DE3008471C2

DE3008471C2 - Verfahren zur Herstellung von aus Längsabschnitten zusammengesetzten Adern mit innerer supraleitenden Schicht aus intermetallischer Verbindung

Info

Publication number: DE3008471C2
Application number: DE3008471A
Authority: DE
Inventors: Pavel Borisovi&ccaron; Moskva &Scaron;enderovi&ccaron;; Efim Abramovi&ccaron; Asnis; Samuil Mordkovi&ccaron; Gurevi&ccaron;; Gennadj Alekseevi&ccaron; Kiev Klimenko; Michail Minovi&ccaron; Nerodenko; Vladimir Michailovi&ccaron; Pan; Vitalij Borisovi&ccaron; Moskva Suchu&scaron;in; David Semenovi&ccaron; Kiev Vorona; Stanislav Pavlovi&ccaron; Zabolotin
Original assignee: Gosudarstvennyj Naucno-Issledovatel'skij Energeticeskij Institut Imeni Gm Krzizanovskogo Moskva Su
Current assignee: Gosudarstvennyj Naucno-Issledovatel'skij Energeticeskij Institut Imeni Gm Krzizanovskogo Moskva Su
Priority date: 1978-12-04
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1982-12-02
Also published as: SU883981A1; JPS56130012A; DE3008471A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruches I vorausgesetzten Art.

Das Verfahren wird vorwiegend zur Herstellung einer rohrförmigen* mehrteiligen (mit langen Maßen) supraleitenden Ader mit innerer Anordnung der supraleitenden Schicht angewendet, die auf der Basis einer intermetallischen Verbindung ausgeführt ist.

Die Durchführung der elktromagnetischen Abschirmung eines supraleitenden Kabels und die Entwicklung der supraleitenden Wellenleiter erfordern die Herstellung einer rohrförmigen supraleitenden Ader mit innerer Anordnung der supraleitenden Schicht. Die Verbindung einzelner Längsabschnitte solcher Adern bei der Montage eines Kabels bzw. Wellenleiters oder einer anderen elektrotechnischen Einrichtung wird besonders kompliziert, wenn die supraleitende Schicht auf der Basis einer intermetallischen Verbindung ausgeführt ist.

Ein Supraleiter solcher Art ist brüchig, läßt sich vom Träger, auf dem er gebildet ist, leicht abblättern und ι ο oxidiert sich unter gewöhnlichen Bedingungen sogar bei einer geringen Erwärmung. Gleichzeitig sind elektrotechnische Einrichtungen, die Supraleiter verwenden, nur im Falle einer vollen Ausnutzung der stromführenden Fähigkeit des Supraleiters rentabel. Folglich soll !5 eine mehrteilige, eine große Länge aufweisende supraleitende Ader über gleiche supraleitende Eigenschaften und stromführende Fähigkeiten für sämtliche Bereiche einer solchen Ader verfügen, darunter auch an Stellen der Verbindung einzelner Längsabsciinitte.
Die zur Zeit existierenden Verfahren zur Verbindung der intermetallischen Supraleiter sehen entweder die Benutzung verschiedenartiger Diffsisäonsvorgänge oder Prozesse der lokalen Schweißung mit einer intensiven, aber eingeschränkten Wärmezufuhr vor. Im ersten Fall fordert die Ausführung der Verbindung eine komplizierte technologische Ausrüstung, und außerdem wird die Verbindung der Supraleiter in einzelnen linearen Bereichen auf ihicr Fläche durchgeführt Im zweiten Fall wird die Verbindung des Supraleiters nur in einer gewissen Umgebung des Schweißpunktes gesichert. Außerdem ist es in jedem Fall praktisch unmöglich, eine stöchiometrische Zusammensetzung des Supraleiters im Übergangsbereich zwischen den zu verbindenden Supraleitern zu erreichen.

