DE4421163C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Leiters mit mindestens einem texturierten, supraleitenden Kern - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Leiters mit mindestens einem texturierten, supraleitenden KernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
elektrischen Leiters mit mindestens einem texturierten,
supraleitenden Kern.
Beim Verfahren kann ein zur Bildung des Leiters dienendes
Werkstück oder Walzgut mit mindestens einem Kern und einem
diesen umschließenden Mantel durch Walzen zu einem läng
lichen, bandförmigen Leiter umgeformt werden, der beispiels
weise zur Bildung der Wicklung einer Magnetspule verwendbar
ist.
Das Verfahren dient insbesondere zur Herstellung eines
länglichen, bandförmigen Leiters, dessen Kern bzw. Kerne
Metalloxide aufweist, die bei mindestens einer Wärmebehandlung
durch eine Reaktion zu einem möglichst großen Teil in eine
gewünschte, supraleitende Phase umgewandelt wurden. Die Um
wandlung der Metalloxide in die gewünschte, supraleitende
Phase kann zum Beispiel mindestens zum Teil zwischen aufein
anderfolgenden, zum Verformen des Walzgutes dienenden Walz
durchgängen erfolgen. In einem andern Fall kann das zur Bil
dung des bzw. jedes Kerns dienende Kernbildungsmaterial schon
durch eine bei einer Vorbehandlung stattfindende Reaktion in
die gewünschte, supraleitende Phase umgewandelt werden, bevor
es von dem nachher den Mantel des Walzgutes bildenden Mantel
umschlossen ist. Der bzw. jeder Kern des Walzgutes kann also
in diesem Fall schon vor dem Walzen und vor allenfalls vor dem
Walzen stattfindenden Umformungen aus der gewünschten
supraleitenden Phase bestehen, die dann durch das Walzen tex
turiert wird.
Der bzw. jeder Kern kann zum Beispiel Oxide von Wismuth,
Strontium, Calcium und Kupfer aufweisen, die beim
fertigen Leiter mindestens zum größten Teil aus einer
supraleitenden, texturierten Phase bestehen, die näherungs
weise durch die Formel Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀ dargestellt werden
kann. Diese Phase wird häufig kurz mit Bi(2223) bezeichnet,
wobei die in der Klammer enthaltenen Zahlen die Anzahl Atome
der vier Elemente Bi, Sr, Ca und Cu angeben. Im allgemeinen
enthält die die supraleitende Phase bildende Verbindung zur
thermodynamischen Stabilisierung noch einen gewissen Anteil
Blei, was zum Beispiel durch die Formel
Bi1,72Pb0,34Sr1,83Ca1,97Cu3,13Ox ausgedrückt, aber durch die
selbe Bezeichnung Bi(2223) bezeichnet wird. Die Sprungtempe
ratur Tc der supraleitenden Phase Bi(2223) ist 110 K.
Es gibt auch noch eine andere supraleitende, kristalline
Phase, welche Oxide von Wismuth, Blei, Strontium, Calcium,
Kupfer und eventuell Blei aufweist, bzw. aus solchen gebildet
ist. Diese Phase kann näherungsweise durch die Formel
Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O₈ dargestellt werden und wird im folgenden kurz
mit Bi(2212) bezeichnet. Die Sprungtemperatur Tc der Phase
Bi(2212) beträgt 94 K. Die Phase Bi(2223) hat also eine höhere
Sprungtemperatur als die Phase Bi(2212) und kann zudem bei
77 K, der Temperatur des flüssigen Stickstoffs, supraleitende
Ströme bis zu wesentlich stärkeren Magnetfeldern tragen als
die Phase Bi(2212). Die Phase Bi(2223) ist daher für viele
Verwendungen günstiger.
Bei einem fertigen Leiter mit einem die Phase Bi(2223)
aufweisenden Kern ist dieser derart texturiert, daß die
plättchenförmigen Kristallite oder Körner der Phase Bi(2223)
mehr oder weniger parallel zu den beiden breiten Oberflächen
des beim Walzen geformten, bandförmigen Leiters sind und zu
den genannten Oberflächen rechtwinklige, kristalline c-Achsen
haben.
Die Stromtragfähigkeit eines derartigen, bandförmigen sich
in supraleitendem Zustand befindenden Leiters ist anisotrop und
am größten parallel zu den breiten Oberflächen des Leiters.
Die Beeinflussung der Stromtragfähigkeit durch ein Magnetfeld
ist stark von dessen Richtung abhängig und am kleinsten, wenn
das Magnetfeld parallel zu den breiten Oberflächen des Bandes
und rechtwinklig zu den c-Achsen der Kristallite ist.
Aus den Publikationen DE 42 28 067 C2, "HIGH-Jc SILVER-SHEATED Bi-BASED
SUPERCONDUCTING WIRES", K. Sato, T. Hikata, H. Mukai,
M. Ueyama, N. Shibuta, T. Kato, T. Masuda, M. Nagata,
K. Iwata, T. Mitsui, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 27.
No. 2, 1991, 1231-1238, "High Critical Current Densities in
Bi(2223) Ag Tapes", R. Flükiger, B. Hensel, A. Jeremie,
M. Decroux, H. Küpfer, W. Jahn, E. Seibt, W Goldacker,
Y. Yamada, J.Q. Xu, Supercond. Sci. Technol. 5, 1992, S61-S68
und "A model for the critical current in
(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃Ox silver-sheated tapes", B. Hensel,
J.-C. Grivel, A. Jeremie, A. Perin, A. Pollini, R. Flükiger,
Physica C 205, 1993, 329-337, North-Holland, sind bandför
mige Leiter bekannt, die einen supraleitenden Wismuth-, Blei-,
Strontium-, Calcium- und Kupferoxide-aufweisenden Kern und
einen diesen umschließenden, elektrisch leitenden, mindestens
zum Teil aus Silber bestehenden Mantel besitzen. Gemäß der
zweiten dieser Publikationen mischt man bei der Herstellung
eines Leiters pulverförmige Oxide und Carbonate von Wismuth,
Blei, Strontium, Calcium und Kupfer, calciniert das dabei
gebildete Material und bringt dieses in ein zylindrisches
Silberrohr ein. Aus dem gefüllten Rohr wird zuerst durch
Hämmern und anschließendes Ziehen ein Draht gebildet.
Dieser wird dann als Walzgut in mehreren Walzdurchgängen
zwischen zwei Walzen zu einem flachen Band geformt, das einen
Kern aus supraleitendem Material und einen Mantel aus Silber
aufweist. Die Umformung erfolgt dabei beim Hämmern, Ziehen
und insbesondere bei allen Walzdurchgängen bei Raumtemperatur
und also durch Kaltverformungen. Das Walzgut wird jedoch
mehreren, beispielsweise mindestens drei jeweils nach einem
Walzdurchgang stattfindenden Wärmebehandlungen, nämlich Re
aktionsglühungen unterzogen. Beim Calcinieren und vor allem
bei den nach den Walzdurchgängen stattfindenden Reaktions
glühungen wird ein Teil des ursprünglich vorhandenen Gemischs
von Oxiden und Carbonaten in die kristalline Phase Bi(2223)
umgewandelt.
