DE2711496A1 - Verfahren zur verminderung innerer spannungen in supraleitern - Google Patents

Verfahren zur verminderung innerer spannungen in supraleitern

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 77 p 7 5 f Q BRD
Verfahren zur Verminderung innerer Spannungen in Supraleitern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung innerer Spannungen in einem Supraleiter, der eine supraleitende Verbindung enthält, die aue zwei Komponenten dadurch gebildet wird, daß ein Vorprodukt mit diesen Komponenten einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Aus zwei Komponenten mit jeweils einem Element bestehende supraleitende intermetallische Verbindungen wie beispielsweise Nb,Sn oder V,Ga, die vom Typ A,B sind und A15-Metallstruktur besitzen, haben sehr gute Supraleitungseigenschaften und zeichnen sich Insbesondere durch ein hohes kritisches Magnetfeld B-, eine hohe Sprungtemperatur T und eine hohe kritische Stromdichte I aus. Sie eignen sich deshalb besonders als Leiter für Supraleitungsspulen zum Erzeugen starker Magnetfelder.
Darüber hinaus sind auch Ternärverbindungen wie beispielsweise Niob-Aluminium-Germanlum Nb5Al0 3Ge0 2 von besonderem Interesse. Da diese Verbindungen im allgemeinen sehr spröde sind, ist jedoch ihre Herstellung in einer bespielsweise für Magnetspulen geeigneten Form schwierig. Es sind mehrere Verfahren bekannt, die eine Herstellung von Supraleitern mit intermetallischen Verbindungen aus zwei Komponenten in Form langer Drähte oder Bänder ermöglichen. Diese Verfahren dienen besonders zur Herstellung von sogenannten Vielkernleitern mit in einer normalleitenden Matrix angeordneten Drähten, bei-
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spielsweise aus Nb,Snoder V5Ga1 oder mit Niob- bzw. Vanadium-Drähten mit Oberflächenschichten aus den genannten Verbindungen. Dabei wird ein drahtförmiges duktiles Element der herzustellenden Verbindung, beispielsweise ein Niob- oder ein Vanadiumdraht, mit einer Hülle aus einer ein duktiles Trägermetall und die übrigen Elemente der Verbindung enthaltenden Legierung, beispielsweise einer Kupfer-Zinn-Legierung oder einer Kupfer-Gallium-Legierung, umgeben. Es kann auch eine Vielzahl solcher Drähte in eine Matrix aus der Legierung eingelagert werden. Das so
tO gewonnene Vorprodukt eines Supraleiters wird dann einer querschnittsverringernden Bearbeitung unterzogen. Dadurch erhält man einmal einen langen Draht, wie er für Spulen benötigt wird. Zum anderen wird bei dieser Bearbeitung der Durchmesser der beispielsweise aus Niob oder Vanadium bestehenden Drahtkerne auf einen niedrigen Wert in der Größenordnung von etwa 30 bis 50 /um oder weniger reduziert, was im Hinblick auf die Supraleitungseigenschaften des Leiters von Vorteil ist. Ferner erhält man durch diesen Verfahrensschritt eine gute metallurgische Verbindung zwischen den Drahtkernen und dem sie umgebenden Matrixmaterial aus der Legierung, ohne daß jedoch Reaktionen auftreten, die den Leiter verspröden würden. Nach der Querschnittsverringerung wird dann das aus einem oder mehreren Drahtkernen und dem umgebenden Matrixmaterial bestehende Vorprodukt einer Wärmebehandlung derart unterzogen, daß die gewünschte supraleitende Verbindung durch Reaktion des Kernmaterials mit dem in der umgebenden Matrix enthaltenen weiteren Element der Verbindung gebildet wird. Das in der Matrix enthaltene Element diffundiert dabei in das aus dem anderen Element der Verbindung bestehende Kernmaterial ein und reagiert mit diesem unter Bildung einer aus der gewünschten Verbindung bestehenden Schicht (deutsche Offenlegungsschrift 20 44 660).
