DE3203222C2 - Knüppel zur Herstellung eines drahtförmigen Supraleiters - Google Patents
Knüppel zur Herstellung eines drahtförmigen SupraleitersInfo
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein monofiles oder multifiles Draht- oder Kabelprodukt, bei dem Streckmetall oder durchbrochenes Metall konzentrisch oder halbkonzentrisch entlang der Länge des Drahtes als Schicht angeordnet ist, so daß die Zwischenräume oder Löcher im Metall sich radial zum Draht oder Faden öffnen. Das Streckmetall oder durchbrochene Metall kann in diesen Drähten oder Fäden als Verfestigungsschicht, als leitende Schicht oder als Diffusionssperrschicht dienen.
Description
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Knüppel zur Herstellung eines drahtförmigen Supraleiters nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
Ein gattungsgemäßer Knüppel und ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines drahtförmigen
Supraleiters sind aus der DE-OS 30 18 105 bekannt. Bei diesem Knüppel ist das Laminat aus der ein reaktionsfähiges
Metall enthaltenden Metallschicht und der durch eine Diffusionswärmebehandlung supraleitend werdende
Streckmetallschicht unmittelbar auf dem Metallkern aufgewickelt und wird dieses Laminat unmittelbar von der
äußeren Metallumhüllung umgeben, so daß die Gefahr besteht, daß das reaktionsfähige Metall mit anderen als
den dafür vorgesehenen Teilen des Leiters reagiert, wodurch dessen Festigkeit und/oder Leitfähigkeit beeinträchtigt
wird.
Aus der DE-OS 28 26 810 sind zwei zur Supraleiterherstellung verwendete Knüppel mit unterschiedlichem Aufbau bekannt. Bei dem einen Knüppel sind in einem Kern aus einem ein reaktionsfähiges Metall enthaltenden Material Stäbe aus einem mit dem reaktionsfähigen Metall des Kernmaterials durch eine Diffusionswärmebehandlung eine supraleitende intermetallische Verbindung bildenden Material eingelagert und ist der Kern mit den eingelagerten supraleitend werdenden Stäben von einem als Diffusionssperre wirkenden Rohr umgeben, das wiederum von einem Verstärkungsniaterial in Form eines Rohres umhüllt ist. Bei dem anderen Knüppel ist das Verstärkungsmaterial in Form eines Stabes als Kern vorgesehen, der von einem als Diffusionsspcrre wirkenden Rohr umgeben ist, das wiederum von dem das reaktionsfähige Metall enthaltenden Material umhüllt ist, in das die supraleitend werdenden Stäbe eingebettet sind. Beide Knüppel haben den Nachteil, daß das als Diffusionssperre wirkende Rohr der nachfolgenden Querschnittsverminderung des Knüppels einen hohen Widerstand entgegensetzt und infolgedessen brechen oder reißen kann, wodurch seine Funktion als Diffusionssperre beeinträchtigt wird.
Aus der DE-OS 28 26 810 sind zwei zur Supraleiterherstellung verwendete Knüppel mit unterschiedlichem Aufbau bekannt. Bei dem einen Knüppel sind in einem Kern aus einem ein reaktionsfähiges Metall enthaltenden Material Stäbe aus einem mit dem reaktionsfähigen Metall des Kernmaterials durch eine Diffusionswärmebehandlung eine supraleitende intermetallische Verbindung bildenden Material eingelagert und ist der Kern mit den eingelagerten supraleitend werdenden Stäben von einem als Diffusionssperre wirkenden Rohr umgeben, das wiederum von einem Verstärkungsniaterial in Form eines Rohres umhüllt ist. Bei dem anderen Knüppel ist das Verstärkungsmaterial in Form eines Stabes als Kern vorgesehen, der von einem als Diffusionsspcrre wirkenden Rohr umgeben ist, das wiederum von dem das reaktionsfähige Metall enthaltenden Material umhüllt ist, in das die supraleitend werdenden Stäbe eingebettet sind. Beide Knüppel haben den Nachteil, daß das als Diffusionssperre wirkende Rohr der nachfolgenden Querschnittsverminderung des Knüppels einen hohen Widerstand entgegensetzt und infolgedessen brechen oder reißen kann, wodurch seine Funktion als Diffusionssperre beeinträchtigt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufbau des gattungsgemäßen Knüppels so auszubilden, daß ein
drahtförmiger Supraleiter mit erhöhter Festigkeit und/oder Leitfähigkeit erhältlich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Verwendung des Streckmetalls ergibt viele Vorteile. Es erlebt eine erhöhte Vielseitigkeit des Aufbaus des
zusammengesetzten Produkts, die Erzielung viel feinerer Fäden mit weniger Querschnittsverringerung und
eines gleichförmigen Leiterquerschnittes, wobei trotzdem die Vorteile eines einzigen feinen Fadens vorliegen.