Bekannt ist ein Verfahren zu Herstellung einer mehrere Längsabschnitte aufweisenden supraleitenden Ader mit einer supraleitenden Schicht, die auf der Basis einer intermetallischen Verbindung ausgeführt ist (siehe z. B. US-PS 35 23 361), das darin besteht, daß die Enden ■to der Längsabschnitte der supraleitenden Ader in einem Übergangselement untergebracht werden, das durch ein mechanisches pulverförmiges Komponentengemsich der intermetallischen Verbindung gebildet ist. Danach wird die Verbindungsstelle unter Druck bearbeitet, und die Stoßstelle zur Bildung des Supraleiters wird erwärmt. Jedoch ist es mittels eines solchen Verfahrens wegen dabei auftretender technologischer Schwierigkeiten, z. B. der Aufrechterhaltung einer Schutzatmosphäre in der Verbindungszone der Abschnitte im so Prozeß der Erwärmung, nicht möglich, die Verbindung der Längsabschnitte der rohrförmigen supraleitenden Ader mit innerer Anordnung der supraleitenden Schicht zu verwirklichen. Außerdem sind die Festigkeitscharakteristiken einer solchen Verbindung der Abschnitte niedrig, und die Ader hält den thermischen Belastungen nicht stand.

Dies geschieht deshalb, weil die Abschnitte in diesem Fall lediglich durch Diffusionsverbindung der supraleitenden Schicht des Längsabschnitts mit dem Supraleiter des Einsatzes verbunden sind. Ein Bindung des Konstruktionshauptstoffes des Längsabschnitts — der Schicht eines hochschmelzenden Stoffes — findet nicht statt. Die supraleitenden Eigenschaften an Stellen der Verbindung der supraleitenden Schicht der Längsab-Ίί schnitte und des Supraleiters des Übergangselements hängen von einem zufälligen Prozeß des Zerfalls des Oxidbelags bei der Wärmebehandlung ab.

Bekannt ist außerdem ein Verfahren der im

Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art, bei dem vor dem verschweißen der von der supraleitenden Schicht freien Endbereiche benachbarter Längsabschnilte zwischen den Stirnflächen als Einlage Ausfüllstücke aus pulverförmigem Gemisch von Bestandteilen einer intermetallischen Verbindung, die vorher mit einer Hülle aus einem hochschmelzenden Bestandteil derselben intermetallischen Verbindung hermetisch verbunden wurde, angebracht werden.

Dieses Verfahren garantiert jedoch keine hohe Qualität der supraleitenden Schicht, die an Stellen der Verbindung einzelner Abschnitte hergestellt wird. Dies ist mit üC-ϊ Möglichkeit des Platzens oder sogar des Durchbr-uchs der dünnen Wandung der hermetisch abschließenden Hülle im Prozeß der metallurgischen Verbindung dieser Hülle mit der Schicht der hochschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung der Abschnitte verbunden. Andererseits führt die Verstärkung der Wandung der hermetisch abschließenden Hülle zur Verlängerung des Diffusionsvorgangs der Bildung eines Supraleiters in der Verbindungszone von Abschnitten und in einigen Fällen zu einer unvollständigen Verbindung des Supraleiters innerhalb des Einsatzes mit der supraleitenden Sch.'dü der Nachbarabschnitte, d. h, die supraleitenden Eigenschaften werden in der Verbindungszone der Abschnitte nicht am gesamten Umfang des Abschnitts gesichert.

Die hermetisch abschließende Hülle, welche als eine Diffusionskammer dient, in der ein Supraleiter hoher Qualität gebildet wird, verringert folglich zur gleichen Zeit die Wahrscheinlichkeit einer zuverlässigen Verbindung der supraleitenden Schichten der Nachbarabschnitte untereinander, d. h. reduziert die Betriebssicherheit des elektrotechnischen Erzeugnisses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs vorausgesetzte Verfahren so zu verbessern, daß die Bildung der supraleitenden Schicht in der Verbindungszone benachbarter Längsabschnitte zuverlässig und mit erhöhter Qualität der supraleitenden Ader gesichert ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichneni'.sn Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erhöhung der Qualität der herzustellenden supraleitenden Ader, da die Kammer, in der die Bildung der supraleitenden Schicht vor sich geht, die die supraleitenden Schichten der Nachbarabschnitte verbindet, unmittelbar durch die Bereiche der Abschnitte gebildet ist. Dabei bilden dank der Einige, die mit den supraleitenden Schichten der Nachbarabschnitte hermetisch verbunden Lt, diese Schichten zusammen mit den Schichten der hochschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung der Endbereiche die Wandung der Kammer. Das Evakuieren dieser Kammer und deren Füllung mit der leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung erst nach der Durchführung des Schweißens geben die Möglichkeit, die Herstellung der supraleitenden Schicht mit der besten Qualität der Verbindungszone der Abschnitte zu gewährleisten.

