DE3716815C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Supraleiters - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Supraleiters in trommelbarer Ausführung für elektrische Kabel und Leitungen aus einer inneren supraleitfähigen Seele und einer äußeren Hülle aus einem längsnahtgeschweißten Metallband.

Bekannt ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines gattungsgemäßen Supraleiters in flexibler Form, bei dem zunächst auf einen durchlaufenden metallischen Träger eine supraleitfähige Schicht durch Metallspritzen in einem Plasma aufgebracht wird. Der beschichtete Träger wird dann von einem längseinlaufenden Metallband umhüllt, anschließend wird das so gebildete Schlitzrohr längsnahtverschweißt und schließlich zumindest auf den äußeren Durchmesser der supraleitfähigen Schicht heruntergezogen (DE-OS 21 08 635). Als supraleitfähige Schicht dient hierbei die intermetallische Verbindung Nb3Sn, die jedoch eine verhältnismäßig niedrige Sprungtemperatur aufweist, so daß wegen der hohen Anlage­ und Kühlkosten auf Basis dieser Verbindungen hergestellte Leiter sich als wirtschaftliche Alternative zu üblichen Energieübertragungssystemen bisher nicht haben durchsetzen können.

Zwischenzeitlich sind bereits supraleitfähige Verbindungen entwickelt sowie Verfahren für die industrielle Herstellung solcher pulverförmiger oder faseriger Substanzen vorgestellt worden, bei denen die Supraleitung bereits um 100 K und etwas darüber erreicht wird (DE 32 43 265 A1). Solche Mischoxide, in der Literatur auch als keramische Werkstoffe bezeichnet, gestatten aufgrund der hohen Sprungtemperaturen bereits den Einsatz von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel und führen gegenüber einer bisher notwendigen Helium-Kühlung zu einer erheblichen Steigerung der Wirtschaftlichkeit.

Zur Herstellung eines Supraleiters aus einem solchen Mischoxid ist es bereits bekannt (EP 0 281 444 A1), ein Metallrohr mit diesem Material zu füllen und anschließend das gefüllte Rohr auf die Endabmessungen des Supraleiters herunterzuziehen. Da das verwendete Metallrohr nur eine begrenzte Länge aufweist, sind beliebige Längen, z. B. supraleitfähiger Drähte auf diesem Wege nicht herstellbar.

Ein anderes bekanntes Verfahren (EP 0 525 827 A1) sieht zum gleichen Zweck vor, das Mischoxid-Material in ein fortlaufend zum Rohr gebogenes Metallband einzubringen. Dieses Metallband wird zu einer Rinne mit längsverlaufendem Öffnungsschlitz geformt und in dieser Konfiguration zur Sinterung durch einen Ofen transportiert und anschließend einer Querschnittsreduzierung unterworfen. Dieses Verfahren setzt eine hohe mechanische Stabilität der metallischen Rinne voraus, durch die Wärmeausdehnung des Rinnenmaterials bei der Temperaturbehandlung ist die Spaltbreite undefiniert.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Supraleiter mit hoher Sprungtemperatur anzugeben, der in wirtschaftlich vertretbarer Weise herstellbar und durch eine kontinuierliche Herstellungsweise auch trommelbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 3. Gemäß Patentanspruch 1 dadurch, daß das längseinlaufende Metallband zu einer rohrförmigen Hülle geformt und auf die Bandinnenfläche die Teilchen eines Mischoxids aufgebracht werden. Anschließend werden die Bandkanten dicht verschlossen und das so gebildete Rohr im Querschnitt reduziert. Mit der Querschnittsreduzierung erfolgt eine mechanische Verdichtung der pulver- bis granulatförmigen Teilchen des Mischoxids.

Der Einschluß der Mischoxide in die metallische Hülle sichert die Herstellung von Supraleitern in nahezu unbegrenzter Länge. Die Hülle selbst, beispielsweise aus Kupferwerkstoffen hergestellt, dient als mechanische Stütze auch an Verbindungs- oder Anschlußstellen, aber auch als Normalleiter für den Fall auftretender Schäden, z. B. in der Kühlmittelversorgung. Die Verdichtung führt zu einer gleichmäßigen Geometrie und Kompaktheit der Seele, die wesentlich zur Verringerung des elektrischen Widerstandes im supraleitenden Zustand beitragen. Dabei kann es insbesondere für die Herstellung, aber auch für die mechanische Stabilität des Supraleiters zweckmäßig sein, wenn der aus den Mischoxidteilchen bestehende Strang selbsttragend ist. Dies kann gemäß Patentanspruch 3 dadurch erreicht werden, daß dem Mischoxid ein geeignetes Bindemittel zugegeben wird.

Als vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen, wenn in Durchführung der Erfindung das Mischoxid, also der sog. keramische Werkstoff, Kupfer, Blei oder Wismut enthält. Für die weitere Zusammensetzung des Supraleiters nach der Erfindung ist mindestens eines der Elemente der Gruppen zwei und drei des periodischen Systems wesentlich. Aus der Gruppe zwei sind es vor allem das Strontium (Sr) und das Barium (Ba), die in Kombination mit Elementen der Gruppe drei, wie Yttrium (Y) und Lanthan (La) bereits zu hohen Sprungtemperaturen in der Forschung geführt haben.

Die Temperaturbehandlung in den vorherbeschriebenen Fällen, vor, während oder nach der Umhüllung des supraleitfähigen Stranges, liegt zweckmäßig in Bereichen zwischen 850 Grad C und 1650 Grad C, vorzugsweise zwischen 1000 Grad C und 1500 Grad C. Erfolgt die Temperaturbehandlung während oder nach der Umhüllung, sind für die die supraleitfähige Seele umschließende Hülle Metalle mit entsprechend hohen Schmelzpunkten zu wählen.

Die Erfindung sei an Hand der in den Fig. 1 und 2 darge­ stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt in der Fig. 1 eine Anlage zur Herstellung eines Supra­ leiters, in der Fig. 2 den Supraleiter selbst.

Von dem auf dem Wickelbock 1 gelagerten Bandvorrat 2 wird das Metallband 3 über eine Umlenkvorrichtung 4, ggf. auch in Form einer Bandreinigung, der Maschinenanlage 5 zuge­ führt. Im Bereich dieser Anlage wird das Metallband 3 mittels nicht dargestellter und an sich bekannter Form­ werkzeuge, wie versetzt angeordnete Rollen oder Walzen, in die Rohrform 6 gebracht. In das nach oben noch offene Rohr 6 wird mittels der Fördereinrichtung 7 das pulver­ förmige Mischoxid 8 eingebracht. Dieses Pulver wurde z. B. dadurch hergestellt, daß ein aus einem Mischoxid auf Basis La - Sr - Cu - O, Ba - Pb - Bi - O, Ba - La - Cu - O, Y - Ba - Cu - O oder dergl. gepreßter und wärmebehandelter Strang erneut in die Pulverform überführt wurde. Im weiteren Durchlauf durch die Maschinenanlage 5 werden mittels der Schweißvorrichtung 9 die Bandkanten des Rohres 6 dicht verschweißt und das Rohr 6 beim Durchlaufen durch das Kalibrierwerkzeug 10 zunächst im Querschnitt reduziert. In einer oder mehreren Stufen kann dann das mit dem Mischoxid 8 gefüllte bzw. das Mischoxid enthaltende Rohr 6 mit Hilfe weiterer Kalibriervorrichtungen 11 im Querschnitt soweit reduziert werden, bis die Teilchen des im Rohr 6 befindlichen Mischoxids 8 ausreichend verdichtet sind. Ggf. kann sich hieran noch einmal eine Warmbehandlung, etwa in Form eines Glühprozesses, anschließen.

Als Ergebnis dieses Verfahrens zeigt die Fig. 2 in gegen­ über der Fig. 1 vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Supraleiter, bei dem die aus dem Mischoxid 8 bestehende Seele von dem metallischen Rohr 6 dicht umschlossen ist.

Claims (4)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Supraleiters in trommelbarer Ausführung für elektrische Kabel und Leitungen aus einer inneren supraleitfähigen Seele und einer äußeren Hülle aus einem längsnahtgeschweißten Metallband dadurch gekennzeichnet, daß das längseinlaufende Metallband zu einer rohrförmigen Hülle geformt und auf die Bandinnenfläche die Teilchen eines Mischoxids aufgebracht werden, und daß anschließend die Bandkanten dicht verschlossen und das so gebildete Rohr im Querschnitt reduziert wird, wobei mit der Querschnittsreduzierung eine mechanische Verdichtung der pulver- bis granulatförmigen Teilchen des Mischoxids erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor, während oder nach der Umhüllung der Teilchen des Mischoxids dieses einer Temperaturbehandlung unterworfen wird.

3. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Supraleiters in trommelbarer Ausführung für elektrische Kabel und Leitungen aus einer inneren supraleitfähigen Seele und einer äußeren Hülle aus einem längsnahtgeschweißten Metallband, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des Mischoxids zunächst durch Pressen oder Extrusion unter Zuhilfenahme eines Bindemittels fortlaufend zu einem Strang verdichtet werden, daß dieser Strang anschließend von einem längseinlaufend zum Rohr geformten Metallband umschlossen wird, dessen Kanten miteinander verschweißt werden, und daß schließlich die nunmehr dichte Hülle auf den Strang heruntergezogen wird, wobei vor, während oder nach der Umhüllung eine Temperaturbehandlung des verdichteten Stranges erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung in Bereichen zwischen 850 Grad C und 1650 Grad C, vorzugsweise zwischen 1000 Grad C und 1500 Grad C vorgenommen wird.