DE3121213A1 - Verfahren zur herstellung eines stabilisierten supraleiters vom rohrtyp - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines stabilisierten supraleiters vom rohrtyp

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Description

  • VERFAHREN ZUR HERSMELLUNG EINES: STABILISIERTEN
  • SUPRALEITERS VOM ROHRTYP Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von Supraleitern und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten rohrförmigen Supraleiters mit einer supraleitenden Schicht, die sich an der Innenfläche desselben befindet.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters vom Rohrtyp wird hauptsächlich für die Herstellung von supraleitenden Kabeln und Wellenleitern angewendet, die eine steife stromführende Ader mit einer supraleitenden Schicht besitzen, die auf basis einer intermetallischen Verbindung ausgeführt ist und sich an der Innenfläche der Ader befindet.
  • Bekanntlich werden in der stromführenden Ader eines stabilisierten Supraleiters je nach den Herstellungsverfahren mindestens zwei Schichten unterschieden: eine Schicht stabilisierenden.ilaterials und eine supraleitende Schicht. Die konstruktive Ausführung der supraleitenden Kabel steifer Art mit Verwendung eines elektroiuagnetischen Schirms oder einer Rückleitung sowie die konstruktive Ausführung der Nellenleiter setzen stromführende supraleitende Adern vom Rohrtyp mit einer supraleitenden Schicht voraus, die sich an der Innenfläche der rohrförmigen Ader befindet.
  • Die Technologie der Herstellung von steifen rohrförmigen Adern und die Bedlnbungen ihres Transports zur Stelle der Montage und Verlegung des Erzeugnisses, beispielsweise eines supraleitenden Kabels, beschränken die Länge einer.solchen Ader auf 12 - 20 m. Es ist technologisch hinreichend kompliziert, die Abschnitte der Ader zu einem einheitlichen Supraleiter zu verbinden. Die Aufgabe der Verbindung wird noch komplizierter, wenn die supraleitende Schicht auf Basis einer intermetallischen Verbindung ausgeführt ist, da derartige Verbindungen spröde und chemisch aktiv sind.
  • Jedoch bietet die Verwendung von auf Basis von intermetallischen Verbindungen ausgeführten Supraleitern die Möglichkeit, die Stroinführungskapazität von elektro- technischen Erzeugnissen beträchtlich zu erhöhen und ihre Abmessungen zu verringern.
  • Solche Supraleiter, die aus einzelnen rohrförmigen Rohstücken ausgeführt sind, sollen gleiche supraleitende Eigenschaften und eine gleiche Stromführungskapazität auf ihrer gesamten Länge besitzen, darunter auch an den Verbindungsstellen der rohrförmigen Rohstücke. Bei ihrer Herstellung bestehen die Schwierigkeiten gerade in der Verbindung der supraleitenden Schichten der zusammenstoßenden rohrförmigen Rohstücke. Besonders schwierig ist es, rohrförmigen Rohstücke mit der an ihrer Innenfläche befindlichen supraleitenden Schicht zu verbinden.
  • Zum Verbinden von auf Basis von intermetallischen Verbindungen ausgeführten supraleitenden Schichten werden in der Regel Diffusionsvorgänge angewendet. an verwendet auch die Punktschweißung mit intensiver und beschränkter Wärmezuführung, wobei die supraleitenden Schichten in ummittelbaren Kontakt gebracht werden.
  • Jedoch ist es mit den bekannten Verfahren der Verbindung von supraleitenden Schichten unmöglich zu erreichen, daß die intermetallische Verbindung im Ubergangsgebiet die stöchiometrische Zusammensetzung besitzt. Dies bedeutet, daß sorune kritischen Parameter der supraleitenden Schicht, wie der kritische Strom und die kritische Temperatur, auf dem Abschnitt der Verhindung der Schichten erniedrigt sind.
  • Außerdem ist die Stromführungskapazität des stabilisierten Supraleiters vermindert, weil die Verbindung der rohrförmigen Rohstücke beim Punktschweißen auf einzelnen Oberflächenabschnitten erfolgt.
  • Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleitere vom Rohrtyp mit einer supraleitenden Schicht auf Basis einer intermetallischen Verbindung, welche Schicht sich an der Innenfläche des Supralsiters befindst (siehs die DU-PS 134 580) Das Verfahren besteht darin, darin an den Endabechnittenvon rohrförmigen Roh- stücken, die mindestens eine Schicht stabilisierenden Materials und eine Schicht der schwerschmelzenden Komponente einer intermetallischen Verbindung enthalten, auf die schicht der schwerschmelzenden Komponente eine Sperrschicht aufgetragen wird, die die Bildung einer supraleitenden Schicht behindert. Danach wird die Schicht der schwerschmelzenden Komponente des rohrförmigen Rohstücks in Kontakt mit der leicht schmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung gebracht, und durch Wärmebehandlung werden an der Innenflache des rohrförmigen Rohstücks supraleitende Schichten gebildet. Daraufhin entfernt man die Sperrschicht, wobei an den Endabschnitten die schicht der schwerschmelzenden Komponente bloßgelegt wird bringt die rohrförmigen Robstücke in Stoßverbindung und verschwelöt die Schichten der schwerschmelzenden Komponente am Umfang des Rohstücks. Dann bringt man die Schichten der schwerschmelzenden Komponente der durch Schweißen verbundenen rohrförmigen Rohstücke auf dem Verbindungsabschnitt in Kontakt mit der leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung und bildet durch Wärmebehandlung auf der Kontaktoberfläche eine zusätzliche supraleitende Schicht, die die supraleitenden Schichten der rohrförmigen Rohstücke verbindet.
  • Vorläufig werden vor dem Auftragen der Sperrschicht die Endabschnitte der rohrförmigen Rohstücke abgebördelt.
  • Die Sperrschicht wird auf die Stirnflächen der abgebördelten Enden aufgebracht. Beim Zusammensetzen der Rohstücke bringt man zwischen diese Stirnflächen das pulverförmige Gemisch von Komponenten der intermetallischen Verbindung in einer hermetisch dichten Hülle toroidaler Form ein, die aus der schwerschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung besteht, auf deren Basis die supraleitende Schicht ausgeführt ist. Im pulverförmigen Gemisch der Komponenten ist die leichtschmelzende Komponente mit Überschuß im Vergleich mit dem stöchjometrischen Verhältnis der intermetallischen Verbindung genommen. Beim Zusammensetzen der Rohstücke preßt man das pulverförmige Gemisch zusammen und verschweißt dann die Roh- stücke über die Hülle aus der schwerschmelzenden Komponente. Danach führt man die vvärmebehandlung zur Bildung einer zusätzlichen supraleitenden Schicht durch, die die Supraleitenden Schichten der rohrförmigen Rohstücke verbindet. Diese Schicht bildet sich aus dem pulverförmigen Gemisch der Komponenten der intermetallischen Verbindung, und während der Värmebehandlung werden dank der Diffusion des Überschusses an leiohtschmelzender Komponente durch die Hülle aus der schwerschmelzenden Komponente in die supraleitenden Schichten der Rohstücke diese Schichten verbunden. Die Verhältnisse der Närmebehandlung bei der Bildung der supraleitenden Schichten sind weitgehend bekannt.
  • Beim bekannten Verfahren zur Herstelluab eines stabilisierten Supraleiters vom Rohrtyp mit einer supraleitenden Schicht auf Basis einer intermetallischen Verbindung, welche Schicht sich an der Innenfläche desselben befindet, ist es praktisch unmöglich, die Qualität der zusätzlichen supraleitenden Schicht auf dem Abschnitt der Verbindung der rohrförmigen Rohstücke zu kontrollieren, ohne die Mittel der zerstörenden Prüfung anwenden zu müssen. Die Qualität eines nach diesem Verfahren hergestellten Supraleiters kann erst während seines Betriebs festgestellt werden.
  • Außerdem erfordert dieses Verfahren eine sorgfältige Wahl der Parameter des Xchweißvorganbs der Rohstücke, der Dicke der hermetischen Hülle, der Menge der leichtschmelzenden. Komponente, der Verhältnisse der Mårmebehandlung, d..h., das Verfahren ist recht kompliziert und arbeitsintensiv. All das setzt die Betriebssicherheit des nach dem bekannten Verfahren hergestellten stabilisierten Supraleiters herab.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supralei ters vom Rohrtyp mit einer supraleitenden Schicht auf Basis einer intermetallischen Verbindung, welche Schicht sich an der Innenfläche desselben befindet, zu entwickeln, bei dem die Bildung einer zusätzlichen supraleitenden Schicht, die die supraleitenden Innenschichten verbindet, auf der Außenfläche des Verbindungsabschnitte der rohrförmigen Rohstüoke es gestattet, die Sicht- -kontrolle der Qualität dieser zusätzlichen supraleitenden Schicht zU ermöglichen.
  • Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleitere vom Rohrtyp mit supraleitender Schicht auf Baeia einer intermetallischen Verbindung, welche Schicht sich an aer Innenfläche desselben befindet, darin bestehend, daß - an den Endabsehnittenvon rohrförmigen Rohstücken, die mindestens eine Schicht stabilisierenden Materials und eine Schicht der schwerschmelzenden Komponente einer intermetallischen Verbindung enthalten, auf die Schicht der schwerschmelzenden Komponente eine Sperrschicht aufgetragen wird, die die Bildung einer supraleitenden Schicht behindert, - die schicht der schwerschmelzenden Komponente mit der leichtschmlzenden Komponente der intermetallischen Verbindung in Kontakt gebracht und durch Wärmebehandlung an der Innenfläche des rohrförmigen Rohstücks eine supraleitende Schicht gebildet wird, - die Sperrschicht entfernt wird, wobei die Schicht der schwerschmelzenden Komponente an den Endabschnitten bloßgelegt wird, - die rohrförmigen Rohstücke in Stoßverbindung gebracht werden, - die Schichten der schmerschmelzenden Komponente am Unfang des rohrförnigen Rohstücks verschweißt werden, - dangch die Bchichten der schwerschmelzenden Komponente der durch Schweißen verbundenen rohrförmigen Rohstücke auf dem Verbindungsabschnitt in Kontakt mit der leichtschmelmenden Komponente der intermetallischen Verbindung gebracht werden und auf der Kontaktfläche durch Wärmebehandlung eine ausätzliohe supraleitende Schicht gebildet wird, die die supraleitenden Schichten der rohrförmigen Rohstücke verbindet, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß man vor dem Auftragen der Sperrschicht von den Endabschnitten der rohrformigen Rohstücke die Schicht des stabilisierenden Materials entfernt, wobei auf der Außenfläche der rohrförmigen Rohstücke die Schicht der schwersohmelzenden Komponente freigegeben wird, die Sperrschicht auf die Außenfläche der Schicht der schwer- schmelzenden Komponente zumindest auf einem Teil der Oberfläche dieser freigegebenen Abschnitte aufbringt, auf den von der Schicht des stabilisierenden Materials befreiten Abschnitten der rohrförmigen Rohstücke Bohrungen ausführt, gleichzeitig mit der supraleitenden des rohrförmigen Rohstücks eine supraleitende Schicht an den Wänden der Bohrungen bildet, eine zusätzliche supraleitende Schicht auf der Außenfläche der Schicht der schwerschmelzenden Komponente bildet und durch die zusätzliche supraleitende Schicht die supraleitenden Schichten der rohrförmigen Rohstücke über die an den Wänden der Bohrungen befindlichen supraleitenden Schichten verbindet.
  • Es ist zweckmäßi6, zur Bildung der supraleitenden Schichten, die sich an der Innenfläche der rohrförmigen Rohstücke und an den Wänden der Bohrungen befinden, einen Blüssigphasen-DiffusionsprozeX zu verwenden, bei dem man die leichtschmelzende Komponente der intermetallischen Verbindung in Form einer Schmelze nimmt, wobei die Bohrungen kapillar in bezug auf die bohmelze der leichtschmelzenden Komponente ausgeführt werden.
  • Es ist zweckdienlich, nach der Bildung der supraleitenden Schicht an der Innenfläche des rohrförmigen Rohstücks auf diese Schicht an den Endabschnitten eine abaichtende Schicht auf einer Länge aufzubringen, welche die Bohrungen zumindest überdeckt.
  • Vorteilhafterweise wird als Material der abdichtenden Schicht die schwerschmelzende Komponente der intermetallischen Verbindung der supraleitenden Schicht verwendet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters vom Rohrtyp gestattet es, die Qualität seiner Herstellung zu erhöhen und eine Kontrolle der Qualität sicherzustellen, weil die Ausführung der Bohrungen an den vom stabilisierenden Material befreien Endabechnitten eines jeden Rohstücks während der Wärmebehandlung des Rohstücks bei der Bildung einer supraleitenden Schicht das Herausführen der supraleitenden Schicht auf die Außenfläche der schicht derichwerschmelzenden Komponente gewährleistet, während das Auftragen der Sperrschicht auf die Außenfläche der schicht der schwerschmelzenden Komponente die Sichtkontrolle der Qualität der supraleitenden Schicht auf dem Verbindungsabschnitt der Rohstücke ermöglicht.
  • Die Ausführung der Bohrungen als kapillar in bezug auf die Schmelze der leichtschmelzenden Komponente vereinfacht die technologische Ausrüstung, die zur Herstellung der supraleitenden Schicht auf dem Verbindungsabschnitt verwendet wird. Das Auftragen der abdichtenden Schicht auf die Innenfläche des rohrförmigen Rohstücks gestattet es, seine Wärmebehandlung ohne Evakuieren des Innenraums des stabilisierten Supraleiters durchzuführen, d. h.,die im Verfahren zum Einsatz gelangende technologische Ausrüstung wird vereinfacht.
