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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines oxid-supraleitenden Drahtes,
bei dem ein Oxidsupraleiter in einen Draht plastisch bearbeitet
wird und insbesondere bezieht sie sich auf eine Verbesserung eines
Schrittes des plastischen Bearbeitens.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Im allgemeinen wird ein oxid-supraleitender
Draht durch Auffüllen
eines Metallrohres mit einem oxid-supraleitendem Pulver hergestellt,
wobei dasselbe in einen Draht durch einen Schritt des plastischen
Bearbeitens, beispielsweise wie Strangpressen, Drahtziehen, Walzen
oder dergleichen in einen Draht umgearbeitet wird, wobei danach
dann eine Wärmebehandlung
des Drahtes erfolgt. Aus "Japanese
Journal of Applied Physics, Part 2 Letter, vol. 27, No. 2 February
1988, pp. L185–L187" und der WO-A-8906432
ist es bekannt, daß ein
plastisches Bearbeiten und eine Wärmebehandlung mehrfach wirksam
wiederholt wird, um die kritische Stromdichte des so geformten Drahtes
zu verbessern.
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Im Bezug auf ein derartiges Verfahren
zur Herstellung eines oxid-supraleitenden Drahtes trägt eine Verdichtung
des Oxidsupraleiters, der in einem Metallrohr aufgefüllt ist,
zur Verbesserung der kritischen Stromdichte bei. Um den Oxidsupraleiter
zu verdichten, ist es deshalb notwendig, eine Flachbearbeitung auf
der Grundlage eines Preßformens,
Walzverformung oder dergleichen auszuführen. Die Flachbearbeitung
wird so angepaßt,
um einen runden Draht beispielsweise entlang seiner Querschnittsrichtung
zusammenzupressen, wobei derselbe in einen Draht mit einem flachen
Teilabschnitt bzw. Querschnitt umgearbeitet wird. Eine derartige
Flachbearbeitung wird im allgemeinen in einer Vielzahl von Stadien
durchgeführt,
um eine erwünschte Querschnittskonfiguration
oder erwünschte
Ausmaße
auf vernünftige
Weise zu erreichen. Eine auf Preßformen basierende Flachbearbeitung
ist somit im Hinblick auf ein großvolumiges Produktionsvermögen unterlegen,
da es notwendig ist, die Flachbearbeitung an jedem Abschnitt des
Drahtes nacheinander durchzuführen, während diejenige,
die auf ein Walzformen basiert, hinsichtlich der Bearbeitbarkeit
unterlegen ist, weil eine Vielzahl von Bearbeitungsschritten durchgeführt werden
müssen.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Dementsprechend ist eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines oxid-supraleitenden
Drahtes zur Verfügung
zu stellen, mit dem auf effiziente Weise ein supraleitender Draht mit
einer hohen kritischen Stromdichte erzielt werden kann.
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Der Erfinder unternahm ein tiefgreifendes
Studium, sowie Experimente hinsichtlich der Wechselbeziehungen zwischen
den Bearbeitungszuständen
und den Werten der kritischen Stromdichte eines oxid-supraleitenden
Drahtes, der durch Flachpressung bzw. Flachbearbeitung erzielt ist,
mit der Möglichkeit,
kontinuierlich lange Abschnitte herzustellen, und fand heraus, daß ein oxid-supraleitender
Draht mit hoher kritischer Stromdichte dadurch erzielt wird, daß eine Flachpressung
mit einer Querschnittsabnahme bzw. einem Umformverhältnis ("draft") von mindestens
80% und nicht mehr als 98% durchgeführt wird, selbst dann, wenn
der Schritt des Flachbearbeitens lediglich einmal ausgeführt wird.
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Erfindungsgemäß weist das Verfahren zur Herstellung
eines oxid-supraleitenden Drahtes mindestens einen Schritt des Füllens eines
Metallrohres mit oxid-supraleitendem Pulver, einen Schritt des plastischen
Bearbeitens des mit dem oxid-supraleitendem Pulver gefüllten Metallrohres,
um dasselbe in einen Draht umzuarbeiten, wobei zur Lösung des
oben aufgeführten
technischen Problems der Schritt des plastischen Bearbeitens ebenso
einen Schritt des Durchführens
einer Flachbearbeitung des Drahtes vor einer Querschnittsabnahme
von mindestens 80% und nicht mehr als 98% mit einem einzigen Verfahrensschritt
enthält,
um die kritische Stromdichte zu erhöhen.
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Demgemäß enthält der Schritt des plastischen
Bearbeitens erfindungsgemäß einen
Schritt des Durchführens
einer Flachbearbeitung mit einer Querschnittsabnahme von mindestens
80% und nicht mehr als 98%, um die Dichte eines Oxidsupraleiters
zu verbessern, wobei die Möglichkeit
besteht, einen oxid-supraleitenden Draht wirksam bzw. effizient
zu erhalten, der eine hohe und gleichmäßige kritische Stromdichte
in Richtung seiner longitudinalen Richtung nach einer Wärmebehandlung
vorzeigt.
