DE2736157A1 - Supraleitender verbundleiter und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Supraleitender verbundleiter und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number
DE2736157A1
DE2736157A1 DE19772736157 DE2736157A DE2736157A1 DE 2736157 A1 DE2736157 A1 DE 2736157A1 DE 19772736157 DE19772736157 DE 19772736157 DE 2736157 A DE2736157 A DE 2736157A DE 2736157 A1 DE2736157 A1 DE 2736157A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
strands
superconducting
strand
compound
conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19772736157
Other languages
English (en)
Other versions
DE2736157C3 (de
DE2736157B2 (de
Inventor
Hans Dr Hillmann
Engelbert Dr Springer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Original Assignee
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vacuumschmelze GmbH and Co KG filed Critical Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority to DE2736157A priority Critical patent/DE2736157B2/de
Priority to CH729378A priority patent/CH643969A5/de
Priority to FR7822307A priority patent/FR2400243A1/fr
Priority to US05/929,943 priority patent/US4195199A/en
Priority to GB7832072A priority patent/GB2003311B/en
Priority to JP53095345A priority patent/JPS6047684B2/ja
Priority to CA309,107A priority patent/CA1092206A/en
Publication of DE2736157A1 publication Critical patent/DE2736157A1/de
Publication of DE2736157B2 publication Critical patent/DE2736157B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2736157C3 publication Critical patent/DE2736157C3/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/20—Permanent superconducting devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/884—Conductor
    • Y10S505/887—Conductor structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49014—Superconductor

