und der Kupfer-Zinn-Legierungsmatrix in jedem Strang gebildet wurde. Der Verbundkörper wurde weiterhin 30 Minuten lang in dem auf 6,6 · IO-³ Pa evakuierten Ofen gehalten, und anschließend abgekühlt Das auf diese Weise hergestellte Kabel wurde in einem Bad aus geschmolzenem Indium mit Indium imprägniert (getränkt).

Wenn Strom bei einer Temperatur von 4,2 K und einem Magnetfeld von 7 T durch das Kabel hindurchgeleitet wurde, welches mit einem Krümmungsradius von 13^ mm gebogen war, wurde das Kabel bei 790A normalleitend. Zu dieser Zeit betrug die Stromdichte 8,9 χ 10⁴ A/cm², wie im Beispiel 1. Dadurch wurde gezeigt daß das Kabel gemäß Beispiel 3 ebenfalls ausreichende Flexibilität aufweist wenn es mit einem Krümmungsradius von 13,5 mm gebogen ist Der zulässige Biegeradius des Kabels beträgt nach vorstehender Beziehung (vgl Beispiel 1) 10,7 mm.

Beispiel 4

Sieben Strang-»Vorläufer« gemäß Beispiel 2, in denen noch eine supraleitende V₃Ga-Verbindung erzeugt war, wurden in der Weise verseilt daß ein hohler verseilter Strangaufbau gemäß Beispiel 2 gebildet wurde. Ein Band aus rostfreiem Stahl mit Abmessungen von 0,1 χ 3,0 mm wurde in den hohlen Zentrumsabschnitt eingesetzt. Der Strangaufbau wurde mit einer »Turkhead«-Walzeinrichtung gewalzt und ein verseilter, kompakter Kabel-»Vorläufer« erzeugt der einen Querschnitt von 0,2 mm χ 5,1 mm hatte. Vier derartige Kabel-»Vprläufer« wurden mit einer Steigung von 20 mm um ein quadratisches Kupferrohr aus sauerstofffreiem, hochleitendem OFHC-Kupfer mit Außenabmessungen von 5,0 mm χ 5,0 mm und Innenabmessungen von 3,5 mm χ 34 mm herum verdrillt Das Kupferrohr wies eine Rundung mit einem Radius von 0,2 mm an jeder Ecke seines Querschnittes auf. Der Verbundkörper wurde mittels einer »Turk-head«-Walzeinrichtung derart gewalzt, daß ein quadratischer, hohler Kabel- »Vorläufer« mit Außenabmessungen von 5,4 mm χ 5,4 mm gebildet wurde. Dieser gewalzte Kabel-» Vorlauf er« wurde 50 Stunden lang bei 650° C in einem Vakuumofen gehalten, der auf 0,0133 Pa evakuiert war, wobei eine supraleitende VjGa-Verbindung in der Zwischenschicht zwischen einem Vanadiumstab und einer Kupfer-Gallium-Legierungsmatrix in jedem Strang erzeugt wurde. Die noch im Kabel vorhandenen Hohlräume, wurden mit Indium ausgefüllt Danach wurde die Oberfläche des Kabels mit einer 10 μπι dicken Schicht aus Polyimidharz versehen (isoliert).

Es wurde bei einer Temperatur von 4,2 K und einem Magnetfeld von 7 T ein Strom durch das Kabel hindurchgeleitet welches in Kreisform mit einem Durchmesser von 250 mm gebracht war. Danach wurde das Kabel bei 4305 A in normalleitendem Zustand überführt. Das Kabel gemäß Beispiel 4 hatte dieselbe Stromdichte wie das Kabel gemäß Beispiel 2 und zeigte ausreichende Flexibilität.

Beispiel 5

Fünfzehn Nb-Stäbe mit einem Durchmesser von 3 mm wurden als Adern in eine Cu-Sn-Legierungsmatrix mit einem Außendurchmesser von 40 mm und mit einer Höhe von 100 mrn eingesetzt, welche 10% Zinn enthielt. Der auf diese Weise gebildete Verbundkörper wurde bei 800⁰C stranggepreßt und auf einen Außendurchmesser von 10 mm reduziert und dann weiterhin bei 550°C bis auf einen Außendurchmesser