Bei solchen Supraleitern werden jedoch häufig Sprungtemperaturen T_ gemessen, die weit unter dem theoretischen Wert für das Leitermaterial liegen. Die Größe dieses als T -Degradation bezeichneten Verhalten ist wesentlich von den Herstellungsparametern des Leiters, insbesondere von den Glühbedingungen, abhängig. Mit
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r kritischen Stromstärke I„, insbesondere bei hohen Magnetfeldern, verbunden.
der T -Degradation ist auch eine Degradation der kritischen
Als Ursache für dieses Degradationsverhalten werden Spannungen angesehen, die sich aufgrund der verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der supraleitenden Verbindung und des sie umgebenden Matrixmaterials während der Abkühlung von der Diffusionstemperatur auf die Betriebstemperatur des Supraleiters ergeben. So ist beispielsweise der thermische Ausdehnungs-
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koeffizient einer Kupfer-Zinn-Bronze mit 16 · 10 K etwa doppelt so groß wie der von Nb oder Nb^Sn mit 7 · 10~ K~ . Auf das supraleitende Material wird also bei Betriebstemperatur von dem Matrixmaterial aus ein Druck ausgeübt. Die so bedingte Abnahme der Sprungtemperatür T und der kritischen Stromstärke I„ dieser Leiter kann dadurch teilweise rückgängig gemacht werden, daß diese Leiter einer äußeren Dehnung unterzogen werden. Bei einer zu starken Dehnung nimmt jedoch die kritische Stromstärke wieder ab. Bei Variation der äußeren Spannung des Leiters durchläuft also die kritische Stromstärke ein Maximum.
Um eine Erhöhung der kritischen Stromstärke des Leiters zu erreichen, muß dieser also einer vorbestimmten Zugspannung ausgesetzt werden, deren Maximalwert nicht überschritten werden darf. Einen solchen Wert für die Leiter in einer supraleitenden Magnetspule einzustellen, ist sehr schwierig, da stets die Gefahr besteht, daß bei zu hohen Zugspannungen, beispielsweise in einer Größenordnung von 1 %, eine irreversible I -Degradation eintritt, die durch Schädigungen des supraleitenden Matriais bedingt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die inneren Spannungen in Supraleitern, die Materialien mit unterschiedlichen Dehnungskoeffizienten enthalten, vermindert werden, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der supraleitenden Teile dieser Leiter besteht.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bildung des Vorproduktes
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die erste Komponente der supraleitenden Verbindung in eine Matrix aus bei Betriebstemperatur normalleitendem Material eingebracht wird, deren Querschnittsfläche höchstens doppelt so groß ist wie die der ersten Komponente, und daß zumindest ein Teil der zweiten Komponente der supraleitenden Verbindung bei der Wärmebehandlung von auBen in das Vorprodukt hin«indiffundiert wird.
Die Vorteile dieser Ausbildung des Verfahrens bestehen insbesondere darin, daß aufgrund des geringen Anteiles des normal leitenden Matrixmaterials die supraleitenden Teile des Leiters von sehr dünnen Schichten aus dem Matrixmaterial umschlossen sind. Diese dünnen Schichten sind beim Abkühlungsvorgang auf die Betriebstemperatur verhältnismäßig dehnbar, so daß sie sich den Dimensionen der supraleitenden Teile des Leiters leicht anpassen können, ohne daß sie dabei einen stärkeren Druck auf die supraleitenden Teile ausüben können. Die Degradation eines solchen Leiters ist deshalb entsprechend gering.
Beim Verfahren nach der Erfindung kann vorteilhaft ein Vorprodukt gebildet werden, das die zweite Komponente der supraleitenden Verbindung als äußere Schicht enthält. Bei der Wärmebehandlung des Vorproduktes kann dann die zweite Komponente über das Matrixmaterial mit der ersten Komponente reagieren.
Die zweite Komponente kann auch in Form einer Legierung mit dem Matrixmaterial vorliegen. In diesem Fall muß Jedoch gewährleistet sein, daß eine ausreichende Menge der zweiten Komponente zur Reaktion mit der ersten Komponente vorhanden ist. Es wird deshalb vorteilhaft ein Vorprodukt mit einem Mantel vorgesehen, der aus einer Legierung der zweiten Komponente besteht. Dieser Mantel wird dann nach der Wärmebehandlung zur Ausbildung der supraleitenden Verbindung wieder entfernt. Vorzugsweise kann er chemisch wieder abgeätzt werden. Dadurch erhält man das vorteilhaft kleine Verhältnis von Matrixquerschnitt zu Querschnitt der ersten Komponente bzw. der supraleitenden Anteile des Leiters.