Landscapes

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

VACUUMSCHNELZE GMPJI - 4 - VP 77 P 9557
Hanau
Supraleitender Verbundleiter .und Verfahren zu dessen Herstellung.
Die Erfindung betrifft einen supraleitenden Verbundleiter aus mehreren Strängen mit einer aus wenigstens zwei Elementen bestehenden supraleitenden intermetallischen Verbindung und wenigstens einem Strang aus gut thermisch und elektrisch leitendem, bei der Betriebstemperatur des supraleitenden Verbundleiters elektrisch normalleitendem Stabilisierungsmetall, wobei die Stränge mit der supraleitenden Verbindung Je wenigstens einen wenigstens an seiner Oberfläche eine Schicht aus der Verbindung aufweisenden Kern aus wenigstens einem höherschmelzenden Element der Verbindung eingebettet in eine Legierung aus wenigstens einem niedrigerschmelzenden Element der Verbindung und einem Trägermetail enthalten.
Derartige supraleitende Verbundleiter sind in Form von Seilen, Litzen oder Flachseilen aus der DT-AS 25 45 779, insbesondere Spalte 6, Zeile 16 bis Spalte 8, Zeile 5"1 und der DT-OS 26 54 924, insbesondere Seite 30, Abs. 1 und Seite 64, letzter Absatz bis Seite 67, Abs. 2 bekannt.
Ausgehend von einem Vorprodukt, das aus einer Legierung aus einem Trägermetall und wenigstens einem nieürigerschmelzenden Element der supraleitenden Verbindung "und einem oder mehreren in die Legierung eingel&gpsrten Kernen aus wenigstens einem höherscbmelzenden Element der Verbindung besteht, wird die intermetallische suprs-=- leitende Verbindung bei derartigen Leitern durch eine
9.8.1977
Kb/Ez 909807/0568
- 5 - VP 77 P 9557
Wärmebehandlung gebildet, bei der das niedrigerschmel-• zende Element der Verbindung in den Kern aus dem höherschmelzenden Element eindiffundiert und mit dem Kernmaterial unter Bildung der Verbindung reagiert. Je nach der Zusammensetzung der Legierung, den Abmessungen des Vorproduktes und der Dauer der Wärmebehandlung kann dabei eine Oberflächenschicht des Kernes oder auch der gesamte Kern in die supraleitende Verbindung umgewandelt werden.
In der Praxis werden derzeit insbesondere die intermetallischen supraleitenden Verbindungen Nb,Sn und V,Ga verwendet, < die beide Al5-Kristallstruktur besitzen. Beide Verbindungen haben sehr gute Supraleitungseigenschaften und zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Sprungtemperatur, ein hohes kritisches Magnetfeld und eine hohe kritische Stromdichte aus. Zur Herstellung von Supraleitern mit diesen Verbindungen geht man in der Regel von einem Vorprodukt aus einer Matrix aus einer Kupfer-Zinn- bzw. Kupfer-Gallium-Legierung aus, in die eine Vielzahl von Niob- bzw. Vanadinkernen eingelagert sind. Dieses Vorprodukt wird zunächst querschnittsverringernd bearbeitet, wobei die Kerne zu dünnen Fäden ausgesogen werden. Anschließend erfolgt die Wärmebehandlung zur Bildung der Verbindung. Außer den beiden genannten Verbindungen sind aber auch noch andere zwei- oder mehrkomponentige Verbindungen mit der gleichen Kristallstruktur, wie z.B. Nb^Ga, Nb,Al, V^Ga, VJSi oder Nb5(Al0 gGe0 2), sowie intermetallische supraleitende Verbindungen mit anderen Kristallstrukturen von Interesse.
9.8.1977
Kb/Bz
90S807/0588
cop"
~ έ - . VP 77 P 9557
Gewisee Schwierigkeiten treten "bei Supraleitern mit supraleitenden intermetallischen Verbindungen dadurch auf, daß die supraleitenden Verbindungen verhältnismäßig spröde sind. Die Biegsamkeit der fertigen Leiter ist daher in der Begel geringer als beispielsweise die von vergleichbaren Leitern, die Kerne aus supraleitenden Legierungen, beispielsweise Niob-Titan, enthalten. Man ist daher bestrebt, die Schichten aus den supraleitenden Verbindungen an der Oberfläche der Kerne und auch die Kerne selbst möglichst dünn auszubilden. Da hierzu starke Querschnittsverringerungen der Vorprodukte erforderlich sind, besitzen die Leiterstränge, welche die Kerne enthalten, in der Regel auch selbst einen verhältnismäßig geringen Querschnitt. Dies hat den Vorteil, daß die Kerne innerhalb eines Leiterstranges beim Biegen des Leiters, etwa beim Wickeln zu einer Spule, relativ nahe an der neutralen Faser liegen, so daß sich die in den Verbindungsschichten auftretenden mechanischen Zug- und Druckspannungen auch noch bei verhältnismäßig kleinen Biegeradien in Grenzen halten lassen. Wenn hohe Stromstärken erzielt werden sollen, müssen dann allerdings eine Reihe von dünnen Einzelsträngen zu einem Leiter größeren Querschnitts zusammengefaßt werden, von dessen neutraler Faser die supraleitenden Schichten der einzelnen Leiterstränge wieder weiter entfernt liegen.
Ein weiteres Problem stellt bei Supraleitern mit intermetallischen Verbindungen die elektrische Stabilisierung der Supraleiter dar, zu der bekanntlich gut thermisch und elektrisch leitendes, bei der Betriebstemperatur des Supraleiters elektrisch normal1eitendes Metall erforderlich ist. Im Gegensatz zu Supraleitern, bei denen beispielsweise dünne fadenförmige Kerne aus Niob-Titan in eine Kupfermatrix
9.8.1977
Ib/Be - 7 -
909807/0568
- 7 - VP 77 P 9557
eingelagert sind, läßt sich das die Kerne umgebende Legierungsmaterial nur schlecht zur Stabilisierung ausnutzen. Da das Legierungsmaterial auch nach der Bildung der supraleitenden Verbindung noch Reste des niedrigerschmelzenden Elementes bzw. mehrere solcher Elemente der Verbindung enthält, besitzt es nämlich bei der Betriebstemperatur des Supraleiters, die unterhalb der kritischen Temperatur des jeweiligen Supraleitermaterials, d.h. in der Regel zwischen etwa 1 und 20 K, liegt, einen wesentlichen höheren elektrischen Widerstand als etwa reines Kupfer. Um eine bessere Stabilisierung zu erreichen sind bei den eingangs erwähnten, aus der DT-AS 23 45 779 und der DT-OS 26 5**· 924 bekannten supraleitenden Verbundleitern zusätzlich zu den Strängen mit der supraleitenden Verbindung Stränge aus Stabilisierungsmetall, beispielsweise Kupfer, vorgesehen. Um auch nach der Wärmebehandlung zur Bildung der supraleitenden Verbindung noch eine möglichst große Flexibilität des Leiters zu erzielen, ist jedoch bei diesen bekannten Leitern zwischen den einzelnen Strängen ein Trennmittel ange^^el, welches ein Aneinanderhaften benachbarter Stränge, insbesondere infolge einer Diffusion während der Wärmebehandlung, verhindert. Folglich entsteht zwischen den Strängen mit der supraleitenden Verbindung und den Strängen aus dem Stabilisierungsmetall kein enger elektrischer und thermischer Kontakt, was sich wiederum sehr ungünstig auf die Stabilisierungswirkung der Stränge aus dem Stabilisierungsmetall auswirken kann. Bei. den bekannten Verbundleitern ist daher zur weiteren Verbesserung der Stabilisierung die Möglichkeit vorgesehen, innerhalb der einzelnen Stränge mit der supraleitenden Verbindung zusätzliche Bereiche aus Stabilisierungsmetall anzuordnen, die sich entlang des jeweiligen Stranges erstrecken und von einer diffusions-
