DE3688461T2

DE3688461T2 - Verfahren zum herstellen eines supraleitenden elektrischen leiters.

Info

Publication number: DE3688461T2
Application number: DE8686301255T
Authority: DE
Inventors: Yoshimitsu Ikeno; Osamu Kohno; Nobuyuki Sadakata; Masaru Sugimoto
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1985-01-18
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1993-08-26
Anticipated expiration: 2006-02-22
Also published as: EP0234071A1; EP0234071B1; JPS61194155A; US4665611A; JPH0768605B2; DE3688461D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn.
Bislang war es schwierig, ein supraleitendes Material vom intermetallischen Verbundtyp, von dem man sagt, daß es in verschiedenen supraleitenden Eigenschaften einem Material vom Legierungstyp überlegen ist, zur praktischen Anwendung zu bringen, weil supraleitendes Material vom intermetallischen Verbundtyp schlecht bearbeitbar ist. Weithin wurde supraleitendes Material vom intermetallischen Verbundtyp jedoch durch die Entwicklung einer Herstellungsmethode zur praktischen Anwendung gebracht, die eine metallische Diffusionsreaktion anwendet, bei der die Materialien bearbeitet werden, bevor der intermetallische Verbund gebildet wird, und wobei nach dem Bearbeiten eine Diffusions-Wärmebehandlung auf die Materialien angewendet wird, um den intermetallischen Verbund zu bilden.
Das oben beschriebene supraleitende Material vom intermetallischen Verbundtyp schließt ein supraleitendes Material vom Typ Nb&sub3;Sn ein, das in seiner kritischen Temperatur (Tc) hoch liegt und außerdem leicht in der Lage ist, ein starkes Magnetfeld zu erzeugen. Bislang kannte man ein Bronzeverfahren und ein Sn Plattierungsverfahren als typische Herstellungsverfahren für einen supraleitenden elektrischen Leiter, bei dem das supraleitende Material vom Typ Nb&sub3;Sn verwendet wird. Das Bronzeverfahren ist so eingerichtet, daß ein Nb Filament in einer Matrix aus einer Cu-Sn Legierung (Bronze) angeordnet wird, die wünschenswerterweise eine Sn Konzentration in der Größenordnung von 10 bis 15 Gewichtsprozent aufweist, um einen zusammengesetzten Draht oder ein Kabel mit einem vorbestimmten Durchmesser zu bilden. Anschließend wird eine Diffusions-Wärmebehandlung auf den zusammengesetzten Draht angewendet, um das Sn, das in der Cu-Sn Legierung enthalten ist, zu diffundieren, so daß ein supraleitender elektrischer Leiter zur Verfügung gestellt wird, der in sich das Nb&sub3;Sn Filament enthält. Das letztgenannte Sn Plattierungsverfahren ist so eingerichtet, daß ein Nb Filament in einer Matrix aus reinem Cu oder einer Cu-Sn Legierung angeordnet wird, um einen Draht eines vorbestimmten Durchmessers zur Verfügung zu stellen. Anschließend wird eine Sn Plattierung auf einen äußeren Umfang der Cu Matrix aufgebracht, und nachfolgend findet eine Diffusions-Wärmebehandlung statt, um Sn aus der Plattierungsschicht durch die Cu Matrix hindurch zu diffundieren, um einen supraleitenden elektrischen Leiter zur Verfügung zu stellen, der in sich das Nb&sub3;Sn Filament aufweist.
Es wurde jedoch bemerkt, daß Nb&sub3;Sn, das durch die Diffusionsreaktion von Nb-Sn erzeugt ist, dargestellt durch das oben beschriebene Bronzeverfahren und das Sn Plattierungsverfahren, zwar eine hohe kritische Stromdichte (Jc) bei einem äußeren Magnetfeld von bis zu 10T (Tesla) zeigt, daß aber der Jc-Wert bei einem Magnetfeld von mehr als 10T rapide zurückgeht.
Kürzlich wurde gefunden, daß, wenn ein drittes Element, wie z. B. Ti, Si und Hf, das von Nb und Sn verschieden ist, in das Nb Filament oder die Bronze Matrix eingefügt wird, die Rate des Rückgangs des Jc-Werts in dem höheren Magnetfeldbereich oberhalb der Gegend von 10T verbessert werden kann. Es wurde demgemäß ein drittes Element hinzugefügt, um den supraleitenden elektrischen Leiter vom Typ Nb&sub3;Sn herzustellen. In der Praxis verwendet man beim Herstellen des supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn, der das dritte Element enthält, das Nb Filament, zu dem das dritte Element hinzugefügt und in Legierung gebracht ist, oder die Bronzematrix, zu der das dritte Element hinzugefügt und in Legierung gebracht ist, oder man verwendet eine Legierung, in der das dritte Element mittels eines Diffusionsprozesses in Sn enthalten ist.
Die US-A-4 419 145 offenbart ein zusammengesetztes Drahtelement für einen Supraleiter, das durch Einsetzen eines Niobiumstranges in ein Rohr gebildet ist, welches aus einer Legierung aus Kupfer, Zinn und einem dritten Bestandteil gebildet ist, bei dem es sich um Ti, Zr, Hf oder Ti+Hf handelt. Diese Zusammensetzung wird unter Anwendung von gerillten Walzen und durch Drahtziehen zu einem Draht geformt. Die EP-A-0 140 356 offenbart ebenfalls ein drittes Element, das zu Legierungen auf der Basis von Niobium, Kupfer oder Zinn hinzugefügt wird.
Wenn ein supraleitender elektrischer Leiter in einer Weise, wie oben beschrieben, hergestellt wird, ist es in jedem Fall erforderlich, eine Legierung herzustellen, die das dritte Element enthält. Unter den dritten Elementen befindet sich jedoch ein Metall, etwa wie Ti, das bei hohen Temperaturen äußerst aktiv ist. Daher ist es, um Nb, Cu, Sn oder dergleichen mit einem solchen dritten Element zu legieren, erforderlich, ein spezielles Auflösungsverfahren anzuwenden, das hohe Kosten verursacht, beispielsweise einen Vakuum-Lichtbogen-Dissolutionsprozeß oder einen Elektronenstrahl-Dissolutionsprozeß. Dies führt zu einer Erhöhung der Herstellungskosten. Außerdem ist es, da Sn einen äußerst niedrigen Schmelzpunkt besitzt, sehr schwierig, Sn mit Ti oder Ta, wo der Schmelzpunkt hoch liegt, zu legieren. Außerdem besteht die Gefahr, daß das dritte Element bewirkt, daß beim Gießen eine Absonderung stattfindet, was die Güte des Leiters mindert. Deshalb ergibt sich auch das Problem, daß die Hinzufügung des dritten Elements die Bearbeitbarkeit der Bronzematrix oder des Nb Filamentes verschlechtert.