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Eine weitere Lösung der vorgenannten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das Vorprodukt aus einer Matrix aus der ersten Komponente der supraleitenden Verbindung gebildet wird, in welche die zweite Komponente der supraleitenden Verbindung eingebracht wird und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient zumindest annähernd gleich dem der supraleitenden Verbindung ist.
Aufgrund der zumindest annähernd gleichen Ausdehnungskoeffizienten des Matrixmaterials und der supraleitenden Verbindung ist so bei einer Abkühlung von der Wärmebehandlungstemperatur auf die Betriebstemperatur des Leiters ein Druck von der Matrix auf die supraleitenden Teile des Leiters praktisch ausgeschlossen.
Eine weitere Lösung der vorgenannten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß zur Bildung des Vorproduktes die erste Komponente der supraleitenden Verbindung in eine Matrix eingebracht wird, die aus einer Legierung der zweiten Komponente der supraleitenden Verbindung besteht und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient der supraleitenden Verbindung ist, und daß diese Matrix mit mindestens einem Zusatzstoff versehen wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner als der Ausdehnungskoeffizient des Matrixmaterials ist.
Durch die Verwendung von derartigen Zusatzstoffen kann vorteilhaft der thermische Ausdehnungskoeffizient des gesamten normalleitenden Materials, welches das supraleitende Material des Leiters umgibt, verringert und somit dem Ausdehnungskoeffizienten des supraleitenden Materials angenähert werden. Mit einer solchen Annäherung der Ausdehnungskoeffizienten ist eine entsprechende Verminderung der inneren Spannungen in dem Supraleiter verbunden.
Das normalleitende Matrixmaterial des Vorproduktes kann hierzu beispielsweise mit einem Mantel aus dem Zusatzstoff versehen werden. Darüber hinaus kann das Matrixmaterial auch direkt mit dem Zusatzstoff versetzt werden. Zweckmäßig werden Zusatzstoffe
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verwendet, die zugleich zur mechanischen Armierung oder zur elektrischen Stabilisierung des Supraleiters dienen. Diese Materialien können entweder vor der Wärmebehandlung zur Ausbildung der supraleitenden Verbindung mit dem Vorprodukt oder unmittelbar nach der Wärmebehandlung der. Vorproduktes mit dem normalleitenden Material des Leiters verbunden werden.
Ferner kann vorteilhaft das Vorprodukt oder der durch Wärmebehandlung aus ihm hergestellte Leiter einer Zugdehnung in Leiterlängsrichtung unterzogen werden und im gedehnten Zustand mit einem Körper aus dem Zusatzstoff verbunden werden. Mit dieser Maßnahme lassen sich hohe Druckspannungen auf die supraleitenden Schichten vermindern oder sogar ausgleichen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der AusfUhrungsbeispiele von Vorprodukten gemäß dem Verfahren nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind. Den Ausfuhrungsbeispielen sind dabei Herstellungsverfahren von Nb,Sn-Multifilamentleitern zugrundegelegt, bei denen die supraleitende intermetallische Verbindung Nb,Sn aus dem ersten Element Niob und dem zweiten Element Zinn durch Festkörperdiffusion hergestellt werden s-ill.
In Fig. 1 ist in einem Querschnitt das Vorprodukt 2 eines Nb,Sn-Filamentleiters veranschaulicht, der in bekannter Weise aus einer Bronzematrix 3 mit eingelagerten NLobfilaraenten 4 besteht, von denen in der Figur nur einige angedeutet sind. Das Vorprodukt kann bereits einer querschnittsverringernden Behandlung, jedoch noch nicht der absdtileßenden Wärmebehandlung zur Ausbildung der Nb,Sn-Schicht unterzogen werden sein.