Auf diese Art und Weise durch Kaltwalzen hergestellte,
bandförmige Leiter haben den Nachteil, daß ihre kritische
Stromdichte relativ gering ist und nämlich bei einer
Temperatur von 77 K und bei Abwesenheit eines Magnetfeldes
typischerweise nur 8000 bis 12 000 A/cm² und allerhöchstens
14 000 A/cm² beträgt. Ein weiterer Nachteil der bekannten,
durch Kaltwalzen hergestellten, bandförmigen Leiter besteht
darin, daß die kritische Stromdichte bei 77 K durch ein
Magnetfeld stark reduziert wird. Bei dieser Temperatur
verursacht ein zu den breiten Oberflächen der Bänder
paralleles Magnetfeld mit einer Induktion von 1 Tesla bei den
besten Leitern eine Verkleinerung der kritischen Stromdichte
um einen Faktor von ungefähr 8 bis 11.
Gemäß der bereits zitierten Publikation "High Critical
Current Densities in Bi(2223)Ag Tapes" ist es auch bekannt,
Leiter nach der ersten Reaktionsglühung statt durch Walzen
ausschließlich durch Pressen zu formen. Dieses Verfahren
ermöglicht zwar die Herstellung von Leitern, die wesentlich
höhere kritische Stromdichten haben als die durch die
vorgängig beschriebenen bekannten Kaltwalzverfahren herge
stellten Leiter. Durch Preßverfahren können jedoch nur kurze
Leiter mit einer weniger als etwa 4 cm betragenden Länge
hergestellt werden. Leiter mit einer derart geringen Länge
sind jedoch für die Herstellung von Wicklungen für Spulen und
auch für andere praktischen Verwendungen ungeeignet.
Aus der Publikation "Hot rolling of Bi1.6Pb0.4Sr₂Ca₂Cu₃Ox",
X. Yang, T.K. Chaki, Supercond. Sci. Technol., 6, 1993, 269-274,
ist ein Verfahren zur Herstellung von bandförmigen
Leitern bekannt, bei dem aus Pulvern mit Teilchen aus
Wismuth-, Blei- sowie Kupferoxid und Strontium- sowie
Calciumcarbonat durch Mischen, Erhitzen, Pressen und Sintern
Tabletten mit einem Durchmesser von 12,7 mm und einer axialer
Abmessung von 2,5 bis 4,5 mm gebildet werden. Diese Tabletten
werden mit einem Überzug von Y-stabilisiertem Zirkonoxid
versehen, in einem Ofen auf eine Temperatur von 865 bis 880°C
erhitzt und in heißem Zustand zwischen kalte Walzen einer
Walzmaschine gebracht und einmal verformt. Dieses Verfahren
hat den Nachteil, daß keine langen, bandförmigen Leiter,
sondern nur Leiter hergestellt werden können, deren größte
Ausdehnung ca. 15 mm beträgt. Ferner kühlen sich die Tabletten
beim Transport vom Ofen zu den Walzen und vor allem beim
Walzen zwischen den kalten Walzen in unkontrollierbarer Weise
ab, so daß die Verformung bei einer undefinierten Temperatur
erfolgt. Zudem wird die bei der Bildung der Tabletten
gebildete Phase Bi(2223) gemäß der Publikation bei der zum
Walzen erfolgenden Erhitzung geschmolzen und bildet nach der
beim Walzen stattfindenden Abkühlung ein Glas, das nicht mehr
supraleitend ist und erst bei einer nachfolgenden Wärmebehand
lung wieder supraleitend wird. Die auf diese Weise hergestell
ten Leiter haben auch nur eine geringe Texturierung. Gemäß
der Publikation haben diese Leiter auch nur eine ungefähr 124 A/cm²
betragende kritische Stromdichte.
Die Publikation "Thermomechanical processing of
YBa₂Cu₃Ox/Ag sheathed wires", M.J. McGuire, S. Danyluk, K.C.
Goretta, M.T. Lanagan, U. Balachandran, R.B. Poeppel, in
"Ceramic Transactions" Band 18, "Superconductivity and ceramic
superconductors II", "The American Ceramic Society, Inc., 1991",
offenbart ein Verfahren, bei dem ein Pulver aus YBa₂Cu₃Ox in
ein Rohr aus Silber eingefüllt wird. Das gefüllte Rohr wird in
einem Ofen auf 850°C erhitzt, danach in einem Walzdurchgang
zwischen kalten Walzen schnell gewalzt, wieder im Ofen erhitzt
und wieder gewalzt. Bei diesem Verfahren kühlt sich das vom
gefüllten Rohr gebildete Walzgut beim Transport vom Ofen zu
den Walzen und beim Walzen zwischen den Walzen in nicht oder
nur schlecht kontrollierbarer Weise ab. Zudem entsteht bei
diesen Abkühlvorgängen ein Temperaturgefälle im Walzgut. Die
Verformung erfolgt daher ähnlich wie beim vorgängig beschriebe
nen Verfahren bei einer undefinierten Temperatur.
Eine aus der DE 41 01 354 A1 bekannte Walzvorrichtung
besitzt Walzen mit einem metallischen Walzkörper und
außerhalb von diesem angeordneten, induktiven Heizelementen
zum Beheizen der Walzen. Diese Walzvorrichtung ist jedoch
nicht zum Walzen von Walzgut vorgesehen, das einen zur Bildung
eines Supraleiters dienenden Kern und einen diesen umhüllen
den, leitenden Mantel aufweist. Die bekannte Walzvorrichtung
wäre auch nicht zum Walzen eines derartigen Walzgutes
geeignet. Wenn nämlich zum Beispiel ein Leiter hergestellt
werden soll, dessen Kern die Phase Bi(2223) aufweist, sollte
das Walzgut beim Walzen auf mindestens 800°C erhitzt werden
und würde dann an den Walzen festhaften.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Herstellung eines länglichen, bandförmigen
Leiters zu schaffen, mit dem Nachteile der bekannten Verfahren
ausgeschaltet werden können. Dabei wird insbesondere die
Herstellung eines Leiters angestrebt, der eine große
kritische Stromdichte bei 77 K besitzt bzw. ermöglicht und bei
dem die kritische Stromdichte durch Magnetfelder nur möglichst
wenig abgeschwächt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durch
führung des Verfahrens. Diese Vorrichtung hat gemäß der
Erfindung die Merkmale des Anspruchs 12.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vor
richtung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Wie noch ausführlich erläutert wird, ermöglicht die er
findungsgemäße Beheizung der Walzen bei mindestens einem
Walzdurchgang des am Ende des Herstellungsvorgangs den
Leiter bildenden Walzgutes gegenüber ausschließlich
kaltgewalzten Leitern eine bessere Texturierung von
supraleitenden, beispielsweise aus der Bi(2223) Phase
bestehenden, plättchenförmigen Kristalliten des bzw. jedes
Kerns des Walzgutes bzw. Leiters. Dies ergibt gegenüber
kaltgewalzten Leitern eine Erhöhung der kritischen Stromdichte
des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten
Leiters. Ferner kann das supraleitende Verhalten des Leiters
in einem Magnetfeld verbessert werden.
Der Erfindungsgegenstand und Vorteile von diesem werden
nun anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausgangs-Werkstück,
das einen Mantel und eine Füllung aus einem teilchenförmigen,
zur Bildung eines supraleitenden Kerns dienenden Material
enthält,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Vor
richtung zum Walzen eines zur Bildung eines bandförmigen
Leiters dienenden Walzgutes,
Fig. 3 einen schematischen, nicht-maßstäblichen
Querschnitt durch einen bandförmigen Leiter,
Fig. 4 eine elektronenmikroskopische Fotografie
einer Schnittfläche des supraleitenden Kerns mit der Phase
Bi(2223) eines gemäß der Erfindung bei einem Walzdurchgang
warmgewalzten Leiters,
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Fotografie
einer Schnittfläche des supraleitenden Kerns mit der Phase
Bi(2223) eines nicht-erfindungsgemäß hergestellten, bei
allen Walzdurchgängen kaltgewalzten Leiters,
Fig. 6 ein Diagramm mit einer Darstellung der
Abhängigkeit der normierten, kritischen Stromdichte von
der Induktion eines zu den Oberflächen verschiedener
Leiter parallelen Magnetfeldes, wobei einer der Leiter gemäß
der Erfindung bei einem Walzdurchgang warmgewalzt und der
andere Leiter ausschließlich kaltgewalzt wurde, und
Fig. 7 einen Querschnitt eines Leiters mit mehreren
supraleitenden Kernen.
