DE3018105C2 - Verfahren zur Herstellung eines Leiters für elektrische Kabel oder Leitungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Leiters für elektrische Kabel oder LeitungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß r>
dem Oberbegriff des vorstehenden Hauptanspruchs. Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-OS 16 90 534
bekannt. Bei diesem Verfahren werden um einen zentralen, gutleitenden Kern .-»bwechselnd Bleche aus
Niob oder einer Niobgrundlegierung und Bleche aus Zinn gewickelt, und zwar derart, daß sich berührende
Spiralen ergeben. Nachdem ein solchermaßen aufgebautes Gebilde einer Querschnittsverringerung unterzogen
worden ist, kann es durch Glühen in einen Supraleiter überführt werden. 4">
Es sind auch ähnliche Leiter bekannt, bei denen die supraleitenden Elemente die Form von feinen kontinuierlichen
Filamenten aufweisen, die in einer Matrix eingebettet sind (siehe z.B. 16 15 722). Solche Leiter
werden bei verschiedenen Anwendungen bevorzugt. Bei ihrer Herstellung werden beispielsweise Niobstäbe,
die einen Durchmesser von 3 mm oder mehr aufweisen, in eine Hülle aus Bronze eingebracht, worauf dieses
Gebilde mehrere Male extrudiert wird, um aus dem Niobstab ein feines Filament herzustellen. Das erhaltene
Produkt wird dann auf bestimmte Längen geschnitten, und die dabei erhaltenen Teile werden gebündelt und
wieder extrudiert. Nach einem Diffusionsverfahren, bei dem das Zinn in der Bronze in das Niob eindiffundiert,
entsteht ein Supraleiter. Da bei diesem Verfahren die Filamente sehr fein sind und auf sie während der
Querschnittsverringerung starke Kräfte wirken, reißen die Filamente sehr leicht. Wenn einzelne Filamente
reißen, dann hat dies eine Schwächung und unter Umstanden sogar einen Bruch des gesamten Drahts /nr h">
Folge. Außerdem ist es bei einem solchen Verfahren nötig, viele F.xtrtisiorien zur Qiieischniusverringening
durchzuführen, um die darin enthaltenen Niobfilamente zu schonen. Das Extrusionsverfahren wird dadurch sehr
verteuert.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Hauptanspriichs näher skizzierte
Verfahren so weiterzubilden.daß es sich zur Herstellung eines Leiters eignet, in dem eine Vielzahl von
Filamenten eingebettet ist, wobei aber Filamentbrüche, wiederholte Extrusion u. dergl. nicht gegeben sind.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des vorstehenden Hauptanspruchs.
Die Metallschicht in Form eines Bands besteht vorzugsweise aus Bronze, Kupfer, Aluminium oder
Tantal, und die Metallschicht in Form von Streckmetall besteht vorzugsweise aus Niob oder Vanadium.
Insbesondere enthält dabei die Metallschicht in Form eines Bands eines der Legierungselemente Zinn,
Gallium, Germanium oder Silicium, so daß die Metallschicht in Form von Streckmetall durch Diffusion
mit diesem Legierungselement in einen Supraleiter überführt werden kann.
Gemäß einer weheren bevorzugten Ausführungsform
wird vor der mechanischen Verformung das Laminat um einen Kupferstab gerollt und die erhaltene
Rolle dann mit einem Kupfergehäuse versehen.
Es hat sich gezeigt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren viele Schwierigkeiten bei der Herstellung
von Supraleitern vermieden werden können, die feine supraleitende Filamente enthalten, wie z. B. solche aus
Niob/Zinn-Legierungen. Die Verwendung des Streckmetalls beim erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht
die Herstellung eines Leiters mit vielen feinen Filamenten unter einem geringen Bearbeitungsaufwand.
Die Herstellungskosten sind deshalb viel geringer. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch die
Verwendung eines feineren Ausgangsmaterials, so daß weniger Querschnittsverringerung erforderlich ist, um
sogar noch feinere Filamente als bei den bekannten Verfahren herzustellen. Die vielen feinen Filamente
gestatten kurze Diffusionsreaktionszeiten, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Kirkendall-Poren
verringert ist, die bekanntermaßen beim Diffusionsglühen auftreten und die Güte des Supraleiters
verschlechtern können. Das bekannte supraleitende Material Niob/Zinn ist sehr spröde und schwierig zu
verarbeiten. Dadurch, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren extrem feine Filamente hergestellt werden
können, ist die Herstellung von Supraleitern, welche Filamente aus der spröden Niub/Zinn-Legierung
enthalten, wesentlich leichter. Die erfindungsgemäß hergestellten Leiter besitzen außerdem eine erhöhte
Beanspruchbarkeit auf Zug. Wenn wirklich bei Zugbeanspruchung eines der Filamente reißt, dann werden die
Spannungen auf andere tragende Filamente abgeleitet. Alle Filamente wirken so zusammen, als wären sie ein
einziges Filament, wodurch die Gefahr von Brüchen verringert ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Laminat aus einer vollen Metallschicht und einer Streckmetallschicht;
F i g. 2 einen Querschnitt durch einen Knüppel aus einem laminat von Fig. 1. der durch Rollen des
Laminats von Fig. 1 um einen Kupfcr^tab und durch
Belegen mit Kupfer hergestellt worden ist; und
F i g. 3 eine Aufsicht von Fig. 1, wobei die Streikmc
tallschieht zu sehen ist, die auf der vollen Metallschicht liegt.
Die Herstellung eines Supraleiters erfolgt dadurch, daß man zunächst ein Laminat gemäß F i g. 1 herstellt,
das aus einer Bronzeschicht 1 und einer Niobstreckmetallschicht 2 besteht. Die Bronzeschicht dient dazu. Zinn
für die Bildung von NbiSn durch Diffusion zu liefern.
Dieses Verfahren besitzt eine sehr erwünschte Reaktionskinetik für die Festphasendiffusionsreaktion, da es
viel schwieriger ist, das Zinn auf dem Niob anzuordnen und das gleiche Ergebnis zu erreichen. Die Bronze
besitzt eine Standardzusammensetzung und en'hält üblicherweise 10 bis 13% Zinn.
Das La-.riinat 4 wird rund um einen Kupferstab 3
gewickelt, um einen Zylinder herzustellen, der dann mit einer äußeren Schicht aus Kupfer 5 versehen wird
Dadurch wird ein Knüppel erhalten, der den in F i g. 2 gezeigten Querschnittsaufbau besitzt. Die Kupferumhüllung
5 erleichtert das Ziehen des Drahts und ergibt eine gute Tieftemperaturstabilität bei hoher thermischer
Leitfähigkeit. Der erhaltene Knüppel kann dann einer Querschnittsverringerung unterworfen und auf
jede gewünschte Querschnittsform, das heißt rund, quadratisch, elliptisch oder flach, gezogen werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel kann die Niobstreckmetallschicht
2 jede geeignete Stärke aufweisen, was auch für die Bronzeschicht 1 gilt. Es ist erwünscht, durch
geeignete Auswahl der Schichtdicken im Laminat vor dem Aufrollen ein Bronze-zu-Niob-Vclumenverhältnis
von 3:1 zu erzielen. Das Streckmetall besitzt üblicherweise eine Stärke von 0,25 bis 1,5 mm,
vorzugsweise aber von 0,13 bis 0,4 mm.
Es wurde ein Knüppel mit 6,03 cm Außendurchmesser und 15.2 cm Länge hergestellt Er enthielt Niobstreckmetall
auf Bronze, die um einen Kupferstab gewickelt und mit einem Kupfergehäuse versehen waren. Der
Knüppel enthielt über den Querschnitt annähernd 8% Niob und wurde durch herkömmliche Verfahren in
einen durchgehenden Draht mit einem Durchmesser von 0,05 cm verarbeitet und durch herkömmliche
Verfahren (Temperung bei 600° C) reagieren gelassen.
Die kritische Temperatur, das heißt die Temperatur, bei der der Draht einem fließenden Strom keinen
Widerstand entgegensetzt und tei der der Draht also supraleitend wird, wurde bestimmt und mit der
bekannten kritischen Temperatur für reines Niob verglichen. Weiterhin wurde der Draht einer Wärmebe-
IG handlung während 15 min bei 800° C ausgesetzt, worauf
die kritische Temperatur wieder bestimmt wurde. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Probe
Kritische
Temperatur
Temperatur
Reines Niob 90K
Draht (ohne Wärmebehandlung) 11°K
Draht (mit Wärmebehandlung) 17,6°K
Die Ergebnisse der obigen Tabelle zeigen, daß eine verbesserte (das heißt höhere) kritische Temperatur
gegenüber reinem Niob ohne Wärmebehandlung und eine viel bessere kritische Temperatur bei einer
abschließenden Wärmebehandlung, bei der Zinn aus der Bronze in das Niob wandert und eine Legierung bildet,
erreicht wird.
Mi Es wird darauf hingewiesen, daß die supraleitenden
Materialien wegen ihrer Sprödigkeit üblicherweise durch Laminieren von Niob- oder Vanadiummetall mit
einer Metallschicht, die das nötige Legierungselement enthält, und durch anschließendes Diffusionsglühen
hergestellt werden. Eine Ausnahme davon bildet die Niob/Titan-Legierung, die als Ausgangslegierung hergestellt
und in eine Strecknietallschicht verarbeitet werden kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines Leiters für elektrische Kabel oder Leitungen, bei welchem ein
Laminat aus zwei Metallschichten hergestellt, das Laminat zu einem Zylinder aufgerollt und das Ganze
durch mechanische Verformung im Durchmesser bis zur Drahtform verkleinert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß eine der Metallschichten die ι ο Form eines Bands (1) und die andeie Metallschicht
die Form von Streckmetall (2) aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht in Form eines Bands
(1) aus Bronze, Kupfer, Aluminium oder Tantal und is
die Metallschicht in Form von Streckmetall (2) aus Niob oder Vanadium besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht in Form eines Bands
(1) eines der Legierungselemente Zinn, Gallium, Germanium oder Silizium enthält und daß während
der Herstellung des Drahts das Niob oder Vanadium der Metallschicht in Form von Streckmetall (2)
durch Diffusion mit diesem Legierungselement legiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der mechanischen Verformung
das Laminat (4) um einen Ku|>fcrstab (3) gerollt und die erhaltene Rolle mit einem Kupfergehäuse
(5) versehen wird. JO
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