DE3811664A1 - Verfahren zum herstellen eines supraleitenden drahtes - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines supraleitenden drahtes

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DE3811664A1
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Kenzaburou Iijima
Toshiharu Hoshi
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Ver­ fahren zum Herstellen eines supraleitenden Drahtes und bezieht sich insbesondere auf eine Verbesserung in der Herstellung von feinen, supraleitenden Drähten, die bei­ spielsweise für supraleitende Spulen verwendet werden.
Das Herstellen von feinen, supraleitenden Drähten gemäß dem Stand der Technik beruht in der Regel auf einem Strangpressen eines supraleitenden Legierungsbarrens, wie beispielsweise einem Heißstrangpressen und einem hydrostatischen Strangpressen. Für diese Art der Her­ stellung sind beispielsweise Nb-Ti-Legierungen geeignet. Dieses bekannte Verfahren kann jedoch nicht bei der Ver­ arbeitung supraleitender Materialien eingesetzt werden, die für ein Strangpressen weitgehend ungeeignet sind. Daher ist trotz der kürzlich erfolgten, erheblichen Entwicklung im Bereich von keramischen Materialien mit hoher Supraleitfähigkeit bei den Temperaturen des flüssigen Stickstoffes der Einsatz dieser Art von kera­ mischem Material bei der Herstellung feiner, supralei­ tender Drähte relativ beschränkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatz von keramischen, supraleitenden Materialien bei dem Herstellen von supraleitenden Drähten für elektrische und elektronische Anwendungen zu fördern.
Gemäß einem grundlegenden Aspekt der vorliegenden Er­ findung wird ein länglicher Block zumindest aus einem gesinterten Kern eines keramischen, supraleitenden Materials gebildet und in Längsrichtung an einem seiner Enden durch Heißschmelzen des gesinterten Kernes in einen feinen Draht gedehnt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Aus­ führungsbeispieles einer Ausstattung zum Durchführen einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfin­ dung; und
Fig. 2 eine seitliche Schnittdarstellung des länglichen Blockes, der für die Her­ stellung durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Eine Ausrüstung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt, in der diese Ausrüstung eine Trägereinheit 1 beinhaltet, die für eine vertikale Bewegung durch eine geeignete An­ triebseinheit (nicht dargestellt) angetrieben wird und einen länglichen Block 10 trägt. Ein Heizsystem 2 ist unterhalb der Trägereinheit 1 gegenüber dem unteren Ende 10 a des länglichen Blockes 10 angeordnet. Weiter unter­ halb des Heizsystemes 2 liegt ein Kühlsystem 3, das der Bewegungsstrecke eines feinen Drahtes 13 gegenüberliegt, der aus einem länglichen Block durch Dehnung gebildet werden soll. Der feine Draht 13 wird mittels einer Zwi­ schenführung 4 zu einer Aufnahmeeinheit 5 geführt, die für eine Drehung durch einen Antriebsmotor 5 angetrieben wird, der auf dem Boden befestigt ist.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, beinhaltet der längliche Block 10 einen stabförmigen, gesinterten Kern 11, der aus einem keramischen, supraleitenden Material wie beispielsweise (Y0,5Ba0,5)3Cu2O7 besteht. Der gesinterte Kern 11 ist von einem röhrenförmigen Glasmantel 12 mit einem konischen unteren Ende 12 a umgeben. Der längliche Block 10 wird durch ein Tragsystem 1 mit dem unteren Ende 10 a nahe des Heizsystemes 2 gehalten. Durch diese Erhitzung des Endteiles wird der gesinterte Kern 11 mit einer entsprechenden Erweichung des Glasmantels 12 ge­ schmolzen. Das erweichte untere Ende 12 a des Glasmantels 12 wird nach unten in den feinen Draht 13 gedehnt, wie dies durch einen Pfeil gezeigt ist. Der feine Draht 13 wird auf der Aufnahmeeinheit 5 nach dem Abkühlen durch das Kühlsystem 3 aufgesammelt. Die Glaskomponente auf dem sich ergebenen feinen Draht 13 wird mittels einer geeigneten chemischen Behandlung entfernt.
Der gesinterte Kern 11 hat vorzugsweise eine zylindri­ sche Konfiguration und einen Durchmesser in der Größen­ ordnung von 10 bis 20 mm. Zusätzlich zum oben beschrie­ benen Material (Y0,5Ba0,5)3Cu2O7 kann der gesinterte Kern 11 aus jeglichem keramischem, supraleitenden Material mit der allgemeinen Zusammensetzung
(R x Ba1 - x )3Cu2O z
bestehen, wobei R eine der Komponenten Sc, Y, La, Ho, Dy oder Eu ist; X in dem Bereich zwischen 0,3 und 0,8 liegt und Z in einem Bereich zwischen 6 und 7 liegt.