Diese Vorteile sind der Verwendung eines feineren Ausgangsmaterials zuzuschreiben, wodurch weniger Querschnittsverringerung
zur Erzielung von noch feineren Fäden als bei bisherigen Verfahren erforderlich sind. Da
die Ausgangsgröße des Leiters fein ist, können die fertigen Abmessungen des Supraleiters ausreichend fein sein,
daß kurze Reaktionszeiten möglich werden, wodurch die Bildung von Kirkendall-Poren verringert wird und die
duktilen Charakteristiken von extrem feinen Fäden aus sprödem Metallverbindungen ausgenützt werden können.
Mit Hilfe der Erfindung kann man einen langen Leiter mit feinen Leiterfäden mit viel geringeren Kosten als
bei bekannten Verfahren herstellen. Der Grund hierfür liegt darin, daß das Ausgangsmaterial sehr feine Abmes-
bO Stangen äüiwciSt, uic weniger v^ücfSCMfniiäVcrririgcriing ufäüCneu. π cgcfi uCP Verringerten LFrüCiigCittiir, ist Cr-i
durch die Erfindung möglich, lange ungebrochene Produkte herzustellen, deren Herstellung mit den gcgcnwärtigen
Verfahren äußerst schwierig ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zcichnungen
zeigen
b5 Fig. 1 bis 4 verschiedene Querschnitte von Knüppeln gemäß der Erfindung.
b5 Fig. 1 bis 4 verschiedene Querschnitte von Knüppeln gemäß der Erfindung.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Knüppels gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin,
daß man ein Laminat aus einer Bronzeschicht und einer Schicht aus gestrecktem Niobmetall um einen Kernstab
3 aus Kupfer herumrollt, wie es in Fig. 1 zu sehen ist. Die Bronzeschicht dient dazu, dem Niob Zinn zuzuführen.
Sie ist erforderlich zur Erzeugung von NbaSn, wobei Zinn in das Niob diffundiert. Die Bronzeschicht enthält 10
bis 14% Zinn. Die Bronze/Niob-Schicht 4, die um den Kupferstab 3 gewickelt ist, wird dann unter Zwischenschaltung
einer als Diffusionssperre wirkenden Streckmetallschicht 6 mit einer äußeren Schicht aus Kupfer
umhüllt, wobei ein Knüppel mit dem in Fijj. 1 dargestellten Querschnitt erhalten wird.
Die Kupferumhüllung erleichtert die Verarbeitung, also das Ziehen in einen Draht Sie erhöht die Stabilität bei
niedrigen Temperaturen, da sie eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist Der Knüppel kann dann einer
Querschnittsverringerung zugeführt und auf jede Querschnittsform gezogen werden, d. h. rund, quadratisch,
elliptisch oder flach.
Die Diffusionssperre 6 verhindert daß das reaktionsfähige Metall in der Schicht 4 mit dem Umhüllungsmaterial
5 reagier», was das Vermögen der Umhüllungsschicht den Leiter zu stabilisieren, verschlechtern würde. Statt
dessen reagiert das reaktionsfähige Metall mit dem Material der Diffusionssperre, eine Reaktion, die viel
langsamer ist
Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Querschnitt wie Fig. 1. Jedoch sind hier Streifen eines Sperrmaterials, wie z. B.
Phosphor-Bronze 7, vorhanden, welches eine Reaktion der reagierenden Metalle mit der Diffusionssperre in
gewissen Bereichen verhindert so daß diese Reaktion verlangsamt wird. Dies ist manchmal erwünscht, wenn das
leitende Material geschützt werden soll, insofern, als die Diffusion des reagierenden Materials in das Streckmetall
verursachen kann, daß das Streckmetall zu einem leitenden Ring rund um das innerhalb liegende supraleitende
Material wirkt Wenn dies eintritt, dann kann es zu einem als "Flux-Jumping" bekannten Zustand kommen, der
Widerstandsverluste nach sich zieht und Im Leiter einen unstabilen Zustand hervorruft Üblicherweise findet
dies leichter statt, wenn Wechselstrom und nicht Gleichstrom verwendet wird.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Knüppel oder Draht, worin zwei Diffusionssperren verwendet
werden, wenn es erwünscht ist, nicht nur das Umhüllungsmaterial vor dem leitenden Material 4 zu schützen,
sondern auch das Kernmaterial vor dem gleichen leitenden Materia! 4 zu schützen.
Fig. 4 zeigt den Querschnitt eines Knüppels gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei
Streckmetall in Streifen 6 geschnitten und in eine Rollenform eines duktilen Matrixmaterials 5 eingebettet ist.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden noch näher erläutert.
Beispiele M9 bis Ml2
Eine Reihe von Bronzeknüppeln wurde hergestellt, die bestimmte Zusammensetzungen und Größen aufweisen
und in Drähte verarbeitet wurden. Diese Knüppel sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben, wobei in der
Spalte "Bemerkungen" gewisse Beobachtungen bei der Herstellung genannt sind. Aus Tabelle I ist ersichtlich,
daß die Knüppel den verschiedenen Querschnitten in den Zeichnungen entsprechen.
Tabelle 1 (Bronze-Knüppel)
Zusammensetzung (Volumen)
Bemerkungen
M-9 | Nb= 17,6% | (a) |
76 mm Durchmesser | Bz = 51,1% | (b) |
(25,6% Nb/Bz) | Cu = 31,1% | |
Cu-Umhüllung | Bz/Nb = 2,9/1 | |
M-IO | Nb= 17,4% | (a) |
76 mm Durchmesser | Bz = 56,8% | (b) |
Cu = 25,8% | ||
Bz/Nb = 2,89/1 (Hülle*·) | (C) | |
Bz/Nb = 3,32/1 (insgesamt) | ||
M-II | Nb = 16,9% | (a) |
76 mm Durchmesser | Bz = 58,3% | (b) |
(24,0% Nb/Bz) | Cu = 24,5% | |
Cu-Umhüllung | Bz/Nb = 3,16/1 (in Hülle**) | |
Bz/Nb = 3,45/1 (insgesamt) | ||
M-12 | Nb= 17,2% | (a) |
76 mm Durchmesser | Bz = 51,0% | (b) |
Cu = 25,8% | ||
Bz/Nb = 2,8/1 (Hülle**) | (C) | |
dZ/inO — j,jz./ ι lifiSgcSärnii |
** In Rollenform.
M-9, M-II, M-12 entspricht Fig. 1, M-IO entspricht Fig. 2.
Kupferkernstab (R-3), 15,9 mm Durchmesser Mit Nb Streckmetalldiffusionssperre
am äußeren Durchmesser der Hülle**
Bz-Kernstab, 15,9 mm Durchmesser
Nb-Streckmetall am äußeren Durchmesser der Hülle**
Mit Phosphorbronzestreifen, 6 Stück. 19 mm breit, längsgelegt
Bz-Kernstab, 15,9 mm Durchmesser Nb-Streckmetall am äußeren Durchmesser
der Hülle··
Bz-Kernstab, 15,9 mm Durchmesser Nb-Streckmetall am äußeren Durchmesser
der Hülle**
Phosphorbronzehülle, um Diffusions-
Phosphorbronzehülle, um Diffusions-
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Knüppel zur Herstellung eines drahtförmigen Supraleiters, mit einem massiven stabartigen Metallkern,
einer um den Metallkern herumgewickelten Schicht in Form eines Laminates aus einer ein reaktionsfähiges
Metall enthaltenden Metallschicht und einer Streckmetallschicht, die durch eine Diffusionswärmebehand
lung eine supraleitende intermetallische Verbindung mit dem reaktionsfähigen Metall der Metallschicht des
Laminates bildet, und einer äußeren Metallumhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Laminatschicht
(4) und der äußeren Umhüllung (5) eine als Diffusionssperre wirkende Schicht (6) aus Streckmetall
angeordnet ist.
2. Knüppel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Laminatschicht (4) und der als
Diffusionssperre wirkenden Streckmetallschicht (6) Längsstreifen (7) aus einem eine Reaktion des reaktionsfähigen
Metalls der Metallschicht des Laminates mit der als Diffusionssperre wirkenden Streckmetallschicht
(6) verhindernden Material in Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind.
3. Knüppel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Metallkern (3) und der Laminatschicht
(4) eine weitere als Diffusionssperre wirkende Schicht (6) aus Streckmetall angeordnet ist.
4. Knüppel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die als Diffusionssperre wirkende(n) Schicht oder Schichten (6) aus Streckmetall aus Nb, Ta, Ni, V oder Legierungen dieser
Metalle oder Kombinationen davon besteht bzw. bestehen.
5. Verfahren zur Herstellung eines drahtförmigen Supraleiters unter Verwendung eines Knüppels, der
durch mechanische Verformung im Durchmesser verkleinert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Knüppel
der Knüppel nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.
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