Eine Beschränkung der auf die ausgebildeten supraleitenden Schichten solcher Mehrkernleiter einwirkenden Druckspannungen läßt sich beispielsweise dadurch vornehmen, daß nur gerade soviel Bronzequerschnitt vorgesehen wird,wie umgesetztes Zinn zur Bildung der supraleitenden Verbindung erforderlich i3t.
FUr diesen Fall ergibt sich ein Volumen- bzw. Flächenverhältnis O< von Niob zu Bronze von 0,59//? . Mit dem Quotienten /3
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werden dabei die umgesetzten Gewichtsanteile an Zinn berücksichtigt. Ist beispielsweise für das Vorprodukt eine Βγοπζθτ matrix mit 15 Gew.-% Zinn vorgesehen und sind nach der Diffuslonsgliihung noch 2 Gew.-% Zinn in der Bronze vorhanden, so sind 13 Gew.-# umgesetzt worden, d.h. die Größe ß betrügt dann 0,13. PUr diesen Fall ergibt sich ein Volumen- bzw. Flacher. verhältnis öl von 4,5.
Eine weiter· Verminderung der von dem Matrixmaterial auf die supraleitenden Anteile eines solchen Leiters ausgeübten Druckspannungen erhält man gemäß der Erfindung dadurch, daß das Volumen- bzw. Flächenverhältnis oL kleiner 2 gewählt wird. Zwei entsprechende Ausfuhrungsbeispiele sind nachfolgend beschrieben.
Beispiel 1
Ein in Fig. 2 angedeutetes Vorprodukt 6 eines Nb^Sn-MuLtifilame t drahtes wird aus 2000 Nlobkernen 4 als erstem Element der supra leitenden Verbindung Nb5Sn in einer Kupfermatrix 7 mit 0,j mm Außendurchmesser eingebettet. Das Verhältnis oL von Kupferquerschnitt zu Niobquerschnltt ist dabei vorteilhaft kleiner· 2, beispielsweise 1,5. Dadurch wird erreicht, daß die Mu>bkerne sehr dicht gepackt sind und zwischen ihnen nur dünne Schichten aus dem Matrixmaterial vorhanden sind. Nachdem die Kupfermatrix 7 mit den Nlobkernen 4 in bekannter Weise auf Drahts tirke heruntergezogen worden ist, kann mit Hilfe einer Transportreaktion, wie sie zum Beispiel in der deutschen Offen Legungsschrift 24 23 882 beschrieben ist, auf diesen Draht von außen eine Zinnschicht 8 als zweites Element der supra leitenden Verbindung abgeschieden werden. Hierzu wird der Draht aus der Kupfermatrix 7 und den Niobkernen 4 auf ein Al2O,-Rohr gewickelt. und von einem mit Zinn getränkten V2A-Stahlnetz umgeben, das eine gleichmäßige Zinnabscheidung bewirkt. Der Drahtwickel und das Netz werden in einer Reaktionskammer angeordnet, die mit HCl als Transportagens mit einem Druck von 0,05 Torr bei Raumtemperatur gefüllt ist. Die abgeschiedene Zinnschicht muß ausreichend dick sein, »im eine vollständige Durchreaktion der Oberflächen
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der Niobkerne zu Nb5Sn zu gewährleisten. Gegebenenfalls kann deshalb auch eine Matrix aus einer Bronze mit einem geringen Zinngehalt vorgesehen werden.
Anschließend wird in bekannter Weise eine DiffusionsglUhung vorgenommen, die beispielsweise bei 75O°C 30 Stunden lang dauert.
Die kritische Stromstärke I des so hergestellten Leiters ist bei 5 Tesla nur wenig höher als die von bekannten Leitern mit einem Verhältnis c*- des Matrixquerschnittes zu dem Niobquerschnitt von beispielsweise 3 bis 5 und beträgt etwa 1,5 · 10 A/cm . In einem Magnetfeld mit 15 Tesla ist sie Jedoch vergleichsweise wesentlich höher. So beträgt dann beispielsweise etwa 0,2 · 10^ A/cra , während die kritische Stromstärke eines ver-V; gleichsbaren Leiters mit <± = 3t5 nur bei etwa 0,1 · 10 A/cm liegt.