Es war auch ein weiteres Verfahren zur Herstellung des supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn bekannt, bei dem ein Nb Filament mit dem dritten Element plattiert wurde, bevor ein zusammengesetzter Draht gebildet wurde, der einer Diffusions-Wärmebehandlung unterzogen werden sollte.
Bei den obigen Verfahren, bei denen das dritte Element auf das Nb Filament aufplattiert wird, ist es äußerst schwierig, die Plattierungsschicht des dritten Elements mit gleichförmiger und gewünschter Stärke ohne Oberflächenfehler auszubilden. Es ist auch schwierig, das mit dem dritten Element plattierte Filament zu bearbeiten oder zu ziehen, weil die Plattierungsschicht aus dem dritten Element dazu neigt, aufzubrechen und von dem Nb Filament abzuschilfern.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn zur Verfügung zu stellen, das den supraleitenden elektrischen Leiter mit überlegenen Eigenschaften auf einfachere Weise zur Verfügung stellen kann als das übliche Verfahren, ohne daß die Bearbeitbarkeit des Leiters beeinträchtigt würde.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein zusammengesetztes Drahtelement zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn vorgesehen, wobei die Zusammensetzung einen langgestreckten Kernkörper aus Niobium beinhaltet, der in eine rohrförmige Matrix eingesetzt ist, die rohrförmige Matrix aus Kupfer und Zinn zusammengesetzt ist, entweder gesondert oder in Form einer Cu-Sn Legierung, der langgestreckte Kernkörper aus Niobium mit einem Deckkörper bedeckt ist, der aus einem dritten Element in reiner Form gebildet ist, das geeignet ist, die kritische Stromstärke innerhalb eines Nb&sub3;Sn Supraleiters zu verbessern, und wobei der Deckkörper die Form eines Rohres oder einer Folie oder eines Bandes hat.
Die Erfindung sieht auch ein zusammengesetztes Drahtelement zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn vor, wobei die Zusammensetzung einen langgestreckten Kernkörper aus Niobium beinhaltet, der mit einer inneren rohrförmigen Matrix bedeckt ist, die in eine äußere rohrförmige Matrix eingesetzt ist, die genannten inneren und äußeren rohrförmigen Matrizen jeweils aus Kupfer und Zinn zusammengesetzt sind, entweder gesondert oder in Form einer Cu-Sn Legierung, die innere rohrförmige Matrix mit einem Deckkörper bedeckt ist, der aus einem dritten Element in reiner Form gebildet ist, das geeignet ist, die kritische Stromstärke innerhalb eines Nb&sub3;Sn Supraleiters zu verbessern, und wobei der Deckkörper die Form eines Rohres oder einer Folie oder eines Bandes hat.
In einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn vor, die Schritte beinhaltend:
a) Bereitstellen eines zusammengesetzten Drahtelements, wie es oben definiert wurde, und Reduzieren desselben auf einen vorbestimmten Durchmesser, um ein zweites zusammengesetztes Drahtelement zu bilden;
b) Zusammenbauen einer vorbestimmten Anzahl der genannten zweiten Drahtelemente zu einer zweiten rohrförmigen Matrix aus Kupfer oder Kupfer und Zinn, entweder in Form einer Legierung oder als gesonderte Elemente, um ein mehrkerniges, drittes zusammengesetztes Drahtelement zu bilden;
c) Reduzieren des genannten dritten zusammengesetzten Drahtelements auf einen vorbestimmten Durchmesser, um ein viertes zusammengesetztes Drahtelement zu bilden;
d) wahlweises analoges Anwenden der Schritte b) und c) auf das genannte vierte zusammengesetzte Drahtelement und
e) Unterziehen eines mehrkernigen, zusammengesetzten Drahtelements, wie es in Schritt c) oder Schritt d) erzeugt ist, einer Diffusions-Wärmebehandlung, um einen supraleitenden elektrischen Leiter zu bilden, der einen intermetallischen Verbund aus Nb&sub3;Sn und dem genannten dritten Element in einem umfänglichen Teil des genannten Nb Kernkörpers beinhaltet.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung, die aufeinanderfolgende Herstellungsschritte eines supraleitenden elektrischen Leiters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert;
Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein zusammengesetztes Drahtelement zeigt, wie es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benutzt wird;
Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein zusammengesetztes Drahtelement zeigt, wie es bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benutzt wird, und
Fig. 4 ist ein Diagramm, das einen Vergleich der supraleitenden Eigenschaften des supraleitenden elektrischen Leiters, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, mit denjenigen des üblichen supraleitenden elektrischen Leiters zeigt.
Unten werden ein Verfahren und ein zusammengesetztes Drahtelement gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei der Fall der Herstellung eines supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn in Betracht gezogen wird, bei dem Ti als ein drittes Element ausgewählt ist, das zugesetzt werden soll, und wobei ein Zusammenbauen zusammengesetzter Drahtelemente zweimal stattfindet.
Beim Herstellen des supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn wird ein Nb Kernmaterial 1 in Form eines Stabes oder Drahtes zunächst, wie in Fig. 1 -(A) gezeigt, mit einem dünnen rohrförmigen Deckkörper 2 bedeckt, der aus hochreinem Ti besteht, und sodann, wie in Fig. 1 -(B) gezeigt, wird das Kernmaterial 1, das mit dem dünnen Deckkörper 2 bedeckt ist, in eine erste rohrförmige Matrix 3 eingesetzt, die aus einer Cu-Sn Legierung besteht, um ein erstes zusammengesetztes Drahtelement 4 zu bilden. Anschließend wird eine reduzierende Bearbeitung, beispielsweise Gesenkschmieden, Ziehen oder dergleichen, auf das erste zusammengesetzte Drahtelement 4 angewendet, um ein zweites zusammengesetztes Drahtelement 5 mit einem vorbestimmten Durchmesser zu bilden, wie es in Fig. 1 -(C) gezeigt ist. Diese reduzierende Bearbeitung kann ohne Schwierigkeiten stattfinden, weil der dünne Deckkörper 2, der aus hochreinem Ti besteht, eine gute Bearbeitbarkeit aufweist und fest ist.