9.8.1977
Kb/Bz - 8 -
909807/0568 _
- 8 - VP 77 P 9557
hemmenden Schicht, beispielsweise aus.Niob, Vanadin oder Tantal, umschlossen sind. Diese diffusionshemmende Schicht dient dazu, um während der Wärmebehandlung ein Eindiffundieren des niedrigerschmelzenden Elementes der Verbindung in das Stabilisierungsmetall und damit eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Stabüüsierungsmetalls zu verhindern (vgl. s.B. DT-AS 23 45 779, Spalte 8, Zeile 55 bis Spalte 10, Zeile 40 und DT-OS 26 54 924, Seite 28, Absatz 3 bis Seite 29, letzte Zeile).
Derartige Stabilieierungsbereiche innerhalb der Leitersträng* haben Jedoch einmal den Nachteil, daß sie den Strangquerschnitt vergrößern, wodurch zumindest bei zentral angeordnetem Stabilisierungsbereich der Abstand der Kerne und. damit auch der Abstand der Schichten aus der intermetallischen supraleitenden Verbindung von der neutralen Faser des Leiterstranges vergrößert wird. Zum anderen ist auch die Herstellung derartiger Leiterstränge infolge der unterschiedlichen Materialeigenschaften von Kernen, Legierungsmantel, Diffusionshemmer und Stabilisierungsmetall mit großen Problemen verbunden. Insbesondere können in der diffusionshemmenden Schicht leicht Risse auftreten, durch welche das niedrigerschmelzende Element der Verbindung in das Stabilisierungsmetall eindringen kann. In einem solchen Fall wird dann der ganze Leiterstrang einschließlich des Supraleitermaterials unbrauchbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrische Stabilisierung der eingange erwähnten Verbundleiter zu verbessern, wobei möglichst Bereiche aus Stabilisierungsmetall innerhalb der einzelnen Stränge mit der supraleitenden intermetallischen Verbindung vermieden werden sollen.
9.8.1977
Kb/Bz - 9 -
909807/0568 .
~9- VP 77 P 9557
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strang aus dem Stabilisierungsmetall, mit den benachbarten, die supraleitende Verbindung enthaltenden Strängen durch Diffusion wenigstens eines niedrigerschmelzenden Elementes der Verbindung verbunden ist und wenigstens einen durch eine diffus!onshemmende Schicht umschlossenen, sich entlang des Stranges erstreckenden Bereich enthält.
Im Gegensatz zu den bekannten Verbundleitern, bei denen eine Verbindung durch Diffusion zwischen den einzelnen Strängen ausdrücklich vermieden werden soll, wird also beim erfindungsgemäßen Leiter eine solche zu einen engen thermischen und elektrischen Kontakt führende Verbindung zwischen den Strängen mit der supraleitenden Verbindung und den Strängen mit dem Stabilisierungsmetall mit Absicht herbeigeführt. Es hat sich nämlich wider Erwarten gezeigt, daß die Biegsamkeit des Verbundleiters trotz der Diffusionsverbindung zwischen den Strängen völlig für die üblichen Anwendungen des Verbundleiters, beispielsweise für das Wickeln von Supraleitungsmagnetspulen, ausreicht. Im übrigen besteht auch die Möglichkeit, die Diffusionsverbindung zwischen den Leitersträngen erst nach der endgültigen Formgebung des Leiters, beispielsweise nach dem Wickeln dee Leiters zu einer Spule, herzustellen. Um die Bildung der supraleitenden Verbindung nicht etwa durch Zusätze eines fremden Elementes zu stören, werden zur Herstellung der Diffusionsverbindung zwischen den Strängen ein niedrigerschmelzendes Element der Verbindung bzw. mehrere solcher Elemente verwendet. Das niedrigerschmelzende Element kann dabei nur in eine Oberflächenschicht des Stranges aus Stabilisierungemetall eindiffundieren, während dessen innerer Bereich durch die diffusionshemmende Schicht vor einer Diffusion geschützt wird
909807/056S β ' -10-
-ί 1d - ' VP 77 P 9557
und folglich seine hohe thermische und elektrische Leit-. fähigkeit behalt. Im Normalfall wird man nur einen solchen Bereich in einem Strang aus Stabilisierungsmetall vorsehen; in Sonderfällen können die Stränge aber auch Hehrere derartige Bereiche enthalten. Da die Stränge mit der supraleitenden Verbindung und die Stränge aus dem Stabilisierungsmetall bis zu ihrer Zusammenfassung zu einem Leiter in getrennten Bearbeitungsgängen hergestellt werden können, sind die technischen Schwierigkeiten bei der Leiterherstellung erheblich reduziert.
Besonders günstig für eine gute Stabilisierungswirkung ist es, wenn jeder Strang mit der supraleitenden Verbindung mit wenigstens einem Strang aus Stabilisierungsmetall verbunden ist.
Insbesondere bei größeren Leiterquerschnitten bzw. beim Aufbau des Verbundleiters aus zahlreichen Leitersträngen ist es weiter vorteilhaft, den Verbundleiter als Flachseil auszubilden. In einem solchen Flachseil liegen nämlich in einer Biegerichtung die einzelnen Kerne wesentlich näher an der neutralen Faser des Leiters als bei einem Rundseil entsprechenden Querschnitts.
Weiterhin kann man den Verbundleiter vorteilhaft derart ausbilden, daß die Stränge mit der supraleitenden Verbindung und die Stränge aus Stabilisierungsmetall den gleichen Querschnitt haben. Man kann dann ohne Schwierigkeiten die Stränge beider Arten innerhalb des Leiters mischen.
9.8.1977
Ib/Bz - 11 -
909807/0568 %
- 11 - VP 77 P 9557
Vorzugsweise wird man als Stränge mit der supraleitenden Verbindung solche Stränge verwenden, die eine Vielzahl von in eine Matrix aus der Legierung eingelagerten fadenförmigen Kernen mit einer Schicht aus der supraleitenden Verbindung wenigstens an deren Oberflächen aufweisen.
Besonders günstig als supraleitende Verbindung sind beim erfindungsgemäßen Verbundleiter die Verbindungen Nb,Sn und V,Ga. Dabei ist das höherschmelzende Element der supraleitenden Verbindung eines der Metalle Niob und Vanadin und das. niedrigerschmelzende Element eines der Elemente Zinn und Gallium.