  • Die Verwendung der schwerschmelzenden Komponente als Material der abdichtenden schicht erhöht die Qualität des Supraleiters durch Vergrößerung der Dicke der supraleitenden Schicht an den Übergangsstellen von der Innenfläche des rohrförmigen Robstïckes zu den Wänden der Bohrungen. Außerdem wird die Wahrscheinlichkeit des Rissigwerdens oder Abblätterns der supraleitenden Schicht an den KanLen der Bohrungen vermindert.
  • Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsvariante derselben mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; i darin zeigen: Fig. 1 einen Endabsohnitt des rohrförmigen Rohstücks eines stabilisierten Supraleiters mit Sperrschicht (Längsschnitt); Fig. 2 einen Endabschnitt des rohrförmigen Rohstücks mit auf diesem Abschnitt ausgeführten Bohrungen (Längsschnitt); Fig. 3 einen Endabschnitt des rohrförmigen iohstücks im stadium der Bildung einer supraleitenden Schicht an der Innenfläche des Rohstücks (Längsschnitt); Fig. 4 den Abschnitt der Verbindung zweier rohrförmigen Rohstücke nach der Schweißung (Längsschnitt); und Fig. 5 den Abschnitt der Verbindung zweier rohrförmigen Rohstücke im Stadium der Bildung einer supraleitenden Schicht auf diesem Abschnitt (Längsschnitt).
  • Ein stabilisierter supraleiter vom Rohrtyp mit einer supraleitenden Schicht auf Basis einer intermetallischen Verbindung, welche Schicht sich an der Innenfläche desselben befindet, wid nach dem erfindungsgemaß" vorgeschlagenen Verfahren aus einzelnen rohrförmigen Rohstücken 1 (Fig.l) hergestellt.
  • Ein rohrförmiges Rohstück 1 des stabilisierten Supr leiters stellt ein zweischichtiges Rohr mit 9 bis 20 m Länge dar, an dessen Audenseite sich eine schicht 2 stabilisierenden Materials und an dessen Innenseite sich eine Schicht 3 der schwerschmelzenden Komponente einer intermetallischen Verbindung befinden. Die Schicht 2 des stabilisierenden Materials ist bekanntlich zur Beseitigung der Folgen einer instabilen unmittelbaren Wirkung der supraleitenden Schicht auf Basis einer intermetallischen Verbindung bestimmt. Als stabilisierendes Material wird meist Kupfer und Aluminium verwendet. Als intermetallische Verbindungen verwendet man vorwiegend Niob - Zinn (Nb3Sn) und Vanadin - Gallium (V3Ga).
  • Das Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters vom Rohrtyp mit einer supraleitenden Schicht auf Basis einer intermetallischen Verbindung, welche Schicht sich an der Innenseite desselben befindet, enthält folgende technologische Arbeitsgänge.
  • Zuerst wird von den Endabschnitten Itatl der rohrförmigen Rohstücke 1 die Schicht 2 des stabilisierenden Materials beispielsweise durch elektrochemische Ätzung oder mechanische Bearbeitung entfernt. Die Länge des Abschnittes "a" kann 0,2 - 0,7 m betragen und hängt von dem Durchmesser des Rohstücks 1, der verwendeten technologischen Ausrüstung und der Erze ugnis art ab.
  • Danach bringt man zumindest auf einen Teil der vom stabilisierenden Material befreiten Außenfläche des Rohstücks 1 (dieser Teil beträgt mindestens 10 mm) auf die Schicht 3 der schwersohmelzenden Komponente eine Sperrqchicht 4 auf, die die Bildung einer supraleitenden Schicht in nachfolgenden Stufen der Herstellung des Supraleiters behindert. Als material der Sperrschicht 4 kann ein schwerschmelzbares Material verwendet werden, das mit der schwerschmelzenden Komponente der internietallischen Verbindung bei Temperaturen in keine chemischen Reaktionen tritt, die für Diffusionsvorgänge der Bildung einer intermetallischen Verbindung charakteristisch sind. Meistens wird als Material der Sperrschicht 4 Tantal (Ta) verwendet, das beispielsweise durch Plasmaaufstauben aufgetragen wird.
  • Darauf werden an den Endabschnitten "a" der rohrförmigen Rohstücke 1 durchgehende Bohrungen 5 (Fig. 2) ausgeführt. Die Anzahl der Bohrungen 5 und ihr Durchmesser werden so gewählt, daß in der Folge die Stromführungskapazität des Supraleiters im Übergangsgebist der supraleitenden Schicht von der Innenfläche zur Außenfläche auf demselben Niveau wie bei der supraleitenden Schicht an der Innenfläche beibehalten wird.
  • Es ist am vorteilhaftesten, die Bohrungen 5 am Umfang des Rohstücks 1 gleichmäßig in mehreren Reihen anzubringen, wobei die Durchmesser der Bohrungen 5 sich von Reihe zu Reihe so verändern, können, daß der Einfluß der Induktivität für den echselstrom berücksichtigt und die Gleichmäßigkeit der Nauverteilung des Strome beim obergang von der Innenfläche des Supraleiters zur Aubenfläche gewährleistet werden.
  • Die Bohrungen 5 werden beispielsweise nach dem elektroerosiven Verfahren ausgeführt. Es ist erwünscht, die Bohrungen 5 so auszuführen daß die Achsen der Bohrungen 5 zu den Stirnflächen der Rohstücke 1 geneigt sind.
  • Falls die Sperrschicht 4 auf der gesamten Atenfläche der Schicht 3 der schwerschmelzenden Komponente te aufgetragen wird, werden die Bohrungen 5 in den beiden Schichten 3, 4 ausgeführt.
  • Dansch wird die Schicht 3 der schwerschmelzenden Komponente in Kontakt mit der leichtschmelzenden Kompo- nente der intermetallischen Verbindung gebracht und zur Bildung einer supraleitenden Schicht wärmebehandelt.
  • Die supraleitende Schicht kann nach den bekannten Verfahren gebildet werden, beispielsweise nach dem Flüssigphasen-Diffusionsverfahren und nach dem Festphasen-Diffusionsverfahren.
  • Beim Flüssigphassen-Diffusionsverfahren nimst-man die leichtschmelzende Komponente in Form einer Schmelze 6 (Fig. 3). An den Endabschnitten "a" eines jeden rohrförmigen Rohstücks 1 werden Blindflansche 7 angebracht und angeschweißt. Danach bringt man das rohrförmige Rohstück 1 in eine thermische Kammer 8 (in der Zeichnung bedingt dargestellt) ein, gießt über eine (in der Zeichnung nicht gezeigte) Einlaßöffnung die Schmelze 6 ein und behandelt mit Wärme, indem man die bekannten Verhältnisse der Wärmebehandlung verwendet: man erwärmt auf eine Temperatur von 500 bis 1000 °Cund hält dabei von 10 bis 50 Stunden in Abhängigkeit von der geforderten Dicke der supraleitenden Schicht. Bei der Wärmebehandlung bildet sich an der Innenfläche des Rohstücks 1 eine supraleitende Schicht 9, an den Wänden der Bohrungen 5 bildet sich eine supraleitende Schicht und auf der von der Sperrschicht 4 freien Außenfläche des Rohstücks 1 bildet sich eine supraleitende Schicht 11. Zweckmaß'igerweise werden die Bohrungen 5 beim FlüssigphasenSiffusionsprozeS kapillar in bezug auf die Schmelze 6 der leichtschmelzenden Komponente ausgeführt.
  • Nach Beendigung des Prozesses der Wärmebehandlung bringt man auf die Innenfläche der Endabschnitte des rohrförmigen Rohstücks 1 oberhalb der supraleitenden Schicht 9 eine abdichtende Schicht 12 (Fig. 4) auf einer Länge "b" auf, die die Bohrungen 5 zumindest überdeckt, wobei das Aufbringen mit Hilfe des piasmaaufstäubens geschieht. Es ist dabei vorteilhaft, als Material der abdichtenden Schicht 12 die schwerschmelzende Komponente der intermetallischen Verbindung zu benutzen.
  • Dann entfernt man beispielsweise durch chemische Ätzung die Sperrschicht 4, wobei die Schicht 3 der schwerschmelzenden Komponente bloßgelegt wird, drückt die röhrenförmigen Rohstücke 1 zusammen und verschweißt die Schichten 3 der schwerschmelzenden Komponente am Umfang z.B. mit Hilfe der Lichtbogenschweibung.
  • Nach der Verschweißung zweier rohrförmigen Rohstücke 1 bildet man auf der Außenfläche des Verbindungs,abschnfttes auf der Schicht 3 der schwerachmelzenden Komponente nach dem Flüssigphasen-Diffusionsverfahren eine zusätzliche supraleitende Schicht 13 (Fig. 5). Hierzu wird zuerst auf der Außenseite des Supraleiters auf dem Verbindungsabschnitt der rohrförmigen Rohetücke 1 eine ringförmige thermische Kammer 14 (in der Zeichnung bedingt dargestellt) angebracht, ins Innere derselben die Schmelze 15 der leichtschmelzenden Komponente eingegossen und in bekannter weise zur Bildung der supraleitenden Schicht 13 wärmebehandelt.
  • Daraufhin wird die Kaumier 14 abgebaut und die Sichtkontrolle der Qualität der supraleitenden Schichten 13, 11 vorgenommen. Nach der Sichtkontrolle der Qualität der supraleitenden Schicht bringt man oberhalb der Schicht 13 auf dem Verbindungsabschnitt der rohrförmigen Rohstücke 1 eine Schicht stabilisierenden Materials beispielsweise nach dem elektrolytischen Verfahren zur Verbindung der Schichten 2 des stabilisierenden Materials der Verkstücke 1 auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters vom Rohrtyp mit der inneren Lage der supraleitenden Schicht auf Basis einer intermetallischen Verbindung gestattet es, die Sichtkontrolle der Qualität des Supraleiters auf dem Verbindungsabschnitt der rohrförmigen Rohstücke durchzuführen und dadurch die Qualität des Supraleiters zu erhöhen, sowie vereinfacht die technologische Ausrüstung zu seiner Herstellung.
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Beispiele der Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters vom Rohrtyp angeführt: Beispiel 1.
  • Man stellt einen Supraleiter mit einer supraleitenden Schicht auf Basis der intermetallischen Verbindung Niob- Zinn (Nb3Sn) her.
  • Rohrförmige Rohetücke 1 (Fig. 1) von 100 mm Durchmesser enthalten eine Schicht 2 stabilisierenden Materials, als welches Kupfer (Cu) verwendet ist, und eine Schicht 3 einer schwerschmelzenden Komponente, als welche Niob (Nb) verwendet ist. Man entfernt von den Endabschnitten "a" mit Hilfe der mechanischen Bearbeitung Kupfer und bringt auf 1/3 Teil der von der Kupferschicht befreiten Außenfläche der Schicht3/am ganzen Umfang mit Hilfe des Plasmaaufstäubens eine Sperrschicht 4 aus Tantal (Ja von etwa 15 @m Dicke auf. Dann führt man an den Endabschnitten "a" eines jeden Rohstücks 1 mit Hilfe der elektroerosiven Bearbeitung achtundvierzig Bohrungen 5 von 2,5 mm Durchmesser unter dem Winkel von 45° zur Oberfläche der Niobschicht3/aus. Die Bohrungen 5 (Fig. 2) werden in drei Reihen ausgeführt und am Umf an6 des Rohstücks 1 gleichmäßig angebracht. Der Abstand zwischen den Reihen ist gleich zwei Durchmessern der Bohrungen 5, d. h. 5 mm.
  • Um das Auflösen von Kupfer in der Schmelze 6 der Zinnbronze zu verhindern, wird das Rohstück 1 mit Blindflanschen 7 aus Niob (Nb) versehen, welche an die Außenfläche der Niobschicht3/angeschweißt sind.
  • Das auf diese Weise vorbereitete Rohstück 1 wird in eine thermische Kammer 8 (Fig. 3) eingebracht, in der die Niobschicht mit der Schmelze 6 der leichtschmelzenden Komponente der Verbindung Niob - Zinn (Nb3Sn) in Kontakt gebracht wird, Das Zinn (Sn) in Form der Zinnbronze-Schme 6 ze/wird ins Innere des Rohstücks 1 eingegossen und bei der Temperatur von 950°C in einem Vakuum von 1,3.10-4 - 1,3.10-5 mbai im Laufe von 20 Stunden wärmebehandelt.
  • Der gewählte Durchmesser der Bohrungen 5 gewährleistet deren Kapillarität in bezug auf die Zinnbronze-Schmelze 6.
  • Im Ergebnis der Wärmebehandlung bilden sich supraleitende Schichten 9, 10, 11. die Schicht 9 bildet sich an der Innenfläche der Niobschicht 3, die Schicht 10 bildet sich an den Wänden der Bohrungen 5 in der Niobschicht3, und die Schicht 11 bildet sich auf der von der Tantalschicht 4 nicht belegten Außenfläche der Niobschicht 3. Die Dicke der supraleitenden Schicht 9 beträgt 15 ylm. Danach nimmt man das Rohstück 1 aus der Kammer 8 bei einer Temperatur von 100 - 150 °C heraus und bringt mit Hilfe des Plasmaaufstäubens auf die Schicht 9 eine abdichtende Schicht 12 aus Niob (Nb) von 40 jum Dicke auf einer Länge auf, die die mit der erstarrten Zinnbronze ausgefüllten Bohrungen 5 überdeckt. Mit Hilfe der mechanischen Bearbeitung entfernt man die Tantalschicht 4 und legt die Niobschicht 3 frei.
  • Man setzt die rohrförmigen Rchstücke 1 (Fig. 4) aneinander und verschweißt die Niobschichten/am Umfang der Rohstücke 1 durch Lichtbogenschweißung in Heliumatmosphäre. Man schleift die Schweißnaht und bringt oberhalb des Verbindungsabschnitts der benachbarten Rohstücke 1 eine thermische Aufsteck-Kaininer 134 (Fig. 5) an, in welcher die Außenfläche der Niobschicht/mit der Schmelze 15 der leichtschmelzenden Komponente - mit der Schmelze der Zinnbronze- in Kontakt gebracht und bis zur Erzeugung einer zusätzlichen supraleitenden Schicht 13 wärmebehandelt wird.
  • Die Verhältnisse der Wärmebehandlung sind die gleichen wie bei der Bildung der Schichten 9, 10 und 11 in der Kammer 8.
  • In der abschließenden Stufe der Herstellung des Supraleiters bringt man nach der Abnahme der Kammer 14 und der Sichtkontrolle der Qualität der supraleitenden Schichten 11 und 13 auf die Außenfläche des Verbindungsabschnitts der rohrförmigen Rohstücke 1 eine Kupferschicht im elektrolytischen Verfahren auf, wobei die Schicht 2 des stabilisierenden Materials wiederhergestellt wird. Im Ergebnis der Wärmebehandlung bildet sich eine supraleitende Niob-Zinn-Schicht auch in der abdichtenden Schicht 12 (diese supraleitende Schicht ist in der Zeichnung nicht gezeigt) Beispiel 2.
  • Man stellt einen Supraleiter mit einer supraleitenden Schicht auf Basis der intermetallisohen Verbindung Vanadin-Gallitim (V3Ga) her.
  • Rohrförmige Rohstücke l (Fig. 1) von 45 min Durch- messer enthalten eine Schicht 2 stabilisierenden Materials aus Kupfer und eine Schicht 3 der schwerschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung, d. h. aus Vanadin (V). Von den Endabschnitten "a" der rohrförmigen Rohstücke 1 entfernt man mit Hilfe der chemischen Ätzung Kupfer. Auf die von Kupfer befreite Außenfläche der Va-3 nadinschicht/bringt man am gesamten Umfang des Rohstücks 1 eine Sperrschicht 4 aus Tantal (Ta) von 10 jim Dicke durch Plasmaaufstäuben auf.
  • Dann führt man an den Endabschnitten "a" eines jeden Rohstücks 1 mit Hilfe der chemischen elektroerosiven Bearbeitung zwei Reihen Bohrungen (die Ausführung der Bohrungen in zwei Reihen ist in der Zeichnung nicht gezeigt) in den Schichten 3, 4 von Vanadin bzw. Tantal. Der Durchmesser der Bohrungen 5 ist gleich 3,5 mm, die Neigung der Bohrungsachse / 600, die Anzahl der Bohrungen ist sechzehn. Die Bohrungen in jeder Reihe bringt man gleichmäßig am Umfang des Rohstücks 1 an. Die Abstände zwischen den Reihen betragen 7 mm.
  • Hiernach schweißt man an die Rohstücke 1 aus Vanadin bestehende Blindfiansche 7 (Fig. 3) an. Man bringt das Rohstück 1 in die thermische Kammer 8 ein, in welcher die 3 6 Vanadinschicht/in Kontakt mit der ßchmelze/von Gallium (Ga) gebracht und bei der Temperatur von 800 °C in einer inerten Heliumatmosphäre im Laufe von 15 Stunden wärmebehandelt wird. 5 Der Durchmesser der Bohrungen 5 gewährleistet ihre Kapillarität in bezug auf die Galliumschmelze 6. Im Ergehnis der Wärmebehandlung bilden sich supraleitende Schichten 9, 10. Die Schicht 9 bildet sich an der Innenfläche des Rohstücks 1 auf der Vanadinschicht 3, und die Schicht 10 bildet sich an den Wänden der Bohrungen 5. Die Dicke der supraleitenden Sahicht 9 beträgt 12 @ m. Danach nimmt man das Rohstück/aus der Kammer 8 bei einer Temperatur von 75 -120 °Cheraus und bringt mit Hilfe der Plasmaaufstäubens auf die supraleitende Schicht 9 eine abdichtende Schicht 12 (Fig. 4) aus Vanadin von 20 jum Dicke auf einer Länge auf, die die mit dem erstarrten Gallium ausgefüllten Bohrungen/überdeckt. Im weiteren werden die im Beispiel 1 ausführlich beschriebenen Arbeitsgänge wiederholt.

Claims (4)

  1. VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES STABILISIERTERTEN SUPRALEITERS VOM ROHRTYP PATENTANSPRUCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters vom Rohrtyp mit supraleitender Schicht auf Basis einer intermetallischen Verbindung, welche Schicht sich an der Inaenfläche desselben befindet, darin bestehend, daß - an den Endabschnitten von rohrförmigen Rohstücken, die mindestens eine Schioht stabilisierenden Materials und eine Schicht der schwerschnelzanden Komponente einer intermetallischen Verbindung enthalten, auf die Schicht der schwerschmelzenden Komponente eine Sperrschicht aufgetragen wird, die die Bildung einer supraleitenden Schicht behindert, - die schicht der schwersohmelzenden Komponente mit der leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung in kontakt gebracht und durch Närmebehandlung an der Innenfläche des rohrförmigen Rohstücks eine supraleitende Schicht gebildet wird, - die Sperrschicht entfernt wird, wobei die Schicht der schwerschmelzenden Komponente an den Endabsohnitten bloßgelegt wird, - die robrförmigen Hobstücke in Stoßverbindung gobracht werden, - die Schichten der schwerschmelzenden Komponente am Umfang des rohrförmigen Rohstücks verschweißt werden, - danach die Schichten der schwerschmelzenden Komponente der durch Schweißen verbundenen rohrförmigen Rohstücke auf dem Verbindungsabschnitt in Kontakt mit der leichtschmelzenden Komponente der intermetallischen Verbindung gebracht werden und auf der Kontaktfläche durch Wärmebehandlung eine zusätzliche supraleitende Schicht gebildet wird, die die supraleitenden Schichten der rohrförmigen Rohstücke verbindet, a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t,idaß man vor dem Auftragen der Sperrschicht (4) von den Endabschnitten der rohrförmigen Rohstücke (1) die Schicht (2) des stabilisierenden Materials entfernt, wobei auf der Außenfläche der rohrförmigen Rohstücke (1) die Schicht (3) der schwerschmelzenden Komponente freigegeben wird, - die Sperrschicht (4) auf die Außenfläche der Schicht (3) der schwerschmelzenden Komponente zumindest auf einem Teil der Oberfläche dieser freigegebenen Abschnitte aufbringt, - auf den von der Schicht (2) des stabilisierenden Materials befreiten Abschnitten der rohrförmigen Rohstücke (1) Bohrungen (5) ausführt, - gleichzeitig mit der supraleitenden Schicht (9) des rohrförmigen Rohstücks (1) eine supraleitende Schicht (10) an den Wänden der Bohrungen (5) bildet, - eine zusätzliche supraleitende Schicht (13) auf der Außenfläche der Schicht (3) der schwerschmelzenden Komponente bildet und - durch die zusätzliche supraleitende Schicht (13) die supraleitenden Schichten (9) der rohrförmigen Rohstücke (1) über die an den-änden der Bohrungen (5) befindlichen supraleitenden Schichten (10) verbindet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1. d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man zur Bildung der supraleitenden Schichten (9, 10), die sich an der Innenfläche der rohrförmigen Rohstücke (1) und an den dänden der Bohrungen (5) befinden, einen I?lüssigphasen-Diffusionsprozeß verwendet, bei dem man die leichtschmelzende Komponente der intermetallischen Verbindung in Form einer Schmelze (6) nimmt, wobei die Bohrungen (5) kapillar in bezug auf die Schmelze (6) der leichtschmelzenden Komponente ausgeführt werden.
  3. 3. Verfahren nach durch g e k e n n z e i c h n e t, daß
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3. d a d u r c h man nach der Bildung der supraleitenden Schicht (9) an der Innenfläche des rohrförmigen Rohstücks (1) auf diese Schicht (9) an den Endabschnitten eine abdichtende Schicht (12) auf einer Länge aufbringt, welche die Bohrungen (5) zumindest überdeckt.
    g e k e n n z e i c h n e t, daß man als Material der abdichtenden schicht (12) die schwerschmelzende Komponente der intermetallischen Verbindung der supraleitenden Schicht (9) verwendet.
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