EP2013946A1 - Supraleitfähige verbindung der endstücke zweier supraleiter sowie verfahren zur herstellung dieser verbindung - Google Patents

Supraleitfähige verbindung der endstücke zweier supraleiter sowie verfahren zur herstellung dieser verbindung

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EP2013946A1
EP2013946A1 EP07727822A EP07727822A EP2013946A1 EP 2013946 A1 EP2013946 A1 EP 2013946A1 EP 07727822 A EP07727822 A EP 07727822A EP 07727822 A EP07727822 A EP 07727822A EP 2013946 A1 EP2013946 A1 EP 2013946A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
superconductive
superconducting
sleeve
compound according
mgb
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07727822A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martino Leghissa
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2013946A1 publication Critical patent/EP2013946A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H01R4/68—Connections to or between superconductive connectors
    • 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
    • H10N60/80—Constructional details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49014—Superconductor

Definitions

  • the invention relates to a superconductive connec ⁇ tion or a superconducting connection means of the end pieces of at least two superconductors, each having a matrix of normal consideringdem material and at least one conductor terer of superconductive material, wherein in a connection region in a sleeve or socket, the conductor wires the end pieces are arranged at least partially stripped of the matrix material and - in addition, a superconducting contacting material is present, which is located at least in some areas between the conductor wires.
  • Superconductor using LTC (low-T c) superconducting material or HTC (high-T c) superconductor are prepared, among other ⁇ rem as so-called Einkernleiter or multifilament in a limited fiber length.
  • the at least one supra- conductor lead or the at least one supraleitfä- hige Leiterfilament is embedded in a matrix of normally rial Mate ⁇ .
  • the preparation of superconductive devices with such superconductors such as magnetic windings contacting or connection of end pieces of corresponding conductors is required.
  • Some superconducting magnet windings eg for Magnetreso- resonance imaging (referred to as “magnetic resonance or NMR tomography"), have the so-called “continuous current mode” (eng ⁇ cally: “persistent current mode”) operate this purpose, the. Magnetic shorted and the once set te magnet current flows without power source practically indefinitely. However, this requires that the current-carrying circuit of the magnet winding has virtually no electrical resistance. This requires superconducting connections between individual superconducting conductors (superconductors). However, these superconductive compounds are sensitive to magnetic fields.
  • a known superconductive compound of the end pieces of two superconductors can be found, for example, in "IEEE Transactions on Applied Performance", Vol 9, No. 2, June 1999, pages 185 to 187.
  • the superconductors are attached to the end pieces to be joined the filaments of, for example, exposed by etching, and then connected to each other by means of a supra- conductive solder as a bonding material.
  • solders usually lead compounds are used such as from the alloy PB27-Bi50-SnI 2 Cdl0 (so- ⁇ -called "Woods Metal ”) or similar solders based on Pb-Bi or Pb-Bi-Sn alloy.
  • the object of the present invention is to provide a connection or a connection device between superconducting conductors on end pieces, on the one hand enable high magnetic inductions of above 1 Tesla and especially above 2 Tesla without degradation of their current carrying capacity and on the other hand in a simple manner forth ⁇ are adjustable.
  • a suitable method for the simple preparation of appropriate compounds should be specified.
  • magnesium diboride (MgB 2 ) should be selected as the contacting material in the connection with the features mentioned at the outset.
  • connection makes it possible to use even in high magnetic fields, is simple and inexpensive to produce, in general only compression of the connection to be joined
  • Requires parts can be so that in many cases omitted be ⁇ sondere temperature treatment, robust and stable gene especially against Flusssprün ⁇ behaves - and also does not require a serious environmental point of view the use of lead as in known solder joints.
  • the embodiment can be combined according to claim 1 with the features of one of the subclaims or preferably also those of several subclaims. Accordingly, the compound according to the invention may additionally have the following features:
  • operation at a temperature below the critical temperature of 39 ⁇ K of the MgB 2 is preferably semi - bonding material is provided.
  • the superconducting properties of the entire structure within the sleeve or bushing are thus to be ensured.