von 1 mm gezogea Dieser Draht mit einem Durchmesser von 1 mm wurde mit einer Steigung von 5 mm verdrillt Nachdem der Draht auf die Hälfte seines ursprünglichen Querschnittes gezogen war, wurde der verdrillte Draht be: 500° C geglüht und dann weiter auf einen Außendurchmesser von 03 mm gezogen. Fünfzehn derartige Drähte von 03 mm wurden mit einer Steigung von 20 mm verseilt, um einen hohlen Strangaufbau zu bilden. Dieser hohle Strangaufbau wurde mit einer »Turk-head«-Walzeinrichtung gewalzt, ι ο welche auf 550° C aufgeheizt war, und ein flacner, rechteckige?, kompakter aus Strängen verseilter Kabel- »Vorläufer« mit einer Dicke von 0,4 mm und einer Breite von 3,5 mm erzeugt Dieser Kabel-»Vorläufer« wurde 50 Stunden lang einer Diffusionswärmebehandlung bei 68O⁰C ausgesetzt, wobei eine 3 μπι dicke supraleitende NbjSn-Verbindung in der Zwischenschicht zwischen der Cu - SN-Legierungsmatrix und den Nb-Adern in jedem Strang erzeugt wurde. In diesem Falle betrug das Verhältnis der kleineren Achse zu der größeren Achse des Querschnittes der eine supraleitende Verbindung aufweisenden Ader 1 : 1,7. Die Oberseite und die Unterseite des Kabels wurden mit einer 20 μπι dicken Kupferfolie beschichtet, wobei Indium als Lötmittel verwendet wurde. Ein aus Polyamid bestehendes Isolierband mit einer Dicke von 10 μπι und einer Breite von 4 mm wurde wendelförmig um die Außenseite der Kupferfolie herumgewickelt. Der Strangaufbau wurde in Stücke mit einer Länge von 50 mm zerschnitten, um einzelne Proben zu erzeugen. J" Der kritische Strom der jeweiligen Proben wurde gemessen, wobei die Richtung eines äußeren Magner'eldes (welches bei einer Temperatur von 4,2 K und einem Magnetfeld von 5 T angelegt war) in bezug auf die Bandebene der Proben verändert wurde. Die Meßer- a gebnisse zeigten, daß die Proben kritische Stromwerte innerhalb des Bereiches von 1580 ± 10 A aufweisen und keine Strom-Anisotropie zeigten.

Vergleichsbeispiel 1

40

Der Verbundkörper aus fünfzehn Nb-Stäben als Adern in einer Cu- Sn-Legierungsmatrix gemäß Beispiel 5 wurde derart stranggepreßt, daß der Außendurchmesser auf 10 mm vermindert wurde, und anschließend gezogen und bei 650° C geglüht, also einer höheren Temperatur als der Nb-Rekristallisationstemperatur von 580° C Ein dünnes supraleitendes Verbundkabel aus verseilten Strängen mit mehreren Adern wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt Das Verhältnis der kleineren Achse des Querschnittes, der eine supraleitende Verbindung aufweisenden Ader zu der größeren Achse betrug 1 :11,5.

Bei derselben Messung, wie in Beispiel 5, zeigte das wie vorstehend beschrieben hergestellte Kabel eine derart große Strom-Anisotropie, daß das Kabel einen kritischen Strom von 1050A bei einem in einer Richtung parallel zu der Bandebene bzw. Breitseite des Kabels angelegten Magnetfeld aufwies, während der kritische Strom bei einem in einer Richtung vertikal zur Bandebene angelegten Magnetfeld 1590 A betrug. ω

Beispiel 6

Sieben Kupfer-Stäbe 11 wurden gemäß Fig. 17B in (wie bei einer Lotuswurzel) statistisch verteilte Bohrungen in einen Tantalstab 10 eingesetzt. Die Außenseite b5 des Tantalstabs 10 war mit einem Silberrohr 32 bedeckt, so daß ein Verbundstab mit einem Außendurchmesser von 21 mm gebildet wurde. Dreißig Vanadium-Stäbe 7 mit einem Durchmesser von 3 mm wurden im Abstand voneinander senkrecht um den Verbundstab herum angeordnet Eine geschmolzene Cu-Ga-Legierung, welche 18 Gewichtsprozent Gallium enthielt, wurde in die Zwischenräume zwischen den V-Stäben 7 hineingegossen, um einen Verbundkörper mit einem Außendurchmesser von 45 mm zu erzeugen.