Zur Herstellung eines bandförmigen Leiters mit mindestens
einem supraleitenden, die Phase Bi(2223) aufweisenden Kern und
einem elektrisch leitenden Mantel werden als Ausgangsstoffe
Oxide und Carbonate der Metalle Wismuth, Blei, Strontium,
Calcium und Kupfer bereitgestellt. Man kann zum Beispiel die
folgenden Oxide sowie Carbonate verwenden: Bi₂O₃, PbO, SrCO₃,
CaCO₃ und CuO. Es sei jedoch angemerkt, daß auch andere Oxide
und Carbonate oder Vorläufer-Stoffe von solchen benutzt werden
können.
Die Oxide und Carbonate werden durch Ausfällen und/oder
Mahlen zu einem feinkörnigen Pulver verarbeitet und mitein
ander gemischt, so daß ein Pulvergemisch entsteht, das im
folgenden auch als teilchenförmiges Kernbildungsmaterial
bezeichnet wird. Die Mengenverhältnisse der verschiedenen
Oxide und Carbonate werden beim Mischen derart festgelegt,
daß das Kernbildungsmaterial die Metallatome zum Beispiel in
der Zusammensetzung Bi1,72Pb0,34Sr1,83Ca1,97Cu3,13 enthält.
Das teilchenförmige, ursprünglich elektrisch nicht lei
tende Kernbildungsmaterial wird mindestens einmal und
beispielsweise mehrmals während mehrerer Stunden bei einer
Temperatur von ungefähr 800°C in einer Luft enthaltenden
Umgebung calciniert. Bei der bzw. jeder zum Calcinieren die
nenden Wärmebehandlung wird mindestens ein großer Teil des
im Kernbildungsmaterial - insbesondere in dessen Carbonaten -
enthaltenen Kohlenstoffs vom Kernbildungsmaterial abgespalten
und in Form von Kohlendioxid an die Umgebung abgegeben. Ferner
wird beim Calcinieren bei 800°C bis 820°C eventuell bereits
ein Teil des teilchenförmigen Gemischs durch eine Reaktion in
die kristalline Phase Bi(2212) umgewandelt.
Das calcinierte Kernbildungsmaterial wird gemahlen, so
daß Teilchen mit Größen von beispielsweise höchstens 0,06 mm
entstehen. Das calcinierte und gemahlene Kernbildungsmaterial
wird in ein Rohr eingebracht, das mindestens zum Teil aus
Silber - beispielsweise aus reinem Silber oder eventuell aus
einer Magnesium und/oder Titan enthaltenden Silberlegierung
oder aus einem Verbundmaterial besteht, das Silber und
mindestens ein Oxid enthält. Dabei entsteht das in der Fig. 1
ersichtliche im wesentlichen zylindrische und im Querschnitt
kreisförmige Ausgangs-Werkstück 1, das einen aus dem
Kernbildungsmaterial bestehenden Kern 2 und einen aus dem Rohr
bestehenden Mantel 3 hat. Das Ausgangs-Werkstück 1 wird an
seinen beiden Enden in irgend einer Weise abgeschlossen, damit
das noch teilchenförmige Kernbildungsmaterial nicht heraus
fällt und den Hohlraum des Rohrs im wesentlichen vollständig
füllt. Der Mantel 3 kann zum Beispiel ungefähr einen
Außendurchmesser von 6 mm bis 10 mm und einen 50% bis 80% des
Außendurchmessers betragende Innendurchmesser aufweisen,
könnte jedoch auch andere Abmessungen haben. Die Länge des
Ausgangs-Werkstücks kann in weiten Grenzen variiert und
derart festgelegt werden, daß der fertige Leiter die ge
wünschte Länge erhält.
Das Ausgangs-Werkstück 1 wird nun zuerst durch Hämmern
und anschließend durch Ziehen - und zwar durch bei normaler
Raumtemperatur erfolgendes Kalthämmern bzw. Kaltziehen - zu
einem drahtförmigen Werkstück verformt. Dieses kann zum
Beispiel einen im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm liegenden
Durchmesser aufweisen. Dieses drahtförmige und im Querschnitt
ungefähr kreisförmige Werkstück wird durch Walzen weiter
umgeformt und im folgenden auch als Walzgut bezeichnet.
Die schematisch und stark vereinfacht in der Fig. 2
ersichtliche, als Ganzes mit 11 bezeichnete Vorrichtung zum
Walzen eines Werkstücks oder Walzgutes 13 besitzt ein Gestell
15 und zwei um zueinander parallele, horizontale Drehachsen
drehbare Walzen 16, 17. Jede Walze 16, 17 hat eine zylin
drische, zum Angreifen am Walzgut 13 bestimmte Walzfläche. Die
Walzen 16, 17 oder mindestens deren die Walzflächen 16a bzw.
17a bildenden Teile bestehen aus einem metallischen,
elektrisch leitenden, bis mindestens zu einer Temperatur von
1000°C hitzebeständigen Material, nämlich aus der unter dem
Handelsnamen NIMONIC bekannten Legierung, die als Hauptbe
standteil Nickel, ferner Chrom sowie Kobalt und noch Zusätze
von Titan, Aluminium, Kohlenstoff sowie Eisen aufweist. Die
Walzen 16, 17 bzw. deren genannten Teile könnten jedoch statt
dessen aus einer unter der Bezeichnung "Superalloy" bekannten
Legierung mit Oxideinschlüssen bestehen, die Walztemperaturen
bis 1200°C gestatten. Die Walze 16 ist beispielsweise mit
Lagermitteln direkt und unverstellbar im Gestell 15 gelagert,
während die Walze 17 in einem Walzenträger 18 gelagert ist,
dessen Höhe mit einer Stellvorrichtung 19 zum Einstellen der
Breite des zwischen den Walzflächen 16a, 17a der beiden Walzen
16 bzw. 17 vorhandenen Walzspaltes kontinuierlich verstellt
werden kann. Die Einrichtung 11 besitzt zudem eine nicht ge
zeichnete Antriebsvorrichtung, um die beiden Walzen beim Be
trieb in gegenläufigen, durch Pfeile bezeichneten Richtungen
zu drehen. Die beiden Walzen haben zum Beispiel Durchmesser
von 5 cm bis 10 cm. Die Antriebsvorrichtung ist derart
ausgebildet, daß die Umfangsgeschwindigkeiten der beiden
Walzen innerhalb eines sich beispielsweise ungefähr von
0,01 cm/s oder von von 0,1 cm/s bis 30 cm/s erstreckenden
Bereichs kontinuierlich variiert werden können.
Die Vorrichtung 11 besitzt des weitern eine Heizvorrich
tung 21, um die beim Betrieb am Werkstück bzw. Walzgut 13
angreifenden Bereiche der Walzen 16, 17 zu beheizen. Die
Heizvorrichtung 21 ist beispielsweise zur induktiven Beheizung
ausgebildet und besitzt eine Steuervorrichtung 22, die elek
trische sowie elektronische Schaltungsmittel, nämlich unter
anderem Generatormittel mit einem oder zwei Generatoren enthält.
