DE2163509A1

DE2163509A1 - Verfahren zur Herstellung von im Verbund gefertigten, stabilisierten und versetzten Supraleitern sowie hierdurch entstehendes Endprodukt

Info

Publication number: DE2163509A1
Application number: DE19712163509
Authority: DE
Inventors: Jean Verrieres Ie Boisson; Lanthiez Macques Ognes; Levaire Claude Chauny; Dosdat (Frankreich)
Original assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Current assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Priority date: 1970-12-23
Filing date: 1971-12-21
Publication date: 1972-07-13
Also published as: NL7117451A; FR2119205A5; CH545547A; BE777146A; GB1370010A; LU64499A1; IT944131B

Description

DIETRICH LEWiNSKT _{9i n} . _1Mi PATENTANWALT ²^ ^Dezembe* «71

8 München 21 · 6eähardstr. 81

Telefon 561762

6866 - V

Compagnie Fran9aise Thomson Houston - Hotchkiss Brandt Paris 8eme, Boulevard Haussmann 17 3 (Frankreich)

„Verfahren zur Herstellung von im Verbund gefertigten, stabilisierten und versetzten Supraleitern sowie hierdurch entstehendes

Endprodukt"

Priorität vom 23. Dezember 1970 aus der französischen Patent anmeldung Nr. 70/46 508

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von im Verbund gefertigten, hohlen oder vollen, stabilisierten und versetzten Supraleitern sowie das hierdurch entstehende Endprodukt

; Von den bekannten Verfahren zur Herstellung von im

Verbund gefertigten und stabilisierten, vollen Supraleitern können beispielsweise das Preßspinnen, das Einpressen von supraleitenden Drähten in geriefelte Kupfer- bzw. Aluminiumstreifen oder das Auswalzen von Kupfer- bzw. Aluminiumbarren genannt werden, in die Stränge aus supraleitendem Material eingelassen sind.

Bei der Herstellung von im Verbund gefertigten, stabilisierten, hohlen Supraleitern wäre als bekanntes und am häufigsten verwendetes Verfahren die _tSchwimmnadel-Extrusion^f zu nennen.

In den nach obengenannten Verfahren hergestellten Produkten verlaufen die im Verbund liegenden supraleitenden EIe-

209829/0604 bad

mente praktisch parallel zur Achse des Supraleiter-Endprodukts.

Bei der Verwendung derartiger Supraleiter haben sich bisher zahlreiche Nachteile gezeigt, von denen die schwerwiegend^ sten genannt werden sollen:

Die Einheitslänge derartiger Supraleiter, deren Begrenzung in der Hauptsache auf das Herstellungsverfahren zurückzuführen ist, beträgt in der Regel 300 Meter bei Querschnitten von

2 ·

über ca. 100 mm . Für viele Anwendungsfälle erweisen sich diese ;

demnach oft als zu kurz. Ihre Streckung bei einer Stumpfverbindung i dieser Supraleiter stellt ein schwer zu lösendes Verbindungsprobleiu fc dar und führt an den miteinander verbundenen Teilen oft zu mangelhaften Funktionseigenschaften.

j Besteht ein Supraleiter aus supraleitenden Elementen

jin Verbundtechnik, die parallel zu seiner Achse verlaufen, so erjgeben sich während des Betriebs dieses Supraleiters Streuströme, ,die sich nur langsam abschwächen. Diese Erscheinung ist die Ursache schwerwiegender Störungen innerhalb der Funktion einer Wicklung die unter Verwendung eines solchen Supraleiters hergestellt ist. Bei den bekannten Supraleitern, in denen Metalle mit niedrigem

(Schmelzpunkt als Bindeglieder zwischen den supraleitenden Seelen ι

und der Ummantelung verwendet werden bzw. bei denen, deren supraleitende Seelen einen verhältnismäßig großen Durchmesser von etwa '0,25 mm bis 1 mm besitzen, wird nur eine ziemlich mittelmäßige. Stabilisierung erreicht.

Darüber hinaus besitzen die bekannten Supraleiter den Nachteil einer starken Anisotropie.

