EP0966767A1 - Verfahren zur herstellung eines elektrischen leiters mit supraleitenden kernen sowie ein solcher leiter - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines elektrischen leiters mit supraleitenden kernen sowie ein solcher leiter

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Publication number
EP0966767A1
EP0966767A1 EP97947675A EP97947675A EP0966767A1 EP 0966767 A1 EP0966767 A1 EP 0966767A1 EP 97947675 A EP97947675 A EP 97947675A EP 97947675 A EP97947675 A EP 97947675A EP 0966767 A1 EP0966767 A1 EP 0966767A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor
metal
shells
cores
sheath
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97947675A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
René L. J. FLÜKIGER
Ybing Huang
Giovanni Grasso
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universite de Geneve
Original Assignee
Universite de Geneve
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite de Geneve filed Critical Universite de Geneve
Publication of EP0966767A1 publication Critical patent/EP0966767A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/20—Permanent superconducting devices
    • H10N60/203—Permanent superconducting devices comprising high-Tc ceramic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • H10N60/0801—Manufacture or treatment of filaments or composite wires

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrical conductor with at least two superconducting cores.
  • the cores are often referred to as filaments.
  • a conductor with multiple cores or filaments is often referred to as a multi-core or multifilament conductor.
  • WO 96/28 853 A discloses methods for producing electrical conductors with a plurality of superconducting cores made of ceramic material. Each core is covered with an inner jacket made of silver or a silver alloy enclosing it in cross-section, with a jacket enclosing the inner jacket made of at least one of the metals copper, aluminum, nickel, iron, magnesium, titanium, zirconium, calcium, tin, niobium, Vanadium, tantalum, hafnium and also with an outer shell of silver or a silver alloy enclosing the shell.
  • a bundle of cores provided with such sheaths and casings is arranged in a tube consisting of silver or a silver alloy, together with this is lengthened by plastic deformation and formed into a band and subjected to at least one heat treatment in an oxygen-containing environment.
  • an oxygen-containing environment In the latter, there is an exchange of gas, in particular oxygen, between the cores and the environment.
  • the ceramic material of the cores is converted into a superconducting phase, for example phase Bi (2223).
  • the originally metallic shells are to be oxidized during the heat treatment in order to electrically insulate the cores from one another in the finished conductor.
  • the invention is therefore based on the object of creating a method which overcomes disadvantages of the known methods, in particular to avoid that the shells intended to form electrical insulation deteriorate the superconducting properties of the cores and only result in inadequate electrical insulation.
  • This object is achieved according to the invention by a method for producing an electrical conductor with at least two elongate, superconducting cores, each of which is enclosed in cross section by at least one sheath and by a sheath, each sheath at least one has metallic material and is essentially electrically conductive and wherein the cores, jackets and shells are jointly extended by reshaping and are jointly subjected to at least one heat treatment in an oxygen-containing environment, characterized in that the shells are formed from a sheath material which had already been produced before Heat treatment has at least one metal-oxygen compound.
  • the invention further relates to an electrical conductor with at least two elongated, superconducting cores, which is produced by the method.
  • the cores are preferably formed from an initial core material or core formation material which has a ceramic material and / or is converted into a ceramic material at least until the conductor is finished, so that the cores of the finished conductor are preferably essentially made of ceramic material consist.
  • Each core can, for example, contain oxides of bismuth, strontium, calcium and copper, which in the finished conductor consist at least for the most part of a superconducting, textured phase. This can be approximately represented by the formula Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 , but can also contain a little lead oxide and / or magnesium oxide and / or titanium oxide and is often referred to briefly as Bi (2223).
  • the cores can have the superconducting phase Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 0 8-x , which is briefly referred to as Bi (2212).
  • the cores can also contain oxides of yttrium or rare earths, barium and copper - for example one of the superconducting phases Y (123) or Y (124) - or oxides of thallium, barium, calcium and copper - or the superconducting phase (Tl ( 1223) or oxides of mercury, barium, calcium and copper.
  • each core is enclosed in cross-section by at least one jacket and one shell.
  • a sheath arranged between the core and the sheath and, for example, in addition to this inner sheath, an outer sheath surrounding the sheath or possibly only a sheath surrounding the sheath can be provided.
  • a core can be formed directly adjacent to and enclosing this core, which in turn is then enclosed by a jacket.
  • Each jacket surrounding an individual core and possibly a sheath has a metallic material and is essentially electrically conductive.
  • Each shell has at least one metal oxide and is at least somewhat electrically insulating or should have at least a significantly greater specific electrical resistance than the sheaths.
  • the cores which serve to form the conductor and are provided with sheaths and shells are connected, for example by means of a tube or bundle sheath which surrounds them, to form a bundle and, according to the invention, are lengthened together by shaping.
  • the forming is preferably carried out in several
  • the cores, jackets and casings were subjected to at least one heat treatment in an oxygen-containing environment together, ie, for example after they were connected to form a bundle by means of a tube or bundle jacket.
  • This or at least one heat treatment serves as reaction annealing in order to form a final core material with the desired ceramic, superconducting phase from the previously existing initial core material or core formation material by means of a chemical reaction.
  • the shells are formed from a sheath material which has at least one metal-oxygen bond before the heat treatment.
  • the sheath material should preferably be used before the first of these heat treatments and therefore in particular also before the or each heat treatment used to form the superconducting phase - ie reaction annealing - and namely preferably also have at least one metal-oxygen compound before the cores are joined to form a bundle and before the cores are joined to form a bundle.
  • the casing material has at least one metal-oxygen compound before the heat treatment mentioned makes it possible to select the or each metal-oxygen compound contained in the casing in such a way that it does not react with the core material during the or each heat treatment and that the or each metal-oxygen compound is itself stable during the or each heat treatment and that the sleeves are not damaged by the heat treatment (s).
  • the coats and shells should be permeable to oxygen.
  • the sheaths are preferably formed from a sheath material which is at least largely metallic and remains at least largely metallic and electrically conductive until the conductor is finished, ie is not oxidized.
  • the cladding material can, for example, originally consist of pure silver or a silver alloy which, for example, is largely made up of silver by weight and additionally contains at least one of the metallic elements antimony, gold, copper, magnesium, manganese, titanium, aluminum.
  • the proportion of any addition to silver in the jacket material can for example, for magnesium and / or manganese at most equal to or less than 2% by weight, with antimony at most equal to or less than 0.5% by weight and with gold at most equal to or less than 10% by weight.
  • the sheaths of the finished conductors then consist of a composite with a metallic matrix and oxide islands or particles distributed therein. If each core is enclosed by both an inner and an outer jacket, the two jackets can be made of the same or different materials. Furthermore, at least one sheath enclosing a single core may possibly have two or more layers which are made of different materials.
  • the or each metal-oxygen compound contained in the shell material consists of a metal oxide or of a compound similar to one and is binary, ternary, quaternary or quinary.
  • the shell material preferably contains a titanate and / or zirconate and / or hafniate and / or magnesium oxide and / or zirconium oxide and / or hafnium oxide and / or bismuth oxide and / or thallium oxide and / or yttrium oxide as metal-oxygen compound and / or metal oxide.
  • the shell material preferably contains a titanate and / or zirconate and / or hafniate and / or magnesium oxide and / or zirconium oxide and / or hafnium oxide and / or bismuth oxide and / or thallium oxide and / or yttrium oxide as metal-oxygen compound and / or metal oxide.
  • the shell material preferably contains a titanate and / or zirconate and /
  • the shell material can also be the same or similar ceramic materials as metal-oxygen compounds or metal oxides. contain materials, ie oxide mixtures, as they also for the formation of superconducting phases - for example the phases Bi (2212), Bi (2223), Tl (1223), Tl (2223), Y (123), Y (124) - be used.
  • the selection and the composition of the sheath material must then be matched to the core material and the operating or use temperature provided for the operation or use of the conductor in such a way that the critical temperature or crack temperature of the ceramic contained in the sheath Material is less than the critical temperature of the core material and less than the operating or use temperature of the conductor.
  • a small proportion of an additional material can be added to the ceramic material contained in the casing, which lowers the critical temperature.
  • the casing material can then contain, for example, a small proportion of at least one oxide from at least one rare earth and / or at least one of the elements iron, nickel, cobalt. If such a conductor is then cooled to the intended operating or use temperature and the cores become superconducting, the shells then remain electrically insulating as at room temperature.
  • the casing material or - if it still has a liquid at the beginning and is formed by a dispersion - the solid component or phase of the
  • casing material can originally consist exclusively of at least one metal-oxygen compound.
  • the shell material can originally also have a metallic material which preferably contains silver and consists, for example, of pure silver or a silver alloy.
  • the casing material may originally - ie before the or each heat treatment - in addition to silver or possibly instead of this, at least one of the metals gold, copper, magnesium, titanium or aluminum. If the shell material provided to form the shells contains silver and / or gold, this is used in the heat treatment or
  • Heat treatments are not oxidized and are still electrically conductive even in the finished conductor.
  • copper, magnesium, titanium and / or aluminum contained in the casing material is at least largely oxidized during the heat treatment or the heat treatments in an oxygen-containing environment and then forms oxide islands and / or particles in the covers.
  • the proportion of the metallic material and in particular of the silver and / or gold in the entire sheath material should be such that the material, which is still metallic and electrically conductive in the finished conductor, has no or at least almost no continuity and without interruption from the inner surface of a sheath to the outer surface thereof extending, electrically conductive connections.
  • the proportion of the silver and / or gold and preferably all of the metallic material used to form the shell material in the mixture formed from the metallic material and the or each metal oxide is preferably at most 60% by weight, more preferably at most 30% by weight and at Example about 10% by weight or less.
  • the or each metal-oxygen compound contained in the shells is preferably particulate when the shells are formed, ie before the cores provided with shells and shells are formed together.
  • the particles of the or each particulate metal-oxygen compound of the shell material have particle sizes which are preferably at most 2 ⁇ m and for example approximately 0.5 ⁇ m or even less.
  • the metallic material added to the formation of the shells can be mixed with the or each metal-oxygen compound in such a way that the mixture is as homogeneous as possible.
  • the metallic material can, for example, be mixed with the or each particulate metal-oxygen compound when the shell material is formed as a particulate metallic material.