Zur Heizvorrichtung 21 gehören ferner mindestens zwei Induk
tionsspulen 23, 24, von denen die eine in der Nähe der Walze
16 und die andere in der Nähe der Walze 17 angeordnet ist. Jede
Induktionsspule 23, 24 hat eine einlagige, formfeste und im
wesentlichen selbsttragende Wicklung, die entlang einem
Umfangsabschnitt - zum Beispiel ungefähr entlang dem halben
Umfang - der Walzfläche 16a bzw. 17a verläuft. Die beiden
Spulen 23, 24 sind durch nur zum Teil gezeichnete, elektrische
Leitungen mit den Generatormitteln der Steuervorrichtung 22
verbunden. Die Generatormittel besitzen einen für die beiden
Induktionsspulen 23, 24 gemeinsamen Generator oder für jede
Induktionsspule einen separaten Generator und können den beiden
Induktionsspulen beim Betrieb Hochfrequenzströme mit einer zum
Beispiel im Bereich von 100 kHz bis 500 kHz liegenden Frequenz
zuführen. Die Generatormittel sind ferner derart ausgebildet,
daß die von ihnen an die beiden Spulen abgegebenen Leistungen
kontinuierlich verändert und eingestellt werden können. Die In
duktionsspulen induzieren beim Betrieb in den die Walzflächen
16a, 17a bildenden Teilen der Walzen 16 bzw. 17 elektrische
Ströme. Da es sich bei diesen um Hochfrequenzströme handelt,
dringen sie nur bis in relativ geringe Tiefen ein, so daß die
Walzen vor allem in den an ihre Walzflächen angrenzenden
Bereichen erhitzt werden.
Die Vorrichtung 11 besitzt ferner für jede Walze 16, 17
mindestens einen Temperatursensor 25 bzw. 26 zum Messen der
bei den Walzflächen 16a bzw. 17a herrschenden Temperaturen. Da
diese Temperaturen beim Warmwalzen relativ schwierig zu messen
sind, ist beispielsweise für jede Walze sowohl mindestens ein
pyrometrischer Infrarotsensor als auch mindestens ein Thermo
element vorhanden. Zudem können eventuell bei verschiedenen
Umfangsstellen der Walzen Temperatursensoren angeordnet sein,
wobei in der Fig. 2 schematisch für jede Walze nur ein Tempe
ratursensor 25 bzw. 26 gezeichnet ist. Die Temperatursensoren
25, 26 sind durch vier nur zum Teil gezeichnete elektrische
Leitungen mit der Steuervorrichtung 22 verbunden. Diese
besitzt Temperaturmeßschaltungs- und -anzeigemittel zum
Messen und Anzeigen der Temperaturen der beiden Walzflächen
16a, 17a. Die Steuervorrichtung 22 besitzt ferner manuell
bedienbare Steuerelemente und Regelschaltungsmittel, um die
beim Betrieb von den Generatormitteln an die beiden In
duktionsspulen abgegebenen elektrischen Leistungen wahlweise
manuell einzustellen oder automatisch zu regeln. Die automa
tische Regelung kann zum Beispiel derart arbeiten, daß die
Temperatur jeder Walzfläche bei einer bestimmten Meßstelle
oder eine für zwei oder mehr Meßstellen gemittelte Temperatur
gleich einem beispielsweise manuell einstellbaren Sollwert
ist.
Die Vorrichtung 11 besitzt des weitern eine Kühlvorrich
tung 27 zum Kühlen der die Walzen 16, 17 lagernden Lager
mittel. Die Kühlvorrichtung 27 kann beispielsweise ausgebildet
sein, um eine Flüssigkeit zu den Lagermitteln und wieder von
diesen weg zu leiten.
Die Vorrichtung 11 weist noch Mittel mit einer Schutz
folien-Zufuhrvorrichtung 31 auf, um dem zwischen den beiden
Walzen 16, 17 vorhandenen Walzspalt beim Warmwalzen zwei
bandförmige Schutzfolien 32, 33 zuzuführen und diese zusammen
mit dem Werkstück bzw. Walzgut 13 zwischen diesem und den
beiden Walzen 16 bzw. 17 hindurchzuführen. Die Schutzfolien-
Zufuhrvorrichtung 31 besitzt beispielsweise zwei Vorratsspulen
34, 35, die einen Vorrat der Schutzfolie 32 bzw. 33 tragen,
so daß die Schutzfolien von den Vorratsspulen abgewickelt
werden können. Ferner können Umlenk- und/oder Führungsrollen
36 zum Umlenken und/oder Führen der Schutzfolien sowie
eventuell nicht gezeichnete Aufwickelspulen zum Aufwickeln der
aus dem Walzspalt herausgelangenden Schutzfolien vorhanden
sein. Im übrigen kann mindestens je eine der an den beiden
Schutzfolien 32, 33 angreifenden Spulen oder Rollen durch die
Antriebsvorrichtung der beiden Walzen 16, 17 oder durch eine
separate Antriebsvorrichtung antreibbar sein. Die beiden
Schutzfolien bestehen aus einem metallischen, bis zu einer
Temperatur von mindestens 1000°C sowie vorzugsweise
mindestens 1200°C hitzebeständigen, einigermaßen gut
wärmeleitenden und relativ schwer oxidierbaren Material,
nämlich Wolfram. Die bandförmigen Schutzfolien sind - parallel
zu den Drehachsen der Walzen 16, 17 gemessen - mindestens
gleich breit wie das Werkstück bzw. Walzgut 13 und vorzugs
weise breiter als dieses. Die rechtwinklig zu den Drehachsen
gemessene Dicke der Schutzfolien ist beispielsweise ungefähr
0,1 mm. Ferner ist die Länge der bandförmigen Schutzfolien
mindestens gleich der Länge des Werkstücks bzw. Walzgutes 13.
Nachdem die Vorrichtung 11 beschrieben wurde, soll an
schließend erläutert werden, wie das aus einem Draht mit
kreisförmigem Querschnitt bestehende Werkstück oder Walzgut 13
durch Walzen weiterverarbeitet wird. Das Werkstück oder
Walzgut 13 wird mehrmals, beispielsweise mindestens fünfzehn
mal, durch den zwischen den beiden Walzen 16, 17 vorhandenen
Walzspalt hindurch geführt und dabei durch Walzen verformt.
Jeder Durchgang des Werkstücks oder Walzgutes durch den
Walzspalt wird im folgenden als Walzdurchgang oder Walzvorgang
bezeichnet. Die Breite des Walzspaltes wird bei den aufein
anderfolgenden Walzdurchgängen mit Hilfe der Stellvorrichtung
19 derart eingestellt, daß die Dicke des Werkstücks oder
Walzgutes bei jedem Walzdurchgang um beispielsweise höchstens
10% reduziert wird. Das Werkstück oder Walzgut 13 bildet dann
spätestens nach einigen Walzdurchgängen ein flaches, im
Querschnitt ungefähr rechteckförmiges Band.
Das Werkstück oder Walzgut 13 wird nach dem Ziehen des
Drahtes sowie vor dem letzten Walzdurchgang mindestens einer
Wärmebehandlung, nämlich Reaktionsglühung unterzogen. Dabei
kann zum Beispiel nur eine einzige solche Wärmebehandlung
zwischen dem zweitletzten und dem letzten Walzdurchgang
durchgeführt werden. Das Werkstück oder Walzgut 13 wird bei
der bzw. jeder Reaktionsglühung in Luft oder in einem weniger
als 21 oder 20 Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch aus
Argon und Sauerstoff oder aus Stickstoff und Sauerstoff,
beispielsweise während mindestens 24 Stunden, auf eine
Reaktionstemperatur erhitzt, die je nach Gasgemisch mindestens
790°C, höchstens 845°C und beispielsweise ungefähr 840°C
beträgt. Bei der bzw. jeder solchen Wärmebehandlung kann
Sauerstoff aus der Umgebung des Werkstücks bzw. Walzgutes 13
durch den mindestens zum Teil aus Silber bestehenden Mantel
des Werkstücks oder Walzgutes hindurch diffundieren und in
dessen Kern eindringen. Bei einer solchen Wärmebehandlung bzw.