Anschließend wird eine Mehrzahl solcher zweiter zusammengesetzter Drahtelemente 5 zusammengebaut, wie es in Fig. 1 -(D) gezeigt ist und in einer zweiten rohrförmigen Matrix 6 angeordnet, die aus einer Cu-Sn Legierung besteht, um eine drittes zusammengesetztes Drahtelement 7 zu bilden. Dieses dritte zusammengesetzte Drahtelement 7 wird sodann im Durchmesser reduziert, um ein viertes zusammengesetztes Drahtelement 8 mit einem vorbestimmten Durchmesser zu bilden, wie es in Fig. 1 -(E) gezeigt ist.
Nachfolgend wird eine Mehrzahl solcher vierter zusammengesetzter Drahtelemente 8 zusammengebaut, wie es in Fig. 1 -(F) gezeigt ist, und in einer dritten rohrförmigen Matrix 9 angeordnet, die aus einer Cu-Sn Legierung besteht, um ein fünftes zusammengesetztes Drahtelement 10 zu bilden. Eine reduzierende Bearbeitung wird auf das fünfte zusammengesetzte Drahtelement 10 angewendet, um ein mehrkerniges, zusammengesetztes Drahtelement 11 vorzusehen, wie es in Fig. 1- (G) gezeigt ist. Eine Sn Plattierungsschicht 12 wird auf einem äußeren Umfang des mehrkernigen, zusammensetzten Drahtelements 11 ausgebildet, um ein plattiertes, mehrkerniges, zusammengesetztes Drahtelement 13 zur Verfügung zu stellen.
Nachfolgend wird eine Diffusions-Wärmebehandlung auf das mehrkernige, plattierte, zusammengesetzte Drahtelement 13 angewendet.
Im speziellen ist die Diffusions-Wärmebehandlung so eingerichtet, daß das mehrkernige, plattierte, zusammengesetzte Drahtelement 13 in einem Vakuum oder in einer Atmosphäre von Inertgas auf Temperaturen im Bereich von 650 bis 850ºC für eine Zeitdauer in der Größenordnung von 20 bis 300 Stunden erhitzt wird. Durch die Diffusions-Wärmebehandlung schreitet die Diffusion von Nb, Sn und Ti innerhalb des mehrkernigen, plattierten, zusammengesetzten Drahtelements 13 fort, und Nb, Sn und Ti reagieren miteinander, um Nb&sub3;Sn-Ti rings um das Nb Kernmaterial 1 zu bilden, so daß ein supraleitender elektrischer Leiter vom Typ Nb&sub3;Sn zur Verfügung gestellt wird.
Der so hergestellte supraleitende elektrische Leiter hat eine hohe kritische Stromstärke im Bereich hoher magnetischer Feldstärken und weist überlegene supraleitende Eigenschaften auf, da Nb&sub3;Sn-Ti innerhalb des Leiters entstanden ist. Dazuhin ist der dünne Deckkörper 2, der in der Anfangsstufe des Schritt des Zusammenbauens gebildet wurde, von sich aus weich und dünn, und die Diffusion von Ti findet außerdem nach der Diffusions-Wärmebehandlung statt, und keine der Matrizen 3, 6 und 9 enthält vor der Wärmebehandlung das dritte Element, so daß eine gute Bearbeitbarkeit zur Verfügung steht. Demgemäß kann die reduzierende Bearbeitung auf einfache Weise sowohl bei den ersten zusammengesetzten Drahtelementen 4, den dritten zusammengesetzten Drahtelementen 7 als auch den fünften zusammengesetzten Drahtelementen 10 durchgeführt werden.
Des weiteren läßt sich die Menge an Ti, das in dem supraleitenden elektrischen Leiter enthalten ist, ungehindert auf einen gewünschten Wert einstellen, indem man die Stärke des dünnen Deckkörpers 2 in geeigneter Weise wählt, mit dem das Nb Kernmaterial 1 bedeckt wird. Da es bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren unnötig ist, eine Legierung herzustellen, die Ti enthält, wird der üblicherweise erforderliche, spezielle Dissolutionsprozeß unnötig, und die sich aus dem Legieren ergebende Absonderung findet nicht statt, so daß die Güte des Leiters stabilisiert wird.
Der dünne Deckkörper 2 kann aus einem hochreinen Material wie Ta, In, Hf, Al, Si oder dergleichen bestehen. Außerdem ist der dünne Deckkörper 2 nicht auf eine Rohrform eingeschränkt, sondern kann die Form einer Folie oder eines Bandes besitzen.
Fig. 2 zeigt ein erstes zusammengesetztes Drahtelement 24, das bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benutzt wird. Das erste zusammengesetzte Drahtelement 24 ist so gebildet, daß ein Nb Kernmaterial 20 mit einer inneren rohrförmigen Matrix 21 bedeckt wird, die aus einer Cu-Sn Legierung besteht. Die innere Matrix 21 wird dann mit einem rohrförmigen, dünnen Deckkörper 22 bedeckt, der aus einem dritten Element besteht, und der dünne Deckkörper 22 wird sodann mit einer ersten rohrförmigen Matrix 23 bedeckt. Maßnahmen, ähnlich wie diejenigen, die auf das oben beschriebene erste zusammengesetzte Drahtelement 4 angewendet wurden, werden bei dem ersten zusammengesetzten Drahtelement 24 zur Anwendung gebracht, um einen supraleitenden elektrischen Leiter vom Typ Nb&sub3;Sn vorzusehen.
Der so hergestellte supraleitende elektrische Leiter ist ebenfalls in der Lage, Nb&sub3;Sn - Ti auf wirksame Weise zu bilden.
Fig. 3 zeigt ein fünftes zusammengesetztes Drahtelement 40 für die Verwendung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das fünfte zusammengesetzte Drahtelement 40 ist so eingerichtet, daß eine dritte Matrix 39 mit einem dünnen Deckkörper 44 bedeckt wird, der aus einem dritten Element besteht, und daß der dünne Deckkörper 44 mit einer äußeren Matrix 45 bedeckt wird. Maßnahmen, ähnlich denjenigen, die bei dem oben beschriebenen fünften zusammengesetzten Drahtelement 10 angewendet wurden, werden bei diesem fünften zusammengesetzten Drahtelement 40 zur Anwendung gebracht, um einen supraleitenden elektrischen Leiter vom Typ Nb&sub3;Sn vorzusehen.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Bildung des dünnen Deckkörpers aus einem dritten Element zu jedem Zeitpunkt durchgeführt werden, wenn die Bildung nur vor der Diffusions-Wärmebehandlung stattfindet, und es kann eine Mehrzahl solcher dünnen Deckkörper gebildet werden. Außerdem kann das Zusammenbauen der zusammengesetzten Drahtelemente einmal oder dreimal oder öfter stattfinden.