Die Heiztemperatur des Heizsystems wird in Abhängigkeit von der Viskosität des Glasmantels 12 nahe am Schmelz­ punkt des gesinterten Kernes 11 gewählt. Insbesondere wird die Heiztemperatur derart ausgewählt, daß die Vis­ kosität in der Größenordnung zwischen 102 und 106 Poise liegt. Wenn die Viskosität unter 102 Poise fällt, würde ein zu starkes Schmelzen des gesinterten Kernes 11 einen Bruch des feinen Drahtes 13 während des Dehnens verur­ sachen. Eine Viskosität oberhalb von 106 Poise würde ebenfalls aufgrund der Härte des gesinterten Kernes einen Bruch wahrscheinlich machen. Silikatglas und ein Glas mit hohem Siliziumanteil werden vorzugsweise für den Glasmantel 12 verwendet.
Das Heizsystem 2 verwendet entweder eine Laserheizung oder eine SiC-Galvanisationsheizung. Das Aufnehmen des feinen Drahtes wird vorzugsweise mit einer Geschwin­ digkeit in dem Bereich zwischen 100 und 800 m/min aus­ geführt. Üblicherweise findet das Abkühlen in einem Wasserbad statt.
Die Glaskomponente des erzeugten feinen Drahtes 13 wird mittels einer chemischen Behandlung mit geschmolzenem kaustischen Soda oder einer Fluorwasserstofflösung ent­ fernt oder ausgeführt.
Ausführungsbeispiele
Ein Versuchsherstellungswerk wurde mittels der Ausrü­ stung aufgebaut. Supraleitende Drähte wurden bei ver­ schiedenen Aufnahmegeschwindigkeiten durch das erfin­ dungsgemäße Verfahren hergestellt. Die Testergebnisse sehen folgendermaßen aus:
Tabelle 1
AufnahmegeschwindigkeitDrahtdurchmesser in m/minin µm
10032 30024 50020 80015
Bei dem obigen Test wurde der längliche Block aus einem gesinterten Kern und einem Glasmantel hergestellt. Zum Zwecke der Bestätigung wurde ein länglicher Block ledig­ lich aus dem gesinterten Kern auf die gleiche Art herge­ stellt. Folgende Ergebnisse wurden erzielt:
Tabelle 2
AufnahmegeschwindigkeitDrahtdurchmesser in m/minin µm
10039 30027 50023 80018
Es wurde bestätigt, daß das Verfahren gemäß der vorlie­ genden Erfindung auch ohne Verwenden eines Glasmantels für den länglichen Block durchführbar ist, wobei jedoch zugestandenerweise ein geringfügig größerer Produkt­ durchmesser erhalten wurde. Jedoch hat die Verwendung des Glasmantels weitere Vorteile. Die Viskosität des extrem dehnbaren Glases senkt die Wahrscheinlichkeit eines Drahtbruches während des Dehnens unter Hitzean­ wendung. Das Umhüllen des gesinterten Kernes mit dem Glasmantel während des Dehnens schirmt den gesinterten Kern gegen schädliche Reaktionen mit der Umgebungsluft ab.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Drahtes, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens­ schritte:
Herstellen eines länglichen Blockes (10) aus einem gesinterten Kern (11) aus einem keramischen, supra­ leitenden Material und
Dehnen des länglichen Blockes (10) in Längsrichtung an dessen einen Ende in einen feinen Draht durch Heißschmelzen des gesinterten Kernes (10).
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch fol­ genden Verfahrensschritt: Umhüllen des gesinterten Kernes (11) mit einem Glas­ mantel (12) während der Herstellung des länglichen Blockes (10).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt: Kühlen des feinen Drahtes bei einer späten Stufe des Dehnens.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Kern (11) eine zylindrische Form hat.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des gesinterten Kernes (11) in der Größenordnung von 10 bis 20 mm liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Kern (11) aus einem keramischen, supraleitenden Material mit der allgemeinen Zusam­ mensetzung (R x Ba1 - x )3Cu2O z besteht, wobei R eines der Elemente Sc, Y, La, Ho, Dy oder Eu ist; X in dem Bereich von 0,3 bis 0,8 liegt; und Z in einem Bereich von 6 bis 7 liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiztemperatur derart gewählt ist, daß die Viskosität des erhitzten Glases in der Größenordnung von 102 bis 106 Poise liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der feine Draht mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 100 bis 800 m/min aufgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Block (10) an einem seiner Enden (10 a) konisch ausgebildet ist.
DE3811664A 1987-04-11 1988-04-07 Verfahren zum herstellen eines supraleitenden drahtes Ceased DE3811664A1 (de)

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