Als Trägermaterialien für die Legierung, die die Kerne enthält, eignen sich prinzipiell alle Metalle, die mit den niedrigerschmelzenden Elementen der Verbindung eine verformbare Legierung bilden und die Bildung der Verbindung, während der Wärmebehandlung nicht nachteilig beeinflussen, beispielsweise Kupfer, Silber, Nickel oder Legierungen dieser Metalle. Auch JlL ." Stp.bilisierungsmetall sind prinzipiell alle bei der Betriebsweise ,^r des Supraleiters normalleitenden gut thermisch und elektrisch leitenden Metalle geeignet, welche die Bildung der supraleitenden Verbindung nicht stören. Besonders günstig ist Kupfer sowohl als Trägermetall der Legierung als auch als Stabilisierungsmetall.
Für die diffusionshemmenden Schichten innerhalb der Stränge aus Stabilisierungsmetall eignen sich besonders die Metalle Tantal, Niob, oder Vanadin, die insbesondere eine Diffusion von Zinn und Gallium verhindern. Wenn dabei die Gefahr besteht, daß während einer Wärmebehandlung so viel Zinn oder Gallium in die Stabilisierungsleiter eindiffundiert, daß sich an der Oberfläche der diffusionshemmenden Schichten
9.8.1977
/ 909807/0568 . " 1P "
• 12 - VP 7? P 9557
aus Niob oder Vanadin selbst wieder intermetallische supraleitende Verbindungen bilden, so kann man, wie dies aus der DT-OS 25 4-3 613, insbesondere Seite 7, Abs. 2 bis Seite 10, Abs. 1 bekannt ist, zusätzliche diffusionshemmende Schichten vorsehen, um die Bildung einer geschlossenen, den verbleibenden Bereich aus Stabilisierungsmetall allseitig umschließenden Schicht aus der supraleitenden Verbindung zu verhindern. Eine solche das Stabilisierungsmetall allseitig umschließende supraleitende Schicht kann nämlich wegen ihrer Abschirmwirkung die Stabilisierungswirkung ungünstig beeinflussen.
Zur mechanischen Verstärkung des Verbundleiters, insbesondere zur Aufnahme von Zugkräften kann man ferner innerhalb des Leiters einen oder mehrere Stränge aus einem Verstärkungsmaterial., beispielsweise Edelstahl, vorsehen. In der Regel sollten diese Stränge eine höhere Zugfestigkeit besitzen als die übrigen Stränge des Verbundleiters.
Den erfindungsgemäßen Verbundleiter kann man vorteilhaft derart herstellen, daß mehrere Stränge, die wenigstens «inen Kern aus wenigstens einem höherschmelzenden Element der supraleitenden Verbindung eingebettet in eine Legierung aus einem Trägermetall und wenigstens einem niedrigerschmelzenden Element der Verbindung enthalten, und wenigstens ein Strang, der wenigstens einen von einer diffusionshemmenden Schicht umschlossenen, sich entlang des Stranges erstreckenden Bereich enthält, zu einem Leiter zusammengefügt werden, wobei wenigstens eine Art von Strängen mit einer Schicht wenigstens eines niedrigerschmelzenden Elementes der Verbindung überzogen isfy ,
9.8.1977
Kb/Bz - 13 -
909807/0568
- 15 - VP 77 P 9557
und daß der Leiter zum Verbinden der Stränge durch Diffusion und zur Herstellung der supraleitenden intermetallischen Verbindung wärmebehandelt wird. Die auf die Stränge mit den Elementen der supraleitenden Verbindung oder auf die Stränge . aus Stabilisierungsmetall oder auf beide . aufzubringende Schicht wenigstens eines niedrigerschmelzenden Elementes der Verbindung gewährleistet eine gute Diffusionsverbindung zwischen den Leitern und vermeidet, daß niedrigerschmelzende Elemente der Verbindung aus den Strängen mit den Kernen aus den höherschmelzenden Elementen der Verbindung, vro sie in erster Linie zur Bildung der supraleitenden Verbindung gebraucht werden, in die Stränge aus dem Stabilisierungsmetall diffundieren.
Man kann ferner vorteilhaft zum Verbinden der Stränge durch Diffusion eine erste Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Bildungstemperatur der supraleitenden Verbindung und zur Herstellung der supraleitenden Verbindung eine zweite Wärmebehandlung oberhalb dieser Temperatur vornehmen. Die erste Wärmebehandlung kann man dabei insbesondere mit einer Warmverformung der Stränge zur Kalibrierung des Leiters verbinden. Zwei Wärmebehandlungen sind insbesondere dann günstig, wenn die zweite Wärmebehandlung zur Herstellung der supraleitenden Verbindung erst nach der endgültigen Formgebung des Leiters vorgenommen wird, beispielsweise wenn der Leiter bereits zu einer Spule gewickelt ist. Durch die erste Wärmebehandlung haften dann die Leiterstränge bereits fest aneinander und können sich beim Wickeln der Spule nicht voneinander wegbiegen.
Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
9.8.1977
Kb/Bz
909807/0568
- 14 - VP 77 P 9557
Figuren 1 bis 3 zeigen schematisch verschiedene Ausführungs-• formen eines Verbundleiters gemäß der Erfindung im Querschnitt.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Leiter sind acht Leiterstränge 1, die in einer aus einem Trägermetall und dem niedrigerschmelzenden Element einer intermetallischen supraleitenden Verbindung bestehenden Legierungsmatrix 2 eine Vielzahl von fadenförmigen Kernen 3 aus dem höherschmelzenden Element der Verbindung enthalten, mit vier Strängen 4> aus Stabilisierungsmetall derart zu einem Flachleiter verseilt, daß jeder Strang 1 mit einem Strang 4 in Berührung steht. Jeder Strang 4- enthält einen sich entlang des Stranges erstreckenden inneren Eereich 5» der von einer diffusionshemmenden Schicht 6 umschlossen ist. Diese ist nochmals von einer Außenschicht 7 aus Stabilisierungsmetall umgeben.
Die Leiterstränge 1 kann man bekanntlich beispielsweise dadurch herstellen, daß man von einer Kupfer-Zinn-Hülle umgebene Niobstäbe bündelt und die so gewonnene Anordnung zunächst zur Herstellung eines engen metallurgischen Bondes zwischen den einzelnen Teilen warmverformt und anschließend in einer Reihe von Kaltverformungsschritten, die von Zwischenglühungen zur Erholung des Gefüges der Legierungsmatrix unterbrochen sein können, zu einem dünnen Draht zieht. Gegen Ende der Verformung kann dieser Draht noch um seine Achse verdrillt werden, so daß die fadenförmigen Kerne 3 auf Schraubenbahnen um die Achse des Drahtes verlaufen. Derart verdrillte Stränge haben den Vorteil, daß die fadenförmigen Kerne 3 innerhalb des verseilten Verbundleiters vollständig transponiert sind, d.h. entlang des Verbundleiters nacheinander jede mögliche Lage einnehmen.
9.8.1977
Kb/Bz - 15 -
909807/0568 „
- 15 - VP 77 P 9557
Die Stränge 4 kann man in ähnlicher Weise herstellen, indem man beispielsweise von einem Vorprodukt ausgeht, das aus einem mit einer Tantalhülle umgebenen Kupferstab besteht, der in ein Kupferrohr eingeschoben ist.
Zur weiteren Herstellung des Leiters nach Figur 1 kann man beispielsweise die Stränge 4 verzinnen und sie anschließend mit den zweckmäßigerweise mit einem Flußmittel versehenen Strängen 1 zu einem Flachseil verseilen. Das Flachseil kann dann zur Kalibrierung warmgewalzt werden, beispielsweise bei einer Temperatur unterhalb von 650°C, bei der sich noch kein Nb,Sn bildet. Zweckmäßig beginnt man bei etwa 2000C, damit das Zinn nicht wegläuft, und heizt dann vielter auf. Bei dieser Warmbehandlung diffundiert Zinn von der Oberfläche der Stränge 4 sowohl in die außerhalb der diffusionshemmenden Schicht 6 liegende Randzone 7 der Stränge 4 als auch in die Legierungsmatrix 2 der Stränge 1 ein und stellt zwischen den Strängen 1 und 4 eine enge Diffusionsverbindung her. Bei einer zweiten Wärmebehandlung bei etwa 70O0C werden dann die Nb,Sn-Schichten an der Oberfläche der Niobkerne 3 gebildet. Ferner wird dabei die Diffusionsbindung zwischen den Strängen 1 und 4 weiter verstärkt .
Bei einem Leiter gemäß Figur 1, bei dem der Durchmesser der einzelnen Stränge 0,4 mm betrug, enthielten die Stränge 1 1615 Niobfilamente 3 mit einem Durchmesser von jeweils etwa 4,7 um in einer Kupfer-Zinn-Matrix. Die Stränge 4 hatten einen Kupferkern 5 mit einem Durchmesser von etwa 240 um, eine diffusionshemmende Tantalschicht 6 mit einer Dicke von etwa 30 um und einem äußeren Kupfermantel 7 mit einer Dicke von etwa 50 um. Mit einem
9.8.1977
Kb/Bz - 16 -
909807/0568 «
- 16 - VP 77 P 9557
solchen Verbundleiter dessen Gesamtquerschnitt etwa .0,74- x 2,7 nun betrug wurde bei einer Temperatur von 4,2 K ohne äußeres Feld ein kritischer Strom von etwa 1200 A und bei einer äußeren magnetischen Induktion von etwa 10 Tesla ein kritischer Strom von etwa 590 A erreicht. Diese Werte wurden sowohl bei kurzen Drahtproben als auch mit einem zu einer Spule gewickelten Leiter erreicht, bei dem die zweite Wärmebehandlung zur Bildung von NbJSn-Schichten nach dem Wickeln der Spule erfolgte.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Leiter sind zwölf Stränge 21, die in einer Legierungsmatrix 22 eine Vielzahl von Kernen 23 enthalten, um einen bandförmigen Strang 24 aus Stabilisierungsmetall verseilt, der einen von einer diffusionshemmenden Schicht 25 umschlossenen Bereich 26 enthält. Der Strang 24 aus Stabilisierungsmetall wird dabei von jedem der Stränge 21 berührt. Die Herstellung des Leiters kann im einzelnen entsprechend dem zu Figur 1 Gesagten erfolgen. Mit einem Leiter nach Figur 2, dessen Stränge 21 den Strängen 1 des Leiters von Figur 1 entsprachen und dessen Strang 24 aus Kupfer
einen Querschnitt von etwa 0,3 x 1»5 mm hatte und wiederum eine Tantalschicht als Diffusionshemmer enthielt, wurde bei einer äußeren Induktion von 10 Tesla bei 4,2 K ein kritischer Strom von 930 A erreicht. Für kleine Biegeradien ist der Leiteraufbau nach Figur 2 allerdings weniger günstig als der nach Figur 1, weil die Filamente weiter von der neutralen Faser des Leiters entfernt sind als die Filamente 3.
Figur 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leiters, bei dem abwechselnd aufeinanderfolgend Stränge 31 mit einer supraleitenden intermetallischen Verbindung und Stränge 32 aus Stabili-
909807/0568 .
- 17 - VP 77 P 9557
sierungsmetall um einen bandförmigen Strang 33 aus einem Verstärkungsmaterial, "beispielsweise Edelstahl, verseilt sind. Auch mit diesem Strang 33 aus Verstärkungsmaterial können die Stränge 31 und 32 gegebenenfalls durch eine Diffusionsverbindung oder durch Verlöten verbunden sein. Natürlich kann man auch Stränge aus Verstärkungsmaterial verwenden, die den gleichen Durchmesser haben wir die übrigen Stränge des Leiters, und sie beispielsweise zusammen mit den anderen Strängen in der in Figur 1 dargestellten Art verseilen.
Gegenüber den Beispielen kann man den erfindungsgemäßen Leiter und seine Herstellung noch vielfach abwandeln.
Beispielsweise kann man statt der einzelnen Stränge auch
aber noch nicht warmebehandelten den fertigen/Leiter mit einer Schicht eines oder mehrerer der niedrigerschmelzenden Elemente der Verbindung versehen. Statt die Stränge aus dem Stabilisierungsmetall mit einer Schicht eines oder mehrerer niedrigerschmelzenden Elemente zu versehen, kann man auch die äußere, die diffusionshemmende Schicht umgebende Hülle aus einer Legierung dieses Elementes bzw. dieser Elemente mit dem Stabilisierungsmetall herstellen. Bei einem solchen Strang wären dann z.B. ein Kupferkern von einer Tantalschicht und diese wiederum von einer Kupfer-Zinn- oder Kupfer-Gallium-Hülle umgeben.
Ferner kann man die Stränge statt sie zu verseilen beispielsweise auch zu einer Litze flechten. Ferner brauchen die in die Legierungsmatrix der Supraleiterstränge eingelagerten Kerne auch nicht aus einem einzigen Metall zu bestehen, sondern können gegebenenfalls auch Zusätze enthalten, beispielsweise können dem Niob oder dem Vanadin auch Titan oder Zirkon in Mengen bis zu etwa 30 Gewichta-% beigemischt sein. In der Legierungsmatrix können beispielsweise die Elemente Zinn und Gallium auch nebeneinander vorliegen.
9.8.1977 90980^/dJlei *
Kb/Bz - 18 -
• * ■ " ■
", - 18; - VP 77 P 9557
Die Stränge mit der supraleitenden Verbindung können auch noch zusätzliche, von diffusionshemmenden Schichten umgebene Bereiche aus Stabilisierungsmetall enthalten. Im allgemeinen wird dies jedoch wegen der guten Stabilisierungswirkung der mit diesen Strängen verbundenen Stränge aus ßtabilisierungsmetall nicht erforderlich sein. Ferner braucht man als Ausgangskörper für die Stränge mit der supraleitenden Verbindung auch nicht unbedingt eine Legierung aus einem Trägermetall und wenigstens einem niedrigerschmelzenden Element der Verbindung zu verwenden, in die wenigstens ein Kern aus wenigstens einem höherschmelzenden Element der Verbindung eingelagert ist. Man kann vielmehr auch von einem Strang aus dem Trägermetall allein ausgehen, der einen oder mehrere Kerne enthält, und die niedrigerschmelzenden Elemente erst während der Wärmebehandlung des aus den Strängen aufgebauten Verbundleiters in das Trägermetall eindiffundieren. Dies kann man z.B. dadurch erreichen, daß man einen Strang ■it Niobkernen in einer Kupfermatrix vor oder nach dem Verseilen verzinnt und dann glüht. Ferner besteht die Möglichkeit, das Zinn während der Wärmebehandlung aus der Dampf- oder Gasphase zuzuführen.
9.8.1977
Kb/Bz
111107/01··

Claims (1)

  1. VACUUMSCKMELZE G!"I;H VP 77 P 9557
    Hanau
    3736157
    Patentansprüche
    Supraleitender Verbundleiter aus mehreren Strängen mit einer aus wenigstens zwei Elementen bestehenden supraleitenden intermetallischen Verbindung und wenigstens einem Strang aus gut thermisch und elektrisch leitendem, bei der Betriebstemperatur des supraleitenden Verbundleiters elektrisch noricslleitendem Stabilisierungsnietall, wobei die Stränge mit der supraleitenden Verbindung je wenigstens einen wenigstens an seiner Oberfläche eine Schicht aus der Verbindung aufweisenden Kern aus wenigstens einem höherschmeIzenden Element der Verbindung eingebettet in eine Legierung aus wenigstens einem niedrigerschmelzenden Element der Verbindung und einem Trägermetall enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang (4·) aus dem Stabilisierungsxetall mit den benachbarten, die supraleitende Verbindung enthaltenden Strängen (1) durch Diffusion wenigstens eines niedrigerschmelzenden Elementes der Verbindung verbunden ist und wenigstens einen durch eine die Diffusion hemmende Schicht (6) umschlossenen, sich entlang des Stranges erstreckenden Bereich (5) enthält.
    2. Verbundleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strang (1) mit der supraleitenden Verbindung mit wenigstens einem Strang (4) aus Stabilisierungsmetall verbunden ist.
    9.8.1977
    Kb/Bz - 2 -
    909807/0568
    ORIGINAL INSPECTED
    ·· 2 - VP 77 P 9557
    3· Verbundleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-. zeichnet, daß er als Flachseil ausgebildet ist.
    4. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (1) mit der supraleitenden Verbindung und die Stränge (4) aus Stabilisierungsmetall den gleichen Querschnitt haben.
    5. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (1) mit der supraleitenden Verbindung eine Vielzahl von in eine Matrix (2) aus der Legierung eingelagerten fadenförmigen Kernen (3) mit einer Schicht aus der Verbindung wenigstens an deren Oberfläche aufweisen.
    6. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das höherschmelzende Element der supraleitenden Verbindung eines der Metalle Niob und Vanadin und das niedrigerschmelzende Element eines der Elemente Zinn und Gallium ist.
    7. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermetall der Legierung und das Stabilisierungsmetall Kupfer ist.
    8. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die diffusionshemmende Schicht (6) aus einem der Metalle Tantal, Niob und Vanadin besteht.
    9. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens einen zusätzlichen Strang (33) aus einem Verstärkungsmaterial enthält.
    9.8.1977
    Kb/Bz - 3 -
    909807/0568 %
    - 3 - VP 77 P 9557
    10. Verfahren sum Herstellen eines supraleitenden Verbund-
    • leiters nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stränge (1), die wenigstens einen Kern (3) aus wenigstens einem höherschmelzenden Element der supraleitenden Verbindung eingebettet in eine Legierung (2) aus einem Trägermetall und wenigstens einem niedrigerschmelzenden Element der Verbindung enthalten, und wenigstens ein Strang (4-), der wenigstens einen von einer diffusionshemmenden Schicht (6) umschlossenen,
    sich entlang des Stranges erstreckenden Bereich (5) enthält, zu einem Leiter zusammengefügt werden, wobei wenigstens eine Art von Strängen mit einer Schicht wenigstens eines niedrigerschmelzenden Elementes der Verbindung überzogen ist, und daß der Leiter zum Verbinden der Stränge durch Diffusion und zur Herstellung der supraleitenden
    intermetallischen Verbindung wärmebehandelt wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbinden der Stränge durch Diffusion eine erste Wärmebehandlung bei einer Temperatur uuut^LiO der Bildungstemperatur der supraleitenden Verbindung und zur Hexstellung der supraleitenden Verbindung eine zweite Wärmebehandlung oberhalb dieser Temperatur vorgenommen wird.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wärmebehandlung mit einer Warmverformung zur
    Kalibrierung des Leiters verbunden ist.
    13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wärmebehandlung erst nach der endgültigen Formgebung des Leiters vorgenommen wird.
    9.8.1977
    Kb/Bz
    909807/0568
DE2736157A 1977-08-11 1977-08-11 Supraleitender Verbundleiter und Verfahren zu dessen Herstellung Granted DE2736157B2 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2736157A DE2736157B2 (de) 1977-08-11 1977-08-11 Supraleitender Verbundleiter und Verfahren zu dessen Herstellung
CH729378A CH643969A5 (de) 1977-08-11 1978-07-04 Supraleitender verbundleiter und verfahren zu dessen herstellung.
FR7822307A FR2400243A1 (fr) 1977-08-11 1978-07-27 Faisceau supraconducteur combine et procede pour sa fabrication
US05/929,943 US4195199A (en) 1977-08-11 1978-08-01 Superconducting composite conductor and method of manufacturing same
GB7832072A GB2003311B (en) 1977-08-11 1978-08-03 Superconducting composite conductors
JP53095345A JPS6047684B2 (ja) 1977-08-11 1978-08-04 超電導複合体およびその製造方法
CA309,107A CA1092206A (en) 1977-08-11 1978-08-10 Superconducting composite conductor and method of manufacturing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2736157A DE2736157B2 (de) 1977-08-11 1977-08-11 Supraleitender Verbundleiter und Verfahren zu dessen Herstellung

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2736157A1 true DE2736157A1 (de) 1979-02-15
DE2736157B2 DE2736157B2 (de) 1979-10-31
DE2736157C3 DE2736157C3 (de) 1980-07-24

Family

ID=6016120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2736157A Granted DE2736157B2 (de) 1977-08-11 1977-08-11 Supraleitender Verbundleiter und Verfahren zu dessen Herstellung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4195199A (de)
JP (1) JPS6047684B2 (de)
CA (1) CA1092206A (de)
CH (1) CH643969A5 (de)
DE (1) DE2736157B2 (de)
FR (1) FR2400243A1 (de)
GB (1) GB2003311B (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4395584A (en) * 1980-06-25 1983-07-26 Siemens Aktiengesellschaft Cable shaped cryogenically cooled stabilized superconductor
US4409425A (en) * 1980-12-22 1983-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Cryogenically stabilized superconductor in cable form for large currents and alternating field stresses
US6725071B2 (en) 2000-02-14 2004-04-20 Siemens Aktiengesellschaft Fully transposed high tc composite superconductor, method for producing the same and its use
US7698804B2 (en) 2002-05-27 2010-04-20 Siemens Aktiengesellschaft Method for producing a fully transposed high Tc composite superconductor and a superconductor produced by said method

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4377905A (en) * 1978-06-02 1983-03-29 Agency Of Industrial Science And Technology Method for manufacturing a Nb3 Sn superconductor and method for manufacturing hollow superconducting magnet
DE2907083C2 (de) * 1979-02-23 1983-08-25 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Supraleitende Magnetwicklung mit mehrren Wicklungslagen
JPS60423B2 (ja) * 1980-09-18 1985-01-08 科学技術庁金属材料技術研究所長 Ｎｂ↓３Ｓｎ複合加工材の製造法
JPS57201003A (en) * 1981-06-05 1982-12-09 Hitachi Ltd Compound superconductive coil
JPS585253U (ja) * 1981-07-01 1983-01-13 株式会社ボッシュオートモーティブ　システム 冷房サイクルの保護装置
JPS5823106A (ja) * 1981-07-31 1983-02-10 株式会社日立製作所 巻線用電線及びこれを用いたコイル
JPS60198009A (ja) * 1984-03-22 1985-10-07 古河電気工業株式会社 化合物超電導導体
US4623862A (en) 1984-12-27 1986-11-18 Ga Technologies Inc. Thermally stabilized superconductors
US4647888A (en) * 1985-05-09 1987-03-03 Ga Technologies Inc. High heat capacity composites for a superconductor
US4646428A (en) * 1985-11-21 1987-03-03 Oxford Superconducting Technology Method of fabricating multifilament intermetallic superconductor
US4857675A (en) * 1987-05-28 1989-08-15 Oxford Superconducting Technology Forced flow superconducting cable and method of manufacture
DE3824042A1 (de) * 1988-07-15 1990-01-18 Bruker Analytische Messtechnik Wicklungsanordnung fuer einen kryomagneten
JP2719155B2 (ja) * 1988-09-20 1998-02-25 超電導発電関連機器・材料技術研究組合 超電導撚線の製造方法
US5059582A (en) * 1989-03-22 1991-10-22 The Research Foundation Of State University Of Ny Superconductor-metal laminates and method of making
FR2649529B1 (fr) * 1989-07-04 1991-09-20 Alsthom Gec Conducteur supraconducteur a brins multiples transposes a canaux internes de refroidissement, et son procede de fabrication
US6247225B1 (en) * 1995-11-07 2001-06-19 American Superconductor Corporation Method for making cabled conductors containing anisotropic superconducting compounds
US6745059B2 (en) * 2001-11-28 2004-06-01 American Superconductor Corporation Superconductor cables and magnetic devices
DE112017005623T5 (de) 2016-11-08 2019-07-18 Autonetworks Technologies, Ltd. Elektrischer Drahtleiter, ummantelte elektrische Leitung und Kabelbaum

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1581205A (de) * 1967-08-17 1969-09-12
US3509622A (en) * 1967-09-28 1970-05-05 Avco Corp Method of manufacturing composite superconductive conductor
FR1584811A (de) * 1968-09-12 1970-01-02
FR1595500A (de) * 1968-12-26 1970-06-08
CH501322A (de) * 1970-02-03 1970-12-31 Oerlikon Maschf Supraleiter und Verfahren zur Herstellung desselben
FR2119205A5 (de) * 1970-12-23 1972-08-04 Thomson Brandt
US3767842A (en) * 1972-02-25 1973-10-23 Commissariat Energie Atomique Super conducting cable of elemental conductors in a metal matrix within a metallic jacket
GB1394724A (en) * 1972-08-04 1975-05-21 Atomic Energy Authority Uk Superconducting members and methods of mahufacture thereof
GB1458031A (de) * 1973-01-26 1976-12-08
US3958327A (en) * 1974-05-01 1976-05-25 Airco, Inc. Stabilized high-field superconductor
CH592946A5 (de) * 1975-12-15 1977-11-15 Bbc Brown Boveri & Cie
DE2626384C3 (de) * 1976-06-12 1979-12-06 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe Bandförmiger Supraleiter

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4395584A (en) * 1980-06-25 1983-07-26 Siemens Aktiengesellschaft Cable shaped cryogenically cooled stabilized superconductor
US4409425A (en) * 1980-12-22 1983-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Cryogenically stabilized superconductor in cable form for large currents and alternating field stresses
US6725071B2 (en) 2000-02-14 2004-04-20 Siemens Aktiengesellschaft Fully transposed high tc composite superconductor, method for producing the same and its use
US7698804B2 (en) 2002-05-27 2010-04-20 Siemens Aktiengesellschaft Method for producing a fully transposed high Tc composite superconductor and a superconductor produced by said method

Also Published As

Publication number Publication date
GB2003311A (en) 1979-03-07
GB2003311B (en) 1982-01-27
CH643969A5 (de) 1984-06-29
CA1092206A (en) 1980-12-23
FR2400243A1 (fr) 1979-03-09
JPS6047684B2 (ja) 1985-10-23
JPS5430486A (en) 1979-03-06
US4195199A (en) 1980-03-25
DE2736157C3 (de) 1980-07-24
DE2736157B2 (de) 1979-10-31
FR2400243B1 (de) 1983-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2736157C3 (de)
DE2654924C2 (de) Supraleitendes Verbundkabel und Verfahren zu dessen Herstellung
DE2365935C2 (de) Supraleitender Verbunddraht
EP2717340B1 (de) Halbzeugdraht für einen Nb3Sn-Supraleiterdraht
DE102008049672B4 (de) Supraleiterverbund mit einem Kern oder mit mehreren Filamenten, die jeweils eine MgB2-Phase aufweisen, sowie Vorprodukt und Verfahren zur Herstellung eines Supraleiterverbundes
DE2733511B2 (de) Mit Aluminium stabilisierter vieldrähtiger Supraleiter und Verfahren zu seiner Herstellung
DE68919913T2 (de) Zusammengesetzter supraleitender Draht und Verfahren zu dessen Herstellung.
DE2749052C2 (de)
DE2104600B2 (de) Elektrischer leiter fuer supraleitende wicklungen oder schaltstrecken, und verfahren zur herstellung eines solchen leiters
EP1983582A2 (de) Multifilamentsupraleiter sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE2620271B2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Nb3 Sn-stabilisierten Verbund- Supraleiters
EP1983583B1 (de) Multifilamentsupraleiter sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE2403666A1 (de) Verfahren zur herstellung von supraleitern
DE1640573B1 (de) Verfahren zur hers/tellung von zusammengesetzten supraleitern
DE69403362T2 (de) Draht für Nb3X Supraleiterdraht
EP0087691A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters mit einer diffusionshemmenden Schicht
DE102019209170A1 (de) Subelement auf Basis von Nb-haltigen Stabelementen mit pulvergefülltem Kernrohr für einen Nb3Sn-haltigen Supraleiterdraht und zugehörige Herstellungsverfahren
EP2278595B1 (de) NbTi-Supraleiter mit CuMn-Cu-Matrix
DE2218223C2 (de) Verbundleiter und Verfahren zu dessen Herstellung
DE2826810C2 (de)
DE2835974B2 (de) Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten vieladrigen Supraleiters
EP0311650B1 (de) Verfahren zum herstellen eines supraleiters
DE19719738A1 (de) AC-Oxid-Supraleiterdraht und Kabel
EP0014915B1 (de) Supraleitende Magnetwicklung mit mehreren Wicklungslagen
DE2626384B2 (de) Bandförmiger Supraleiter

Legal Events

Date Code Title Description
OAP Request for examination filed
OD Request for examination
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee