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VERFAHREN ZUR HERSMELLUNG EINES: STABILISIERTEN
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Außerdem ist die Stromführungskapazität des stabilisierten Supraleiters
vermindert, weil die Verbindung der rohrförmigen Rohstücke beim Punktschweißen auf
einzelnen Oberflächenabschnitten erfolgt.
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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.
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Vorläufig werden vor dem Auftragen der Sperrschicht die Endabschnitte
der rohrförmigen Rohstücke abgebördelt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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,
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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.
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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.
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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.
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Vorteilhafterweise wird als Material der abdichtenden Schicht die
schwerschmelzende Komponente der intermetallischen Verbindung der supraleitenden
Schicht verwendet.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die supraleitende Schicht kann nach den bekannten Verfahren gebildet
werden, beispielsweise nach dem Flüssigphasen-Diffusionsverfahren und nach dem Festphasen-Diffusionsverfahren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
konkrete Beispiele der Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines stabilisierten
Supraleiters vom Rohrtyp angeführt: Beispiel 1.
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Man stellt einen Supraleiter mit einer supraleitenden Schicht auf
Basis der intermetallischen Verbindung Niob-
Zinn (Nb3Sn) her.
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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.
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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.
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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.
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Der gewählte Durchmesser der Bohrungen 5 gewährleistet deren Kapillarität
in bezug auf die Zinnbronze-Schmelze 6.
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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.
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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.
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Die Verhältnisse der Wärmebehandlung sind die gleichen wie bei der
Bildung der Schichten 9, 10 und 11 in der Kammer 8.
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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.
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Man stellt einen Supraleiter mit einer supraleitenden Schicht auf
Basis der intermetallisohen Verbindung Vanadin-Gallitim (V3Ga) her.
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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.
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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.
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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.