Bei dem mit Extrusion arbeitenden Verfahren werden jdie supraleitenden Seelen oft Temperaturen ausgesetzt, die den

{supraleitenden Eigenschaften abträglich sind. i

Mit Hilfe der bekannten Herstellungsverfahren können praktisch keine supraleitenden Bänder mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis von gleich oder über 20 erzielt werden. Demgegenüber erfordert gerade die Herstellung von großen Magneten, die beispiels-

- 3

209829/0604 ^₀ omaiNM.

weise aus mehreren aneinandergereihten Spulen wie z.B. die der Blasenkammern gebildet werden, sehr breite und zugleich dünne Supraleiter.

In der Zielsetzung der Erfindung liegt demnach die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von im Verbund liegenden, hohlen bzw. vollen Supraleitern, mit dessen Hilfe einmal die genannten Nachteile vermieden und zum anderen insbesondere Supraleiter in Verbundtechnik und großer Länge, hohl oder voll, hergestellt werden können, die eine ausgezeichnete thermische und elektrische Stabilisierung, eine schwache Anisotropie und praktisch keine Störströme aufweisen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von stabilisierten Verbund-Supraleitern umfaßt folgende Schritte: !durch wendeiförmiges Einrollen, Flechten bzw. Umspinnen, Bildung eines rohrförmigen Netzes aus feinen, stabilisierten supraleitenden Elementen um einen Kern, der aus dehnbarem Material besteht und gute Wärme- und Elektrizitäts-Leitereigenschaften gleich denen der Ummantelung dieser supraleitenden Elemente besitzt, weiterhin ,auf diesen nicht erhitzten und mit dem Netz der supraleitenden Elemente umgebenen Kern eine Aufwalzung einer vorher erhitzten Schicht, die aus mehreren Bändern bzw. Streifen aus dem gleichen Material wie dem des Kerns besteht und schließlich gegebenenfalls eine mechanische Kaltwalz- oder -Streckbehandlung dieser Einheit ,mit dem Ziel, dieser die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu verleihen bzw. ein Ausblasen dieser Einheit, um in den Fällen einen hohlen Supraleiter entstehen zu lassen, in denen sein Kern durch ein abgeplattetes Rohr gebildet wird, dessen Hohlraum mit !einem Zusatz .versehen wurde, der ein Zusammenkleben der inneren ;Wandungen verhindert.

I' Das erfindungsgemäß durchgeführte Verfahren bezweckt

'darüber hinaus eine Herstellung von Supraleitern, die im wesentlichen aus einem rohrförmigen Netz von stabilisierten Verbund-Supraleitern bzw. -elementen eines geringen Durchmessers bestehen, das

209829/0604

durch wendeiförmiges Einrollen bzw. Flechten gebildet und innen

wie außen von einem stabilisierenden Mantel umgeben wird.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten und Bandform besitzenden Supraleiter können ohne weiteres bei , einem Verhältnis Breite/Dicke von gleich oder über 20 dimensioniert werden.

Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Ver- ·

fahrens werden nachstehend im Zusammenhang mit den beigefügten j Zeichnungen einige Ausfuhrungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen: ;

- Figur 1 - eine schematische Perspektivdarstellung eines entspre-1

chend der Erfindung hergestellten Supraleiter-Abschnitts und zwar vor dem Arbeitsgang der Aufwalzung der Schicht von supraleitenden, stabilisierten, feinen und gefloch-jtenen Elementen auf den Kern;

- Figur 2 - eine schematische Perspektivdarstellung eines entsprechend der Erfindung hergestellten Supraleiter-Abschnitts wobei der Kern mit einem Netz aus supraleitenden, stabilisierten und wendelförmig aufgerollten Elementen be-*- deckt ist;

- Figur 3 - eine schematische Peispektivdarstellung eines supraleitenden Abschnitts entsprechend Figur 1 und zwar nach der Aufwalzung der Schicht auf den Kern, der mit einemj Netz aus supraleitenden, stabilisierten, feinen und j geflochtenen Elementen bedeckt ist;

- Figur M· - eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Kernabschnitts eines hohlen Supraleiters, wobei der Kern durch ein abgeplattetes Rohr gebildet ist, dessen Hohlraum mit einem Zusatz versehen wurde, der ein Zusammenkleben der inneren Wandungen verhindert, und dieser Kern von einem Netz aus supraleitenden, stabilisierten, feinen und geflochtenen Elementen umgeben ist;

209829/0604

^— O ~

- Figur 5 - schließlich eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß hergestellten, hohlen Supraleiter-Abschnitt^.

