DE60120251T2

DE60120251T2 - Supraleitender Draht und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60120251T2
Application number: DE60120251T
Authority: DE
Inventors: c/o Osaka Works of Sumitomo Kaneko Konohana-ku Osaka-shi Tetsuyuki
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: AU772553B2; US20030029906A1; DE60120251D1; EP1128447A2; US6507746B2; JP2001236835A; AU2315201A; DK1128447T3; US6642182B2; EP1128447B1; JP3489525B2; US20010021689A1; HK1037274A1; EP1128447A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Draht und Verfahren zum Herstellen desselben.
Beschreibung des technischen Hintergrundes
Wenn ein supraleitender Multifilamentdraht aus einem supraleitenden Material aus Kupferoxid und einem Metall, das das supraleitende Material ummantelt, gebildet wird, wird der Draht üblicherweise wie folgt hergestellt: Anfänglich wird pulvriges Oxid in ein Rohr aus Metall, wie zum Beispiel Silber, eingeführt, um einen Monofilamentdraht zu erzeugen. Anschließend wird die Vielzahl von derartigen Monofilamentdrähten gebündelt und so in ein weiteres Rohr aus Metall, wie zum Beispiel Silber, eingeführt, um eine multifilamente Anordnung zu erhalten, die als ein Originaldraht dient, der wiederum gezogen und gewalzt wird und infolgedessen zu einem Band geformt wird und dann wärmebehandelt wird, um einen supraleitenden Draht bereitzustellen.
Während es wichtig ist, dass ein supraleitender Draht einen supraleitenden Teil mit Eigenschaften aufweist, wie zum Beispiel kritische Temperatur und kritischer Strom, ist es ebenso wichtig, dass das Beschichtungsmetall Eigenschaften aufweist, die Folgendem dienen:

1. Beschichten eines supraleitenden Oxidmaterials aus Keramik, um Flexibilität bereitzustellen,
2. Verhindern, dass der supraleitende Teil eine Leistung bereitstellt, die durch einen äußeren Faktor beeinträchtigt ist (d. h. Schützen des supraleitenden Teils gegen den äußeren Faktor), und
3. Bereitstellen eines guten elektrischen Kontakts.

In den vergangenen Jahren lag der Fokus auf der zweiten Aufgabe der oben aufgezählten drei Aufgaben und infolgedessen wurden die Beschichtungsmaterialien verbessert. Es gibt zwei Arten von Beeinträchtigungen, denen ein mit Metall beschichteter aus Oxid bestehender supraleitender Draht ausgesetzt ist. Eine davon beruht auf der mechanischen Beanspruchung durch Zug, Biegen und dergleichen. Die andere beruht auf einer Fehlstelle in einer Drahtoberfläche, da die Fehlstelle ein Kühlmittel unvorteilhaft in den supraleitenden Draht einführt, das verdampft, wenn es erwärmt wird, sich ausdehnt und in der Folge den supraleitenden Teil zerstört.
Die oben geschilderten Arten von Beeinträchtigungen werden im Grunde durch das Verwenden einer Metallbeschichtung in Form einer dicken Metallröhre begrenzt. Während diese den supraleitenden Teil schützt, birgt sie gleichzeitig einen Nachteil in sich, der darin besteht, dass ein Supraleiter ein Oxid ist. Dadurch wird, wenn das Oxid wärmebehandelt wird, zwischen dem Oxid und der äußeren Atmosphäre ein Gas (insbesondere Sauerstoff) abgegeben und zwangsläufig aufgenommen. Deshalb ist entscheidend, dass das Gas (insbesondere Sauerstoff) gleichmäßig abgegeben und aufgenommen wird (d. h. so natürlich wie möglich), um eine hochreine supraleitende Phase zu erhalten. Infolgedessen wird Silber, das eine hohe Sauerstoffdurchlässigkeit aufweist, als Beschichtungselement verwendet, obwohl sich seine Durchlässigkeit, wenn das Silberteil dick ist, verschlechtern wird.
Außerdem entsteht ein Draht mit einem Fehler, wenn sich aus einem ähnlichen Grund Sauerstoff, der nicht vollständig aus dem Draht entladen ist, ausdehnt.
Es kann eine dünne Röhre verwendet werden, um eine hochreine supraleitende Phase bereitzustellen und den Draht am Schwellen zu hindern, die jedoch eine verringerte Festigkeit aufweist und deshalb dazu neigt, mehr Fehlstellen aufzuweisen und andere unerwünschte Erscheinungen mit sich zu bringen.