Die hermetische Verbindung der Einlage mit supraleitenden Schichten, die durch Punktschweißung mit einer beschränkten Wärmezufuhr erreicht wird zerstört nicht die G?nzheit der supraleitenden Schicht der Abschnitte und verursacht nicht deren Abblättcrung. Die Einführung der leichischmeizericitp. Κοη^ϋ-nente der initi meiaiiischen Verbindung in Fenn einer Schmelze in die Kammer verbssser den Prozeß dor Bildung der supraleitenden rv 'mrir an H-; Wandung der -■ Kammer dank einer besseren Berührung der Schicht de: horhschinelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung durch die leichtschmelzende Komponente.

Nachstehend wird die Erfindung anhand ein»*s

to konkreten Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert; darin zeigt:

Fi g. 1 die errindungsgemäBe Verbindung der Nachbarabschnitte, deren Endbereiche unter einem Winkel von 90° geflanscht sind; und

Fig.2 dasselbe, aber mit erfindungsgemäßen Bereichen, die unter einem Winkel von 180° geflanscht sind. Das Verfahren zur Herstellung einer aus einzelnen Längsabschnitten zusammengesetzten supraleitenden Ader mit innerer Anordnung der supraleitenden Schicht auf der Basis einer intermetallischen Verbindung besteht darin, daß in einer (in Fig. 1 nicht gezeigten) Bedampfungskammer eine Schicht eines Sperrstoffes auf Endteile 1 der geflanschten Bereiche 2 jedes Abschnittes 3 auf eine Schicht 4 einer hocnschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung aufgetragen wird. Die Wärmebehandlung jedes Abschnittes 3 wird in einer (in Fig. 1 nicht gezeigten) thermischen Diffusionskammer in Gegenwart der leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung zur Bildung einer supraleitenden Schicht 5 durchgeführt. Die Schicht des Sperrstoffes wird von den Endteilen 1 jedes Abschnitts 3 entfernt.

Danach werden Nachbarabschnitte 3 mit einem Spalt aufgestellt, eine Einlage 6 wird im Spalt zwischen den supraleitenden Schichten 5 untergebracht und hermetisch mit diesen, z. B. mit Hilfe der Punktschweißung mit einer beschränkten Wärmezufuhr, verbunden. Die geflanschten Bereiche 2 der Nachbarabschnitte 3, die von der supraleitenden Schicht 5 frei sind, werden

-to gestoßen und am Umfang zur mehrteiligen Ader verschweißt.

Das Schweißen wird vorwiegend durch Schmelzen durchgeführt, wodurch der hermetische Abschluß und die Festigkeit einer geschweißten Verbindung 7 erhöht

werden. Durch eine öffnung 8, die in einem der Abschnitte 3 ausgeführt ist, evakuiert man eine im Spalt gebildete, hermetisch abgeschlossene Kammer 9 und füllt diese mit der leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung. Die leichtschmelzende Komponente wird in die Kammer 9 pulverförmig bzw. in Form einer Schmelze eingeführt. Danach führt man die Wärmebehandlung der Verbindungszone der Abschnitte 3 zur Bildung der supraleitenden Schicht (in F i g. 1 durch punktierte Linie gezeigt) in dieser Zone durch. Die supraleitende Schicht wird an dem gesamten Umfang der Kammer gebildet, d. h. in der Schicht 4 der hochschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung an den Endteilen 1 der Abschnitte 3 sowie in der geschweißten Verbindung 7.

m> Im Falle der Einführung einer pulverförmigen leichtschmelzenderi ".omponente in die Kammer 9 und der Verwendung von zusätzlichen pulverförmigen Zusatzstoffe kann man einen intermetallischen Supraleiter an dem gesamten Umfang der Kammer 9 erhalten.