Ein in Verbundtechnik hergestellter, stabilisierter und versetzter, erfindungsgemäßer Supraleiter 1 ist als Beispiel in Form eines Bandes bzw. Streifens in Figur 3 dargestellt. Die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Supraleiter können einen quadratischen, rechteckigen, rautenförmigen, polygonalen Querschnitt besitzen, können rund oder in jeder anderen gewünschten geometrischen Form ausgeführt sein. Diese Supraleiter besitzen unabhängig von ihrer jeweiligen Form wie der in Figur 3 gezeigte Supraleiter 1 ein rohrförmiges Netz 2, das aus supraleitenden, stabilisierten, feinen und geflochtenen Elementen 3 (Figur 3) bzw. wendelförmig aufgerollten (Figuren 2 und 5) besteht. Dieses rohrförmige Netz 2 aus supraleitenden Elementen ist mit einer stabilisierenden Masse H vergossen, die dieses Netz inneji und außen mit einer verhältnismäßig dicken Materialstärke umgibt. Durch diese mitbestimmende Stärke der stabilisierenden Masse, die das Netz 2 aus supraleitenden Elementen innen und außen umgibt, ergibt sich erfindungsgemäß eine bessere Stabilisierung dieser supraleitenden Elemente. Das wendeiförmige Einrollen_s das Flechten bzw. Umspinnen der supraleitenden Elemente 3 bei der Bildung des rohrförmigen Netzes 2 bewirkt eine Versetzung dieser supraleitenden Elemente 3 gegenüber der Achse des Supraleiters 1. Diese Versetzung hat zur Folge, daß die supraleitenden Elemente 3 eine Neigung ihrer Achse gegenüber der des Supraleiters erfahren. Durch ■ diese Versetzung wiederum kommt es nur sehr selten während des Betriebes zum Auftreten von Störströmen im Supraleiter 1.

In einem dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechen·

,den Herstellungsbeispiel sind in einem Supraleiter 1 ^704- stabilisierte, Eindraht-Supraleiter-Elemente 3 vorhanden, die jeweils [eine supraleitende Seele eines Durchmessers von 50 μ und eine Kupferummantelung einer Stärke von etwa 10 η besitzen₉ wobei diese um einen Kupferkern 5 einer Breite von 40 mm und einer Stärke von 1 mm gewickelt sind.

209829/0604

Dieser Wickel- bzw. Flechtvorgang wird von einem Wickelautomaten ausgeführt, in dem die "+704 supraleitenden Elemente 3 auf 24 Litzen von je 196 Fäden verteilt sind. Ein Mantel, der aus vier Kupferstreifen, d.h. einem oberen 6 und einem unteren Streifen 7 der Abmessungen 60 χ 1,5 mm sowie zwei seitlichen Streifen 8,9 der Ab-^; messungen 8 χ 1,7 mm gebildet wird, kann anschließend auf den Kup-| • ferkern 5 gepreßt werden, der vorher von dem rohrförmigen Netz 2 J aus geflochtenen, supraleitenden Elementen 3 umgeben wurde. Hierzu: werden die vier Streifen 6, 7, 8 und 9 entfettet, gebürstet und ^: auf eine Temperatur zwischen 400⁰C und 800⁰C gebracht. Für eine Warmaufpressung werden vorzugsweise nur die beiden Streifen 6 und 7 auf eine Temperatur von 600⁰C gebracht. Das rohrförmige Netz 2 und der Kern 5 werden nicht vorher erwärmt, was dazu beiträgt, die supraleitenden Eigenschaften der Elemente 3 beibehalten zu können.

Die Streifen 6, 7, 8 und 9 sowie der entsprechend ' ' mit dem rohrförmigen Netz 2 umgebene Kern 5 werden gemäß der Dar- ι Stellung in Figur 1 verbunden und mit einer Vorschubgeschwhdigkeiti von beispielsweise 5 Meter pro Minute in eine nichtdargestellte Walze eingebracht. Durch den Walzvorgang entsteht eine metallurgische Verbindung der Streifen 6,7,8 und 9 mit den Mantelflächen der supraleitenden Elemente 3 und dem Kern 5, wodurch eine stabilisier-;-J te Masse 4 (Figur 3) entsteht. Am Ausgang der Walze besitzt der endgültige Supraleiter 1 die Form eines Bandes von 60 mm Breite ,und 3 mm Stärke. Das Breiten/Stärken-Verhältnis ist somit gleich :20. Handelt es sich beispielsweise bei dem supraleitenden Material |um eine Legierung NbTi, so liegt die im Supraleiter 1 gemessene kritische Stärke in der Größenordnung von 6000 A bei 5 Tesla. Das !aus der Walze austretende Band kann zur Erreichung der gewünschten mechanischen Eigenschaften des endgültigen Supraleiters 1 entweder kaltgereckt oder einem weiteren Kaltwalzdurchgang unterzogen werden. Bei den verwendeten, stabilisierten supraleitenden Elementen 3 kann es sich entweder um Eindraht- oder um Mehrdraht-Elemente handeln, d.h., daß diese entweder nur eine oder mehrere supraleitende Seelen besitzen. Diese stabilisierten supraleitenden Elemente können entweder vorher zu Litzen oder- zu Litzengliedern grup-

209829/0604

piert werden, bevor der Flecht- bzw. wendeiförmige Aufwickelvorgang beginnt. In Figur 2 wird ein rohrförmiges Netz 2 dargestellt, das aus einer einzigen Schicht von supraleitenden Elementen be- | steht, die wendelförmig auf einen Kern 5 aufgewickelt sind.

Gemäß der Erfindung kann das rohrförmige Netz auch

aus mehreren Schichten von supraleitenden Elementen gebildet sein,! die wendelförmig in gegenläufiger Richtung auf einen Kern 5 aufgewickelt sind.

Bei einer erfindungsgemäßen Herstellungsform eines hohlen Supraleiters 10 ist ein rohrförmiges Netz 2 aus stabilisierten, supraleitenden Elementen 3 der Art der in Figur 1 bzw. 2 dargestellten um einen Kern 11 herum angeordnet, der durch ein ab-; geplattetes Rohr gebildet wird, dessen Hohlraum mit einem Zusatz 12 versehen wurde, der ein Zusammenkleben der inneren Wandungen verbindert. Streifen von der Art der Streifen 6,7,8 und 9 der Fig. i sind auf den Kern 11 in der bereits vorher beschriebenen Form aufgewalzt. Das zu Beendigung des Walzvorgangs vorliegende Band wird zuerst abgekühlt und hernach ausgeblasen, um somit einen hohlen Supraleiter 10 in der Art des in Figur 5 dargestellten'zu erhalten. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Material der Streifen 6,7, 8 und 9 sowie dem des Kerns 5 bzw« 11 vorzugsweise um das gleiche, das auch für die Ummantelung der stabilisierten, supraleitenden Elemente 3 verwendet wird. Im allgemeinen erstreckt sich die Auswahl auf dehnbare Werkstoffe, die darüber hinaus gute Wärme und Elektrozitäts-Leiter wie z.B. Kupfer, Aluminium, Messing, Bron

ze, Nickel, Silber, rostfreier Stahl usw. sind. i

Die Seelen der stabilisierten supraleitenden Elemente 3 werden durch Legierungen oder bekannte, supraleitende Einschluß-Verbindungen der ersten oder zweiten Gattung gebildet, die die gewünschten supraleitenden Eigenschaften bieten.

Das beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Supraleitern ermöglicht die Herstellung von in Verbundtechnik aufgebauten, stabilisierten und versetzten Supra-

209829/060A

!leitern mit einem großen Breiten/Stärken-Verhältnis, einer fortlaufenden Länge von der Größenordnung eines Kilometers, einer hohen Funktionsstabxlxtät, einer geringen Anisotropie bei sehr geringen ¹StOrströmen, d.h. Supraleiter, die den Anforderungen zahlreicher ^industrieller Anwendungen entsprechen.