  • the particle sizes of the metallic particles are preferably at most 5 ⁇ m and for example approximately 1 ⁇ m to 3 ⁇ m or even less.
  • Particles may be at least partially separated from one another during forming and pressed into different layers.
  • the silver and / or other metallic material is then deposited, for example, on the sheaths present inside and / or outside the sheaths, so that each sheath of the finished conductor then has, for example, a layer consisting predominantly of at least one metal-oxygen compound.
  • the shells formed at least in large part or exclusively from at least one metal-oxygen compound are at least to some extent electrically insulating and / or have at least one electrical resistance which is substantially greater in all directions than that of a layer of the same thickness formed from the sheath material.
  • the specific electrical resistance of a purely The material layer should preferably be at least 10 times, better at least 100 times and, for example, at least 1000 times larger than that of a layer consisting of pure jacket material. It should be noted that the core formation material, the sheath material and the sheath material may possibly penetrate somewhat into one another during the forming and during the at least one thermal treatment of the conductor at the originally existing boundaries between the cores, sheaths and shells.
  • each sheath is expediently at least 10 times, preferably at least 20 times, more preferably at least 100 times and for example even at least 1000 times in a direction transverse and approximately at right angles to its longitudinal direction and the longitudinal direction of the core enclosed by it. times greater than the resistance measured in the same direction of a layer of the same thickness and consisting of cladding material assigned to the relevant core.
  • the electrical resistance between the different cores, measured transversely to the longitudinal direction of the conductor and the cores, is accordingly expediently at least 10 times, preferably at least 20 times and even better at least 100 times greater in a conductor according to the invention than in a conductor not according to the invention, in which the shell is missing and / or is replaced by a layer of sheath material that has the same shape and the same thickness.
  • the sheaths of the finished conductor have a thickness which is preferably at least 0.1 ⁇ m, preferably at most 5 ⁇ m and for example 0.2 ⁇ m to 2 ⁇ m. It is therefore experimentally difficult to directly measure the electrical resistance and the specific electrical resistance of the sheaths of a finished conductor.
  • alternating currents at different frequencies can be passed through a conductor and at different alternating current frequencies measure the energy losses caused by eddy currents. The frequency at which the losses are at a maximum then gives a measure of the electrical resistance of the sheaths and casings.
  • each core of the finished conductor is enclosed by a sheath, which is arranged between the core and the sheath and abuts directly on the core, this sheath bridges any interruption of the core enclosed by it in the longitudinal direction with little longitudinal resistance.
  • a conductor according to the invention can be used, for example, to form a winding of a transformer or another device. If an alternating current is passed through a conductor according to the invention, no or at most weak current vortices or current loops running through several different cores can arise. Accordingly, losses of electrical energy due to eddy currents and in particular eddy current coupling losses due to the coupling between the different cores can be greatly reduced or even almost completely avoided.
  • FIG. 1 shows a cross section through an obliquely arranged, cylindrical, rod-shaped workpiece which serves to form a core and parts of a conductor enveloping it
  • FIG. 2 shows a cross section through an obliquely arranged workpiece, formed from the workpiece shown in FIG. 1 by reshaping, with a hexagonal cross section,
  • FIG. 3 shows a cross section of an output conductor with 19 workpieces designed according to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a schematic end view of part of the 19-core conductor formed by reshaping from the output conductor shown in FIG. 3,
  • FIG. 6 shows a photographed cross-sectional area of the conductor shown in FIG. 5 after the shaping and after the complete thermal treatment
  • FIG. 7 shows a schematic end view of part of a conductor which was formed from workpieces without an outer jacket
  • FIG. 8 is an illustration analogous to FIG. 2 of a workpiece in which the casing is directly adjacent to the core
  • FIG. 9 is a simplified end view of a conductor with cores that have differently oriented broad sides.
  • a band-shaped conductor with a plurality of superconducting cores for example having phase Bi (2223), oxides and carbonates of the metals bismuth, lead, strontium, calcium and copper are provided as starting materials.
  • oxides and carbonates can be used: Bi 2 0 3 / PbO, SrC0 3 , CaC0 3 and CuO.
  • oxides and carbonates or precursors of such can be used.
  • the oxides and carbonates are processed into a fine-grained powder by precipitation and / or grinding and mixed with one another, so that a powder mixture is formed which serves as a particulate core-forming material.
  • the quantitative ratios of the various oxides and carbonates are determined during mixing in such a way that the core formation material contains the metal atoms, for example in the composition Bi 1 (72 Pb 0 (34 Sr 1/83 Ca 1/97 Cu 3 ⁇ l3) .
  • the particulate, initially electrically non-conductive core material or core forming material is calcined at least once and for example several times for several hours at a temperature of approximately 800 ° C. in an air-containing environment. When calcining, some of the particulate mixture may already be converted into the crystalline phase Bi (2212) by a reaction.
  • the calcined core forming material is ground.
  • a rod-shaped workpiece 1 shown in FIG. 2 is then produced for each core of the conductor to be formed.
  • This has an inner exit jacket 4 formed from a hollow cylindrical tube.
  • This encloses in cross section an exit core 3 consisting of particulate starting core material or core forming material.
  • the interior of the inside exit jacket 5 is closed at both ends, so that the particulate core-forming material does not fall out and cannot absorb water or carbon dioxide from the ambient air.
  • the inner output jacket 5 is enclosed in cross section by a casing 5.
  • the sleeve 5 is in turn enclosed in cross section by an outer starting jacket 6.
  • the starting jackets 4 and 6 consist, for example, of pure silver or one of the other materials mentioned in the introduction, which can be used to form jackets.
  • an inner starting jacket 4 and an outer starting jacket 6 are first formed for each workpiece. These starting jackets are cut off, for example, from commercially available, longer tubes.
  • the shells 5 for example, pure, particulate barium zirconate (BaZr0 3 ) and pure, particulate silver are produced or procured. Then particulate barium zirconate is mixed with particulate silver, so that the most homogeneous mixture possible, which contains, for example, approximately 10% by weight of silver. This mixture is, for example, still mixed with a liquid which, for example, consists at least in large part or entirely of alcohol or another organic solution. and / or dispersant. The resulting liquid-solid mixture or suspension is then applied, for example, with the aid of a brush or by spraying onto the outer surface of the inner exit casing 4, so that the casing material forms a coating adhering to the inner exit casing 4.
  • a liquid which, for example, consists at least in large part or entirely of alcohol or another organic solution. and / or dispersant.
  • the resulting liquid-solid mixture or suspension is then applied, for example, with the aid of a brush or by spraying onto the outer surface of the inner
  • the inner output jacket 4, which is covered with an output jacket 5, and the outer output jacket 6 are inserted into one another.
  • the liquid solvent and / or dispersion medium used to form the shells then evaporates and / or evaporates again, so that only the solid sheath material remains.
  • the component or phase formed from solid particles of the shell material used to form the shells and the shell material remaining after the solvent and / or dispersion medium has escaped can instead of a BaZr0 3 / silver mixture exclusively from BaZr0 3 or another one mentioned in the introduction Cover material exist.
  • the sleeves 4 and 6 without the sleeve material can be inserted into one another and, simultaneously and / or afterwards, dry, powdery sleeve material can be introduced between the two sleeves.
  • particulate, calcined and ground core-forming material is filled into the interior space enclosed by the inner exit jacket 4, and the starting core 3 is thereby formed.
  • the inner cavity of the inner output jacket 4 is then closed at both ends.
  • Each inner output jacket 4 has, for example, an outer diameter of 5 mm to 10 mm.
  • the inside diameter each inner output jacket and the diameter of the output core 3 which is identical to this inner diameter is, for example, 50% to 80% of the outer diameter of the inner output jacket 4.
  • the radially measured thickness of the jacket 5 is significantly smaller than the correspondingly measured thickness of the inner output jacket 4.
  • Each elongated, cylindrical workpiece 1 becomes, for example by drawing and / or pressing, the shape of a regular one in cross section
  • Formed hexagonal workpiece also designated 1. This forming is preferably carried out by cold working, i.e. at normal room temperature. The workpiece 1 becomes longer and thinner during this shaping and is then rod-shaped or wire-shaped.
  • an output bundle jacket 8 shown in FIG. 3 is produced, for example cut off from a longer tube.
  • the jacket 8 consists, for example, of pure silver or another jacket-forming material mentioned in the introduction.
  • the output bundle jacket 8 is, for example, hollow cylindrical.
  • cross-sectionally hexagonal workpieces 1 are inserted into the output bundle shell 8, so that they form a workpiece bundle 11 held together by the latter.
  • the surfaces of the workpieces lie against one another in pairs and together form a “tight packing” which fills the interior of the exit bundle jacket 8 as far as possible, the exit bundle jacket 8 can for example 9 or 19 or 37 or contain an even larger number of workpieces 1 which enables a “tight packing”.
  • the dimensions of the workpieces 1 and the output bundle sheath 8 are coordinated with one another, for example, in such a way that the “tightly packed” workpiece bundle fits into the sheath 8, that some of the workpieces distributed around the axis of the bundle 11, which form an envelope enveloping it, form regular enveloping polygons, rest firmly or with at most little play on the cylindrical inner surface of the output bundle shell 8.
  • the workpiece bundle 11 then forms, together with the output bundle sheath 8, an output conductor denoted by 21.
  • the diameter or - more precisely - the outer diameter of the output conductor is preferably at least 20 mm and for example 40 mm to 120 mm.
  • the output conductor 21 and the cores 3, sheaths 4, 6 and shells 5 present in it are now formed in several steps, i.e. extended.
  • the cross-sectional area of the conductor is successively reduced, the empty, i.e., visible in FIG. only air-containing interiors disappear.
  • the output conductor 21, which has a cylindrical outer surface, is first formed, for example, by extrusion and / or hammering and / or drawing to form a wire-shaped intermediate conductor, that is to say approximately or precisely circular in cross section.
  • This intermediate conductor is possibly rotated about its longitudinal axis, so that the conductor parts and their cores originally formed by the workpieces 1 are twisted.
  • the straight intermediate conductor, which has parallel or twisted cores, is then rolled in several rolling passes and shaped into an elongated, strip-shaped conductor.
  • the first shaping of the output conductor 1 then takes place, for example, by hot-working, the temperature during the hot-working being significantly less than 800 ° C.
  • the remaining forming steps can then be carried out, for example, by cold working, ie at normal room temperature. However, you may be able to find the leader at least on the last one Form the rolling pass or in the last rolling passes or even in all rolling passes by thermoforming at a temperature of, for example, 500 ° C to 800 ° C.
  • the metallic sheaths 4, 6, 8 are ductile and are plastically deformed when the conductor is formed.
  • the core material consists at least originally of individual particles, which are shifted against each other when the conductor is reshaped, and are also individually plastically deformed, restructured and textured.
  • the metallic material possibly contained in the sheaths 5 is plastically deformed when the conductor is deformed.
  • the particles of the shells 5, which consist of a metal-oxygen compound, for example made of barium zirconate, are shifted against one another when the conductor is deformed, and may also be plastically deformed individually. Otherwise, the particles present in the cores and / or in the shells during forming and the heat treatments subsequently described in more detail may be more or less firmly connected to one another, for example sintered, to some extent by the pressure and / or the heat.
  • the conductor is subjected to at least one heat treatment between successive forming steps and / or after the forming has ended - i.e. Reaction annealing - in
  • a reaction annealing is carried out in particular between the penultimate and the last rolling pass. Preferably, however, at least one heat treatment takes place before the penultimate roll pass and after the last roll pass.
  • the conductor is heated to a temperature of at least 790 ° C., better at least 800 ° C. and, for example, 820 ° C. to 830 ° C. or up to 840 ° C.
  • the conductor is, for example, during the reaction annealing or the reaction annealing at least 100 hours in, for example, 0.1 vol. % up to 20 vol. % Oxygen-containing gas mixture or possibly annealed in air.
  • the material of the core of the conductor is converted at least to a large extent and practically completely into phase Bi (2223) in a manner known per se.
  • a gas exchange in particular an oxygen exchange, in which the cores release and / or absorb gas, in particular oxygen, through the shells which are at least partly made of silver and through the shells.
  • the output core 3, the output shells 4, 6 and the output sheath 5 of the originally cylindrical workpieces 1 are, for example, at least 10 times during the shaping of the latter into hexagonal workpieces and during the subsequent shaping of the output conductor 21 extended.
  • the cross-sectional areas of the workpieces 1 are reduced by a factor which is approximately equal to the square of the extension factor.
  • the finished, elongated conductor produced by the described method which can be seen in FIG. 4, is identified by the same number as the output conductor 21 shown in FIG. 3. Furthermore, the cores, inner jackets, shells, outer jackets and the bundle jacket of the finished conductor in FIG. 4 are identified by the same numbers as the corresponding starting parts in FIG. 3.
  • the finished conductor 21 shown in FIG. 4 is band-shaped, approximately rectangular in cross-section and has two wider, essentially flat and mutually parallel surfaces 21a facing away from one another, and two narrower surfaces that face away from one another, possibly also at least in part flat and / or at least partially convexly curved surfaces 21b.
  • the cores 3 of the finished conductor formed from the starting cores 3 are superconducting at sufficiently low temperatures.
  • Each core 3 of the finished conductor is enclosed in cross section by an electrically conductive jacket 4.
  • Each sheath 4 of the finished conductor is encased in cross section by an electrically insulating, oxygen-permeable sheath 5, which at least largely consists of barium zirconate.
  • the outer sheaths 6 and the bundle sheath 8 were at least largely connected to one another in the different forming steps in such a way that they are practically connected in the finished conductor and form an electrically conductive matrix, designated 29 in FIG. 4.
  • the outlines of the outer sheaths 6 are therefore only indicated with dash-dotted lines in FIG. 4.
  • the cores 3 are drawn schematically in FIG. 4 as rectangles, the wider sides of which are parallel to the wider surfaces 21a of the band-shaped conductor 21. However, it should be noted that the cores 3 actually have more irregular shapes that deviate from rectangles in an end view and in cross section. The same applies to the coats 4 and 6 and the sleeves 5.
  • the width i.e. the larger cross-sectional dimension of the finished conductor 21, measured parallel to the flat sections of the wider areas 21a, is preferably at least 1 mm and for example 2 mm to 10 mm.
  • the thickness of the conductor 21 measured perpendicular to the width is preferably at most 30% and, for example, approximately 5% to 20% of the width, for example 0.1 mm to 0.5 mm.
  • the widths, ie the larger cross-sectional dimensions of the cores 3 measured parallel to the wider areas 21a of the finished conductor 21 are, for example, approximately 30 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the thicknesses, ie the right angles to The smaller cross-sectional dimensions of the cores measured in the areas 21 are, for example, in the range from 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the inner jackets 24 have thicknesses of a few micrometers, for example.
  • the thicknesses of the insulating shells are, for example, in the range from 0.1 or 0.2 ⁇ m to 2 ⁇ m or possibly up to 5 ⁇ m.
  • FIG. 6 shows a section of the finished conductor 21 after the complete deformation and after the or each reaction annealing of the conductor.
  • the inner shells and the shells in FIGS. 5 and 6 are designated 4 and 5 in the same way as in FIGS. 1 to 4.
  • the original outer sheaths 6 and the original bundle sheath 8 together form a more or less coherent matrix 29 in the conductor 21 shown in FIGS. 5 and 6.
  • sheaths 5 of the finished conductor formed from barium zirconate and silver or exclusively from barium zirconate or at least essentially from magnesium oxide (MgO) - in contrast to those known from WO 96/28 853 A, which originally consisted of nickel and then oxidized shells - during the heat treatments and the rest of the manufacturing process have no adverse effects on the superconducting properties of the cores. It was found in particular that the transition temperature or critical temperature of the cores through the sheaths according to the invention compared to conductors without them Envelopes is not humiliated. Likewise, microscopic examinations on sections through conductors according to the invention have shown that the sheaths 5 at least approximately completely and completely enclose the inner sheaths 4 and thus also the cores 3 in cross section over the entire length of the conductor.
  • MgO magnesium oxide
  • the elongated, band-shaped conductor shown in FIG. 7 has a plurality of cores 33 which are superconducting when the conductor is used. Each core 33 is enclosed in cross section by an electrically conductive jacket 34, which in turn is cross-sectionally covered by an electrically insulating sheath 35 is enveloped.
  • the conductor 31 also has a bundle sheath 38 which encloses the bundle of the cores 33 and the sheaths 34 and shells assigned to them.
  • the conductor 31 does not have any outer shells corresponding to the outer sheaths 6 of the conductor 21, so that different shells 35 assigned to different cores 33 abut one another on the conductor 31.
  • the workpiece 41 has a core 43, a sheath 45 which surrounds it and lies directly against it, and a sheath 46 which surrounds it, but no sheath corresponding to the inner sheath 4 of the workpieces 1.
  • Several workpieces 41 can be produced and a conductor can be formed from them analogously to workpieces 1.
  • the conductor 51 shown in FIG. 9 is in an intermediate phase of the production process and has a plurality of workpieces 61 which are rectangular in cross-section and have only been drawn in simplified form. Each of these has, for example, the same as a workpiece 1, a core, an inner jacket, a core and a core inner shell enclosing shell and an outer jacket, but can also be constructed analogously to the workpieces forming the conductor 31 or like the workpiece 41.
  • the conductor 51 also has a bundle jacket 68, the outer surfaces of which form the outer surfaces of the entire conductor 51.
  • the workpieces 61 are subdivided into a central group and two side groups arranged on the sides facing away from one another. Each side group contains half as many workpieces as the middle group. The broad sides of the workpieces in the middle group are parallel to the broad sides or wider ones
  • the conductor 51 shown in an intermediate state in FIG. 9 can be formed by reshaping and at least one
  • Heat treatment to form a finished conductor This then contains a central group of cores and two lateral groups of cores, the broad sides of which are generally approximately parallel or approximately perpendicular to the wider outer surfaces of the conductor.
  • the conductors and the process for their manufacture can be changed in other ways. For example, when an output conductor is formed into a finished conductor, rolling can be replaced by pulling, so that the finished conductor, rounded and in cross-section, for example, is approximately or exactly circular or, for example, forms a regular hexagon.

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Abstract

Zur Herstellung des elektrischen Leiters (21) werden Werkstücke gebildet, von denen jedes einen Kern (3) aufweist, der im Querschnitt von mindestens einem elektrisch leitenden Mantel (4, 6) und einer Hülle (5) umschlossen ist, die mindestens zum Teil aus mindestens einer Metall-Sauerstoffverbindung, beispielsweise Bariumzirkonat (BaZrO3), besteht. Die Werkstücke werden zu einem Bündel verbunden, gemeinsam durch plastisches Verformen verlängert und mindestens einer Wärmebehandlung in sauerstoffhaltiger Umgebung unterzogen. Bei der Wärmebehandlung bzw. den Wärmebehandlungen wird das die Kerne (3) bildende Material in eine supraleitende Phase umgewandelt, ohne dass die Supraleitungs-Eigenschaften der Kerne (3) durch das Hüllenmaterial verschlechtert werden. Die Hüllen (5) sind elektrisch isolierend oder haben mindestens einen wesentlich höheren spezifischen elektrischen Widerstand als die Mäntel (4) und wirken bei der Verwendung des Leiters (21) der Entstehung von Wirbelstrom-Kopplungsverlusten entgegen.

Description

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters mit supraleitenden Kernen sowie ein solcher Leiter
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters mit mindestens zwei supraleitenden Kernen.
Die Kerne werden häufig auch als Filamente bezeichnet. Ein Leiter mit mehreren Kernen bzw. Fila enten wird häufig als Vielkern- bzw. Multifilament-Leiter bezeichnet.
Stand der Technik
Die WO 96/28 853 A offenbart Verfahren zur Herstellung von elektrischen Leitern mit mehreren supraleitenden, aus keramischem Material bestehenden Kernen. Jeder Kern wird mit einem ihn im Querschnitt umschliessenden, inneren Mantel aus Silber oder einer Silberlegierung, mit einer den inneren Mantel umschliessenden Hülle aus mindestens einem der Metalle Kupfer, Aluminium, Nickel, Eisen, Magnesium, Titan, Zirkonium, Calcium, Zinn, Niob, Vanadium, Tantal, Hafnium und noch mit einem die Hülle umschliessenden, äusseren Mantel aus Silber oder einer Silberlegierung versehen. Dann wird ein Bündel mit derartigen Mänteln und Hüllen versehener Kerne in einem aus Silber oder einer Silberlegierung bestehenden Rohr angeordnet, zusammen mit diesem durch plastischer Verformen verlängert sowie zu einem Band umgeformt und mindestens einer Wärmebehandlung in sauerstoffhaltiger Umgebung unterzogen. Bei der letzteren findet ein Gas- insbesondere Sauerstoff us- tausch zwischen den Kernen und der Umgebung statt. Dabei wird das keramische Material der Kerne in eine supraleitende Phase, z.B. die Phase Bi(2223), umgewandelt. Ferner sollen die ursprünglich metallischen Hüllen bei der Wärmebehandlung oxidiert werden, um die Kerne beim fertigen Leiter gegenein- ander elektrisch zu isolieren.
Versuche mit Hüllen aus Nickel haben jedoch gezeigt, dass die Hüllen bei der Wärmebehandlung beschädigt werden, so dass sich teilweise grosse Lücken in den Hüllen ergeben. Dies hat zur Folge, dass die verschiedenen Kerne nur unzulänglich gegeneinander elektrisch isoliert werden. Ferner haben die Nikkei-Hüllen bei der Wärmebehandlung einen ungünstigen Einfluss auf die supraleitenden Kerne, wobei insbesondere deren kritische Temperatur bzw. Sprungtemperatur um ungefähr 5° C ver- kleinert wird. Die Beschädigungen der isolierenden Hüllen und der Kerne werden wahrscheinlich durch chemische Reaktionen verursacht, die unter Mitwirkung von durch die Mäntel und Hüllen diffundierendem Gas, insbesondere Sauerstoff, zwischen den Materialien der Kerne und Hüllen stattfinden.
Abriss der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver- fahren zu schaffen, das Nachteile der bekannten Verfahren behebt, wobei insbesondere vermieden werden soll, dass die zur Bildung einer elektrischen Isolation bestimmten Hüllen die Supraleitungseigenschaften der Kerne verschlechtert und nur eine unzulängliche elektrische Isolation ergibt.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters mit mindestens zwei länglichen, supraleitenden Kernen, von denen jeder im Querschnitt von mindestens einem Mantel und von ei- ner Hülle umschlossen wird, wobei jeder Mantel mindestens ein metallisches Material aufweist und im wesentlichen elektrisch leitend ist und wobei die Kerne, Mäntel und Hüllen gemeinsam durch Umformen verlängert und gemeinsam mindestens einer Wärmebehandlung in sauerstoffhaltiger Umgebung unterzogen wer- den, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllen aus einem Hüllenmaterial gebildet werden, das schon vor der Wärmebehandlung mindestens eine Metall-Sauerstoffverbindung aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Leiter mit mindestens zwei länglichen, supraleitenden Kernen, der durch das Verfahren hergestellt ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Kerne werden vorzugsweise aus einem Anfangs-Kernmate- rial bzw. Kernbildungsmaterial gebildet, das ein keramisches Material aufweist und/oder mindestens bis zur Fertigstellung des Leiters in ein keramisches Material umgewandelt wird, so dass die Kerne des fertigen Leiters vorzugsweise im wesentlichen aus keramischem Material bestehen. 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. Diese kann näherungsweise durch die Formel Bi2Sr2Ca2Cu3O10 dargestellt werden, kann jedoch auch noch ein wenig Bleioxid und/oder Magnesiumoxid und/oder Titanoxid enthalten und wird häufig kurz mit Bi(2223) bezeichnet. Die Kerne können stattdessen die supraleitende Phase Bi2Sr2Ca1Cu208-x aufweisen, die kurz mit Bi(2212) bezeichnet wird. Die Kerne können ferner Oxide von Yttrium oder seltenen Erden, Barium und Kupfer - zum Beispiel eine der supraleitenden Phasen Y(123) oder Y(124) - oder Oxide von Thallium, Barium, Calcium und Kupfer - bzw. die supraleitende Phase (Tl(1223) oder Oxide von Quecksilber, Barium, Calcium und Kupfer aufweisen. Gemäss der Erfindung ist jeder Kern im Querschnitt von mindestens einem Mantel und von einer Hülle umschlossen. Man kann beispielsweise einen zwischen dem Kern und der Hülle an- geordneten Mantel und zum Beispiel zusätzlich zu diesem inneren Mantel noch einen die Hülle umschliessenden, äusseren Mantel oder eventuell nur einen die Hülle umschliessenden Mantel vorsehen. Ferner kann beispielsweise für jeden Kern eine unmittelbar an diesen angrenzende und diesen umschlies- sende Hülle gebildet werden, die dann ihrerseits von einem Mantel umschlossen wird.
Jeder einen einzelnen Kern und eventuell eine Hülle umschliessende Mantel weist ein metallisches Material auf und ist im wesentlichen elektrisch leitend. Jede Hülle weist mindestens ein Metalloxid auf und ist mindestens einigermassen elektrisch isolierend oder soll mindestens einen deutlich grosseren spezifischen elektrischen Widerstand haben als die Mäntel .
Die zur Bildung des Leiters dienenden, mit Mänteln und Hüllen versehenen Kerne werden beispielsweise mittels eines sie umschliessenden Rohrs oder Bündel-Mantels zu einem Bündel verbunden und gemäss der Erfindung gemeinsam durch Umformen verlängert. Das Umformen erfolgt vorzugsweise in mehreren
Schritten. Gemäss der Erfindung wurden die Kerne, Mäntel und Hüllen gemeinsam - d.h. beispielsweise nachdem sie mittels eines Rohrs bzw. Bündel-Mantels zu einem Bündel verbunden wurden - mindestens einer Wärmebehandlung in Sauerstoffhalti- ger Umgebung unterzogen. Diese bzw. mindestens eine Wärmebehandlung dient als Reaktionsglühung, um aus dem vorher vorhandenen Anfangs-Kernmaterial bzw. Kernbildungs-material durch eine chemische Reaktion ein End-Kernmaterial mit der gewünschten, keramischen, supraleitenden Phase zu bilden. Gemäss der Erfindung werden die Hüllen aus einem Hüllenmaterial gebildet, das bereits vor der Wärmebehandlung mindestens eine Metall-Sauerstoff erbindung aufweist. Falls die mit Mänteln und Hüllen versehenen, zu einem Bündel verbunde- nen Kerne mehreren Wärmebehandlungen unterzogen werden, soll das Hüllenmaterial vorzugsweise bereits vor der ersten dieser Wärmebehandlungen und also insbesondere auch vor der bzw. jeder zur Bildung der supraleitenden Phase dienenden Wärmebehandlung - d.h. Reaktionsglühung - und nämlich vorzugsweise auch vor dem Verbinden der Kerne zu einem Bündel und vor dem Umformen der zu einem Bündel verbundenen Kerne mindestens eine Metall-SauerstoffVerbindung aufweisen.
Dadurch, dass das Hüllenmaterial bereits vor der genann- ten Wärmebehandlung mindestens eine Metall-Sauerstoffverbindung aufweist, wird ermöglicht, die bzw. jede in der Hülle enthaltene Metall-SauerstoffVerbindung derart auszuwählen, dass sie bei der bzw. jeder Wärmebehandlung nicht mit dem Kernmaterial reagiert und dass die bzw. jede Metall- SauerstoffVerbindung bei der bzw. jeder Wärmebehandlung selbst auch stabil ist und die Hüllen durch die Wärmebehandlung (en) auch nicht beschädigt werden.
Die Mäntel und Hüllen sollen durchlässig für Sauerstoff sein. Die Mäntel werden vorzugsweise aus einem Mantelmaterial gebildet, das mindestens zum grössten Teil metallisch ist und mindestens zum grössten Teil bis zur Fertigstellung des Leiters metallisch sowie elektrisch leitend bleibt, d.h. nicht oxidiert wird. Das Mantelmaterial kann beispielsweise ur- sprünglich aus reinem Silber oder aus einer Silberlegierung bestehen, die zum Beispiel gewichtsmässig zum grössten Teil aus Silber gebildet ist und zusätzlich noch mindestens eines der metallischen Elemente Antimon, Gold, Kupfer, Magnesium, Mangan, Titan, Aluminium enthält. Der Anteil eines allfälligen Zusatzes zu Silber am Mantelmaterial kann beispielsweise bei Magnesium und/oder Mangan höchstens gleich oder weniger als 2 Gew.%, bei Antimon höchstens gleich oder weniger als 0,5 Gew.% und bei Gold höchstens gleich oder weniger als 10 Gew.% betragen. Während das in den Mänteln enthaltene Silber und das allenfalls ebenfalls in diesen enthaltene Gold bei der oder den Wärmebehandlung (en) metallisch und elektrisch leitend bleibt bzw. bleiben, wird allenfalls in den Mänteln enthaltenes Antimon, Kupfer, Magnesium, Mangan, Titan und/oder Aluminium bei der bzw. den Wärmebehandlung (en) mindestens zu einem grossen Teil oxidiert . Die Mäntel der fertigen Leiter bestehen dann aus einem Komposit mit einer metallischen Matrix und in dieser verteilten Oxidinseln oder -teilchen. Falls jeder Kern sowohl von einem inneren als auch von einem äusseren Mantel umschlossen ist, können die beiden Mäntel aus gleichen oder verschiedenen Materialien bestehen. Ferner kann mindestens ein einen einzelnen Kern umschliessender Mantel eventuell zwei oder mehr Schichten aufweisen, die aus verschiedenen Materialien bestehen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens besteht die bzw. jede im Hüllenmaterial enthaltene Metall- Sauerstoffverbindung aus einem Metalloxid oder aus einer zu einem solchen ähnlichen Verbindung und ist binär, ternär, quaternär oder quinär. Das Hüllenmaterial enthält als Metall- Sauerstoffverbindung und/oder Metalloxid vorzugsweise ein Titanat und/oder Zirkonat und/oder Hafniat und/oder Magnesiumoxid und/oder Zirkoniumoxid und/oder Hafniumoxid und/oder Wismuthoxid und/oder Thalliumoxid und/oder Yttriumoxid. Das Hüllenmaterial kann zum Beispiel
Bariumzirkonat - BaZr03 - und/oder Bariumtitanat - BaTi03 - und/oder das Zirkoniumoxid Zr02 enthalten.
Das Hüllenmaterial kann als Metall -SauerstoffVerbindungen bzw. Metalloxide ferner gleiche oder ähnliche keramische Ma- terialien, d.h. Oxidgemische, enthalten, wie sie auch für die Bildung von supraleitenden Phasen - zum Beispiel die Phasen Bi(2212), Bi(2223), Tl(1223), Tl(2223), Y(123), Y(124) - verwendet werden. Die Auswahl sowie die Zusammensetzung des Hül- lenmaterials muss dann jedoch derart auf das Kernmaterial und die für den Betrieb bzw. die Verwendung des Leiters vorgesehene Betriebs- bzw. Verwendungstemperatur abgestimmt werden, dass die kritische Temperatur bzw. Sprungtemperatur des in der Hülle enthaltenen, keramischen Materials kleiner ist als die kritische Temperatur des Kernmaterials und kleiner als die Betriebs- bzw. Verwendungstemperatur des Leiters ist. Nötigenfalls kann man dem in der Hülle enthaltenen, keramischen Material einen kleinen Anteil eines Zusatzmaterials beifügen, das die kritische Temperatur senkt. Das Hüllenmaterial kann dann beispielsweise noch einen kleinen Anteil von mindestens einem Oxid von mindestens einer seltenen Erde und/oder von mindestens einem der Elemente Eisen, Nickel, Kobalt enthalten. Wenn ein solcher Leiter dann auf die vorgesehene Betriebs- oder Verwendungstemperatur abgekühlt wird, und die Kerne supraleitend werden, bleiben die Hüllen dann wie bei Raumtemperatur elektrisch isolierend.
Das Hüllenmaterial oder - falls es am Anfang beispielsweise noch eine Flüssigkeit aufweist und durch eine Disper- sion gebildet ist - die feste Komponente bzw. Phase des
Hüllenmaterials kann zum Beispiel ursprünglich ausschliess- lich aus mindestens einer Metall-Sauerstoffverbindung bestehen.
Das Hüllenmaterial kann jedoch ursprünglich zusätzlich zu mindestens einer Metall-Sauerstoffverbindung noch ein metallisches Material aufweisen, das vorzugsweise Silber enthält und zum Beispiel aus reinem Silber oder einer Silberlegierung besteht. Das Hüllenmaterial kann zum Beispiel ursprünglich - d.h. vor der bzw. jeder Wärmebehandlung - zusätzlich zu Silber oder eventuell anstelle von diesem noch mindestens eines der Metalle Gold, Kupfer, Magnesium, Titan oder Aluminium enthalten. Wenn das zur Bildung der Hüllen bereitgestellte Hüllenmaterial Silber und/oder Gold enthält, wird dieses bei der Wärmebehandlung bzw. den
Wärmebehandlungen nicht oxidiert und ist auch beim fertigen Leiter noch elektrisch leitend. Dagegen wird allenfalls im Hüllenmaterial enthaltenes Kupfer, Magnesium, Titan und/oder Aluminium bei der Wärmebehandlung bzw. den Wärmebehandlungen in sauerstoffhaltiger Umgebung mindestens zu einem grossen Teil oxidiert und bildet dann in den Hüllen Oxidinseln und/oder -teilchen. Der Anteil des metallischen Materials und insbesondere des Silbers und/oder Goldes am gesamten Hüllenmaterial soll so bemessen werden, dass das beim fertigen Leiter immer noch metallische und elektrisch leitende Material keine oder mindestens fast keine sich von der Innenfläche einer Hülle durchgehend und unterbruchslos zu deren Aussenflache erstreckende, elektrisch leitende Verbindungen bildet. Der Anteil des allenfalls zur Bildung des Hüllenmaterials verwendeten Silbers und/oder Goldes und vorzugsweise des ganzen metallischen Materials an dem aus dem metallischen Material und dem bzw. jedem Metalloxid gebildeten Gemisch beträgt vorzugsweise höchstens 60 Gew.%, besser höchstens 30 Gew.% und zum Beispiel ungefähr 10 Gew.% oder noch weniger.
Die bzw. jede in den Hüllen enthaltene Metall-Sauerstoff- Verbindung ist bei der Bildung der Hüllen, d.h. vor dem gemeinsamen Umformen der mit Mänteln und Hüllen versehenen Kerne, vorzugsweise teilchenförmig. Die Teilchen der bzw. jeder teilchenförmigen Metall-Sauerstoffverbindung des Hüllenmaterials haben Teilchengrössen, die vorzugsweise höchstens 2 μm und zum Beispiel ungefähr 0,5 μm oder noch weniger betragen. Das allenfalls zusätzlich zur Bildung der Hüllen beigefügte metallische Material kann bei der Bildung des Hüllenmaterials derart mit der bzw. jeder Metall- Sauerstoffverbindung vermischt werden, dass ein möglichst homogenes Gemisch entsteht. Das metallische Material kann beispielsweise bei der Bildung des Hüllenmaterials als teilchenförmiges metallisches Material mit der bzw. jeder teilchenförmigen Metall-SauerstoffVerbindung vermischt werden. Die Teilchengrössen der metallischen Teilchen betragen vorzugsweise höchstens 5 μm und zum Beispiel ungefähr 1 μm bis 3 μm oder noch weniger.
Das allenfalls ursprünglich in den Hüllen vorhandene Silber und/oder sonstige metallische Material und die aus mindestens einer Metall-Sauerstoffverbindung bestehenden
Teilchen werden beim Umformen eventuell mindestens zum Teil voneinander getrennt und in verschiedene Schichten gedrückt . Das Silber und/oder sonstige metallische Material wird dann beispielsweise an die innerhalb und/oder ausserhalb der Hüllen vorhandenen Mäntel angelagert, so dass jede Hülle des fertigen Leiters dann beispielsweise eine vorherrschend aus mindestens einer Metall-Sauerstoffverbindung bestehende Schicht aufweist. Die aus den ursprünglichen Hüllen gebildeten, vorherrschend aus mindestens einer Metall- Sauerstoffverbindung bestehenden Schichten bilden dann die wichtigsten Teile der Hüllen und damit die eigentlichen Hüllen des fertigen Leiters.
Die mindestens zu einem grossen Teil oder ausschliesslich aus mindestens einer Metall-Sauerstoffverbindung gebildeten Hüllen sind mindestens einigermassen elektrisch isolierend und/oder haben mindestens einen elektrischen Widerstand, der in allen Richtungen wesentlich grösser ist als derjenige einer gleich dicken, aus Mantelmaterial gebildeten Schicht. Der spezifische elektrische Widerstand einer aus reinem Hüllenma- terial bestehenden Schicht soll vorzugsweise mindestens 10-mal, besser mindestens 100-mal und zum Beispiel mindestens 1000 -mal grösser sein als derjenige einer aus reinem Mantelmaterial bestehenden Schicht. Hierzu ist anzumerken, dass das Kernbildungsmaterial, das Mantelmaterial und das Hüllenmaterial während der Umformung und während der mindestens einen thermischen Behandlung des Leiters bei den ursprünglich vorhandenen Grenzen zwischen den Kernen, Mänteln und Hüllen eventuell etwas ineinander eindringen können. Der elektrische Widerstand jeder Hülle ist in einer quer und ungefähr rechtwinklig zu ihrer Längsrichtung und der Längsrichtung des von ihr umschlossenen Kerns verlaufenden Richtung zweckmässigerweise mindestens 10 -mal, vorzugsweise mindestens 20-mal, noch besser mindestens 100-mal und zum Beispiel sogar mindestens 1000-mal grösser als der in der gleichen Richtung gemessene Widerstand eines dem betreffenden Kern zugeordneten gleich dicken und aus Mantelmaterial bestehenden Schicht. Der quer zur Längsrichtung des Leiters und der Kerne gemessene, elektrische Widerstand zwischen den verschiedenen Kernen ist bei einem erfindungsgemässen Leiter dementsprechend zweckmässigerweise mindestens 10-mal, vorzugsweise mindestens 20 -mal und noch besser mindestens 100-mal grösser als bei einem nicht-erfindungsgemässen Leiter, bei dem die Hülle fehlt und/oder durch eine die gleiche Form sowie die gleiche Dicke aufweisende Schicht aus Mantelmaterial ersetzt ist.
Die Hüllen des fertigen Leiters haben eine Dicke, die vorzugsweise mindestens 0,1 μm, vorzugsweise höchstens 5 μm und zum Beispiel 0,2 μm bis 2 μm beträgt. Es ist daher experimentell schwierig, direkt den elektrischen Widerstand und den spezifischen elektrischen Widerstand der Hüllen eines fertigen Leiters zu messen. Man kann jedoch beispielsweise Wechselströme mit verschiedenen Frequenzen durch einen Leiter hindurchleiten und bei verschiedenen Wechselstrom- frequenzen die durch Wirbelströme verursachten Energieverluste messen. Die Frequenz, bei der die Verluste maximal sind, gibt dann ein Mass für den elektrischen Widerstand der Mäntel und Hüllen. Vergleichsmessungen dieser Art zwischen erfindungsgemässen Leitern mit Hüllen und nicht-erfindungsgemässen Leitern ohne Hüllen haben gezeigt, dass die Hüllen eine Vergrösserung des quer zu den Kernen gemessenen Widerstandes in den im vorangehenden Absatz angegebenen Bereichen ergeben.
Wenn jeder Kern des fertigen Leiters von einem Mantel umschlossen ist, der zwischen dem Kern und der Hülle angeordnet ist sowie unmittelbar am Kern anliegt, überbrückt dieser Mantel einen allfälligen Unterbruch des von ihm umschlossenen Kerns in der Längsrichtung mit kleinen Längswiderstand.
Dagegen werden die verschiedenen Kerne des fertigen Leiters durch die Hüllen gegeneinander mehr oder weniger vollkommen elektrisch isoliert. Ein erfindungsgemässer Leiter kann beispielsweise zur Bildung einer Wicklung eines Transformators oder einer sonstigen Vorrichtung verwendet werden. Wenn ein Wechselstrom durch einen erfindungsgemässen Leiter geleitet wird, können daher keine oder höchstens schwache durch mehrere verschiedene Kerne verlaufende Strom-Wirbel bzw. Strom-Schleifen entstehen. Dementsprechend können Verluste von elektrischer Energie infolge von Wirbelströmen und insbesondere Wirbelstrom-Kopplungsverluste infolge der Kopplung zwischen den verschiedenen Kernen stark reduziert oder sogar nahezu vollständig vermieden werden. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Der Erfindungsgegenstand und weitere Vorteile von diesem werden nun anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt
die Fig. 1 einen Querschnitt durch ein schräg angeordnetes, zylindrisches, stabförmiges Werkstück das zur Bildung eines Kerns und diesen umhüllender Teile eines Leiters dient,
die Fig. 2 einen Querschnitt durch ein schräg angeordnetes, aus dem in der Fig. 1 ersichtliches Werkstück durch Umformen gebildetes, im Querschnitt sechseckförmiges Werkstück,
die Fig. 3 einen Querschnitt eines Ausgangs-Leiters mit 19 gemäss der Fig. 2 ausgebildeten Werkstücken,
die Fig. 4 eine schematische Endansicht von einem Teil des durch Umformen aus dem in der Fig. 3 ersichtlichen Ausgangs-Leiters gebildeten Leiters mit 19 Kernen,
die Fig. 5 einen fotografierten Querschnitt durch einen teilweise umgeformten Leiter mit 30 Kernen,
die Fig. 6 einen fotografierten Querschnittsbereich des in Fig. 5 ersichtlichen Leiters nach der Umformung und nach der vollständigen thermischen Behandlung,
die Fig. 7 eine schematische Endansicht von einem Teil eines Leiters, der aus Werkstücken ohne äusseren Mantel gebildet wurde, die Fig. 8 eine zur Fig. 2 analoge Darstellung eines Werkstückes, bei dem die Hülle unmittelbar an den Kern angrenzt, und
die Fig. 9 eine vereinfachte Endansicht eines Leiters mit Kernen, die unterschiedlich gerichtete Breitseiten haben.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Zur Herstellung eines beispielsweise bandförmigen Leiters mit mehreren supraleitenden, zum Beispiel die Phase Bi(2223) aufweisenden Kernen werden als Ausgangsstoffe Oxide und Car- bonate der Metalle Wismuth, Blei, Strontium, Calcium und Kupfer bereitgestellt. Man kann zum Beispiel die folgenden Oxide sowie Carbonate verwenden: Bi203/ PbO, SrC03, CaC03 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 miteinander gemischt, so dass ein Pulvergemisch entsteht, das als teilchenförmiges Kernbildungsmaterial dient. Die Mengenver- hältnisse der verschiedenen Oxide und Carbonate werden beim Mischen derart festgelegt, dass das Kernbildungsmaterial die Metallatome zum Beispiel in der Zusammensetzung Bi1(72Pb0(34Sr1/83Ca1/97Cu3ιl3 enthält.
Das teilchenförmige, ursprünglich elektrisch nicht leitende Anfangs-Kernmaterial bzw. Kernbildungsmaterial wird mindestens einmal und beispielsweise mehrmals während mehrerer Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 800° C in einer Luft enthaltenden Umgebung calciniert . Beim Calcinieren wird eventuell bereits ein Teil des teilchenförmigen Gemischs durch eine Reaktion in die kristalline Phase Bi(2212) umgewandelt. Das calcinierte Kernbildungsmaterial wird gemahlen.
Danach stellt man für jeden zu bildenden Kern des Leiters ein in der Fig. 2 ersichtliches stabförmiges Werkstück 1 her. Dieses hat einen aus einem hohlzylindrischen Rohr gebildeten, inneren Ausgangs-Mantel 4. Dieser umschliesst im Querschnitt einen aus teilchenförmigem Anfangs-Kernmaterial bzw. Kernbildungsmaterial bestehenden Ausgangs-Kern 3. Der Innenraum des inneren Ausgangs-Mantels 5 ist an beiden Enden verschlossen, so dass das teilchenförmige Kernbildungsmaterial nicht herausfällt und weder Wasser noch Kohlendioxid aus der Umgebungsluft aufnehmen kann. Der innere Ausgangs-Mantel 5 ist im Querschnitt von einer Hülle 5 umschlossen. Die Hülle 5 ist im Querschnitt ihrerseits von einem äusseren Ausgangs-Mantel 6 umschlossen.
Die Ausgangs-Mäntel 4 und 6 bestehen zum Beispiel aus reinem Silber oder einem der andern in der Einleitung genann- ten, zur Bildung von Mänteln verwendbaren Materialien. Bei der Herstellung der Werkstücke 1 bildet man zum Beispiel zuerst für jedes Werkstück einen inneren Ausgangs-Mantel 4 und einen äusseren Ausgangs-Mantel 6. Diese Ausgangs-Mäntel werden zum Beispiel von im Handel erhältlichen, längeren Rohren abgeschnitten.
Für die Bildung der Hüllen 5 wird beispielsweise reines, teilchenförmiges Bariumzirkonat (BaZr03) und reines, teilchenförmiges Silber hergestellt oder beschafft. Dann wird teilchenförmiges Bariumzirkonat mit teilchenförmigem Silber vermischt, so dass eine möglichst homogene Mischung entsteht, die beispielsweise ungefähr 10 Gew.% Silber enthält. Diese Mischung wird z.B. noch mit einer Flüssigkeit vermischt, die beispielsweise mindestens zu einem grossen Teil oder voll- ständig aus Alkohol oder einem andern organischen Lösungs- und/oder Dispersionsmittel besteht. Die dabei entstehende Flüssigkeits-Feststoff-Mischung oder Suspension wird dann zum Beispiel mit Hilfe eines Pinsels oder durch Aufsprühen auf die Aussenflache des inneren Ausgangs-Mantels 4 aufgebracht, so dass das Hüllenmaterial einen am inneren Ausgangs-Mantel 4 haftenden Überzug bildet. Danach werden der mit einer Ausgangs-Hülle 5 überzogene, innere Ausgangs-Mantel 4 und der äussere Ausgangs-Mantel 6 ineinandergesteckt . Das zur Bildung der Hüllen dienende, flüssige Lösungs- und/oder Dispersions- mittel verdunstet und/oder verdämpft dann wieder, so dass nur das feste Hüllenmaterial übrigbleibt.
Die aus festen Teilchen gebildete Komponente oder Phase des zur Bildung der Hüllen dienenden Hüllenmaterials und das nach dem Entweichen des Lösungs- und/oder Dispersionsmittels verbleibende Hüllenmaterial können statt aus einer BaZr03- Silber-Mischung ausschliesslich aus BaZr03 oder einem anderen in der Einleitung genannten Hüllenmaterial bestehen.
Es bestehen zudem auch andere Möglichkeiten für die Einbringung des Hüllenmaterials zwischen den inneren und äusseren Mänteln. Man kann zum Beispiel die kein Hüllenmaterial aufweisenden Mäntel 4 sowie 6 ineinanderstecken und gleichzeitig und/oder nachher trockenes, pulverförmiges Hüllenmate- rial zwischen die beiden Mäntel einbringen.
Vor oder nach dem Ineinanderstecken der Ausgangs-Mäntel 4 und 6 wird teilchenförmiges, calciniertes und gemahlenes Kernbildungsmaterial in den vom inneren Ausgangs-Mantel 4 um- schlossenen Innenraum eingefüllt und dadurch der Ausgangs- Kern 3 gebildet. Der innere Hohlraum des inneren Ausgangs- Mantels 4 wird dann an beiden Enden verschlossen.
Jeder innere Ausgangs-Mantel 4 hat zum Beispiel einen Aussendurchmesser vom 5 mm bis 10 mm. Der Innendurchmesser jedes inneren Ausgangs-Mantels und der mit diesem Innendurchmesser identischen Durchmesser des Ausgangs-Kerns 3 beträgt zum Beispiel 50% bis 80% des Aussendurchmessers des inneren Ausgangs-Mantels 4. Die radial gemessene Dicke der Hülle 5 ist deutlich kleiner als die entsprechend gemessene Dicke des inneren Ausgangs-Mantels 4.
Jedes längliche, zylindrische Werkstück 1 wird beispielsweise durch Ziehen und/oder Pressen zu dem in der Fig. 2 er- sichtlichen, im Querschnitt die Form eines regelmässigen
Sechsecks aufweisenden, ebenfalls mit 1 bezeichneten Werkstück umgeformt . Diese Umformung erfolgt vorzugsweise durch Kaltverformen, d.h. bei normaler Raumtemperatur. Das Werkstück 1 wird bei dieser Umformung länger sowie dünner und ist dann stab- und oder drahtförmig.
Ferner wird ein in der Fig. 3 ersichtlicher Ausgangs-Bündel-Mantel 8 hergestellt, zum Beispiel von einem längeren Rohr abgeschnitten. Der Mantel 8 besteht zum Beispiel aus reinem Silber oder einem anderen, in der Einleitung genannten Mantelbildungsmaterial. Der Ausgangs-Bündel-Mantel 8 ist zum Beispiel hohlzylindrisch.
Nun werden im Querschnitt sechseckförmige Werkstücke 1 in den Ausgangs-Bündel-Mantel 8 gesteckt, so dass sie ein vom letzteren zusammengehaltenes Werkstück-Bündel 11 bilden. Die Werkstücke liegen mit ihren Flächen paarweise aneinander an und bilden zusammen eine „dichte Packung", welche den Innenraum des Ausgangs-Bündel-Mantels 8 möglichst weitgehend aus- füllt, der Ausgangs-Bündel-Mantel 8 kann zum Beispiel 9 oder 19 oder 37 oder eine noch grössere, eine „dichte Packung" ermöglichende Anzahl Werkstücke 1 enthalten. Die Abmessungen der Werkstücke 1 und des Ausgangs-Bündel-Mantels 8 sind zum Beispiel derart aufeinander abgestimmt, dass das „dicht ge- packte" Werkstück-Bündel derart in den Mantel 8 hineinpasst, dass einige um die Achse des Bündels 11 herum verteilte, Ek- ken eines dieses einhüllenden, regelmässigen Hüll-Vielecks bildende Werkstücke fest oder mit höchstens kleinem Spiel an der zylindrischen Innenfläche des Ausgangs-Bündel-Mantels 8 anliegen. Das Werkstück-Bündel 11 bildet dann zusammen mit dem Ausgangs-Bündel -Mantel 8 einen mit 21 bezeichneten Ausgangs-Leiter . Der Durchmesser oder - genauer gesagt - Aussen- durchmesser des Ausgangs-Leiters beträgt vorzugsweise mindestens 20 mm und zum Beispiel 40 mm bis 120 mm.
Der Ausgangs-Leiter 21 und die in diesem vorhandenen Kerne 3, Mäntel 4, 6 und Hüllen 5 werden nun in mehreren Schritten umgeformt, d.h. verlängert. Dabei wird die Querschnittsfläche des Leiters sukzessive verkleinert, wobei die in der Fig. 3 ersichtlichen, im Ausgangs-Bündel-Mantel 8 vorhandenen, leeren, d.h. nur Luft enthaltenden Innenräume verschwinden.
Der eine zylindrische Aussenfläche aufweisende Ausgangs- Leiter 21 wird zum Beispiel zuerst durch Strangpressen und/oder Hämmern und/oder Ziehen zu einem drahtförmigen, d.h. im Querschnitt immer noch ungefähr oder genau kreisförmigen Zwischen-Leiter umgeformt. Dieser Zwischen-Leiter wird eventuell noch um seine Längsachse verdreht, so dass die ur- sprünglich durch die Werkstücke 1 gebildeten Leiterteile und deren Kerne verdrillt werden. Der gerade, zueinander parallele oder verdrillte Kerne aufweisende Zwischen-Leiter wird nun in mehreren Walzdurchgängen gewalzt und zu einem länglichen, bandförmigen Leiter umgeformt. Die zuerst durch Strang- pressen erfolgende Umformung des Ausgangs-Leiters 1 erfolgt dann zum Beispiel durch Warmverformung, wobei die Temperatur beim Warmverformen deutlich weniger als 800° C beträgt. Die restlichen Umformungsschritte können dann zum Beispiel durch Kaltverformungen, d.h. bei normaler Raumtemperatur erfolgen. Eventuell kann man jedoch den Leiter mindestens beim letzten Walzdurchgang oder bei den letzten Walzdurchgängen oder sogar bei allen Walzdurchgängen durch Warmverformen bei einer zum Beispiel 500° C bis 800° C betragenden Temperatur umformen.
Die metallischen Mäntel 4, 6, 8 sind duktil und werden beim Umformen des Leiters plastisch verformt. Das Kernmaterial besteht mindestens ursprünglich aus einzelnen Teilchen, die beim Umformen des Leiters sowohl gegeneinander verschoben als auch einzeln mehr oder weniger plastisch verformt, um- strukturiert und texturiert werden. Das eventuell in den Hüllen 5 enthaltene, metallische Material wird beim Umformen des Leiters plastisch verformt. Die aus einer Metall-Sauerstoff- verbindung, zum Beispiel aus Bariumzirkonat bestehenden Teilchen der Hüllen 5 werden beim Umformen des Leiters vor allem gegeneinander verschoben und eventuell auch noch einzeln plastisch verformt. Im übrigen werden die in den Kernen und/oder die in den Hüllen vorhandenen Teilchen beim Umformen und den anschliessend noch näher beschriebenen Wärmebehandlungen durch den Druck und/oder die Wärme even- tuell mehr oder weniger fest miteinander verbunden, beispielsweise gewissermassen versintert.
Der Leiter wird zwischen aufeinanderfolgenden Umformschritten und/oder nach der Beendigung der Umformung minde- stens einer Wärmebehandlung - d.h. Reaktionsglühung - in
Sauerstoff enthaltender Umgebung unterzogen. Dabei wird insbesondere zwischen den vorletzten und dem letzten Walzdurchgang eine Reaktionsglühung durchgeführt. Vorzugsweise findet jedoch bereits vor dem vorletzten Walzdurchgang sowie nach dem letzten Walzdurchgang noch mindestens je eine Wärmebehandlung statt. Der Leiter wird bei bei der bzw. jeder Reaktionsglühung auf eine Temperatur von mindestens 790° C, besser mindestens 800° C und zum Beispiel 820°C bis 830° C oder bis 840° C erhitzt. Der Leiter wird bei der Reaktions- glühung oder den Reaktionsglühungen beispielsweise während mindestens 100 Stunden in einem beispielsweise 0,1 Vol . % bis 20 Vol . % Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch oder eventuell in Luft geglüht .
Bei diesen Wärmebehandlungen wird das Material der Kerne des Leiters in an sich bekannter Weise mindestens zu einem grossen Teil und praktisch vollständig in die Phase Bi(2223) umgewandelt. Bei den Wärmebehandlungen findet auch ein Gas- austausch, insbesondere ein Sauerstoffaustausch statt, beim welchem die Kerne durch die mindestens zum Teil aus Silber bestehenden Mäntel und durch die Hüllen hindurch Gas, insbesondere Sauerstoff abgeben und/oder aufnehmen.
Der Ausgangs-Kern 3, die Ausgangs-Mäntel 4, 6 und Aus- gangs-Hülle 5 der ursprünglich zylindrischen Werkstücke 1 werden bei der Umformung der letzteren in sechseckförmige Werkstücke und bei der anschliessenden Umformung des Ausgangs-Leiters 21 zum Beispiel mindestens 10-mal verlängert. Die Querschnittsflächen der Werkstücke 1 werden dabei um ei- nen Faktor verkleinert, der ungefähr gleich dem Quadrat des Verlängerungsfaktors ist.
Der durch das beschriebene Verfahren hergestellte, in der Fig. 4 ersichtliche, fertige, längliche Leiter ist gleich wie der in der Fig. 3 gezeichnete Ausgangs-Leiter mit 21 bezeichnet. Ferner sind auch die Kerne, inneren Mäntel, Hüllen, äusseren Mäntel sowie der Bündel-Mantel des fertigen Leiters in der Fig. 4 mit den gleichen Nummern bezeichnet wie die entsprechenden Ausgangs-Teile in der Fig. 3.
Der in der Fig. 4 ersichtliche, fertige Leiter 21 ist bandförmig, im Querschnitt ungefähr rechteckförmig und hat zwei einander abgewandte, breitere, im wesentlichen ebene sowie zueinander parallele Flächen 21a und zwei einander abge- wandte schmälere eventuell ebenfalls mindestens zum Teil ebene und/oder mindestens zum Teil konvex gebogene Flächen 21b. Die aus den Ausgangs -Kernen 3 entstandenen Kerne 3 des fertigen Leiters sind bei ausreichend tiefen Temperaturen supraleitend. Jeder Kern 3 des fertigen Leiters ist im Quer- schnitt von einem elektrisch leitenden Mantel 4 umschlossen. Jeder Mantel 4 des fertigen Leiters ist im Querschnitt von einer elektrisch isolierenden, Sauerstoff-durchlässigen, mindestens zum grössten Teil aus Bariumzirkonat bestehenden Hülle 5 umhüllt. Die äusseren Mäntel 6 und der Bündel-Mantel 8 wurden bei den verschiedenen Umformungsschritten zumindest weitgehend derart miteinander verbunden, dass sie beim fertigen Leiter praktisch zusammenhängen und eine in der Fig. 4 mit 29 bezeichnete, elektrisch leitende Matrix bilden. Die Umrisse der äusseren Mäntel 6 sind in der Fig. 4 daher nur mit strichpunktierten Linien angedeutet. Die Kerne 3 sind in der Fig. 4 schematisch als Rechtecke gezeichnet, deren breitere Seiten parallel zu den breiteren Flächen 21a des bandförmigen Leiters 21 sind. Es ist jedoch anzumerken, dass die Kerne 3 in Wirklichkeit in einer Endansicht und im Quer- schnitt unregelmässigere, von Rechtecken abweichende Formen haben. Entsprechendes gilt für die Mäntel 4 sowie 6 und die Hüllen 5.
Die Breite, d.h. die grössere, parallel zu den ebenen Ab- schnitten der breiteren Flächen 21a gemessene Querschnittsabmessung des fertigen Leiters 21 beträgt vorzugsweise mindestens 1 mm und zum Beispiel 2 mm bis 10 mm. Die rechtwinklig zur Breite gemessene Dicke des Leiters 21 beträgt vorzugsweise höchstens 30% sowie zum Beispiel ungefähr 5% bis 20% der Breite zum Beispiel 0 , 1 mm bis 0,5 mm.
Die Breiten, d.h. die parallel zu den breiteren Flächen 21a des fertigen Leiters 21 gemessenen, grosseren Querschnittsabmessungen der Kerne 3 betragen zum Beispiel unge- fähr 30 μm bis 150 μm. Die Dicken, d.h. die rechtwinklig zu den Flächen 21 gemessenen, kleineren Querschnittsab-messungen der Kerne liegen zum Beispiel im Bereich von 5 μm bis 20 μm. Die inneren Mäntel 24 haben zum Beispiel Dicken von einigen Mikrometern. Die Dicken der isolierenden Hüllen liegen zum Beispiel im Bereich von 0,1 oder 0,2 μm bis 2 μm oder eventuell bis 5 μm.
Der in den Figuren 5 und 6 in verschiedenen Verfahrens- phasen fototgrafierte Leiter 21 wurde nach einem ähnlichen Verfahren hergestellt wie es anhand der Figuren 1 bis 4 beschreiben wurde, ist jedoch aus 30 den Werkstücken 1 entsprechenden Werkstücken gebildet und enthält dementsprechend 30 Kerne 3. Die Fig. 5 zeigt den Zustand des teilweise, aber noch nicht fertig umgeformten Leiters nach einigen Walzdurch- gangen vor der Reaktionsglühung oder den Reaktionsglühungen. Die Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt aus dem fertigen Leiter 21, die nach der vollständigen Umformung und nach der bzw. jeder Reaktionsglühung des Leiters. Die inneren Mäntel und die Hüllen sind in den Figuren 5 und 6 gleich wie in den Figuren 1 bis 4 mit 4 bzw. 5 bezeichnet. Die ursprünglichen äusseren Mäntel 6 und der ursprüngliche Bündel-Mantel 8 bilden bei dem in den Figuren 5 und 6 dargestellten Leiter 21 zusammen wiederum eine mehr oder weniger zusammenhängende Matrix 29.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die aus Bariumzirkonat und Silber oder ausschliesslich aus Bariumzirkonat oder mindestens im wesentlichen aus Magnesiumoxid (MgO) gebildeten Hüllen 5 des fertigen Leiters - im Gegensatz zu den aus der WO 96/28 853 A bekannten, ursprünglich aus Nickel bestehenden und dann oxidierten Hüllen - während den Wärmebehandlungen und des übrigen Herstellungsverfahrens keinerlei ungünstige Auswirkungen auf die Supraleitungs-Eigenschaften der Kerne haben. Es wurde insbesondere festgestellt, dass die Sprungtemperatur bzw. kritische Temperatur der Kerne durch die erfindungsgemässen Hüllen gegenüber Leitern ohne solche Hüllen nicht erniedrigt wird. Desgleichen haben mikroskopische Untersuchungen an Schnitten durch erfindungsgemässe Leiter gezeigt, dass die Hüllen 5 die inneren Mäntel 4 und damit auch die Kerne 3 im Querschnitt über die ganze Länge des Leiters mindestens annähernd lückenlos und vollständig umschliessen.
Der in der Fig. 7 ersichtliche, längliche, bandförmige Leiter besitzt mehrere, bei der Verwendung des Leiters supra- leitende Kerne 33. Jeder Kern 33 ist im Querschnitt von einem elektrisch leitenden Mantel 34 umschlossen, der im Querschnitt seinerseits von einer elektrisch isolierenden Hülle 35 umhüllt ist. Der Leiter 31 besitzt ferner einen Bündel- Mantel 38, der das Bündel der Kerne 33 und der diesen zuge- ordneten Mäntel 34 sowie Hüllen umschliesst. Der Leiter 31 besitzt keine den äusseren Mänteln 6 des Leiters 21 entsprechenden, äusseren Mäntel, so dass beim Leiter 31 verschiedene Kernen 33 zugeordnete Hüllen 35 aneinander anstossen.
Das in Fig. 8 ersichtliche Werkstück 41 wurde gleich wie das in Fig. 2 gezeichnete Werkstück 1 derart ungeformt, dass es im Querschnitt sechseckförmig ist. Das Werkstück 41 besitzt einen Kern 43, eine diesen umschliessende, unmittelbar an diesen anliegende Hülle 45 sowie einen diese umschliessen- den Mantel 46, aber keinen dem inneren Mantel 4 der Werkstücke 1 entsprechenden Mantel . Man kann mehrere Werkstücke 41 herstellen und aus diesen analog wie aus Werkstücken 1 einen Leiter bilden.
Der in Fig. 9 ersichtliche Leiter 51 befindet sich in einer Zwischenphase des Herstellungsverfahrens und besitzt mehrere im Querschnitt rechteckförmige, nur vereinfacht gezeichnete Werkstücke 61. Jedes von diesen hat beispielsweise gleich wie ein Werkstück 1 einen Kern, einen inneren Mantel, eine den Kern sowie den inneren Mantel umschliessende Hülle und einen äusseren Mantel, kann aber auch analog aufgebaut sein wie die zur Bildung des Leiters 31 dienenden Werkstücke oder wie das Werkstück 41. Der Leiter 51 hat ferner einen Bündel-Mantel 68, dessen Aussenflachen die Aussenflachen des ganzen Leiters 51 bilden. Die Werkstücke 61 sind in eine mittlere Gruppe und zwei aufeinander abgewandten Seiten von dieser angeordnete, seitliche Gruppen unterteilt. Jede seitliche Gruppe enthält halb so viele Werkstücke wie die mittlere Gruppe. Die Breitseiten der Werkstücke der mittleren Gruppe sind parallel zu den Breitseiten bzw. breiteren
Aussenflachen des ganzen Leiters. Die Breitseiten der Werkstücke der beiden seitlichen Gruppen sind parallel zu den Schmalseiten bzw. schmäleren Aussenflachen des ganzen Leiters. Aus dem in Fig. 9 in einem Zwischen-Zustand gezeichne- ten Leiter 51 kann durch Umformen und mindestens eine
Wärmebehandlung ein fertiger Leiter gebildet werden. Dieser enthält dann eine mittlere Gruppe von Kernen und zwei seitliche Gruppen von Kernen, deren Breitseiten im allgemeinen ungefähr parallel bzw. ungefähr rechtwinklig zu den breiteren Aussenflachen des Leiters sind.
Die Leiter und das Verfahren für ihre Herstellung können noch auf andere Arten geändert werden. Man kann zum Beispiel beim Umformen eines Ausgangs-Leiters zu einem fertigen Leiter das Walzen durch Ziehen ersetzen, so dass der fertige Leiter, rundlich und im Querschnitt zum Beispiel ungefähr oder genau kreisförmig ist oder zum Beispiel ungefähr ein regelmässiges Sechseck bildet.
Es wird nochmals auf die bereits zitierte WO 96/28 853 A verwiesen, deren Inhalt hiermit in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen wird, soweit sich keine Widersprüche ergeben.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters (21, 31, 51) mit mindestens zwei länglichen, supraleitenden Kernen (3, 33, 43)., von denen jeder im Querschnitt von mindestens einem Mantel (4, 6, 34, 46) und von einer Hülle (5, 35, 45) umschlossen wird, wobei jeder Mantel (4, 6, 34, 46) mindestens ein metallisches Material aufweist und im wesentlichen elektrisch leitend ist und wobei die Kerne (3, 33, 43), Mäntel (4, 6, 34, 46) und Hüllen (5, 35, 45) gemeinsam durch Umformen verlängert und gemeinsam mindestens einer Wärmebehandlung in sauerstoffhaltiger Umgebung unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllen (5, 35, 45) aus einem Hüllenmaterial gebildet werden, das schon vor der Wärmebehandlung mindestens eine Metall-Sauerstoffverbindung aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Bildung der Hüllen (5, 35, 45) verwendete Hüllenmaterial als Metall-Sauerstoffverbindung ein Metalloxid und/oder Titanat und/oder Zirkonat und/oder Hafniat enthält .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Bildung der Hüllen (5, 35, 45) verwendete Hüllenmaterial als Metall-Sauerstoffverbindung Magnesiumoxid und/oder Zirkoniumoxid und/oder Hafniumoxid und/oder Wismuthoxid und/oder Thalliumoxid und/oder Yttriumoxid enthält .
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Bildung der Hüllen (5, 34, 45) verwendete Hüllenmaterial als Metall-Sauerstoffverbindung Bariumzirkonat (BaZr03) und/oder Bariumtitanat (BaTi03) und/oder das Zirkoniumoxid Zr02 enthält
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Kern (3, 33, 43) ein unmittelbar an diesen angrenzenden und diesen umschliessen- der Mantel (4, 34) und eine diesen umschliessende Hülle (5, 35) gebildet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Kern (43) eine unmittelbar an diesen angrenzende und diesen umschliessende Hülle (45) und ein diese u schliessender Mantel (46) gebildet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die bzw. jede im Hüllenmaterial enthaltene Metall-Sauerstoffverbindung bei der Bildung der Hüllen (5, 35, 45) teilchenförmig ist, wobei die bzw. jede teilchenförmige Metall-Sauerstoffverbindung vorzugsweise in der Form von festen Teilchen gebildet wird, die vor Beginn der Umformung des Leiters (21, 31, 51) vorzugsweise eine Teilchengrösse von höchstens 2 μm haben.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Bildung der Hülle (5, 35, 45) verwendete Hüllenmaterial eine feste Phase aufweist oder vollständig fest ist und dass die feste Phase bzw. das feste Hüllenmaterial ausschliesslich aus mindestens einer Metall- Sauerstoffverbindung besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bzw. jede Metall-Sauerstoffverbin- düng bei der Bildung des Hüllenmaterials mit teilchenförmigem, metallischem Material vermischt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Bildung des Hüllenmaterials dienende, metalli- sehe Material Silber aufweist und zum Beispiel aus reinem Silber und/oder aus einer Silberlegierung besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Silberanteil des aus mindestens einer Metall-Sauerstoffverbindung sowie metallischem Material bestehenden Gemisches und/oder der Hüllen (5, 35) des fertigen Leiters höchstens 60 Gew.%, vorzugsweise höchstens 30 Gew.% und zum Beispiel ungefähr oder höchstens 10 Gew.% beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kern (3, 33) mindestens beim fertigen Leiter keramisches Material aufweist.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mäntel (4, 6, 34, 46) aus einem Mantelmaterial gebildet werden, das mindestens zum Teil aus Silber besteht.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mäntel (4, 6, 34, 46) aus einem Mantelmaterial gebildet werden, das zum gewichtsmässig grössten Teil aus Silber besteht und noch mindestens eines der Elemente Antimon, Gold, Kupfer, Magnesium, Mangan, Titan, Aluminium enthält .
15. Elektrischer Leiter mit mindestens zwei länglichen, supraleitenden Kernen (3, 33), dadurch gekennzeichnet, dass er durch das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0867950B1 (de) * 1997-03-27 2004-08-18 Nexans Verfahren zur Entkopplung eines HTc multifilamentären Draht mit silberner Matrix und so hergestellter multifilamentärer Draht

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1156494B1 (de) * 1999-11-08 2009-08-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Hochtemperatur-oxid-supraleiterdraht und verfahren zu seiner herstellung.

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5296456A (en) * 1989-08-09 1994-03-22 Furukawa Electric Co., Ltd. Ceramic superconductor wire and method of manufacturing the same
WO1996028853A1 (de) * 1995-03-15 1996-09-19 UNIVERSITE DE GENEVE, représentée par son DEPARTEMENT DE PHYSIQUE DE LA MATIERE CONDENSEE Elektrischer leiter mit supraleitenden kernen und verfahren zur herstellung eines solchen leiters

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0867950B1 (de) * 1997-03-27 2004-08-18 Nexans Verfahren zur Entkopplung eines HTc multifilamentären Draht mit silberner Matrix und so hergestellter multifilamentärer Draht

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