Reaktionsglühung kann vorher calciniertes Material durch eine
chemische Reaktion in die supraleitende Phase Bi(2223) umge
wandelt werden. Nach der bzw. jeder solchen Wärmebehandlung
kann sich das Werkstück bzw. Walzgut wieder langsam bis
ungefähr auf Raumtemperatur abkühlen, bevor es gewalzt wird.
Das Werkstück oder Walzgut 13 wird beim Walzen zuerst
kaltgewalzt und also bei einigen Walzdurchgängen ohne Be
heizung der Walzen 16, 17 ungefähr bei normaler Raumtemperatur
verformt. Beim Kaltwalzen werden die beiden Schutzfolien 32,
33 nicht benötigt, so daß das Werkstück oder Walzgut beim
Kaltwalzen unmittelbar an den Walzflächen 16a, 17a der beiden
Walzen anliegt.
Bei mindestens einem der Walzdurchgänge - nämlich vor
zugsweise mindestens beim letzten Walzdurchgang - werden die
an die Walzflächen 16a, 17a angrenzenden und diese bildenden
Bereiche der beiden Walzen 16 bzw. 17 mit der Heizvorrichtung
21 beheizt, so daß das Werkstück oder Walzgut 13 durch
Warmwalzen verformt wird. Des weiteren werden nun auch die
beiden bandförmigen Schutzfolien 32, 33 - wie in der Fig. 2
dargestellt - zusammen mit dem bandförmigen Werkstück oder
Walzgut 13 zwischen den beiden Walzen 16, 17 hindurchbewegt,
so daß diese nicht mehr direkt, sondern über die Schutzfolien
am Werkstück bzw. Walzgut angreifen.
Das Werkstück oder Walzgut 13 kann den beiden Walzen auch
zum Warmwalzen in kaltem Zustand - d. h. ungefähr bei
Raumtemperatur - zugeführt werden. Die beheizten Walzen 16, 17
geben dann Wärme durch die sie und das Werkstück bzw. Walzgut
13 berührenden Schutzfolien 32, 33 hindurch an das Werkstück
bzw. Walzgut ab. Die Wärme gelangt dabei durch die den beiden
Walzen 16, 17 zugewandten, an den Schutzfolien 32, 33
anliegenden, im Querschnitt geraden Oberflächenbereiche des
bandförmigen Werkstücks oder Walzgutes 13 hindurch in dieses
hinein. Die Temperatur kann in den Schutzfolien 32, 33 und im
Innern des Werkstücks oder Walzgutes 13 zu dessen Mitte hin
abnehmen. Da die Schutzfolien nur ungefähr 0,1 mm dick sind
und da das Werkstück bzw. Walzgut auch nur eine geringe, beim
letzten Walzdurchgang höchstens 3 mm, mindestens 0,01 mm und
beispielsweise ungefähr 0,1 mm betragende Dicke und dement
sprechend pro Längeneinheit nur eine kleine Wärmekapazität
hat, ist das Temperaturgefälle in den zwei Schutzfolien und im
Werkstück bzw. Walzgut jedoch relativ gering. Die Temperatur
eines bestimmten Abschnitts des Werkstücks bzw. Walzgutes 13
steigt daher beim Passieren des Walzspaltes schnell annähernd
auf die Temperatur der Walzflächen 16a, 17a der beiden Walzen
an und sinkt danach wieder auf Raumtemperatur ab. Der genannte
Abschnitt des Werkstücks oder Walzgutes hat nur während einer
kurzen, beispielsweise höchstens 10 Sekunden betragenden
Zeitdauer eine wesentlich über der normalen Raumtemperatur
liegende Temperatur.
Das Warmwalzen kann wie das Kaltwalzen in Luft durchge
führt werden. Das Warmwalzen kann jedoch auch in einer Um
gebung durchgeführt werden, die weniger als 20 Vol.-% Sauer
stoff oder gar keinen solchen enthält.
Das Werkstück bzw. Walzgut 13 wird beim Warmwalzen auf eine
mindestens 300°C, zweckmäßigerweise mindestens 500°C, vor
zugsweise mindestens 700°C und noch besser ungefähr oder
mindestens 800°C betragende Temperatur erhitzt. Gemäß den
durchgeführten Untersuchungen ist es günstig, wenn die Maxi
maltemperatur des Werkstücks bzw. Walzgutes beim Warmwalzen
annähernd gleich der Reaktionstemperatur ist, bei der sich ein
Oxidgemisch und die Phase Bi(2212) in die Phase Bi(2223)
umwandelt. Da die Phase Bi(2223) bei einer Erhitzung auf eine
zu hohe Temperatur in einen anderen Zustand übergeht, soll
die Temperatur des Werkstücks bzw. Walzgutes beim Warmwalzen
vorzugsweise höchstens gleich der genannten Reaktionstempe
ratur und sicherheitshalber eher etwas kleiner als diese, aber
vorzugsweise höchstens 100°C und noch besser höchstens 50°C
kleiner als die Reaktionstemperatur sein. Die Temperatur des
Werkstücks oder Walzgutes 13 kann beim Warmwalzen in einer
Luft enthaltenden Umgebung beispielsweise etwa 800°C bis
835°C oder eventuell bis 840°C betragen.
Die an die Walzflächen 16a, 17a angrenzenden Bereiche der
beiden Walzen 16 bzw. 17 können daher zum Beispiel derart
beheizt werden, daß ihre Temperatur entsprechend der
gewünschten Temperatur des Werkstücks bzw. Walzgutes
mindestens 300°C, vorzugsweise mindestens 500°C sowie
beispielsweise mindestens 800°C und beispielsweise höchstens
ungefähr 805°C beträgt. Da zwischen den Walzen und dem
Werkstück bzw. Walzgut ein kleines Temperaturgefälle vorhanden
ist, kann die Temperatur der Walzen eventuell sogar einige
Grad höher als die genannte Reaktionstemperatur sein und
beispielsweise ungefähr 845°C oder sogar bis ungefähr 850°C
betragen. Da die Temperaturen der Walzflächen entlang dem
Walzenumfang variieren kann, hängen die maximal zulässigen
Temperaturen der Walzen auch von dem gewählten Meßstellen,
der Meßmethode sowie der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen
ab. Im übrigen können die Temperaturen der Walzen beim
Warmwalzen mit Hilfe der Steuervorrichtung 22 beispielsweise
wahlweise manuell eingestellt oder automatisch auf einen
eingestellten Sollwert geregelt werden.
Wie vorgängig erörtert, kann die Maximaltemperatur, die
das Werkstück oder Walzgut 13 beim Durchlaufen des Walzspaltes
erreicht, zwar kleiner sein als die Temperatur der Walzflächen
16a, 17a. Bei gegebener Temperatur und Umfangsgeschwindigkeit
der Walzflächen, wird das Werkstück bzw. Walzgut 13 beim
Durchlaufen des Walzspaltes jedoch immer annähernd auf die
gleiche Maximaltemperatur erhitzt, so daß diese Temperatur
gut kontrollierbar und reproduzierbar ist.