Eine Metallröhre kann auch wie folgt verstärkt werden: Anstelle von reinem Silber wird Silber mit hinzugefügten zweiten und dritten Metallen als Ausgangsmaterial (eine Beschichtungsröhre, die als eine Legierungsröhre bezeichnet wird) verwendet, das wärmebehandelt wird und infolgedessen oxidiert, um als ein Oxid in den Beschichtungsteil zu dispergieren und seine Festigkeit zu erhöhen. Diese Silberbeschichtungsröhre mit einem dazu hinzugefügten zweiten Material ist jedoch unvorteilhaft.
Ein aus Oxid bestehender Supraleiter reagiert kaum mit Silber und wenn er in Kontakt mit Silber ist, geht er gleichmäßig in eine angestrebte supraleitende Phase über. Jedoch reagiert der aus Oxid bestehende Supraleiter leicht mit einem anderen Element (oder einem anderen Bestandteil) als Silber. Daher variiert die Zusammensetzung des pulvrigen Anteils und die angestrebte supraleitende Phase kann infolgedessen nicht hochrein sein. Folglich stellt eine Legierungsröhre einen Grad an kritischem Strom, der niedriger als der beim Verwenden einer aus reinem Silber gebildeten Röhre ist, bereit. Des Weiteren ist die Abweichung der Zusammensetzung in der Größe von dem zweiten Element der Metallröhre abhängig. Deshalb werden oft relativ geringe Konzentrationsgrade angewendet.
Ein supraleitender Draht in Form eines Bandes, das mit einem zweiten Bandelement, das darauf geklebt wird, versehen ist, um einen Draht mit signifikant erhöhter Festigkeit bereitzustellen, ist in US-Patent 5.801.124, in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 4-43510 oder von L. Masur u. a. in „LONG LENGTH MANUFACTURING OF BSCCO-2223 WIRE FOR MOTOR AND CABLE APPLICATIONS", International Cryogenic Materials Conference Montreal, Quebec, Kanada, 12. bis 16. Juli 1999 offenbart.
US-Patent 5.801.124 offenbart, dass ein supraleitender Draht, der mit Silber bezogen ist und allen Wärmebehandlungen unterzogen wurde, mit einem darauf mit einem Klebemittel wie Lötzinn geklebten Bandelement aus Edelstahl versehen wird.
Das offengelegte japanische Patent Nr. 4-43510 offenbart einen metallbeschichteten supraleitenden Draht in Form eines Bandes, das eine Seite in Kontakt mit Ni, SUS oder einem ähnlichen Metall in Form eines Bandes bringt und so wärmebehandelt wird, um ein auf eine Seite geklebtes Verstärkungselement aufzuweisen.
Während die Drähte mit einem darauf geklebten zweiten Bandelement vorteilhaft verstärkt sind, sind sie nach wie vor unvorteilhaft, wie im Folgenden dargestellt.
In dem US-Patent 5.801.124 müssen alle Wärmebehandlungen abgeschlossen sein, bevor das Element befestigt wird. Dadurch ist die Anzahl von Verarbeitungsschritten erhöht und infolgedessen sinkt die Produktivität. Des Weiteren kann der Schritt des Anklebens als Beeinträchtigung wirken, die die Supraleitfähigkeit beeinträchtigt.
Des Weiteren erhöht das zum Ankleben des zweiten Bandelementes verwendete Klebemittel das Gesamtvolumen weiterhin und der sich daraus ergebende Draht kann nicht kompakt sein.
Gemäß der Methode, die in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 4-435-10 offenbart ist, hat ein Draht in Form eines Bandes nur eine Seite mit einem darauf geklebten Band. Daher können Fehlstellen, wie sie zuvor beschrieben wurden, nicht abgedeckt werden, wenngleich das Verfahren das Abdecken von Fehlstellen mit einem Metallband nicht vorsieht. Des Weiteren enthält das Metall, das in Kontakt gebracht wird, nicht Silber als Hauptbestandteil und die Zusammensetzung neigt deshalb dazu, sich zu ändern. Außerdem werden Ni und SUS bei hohen Temperaturen leichter oxidiert und würden sich deshalb ändern.
JP 07037443 A und WO 99/48115 A offenbaren supraleitende Drähte in Form von Bändern.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung nennt einen supraleitenden Draht verbesserter Supraleitfähigkeit und mechanischer Festigkeit, der in der Lage ist, ein Kühlmittel daran zu hindern, dann einzudringen, der einfach konfiguriert und zu fertigen ist, und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Ein erfindungsgemäßer supraleitender Draht wird in Anspruch 1 beansprucht. Ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen supraleitenden Drahtes ist in Anspruch 5 definiert. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 4 und 6 definieren weitere Ausführungsformen der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung stellt einen supraleitenden Draht bereit, der einen Bestandteil in Form eines Bandes und eines Metallbandes enthält. Der Bestandteil in Form eines Bandes hat ein aus Oxid bestehendes supraleitendes Element und ein metallisches Beschichtungselement, das hauptsächlich aus Silber besteht und eine Oberfläche des aus Oxid bestehenden supraleitenden Elementes überzieht. Das Metallband ist frei von jedem supraleitenden Material und besteht hauptsächlich aus Silber und enthält außerdem wenigstens einen anderen Bestandteil als Silber und wird durch eine Wärmebehandlung an eine Oberfläche des in Form eines Bandes bereitgestellten Bestandteils gebunden.
Bei dem supraleitenden Draht der vorliegenden Erfindung kann das hauptsächlich aus Silber gebildete Metallband Schwankungen in der Zusammensetzung des aus Oxid bestehenden Supraleiters verringern, um leicht eine hochreine supraleitende Phase bereitzustellen und um einen hohen Grad an kritischem Strom zu erreichen. Darüber hinaus kann das Metallband, das in einer Wärmebehandlung an eine Oberfläche des in Form eines Bandes bereitgestellten Bestandteils gebunden wird, die mechanische Festigkeit verbessern.
Außerdem kann das durch eine Wärmebehandlung an die Oberfläche des in Form eines Bandes bereitgestellten Bestandteils gebundene Metallband auch eine Fehlstelle in dem metallischen Beschichtungselement abdecken. Dies kann ein Kühlmittel daran hindern, in Betrieb in den supraleitenden Draht einzutreten und den Draht auszudehnen. Da das Metallband durch eine Wärmebehandlung gebunden wird, ist kein Klebe- oder Bondingschritt erforderlich. Daher kann der supraleitende Draht kompakt sein und der Fertigungsprozess für denselben vereinfacht werden.
Des Weiteren kann ein Metallband mit einem zweiten dazu hinzugefügten Bestandteil (ein anderer Bestandteil als Silber) leicht die mechanische Festigkeit erhöhen. Ferner kann der zweite Bestandteil des Metallbandes daran gehindert werden, mit dem supraleitenden Teil zu reagieren, da das metallische Beschichtungselement zwischen das Metallband und den supraleitenden Teil gesetzt ist und das Metallband infolgedessen den supraleitenden Teil nicht direkt berührt.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Erfindung das Metallband aus einem Material besteht, das Silber mit einem darin dispergierten Oxid enthält.
Des Weiteren umfasst in der vorliegenden Erfindung „Bonding durch Wärmebehandlung" begrifflich Schmelzbonding, Diffusionsbonden und dergleichen.
Bei dem oben beschriebenen supraleitenden Draht hat der Bestandteil in Form eines Bandes bevorzugt eine erste und eine zweite Hauptfläche, die einander gegenüberliegen, und das Metallband hat einen ersten Abschnitt, der durch eine Wärmebehandlung an die erste Hauptfläche gebunden wird, und einen zweiten Abschnitt, der durch eine Wärmebehandlung an die zweite Hauptfläche gebunden wird.
Infolgedessen können die gegenüberliegenden Flächen mit dem Metallband abgedeckt werden und das metallische Beschichtungselement kann folglich gegenüberliegende Flächen mit einer Fehlstelle haben, die durch das Metallband abgedeckt wird. Dies kann ein Kühlmittel weitergehend daran hindern, in Betrieb in den supraleitenden Draht einzutreten.
Bei dem oben beschriebenen supraleitenden Draht bestehen der erste und der zweite Abschnitt des Metallbandes bevorzugt aus verschiedenen Materialien.
Durch Nutzung des Metallbandes, das den Bestandteil in Form eines Bandes, das aus verschiedenen Materialien gebildet ist, in einer Sandwichposition hält, kann ein Draht für eine spezielle Anwendung, die beispielsweise verbesserte Festigkeit in eine Richtung erfordert, bereitgestellt werden.
Bei dem oben beschriebenen supraleitenden Draht weist das Metallband bevorzugt größere mechanische Festigkeit als der Bestandteil in Form eines Bandes auf.
Infolgedessen kann das Metallband als eine Verstärkungsschicht für den Bestandteil in Form eines Bandes dienen.
Bei dem oben beschriebenen supraleitenden Draht besteht das Metallband bevorzugt aus Silber mit einem dann dispergierten Oxid.
Das Metallband mit einem darin dispergierten Oxid kann die Festigkeit verbessern.