Dieser Verbundkörper wurde in einen hexagonalen Stab umgeformt dessen Seite jeweils 4 mm betrug, bei einer Länge von 80 mm, wobei diese Form durch Strangpressen und Ziehen hergestellt wurde. 61 hexagonale Stäbe wurden in ein Cu — Ga-Legierungsrohr eingesetzt welches 10 Gewichtsprozent Gallium enthielt und einen Außendurchmesser von 45 mm hatte, während der Innendurchmesser 39 mm betrug und die Länge 85 mm war. Die Anordnung wurde gezogen, bis ihr Außendurchmesser auf 0,3 mm reduziert war. Ein auf diese Weise hergestellter Draht wurde mit einer Steigung von 10 mm verdrillt, um einen Strang 9 zu erzeugen. Fünfzehn derartige Stränge 9 wurden mit einer Steigung von 20 mm verseilt, um einen hohlen Strangaufbau zu bilden. Dieser hohle Strangaufbau wurde in einer »Turk's-head«-Walzeinrichtung gewalzt, wobei ein Kabel mit einem flachen, rechteckigen Querschnitt erzeugt wurde, genauer gesagt, ein KabeI-»Vorläufer«„ dessen Querschnitt

0,25 mm χ 4,1 mm betrug, wie in F i g. 22 dargestellt (zur Vereinfachung sind nur 9 Stränge dargestellt). Damit wurde ein Strangpackungsfaktor von 95% erreicht. Dieser Kabel-»Vorläufer« wurde 50 Stunden lang einer Wärmebehandlung bei 625° C in einem Vakuumofen ausgesetzt, der auf 0,0133Pa evakuiert war, und es wurde auf diese Weise eine supraleitende VaGa-Verbindung in der Zwischenschicht zwischen den Vanadium-Adern und einer Kupfer-Gallium-Legierungsmatrix in jedem Strang gebildet.

Bei einer Untersuchung des Querschnittes dieses Kabels mit einem optischen Mikroskop zeigte, daß die Tantalgrenzschicht im Strang eine gleichförmige Dicke hatte und daß die Hülle dicht an dem Strang anlag. Es wird angenommen, daß dieses Ergebnis auf die Verstärkung durch ein weiches stabilisierendes Material und den Spannungsabbau durch die Silberschicht, die auf die Außenseite des Tantalrohres aufgebracht war, zurückzuführen ist. Bei einem bekannten Reaktionssystem zur Bildung einer supraleitenden V₃Ga-Verbindung ohne Silber an der richtigen Stelle waren 75 Stunden erforderlich, um die Reaktion zum Abschluß zu bringen. Hingegen war beim Reaktionssystem nach Beispiel 6 mit Silber an der geeigneten Stelle nach 50 Stunden die Reaktion abgeschlossen. Dies dürfte dadurch bedingt sein, daß die Diffusionsreaktion durch die katalytische Wirkung von Silber gefördert wurde. Weiterhin wurde bei der Messung des Widerstandes des stabilisierenden Materials festgestellt, daß dieser im wesentlichen dem spezifischen Widerstand des Kupfers vor seiner Verwendung im Verbundstrang entsprach. Obwohl also die Tantalgrenzschicht nur 1 μΐη dick war, fand keine wechselseitige Diffusion in einem Ausmaß statt, daß das stabilisierende Metall verunreinigt worden wäre.

Beispiel 7

Siebzehn reine Niob-Stäbe wurden in eine Kupfer Zinr Legierung eingebettet, welche 10 Gewichtsprozent Zinn enthielt. Dieser Verbund-Körper wurde in einen Draht mit einem Außendurchmesser von 0,3 mm gezogen. Dieser Draht wurde mit einer Steigung von