Beispiel 1

Ein Nb Stab mit einem äußeren Durchmesser von 13 mm, bedeckt mit einem Ti Rohr mit einem Außendurchmesser von 14 mm und einer Wandstärke von 0,2 mm, sowie ein Nb Stab mit einem Außendurchmesser von 13 mm, der ein an ihm in Längsrichtung angebrachtes einzelnes Ti Band mit einer Stärke von 0,2 mm aufweist, wurden je in ein erstes Bronzerohr mit 6 Gewichtsprozent Sn (erste Matrix) eingesetzt, die jedes einen Außendurchmesser von 20mm und eine Wandstärke von 2 mm besitzen, um zwei Arten eines ersten zusammengesetzten Drahtelements zur Verfügung zu stellen. Eine reduzierende Bearbeitung wurde bei jedem der beiden Arten der ersten zusammengesetzten Drahtelemente durchgeführt, um diese zu ziehen. Darauffolgend wurden einundneunzig (91) erste zusammengesetzte Drahtelemente der einen Art in einem zweiten Bronzerohr mit 6 Gewichtsprozent Sn zusammengebaut, das in der Größe dem ersten Bronzerohr gleich war, und es wurden in ähnlicher Weise einundneunzig (91) erste zusammengesetzte Drahtelemente der anderen Art in einem weiteren Bronzerohr mit 6 Gewichtsprozent Sn zusammengebaut, das in der Größe dem ersten Bronzerohr gleich war. Jedes der zwei zweiten Rohre wurde zu einem Durchmesser von 1,1 mm gezogen, und darauffolgend wurde eine reine Sn Plattierung von 30um Stärke auf eine äußere umfängliche Oberfläche jedes der beiden zweiten Rohre aufgebracht. Neunzehn (19) der einen der beiden Arten zweiter Rohre wurden zusammengebaut, und in ähnlicher Weise auch neunzehn (19) der anderen der beiden Arten zweiter Rohre. Danach wurden sowohl die einen zusammengebauten Rohre als auch die anderen zusammengebauten Rohre mit einem Ta Rohr einer Stärke von 0,3mm als Sperre sowie mit einem stabilisierenden Kupferrohr einer Stärke von 2 mm bedeckt und gezogen, um zwei Arten mehrkerniger, zusammengesetzter Drähte zur Verfügung zu stellen, jeweils mit einem Außendurchmesser von 1,0mm. Eine Diffusions-Wärmebehandlung wurde auf jede der beiden Arten mehrkerniger, zusammengesetzter Drähte angewendet, und zwar bei 800ºC für 50 Stunden. Auf diese Weise wurden zwei Arten supraleitender elektrischer Leiterdrähte zur Verfügung gestellt. Die Prüfung der supraleitenden Eigenschaften der zwei Arten von Leiterdrähten ergab überlegene Eigenschaften, wie in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4 bezeichnet die stark gezogene Linie A die Eigenschaften jeder der supraleitenden elektrischen Leiterdrähte, die so hergestellt sind, daß das Ti Rohr und das Ti Band wie oben beschrieben gebildet sind. Die Linie B bezeichnet die Eigenschaften des üblichen, allgemeinen supraleitenden elektrischen Leiterdrahts vom Typ Nb&sub3;Sn. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, ist es bei dem supraleitenden elektrischen Leiter, bei dem das Ti Rohr in der Zusammensetzung vorhanden ist, möglich, eine kritische Stromdichte zu erreichen, die in einem Magnetfeldbereich oberhalb 10T höher liegt als bei dem üblichen supraleitenden elektrischen Leiter. Außerdem konnten bei dem supraleitenden elektrischen Leiter, der so hergestellt ist, daß das Ti Band in der oben beschriebenen Weise in den oben beschriebenen Drähten vorhanden ist, ebenfalls Eigenschaften erzielt werden, die denen ähnlich sind, wie sie durch die Linie A in Fig. 4 angegeben sind.
Außerdem war es möglich, die Ziehbearbeitung bei der Herstellung des supraleitenden elektrischen Leiters, der das Ti Rohr oder Ti Band in oben beschriebener Weise enthält, wirksamer durchzuführen als die Ziehbearbeitung des üblichen supraleitenden elektrischen Leiters.