  • the critical temperature of the superconducting material of the superconductors to be connected is to be taken into account, so that optionally cooling to a clearly lie below 39 K ⁇ restrictive temperature may be required.
  • the superconducting compound can be associated with a superconducting magnet winding of a magnet, in particular, from a magnetic resonance imaging system.
  • a superconducting magnet winding of a magnet in particular, from a magnetic resonance imaging system.
  • the superconducting compound is particularly suitable for a superconducting magnet winding designed for a continuous current operation.
  • the object relating to the method is achieved with the measures listed in claim 9. Accordingly, should respect. the superconductive connection claimed be provided that the superconductive conductor wires are each at least partially stripped of their Mat ⁇ rixmaterial at the end pieces to be joined, that the so-stripped conductor wires are inserted into the sleeve or socket, that in the sleeve or socket additionally the MgB 2 -
  • the process is distinguished by its comprehensive particularly Simply ⁇ . Because only the reduction in cross-section is advantageously sufficient in many cases already to create the desired Ver ⁇ binding, which also allows use under high field conditions.
  • the MgB 2 contact material is placed in the sleeve or
  • the filled sleeve or bushing is subjected to a heat treatment after or during the cross-section reduction.
  • the composite structure of the various ⁇ which materials can be further improved, in particular with a view to the current carrying capacity at high magnetic fields.
  • the heat treatment at a temperature of below 600 0 C, preferably below 250 0 C make.
  • Just a heat treatment at the relatively low temperature can be realized with simple means.
  • FIG. 1 shows a cross-section through a known multifilament superconductor, as it is to be used for a superconducting compound according to the invention, whose FIG. 2 shows a partially cut through a structure of a first embodiment of such a compound and FIG FIG. 3 shows the construction of a further embodiment of such a connection in FIG.
  • the superconductor shown in FIG. 1 is based on known embodiments. These may be so-called mononuclear (monocore) superconductors or, as assumed for the figure, so-called multifilament superconductors.
  • a superconductor 2 has a plurality of superconductive conductor wires or filaments 3i embedded in a matrix 4 of normally conducting material.
  • the material for the conductor leads 3i are all known LTC or HTC- superconductor materials such as NbTi, Nb 3 Sn, MgB 2, YBa 2 Cu 3 O x or (Bi, Pb) 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O y in question.
  • Ma ⁇ terialien are either known for the matrix elemental (such as Cu, Ni, Ag, Fe, Where, Al) or alloys, in particular these elements (such as CuNi, AgMg, CuSn, CuZn or NiCr).
  • FIG. 2 shows two such superconductors 12 and 22, which may have a construction according to FIG. In this case, 12a and 22a, respectively, designate their end pieces and their conductor cores correspondingly completely exposed there with 13 and 23, respectively.
  • the conductor cores are introduced into together with a special bonding material 7 in a socket 6 ⁇ or sleeve (3 see FIG.).
  • a bush or sleeve is herein generally at least any, to understand the conductor leads and the Kunststoffie- approximately material receiving in known manner and at least partially enveloping member can be made via the up ei ⁇ ne compaction or cross-sectional reduction of the introduced in it parts.
  • Socket 6 is preferably made of a metallic Materi ⁇ al, which is well deformed. Suitable materials for this are elemental materials such as Cu, Ni, Ag, Nb or Fe and alloys such as steels, NbTi, NiCr or CuZn. In the sleeve 6 where the Lei ⁇ teradern in particular in the areas that come 13 and 23 do not lie directly against one another, the intermediate spaces between the conductor wires with the MgB 2 powder particles 7, only some of which are illustrated in the figure for reasons of clarity, are filled.
  • FIG. 3 A further embodiment illustrated in Figure 3 embodiment ei ⁇ ner superconductive, generally designated 20 connects fertil differs from the superconductive connection 10 of Figure 2 in that here the two superconducting conductors 12 and 22 contacted by the fact that their at their End pieces 12a and 22a exposed conductor wires 13 and 23 are introduced in opposite directions in a sleeve 9 together with the MgB 2 - powder particles 7 and pressed there.