209829/06Ot

Claims

P a te ntansprüche

( 1. Verfahren zur Herstellung von im Verbund gefertigten, stabilisierten und versetzten Supraleitern, dadurch gekennzeichnet,'

j daß dieses folgende Schritte umfaßt:

: - durch wendeiförmiges Einrollen, Flechten bzw. Umspinnen, Bildung eines rohrförmigen Netzes (2) aus feinen, stabilisierten supraleitenden Elementen (3) um einen Kern (5 bzw. 11), der aus dehnbarem Material besteht und gute Wärme- und Elektrizität Leitereigenschaften gleich denen der Ummantelung dieser supraleitenden Elemente besitzt, weiterhin auf diesen nicht erhitzten und mit dem Netz der supraleitenden Elemente umgebenen Kern - eine Aufwalzung einer vorher erhitzten Schicht <6₉ 7, 8, 9), deren Temperatur zwischen 400⁰C und 800⁰C liegen kann.

. Verfahren zur Herstellung von Supraleitern nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Netz (2) aus einer Verflechtung von stabilisierten, feinen und vorher zu Litzen zusammengefaßten supraleitenden Elementen (3) besteht.

. Verfahren zur Herstellung von Supraleitern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Netz (2) aus einer oder mehreren Schichten von stabilisierten, feinen Supraleitern (3) besteht, die wendelförmig aufgewickelt und in gegenläufiger Richtung in benachbarten Schichten angeordnet sind·

209829/0604

ORiGfNAL INSPECTED

. ff. Verfahren zur Herstellung von Supraleitern nach einem der An-

j Sprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrför-

mige Netz (2) aus stabilisierten, feinen Eindraht-Supraleitelementen gebildet ist.

{>. Verfahren zur Herstellung von Supraleitern nach einem der Anj Sprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrför- |- mige Netz (2) aus stabilisierten, feinen Mehrdraht-Supraleitelementen gebildet ist.

6. Verfahren zur Herstellung von Supraleitern.nach Anspruch 1, ; dadurch-gekennzeichnet, daß dieses folgende Schritte umfaßt:

- durch wendeiförmiges Einrollen, Flechten bzw. Umspinnen,

Bildung eines rohrförmigen Netzes (2) aus supraleitenden EIementen (3) mit einer stabilisierenden Kupferummantelung um einen Kern (5), der durch einen Kupferstreifen gebildet wird,und am Umfang dieser nicht erhitzten Einheit aus Kern (5) und rohrförmigen Netz (2) eine

- Aufwalzung einer Schicht, die aus dem oberen und unteren Kupferstreifen (6,7) sowie den beiden seitlichen Kupferstreifen (8,9) besteht, wobei der obere und der untere Streifen (6,7) vorher auf eine Temperatur von 600⁰C gebracht wurden.

Verfahren zur Herstellung von Supraleitern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses folgende Schritte umfaßt:

- durch wendeiförmiges Einrollen, Flechten bzw. Umspinnen, Bildung eines rohrförmigen Netzes (2) aus stabilisierten supraleitenden Elementen (3) um einen Kern (11), der durch ein abgeplattetes Rohr aus einem Werkstoff guter Wärme- und Elektrizitäts-Leitereigenschaften der Art der Ummantelungen der supralei-jtenden Elemente gebildet wird, dessen Hohlraum mit einem Zusatz (12) versehen wurde, der ein Zusammenkleben der inneren Wandungen verhindert, und am Umfang dieser nicht erhitzten Einheit aus Kern (11) und rohrförmigen Netz (2) eine

- Aufwalzung einer Schicht, die aus den Streifen des gleichen Materials wie dem des Kerne (11) besteht, wobei diese Streifen vorher auf eine Temperatur zwischen i+00°C und 800⁰C gebracht

209829/0604 original inspected

wurden und

- eine Füllung durch Einspritzen einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in den Hohlraum des abgeplatteten und den Kern (11) bildenden Rohres, wodurch der Supraleiter ,zu einem hohlen Supra leiter (10) ausgebildet wird.

Stabilisierte, versetzte Supraleiter in Verbundbauweise, dadurc gekennzeichnet, daß diese aufgrund des mit vorgenannten Ansprüchen beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden.

2a9829/0604