Bei dem oben beschriebenen supraleitenden Draht hat das in dem Metallband dispergierte Oxid bevorzugt einen Konzentrationsgrad in dem Metallband, der höher als die Konzentration von Oxid in dem metallischen Beschichtungselement ist.
Infolgedessen kann das Metallband einen höheren Festigkeitsgrad als das Beschichtungselement aufweisen.
Bei dem oben beschriebenen supraleitenden Draht wird das aus Oxid bestehende supraleitende Element bevorzugt aus einem Supraleiter auf Wismutbasis gebildet.
Für einen wie oben beschrieben konfigurierten supraleitenden Draht ist ein Supraleiter auf Wismutbasis besonders geeignet.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Drahtes bereit, das die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines Bestandteils in Form eines Bandes mit einem Element, das wenigstens eine supraleitende Phase aufweist, und einem metallischen Beschichtungselement, das hauptsächlich aus Silber besteht und eine Oberfläche des Elementes mit wenigstens der supraleitenden Phase überzieht, und Inkontaktbringen eines Metallbandes, das frei von jedem supraleitenden Material ist und aus einer hauptsächlich von Silber gebildeten Legierung besteht, und Einwirkenlassen einer Wärmebehandlung auf den in Form eines Bandes vorhandenen Bestandteil und das Metallband.
Bei dem vorliegenden Verfahren werden der Bestandteil in Form eines Bandes und das Metallband nicht durch Schmelzbonding oder Diffusionsbonden miteinander verbunden, bis durch die Wärmebehandlung eine hohe Temperatur erreicht ist. Deshalb kann eine Fehlstelle, bevor sie durch Schmelzbonding oder Diffusionsbonden miteinander verbunden werden, Gas, wie zum Beispiel Sauerstoff, abgeben und in der Wärmebehandlung kann die Oxidation eines Elementes, das die supraleitende Phase enthält, erleichtert werden, um eine hochreine supraleitende Phase zu erreichen. Des Weiteren ermöglicht die Fehlstelle das Abgeben von Gas, wie zum Beispiel Sauerstoff, und infolgedessen die gleichmäßige Ausgabe aus dem Draht, um das Gas daran zu hindern, sich in dem Draht auszudehnen.
Darüber hinaus kann das Schmelzbonding oder Diffusionsbonden eines Bestandteils in Form eines Bandes und des Metallbandes bei einer Wärmebehandlung, die zum Bereitstellen einer hochreinen supraleitenden Phase durchgeführt wird, den Extraschritt zum Verbinden dieser eliminieren und folglich die Produktivität steigern. Des Weiteren kann, wenn das Kleben des Metallbandes auf den Bestandteil in Form eines Bandes zu beeinträchtigter Supraleitfähigkeit führt, eine im Anschluss daran durchgeführte Wärmebehandlung zu einer Erholung und Verbesserung der beeinträchtigten Supraleitfähigkeit führen.
Außerdem kann das Schmelzbonding oder das Diffusionsbonden des Metallbandes die Enddicke des Abschnittes, der den Teil mit der supraleitenden Phase beschichtet, vergrößern. Deshalb wird dem metallischen Beschichtungselement ermöglicht, eine verringerte Dicke zu haben. Daher wird in dem Schritt des plastischen Formens oder dem Schritt der Wärmebehandlung davor leicht eine Fehlstelle erzeugt. Wenn die Wärmebehandlung bereitgestellt wird, bevor das Metallband geklebt ist, ermöglicht eine Fehlstelle des metallischen Beschichtungselementes, dass Gas, wie zum Beispiel Sauerstoff, gleichmäßig eingeführt und abgegeben wird, um leicht eine hochreine supraleitende Phase zu erhalten, und erleichtert ebenso das Abgeben des Gases nach außen, das andernfalls den Draht ausdehnen würde.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die Wärmebehandlung mit dem Bestandteil in Form eines Bandes, das gegenüberliegende erste und zweite Hauptflächen aufweist, die beide in Kontakt mit dem Metallband sind, ausgeführt.
Infolgedessen können die gegenüberliegenden Flächen mit dem Metallband abgedeckt werden und das metallische Beschichtungselement kann folglich gegenüberliegende Flächen mit einer Fehlstelle haben, die mit dem Metallband abgedeckt sind. Dies kann ein Kühlmittel weitergehend daran hindern, in den Draht einzutreten und diesen infolgedessen bei Verwendung auszudehnen.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren entspricht die Wärmebehandlung, die mit dem Bestandteil in Form eines Bandes, das eine Fläche in Berührung mit dem Metallband hat, der letzten aller Wärmebehandlungen.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird, offensichtlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Teilquerschnittansicht, die schematisch den Aufbau eines aus Oxid bestehenden supraleitenden Drahtes in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 stellt ein Verfahren zur Herstellung eines aus Oxid bestehenden supraleitenden Drahtes in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar,
3 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Verfahren zum Herstellen eines aus Oxid bestehenden supraleitenden Drahtes in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
4 ist ein Querschnitt zum Darstellen einer Dicke einer Beschichtungsschicht aus Silber.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung stellt in einer Ausführungsform einen supraleitenden Draht bereit, wie im Folgenden beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 1 stellt die vorliegende Erfindung einen supraleitenden Draht 5 mit einem Bestandteil in Form eines Bandes 3 und ein damit durch eine Wärmebehandlung (beispielsweise durch Schmelzbonding oder Diffusionsbonden) an der Oberfläche des Bestandteils in Form eines Bandes 3 gebundenes Metallband 4 bereit. Der Bestandteil in Form eines Bandes 3 enthält eine Vielzahl von aus Oxid bestehenden supraleitenden Elementen 1 und ein metallisches Beschichtungselement 2, das hauptsächlich aus Silber besteht und eine Oberfläche des aus Oxid bestehenden supraleiten den Elementes überzieht. Das Metallband 4 enthält keine supraleitenden Materialien und enthält als Hauptbestandteil Silber und wenigstens einen anderen Bestandteil als Silber.
Das Metallband 4 kann durch eine Wärmebehandlung (zum Beispiel Schmelzbonding oder Diffusionsbonden) entweder auf seiner Vorderfläche oder auf der hinteren Fläche an den Bestandteil in Form eines Bandes 3 gebunden werden, obgleich es bevorzugt durch eine Wärmebehandlung (zum Beispiel Schmelzbonding oder Diffusionsbonden) an beide Flächen gebunden wird. Des Weiteren kann das durch eine Wärmebehandlung (wie zum Beispiel Schmelzbonding oder Diffusionsbonden) an die Vorderfläche des Bestandteils 3 gebundene Metallband aus anderem Material sein als das, das durch eine Wärmebehandlung (wie zum Beispiel Schmelzbonding oder Diffusionsbonden) an die hintere Fläche des Bestandteils 3 gebunden wird. Bevorzugt besteht das Metallband aus Silber mit einem darin dispergierten Oxid, wobei das Oxid Magnesiumoxid oder dergleichen sein kann.
Bevorzugt weist das Metallband 4 eine größere mechanische Festigkeit als der Bestandteil in Form eines Bandes 3 auf. Bevorzugt hat das in dem Metallband 4 dispergierte Oxid einen Konzentrationsgrad in dem Metallband 4, der höher als die Konzentration eines Oxids in dem metallischen Beschichtungselement 2 ist.
Des Weiteren besteht das aus Oxid bestehende supraleitende Element bevorzugt aus einem Supraleiter auf Wismutbasis.
Des Weiteren bestehen das Metallband 4 und das metallische Beschichtungselement 2 bevorzugt aus verschiedenen Materialien. Bevorzugt besteht das metallische Beschichtungselement 2 aus Silber und das Metallband besteht bevorzugt aus Silber mit einem darin dispergierten Oxid.
Im Folgenden wird ein Herstellungsverfahren für einen aus Oxid bestehenden supraleitenden Draht beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 2 wurde ein pulvriges Ausgangsmaterial aus Oxid oder Karbonat gemischt, um ein Verhältnis von Bi : Pb : Sr : Ca : Cu von 1 : 87 : 0,3 : 1,9 : 2,0 : 3,0 bereitzustellen. Das Gemisch wird dann mehrmals bei ungefähr 700°C bis zu 860°C wärmebehandelt, um ein Pulver zu fertigen, das belastet auszurichten ist, von einer großen Menge von (BiPb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_z (Bi – 2212 Phase), von einer kleinen Menge von (BiPb)₂Sr₂Ca₁Cu₃O_z (Bi – 2223 Phase) und einer nichtsupraleitenden Phase.
Das Pulver wird in ein Silberrohr geladen und gezogen und wird infolgedessen im Durchmesser verkleinert. Dieser Draht wird geschnitten, um 61 Drähte, die einzupassen sind, bereitzustellen. Die 61 Drähte werden in ein anderes Silberrohr, das bereitgestellt wird, um derartige Drähte aufzunehmen, eingeführt. Infolgedessen ist eine Multifilamentanordnung mit 61 Elementen bereitgestellt. Dieser multifilamente Originaldraht wird anschließend weiter gezogen, um zweipolig zu sein, und danach gewalzt, um einen Draht in Form eines Bandes mit einem Außendurchmesser von 4 mm Breite und 0,25 mm Dicke und einer Länge von ungefähr 1 km bereitzustellen (Schritt S1).
Der Draht in Form eines Bandes wurde ohne daran geklebtes Metallband 4 für 50 Stunden in einer Atmosphäre von 850°C wärmebehandelt. Danach wurde der Draht in Form eines Bandes erneut gewalzt.
Anschließend wurden zwei Metallbänder 4, die aus einer Silber-Magnesium-Legierung bestehen (Konzentration von Magnesium 0,5 Gew.-%) und eine Dicke von 50 μm haben, verwendet, um den Draht in Form eines Bandes auf gegenüberliegenden Seiten in einer Sandwichposition einzuschließen (Schritt S2). Infolgedessen wurde, wie in der 3 gezeigt, ein Metallband 4 in Kontakt mit den gegenüberliegenden Flächen des Bestandteils in Form eines Bandes 3 gebracht, das aus einem Element 1A besteht, das wenigstens eine supraleitende Phase und das metallische Beschichtungselement 2, das die Oberfläche des Elementes 1A überzieht, enthält. Das Produkt wird für weitere 100 Stunden in der Atmosphäre von 850°C wärmebehandelt (Schritt S3), um den aus Oxid bestehenden supraleitenden Draht 5, wie in der 1 gezeigt, bereitzustellen.
Der so gefertigte aus Oxid bestehende supraleitende Draht 5 hatte bei einer Flüssigstickstofftemperatur einen Wert von kritischem Strom von 70 A und wies auf seiner gesamten Länge von 1 km keinen fehlerhaft geschwollenen Teil auf, der auf Gas, das sich während der Wärmebehandlung ausdehnt, zurückzuführen wäre. Der so erhaltene Draht hatte außerdem einen Grad der mechanischen Festigkeit von 300 MPa, wenn einer Zugspannung bei Raumtemperatur ausgesetzt, und infolgedessen einen Grad der Zugfestigkeit, der 90% des Wertes, der für einen Anfangswert des kritischen Stroms (ein Zustand, in dem keine Kraft angelegt ist) erzielt wird.
Des Weiteren wurden die oben beschriebenen Draht aufnehmenden Silberrohre verschiedener Dicke verwendet, um verschiedene Arten der Bestandteile in dem Band 3, das einen Außendurchmesser von 4 mm Breite und 0,25 mm Dicke aufwies, zu verwenden und um die jeweiligen Silberbeschichtungsschichten verschieden in der Dicke auszulegen (4). Zum Vergleich wurden diese, ohne ein daran geklebtes Metallband 4, wärmebehandelt, gewalzt und weiterhin wärmebehandelt. Die so als Vergleichsbeispiele erhaltenen aus Oxid bestehenden Drähte wiesen ihre jeweiligen Eigenschaften wie in der Tabelle 1 dargestellt auf. Tabelle 1
Weder Tabelle 1 entnommen werden kann, erhöht sich der Wert des kritischen Stroms, während die Dicke der Silberbeschichtungsschicht verringert wird, die Anzahl ange schwollener Punkt nach der Wärmebehandlung ist abnehmend und die mechanische Festigkeit verringert sich ebenso. Die Anzahl von angeschwollenen Punkten nach Eintauchen in Flüssigstickstoff bezeichnet die weiter erhöhte Anzahl von angeschwollenen Punkten, gezählt, wenn der zum Messen seines kritischen Stroms in Flüssigstickstoff eingetauchte Draht nach dem Messen aus dem Stickstoff entfernt wird und Raumtemperatur erreicht hat. Dies ist der Tatsache beizumessen, dass während der Messung eingeführter Flüssigstickstoff verdampft und sich infolgedessen ausdehnt, während sich die Temperatur erhöht.
Dünnere Elemente neigen dazu, in ihren jeweiligen Drähten eine Oberfläche mit mehr Fehlstellen aufzuweisen. Daher tritt Flüssigstickstoff leicht in die Drähte ein und dehnt diese in der Folge aus.
Die vorliegende Erfindung kann sowohl für einen dicken Draht als auch für einen dünnen Draht vorteilhaft sein. Wenn ein Vergleichsbeispiel, das einem Draht mit einer Beschichtungsschicht von 30 μm Dicke entspricht, mit einem Metallband 4 versehen wird, wie in der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, kann ein wesentlich stärkerer Draht mit einem Wert des kritischen Stroms von 100 A bereitgestellt werden.
Anschließend wurden Draht aufnehmende Silberrohre, die verschiedene Magnesiumkonzentrationen enthielten, verwendet, um verschiedene Bestandteiltypen in den Bändem 3 als Vergleichsbeispiele zu fertigen. Da sie Vergleichsbeispiele sind, verwenden sie das Metallband 4 nicht und wurden benutzt, um den aus Oxid bestehenden supraleitenden Draht 5 mit einem Verfahren bereitzustellen, das gleich dem ist, das verwendet wurde, um die Vergleichsbeispiele der Tabelle 1 bereitzustellen. Sie wurden mit verschiedenen Beispielen der vorliegenden Erfindung verglichen, die mit einem Verfahren gefertigt wurden, das gleich dem ist, mit dem die Beispiele der Tabelle 1 bereitgestellt wurden, wobei ein Draht aufnehmendes Silberrohr mit einer feststehenden Magnesiumkonzentration und einem Metallband 4 einem Silberband mit einer variierenden Magnesiumkonzentration entspricht. Die Beispiele der vorliegenden Erfindung und die Vergleichsbeispiele wiesen ihre jeweiligen Eigenschaften wie in der Tabelle 2 dargestellt auf. Tabelle 2
Wie der Tabelle 2 entnommen werden kann, werden die mechanische Festigkeit verbessert und der kritische Strom verringert, während die Magnesiumkonzentration des den Draht aufnehmenden Silberrohres vergrößert wird, wohingegen bei den Beispielen der vorliegenden Erfindung der kritische Strom nicht von der Magnesiumkonzentration in dem Metallband 4 abhängig ist und nur die Festigkeit verbessert wird. Das heißt, dass die vorliegende Erfindung mit Metallband 4 nur die Festigkeit anpassen kann, ohne den Wert des kritischen Stroms zu ändern.
Die Tabelle 3 vergleicht Eigenschaften von Draht, der aus dem Bestandteil in Form eines Bandes 3 und darauf geklebtem Metallband 4 besteht, von der ersten Wärmebehandlung an fortschreitend, und solche eines Drahtes, der aus dem Bestandteil 3 und darauf geklebtem Metallband 4 besteht, von der zweiten Wärmbehandlung an fortschreitend. Tabelle 3
Der Tabelle 3 kann entnommen werden, dass der Draht mit Metallband 4, das von der ersten Wärmebehandlung an aufgebracht ist, einen geringfügig kleineren Wert kritischen Stroms bereitstellt, da Magnesium als ein Element dazu neigt, auf Grund von zwei Wärmebehandlungen in den pulvrigen Teil des supraleitenden Teils zu diffundieren. Eine Oberfläche des Drahtes mit einer Fehlstelle wurde vor dem Durchführen der zweiten Wärmebehandlung mit einem Metallband abgedeckt und der Draht hatte infolgedessen eine verringerte Anzahl von Gasabgabeeinrichtungen und dehnte sich folglich aus.
Die vorliegende Erfindung kann einen supraleitenden Draht mit einem hauptsächlich aus Silber bestehenden Metallband, um einen aus Oxid bestehenden Supraleiter daran zu hindern, seine Zusammensetzung zu ändern, bereitstellen. Dadurch kann eine hochreine Phase leicht erreicht werden und ein hoher Wert des kritischen Stroms erzielt werden. Da der Bestandteil in Form eines Bandes eine Oberfläche mit dem in einer Wärmebehandlung daran gebundenen Metallband hat, kann die mechanische Festigkeit verbessert werden und eine Fehlstelle in einem metallischen Beschichtungselement kann ebenso abgedeckt werden, um ein Kühlmittel daran zu hindern, in den supraleitenden Draht in Betrieb einzutreten und in der Folge den Draht auszudehnen. Da das Metall in einer Wärmebehandlung gebunden wird, kann auf einen Klebeschritt oder ei nen Bondingschritt verzichtet werden. Im Ergebnis kann der erzielte Draht kompakt sein und der Prozess zum Herstellen desselben kann vereinfacht werden. Des Weiteren kann das Hinzufügen eines zweiten Bestandteils oder dergleichen zu dem Metallband einfach die mechanische Stärke verbessern. Darüber hinaus berührt das Metallband, wenn das Metallband den zweiten Bestandteil enthält, den supraleitenden Teil nicht und der zweite Bestandteil kann infolgedessen daran gehindert werden, mit dem supraleitenden Teil zu reagieren.
Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum derartigen Herstellen eines supraleitenden Drahtes bereitstellen, dass der Bestandteil in Form eines Bandes und das Metallband nicht durch eine Wärmebehandlung (wie zum Beispiel Schmelzbonding oder Diffusionsbonden) gebunden werden, bis in der Wärmebehandlung eine hohe Temperatur erreicht wurde. Dadurch kann eine Fehlstelle, bevor sie durch eine Wärmebehandlung (wie zum Beispiel Schmelzbonding oder Diffusionsbonden) miteinander verbunden werden, Gas einführen und abgeben und die Wärmebehandlungsoxidation eines Elementes, das die supraleitende Phase enthält, kann vereinfacht werden, um eine hochreine supraleitende Phase zu erhalten. Außerdem ermöglichen die Fehlstellen, dass Sauerstoff abgegeben wird und infolgedessen gleichmäßig aus dem Draht ausgegeben wird, so dass der Sauerstoff daran gehindert wird, den Draht auszudehnen. Da der Bestandteil in Form eines Bandes und das Metallband durch eine Wärmebehandlung (wie zum Beispiel Schmelzbonding oder Diffusionsbonden) miteinander verbunden werden können, die durchgeführt wird, um eine supraleitende Phase bereitzustellen, kann ein Extraschritt zu Verbinden dieser eliminiert werden, wodurch die Produktivität verbessert wird. Des Weiteren kann, wenn das Kleben des Metallbandes auf den Bestandteil in Form eines Bandes zu beeinträchtigter Supraleitfähigkeit führt, eine im Anschluss daran durchgeführte Wärmebehandlung zu einer Erholung und Verbesserung der beeinträchtigten Supraleitfähigkeit führen.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich ausdrücklich, dass diese hier nur beschreibend und darstellend und nicht einschränkend verstanden werden soll und dass die Idee und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nur durch die Begriffe der angehängten Ansprüche begrenzt werden.

Claims

Supraleitender Draht, mit: einem Bestandteil, welcher in Form eines Bandes (3) mit einem aus Oxid bestehenden supraleitenden Element (1) und einem metallischen Beschichtungselement (2) vorgesehen ist, welches hauptsächlich aus Silber besteht und eine Oberfläche des aus Oxid bestehenden supraleitenden Elementes (1) überzieht; und einem Metallband (4), das frei von jedem supraleitenden Material ist, hauptsächlich aus Silber besteht und mindestens einen anderen Bestandteil als Silber enthält und durch eine Wärmebehandlung an eine Oberfläche des in Form eines Bandes vorhandenen Bestandteils (3) gebunden wurde, wobei: der in Form eines Bandes (3) vorhandene Bestandteil eine erste und eine zweite Hauptfläche aufweist, die einander gegenüberliegen; und das Metallband (4) einen ersten Abschnitt, der durch eine Wärmebehandlung an die erste Hauptfläche gebunden wurde, und einen zweiten Abschnitt aufweist, der durch eine Wärmebehandlung an die zweite Hauptfläche gebunden wurde, das Metallband (4) aus Silber mit einem darin dispergierten Oxid besteht, wobei eine Konzentration des Oxids in dem Metallband (4) höher als eine Konzentration eines Oxids in dem metallischen Beschichtungselement (2) ist.
Supraleitender Draht nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Abschnitt des Metallbandes (4) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Supraleitender Draht nach Anspruch 1, wobei das Metallband (4) eine größere mechanische Festigkeit als der in Form eines Bandes (3) vorhandene Bestandteil aufweist.
Supraleitender Draht nach Anspruch 1, wobei das aus Oxid bestehende supraleitende Element (1) aus einem Superleiter auf Wismutbasis besteht.
Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes mit den folgenden Schritten: Herstellen eines Bestandteils in Form eines Bandes (3) mit einem Element, welches zumindest eine supraleitende Phase aufweist, und einem metallischen Beschichtungselement (2), welches hauptsächlich aus Silber besteht und eine Oberfläche des Elementes mit mindestens der supraleitende Phase überzieht; und Inkontaktbringen eines Metallbandes (4), das frei von jedem supraleitenden Material ist, aus einer hauptsächlich aus Silber bestehenden Legierung besteht, mit einer Oberfläche des in Form eines Bandes (3) vorhandenen Bestandteils und Einwirkenlassen einer Wärmebehandlung auf den in Form eines Bandes (3) vorhandenen Bestandteil (3) und das Metallband (4), wobei die Wärmebehandlung mit dem in Form eines Bandes (3) vorhandenen Bestandteil mit einander gegenüberliegenden, ersten und zweiten Hauptflächen ausgeführt wird, die beide in Kontakt mit dem Metallband (4) stehen, welches aus Silber mit einem darin dispergierten Oxid besteht, wobei eine Konzentration des Oxids in dem Metallband (4) höher als eine Konzentration eines Oxids in dem metallischen Beschichtungselement (2) ist.
Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes nach Anspruch 5, wobei die Wärmebehandlung einer letzten von allen Wärmebehandlungen entspricht.