10 mm zu einem Strang gewickelt. Fünfzehn solcher Stränge wurden mit einer Steigung von 20 mm zu einem hohlen Strangaufbau verseilt. Dieser hohle Strangaufbau wurde mit einer »Turk's-head«-Walzeinrichtung gewalzt, so daß ein kompakter, verseilter Kabel-»Vorläufer« I erzeugt wurde, der einen Querschnitt von 0,25 mm χ 4,1 mm hatte. Einer dieser Kabelvorläufer mit einer bestimmten Länge wurde nochmals auf eine Verseilungsmaschine gebracht, um einen der Stränge durch Abwickeln aus dem Strangaufbau zu entnehmen. Eine dabei erzeugte Hohlnul wurde mit einem Kupferband von 0,12 mm χ 0,55 mm Querschnitt ausgefüllt, dessen Oberfläche mit einer Kupferoxidschicht von 2 μιη abgedeckt war, so daß ein kompakter, verseilter Kabelvorläufer II mit einem Querschnitt von 0,25 mm χ 4,1 mm gebildet wurde. Einer der Kabel vorläufer II wurde nochmals auf eine Verseilungsmaschine gebracht, um einen der Stränge zu entnehmen, jedoch nicht das Kupferband. Die dabei erzeugte Nut wurde mit einem Wolframband von 0,12 mm χ 0,55 mm Querschnitt ausgefüllt. Dieser Strangaufbau wurde nochmals leicht komprimiert, und zwar mittels einer »Turk'shead«-Walzeinrichtung, wobei ein kompakter, verseilter Kabelvorläufer III mit einem Querschnitt von 0,25mm + 4,l mm erzeugt wurde. Jeder dieser Kabelvorläufer I, II und III wurde 40 Stunden lang auf 680⁰C in einem Vakuumofen gehalten, der auf 0,0133 Pa evakuiert war, wobei eine supraleitende NbsSn-Verbindung in der Zwischenschicht zwischen den Niob-Adern und der Matrix der Kupfer-Zinn-Legierung in jedem Strang erzeugt wurde.

Es wurde bei einer Temperatur von 4,2 K und einem Magnetfeld von 7 T ein Strom durch eine Gruppe solcher Kabel hindurchgeleitet, die mit Indium getränkt waren, und ebenfalls durch eine andere Gruppe, die nicht mit Indium getränkt war. Es wurde der Strom Ic gemessen, bei welchem die Kabel in den normalleitenden Zustand überführt wurden. Bei den mit Indium getränkten Kabeln I, II, III wurden kritische Ströme /<r(i) von 920 A, /c(ii) von 870 A und /c(iii) von 797 A gemessen, so daß also die supraleitenden Verbindungen dieser Kabel die gleiche kritische Stromdichte hatten. Bei den nicht mit Indium getränkten Kabeln I, H, IH wurden kritische Ströme /c(i) von 870 A, /c(n) von 858 A und Ic(\u) von 797 A gemessen. Bei der letzten Gruppe brannte das Kabel I durch, während es in den normaileitenden Zustand überführt wurde, nachdem zunächst ein Strom hindurchgeflossen war. Die Proben

11 und II weisen ausreichende Stabilität auf.
Weiterhin wurde eine Messung des kritischen

Stromes bei den mit Indium getränkten Kabeln 1, II und III durchgeführt, welche unter einer bestimmten Last in eine Kxeistorm mit einem Durchmesser von 3ö mm gebogen waren. Die Meßwerte sind in der Fig.31 dargestellt, und zwar die unter Last gemessenen kritischen Stromwerte Iqw), geteilt durch die ohne Last gemessenen kritischen Stromwerte Iqo) als Standard. Bei den unter Last gemessenen Werten waren beim Kabel II die niedrigsten kritischen Stromwerte zu beobachten, während bei der Probe HI die höchsten kritischen Stromwerte gemessen wurden. Die besten Werte des Kabels III konnten der Anwendung von Wolfram als Verstärkungsmaterial zugeschrieben werden.

Beispiel 8

2310 Stäbe aus reinem Vanadium und ein Stab aus Tantal welcher mit einer Hülle von sauerstofffreiem.

hochleitendem OFHC-Kupfer umgeben war, wurden in eine Kupfer-Gallium-Legierung eingebettet, die 19 Gewichtsprozent Gallium enthielt. Dieser Verbundkörper wurde wiederholt bei 500°C geglüht, und durch

r, Ziehen auf einen Durchmesser von 0,5 mm reduziert, um einen Strang herzustellen. Getrennt davon wurde ein verstärkender, kompakter (verdichteter), verseilter Draht mit einem Strang aus rostfreiem Stahl mit einem Querschnitt von 0,06 mm χ 2,5 mm hergestellt. Dabei

in wurde ein Dorn 30 (siehe Fig. 27) in einer Hohlstrangverseilungsmaschine (sihe Fig. 18) eingesetzt. Sieben der vorstehenden Stränge mit Vanadiumader wurden mit einer Steigung von 25 mm um den Dorn 30 herum verseilt bzw. verdrillt (siehe F i g. 27), der eine Bohrung

π mit einer rechteckigen öffnung 29 von 1x4 mm aufwies. Der verstärkende Stahldraht wurde durch die rechteckige öffnung 29 eingeführt. Der so hergestellte Strangaufbau wurde mittels einer »Turk's-head«-Walzeinrichtung gewalzt und ein flacher, verseilter Kabel- »Vorläufer« mit einem rechteckigen Querschnitt von 0,25 mm χ 5,1 mm erzeugt. Dieser Kabelvorläufer wurde 50 Stunden lang bei 650⁰C in einem Vakuumofen geglüht, der auf 0,0133 Pa evakuiert war, wobei eine supraleitende V₃Ga-Verbindung in der Zwischenschicht zwischen den Vanadiumadern und der Kupfer-Gallium-Legierungsmatrix in jedem Strang gebildet wurde.

Getrennt davon wurde zum Vergleich ein erfindungsgemäßes aber nichtverstärktes supraleitendes Verbundkabel erzeugt, welches denselben Querschnitt von

id 0,25 mm χ 5,1 mm hatte. Bei beiden Kabeln wurden die Hohlräume mit Indium ausgefüllt, und sie wurden senkrecht zur Bandebene und in der Bandebene in Richtung der Kabelschmalseiten gebogen. Nachdem ein Strom bei einer Temperatur von 4,2 K und einem Magnetfeld von 7 T hindurchgeleitet wurde, zeigten die zwei Kabel nur geringe Unterschiede. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist also ausreichende Flexibilität sowohl senkrecht zur Bandebene des Kabels aus auch in der Bandebene

4(i gewährleistet und zwar unabhängig davon, ob eine Verstärkung vorhanden ist

Beispiel 9

Siebzehn Stäbe aus reinem Niob wurden in eine Kupfer-Zinn-Legierung eingebettet, welche 10 Gewichtsprozent Zinn enthielt Dieser Verbundkörper wurde wiederholt bei 550⁰C geglüht und zu einem Draht mit einem Außendurchmesser von 03 mm gezogen. Dieser Draht wurde mit einer Steigung von 10 mm verdrillt um einen Strang zu bilden. Fünfzehn solcher Stränge wurden durch eine Ziehform 22 entlang dem Dorn 27 gezogen (siehe F i g. 23), so daß ein hohler Strangaufbau 20b aus mit einer Steigung von 20 mm verseilten Strängen gebildet wurde. Dieser hohle Strangaufbau wurde mittels einer »Turk's-head-Walzeinrichtung (in zwei Richtungen) gewalzt wobei ein Kabel mit Trapezform oder Keflform als Kabel-» Vorläufer« mit einem Querschnitt erzeugt wurde, der die Abmessungen 037 mm χ 33 mm χ 0,43 mm aufwies, wie in Fig.4C dargestellt Ein solcher Kabelvorläufer mit einer Länge von 200 m wurde zu einer Spule mit einem Durchmesser von 20 cm gewickelt Diese Spule wurde einer Wärmebehandlung bei 680⁰C in einem Ofen ausgesetzt während das Vakuum gemäß Fig.32 verändert wurde. Die Evakuierung begann an einem Punkt Λ wobei der Innendruck des Ofens auf etwa

133 Pa gesenkt wurde. Eine Stunde später, als der Druck auf atmosphärischen Druck erhöht wurde, wurde der Kabelvorläufer aus dem Ofen herausgenommen und mittels einer »Turk's-head«-Walzeinrichtung gewalzt, bis er einen verminderten Querschnitt aufwies, der noch etwa 30% des ursprünglichen Querschnitts betrug, nämlich Abmessungen von 0,21 mm χ 4,1 mm χ 0,29 mm aufwies. Dieser in seinem Querschnitt reduzierte Kabelvorläufer wurde erneut in den Ofen gebracht und 30 Stunden lang in dem Ofen gehalten, vom Punkt ßbis zum Punkt C, wobei der Innendruck des Ofens auf etwa 133 Pa gesenkt war. Das Kabel wurde dann weiterhin etwa eine Stunde lang vom Punkt Cbis zum Punkt £im Ofen weiterbehandelt, wobei das Vakuum auf 4χ 10"³Pa gebracht wurde. Die oben beschriebene Wärmebehandlung wurde bis zum Punkt E fortgesetzt. An diesem Punkt wurde die Wärmebehandlung zum Abschluß gebracht. Wenn ein Teil des dieser Wärmebehandlung ausgesetzten Kabels abgeschnitten und die darin angeordneten verseilten Stränge abgewickelt wurden, zeigte sich, daß keine wechselseitige Diffusion zwischen den entsprechenden Strängen aufgetreten war, so daß diese Stränge leicht voneinander gelöst werden konnten.