Beispiel 2

Ein Nb Stab mit einem Außendurchmesser von 6 mm, bedeckt mit einem in dessen Längsrichtung angeordneten Ti Band mit einer Stärke von 60um, wurde in ein erstes Bronzerohr (erste Matrix) mit 6 Gewichtsprozent Sn eingesetzt, mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einem Innendurchmesser von 7 mm, um ein erstes zusammengesetztes Drahtelement zu bilden. Dieses erste zusammengesetzte Drahtelement wurde auf einen Durchmesser von 1,0mm reduziert. Danach wurden einundneunzig (91) so erhaltene erste zusammengesetzte Drahtelemente in einem zweiten Bronzerohr mit 6 Gewichtsprozent Sn zusammengebaut, mit einem Außendurchmesser von 13 mm und einem inneren Durchmesser von 12 mm, um ein zweites zusammengesetztes Drahtelement zu bilden. Dieses zweite zusammengesetzte Drahtelement wurde auf einen Durchmesser von 1,0mm reduziert, und danach wurde eine Sn Schicht von 30um Stärke an einer äußeren umfänglichen Oberfläche desselben elektroplattiert. Einundneunzig (91) der reduzierten und elektroplattierten zweiten zusammengesetzten Drahtelemente wurden zusammengebaut und sodann mit einem Ta Rohr einer Stärke von 0,3 mm als Sperre sowie mit einem stabilisierenden Kupferrohr einer Stärke von 2 mm bedeckt. Die so zusammengebauten und bedeckten zweiten zusammengesetzten Drahtelemente wurden gezogen, um einen mehrkernigen, zusammengesetzten Draht mit einem Außendurchmesser von 1,4 mm zu bilden. Eine Diffusions-Wärmebehandlung wurde auf den mehrkernigen zusammengesetzten Draht angewendet, bei 800ºC für 50 Stunden, um einen supraleitenden elektrischen Leiterdraht zu erhalten. Die Prüfung der supraleitenden Eigenschaften des Drahtes ergab überlegene Eigenschaften, wie durch eine durchgezogene Linie C in Fig. 4 angegeben.

Beispiel 3

Ein Nb Stab mit einem Außendurchmesser von 8 mm, bedeckt mit einem in seiner Längsrichtung angeordneten Ta Band einer Stärke von 20um, wurde in ein erstes Cu Rohr (erste Matrix) eingesetzt, mit einem Außendurchmesser von 12 mm und einem inneren Durchmesser von 9 mm, um ein erstes zusammengesetztes Drahtelement zu bilden. Dieses erste zusammengesetzte Drahtelement wurde auf einen Durchmesser von 1,5 mm reduziert. Danach wurden neunzehn (19) so erhaltene erste zusammengesetzte Drahtelemente in einem zweiten Cu Rohr mit einem Außendurchmesser von 10mm und einem inneren Durchmesser von 8 mm zusammengebaut, um ein zweites zusammengesetztes Drahtelement zu bilden. Dieses zweite zusammengesetzte Drahtelement wurde auf einen Durchmesser von 1,0 reduziert, und danach wurde eine Sn Schicht von 60um Stärke auf eine äußere umfängliche Oberfläche desselben elektroplattiert. Einundneunzig (91) der reduzierten und elektroplattierten zweiten zusammengesetzten Drahtelemente wurden zusammengebaut und sodann in Aufeinanderfolge mit einem Cu-Rohr mit einem Außendurchmesser von 14 mm und einem inneren Durchmesser von 13 mm, einem Ta Rohr mit einem Außendurchmesser von 15 mm und einem Innendurchmesser von 14,5 mm als Sperre, sowie einem stabilisierenden Kupferrohr bedeckt, mit einem Außendurchmesser von 20 mm und einem inneren Durchmesser von 16mm. Die so zusammengebauten und bedeckten Drahtelemente wurden gezogen, um einen mehrkernigen, zusammengesetzten Draht mit einem Außendurchmesser von 1,0 mm vorzusehen. Eine Diffusions-Wärmebehandlung wurde auf den mehrkernigen, zusammengesetzten Draht angewendet, bei 750ºC für 100 Stunden, um einen supraleitenden elektrischen Leiterdraht zu erhalten. Die Prüfung der supraleitenden Eigenschaften des Drahtes ergaben überlegene Eigenschaften, wie durch eine strichpunktierte Linie D in Fig. 4 angegeben.