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Abstract

Die supraleitfähige Verbindung (10) dient zur Kontaktierung der Endstücke (12, 22a) zweier Supraleiter (12, 22), die jeweils mindestens eine in eine Matrix aus normalleitendem Material eingebettete Leiterader (13, 23) aus supraleitfähigem Material aufweisen. In einem Verbindungsbereich sind in einer Hülse oder Buchse (6) die Leiteradern (13, 23) der Endstücke (12a, 2a) zumindest teilweise von dem Matrixmaterial entkleidet angeordnet und soll zusätzlich als ein supraleitfähiges Kontaktierungsmaterial (7) Magnesium-Diborid (MgB2)-Material vorhanden sein, das sich zumindest in Teilbereichen zwischen den Leiteradern (13, 23) befindet. Zur Herstellung der Verbindung (10) soll der Querschnitt der so gefüllten Hülse oder Buchse (6) reduziert werden.

Description

Beschreibung
Supraleitfähige Verbindung der Endstücke zweier Supraleiter sowie Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine supraleitfähige Verbin¬ dung bzw. eine supraleitfähige Verbindungseinrichtung der Endstücke wenigstens zweier Supraleiter, die jeweils eine Matrix aus normalleitendem Material und mindestens eine Lei- terader aus supraleitfähigem Material aufweisen, wobei in einem Verbindungsbereich in einer Hülse oder Buchse die Leiteradern der Endstücke zumindest teilweise von dem Matrixmaterial entkleidet angeordnet sind und - zusätzlich ein supraleitfähiges Kontaktierungsmaterial vorhanden ist, das sich zumindest in Teilbereichen zwischen den Leiteradern befindet .
Eine entsprechende supraleitfähige Verbindung sowie ein Ver¬ fahren zur Herstellung dieser Verbindung gehen aus der DE 34 13 167 Al hervor.
Supraleiter unter Verwendung von LTC (Low-Tc) -Supraleitermaterial oder HTC (High-Tc) -Supraleitermaterial werden unter ande¬ rem als sogenannte Einkernleiter oder Multifilamentleiter in begrenzter Leiterlänge hergestellt. Bei einem entsprechenden Leiteraufbau solcher Leiter ist die mindestens eine supra- leitfähige Leiterader (oder das mindestens eine supraleitfä- hige Leiterfilament ) in eine Matrix aus normalleitendem Mate¬ rial eingebettet. Insbesondere bei der Erstellung von supra- leitfähigen Einrichtungen mit solchen Supraleitern wie z.B. Magnetwicklungen ist eine Kontaktierung bzw. Verbindung von Endstücken entsprechender Leiter erforderlich.
Manche supraleitenden Magnetwicklungen, z.B. für Magnetreso- nanz-Tomographen (auch als „Kernspin- oder NMR-Tomographen" bezeichnet), müssen im sogenannten „Dauerstrom-Modus" (eng¬ lisch: „persistent current mode") betrieben werden. Dazu wird die Magnetwicklung kurzgeschlossen und der einmal eingestell- te Magnetstrom fließt ohne Stromquelle praktisch zeitlich unbegrenzt weiter. Dies macht jedoch erforderlich, dass der stromdurchflossene Kreis der Magnetwicklung praktisch keinen elektrischen Widerstand besitzt. Dazu sind auch supraleitfä- hige Verbindungen zwischen einzelnen supraleitfähigen Leitern (Supraleitern) notwendig. Diese supraleitfähigen Verbindungen reagieren jedoch empfindlich auf magnetische Felder. Übersteigt nämlich das magnetische Feld bzw. die magnetische In¬ duktion einen gewissen Grenzwert, der typischerweise zwischen 1 Tesla und 2 Tesla liegt, so zeigt die Verbindung einen elektrischen Widerstand und macht somit einen Dauerstrom- Betrieb unmöglich. Bei supraleitenden Hochfeldmagneten, deren magnetische Induktion z.B. bei 3 Tesla oder darüber liegt, führt dies zu Problemen, da man die Verbindungen an Stellen anbringen muss, bei denen das lokale Magnetfeld unterhalb des genannten Grenzwertes liegt. Bei sehr hohen Feldern kann es sogar unmöglich werden.
Eine bekannte supraleitfähige Verbindung der Endstücke zweier Supraleiter geht z.B. aus „IEEE Transactions on Applied Su- perconductivity", Vol. 9, No. 2, Juni 1999, Seiten 185 bis 187 hervor. Zur Herstellung dieser Verbindung werden an den zu verbindenden Endstücken der Supraleiter deren Filamente z.B. durch Ätzen freigelegt und dann mit Hilfe eines supra- leitfähigen Lots als einem Kontaktierungsmaterial miteinander verbunden. Als Lote kommen in der Regel Blei-Verbindungen zum Einsatz wie z.B. aus der Legierung Pb27-Bi50-Snl2-Cdl0 (soge¬ nanntes „Woods-Metall") oder ähnliche Lote auf Pb-Bi- oder Pb-Bi-Sn-Legierungsbasis . Alle diese Lotmaterialien haben ein oberes kritisches Magnetfeld Bc2 von höchstens etwa 2 Tesla bei einer Temperatur von 4,2 K, der Temperatur des flüssigen Heliums bei Normaldruck. Bei Feldern oberhalb dieses kriti¬ schen Magnetfeldes verlieren sie ihre supraleitfähigen Eigenschaften und sind deshalb häufig nicht zur Ausbildung von supraleitfähigen Hochfeldkontakten geeignet.
Eine weitere Verbindungstechnik für die Endstücke zweier Sup¬ raleiter ist aus „Cryogenics", Vol. 30 (Supplement), 1990, Seiten 626 bis 629 zu entnehmen. Hier werden die Supraleiter mittels Punktschweißens oder auch Diffusionsbondens direkt ohne ein kontaktvermittelndes/-forderndes Zwischenmaterial durch Anwendung von Druck und Temperatur miteinander verbun- den bzw. verpresst. Die Stromtragfähigkeit entsprechender Verbindungen ist jedoch in der Regel geringer als die des Leiters selbst. Dabei tritt das Problem auf, dass die Fila¬ mente keine großflächigen Kontakte sondern eher Punktkontakte eingehen. Mit zunehmenden Magnetfeldstärken sinkt dann jedoch die Stromtragfähigkeit weiter, so dass auch Verbindungen die¬ ser Art nicht für viele supraleitfähigen Hochfeldkontakte ge¬ eignet sind.
Aus der eingangs genannten DE 34 13 167 Al ist ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Kontaktes zwischen Supraleitern zu entnehmen, bei dem an Leiterendstücken aus einem Leitervorprodukt die vom Matrixmaterial befreiten Lei¬ teradern zusammen mit einem bestimmten Pulvermaterial als Zwischenmaterial in einer Hülse einer Druck- und Temperatur- behandlung unterzogen werden. Das Pulvermaterial ist dabei so gewählt, dass mit ihm bei dieser Behandlung wie auch aus dem Leitervorprodukt supraleitfähiges Material ausgebildet wird. Dabei sind jedoch hohe Temperaturen von beispielsweise über 6000C erforderlich. Das bekannte Verfahren ist deshalb sehr aufwendig und vielfach nicht einsetzbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindung bzw. eine Verbindungseinrichtung zwischen supraleitfähigen Leitern an Endstücken zu schaffen, die einerseits hohe magne- tische Induktionen von oberhalb 1 Tesla und insbesondere oberhalb von 2 Tesla ohne Degradation ihrer Stromtragfähigkeit ermöglichen und andererseits auf einfache Weise her¬ stellbar sind. Außerdem soll ein geeignetes Verfahren zur einfachen Herstellung entsprechender Verbindungen angegeben werden.
Die sich auf die supraleitfähige Verbindung der eingangs ge¬ nannten Art beziehende Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 an- gegebenen Maßnahmen gelöst . Demgemäß soll bei der Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen als Kontaktierungsmate- rial Magnesium-Diborid (MgB2) gewählt sein.
Die mit dieser Ausgestaltung der supraleitfähigen Verbindung verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass die Verbindung einen Einsatz auch in hohen Magnetfeldern möglich macht, einfach und kostengünstig herzustellen ist, - im Allgemeinen nur ein Verpressen der zu verbindenden
Teile erforderlich macht, so dass vielfach auf eine be¬ sondere Temperaturbehandlung verzichtet werden kann, sich robust und stabil insbesondere gegenüber Flusssprün¬ gen verhält, - und außerdem eine unter Umweltgesichtspunkten bedenkliche Verwendung von Blei wie bei bekannten Lotverbindungen nicht erforderlich macht.
Der Einsatz entsprechender Verbindungen in supraleitenden Magneten ermöglicht einen Dauerstrombetrieb in hohen Magnet- feldern, wie er z.B. für Hochfeldmagnete in Magnetresonanz- Tomographen gefordert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen supraleit- fähigen Verbindung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß kann die Verbindung nach der Erfindung zu- sätzlich noch folgende Merkmale aufweisen:
• So wird bevorzugt ein Betrieb bei einer Temperatur unter¬ halb der Sprungtemperatur von 39 K des MgB2- Kontaktierungsmaterials vorgesehen. Die supraleitenden Ei- genschaften des gesamten Aufbaus innerhalb der Hülse oder Buchse sind so zu gewährleisten. Dabei ist selbstverständ¬ lich die Sprungtemperatur des supraleitenden Materials der zu verbindenden Supraleiter zu berücksichtigen, so dass ge- gebenenfalls eine Kühlung auf eine deutlich unter 39 K lie¬ gende Temperatur erforderlich werden kann.
• Insbesondere ist eine Betriebstemperatur bei der Temperatur des flüssigen Heliums von etwa 4,2 K vorzusehen, die den
Einsatz bekannter Einrichtungen der Supraleitungstechnik ermöglicht .
• Dabei können die supraleitfähigen Leiteradern entweder be- kanntes metallisches LTC (Low Tc) -Supraleitermaterial oder bekanntes oxidisches HTC (High Tc) -Supraleitermaterial ent¬ halten. Beide Materialtypen lassen sich gut über das MgB2- Kontaktierungsmaterials elektrisch verbinden. Selbstverständlich sind auch Leiteradern aus MgB2 selbst das als HTC-Material angesehen wird, erfindungsgemäß zu verbinden.
• Besonders vorteilhaft kann die supraleitfähige Verbindung einer supraleitfähigen Magnetwicklung eines Magneten wie insbesondere von einer Anlage zur Magnetresonanz- Tomographie zugeordnet sein. Denn der Aufbau von Magneten insbesondere für Hochfeldanwendungen erfordert supraleitende Verbindungen mit hoher Stromtragfähigkeit in den Magnet¬ feldern. Das MgB2-Kontaktierungsmaterial gewährleistet ent¬ sprechende Anwendungen.
• Wegen dieser Eigenschaft ist die supraleitfähige Verbindung besonders für eine für einen Dauerstrombetrieb ausgelegte supraleitfähige Magnetwicklung geeignet.
Die sich auf das Verfahren beziehende Aufgabe wird mit den in Anspruch 9 aufgeführten Maßnahmen gelöst. Demgemäß soll bzgl . der beanspruchten supraleitfähigen Verbindung vorgesehen werden, dass an den zu verbindenden Endstücken die supraleitfähi- gen Leiteradern jeweils zumindest teilweise von ihrem Mat¬ rixmaterial entkleidet werden, dass die so entkleideten Leiteradern in die Hülse oder Buchse eingebracht werden, dass in die Hülse oder Buchse zusätzlich das MgB2-
Kontaktierungsmaterial eingebracht wird und dass der Querschnitt der so gefüllten Hülse oder Buchse reduziert wird.
Das Verfahren zeichnet sich insbesondere durch seine Einfach¬ heit aus. Denn allein die Querschnittsreduzierung reicht vorteilhaft in vielen Fällen schon aus, um die gewünschte Ver¬ bindung zu schaffen, die auch einen Einsatz unter Hochfeldbe- dingungen ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zur Herstellung der supraleitfähigen Verbindung gehen aus den von Anspruch 9 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 9 mit den Merkmalen eines der davon abhängigen Unteransprüche oder vorzugsweise auch denen aus mehreren Un¬ teransprüchen kombiniert werden. Demgemäß kann das Verfahren zusätzlich noch folgende Merkmale aufweisen:
• Das MgB2-Kontaktierungsmaterial wird in die Hülse oder
Buchse in Pulverform eingebracht. Es lässt sich so ein kom¬ pakter Aufbau mit intensiver Kontaktierung zwischen dem supraleitfähigen Teilen und dem Kontaktierungsmaterial erreichen .
• Die gefüllte Hülse oder Buchse wird nach oder während der Querschnittsreduzierung einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Damit lässt sich der Verbundaufbau aus den verschie¬ denen Materialien weiter verbessern, insbesondere im Hin- blick auf die Stromtragfähigkeit bei hohen Magnetfeldern.
• Dafür lässt sich die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von unter 6000C, vorzugsweise unter 2500C vornehmen. Gerade eine Wärmebehandlung bei der verhältnismäßig niedrigen Tem- peratur ist mit einfachen Mitteln zu realisieren.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, an Hand derer zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele einer supraleitfähigen Verbindung nach der Erfindung weiter beschrieben sind. Dabei zeigen in stark schematisierter Darstellung deren Figur 1 einen Querschnitt durch einen bekannten MuI- tifilament-Supraleiter, wie er für eine supraleitfähige Verbindung nach der Erfindung zu verwenden ist, deren Figur 2 einen teilweise ausgeführten Schnitt durch einen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer solchen Verbindung und deren Figur 3 den Aufbau einer weiteren Ausführungsform einer solchen Verbindung in Figur 2 entsprechender Darstellung.
Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Supraleiter wird von bekannten Ausführungsformen ausgegangen. Dabei kann es sich um sogenannte Einkern (Monocore) -Supraleiter oder aber, wie für die Figur angenommen, um sogenannte Multifilament-Supraleiter handeln. Ein solcher Supraleiter 2 weist mehrere supraleitfä- hige Leiteradern oder Filamente 3i auf, die in eine Matrix 4 aus normalleitendem Material eingebettet sind. Als Material für die Leiteradern 3i kommen alle bekannte LTC- oder HTC- Supraleitermaterialien wie z.B. NbTi, Nb3Sn, MgB2, YBa2Cu3Ox oder (Bi, Pb) 2Sr2Ca2Cu3Oy in Frage. Für die Matrix bekannte Ma¬ terialien sind entweder elementar (wie z.B. Cu, Ni, Ag, Fe, Wo, Al) oder Legierungen, insbesondere dieser Elemente (wie z.B. CuNi, AgMg, CuSn, CuZn oder NiCr).
Um mindestens zwei Endstücke von entsprechenden Multifila- ment-Supraleitern oder auch Einkern-Supraleitern erfindungsgemäß miteinander mit einer Verbindung bzw. Verbindungseinrichtung widerstandsarm kontaktieren zu können, muss im Be- reich der Endstücke ihre mindestens eine supraleitfähige Lei¬ terader 3i zumindest teilweise freigelegt, d.h. von dem Mat¬ rixmaterial mittels hierfür bekannter Techniken wie z.B. durch chemisches Ätzen mechanisches Abtragen, insbesondere schräges Anschleifen, zumindest teilweise entkleidet werden. Figur 2 zeigt zwei solcher Supraleiter 12 und 22, die einen Aufbau gemäß Figur 1 aufweisen können. Dabei sind mit 12a bzw. 22a deren Endstücke und ihre dort entsprechend vollstän- dig freigelegten Leiteradern mit 13 bzw. 23 bezeichnet. Die Leiteradern sind in eine Buchse 6 oder Hülse (vgl. Figur 3) zusammen mit einem besonderen Kontaktierungsmaterial 7 einge¬ bracht. Unter einer Buchse oder Hülse sei hier allgemein wenigstens ein beliebiges, die Leiteradern und das Kontaktie- rungsmaterial in bekannter Weise aufnehmendes und zumindest teilweise umhüllendes Element zu verstehen, über das sich ei¬ ne Kompaktierung bzw. Querschnittsverringerung der in es eingebrachten Teile vornehmen lässt.
Das erfindungsgemäß als Kontaktierungsmaterial zur Anwendung kommende Magnesium-Diborid (MgB2) ist ein supraleitfähiges Material mit einer kritischen Temperatur von etwa Tc = 39 K (bei Normaldruck) und einem oberen kritischen Feld Bc2 (bei 4,2 K) von über 40 Tesla. Es ist damit auch für den Einsatz in hohen Magnetfeldern geeignet, wie sie z.B. in Hochfeldmag¬ neten insbesondere von Magnetresonanz-Tomographen auftreten. Bevorzugt wird deshalb die Verbindung nach der Erfindung unter Verwendung des MgB2-Kontaktierungsmaterials bei Tempera¬ turen von unter 39 K, beispielsweise bei 4,2 K, betrieben, wobei bekannte Kühltechniken wie z.B. mit flüssigem Helium zum Einsatz kommen. MgB2 ist kommerziell als Pulver beziehbar. Es ist in der Lage, durch geeignetes Verpressen oder Walzen auch ohne eine Temperaturbehandlung bzw. Glühung einen supraleitfähigen Strom zu tragen (vgl. „Applied Physics Let- ters", Vol. 79, 2001, Seiten 230 bis 233). Wegen seiner ver¬ hältnismäßig hohen kritischen Temperatur ist dieses Material auch gegen Störungen wie z.B. Flusssprünge oder Leiterbewe¬ gungen oder unerwünschte Erhöhungen der Betriebstemperatur, die zu einem sogenannten Quenchen führen, besonders unemp- findlich.
Die mit den freigelegten Leiteradern 13 und 23 sowie mit dem pulverförmigen MgB2-Kontaktierungsmaterial 7 zu füllende Buchse 6 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Materi¬ al, das gut verformbar ist. Geeignete Materialien hierfür sind elementare Materialien wie z.B. Cu, Ni, Ag, Nb, oder Fe sowie Legierungen wie z.B. Stähle, NbTi, NiCr oder CuZn. In der Buchse 6 werden insbesondere in den Bereiche, wo die Lei¬ teradern 13 und 23 nicht unmittelbar aneinander zu liegen kommen, die Zwischenräume zwischen den Leiteradern mit den MgB2-Pulverpartikeln 7, von denen in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige veranschaulicht sind, ausge- füllt. Die Ausbildung des gewünschten Kontaktes zwischen den Leiteradern wird dann durch eine querschnittsverringernde Be¬ arbeitung zumindest des Bereichs der zu verbindenden Leiterendstücke wie durch Verpressen oder Walzen vorgenommen. Gegebenenfalls kann noch diese Kontaktierungsmaßnahme mittels ei- ner Glühung, vorzugsweise bei verhältnismäßig niedrigen Tem¬ peraturen von unter 2500C verbessert werden. Selbstverständ¬ lich sind gegebenenfalls auch höhere Glühtemperaturen bis 6000C und darüber anwendbar (vgl. z.B. „IEEE Transaction on Applied Superconductivity", Vol. 15, No. 2, Juni 2005, Seiten 3211 bis 3214) . Die so zu erhaltende Verbindung ist in der Figur allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen.
Eine weitere, in Figur 3 veranschaulichte Ausführungsform ei¬ ner supraleitfähigen, allgemein mit 20 bezeichneten Verbin- düng unterscheidet sich von der supraleitfähigen Verbindung 10 nach Figur 2 dadurch, dass hier die beiden supraleitfähigen Leiter 12 und 22 dadurch kontaktiert werden, dass ihre im Bereich ihrer Endstücke 12a und 22a freigelegten Leiteradern 13 und 23 gegenläufig in eine Hülse 9 zusammen mit den MgB2- Pulverpartikeln 7 eingebracht und dort verpresst werden.
Bei den in den Figuren 2 und 3 schematisch dargestellten Ausführungsformen von supraleitenden Verbindungen bzw. Verbindungseinrichtungen 10 bzw. 20 wurde davon ausgegangen, dass an den Endstücken 12a und 22a der Supraleiter 12 bzw. 22 jeweils das Material der Matrix 4 vollständig entfernt wurde. Gegebenenfalls ist es jedoch auch möglich, dass man nur einen Teil, z.B. den halben Querschnitt, der Leiter im Bereich ih- rer Endstücke von dem Matrixmaterial auf mechanischem oder chemischem Wege befreit, so dass dann an einer Oberfläche des verbleibenden Aufbaus einige der Leiteradern freigelegt sind (vgl. z.B. EP 0 556 837 Al). Die so freigelegten Oberflächen zweier Leiterendstücke werden dann unter erfindungsgemäßer
Einfügung des MgB2-Kontaktierungsmaterials in der beschriebe¬ nen Weise aneinander gefügt und miteinander verbunden.
Außerdem wurde für die Darstellung nach den Figuren 2 und 3 angenommen, dass jeweils nur zwei Supraleiter 12 und 13 an ihren Endstücken 12a und 13a miteinander elektrisch verbunden werden. Selbstverständlich können in eine Buchse 6 oder eine Hülse 9 auch eine darüber hinausgehende Anzahl von Endstü¬ cken, z.B. von drei Supraleitern, eingebracht und dort erfin- dungsgemäß miteinander verbunden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Supraleitfähige Verbindung (10, 20) der Endstücke (12, 22a) wenigstens zweier Supraleiter (12, 22), die jeweils eine Matrix (4) aus normalleitendem Material und mindestens eine Leiterader (13, 23) aus supraleitfähigem Material aufweisen, wobei in einem Verbindungsbereich in einer Hülse (9) oder Buchse (6) die Leiteradern (13, 23) der Endstücke (12a, 23a) zumin- dest teilweise von dem Matrixmaterial entkleidet angeord¬ net sind und zusätzlich ein supraleitfähiges Kontaktierungsmaterial (7) vorhanden ist, das sich zumindest in Teilbereichen zwi- sehen den Leiteradern (13, 23) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmaterial (7) Magnesium-Diborid (MgB2) -Material ist .
2. Supraleitfähige Verbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Betrieb bei einer Temperatur unterhalb der
Sprungtemperatur von 39 K des MgB2-Kontaktierungsmaterials (7) .
3. Supraleitfähige Verbindung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Betriebstemperatur bei der Temperatur des flüssigen Heliums von etwa 4,2 K.
4. Supraleitfähige Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitfähigen Leiteradern (13, 23) LTC (Low Tc) -Supraleitermaterial enthal¬ ten .
5. Supraleitfähige Verbindung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitfähigen Leiteradern (13, 23) HTC (High Tc) -Supraleitermaterial enthalten.
6. Supraleitfähige Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zuordnung zu einer sup¬ raleitfähigen Magnetwicklung eines Magneten.
7. Supraleitfähige Verbindung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Zuordnung zu einer supraleitfähigen Magnetwicklung eines Magneten einer Anlage zur Magnetresonanz-Tomographie.
8. Supraleitfähige Verbindung nach Anspruch 6 oder 7, gekenn- zeichnet durch eine Zuordnung zu einer für einen Dauerstrombetrieb ausgelegten supraleitfähigen Magnetwicklung.
9. Verfahren zur Herstellung einer supraleitfähigen Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass an den zu verbindenden Endstücken (12a, 22a) die supraleitfähigen Leiteradern (13, 23) jeweils zumindest teil¬ weise von ihrem Matrixmaterial entkleidet werden, dass die so entkleideten Leiteradern (13, 23) in die Hülse (9) oder Buchse (6) eingebracht werden, dass in die Hülse (9) oder Buchse (6) zusätzlich das MgB2- Kontaktierungsmaterial (7) eingebracht wird und dass der Querschnitt der so gefüllten Hülse (9) oder Buch- se (6) reduziert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das MgB2-Kontaktierungsmaterial (7) in die Hülse (9) oder Buchse (6) in Pulverform eingebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gefüllte Hülse (9) oder Buchse (6) nach oder während der Querschnittsreduzierung einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von unter 6000C, vorzugsweise unter 2500C, vorgenommen wird.
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