Zum Vergleich mit dem supraleitenden Verbundkabel gemäß Beispiel 9 wurde ein Vergleichskabel hergestellt, welches denselben Querschnitt von

0,21 mm χ 4,1 mm χ 0,29 mm aufwies und welches der Diffusionswärmebehandlung gemäß Fig.32 entlang den Punkten A, B, D und E unterzogen wurde. Dieses Vergleichskabel wurde nach der entsprechenden Wärmebehandlung auseinandergeschnitten, um zu versuchen, die verseilten Stränge voneinander zu lösen. Dabei zeigte sich, daß die betreffenden Stränge aufgrund wechselseitiger Diffusion aneinanderhafteten, so daß sie nicht voneinander getrennt werden konnten.

Wenn sowohl das Kabel gemäß Beispiel 9 als auch das Vergleichskabel mit einem Krümmungsradius von 13 mm gebogen wurden, nachdem die Hohlräume oder Zwischenräume mit Indium gefüllt waren und ein Strom durch die Kabel bei einer Temperatur von 4,2 K und einem Magnetfeld von 7 T geführt wurde, dann wurde das Kabel gemäß Beispiel 9 bei 920 A normalleitend, während das Vergleichskabel bei 238 A normalleitend wurde. Der Grund besteht darin, daß wegen der infolge wechselseitiger Diffusion miteinander verschmolzenen und aneinander haftenden Stränge der zulässige Biegeradius des Vergleichskabels vergrößert wurde, was bei dem Kabel gemäß Beispiel 9 nicht der Fall war. Bei einem kleineren als dem zulässigen Biegeradius verschlechtert sich die supraleitende Eigenschaft der jeweiligen Verbindung zwangsläufig wesentlich. Der theoretisch zulässige Biegeradius war 9,5 mm für das Kabel gemäß Beispiel 9, er betrug jedoch 19,9 mm für das Vergleichskabel.

Beispiel 10

Siebzehn Stäbe aus reinem Niob wurden in eine Kupfer-Zinn-Legierung eingebettet, welche 10 Ge-

ID wichtsprozent Zinn enthielt. Der Verbundkörper wurde zu einem Draht mit einem Außendurchmesser von 0,3 mm gezogen. Dieser Draht wurde mit einer Steigung von 10 mm verdrillt, um einen Strang herzustellen. Fünfzehn solcher Stränge wurden mit einer Steigung von 20 mm zur Ausbildung eines hohlen Strangaufbaus verseilt. Dieser hohle Strangaufbau wurde mittels einer »Turk'-head«-Waizeinrichtung gewalzt, mn einen flachen, rechteckigen, verseilten Kabel-»Vorläufer« zu bilden, der einen Querschnitt von 0,25 mm χ 4,1 mm aufwies. Dieser Kabelvorläufer wurde 40 Stunden lang bei 680° C in einem Vakuumofen gehalten, der auf 0,0133 Pa evakuiert war, wobei eine supraleitende Nb3Sn-Verbindung in der Zwischenschicht zwischen den Niobkernen und der Kupfer-Zinn-Legierungsmatrix in jedem Strang erzeugt wurde (Kabel I). Weiterhin wurde ein Draht hergestellt, der aus 3025 Niobkernen bestand die in einer Kupfer-Zinn-Legierungsmatrix eingebettet waren, welche 10 Gewichtsprozent Zinn enthielt. Dieser Draht wurde mit einer Steigung von 20 mm verdrillt und durch Walzen in die Form eines mehradrigen Bandes gebracht, welches einen Querschnitt von 2 mm χ 4,1 mm aufwies. Es wurde dann unter den vorstehend genannten Bedingungen eine Diffusionswärmebehandlung ausgeführt, wobei eine supralei-

j5 tende Nb₃Sn-Verbindung erzeugt wurde (Kabel II). Weiterhin wurden eine Vanadiumhülse mit inneren Abmessungen von 2,3 mm χ 4,2 mm χ 30 mm und mit Außenabmessungen von 3,3 mm χ 5,2 mm χ 30 mm sowie sieben Vanadiumstäbe mit einem Durchmesser von 1,3 mm hergestellt. Diese Hülse und die Stäbe wurden in ein Bad aus geschmolzenem Gallium bei einer Temperatur von etwa 300⁰C eingetaucht Nachdem die Hülse iiP'i f^e Stäbe aus dem Bad herausgenommen v... .·., wuiüu,: ',i 5 ;-.!.-■. ^r eine Temperatur von 900° C gebracht, wobei eine VsGa-Schicht mit einer Dicke von 10 μπι auf der Oberfläche der Vanadiumhülse und der Vanadiumstäbe gebildet wurde. Die Hülse und die Stäbe wurden mit Gallium mit einer Dicke von 50 μπι plattiert Mittels der Ga-plattierten V-Hülse sowie der V-Stäbe