Beispiel 4

Ein Nb Stab mit einem Außendurchmesser von 8 mm, bedeckt mit einem in dessen Längsrichtung angeordneten In Band mit einer Stärke von 10um wurde in ein erstes Bronzerohr mit 13 Gewichtsprozent Sn (erste Matrix) mit einem Außendurchmesser von 12mm und einem Innendurchmesser von 9 mm eingesetzt, um ein erstes zusammengesetzten Drahtelement zu bilden. Dieses erste zusammengesetzte Drahtelement wurde auf einen Durchmesser von 1,5mm reduziert. Danach wurden neunzehn (19) so erhaltene erste zusammengesetzte Drahtelemente in einem zweiten Bronzerohr mit 13 Gewichtsprozent Sn mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einem inneren Durchmesser von 8 mm zusammengebaut, um ein zweites zusammengesetztes Drahtelement zu bilden. Dieses zweite zusammengesetzte Drahtelement wurde auf einen Durchmesser von 1,0 mm reduziert. Einundneunzig (91) der reduzierten zweiten zusammengesetzten Drahtelemente wurden zusammengebaut und sodann in Aufeinanderfolge mit einem Rohr mit 13 Gewichtsprozent Sn und einem Außendurchmesser von 13 mm und einem Innendurchmesser von 12 mm, einem Nb Rohr mit einem Außendurchmesser von 15 mm und einem Innendurchmesser von 14 mm als Sperre sowie einem stabilisierenden Kupferrohr bedeckt, mit einem Außendurchmesser von 20 mm und einem Innendurchmesser von 16mm. Die so zusammengebauten und bedeckten Drahtelemente wurden gezogen, um einen mehrkernigen, zusammengesetzten Draht mit einem Außendurchmesser von 1,0 mm zur Verfügung zu stellen. Eine Diffusions-Wärmebehandlung wurde sodann auf den mehrkernigen, zusammengesetzten Draht angewendet, bei 750ºC für 100 Stunden, um einen supraleitenden elektrischen Leiterdraht zu erhalten. Die Untersuchung der supraleitenden Eigenschaften des Drahtes ergab überlegene Eigenschaften, wie mit einer ausgezogenen Linie E in Fig. 4 angegeben.

Beispiel 5

Ein Nb Stab mit einem Außendurchmesser von 13 mm, bedeckt mit einem Hf Rohr mit einem Außendurchmesser von 14 mm und einer Stärke von 0,2 mm wurde in ein erstes Bronzerohr mit 6 Gewichtsprozent Sn und einem Außendurchmesser von 20 mm und einem Innendurchmesser von 15 mm eingesetzt, um ein erstes zusammengesetztes Drahtelement zu bilden. Dieses erste zusammengesetzte Drahtelement wurde auf einen Durchmesser von 1,0 mm reduziert. Danach wurden einundneunzig (91) so erhaltene erste zusammengesetzte Drahtelemente in einem zweiten Bronzerohr mit 6 Gewichtsprozent Sn und einem Außendurchmesser von 13 mm und einem Innendurchmesser von 12 mm zusammengebaut, um ein zweites zusammengesetztes Drahtelement zu bilden. Dieses zweite zusammengesetzte Drahtelement wurde auf einen Durchmesser von 1,1mm reduziert, und sodann wurde eine Schicht aus reinem Sn auf seine umfängliche Oberfläche aufplattiert. Neunzehn (19) der reduzierten und plattierten zweiten zusammengesetzten Drahtelemente wurden in einem Bronzerohr mit 6 Gewichtsprozent Sn und einem Außendurchmesser von 7 mm und einem Innendurchmesser von 6 mm zusammengebaut und sodann mit einem Ta Rohr als Sperre bedeckt, mit einem Außendurchmesser von 8,5 mm und einen Innendurchmesser von 7,5 mm, und wurden sodann mit einem stabilisierenden Kupferrohr bedeckt, mit einem Außendurchmesser von 13mm und einem Innendurchmesser von 9mm. Die so zusammengebauten und bedeckten Drahtelemente wurden gezogen, um einen mehrkernigen, zusammengesetzten Draht mit einem Außendurchmesser von 1,0mm zur Verfügung zu stellen. Eine Diffusions-Wärmebehandlung wurde sodann auf den mehrkernigen, zusammengesetzten Draht angewendet, bei 800ºC für 50 Stunden, um einen supraleitenden elektrischen Leiterdraht vom Typ Nb&sub3;Sn zu erhalten. Die Prüfung der supraleitenden Eigenschaften des Drahtes brachte überlegene Ergebnisse zutage, wie durch eine unterbrochene Linie F in Fig. 4 angegeben.