Die eventuell schon beim Calcinieren und spätestens bei
der vor dem letzten Walzdurchgang erfolgenden Wärmebehand
lung des Werkstücks bzw. Walzgutes in dessen Kern entstehenden
Kristallite oder Körner der Phase Bi(2223) werden beim Walzen
gegeneinander verschoben und wahrscheinlich auch einzeln
verformt. Dabei werden die mehr oder weniger plättchenförmigen
Kristallite oder Körner gerichtet und in eine ungefähr zu den
beiden (breiten) Oberflächen oder Breitseiten des bandförmigen
Werkstücks oder Walzgutes parallele Lage gebracht.
Der Kern des Werkstücks bzw. Walzgutes wird beim Walzen
texturiert. Beim Warmwalzen hat das Werkstück bzw. Walzgut
eine höhere Duktilität als beim Kaltwalzen, so daß die
Kristallite beim Warmwalzen besser oder gleichmäßiger
gerichtet werden als beim Kaltwalzen. Dementsprechend
wird die Texturierung durch das Warmwalzen wesentlich
verbessert.
Gemäß durchgeführten Versuchen bleibt das Werkstück bzw.
Walzgut 13, wenn es beim Warmwalzen in Kontakt mit dem be
heizten Walzen gelangt, mehr oder weniger fest an diesen
haften. Durch die beiden aus Wolfram bestehenden Schutzfolien
32, 33 wird vermieden, daß das bandförmige Werkstück bzw.
Walzgut 13 an den Walzen anhaftet, wobei die Schutzfolien
weder an den Walzen noch am Werkstück bzw. Walzgut anhaften.
Bei den Versuchen wurde festgestellt, daß die Oberflächen der
Schutzfolien 32, 33 beim Warmwalzen ein wenig verändert und
leicht oxidiert werden. Es ist daher vorteilhaft, jede
Schutzfolie nur für einen einzigen Warmwalzdurchgang - d. h.
eine Warmverformung bewirkenden Walzdurchgang - oder höchstens
für einige wenige Warmwalzdurchgänge zu benutzen.
Nach dem letzten Walzdurchgang wird das normalerweise
bandförmige Werkstück bzw. Walzgut nochmals einer Wärmebehand
lung unterzogen und während mindestens 10 Stunden - beispiels
weise während ungefähr 100 Stunden - in Luft auf ungefähr
840°C erhitzt.
Die Fig. 3 zeigt einen nicht-maßstäblichen Querschnitt
durch einen gemäß dem vorgängig beschriebenen Verfahren her
gestellten Leiter 41. Dieser ist bandförmig und hat zwei
einander abgewandte, im wesentlichen ebene und zueinander
parallele Oberflächen 41a, welche die Breitseiten des Leiters
bilden. Der Leiter 41 hat einen supraleitenden Kern 42, der zu
einem großen Teil aus plättchenförmigen Kristalliten bzw.
Körnern der Phase Bi(2223) besteht. Der den Kern 42 im
Querschnitt umschließende Mantel 43 des fertigen Leiters 41
besteht aus dem gleichen Material wie der Mantel 3 des
Ausgangs-Werkstücks, also beispielsweise aus reinem Silber
oder eventuell aus einer Silberlegierung oder aus einem Silber
und mindestens ein Oxid enthaltendem Verbundmaterial.
Die parallel zu den Oberflächen 41a gemessene Breite des
Leiters 41 beträgt normalerweise mindestens 1 mm, häufig
2 mm bis 10 mm und zum Beispiel 3 bis 4 mm. Die rechtwinklig
zu den Oberflächen 41a gemessene Dicke des Leiters 41 beträgt
zum Beispiel ungefähr 0,05 mm bis 0,2 mm. Die Länge des
Leiters 41 kann an den vorgesehenen Verwendungszweck angepaßt
werden und zum Beispiel mindestens 10 cm oder mindestens 1 m
und nötigenfalls auch mindestens 100 m betragen.
Die Fig. 4 zeigt eine mit einem Elektronenmikroskop er
stellte Fotografie einer Schnittfläche durch den supraleiten
den Kern eines bandförmigen Leiters, der bei seiner Her
stellung gemäß der Erfindung zuerst bei mehreren Walz
durchgängen kaltgewalzt und beim letzten Walzdurchgang
warmgewalzt wurde und bei dem der aus Silber bestehenden
Mantel weggeätzt wurde. Die bei vollständigem Leiter an den
Mantel angrenzende, ungefähr zu den Oberflächen 41a des ganzen
Leiters parallele Außenfläche des Kerns ist mit 45 bezeich
net. Der sich am unteren Rand der Fotografie befindende
Bereich 46 des Kerns liegt im Inneren von diesem, beispiels
weise in der Nähe von dessen Mittelfläche. Wie man in der Fig.
2 sehen kann, ist der Kern gut parallel zu seiner Oberfläche
texturiert, wobei die Texturierung gegen die Mittelfläche des
Kerns hin abnimmt.
Die Fig. 5 zeigt eine der Fig. 4 entsprechende Fotografie
einer Schnittfläche eines Kerns eines bandförmigen Leiters,
der in konventioneller, nicht-erfindungsgemäßer Weise bei
allen Walzdurchgängen kaltgewalzt wurde. Abgesehen davon wurde
der Leiter mit der in der Fig. 5 ersichtlichen Schnittfläche
genau gleich hergestellt wie der Leiter mit der in der Fig. 4
ersichtlichen Schnittfläche. Bei der in der Fig. 5 dar
gestellten Schnittfläche ist die Außenfläche des Kerns mit 45
und dessen innerer Bereich mit 46 bezeichnet. Ein Vergleich
der Fig. 4 und 5 zeigt, daß der Kern des beim letzten
Walzdurchgang warmgewalzten Leiters wesentlich besser und
regelmäßiger texturiert ist als beim ausschließlich
kaltgewalzten Leiter.
Bei einem gemäß der Erfindung beim letzten Walzdurchgang
warmgewalzten Leiter mit einer Temperatur von 77 K ergab sich
bei Abwesenheit eines Magnetfeldes eine kritische Stromdichte
jc von 17 500 A/cm². Beim besten ausschließlich kalt
gewalzten, aber sonst gleich hergestellten Leiter wurde bei
gleichen Meßbedingungen eine kritische Stromdichte jc von
14 000 A/cm² gemessen. Der beim letzten Walzdurchgang
warmgewalzte, bandförmige Leiter ergab also eine deutlich
größere, kritische Stromdichte als der beste ausschließlich
kaltgewalzte, bandförmige Leiter.
Es wurden auch Messungen mit einem zu den im wesentlichen
ebenen Oberflächen der Leiter parallelen Magnetfeld durch
geführt, wobei die Temperatur der Leiter ebenfalls 77 K
betrug. Die Fig. 6 enthält ein Diagramm zur Veranschaulichung
der Ergebnisse solcher Messungen. Auf der Abszisse des
Diagramms ist die Induktion B eines zu den ebenen Oberflächen
der Leiter parallelen Magnetfeldes in Tesla aufgetragen. Auf
der Ordinate ist die auf den magnetfeldfreien Zustand nor
mierte, kritische Stromdichte, d. h. das Verhältnis jc/jc,0
aufgetragen. Dabei bezeichnet jc die in Abhängigkeit des
Magnetfeldes variierende, kritische Stromdichte und jc,0 die
sich in Abwesenheit eines Magnetfeldes, d. h. bei B = 0 Tesla
ergebende, kritische Stromdichte. Die Kurve 51 zeigt die
Abhängigkeit der normierten, kritischen Stromdichte vor der
Induktion B eines gemäß der Erfindung beim letzten bzw.