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Der entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren
so hergestellte, oxid-supraleitende Draht wird wirksam auf dem Gebiet
von Kabeln oder Magneten eingesetzt, welche insbesondere aus einem
langen Draht hergestellt sind. Diese und andere Aufgaben, Merkmale,
Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung
klarer werden, insbesondere unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
einen Querschnitt bzw. Querschnittabschnitt eines oxid-supraleitenden
Drahtes, um die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung darzustellen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Beispielsweise zerfließt Pulver,
welches in einem Metallrohr aufgefüllt ist, in Longitudinal- und
Querschnittsrichtung aufgrund des walzverformens bzw. Walzbearbeitung.
wird das Flachwalzbearbeiten in einem einzigen Schritt durchgeführt, um
eine erwünschte
Querschnittsabnahme zu erzielen, wird der Fluß bzw. das Zerfließen in Querschnittsrichtung
des Pulvers, welches in dem Metallrohr aufgefüllt ist, mehr vorangetrieben als
im vergleich mit demjenigen, der durch eine Vielzahl von Schritten
verursacht wurde. Dies wird unter Bezugnahme auf 1 im folgenden beschrieben.
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1 stellt
Abschnitte (a) eines Oxid-supraleitenden Drahtes, der aus einem
runden Draht durch Flachwalzbearbeitung mit einer Vielzahl von Schritten
hergestellt wurde, und (b) eines oxid-supraleitender Drahtes der
gleichen Dicke dar, der von einem ähnlich runden Draht mit einer.
Einzel-Schritt-Flachwalzbearbeitung hergestellt wurde. Durch Vergleich
der Drähte
(a) und (b), welche in 1 gezeigt
sind, wird verständlich,
daß das
supraleitende Pulver 1 in Querrichtung im größeren Ausmaß in dem
Draht (b) zerfließt,
welcher aufgrund des Einzel-Schritt Flachwalzverformen gebildet
ist, als im Vergleich mit dem Draht (2), welcher mit einer
Vielzahl von Schritten hergestellt wurde. Unter Bezugnahme der 1 bezeichnet das Bezugszeichen (2)
eine Metallumhüllung.
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Das supraleitende Pulver 1 wird
durch obere und untere Rollen oder dergleichen eingeschränkt, wenn dasselbe
in der Querrichtung zerfließt,
wobei die Dichte des supraleitenden Pulvers ferner im Vergleich
mit dem, das durch einen longitudinalen Fluß erzielt wird, mehr erhöht wird.
Deshalb ist es in diesem Fall möglich, einen
oxid-supraleitenden Draht herzustellen, der eine höhere kritische
Stromdichte aufweist.
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Beispiel 1 des Experiments
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Bi2O3, PbO, SrCO3, CaCO3 und CuO werden gemixt, um ein Pulver vorzubereiten,
das Bi, Pb, Sr, Ca und Cu in dem Mischungsverhältnis von 1,8 : 0,4 : 2 : 2,2
: 3 enthält.
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Dieses Pulver wird bei 800°C für 8 Stunden
wärmebehandelt,
wobei dann die wärmebehandelte
Substanz in einem automatischen Mörser für 2 Stunden zu einem Pulver
pulverisiert wird. Danach wird die pulverisierte Substanz bei 860°C für 8 Stunden
wärmebehandelt,
und dann ähnlich
wie oben zu einem Pulver pulverisiert.
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Das so geformte Pulver wird in ein
Silberrohr mit 12 mm im Außendurchmesser
und 8 mm im Innendurchmesser eingeführt, und dann auf einen Durchmesser
von 1 mm gezogen. Diese Substanz wird dann dem Einzel-Schritt Flachwalzbearbeiten
mit einer Zweiwalzenstraße
von 150 mm im Durchmesser. auf eine Querschnittsabnahme von 75%
(Referenzbeispiel Nr. 1), 80% (Beispiel Nr. 1), 90% (Beispiel Nr.
2), und 95% (Beispiel Nr. 3) unterworfen, um jeweils Drähte von
50 cm Länge
herzustellen. Diese Drähte
werden dann wärmebehandelt,
erneut mit der gleichen Querschnittsabnahme von 25% gewalzt, und
hernach dann einer letzten Wärmebehandlung
unterworfen. Stromanschlußklemmen
werden dann an den in voran erwähnter
Weise erhaltenen Drähten
mit 50 cm Länge
angebracht, wobei die Spannungsanschlußklemmen in regelmäßigen Intervallen
von 5 cm angebracht werden, um die Werte der kritischen Stromdichte
JC der entsprechenden Blöcke zu messen. Die Tabelle
1 zeigt Mittelwerte der kritischen Stromdichte JC und
Prozente der Streuung (Standardabweichung) im Verhältnis zu
diesen Drähten.
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Die Gestalt eines derartigen Drahtes
wird ungleichmäßig bzw.
inhomogen verformt, wenn der Draht mit einer Quer schnittsabnahme,
welche 98% überschreitet,
bearbeitet wurde.
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Um weitere Referenzbeispiele herzustellen,
werden die oben erwähnten
gezogenen Drähte
von 1 mm im Durchmesser mit der gleichen Querschnittsabnahme von
40% durch Flachwalzbearbeitungen mit einer Vielzahl von Schritten
gewalzt, so daß die
Rate der Gesamtdickenreduktion 80% (Referenzbeispiel Nr. 2), 90% (Referenzbeispiel
Nr. 3) und 95% (Referenzbeispiel Nr. 4) ist. während der letzten Schritt werden
diese Proben mit einer Querschnittsabnahme von weniger als 40% zum
Zwecke der Dickenkontrolle gewalzt. Die Proben werden dann einer
Wärmebehandlung
einem Walzen und einer Wärmebehandlung, ähnlich der
oben beschriebenen unterworfen. Tabelle 1 zeigt werte einer kritischen
Stromdichte JC der so geformten Drähte.
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Die kritische Stromdichtenwerte JC werden bei der gleichen Temperatur von
77,3 K ohne Anwendung externer magnetischer Felder gemessen und
aus den Stromwerten berechnet, welche eine Spannung 1 μV über die
Spannungsanschlußklemmen
erzeugen, welche in Intervallen von 5 cm angebracht wurden.
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Wie eindeutig aus Tabelle 1 ersichtlich
ist, wird eine bemerkenswerte Verbesserung der kritischen Stromdichte,
welche in durchaus denkbarer weise durch die Verbesserung bezüglich der
Verdichtung und Orientierungseigenschaften erhalten wurde, wird
durch die Durchführung
der Einzel-Schritt-Flachwalzbearbeitung
mit einer Abnahme von mindestens 80% und nicht mehr als 95% (Beispiele
1 bis 3) vorzugsweise von ungefähr
90% im Verhältnis
zu jedem anderen Referenzbeispiel erhalten. Insbesondere ist es
durch den Vergleich der Proben (Referenzbeispiel Nr. 2 bis 4), welche
bearbeitet wurden, um ähnliche
Gesamtdickenreduktionsraten zu erhalten, mit Beispielen aufgrund
der Flachwalzbearbeitung mit einer Vielzahl von Schritten bei einer
Abnahme von 40%, verständlich,
daß die
Beispiele vorteilhafter, als Verfahren zur Herstellung von supraleitenden
Drähten
bezüglich
der Bearbeitbarkeit und zusätzlich
zur Verbesserung der kritischen Stromdichte sind.
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Beispiel des
zweiten Experiments
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Ein Dichteverhältnis des Supraleiters gemäß dem Beispiel
Nr. 2 (Abnahme: 90%) wurde aus den Beispielen, welche im Beispiel
1 des Experiments hergestellt wurden, gemessen. Das Dichteverhältnis ist
definiert als (Dichte des Supraleiters)/(theoretische Dichte des
Supraleiters).
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Zu Vergleichszwecken wurde das Dichteverhältnis ähnlich gemessen
wie der Supraleiter gemäß des Referenzbeispiels
Nr. 3, welches dadurch prepariert wurde, daß ein Flachwalzbearbeiten mit
einer Vielzahl von Schritten mit einer Abnahme von 40% durchgeführt wurde,
so daß die
Gesamtdickenreduktionsrate 90% war, im Verhältnis zum Referenzbeispiel,
das im Beispiel 1 des Experiments hergestellt wurde.
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Tabelle 2 zeigt das Dichteverhältnis dieser
Supraleiter mit Abnahmen, Gesamtdickenreduktionsraten, Dicken und
Breiten.
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In dem oben erwähnten Beispiel 1 des Experiments
sind die Drähte,
die durch die Flachwalzbearbeitung mit einer Abnahme von 80 bis
95% (Gesamtdickenreduktionsrate von 80 bis 95%) erhalten wurden,
hinsichtlich der mittleren kritischen Stromdichte und Streuung zu
denjenigen überlegen,
die durch Flachwalzbearbeitung mit einer Abnahme von 40%. erhalten
wurden, um die Gesamtdickenreduktionsrate von 80 bis 95% zu erzielen.
wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, liegt dies vor, weil die Dicken
des früheren
Drahtes größer sind, als
diejenige des letzteren Drahtes und die supraleitenden Materialien
mit einer größeren Rate
in Querrichtung zerfließen,
während
sie vertikal durch die Rollen eingeschränkt sind und dadurch die Dichteverhältnisse
des Supraleiters vergrößert werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
im Detail beschrieben und dargestellt wurde, ist es klar ersichtlich, daß dieselbe
lediglich als Illustration und als ein Beispiel anzusehen ist und
nicht zur Einschränkung
herangezogen wird, wobei der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
lediglich hinsichtlich der abhängigen
Ansprüche
beschränkt
wird.