Beispiel 6

Ein Nb Stab mit einem Außendurchmesser von 6 mm wurde mit einem ersten Bronzerohr mit 14 Gewichtsprozent Sn und einem Außendurchmesser von 8 mm und einem Innendurchmesser von 7 mm bedeckt und sodann auf einen Durchmesser von 4 mm reduziert. Dieser reduzierte Stab wurde danach mit einem in Längsrichtung desselben angeordneten Al Band mit einer Stärke von 0,1 mm bedeckt und sodann in ein zweites Bronzerohr mit 14 Gewichtsprozent Sn und einem Außendurchmesser von 7 mm und einem Innendurchmesser von 5 mm eingesetzt, um ein erstes zusammengesetztes Drahtelement zu bilden. Dieses erste zusammengesetzte Drahtelement wurde auf einen Durchmesser von 1,0 mm reduziert. Danach wurden einundneunzig (91) so erhaltene erste zusammengesetzte Drahtelemente in einem dritten Bronzerohr mit 14 Gewichtsprozent Sn und einem Außendurchmesser von 13 mm und einem Innendurchmesser von 12mm zusammengebaut, um ein zweites zusammengesetztes Drahtelement zu bilden. Dieses zweite zusammengesetzte Drahtelement wurde auf einen Durchmesser von 1,1 mm reduziert. Neunzehn (19) der reduzierten zweiten zusammengesetzten Drahtelemente wurden zusammengebaut und sodann mit einem Ta Rohr als Sperre mit einem Außendurchmesser von 6,5 mm und einem Innendurchmesser von 6 mm bedeckt und-mit einem stabilisierenden Kupferrohr mit einem Außendurchmesser von 11 mm und einem inneren Durchmesser von 7mm bedeckt. Die so zusammengebauten und bedeckten Drahtelemente wurden gezogen, um einen mehrkernigen, zusammengesetzten Draht mit einem Außendurchmesser von 1,0 mm zu bilden. Eine Diffusions-Wärmebehandlung wurde dann auf den mehrkernigen, zusammengesetzten Draht angewendet, bei 725ºC für 50 Stunden, um einen supraleitenden elektrischen Leiterdraht vom Typ Nb&sub3;Sn zu erhalten. Die Prüfung der supraleitenden Eigenschaften des Drahtes brachte überlegene Eigenschaften zutage, wie mit einer unterbrochenen Linie G in Fig. 4 angegeben.
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung so eingerichtet, daß vor der Diffusions-Wärmebehandlung der hochreine, dünne Deckkörper, der aus dem dritten Element besteht, für die Verbesserung des kritischen Stromstärkewerts von Nb&sub3;Sn im Bereich hoher magnetischer Feldstärke außen auf das Nb Kernmaterial aufgesetzt wird. Derartige Deckkörper aus unterschiedlichen dritten Elementen und mit unterschiedlichen Stärken sind handelsüblich. Durch diese Anordnung der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, mit Hilfe der Zusammensetzung des dünnen Deckkörpers aus einem dritten Element mit hoher Reinheit und geringer Wanddicke die Bearbeitung zu erleichtern. In diesem Falle ist der Deckkörper aus den gut verformbaren Materialien ausgewählt. Es ist auch möglich, den supraleitenden elektrischen Leiter so herzustellen, daß er verbesserte supraleitende Eingenschaften im hohen Magnetfeldbereich besitzt. Außerdem kann die Menge des in dem supraleitenden elektrischen Leiter enthaltenen dritten Elements auf einfache Weise auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, indem man in geeigneter Weise die Wandstärke des dünnen Deckkörpers wählt. Dieser aus dem dritten Element gebildete Deckkörper ist auch bezüglich der Wandstärke gleichförmig und frei von Oberflächenfehlern, so daß ein supraleitender elektrischer Leiterdraht hoher Güte erhalten werden kann. Darüberhinaus wird, wenn der supraleitende elektrische Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, die Dissolutionsbehandlung überflüssig, die üblicherweise wesentlich war, so daß es möglich ist, die Herstellungskosten zu senken. Es wird auch überflüssig, eine das dritte Element enthaltende Legierung herzustellen, so daß das Problem der Absonderung als gelöst gelten kann und die Güte verbessert wird. Außerdem kann, da die Diffusion des dritten Elementes in die Matrix hinein durch die Diffusions-Wärmebehandlung bewirkt wird, die Bearbeitung vor der Diffusions-Wärmebehandlung in vorteilhafter Weise erleichtert werden.

Claims

1. Zusammengesetztes Drahtelement zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn, wobei die Zusammensetzung einen langgestreckten Kernkörper (1) aus Niobium beinhaltet, der in eine rohrförmige Matrix (3) eingesetzt ist, die rohrförmige Matrix aus Kupfer und Zinn zusammengesetzt ist, entweder gesondert oder in Form einer Cu-Sn Legierung, der langgestreckte Kernkörper aus Niobium mit einem Deckkörper (2) bedeckt ist, der aus einem dritten Element in reiner Form gebildet ist, das geeignet ist, die kritische Stromstärke innerhalb eines Nb&sub3;Sn Supraleiters zu verbessern, und wobei der Deckkörper die Form eines Rohres oder einer Folie oder eines Bandes hat.

2. Zusammengesetztes Drahtelement zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn, wobei die Zusammensetzung einen langgestreckten Kernkörper (20) aus Niobium beinhaltet, der mit einer inneren rohrförmigen Matrix (21) bedeckt ist, die in eine äußere rohrförmige Matrix (23) eingesetzt ist, die genannten inneren und äußeren rohrförmigen Matrizen (21, 23) jeweils aus Kupfer und Zinn zusammengesetzt sind, entweder gesondert oder in Form einer Cu-Sn Legierung, die innere rohrförmige Matrix (21) mit einem Deckkörper (22) bedeckt ist, der aus einem dritten Element in reiner Form gebildet ist, das geeignet ist, die kritische Stromstärke innerhalb eines Nb&sub3;Sn Supraleiters zu verbessern, und wobei der Deckkörper die Form eines Rohres oder einer Folie oder eines Bandes hat.

3. Zusammengesetztes Drahtelement zum Herstellen eines elektrischen Supraleiters vom Typ Nb&sub3;Sn, wobei die Zusammensetzung eine Mehrzahl von Zusammensetzungen wie in Anspruch 1 oder in Anspruch 2 beansprucht, beinhaltet, die gemeinsam innerhalb einer zusätzlichen rohrförmigen Matrix (39, 45) und innerhalb eines zusätzlichen Deckkörpers (44) aus einem derartigen dritten Element angeordnet sind.

4. Zusammengesetztes Drahtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das genannte dritte Element aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Ta, In, Hf, Al und Si besteht.

5. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters vom Typ Nb&sub3;Sn, die Schritte beinhaltend:

a) Bereitstellen eines zusammengesetzten Drahtelements (4/24) nach Anspruch 1 oder 2 und Reduzieren desselben auf einen vorbestimmten Durchmesser, um ein zweites zusammengesetztes Drahtelement (5) zu bilden;

b) Zusammenbauen einer vorbestimmten Anzahl der genannnten zweiten Drahtelemente in einer zweiten rohrförmigen Matrix (6) aus Kupfer oder Kupfer und Zinn, entweder in Form einer Legierung oder als gesonderte Elemente, um ein mehrkerniges, drittes zusammengesetztes Drahtelement zu bilden;

c) Reduzieren des genannten dritten zusammengesetzten Drahtelements auf einen vorbestimmten Durchmesser, um ein viertes zusammengesetztes Drahtelement (8) zu bilden;

d) wahlweises analoges Anwenden der Schritte (b) und (c) auf das genannte vierte zusammengesetzte Drahtelement und

e) Unterziehen eines mehrkernigen, zusammengesetzten Drahtelements (11), wie es in Schritt (c) oder Schritt (d) erzeugt ist, einer Diffusions-Wärmebehandlung, um einen supraleitenden elektrischen Leiter (13) zu bilden, der einen intermetallischen Verbund aus Nb&sub3;Sn und dem genannten dritten Element in einem umfänglichen Teil des genannten Nb Kernkörpers (1) beinhaltet.

6. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters nach Anspruch 5, bei dem das genannte mehrkernige, zusammengesetzte Drahtelement (11) vor dem genannten Schritt der Diffusions-Wärmebehandlung außerdem zumindest einem Schritt eines Montagevorganges, bei dem eine vorbestimmte Anzahl der genannten mehrkernigen, zusammengesetzten Drahtelemente in einer weiteren rohrförmigen Matrix zusammengebaut wird, die aus einer Cu-Sn Legierung oder aus Cu oder einer Kombination aus Cu mit Sn gefertigt ist, unterzogen und anschließend zu einem vorbestimmten Durchmesser reduziert wird, um ein weiteres mehrkerniges, zusammengesetztes Drahtelement zu bilden, das der genannten Diffusions-Wärmebehandlung von Schritt (e) unterzogen werden soll.

7. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters nach Anspruch 5 oder 6, das, vor dem genannten Schritt der Diffusions-Wärmebehandlung, außerdem den Schritt des Bedeckens jedes beliebigen der genannten zweiten und vierten zusammengesetzten Drahtelemente (5, 8) oder des genannten mehrkernigen, zusammengesetzten Drahtelements (11) mit einem weiteren Deckkörper beinhaltet, der aus dem genannten dritten Element gebildet ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem irgendeine der genannten zweiten oder folgenden rohrförmigen Matrizen (6) mit einer Schicht aus Sn an einer umfänglichen Oberfläche plattiert ist.

9. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters nach einem der Ansprüche 5 bis 8, das, vor dem genannten Schritt (e) der Diffusions-Wärmebehandlung, außerdem den Schritt des Bedeckens irgendeines der genannten zweiten und vierten zusammengesetzten Drahtelemente (5, 8) oder des genannten, mehrkernigen, zusammengesetzten Drahtelements (11) mit einem rohrförmigen Körper beinhaltet, der aus einem Material gefertigt ist, das als Sperre für das genannte dritte Element wirkt.

10. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters nach Anspruch 9, das, nach dem genannten Schritt des Bedeckens mit dem genannten rohrförmigen Körper aus dem Sperrematerial, außerdem den Schritt des Bedeckens des genannten rohrförmigen Körpers aus dem Sperrematerial mit einem stabilisierenden Kupferrohr beinhaltet.

11. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters nach Anspruch 10, das, nach dem genannten Schritt des Zusammenbauens des zusammengesetzten Drahtelements, das mit dem genannten rohrförmigen Körper des Sperrematerials bedeckt ist, außerdem den Schritt beinhaltet, den genannten rohrförmigen Körper des Sperrematerials mit einem stabilisierenden Kupferrohr zu bedecken.

12. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei dem das genannte dritte Element aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Ta, In, Hf, Al und Si besteht.

13. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei dem der genannte Deckkörper die Form eines Rohres hat.

14. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei dem der genannte Deckkörper die Form einer Folie hat.

15. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden elektrischen Leiters nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei dem der genannte Deckkörper die Form eines Bandes hat.