so lassen sich die Kabel I und H zusammenfügen.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Supraleitendes Verbundkabel mit rechteckigem oder trapezförmigem Querschnitt mit mehreren jeweils mit einer Steigerung entsprechend dem 2fachen bis 200fachen ihres Durchmessers verdrillten Strängen, die jeweils mindestens eine sich in Längsrichtung des Stranges erstreckende Faser aus einer supraleitenden Verbindung aufweisen und in einzelnen Lagen angeordnet und unter einer Strangsteigung P vom 2fachen bis 20fachen der Kabelbreite W in der axialen Richtung des Kabels verseilt sind, wobei die Gesamtquerschnittsfläche aller Kabelstränge mehr als 50% der Kabelquer-Schnittsfläche beträgt, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das Verhältnis der Kabelbreite W zur Kabeldicke fvon 1 bis 100 beträgt und

b) daß die folgende Beziehung erfüllt ist:

to

Ro

to =

20

maximal zulässige Kabeldicke
minimal zulässiger Biegeradius der neutralen Faser des Kabels

die gegenüber Beeinträchtigungen ihrer supraleitenden Eigenschaften obere Dehnungsgrenze der supraleitenden Verbindung.

30

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (9) einen elliptischen oder einen flachen Querschnitt aufweisen und in einzelnen Schichten angeordnet sind.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein stabilisierendes Metall (U), wie Kupfer, Gold, Silber und Aluminium, enthaltende Stränge vorgesehen sind.

4. Kabel nach einem der Anspruchs 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der kleineren und der größeren Achse des Querschnittes eines eine supraleitende Verbindung (7) aufweisenden Kerns des Strangs (9) von 1,0 bis 0,5 4 beträgt.

5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einige Stränge (9) durch solche aus einem stabilisierenden Metall (U) und/oder aus einem Verstärkungsmaterial (13) ersetzt sind.

6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Kabels in ein stabilisierendes Metall (11) und/oder ein verstärkendes Material (13) eingebettet ist.

7. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in einzelnen Schichten gelegten Strängen (9) ein verstärkendes Material (13) angeordnet ist.

8. Kabel nach einetn der Ansprüche 1 bis 7, eo dadurch gekennzeichnet, daß ein weiches Metall (14) oder ein elektrisch isolierendes Material (16) in die zwischen den Strängen (9) liegenden Hohlräume eingebracht oder daß ein derartiges Material auf die Außenseite aufgebracht ist. μ

9. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (9, 11, 13) mit einem Material (15, 16) beschichtet sind, das einen hohen elektrischen Widerstand oder eine gute elektrische Isolierung aufweist

10. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf einer der beiden Oberflächen seiner breiten Seiten ein stabilisierendes Metall (11), ein Verstäricungsmaterial (13) und/oder ein elektrisch isolierendes Material (16) vorgesehen ist

11. Kabel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß das stabilisierende Metall (H), das verstärkende Material (13) und/oder das elektrisch isolierende Material (16) in Form einer verseilten Anordnung vorgesehen ist und daß diese Anordnung einen rechteckigen oder einen trapezförmigen Querschnitt aufweist

12. Kabel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verseilte Anordnung mit einem Material (15, 16) beschichtet ist, das einen hohen elektrischen Widerstand oder eine gute elektrische Isolierung aufweist

13. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch isoliertes, stabilisierendes Metall (17), ein elektrisch isoliertes, verstärkendes Material (17) und/oder ein elektrisch isolierendes Material (17) auf die Oberfläche des Kabels (12) durch Umwickeln aufgebracht ist.

14. Hochstromkabel, bestehend aus mehreren, als Sekundärstränge miteinander verseilten Kabeln (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.

15. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Verbundkabels, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, durch Verseilen mehrerer Stränge, Vermindern des Querschnittes des verseilten Aufbaus durch Ziehen und anschließendes Erhitzen, gekennzeichnet durch folgende weitere Verfahrensschritte:

(a) Verseilen der Stränge (19) unter Bildung hohler Abschnitte entlang und innerhalb des verseilten Ajfbaus(20),

(b) Ziehen des verseilten Aufbaus (20) durch eine Ziehform (22), so daß die Bogenlänge im Querschnitt der zwei Zwischenflächen, die durch Berührung zwischen einem Strang (19|) und den zwei benachbarten Strängen (192, 193) gebildet wird, 20 bis 70% des Umfangs des Stranges (19) beträgt,

(c) Abflachen des verseilten Strangaufbaus (20) unter Eliminieren der Hohlräume und Bildung eines rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitts, so daß die Gesamtquerschnittsfläche aller Stränge (19) mehr als 50% des umschriebenen Rechtecks oder Trapezes beträgt,

(d) Erhitzen des entsprechend geformten Aufbaus (20) auf eine Temperatur, bei der eine supraleitende Verbindung in Form einzelner Fasern oder Drähte in den Strängen (19) durch Diffusionswärmebehandlung gebildet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehform (22) in der axialen Richtung und am Eintrittsende der Form mit einem Dorn (27) oder einem schwimmenden Stab ausgestattet ist, an dem der aus einzelnen Strängen (19) bestehende hohle Aufbau (20) entlanggeführt wird, um ein Herausrutschen der Stränge (19) aus den hohlen, aus einzelnen Strängen (19) gebildeten

Aufbau (20) zu verhindern.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Strangs (9, 19) ein stabilisierendes Metall (11), enthaltend Kupfer, Silber, Aluminium, Gold, Magnesium und/ oder Blei von einem Trennmaterial (10), enthaltend Niob, Vanadium und/oder Tantal, umgeben wird, daß das Trennmaterial mit einem eine Diffusionsreaktion steuernden Material (32), enthaltend Kupfer, Silber, Aluminium, Gold, Magnesium und/cder Blei umgeben wird und daß die äußere Oberfläche des die Diffusionsreaktion steuernden Materials (32) von einem eine supraleitende Verbindung auf Niob- oder Vanadium-Basis bildenden metallischen Element (6) oder von einer Legierung in Kontakt mit einem anderen die supraleitende Verbindung bildenden Metallelement (8) oder einer Metallegierung umgeben wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verformen des Kabels wiederholt ein Warmformen bei einer Temperatur erfolgt, die zwischen den beiden Rekristallisationstemperaturen der die supraleitende Verbindung bildenden Metallkomponenten (6,8) in dem Strang (9, 19) liegt, oder daß bei einer Temperatur in dem oben definierten Temperaturbereich wiederholt geglüht und anschließend kaltgeformt wird, so daß nach dem Formvorgang das Verhältnis zwischen der kleineren und der größeren Achse des Querschnittes des Kernmaterials in dem Strang (9,19) von 1,0 bis 0,5 beträgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis! 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionswärmebehandlung bei atmosphärischem Druck bis zu einem Druck von 0,133 Pa erfolgt, bevor eine y, supraleitende Verbindung (7) in einem Strang (9,19) ausgebildet wird, daß wenigstens die Oberfläche des Stranges (9,19) mit Kupfer oder einer Kupferlegierung versehen v/ird und daß nach der Ausbildung der supraleitenden Verbindung (7) in einem höheren Vakuum als 0,133 Pa oder in einer reduzierenden Atmosphäre weitergearbeitet wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach der Diffusionswärmebehandlung einige der verseilten Stränge (9, 19) herausgenommen werden und in einer oder mehreren auf diese Weise erzeugten Nuten ein stabilisierendes Metall (11) und/oder ein verstärkendes Material (13) eingefüllt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, 5(1 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stränge (19) derart miteinander verdrillt oder verseilt werden, daß ein kernloser Abschnitt im Zentrum entsteht, und daß der kernlose Aufbau (20) aus verdrillten oder verseilten Strängen (19) durch eine Ziehform (22) hindurchgeführt und dabei ein verstärkendes Kernmaterial (28) in den kernlosen Abschnitt eingefügt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strang (19) entlang der Außenseite eines hohlen Dorns (27, 30) oder eines schwimmenden Stabes oder entlang eines Elementes, dessen Zentrum in der Längsrichtung einen Schlitz (29) aufweist, in die Form (22) und das Kernmaterial (28) durch die öffnung oder den tv5 Schlitz (29) in die Form (22) eingeführt wird.

An einem supraleitenden Verbunddraht oder ein supraleitendes Verbundkabel sind unter anderem die folgenden Anforderungen zu stellen: