DE2752990A1 - Verfahren zur herstellung eines supraleiters - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines supraleitersInfo
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Description
106/77 Q PL/dh
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemnss
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DT-OS 2k 59 263 bekannt.
Ein mehrkerniger Supraleiter, der aus supraleitenden Kernen und nicht supraleitendem Material zusammengesetzt ist und
dessen Kerne ganz oder teilweise aus intermetallischen Verbindungen
mit |3-W-Struktur und der Zusammensetzung AB (z.B.
Nb,Sn) bestehen, wird so hergestellt, dass mit nicht supraleitendem
Material ummantelte Drähte aus Metall A mit Metall B beschichtet und mehrere dieser Drähte in ein Rohr aus nicht
supraleitendem Material eingebracht werden und dass anschliessend das mit den beschichteten Drähten gefüllte Rohr durch
Ziehen zu einem Verbundkörper verarbeitet und der Verbundkörper bei einer Temperatur von 650 bis 750 C während einer
Zeit von 10 "bis 80 Stunden geglilht wird. Durch dieses Verfahren
soll ein mehrkerniger Supraleiter geschaffen werden, der eine hohe mechanische Stabilität aufweist und dessen
Kerne weitgehend aus der supraleitenden intermetallischen
Verbindung AB bestehen. Dieses Verfahren weist jedoch einige
Nachteile auf. Es erlaubt die Herstellung von nur beschränkten Leitereinheitslängen. Bei gegebenen Rohr- und Drahtdimen-
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sionen ist die Länge des Rohres, in das die Drähte gesteckt werden können, begrenzt. Die eventuelle Verwendung von grösseren
Rohrdimensionen bzw. eine kontinuierliche Umbändelung ist aufwendig und erfordert zusätzliche Spezialeinrichtungen.
Ein wesentlich schwerwiegenderer Nachteil liegt darin, dass mit der Umkleidung der gebündelten Einzeldrähte zusätzliches
Material des Rohres in den Drahtquerschnitt eingebracht wird, welches für den Supraleiter praktisch ohne Nutzen ist, dafür
aber die zu erreichende kritische Gesamtstromdichte herabsetzt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zu Grunde, die Nachteile des Bekannten zu beseitigen und ein Verfahren zur
Herstellung eines Supraleiters zu schaffen, das die Herstellung von praktisch unbegrenzten Einheitslängen des Supraleiters
und eine hohe Gesamtstromdichte desselben auf einfache Weise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass bei dem erfindungsgemassen Verfahren die
Einzelleiter während der mechanischen Verformung ohne ein zusätzliches Rohr zusammengehalten werden, so dass die Einheitslänge
des Supraleiters nicht durch die technologischen Schwierigkeiten beim Einlegen der Einzelleiter in das Rohr
begrenzt ist und in den Drahtquerschnitt kein zusätzliches, nutzloses Material eingebracht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erforderliche Seilverbund der Einzelleiter während der mechanischen Verformung
durch zusätzliche Verdrillungen aufrechterhalten wird. Während der mechanischen Verformung z.B. durch das Ziehen
oder Walzen nimmt die Steigungshöhe der Verseilung zu, so dass die Verbundkräfte entsprechend vermindert werden. Die
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zusätzlichen VerdriHunden erneuern diese Verbundkräfte, so
dass die verdrillten Einzelleiter auch bei einer grossen Verlängerung nicht auseinanderfallen. Es ist zweckmässig,
wenn die zusammenverdrillten Einzelleiter nach jedem oder während jedes Verformungsschrittes zusätzlich verdrillt
werden. Diese Massnahme verhindert eine zu grosse Steigungshöhe der Verseilung. Nach einer weiteren Ausgestaltung wird
die metallurgische Verbindung der Einzelleiter durch eine Kaltverschweissung oder eine Verlötung durchgeführt. Diese
metallurgische Verbindung hält die Einzelleiter während der mechanischen Verformung zusammen. Es ist selbstverständlich,
dass die metallurgische Verbindung mit der Verseilung der Einzelleiter kombiniert werden kann. Es ist vorteilhaft, wenn
die Einzelleiter vor der Verseilung mit einer Schicht des Metalls B versehen werden oder wenn das Metall B während oder
nach der mechanischen Verformung dem Einzelleiterverbund zugeführt wird. Damit werden die Einzelleiter mit der vorherbestimmten
Menge des Metalls B versorgt, die zur Reaktion mit den Filamenten benötigt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Einzelleiterverbund am Anfang des erfindungsgemässen Verfahrens und
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Einzelleiterverbund gemäss Fig. 1 am Ende des Verfahrens.
Gemäss Fig. 1 ist ein Einzelleiterverbund mit der Bezugsziffer 1 benannt, Einzelleiter mit der Bezugsziffer 2,
Kupfermatrizen mit der Bezugsziffer 3, Nb-Filamente mit
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der Bezugsziffer 4 und Sn-Schichten mit der Bezugsziffer
Tn Fig. 2 ist der Einzelleiterverbund mit derselben Zahl 1 bezeichnet wie in Fig. 1. Die Sn-Schichten sind auch in
Fig. 2 durch die Zahl 5 gekennzeichnet. Die Kupfermatrix mit den Nb-Filamenten ist mit der Ziffer 6 benannt.
Der Einzelleiter 2 besteht aus der Kupfermatrix 3 mit 102 eingebetteten Nb-Filamenten 4. Fr wurde auf 0,76 mm Durchmesser
gezogen und mit einer Sn-Schicht von 20 ix bedeckt. Sieben Einzelleiter 2 wurden zu dem Einzelleiterverbund 1
verseilt und durch Ziehen auf einen Enddurchmesser von 0,25 mm verformt. Während der mechanischen Verformung wurde
der Einzelleiterverbund 1 zusätzlich verdrillt, so dass das Verhältnis von Steigungshöhe zum Drahtdurchmesser im wesentlichen
stets erneuert wird. Durch eine Glühoperation wurde der Einzelleiterverbund 1 in Stufen von 200 bis auf 700° erhitzt,
wobei das Zinn aus der Zinnschicht 5 in die Kupfermatrix 3 eindiffundierte. Während einer 50-ständigen Glühbehandlung
bei 700 C wurde die supraleitende Verbindung
Nb,Sn gebildet.
Der Erfindungsgegenstand ist auf das beschriebene Beispiel
selbstverständlich nicht beschränkt. Die Einzelleiter 2 können in der Kupfermatrix 3 wenige bis mehrere hundert
Filamente aus einer der Komponenten der intermetallischen Verbindung der A15-Struktur enthalten und sie können zu
einem langen Leiter bis zu einem Durchmesser von 0,1 bis zu mehreren Millimetern gezogen werden. Dabei können die
Einzelleiter 2 einen Durchmesser von 5 ja bis 100 yu, vorzugsweise
20 ju bis 70 μ aufweisen und jeder oder mindestens
annähernd jeder zweite von einer Zinnschicht umgeben sein, wobei die Filamente einen Durchmesser von 0,5 u bis 10 yu
aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass eine zusätzliche Verdrillung nach einer Durchmesserreduktion um den Quotienten
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vorteilhaft ist. Die zusätzliche Verdrillung kann man selbstverständlich
auch kontinuierlich während der mechanischen Verformung durchführen. Statt einer dicken Zinnbedeckung
jedes Einzelleiters kann auch der teilgezogene oder teilgewalzte Einzelleiterverbund 1 mittels einer Führung durch ein
Zinnbad mit der erforderlichen Zinnmenge gefüllt werden, wobei das Verzinnen nach dem Teilzug zu erfolgen hat, bei dem
gerade die vorherbestimmte Zinnmenge aufgenommen wird, die zur Reaktion mit den Filamenten benötigt wird. Das oben Angegebene
für Sn und Nb gilt entsprechend auch für die anderen, im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Metalle. Die Verseilung
kann gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden: jeder Einzeldraht nach Fig. 1 kann bereits aus einem Teilkabel
nach Fig. 2 bestehen. Das Kabel nach Fig. 1 kann aus mindestens drei bis über zehn Einzeldrähten bestehen.
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Claims (6)
1. !Verfahren zur Herstellung: eines Supraleiters mit in einer
Matrix eingebetteten Filamenten, welche mindestens teilweise
aus einer intermetallischen Verbindung vom Strukturtyp A 15 der Zusammensetzung AR bestehen, wobei als
Metall A Niob und Vanadium und als Metall B Zinn, Silicium, Aluminium, Germanium und Gallium verwendet werden können,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei miteinander durch Verseilung und/oder durch eine metallurgische Verbindung
zusammengehaltene Einzelleiter (2) durch eine mechanische Verformung auf mindestens ein Viertel des
ursprünglichen Gesamtauerschnittes gebracht und danach geglüht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erforderliche Seilverbund der Einzelleiter (2) während
der mechanischen Verformung durch zusätzliche Verdrillungen aufrechterhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenverdrillten Einzelleiter (2) nach jedem oder
während jedes Verformungsschrittes zusätzlich verdrillt werden.
1J. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die metallurgische Verbindung der Einzelleiter (2) durch eine Kaltverschweissung oder eine Verlötung durchgeführt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleiter (2) vor der Verseilung mit einer Schicht
(5) des Metalls B versehen werden.
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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Metall B wnhrend oder nach der mechanischen Verformung
dem Einzelleiterverbund (1) zugeffihrt wird.
BBC Aktiengesellschaft
Brown, Boveri & Cie.
Brown, Boveri & Cie.
9 0 3 B 1 T / 0 S 0 9
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