tii Nach der Bildung des Supraleiters in der Verbindungszone der Abschnitte 3 verwirklicht man die Verbindur.i: -.'.ur Absei pit te 3 mit einer Schicht 10 eine.-, stabilisierenden Stoffes. Es ist zu betonen, daß es zur

Herstellung des zuverlässigsten hermetischen Abschlusses der Kiimmer 9 durch die Einlage 6 und der Erhöhung der stromführenden Fähigkeit der Verbindungszone der Abschnitte 3 zweckmäßig ist. die Einlage 6 aus dem Stoff herzustellen, der als hochschmelzende Komponente der internie!«Mischen Verbindung benutzt wird, und deren gesamte Oberfläche mit der leichtschmelzenden Komponente derselben Verbindung zu überziehen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das Verfahren des hermetischen Verschweißungsabschlusses der Kammer 9 durch die Einlage 6.

Der hermetische Abschluß kann z. B. durch mechanisches Zusammendrücken der Bereiche 2 der Abschnitte i über die Einlage 6 erreicht werden. Es ist dabei zweckmäßig, nach dem Evakuieren der Kammer 9 diese mit einem inerten Gas während der gesamten Zeit der Durchführung des Prozesses der Wärmebehandlung zu spülen.

Bei Verbindung der Abschnitte 3 (F i g. 2), die mit den !.tn>-nUnn Λ nt- Γπ/41ιπ·._η!π1·η

ion" -..„„„

was die Montage der Ader eines supraleitenden Koaxialkabels erleichtert, verwendet man einen Übergangsabschnitt II, der nach derselben Technologie der Bildung der supraleitenden Schicht 5 wie auch der Abschnitte 3 ausgeführt ist. Sämtliche Vorgänge werden ähnlich den oben geschilderten durchgeführt, nut das Schweißen der Nachbarabschnitte 3 verwirklicht man durch den Übergangsabschnitt 11. Nach der Bildung des Supraleiters in der Verbindungszone der Abschnitte 3 führt man die Verbindung der Abschnitte 3, 11 mit der Schicht 10 und 12des stabilisierenden Stoffes durch.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der rohrförmigen, aus einzelnen Längsabschnitten zusammengesetzten Ader mit innerer Anordnung der supraleitenden Schicht, die auf der Basis der intermetallischen Verbindung ausgeführt ist. ermöglicht die Gewährleistung der Konstanz der kritischen und Stromkennlinien der Ader in jedem ihrer Bereich, darunter in den Verbindungszonen der Abschnitte der Ader.

Nachstehend wird ein Beispiel der konkreten Variante der Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens angeführt.

Beispiel

Auf Endteile I (Fig. 2) jedes Abschnitts 3 wird auf die Schicht 4 der hochschmelzenden Komponente aus Niob (Nb) die Schicht eines Sperrstoffes (in Fig. 2 nicht gezeigt) aus Tantal (Ta) in einer Bedampfungskammer aufgetragen. Danach wird jeder Abschnitt 3 in einer thermischen Diffusionskammer untergebracht, und die Schicht 10 des s.abilisierenden Stoffes aus Kupfer (Cu) wird im voraus geschützt. In Gegenwart einer leichtschmelzcnden Komponente in Form einer Schmelze aus Zinnbronze führt man die Wärmebehandlung zur Bildung der supraleitenden Schicht 5 aus ■ Niob-Zinn (NbjSn) durch. Der Prozeß wird in einem Vakuum vmi 1,3 · IO ⁴ 1.3 ■ 10 ' nibar bei einer Temperatur von 650 -800"C innerhalb von 20 bis 50 Stunden durchgeführt, leder Abschnitt 3 wird aus der Kammer herausgenommen und von der Tantalschicht

hi befreit.

Dank der Tantalschicht bleiben die Endteile 1 jedes Abschnitts 3 ohne Schicht 5 aus Niob-Zinn. Die somit hergestellten Abschnitte 3 sind zur Montage in eine mehrteilige Ader vorbereitet.

i) Zur günstigen Montage eines supraleitenden Koaxialkabels, das eine innere und eine äußere supraleitende Ader hat. hat dessen äußere Ader in jedem Abschnitt 3 eine Ümbördelung um 180". Zur Verbindung der Abschnitte 3 verwendet man einen Übergangsabschnitt

Abschnitt 3 ausgeführt ist.

Die Abschnitte 3 und der Abschnitt 11 werden mit einem Spalt so aufgestellt, daß die den Spalt bildenden Bereiche dieser Abschnitte 3 die supraleitende Schicht 5

r> enthalten. Im Spalt zwischen den supraleitenden Schichten 5 wird eine Einlage 6 in Form eines Ringes untergebracht, der aus verzinntem Niob ausgeführt ist. Die Einlage 6 wird an die supraleitende Schicht 5 sowohl der A'.-xhnitte 3 als auch des Abschnitts 11 mit Hilfe des

)o Widerstands-Kondensator-Impuisschweißens in zwei Reihen in versetzter Ordnung mit einer Wärmezufuhr zu jedem Schweißpunkt vor. höchstens 2 J angeschweißt.

Danach werden die Abschnitte 3 und der Abschnitt 11

Ji gestoßen und nach dem Umfang durch Impuls-Lichtbogenschweißen in Helmni-Schu!zatmosphäre geschweißt, wodurch die Schweißverbindung 7 mit Niob gebildet wird. Durch die öffnung 8 im Abschnitt 11 wird die im Spalt gebildete hermetisch abgeschlossene ringförmige Kammer9 auf 1,3 · 10-⁴ 1,3 · 10-⁵mbar evakuiert und mit der Schmelze aus Zinnbronze gefüllt. Danach wird eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 650—800°C innerhalb von 20 bis 50 Stunden durchgeführt. Nach Abschluß dieses Prozesses wird auf

^J > den Endteilen 1 der Abschnitte 3, 11 über der Schicht 4 des Niobs die supraleitende Schicht 5 des Niob-Zinns (NbjSn) gebildet, darunter auch in der Schweißverbindung 7. Im Endstadium wird über der Schweißverbindung 7 eine Kupferschicht aufgeschmolzen, die die

>" Schichten 10, 12 des stabilisierenden Stoffes der Abschnitte3,11 verbindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von aus einzelnen Längsabschnitten zusammengesetzten Adern mit innerer Anordnung einer supraleitenden Schicht aus intermetallischer Verbindung, gemäß dem
auf Endteile der geflanschten Bereiche jedes Abschnitts eine Sperrschicht auf die Schicht einer hochschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung aufgetragen wird,
eine Wärmebehandlung jedes Abschnitts in Gegenwart der leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung zur Bildung der inneren supraleitenden Schicht durchgeführt wird, die Sperrschicht von den Endteilen jedes Abschnitts entfernt wird,

danach die Nachbarabschnitte mit einem Spalt aufgestellt werden, im Spalt zwischen den supraleitenden Schichten der zu verbindenden Abschnitte eine Einlage untergebracht und mit den supraleitenden Schichten hermetisch verbunden wird,
die Endbereiche der Nachbarabächnitte, die von der supraleitenden Schicht frei sind, gestoßen und nach dem Umfang verschweißt werden und
eine Wärmebehandlung der Verbindungszonen der Abschnitte in Gegenwart der leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung im Spalt zur Bildung der supraleitenden Schicht in diesen Zonen durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (6) in einer im Spalt eine hermetisch abgeschlossene Kammer (9) bildenden form angebracht wird
und nach dem Verschweiß?" der Abschnitte (3) die im Spalt gebildete, durch die Einlage (6) hermetisch abgeschlossene Kammer (9) evakuiert und mit der leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hermetische Verbindung der Einlage (6) mit den supraleitenden Schichten (5) durch Punktschweißung mit einer beschränkten Wärmezufuhr verwirklicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Einlage (6) aus einem hochschmelzenden Stoff verwendet, der mit einer leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung überzogen, z. B. verzinnt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hermetisch abgeschlossene Kammer (9) mit einer leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung in Form einer Schmelze gefüllt wird.