Walzdurchgang warmgewalzten Leiters. Die Kurve 52 zeigt die
Abhängigkeit der normierten, kritischen Stromdichte von der
Induktion für den besten nicht-erfindungsgemäß hergestellten
ausschließlich kaltgewalzten Leiter.
Wie man der Fig. 6 entnehmen kann, wird die kritische Strom
dichte bei dem erfindungsgemäß beim letzten Walzdurchgang
warmgewalzten, bandförmigen Leiter durch ein parallel zu
seinen ebenen Oberflächen gerichtetes Magnetfeld bedeutend
weniger reduziert als beim ausschließlich kaltgewalzten
Leiter. Gemäß der Kurve 31 verkleinert zum Beispiel eine
Induktion von 1 Tesla die kritische Stromdichte des beim
letzten Walzdurchgang warmgewalzten Leiters ungefähr um einen
Faktor 5, während eine gleich große Induktion die kritische
Stromdichte beim ausschließlich kaltgewalzten Leiter ungefähr
um einen Faktor 8 reduziert.
Man kann anstelle des nur einen einzigen Kern 2 aufwei
senden Ausgangs-Werkstücks 1 auch ein Ausgangs-Werkstück mit
mehreren Kernen bilden, die in eine mit dem Mantel des Aus
gangs-Werkstücks zusammenhängende Matrix eingebettet sind.
Der Mantel und die Matrix können wie beim Werkstück 1 min
destens zum Teil aus Silber bestehen. Ein mehrere Kerne auf
weisendes Ausgangs-Werkstück kann analog wie das Ausgangs-
Werkstück 1 zu einem bandförmigen Leiter verarbeitet werden.
Die Fig. 7 zeigt einen Querschnitt eines solchen mit 61
bezeichneten Leiters, der eine Anzahl supraleitender Kerne
62 und einen diesen umschließenden Mantel 63 aufweist, der
mindestens zum Teil aus Silber besteht. Das den Mantel bil
dende Material bildet dabei auch eine Matrix, in welche die
Kerne 62 eingebettet sind. Ein solcher Leiter kann beispiels
weise 1 mm bis 10 mm breit und 0,05 mm bis 0,3 mm dick sein.
Im übrigen kann die Anzahl Kerne in weiten Grenzen variiert
werden.
Das Verfahren für die Herstellung eines Leiters und die
Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens können in
verschiedener Hinsicht geändert werden.
Zum Beispiel kann man einerseits das durch Hämmern und
Ziehen gebildete, drahtförmige, im Querschnitt kreisförmige
Werkstück vor dem Walzen noch derart verformen, daß es im
Querschnitt ungefähr viereckförmig wird. Andererseits kann man
das Hämmern und/oder das Ziehen des Werkstückes eventuell
ersatzlos weglassen oder durch andere Umformvorgänge ersetzen.
Des weitern kann man das zur Bildung eines Leiters dienende
Werkstück oder Walzgut nicht nur beim letzten Walzdurchgang,
sondern mindestens noch bei einem andern Walzdurchgang oder
sogar bei allen Walzdurchgängen warmwalzen.
Ferner kann die Heizvorrichtung 21 anstelle der Induk
tionsspulen 23, 24 oder möglicherweise zusätzlich zu diesen
elektrische Heizwiderstände zum Beheizen der Walzen 16, 17
aufweisen. Die Heizwiderstände können zum Beispiel durch
zwei Heizschalen gebildet sein, von denen jede aus elektri
schem Widerstandsmaterial besteht und eine der Walzen in
kleinem Abstand von dieser im Querschnitt teilweise um
schließt. Die Steuervorrichtung 22 kann dann ausgebildet
sein, um einen elektrischen Strom durch die Heizschalen
hindurch zu leiten.
Des weiteren könnte man die Heizvorrichtung vielleicht
sogar mit Gasbrennern oder mit irgendwelchen anderen Heiz
mitteln zum Beheizen der Walzen versehen.
Ferner kann die Vorrichtung 11 noch mit Heizmitteln
ausgerüstet werden, um die Schutzfolien 32, 33 und/oder das
Werkstück bzw. Walzgut 13 für den Walzvorgang bereits zu
erwärmen, bevor die Walzen 16, 17 die Schutzfolien berühren
und diese an das Werkstück bzw. Walzgut andrücken.
Die Vorrichtung 11 kann zum Beispiel noch mit einem wärme
isolierenden Gehäuse versehen werden, das die Walzen 16, 17
oder mindestens deren mittleren, sich zwischen den Lagern
befindenden Abschnitte und eventuell auch noch mindestens
einen Teil der Umlenk- und/oder Führungsrollen 36 mindestens
teilweise und vorzugsweise möglichst vollständig sowie all
seitig umschließt und gegen die Umgebung abgrenzt. Die
Heizvorrichtung 21 kann dann zusätzlich noch Heizmittel auf
weisen, um den vom Gehäuse umschlossenen Innenraum oder -
genauer gesagt - das in diesem vorhandene Gas und die in
diesem vorhandenen Teile abgesehen von den gekühlten Lagern zu
erhitzen. Der Innenraum kann zum Beispiel bis auf die
vorgesehene Temperatur der Walzen 16, 17 erhitzt werden. Das
Werkstück und/oder Walzgut 13 und die Schutzfolien 32, 33
werden dann im genannten Innenraum bereits erwärmt, bevor sie
zu den Walzen gelangen.
Die Abmessungen des Ausgangs-Werkstücks 1 und des fertigen
Leiters können selbstverständlich in weiten Grenzen variiert
werden.
Ferner kann man möglicherweise Schutzfolien 32, 33 ver
wenden, die statt aus Wolfram aus einem anderen metallischen
Material bestehen, das ausreichend hitzebeständig, oxidations
resistent, wärmeleitend, fest sowie flexibel ist und beim
Warmwalzen ein Anhaften des Werkstücks an den Walzen
verhindert. Die Schutzfolien können beispielsweise anstelle
von Wolfram oder zusätzlich zu diesem aus mindestens einem der
Materialien Molybdän, Tantal, Niob, Vanadium, Stahl bestehen.
Zudem kann mindestens diejenige Oberfläche jeder band
förmigen Schutzfolie 32, 33, die bei der Verwendung der
letzteren am Werkstück und/oder Walzgut 13 anliegt, passi
vieren, bevor die Schutzfolie zwischen den beiden Walzen 16,
17 hindurchbewegt wird. Zum Passivieren kann man zum Beispiel
die genannte Oberfläche oder beide Oberflächen jeder
Schutzfolie durch Besprühen mit einer Dispersion beschichten.
Diese weist eine Flüssigkeit mit einem flüssigen, beispiels
weise organischen Bindemittel und ein in der Flüssigkeit
dispergiertes, aus sehr feinen Teilchen bestehendes,
nichtmetallisches Passivierungsmaterial auf. Das letztere
kann zum Beispiel als Graphit und/oder Bornitrid und/oder
Aluminiumoxid bestehen. Die Dispersion kann zum Beispiel auf
die Schutzfolien aufgesprüht werden, wenn diese von den
Vorratsspulen der Schutzfolien-Zufuhrvorrichtung 31 dem
Walzspalt zwischen den Walzen 16, 17 zugeführt werden. Jede
Schutzfolie hat nach dem Trocknen der Dispersion eine
bandförmige, metallische Schicht und auf mindestens einer von
deren zwei Oberflächen eine abgesehen vom Bindemittel aus dem
Passivierungsmaterial bestehende Schicht. Deren Dicke beträgt
vorzugsweise höchstens 0,1 mm. Wenn die Schutzfolien zwischen
den Walzen 16, 17 und dem Werkstück und/oder Walzgut 13
hindurchbewegt werden, trägt die Passivierung dazu bei, ein
Anhaften der Schutzfolien am Werkstück und/oder Walzgut
zu vermeiden.
Des weiteren kann die Vorrichtung 11 mehrere Paare von Walzen
aufweisen, die zusammen einen Walzspalt begrenzen, so daß das
Werkstück bzw. Walzgut nacheinander von zwei oder mehr
verschiedenen Walzenpaaren gewalzt werden kann.
Eventuell kann das zur Bildung des Kerns des Ausgangs-
Werkstücks dienende Kernbildungsmaterial statt aus einem
Pulvergemisch von Oxiden und Carbonaten bereits aus einem
festen, kompakten Körper bestehen, der die erforderlichen
Metalloxide oder in solche umwandelbare Vorläufer-Stoffe
enthält.
Ferner kann das zur Bildung des Kerns des Ausgangs-
Werkstücks dienende Kernbildungsmaterial bereits aus der vor
reagierten, gewünschten supraleitenden Phase bestehen, bei
spielsweise also einer der beschriebenen Phasen Bi(2223) und
Bi(2212) oder auch aus einer der in Fachkreisen ebenfalls
bekannten Phasen Y(123), Y(124), Tl(1223), Tl(2223), Hg(2201),
Hg(1223). Die optimalen Temperaturen der Walzen und des
Werkstücks bzw. Walzgutes beim Warmwalzen können dann
entsprechend angepaßt werden und beispielsweise im Bereich
von ungefähr 700°C bis ungefähr 1000°C oder sogar bis
1200°C liegen.
Claims (17)
1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters
mit mindestens einem texturierten, supraleitenden Kern (42,
62), wobei ein Walzgut (13) mit mindestens einem Kern und einem
den bzw. jeden Kern umschließenden Mantel gebildet und bei
mindestens einem Walzdurchgang zwischen zwei Walzen (16, 17)
verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die am Walzgut
(13) angreifenden Bereiche der Walzen (16, 17) bei mindestens
einem Walzdurchgang beheizt werden, so daß das Walzgut (13)
durch Warmwalzen verformt wird, und daß bei dem bzw. jedem
unter einer Beheizung von Walzen-Bereichen erfolgenden
Walzdurchgang zwischen jeder der beiden Walzen (16, 17) und
dem Walzgut (13) eine zumindest zum Teil metallische
Schutzfolie (32, 33) zusammen mit dem Walzgut (13) zwischen
den Walzen (16, 17) hindurchbewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Walzgut (13) bei mehreren Walzdurchgängen verformt wird
und daß die am Walzgut (13) angreifenden Bereiche der Walzen
(16, 17) mindestens beim letzten Walzdurchgang beheizt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die am Walzgut (13) angreifenden Bereiche der Walzen
(16, 17) und/oder das Walzgut (13) bei dem bzw. jedem unter
einer Beheizung von Walzen-Bereichen erfolgenden Walzdurchgang
des Walzgutes (13) auf eine Temperatur erhitzt werden, die
mindestens 300°C, vorzugsweise mindestens 500°C und
beispielsweise 700°C bis 1200°C beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperaturen der Walzen (16, 17)
beim Warmwalzen gemessen und die Temperaturen der Walzen
(16, 17) auf einen konstanten Wert geregelt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der bzw. jeder Kern des Walzgutes
Metalloxide, insbesondere Oxide von Wismuth, Blei, Strontium,
Calcium und Kupfer aufweist, daß das Walzgut (13) vor dem
bzw. vor mindestens einem durch Warmwalzen erfolgenden
Walzdurchgang mindestens einer Wärmebehandlung unterzogen und
bei dieser auf eine Reaktionstemperatur erwärmt wird, bei der
mindestens ein Teil der Metalloxide in eine supraleitende
Phase umgewandelt wird, und daß das Walzgut (13) beim Warm
walzen auf eine Temperatur erhitzt wird, die höchstens gleich
der Reaktionstemperatur und vorzugsweise kleiner, beispiels
weise bis höchstens 100°C kleiner, als die Reaktionstempe
ratur ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
daß der bzw. jeder Kern des Walzgutes (13)
aus einem Material gebildet wird, das mindestens zum Teil,
vorzugsweise mindestens zum größten Teil und
vorzugsweise vollständig aus einer supraleitenden Phase
besteht, bevor es vom Mantel des Walzgutes (13) umschlossen
ist, und daß der Leiter nach seiner Fertigstellung die
gleiche supraleitende Phase enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Temperatur der Walzen (16, 17) gemessen
und die Heizleistung beim Beheizen der Walzen (16, 17) derart
eingestellt wird, daß die Temperatur der Walzen (16, 17)
gleich einem vorgegebenen Sollwert ist, wobei die Heizleistung
manuell und/oder automatisch geregelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schutzfolien (32, 33) bis mindestens
1000°C und vorzugsweise bis mindestens 1200°C hitzebeständig
sind und zumindest zum Teil aus mindestens einem der
Materialien Wolfram, Molybdän, Stahl, Tantal, Niob, Vanadium
bestehen, wobei die Schutzfolien (32, 33) beim Passieren der
Walzen (16, 17) an einem vorzugsweise aus einer Nickellegie
rung bestehenden Bereich der Walzen (16, 17) anliegen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens die zum Anliegen am Walzgut
(13) bestimmte Oberfläche jeder Schutzfolie (32, 33)
passiviert wird, bevor die Schutzfolien (32, 33) zwischen den
Walzen (16, 17) hindurchbewegt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schutzfolien (32, 33) zum Passivieren mit Graphit
und/oder Bornitrid und/oder Aluminiumoxid beschichtet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schutzfolien (32, 33) zum Passivieren mit
einer Dispersion besprüht werden, die ein flüssiges Binde
mittel und dispergierte, feste Teilchen aufweist.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 11, mit mindestens zwei Walzen (16, 17) zum
Walzen des sich zwischen ihnen befindenden Walzgutes (13),
gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung (21) zum Beheizen
von am Walzgut (13) angreifenden Bereichen der Walzen (16,
17) und durch eine Vorrichtung (31), um zwischen jeder der
beiden Walzen (16, 17) und dem Walzgut (13) eine Schutzfolie
(32, 33) zusammen mit dem Walzgut (13) hindurchzuführen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Walzen (16, 17) mindestens zum Teil elektrisch
leitend sind und daß die Heizvorrichtung (21) zur Beheizung
der Walzen (16, 17) durch Induktion mit einem Hochfrequenz
feld ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Heizvorrichtung die Walzen (12, 13) im
Querschnitt teilweise umschließende Heizschalen aus einem
elektrischen Widerstandsmaterial aufweist, durch welche
ein elektrischer Strom geleitet wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse vorhanden ist,
das einen die beiden Walzen enthaltenden Innenraum min
destens teilweise gegen die Umgebung abgrenzt, und daß die
Heizvorrichtung den Innenraum des
Gehäuses beheizt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 15,
gekennzeichnet durch Temperatursensoren (15, 26) zum Messen
der Temperaturen der beheizten Bereiche der Walzen (16, 17).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß eine mit den Temperatursensoren (15, 26) und mit der
Heizvorrichtung (21) verbundene Steuervorrichtung (22)
vorhanden ist, die die beim Warmwalzen
mit den Temperatursensoren (15, 26) gemessenen Temperaturen
durch Regeln der Heizvorrichtung (21) auf einem konstanten
Wert hält.
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