Beispiel 2
2<) Eine Variante des Verfahrens gemäß Beispiel 1 besteht darin, daß das Zinn nicht in elementarer Form auf einem drahtförmigen Vorprodukt aus der Kupfer- bzw. Kupfer-Zinn-Matrix mit den eingebetteten Niobkernen durch Transportreaktion abgeschieden wird, sondern daß es aus einem zinnhaltigen Mantel größerer
?' Dicke um diesen Draht stammt. Der in Fig. 3 angedeutete Multifilamentdraht besteht deshalb aus einem Zentralteil £ mit 0,3 mm Außendurchmesser, das aus einer Bronzematrix 3 mit 1000 eingelagerten Niobkernen k besteht. Das Verhältnis oL des Bronzequerschnittes zu dem Niob-Querschnitt ist wiederum vorteilhaft 1,5.
*" Diener Draht ist von einem 0,15 mm dicken Mantel 10 aus reiner Bronze umschlossen, so daß das Verhätlnis c^ dieses Körpers insgesamt gleich A,5 ist. Nach einer DiffusionsglUhung bei beispielsweise 75O°C während 20 Stunden wird dann der äußere Bronzemantel 10 des Multifilamentdrahtes chemisch wieder abge-
".; ätzt, so daß dann das Verhältnis oL des Drahtes wieder unter 2 liegt. Dieser so hergestellte Leiter hat somit ebenfalls einen verhältnismäßig hohen Kernanteil und deshalb eine entsprechend hohe Π1romtragfähißkeit bei hohen Magnet-
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feldern und hohen Temperaturen.
Weitere Möglichkeiten zur Verminderung von Druckspannungen in einem Nb^Sn-Multifilamentleiter sind in den folgenden Beispielen erläutert.
Beispiel 3
In Fig. 4 ist in einem Querschnitt ein weiteres Vorprodukt eines NtuSn-Multifilamentleiters veranschaulicht. Das Vor prdoukt 12! besteht aus einer Niobmatrix 13 mit beispielsweise 0,3 mm Außendurchmeeser, die 1000 Filamente, von denen in der Figur nur einige angedeutet und mit 14 bezeichnet sind, enthält. Diese Filamente 14 sind ebenfalls aus Niob. Zwischen ihnen und dem Matrixmaterial ist jeweils eine Zinnschicht 15 angeordnet. Statt der Zinnschicht kann auch eine Zinn-Kupfer-Legierung vorgesehen sein (Appl. Fhys.. Letters 29_, Nr. 6, 1976, Seiten 384) Das Vorprodukt ΛΖ wird schließlich einer DiffusionsglUhung,
beispielsweise bei 750°C etwa 20 Stunden lang» unterzogen.
Da der thermische Ausdehnungskoeffizient von Niob ungefähr gleich dem von Nb,Sn ist, werden beim Abkühlen dieses so hergestellten Leiters von der Diffusionstemperatur auf die Betriebstemperatur praktisch keine unerwünschten Druckspannungen von dem Matrixmaterial auf die supraleitenden Teile des Leiters ausgeübt, so daß entsprechende Degradationen auch nicht auftreten.
Beispiel 4
In Fig. 5 ist ein weiteres Vorprodukt eines Nb,Sn-Mu3ti filamentleiters dargestellt. Dieses Vorprodukt T£ enthält eine drahtförmige Bronzematrix 3, in die 2000 Niobkerne 4 eingelagert sind. Das Vorprodukt 1£ ist von einem Mantel 18 umschlossen, dessei Material erfindungsgemäß einen Kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben soll als das Material der Matrix Das Mantelmaterial kann vorteilhaft ein besonderer Stahl sein.
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Beispielsweise eignet sich die warmfeste Legierung "Hastelloy B", die 62 % Ni, 30 % Mo, 7 96 Fe enthält und deren Ausdehnungskoeffizient etwa 10 · 10 K"1 beträgt. Das ummantelte Vorprodukt wird dann beispielsweise bei 75O0C 16 Stunden lang geglüht. Da der Stahl einen wesentlich kleineren Ausdehnungskoeffizienten als Bronze hat und zudem die Bronze 3 oberhalb von 200 C leicht plastisch deformierbar ist, treten auch bei diesem so hergestellten Multifilamentleiter nur geringe Schrumpfungsspannungen nach einer Abkühlung auf Betriebstemperatur auf.
Weitere geeignete Materialien für den Mantel 18, die zudem zugleich als Armierung für den Multifilamentleiter dienen, sindteispielswelse Invar, Eisenchromstahl oder Eisenkobalt. Außerdem kommen Materialien wie beispielsweise Tantal, Titan und Wolfram in Frage. Diese Materialien können entweder vor der Diffusion auf das Vorprodukt aufgebracht werden oder nach der Diffusion bei höheren Temperaturen von beispielsweise 600 0C.
Eine weitere Kompensation von Druckspannungen auf die ausgebildeten Nb,Sn-Schichten des in Fig. 5 angedeuteten Vorproduktes kann dadurch erreicht werden, daß man das Vorprodukt vor oder nach der DiffusionsglUhung einer Zugdehnung unterwirft und im gedehnten Zustand mit dem Mantel 18 versieht. Der Mantel kann vorteilhaft aus einem Material wie einem besonderen Stahl zur mechanischen Armierung oder einem Material wie Kupfer zur elektrischen Stabilisierung bestehen. Für den Mantel können auch beide Materialarten vorgesehen werden.
Die Dehnung des Vorkörpers richtet sich nach dem aufgrund von Schrumpfungsunterschieden zwischen dem Matrixmaterial und dem supraleitenden Material auftretenden Druckspannungen. Diese Zugdehnung kann selbstverständlich nur soweit erfolgen, wie eine elastische Verformung des Vorproduktes bzw. des nach seiner DiffusionsglUhung hergestellten Körpers gewährleistet ist.
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Bei den Verfahren gemäß den Beispielen 1, 2 und 4 ist davon ausgegangen, daß die supraleitenden Teile des hergestellten Leiters von normalleitendem Material umgeben ist, das einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als das supraleitende Material. Bei diesen Verfahren kann es zweckmäßig sein, die Temperatur der Wärmebehandlung zur Ausbildung der supraleitenden Verbindung möglichst niedrig zu halten. Dies soll anhand des folgenden Ausführungsbeispieles erläutert werden.
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Beispiel 5
Ein Vorprodukt, bestehend aus 1000 Niobkernen in einer Bronzematrix mit Außendurchmesser von 0,3 mm und einem Verhältnis von Bronze zu Niob von 3»5 wird einer Diffusionsglühung bei 630° etwa 250 Stunden lang unterzogen. In dieser Zeit bildet sich um jeden Kern eine 1,5 /um dicke Nb,Sn-Schicht aus. Die Stromdichte dieses so hergestellten Drahtes ist bei 5 Tesla nicht wesentlich höher als bei einer Glühung bei 75O0C, die zu einer ähnlichen Schichtdicke führt. So beträgt die Stromdichte des bei 630° geglühten Leiters etwa 1,8 · 10 A/cm , während die des bei 750° geglühten Leiters etwa 1,6 * 105 A/cm2 beträgt. Bei der niedrigeren Glühtemperatur sind jedoch die Abschreckspannungen kleiner, so daß die kritische Temperatur T und die kritische Feldstärke B o höher sind. Dies bedeutet aber, daß der bei 630 C geglühte Leiter bei höheren Feldern eine höhere kritische Stromstärke I0 besitzt. Bei 15 Tesla treten somit vergleichsweise die folgenden kritischen Stromstärken auf: Für den bei 6300C geglühten Leiter ist I = 0,2 · 103 A/cm während die für den bei 750 C geglühten Leiter nur bei 0,1 · 10p A/cnr liegt.
Den Ausführungsbeispielen sind zwar Herstellungsverfahren zur Ausbildung der supraleitenden intermetallischen Verbindung Nb,Sn zugrundegelegt. Die Verfahren gemäß der Erfindung eignen sich jedoch ebensogut für alle bekannten supraleitenden Ver-
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Windungen wie beispielsweise V,Ga oder V,Sif die aus zwei Komponenten mit jeweils mindestens einem Element durch Wärmebehandlung ausgebildet werden.
15 Patentansprüche 5 Figuren
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Claims (15)

  1. /7Π496 77? 75 ί 0 BRD
    Patentansprüche
    ( 1♦ Verfahren zur Verminderung innerer Spannungen in einem Supraleiter, der eine supraleitende Verbindung enthält, die aus zwei Komponenten dadurch gebildet wird, daß ein Vorprodukt mit diesen Komponenten einer Wärmebehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Vorproduktes die erste Komponente der supraleitenden Verbindung in eine Matrix aus bei Betriebstemperatur normalleitendem Material eingebracht wird, deren Querschnittsfläche höchstens doppelt so groß ist wie die der ersten Komponente, und daß zumindest ein Teil der zweiten Komponente der supraleitenden Verbindung bei der Wärmebehandlung von außen in das Vorprodukt hineindiffundiert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Matrix (3) verwendet wird, die aus einer Legierung mit der zweiten Komponente der supraleitenden Verbindung besteht.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorprodukt (6) gebildet wird, das die zweite Komponente der supraleitenden Verbindung als äußere Schicht (7) enthält (Fig. 2).
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorprodukt (£) mit einem Mantel (10) versehen wird, der aus einer Legierung mit der zweiten Komponente der supraleitenden Verbindung besteht, und daß dieser Mantel (10) nach der Wärmebehandlung wieder entfernt wird (Fig. 3).
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (10) nach der Wärmebehandlung chemisch wieder abgeätzt wird.
  6. 6. Verfahren zur Verminderung innerer Spannungen in einem Supraleiter, der eine supraleitende Verbindung enthält, die aus zwei Komponenten dadurch gebildet wird, daß ein Vorprodukt mit diesen Komponenten einer Wärmebehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorprodukt
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    (12) aus einer Matrix (13) aus der ersten Komponente der supraleitenden Verbindung gebildet wird, in welche die zweite Komponente der supraleitenden Verbindung eingebracht wird und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient zumindest annähernd gleich dem der supraleitenden Verbindung ist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Matrix (13) Leiteradern (14) aus der ersten Komponente der supraleitenden Verbindung eingebracht werden, die jeweils von einer Schicht (15) aus der zweiten Komponente der supraleitenden Verbindung umschlossen sind (Fig. 4).
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Matrix (13) die zweite Komponente der supraleitenden Verbindung in Form einer Legierung eingebracht wird.
  9. 9. Verfahren zur Verminderung innerer Spannungen in einem Supraleiter, der eine supraleitende Verbindung enthält, die aus zwei Komponenten dadurch gebildet wird, daß ein Vorprodukt mit diesen Komponenten einer Wärmebehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Vorproduktes (17) die erste Komponente der supraleitenden Verbindung in eine Matrix (3) eingebracht wird, die aus einer Legierung mit der zweiten Komponente der supraleitenden Verbindung besteht und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient der supraleitenden Verbindung ist, und daß diese Matrix mit mindestens einem Zusatzstoff versehen wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner als der Ausdehnungskoeffizient des Matrixmaterials ist.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (3) mit mindestens einem sich in Leiterlängsrichtung erstreckenden Körper aus dem Zusatzstoff verbunden wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (3) mit einem Mantel (18) form- und kraftschlüssig umgeben wild (Fig. 5).
    - 15 809Θ38/022Θ
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorprodukt oder der nach der Wärmebehandlung ausgebildete entsprechende Körper einer Zugdehnung in Leiterlängsrichtung unterzogen wird und im gedehnten Zustand mit dem Körper aus dem Zusatzstoff verbunden wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß aus zwei Elementen eine supraleitende Verbindung des Typs A,B mit A15-Kristallstruktur ausgebildet wird und daß die Komponente mit höherer Schmelztemperatur als erste Komponente vorgesehen wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Komponente das erste Element der supraleitenden Verbindung und als zweite Komponente die restlichen Elemente der supraleitenden Verbindung vorgesehen werden.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung Nb,Sn oder V,Ga oder V,Si gebildet wird.
    809838/0 276
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