DE2736157C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen supraleitenden Verbundleiter aus mehreren Strängen mit einer aus wenigstens
zwei Elementen bestehenden supraleitenden interme-
)r> tallischen Verbindung und wenigstens einem Strang aus
gut thermisch und elektrisch leitendem, bei der Betriebstemperatur des supraleitenden Verbundleiters
elektrisch normalleitendem Stabilisierungsmetall, wobei die Stränge mit der supraleitenden Verbindung je
■*o wenigstens einen wenigstens an seiner Oberfläche eine
Schicht aus der Verbindung aufweisenden Kern aus wenigstens einem höherschmelzenden Element der
Verbindung eingebettet in eine Legierung aus wenigstens einem niedrigerschmelzenden Element der Ver-
♦'> bindung und einem Trägermetall enthalten.
Derartige supraleitende Verbundleiter sind in Form von Seilen, Litzen oder Flachseilen aus der DE-AS
23 45 779, insbesondere Spalte 6, Zeile 16 bis Spalte 8, Zeile 51 und der DE-OS 26 54 924, insbesondere
■"■" Seite 30, Abs. 1 und Seite 64, letzter Absatz bis Seite 67.
Abs. 2 bekannt.
Ausgehend von einem Vorprodukt, das aus einer Legierung aus einem Trägermetall und wenigstens
einem niedrigerschmelzenden Element der supraleiten-
''5 den Verbindung und einem oder mehreren in die
Legierung eingelagerten Kernen aus wenigstens einem höherschmelzenden Element der Verbindung besteht,
wird die intermetallische supraleitende Verbindung bei derartigen Leitern durch eine Wärmebehandlung
Ml gebildet, bei der das niedrigerschmelzende Element der
Verbindung in den Kern aus dem höherschmelzenden Element eindiffundiert und mit dem Kernmaterial unter
Bildung der Verbindung reagiert. |e nach der Zusammensetzung der Legierung, den Abmessungen des
·■'■· Vorproduktes und der Dauer der Wärmebehandlung
kann dabei eine Oberflächenschicht des Kernes oder auch der gesamte Kern in die supraleitende Verbindung
umgewandelt werden.
In der Praxis werden derzeit insbesondere die intermetallischen supraleitenden Verbindungen Nb3Sn
und VqGa verwendet, die beide A15-Kristallstruktur
besitzen. Beide Verbindungen haben sehr gute Supraleitungseigenschaften
und zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Sprungtemperatur, ein hohes kritisches
Magnetfeld und eine hohe kritische Stromdichte aus. Zur Herstellung von Supraleitern mit diesen Verbindungen
geht man in der Regel von einem Vorprodukt aus einer Matrix aus einer Kupfer-Zinn- bzw. Kupfer-Gallium-Legierung
aus, in die eine Vielzahl von Niob- bzw. Vanadinkernen eingelagert sind. Dieses Vorprodukt
wird zunächst querschnittsverringernd bearbeitet, wobei die Kerne zu dünnen Fäden ausgezogen werden.
Anschließend erfolgt die Wärmebehandlung zur BiI-dung der Verbindung. Außer den beiden genannten
Verbindungen sind aber auch noch andere zwei- oder mehrkomponentige Verbindungen mit der gleichen
Kristallstruktur, wie z.B. Nb3Ga, Nb3Ai, V3Ga, V3Si
oder Nb3(AIo^GeOi), sowie intermetallische supraleitende
Verbindungen, mit anderen Kristallstrukturen von Interesse.
Gewisse Schwierigkeiten treten bei Supraleitern mit supraleitenden intermetallischen Verbindungen dadurch
auf, daß die supraleitenden Verbindungen verhältnismäßig spröde sind. Die Biegsamkeit der
fertigen Leiter ist daher in der Regel geringer als beispielsweise die von vergleichbaren Leitern, die
Kerne aus supraleitenden Legierungen, beispielsweise Niob-Titan, enthalten. Man ist daher bestrebt, die
Schichten aus den supraleitenden Verbindungen an der Oberfläche der Kerne und auch die Kerne selbst
möglichst dünn auszubilden. Da hierzu starke Querschniitsverringerungen
der Vorprodukte erforderlich sind, besitzen die Leiterstränge, welche die Kerne enthalten, in der Regel auch selbst einen verhältnismäßig
geringen Querschnitt. Dies hat den Vorteil, daß die Kerne innerhalb eines Leiterstranges beim Biegen des
Leiters, etwa beim Wickeln zu einer Spule, relativ nahe an der neutral ;n Faser liegen, so daß sich die in den
Verbindungsschichten auftretenden mechanischen Zug- und Druckspannungen auch noch bei verhältnismäßig
kleinen Biegeradien in Grenzen halten lassen. Wenn hohe Stromstärken erzielt werden sollen, müssen dann
allerdings eine Reihe von dünnen Einzelsträngen zu einem Leiter größeren Querschnitts iusammengefaßt
werden, von dessen neutraler Faser die supraleitenden Schichten der einzelnen Leiterstränge wieder weiter
entfernt liegen.
Ein weiteres Problem Hellt bei Supraleitern mit intermetallischen Verbindungen die elektrische Stabilisierung
der Supraleiter dar, zu der bekanntlich gut thermisch und elektrisch leitendes, bei der Betriebstemperatur
des Supraleiters elektrisch normalleitendes Metall erforderlich ist. Im Gegensatz zu Supraleitern,
bei denen beispielsweise dünne fadenförmige Kerne aus Niob-Titan in eine Kupfermatrix eingelagert sind, läßt
sich das die Kerne umgebende Legierungsmaterial nur schlecht zur Stabilisierung ausnutzen. Da das Legierungsmaterial
auch nach der Bildung der supraleitenden Verbindung noch Reste des niedrigerschmeizenden
Elementes bzw. mehrere solcher Elemente der Verbindung enthält, besitzt es nämlich bei der Betriebstemperatur
des Supraleiters, die unterhalb der kritischen Temperatur des jeweiligen Supraleitermaterials, d. h. in
der Regel zwischen etwa 1 und 20 K, liegt, einen wesentlichen höheren elegischen Widerstand als etwa
reines Kupfer. Um eine bessere Stabilisierung zu
erreichen sind bei den eingangs erwähnten, aus der DE-AS 23 45 779 und der DE-OS 26 54 924 bekannten
supraleitenden Verbundleitern zusätzlich zu den Strängen mit der· supraleitenden Verbindung Stränge aus
Stabilisierungsmetall, beispielsweise Kupfer, vorgesehen. Um auch nach der Wärmebehandlung zur Bildung
der supraleitenden Verbindung noch eine möglichst große Flexibilität des Leiters zu erzielen, ist jedoch bei
diesen bekannten Leitern zwischen den einzelnen Strängen ein Trennmittel angeordnet, welches ein
Aneinanderhaften benachbarter Stränge, insbesondere infolge einer Diffusion während der Wärmebehandlung,
verhindert. Folglich entsteht zwischen den Strängen mit der supraleitenden Verbindung und den Strängen aus
dem Stabilisierungsmetall kein enger elektrischer und thermischer Kontakt, was sich wiederum sehr ungünstig
auf die Stabilisierungswirkung der Stränge aus dem Stabilisierungsmetall auswirken kann. Bei den bekannten
Verbund leitern ist daher zur weiteren Verbesserung der Stabilisierung die Möglichkeit vorgesehen, innerhalb
der einzelnen Stränge mit dei supraleitenden Verbindung zusätzliche Bereiche aus Stabilisierungsmetall
anzuordnen, die sich entlang des jeweiligen Stranges erstrecken und von einer diffusionshemmenden Schicht,
beispielsweise aus Niob, Vanadin oder Tantal, umschlossen sind. Diese diffusionshemmende Schicht dient dazu,
um während der Wärmebehandlung ein Eindiffundieren des niedrigerschmelzenden Elementes der Verbindung
in das Stabilisierungsmetall und damic eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Stabilisierungsmetalls
zu verhindern (vgl. z. B. DE-AS 23 45 779, Spalte 8,
Zeile 55 bis Spalte 10, Zeile 40 und DE-OS 26 54 924, Seite 28, Absatz 3 bis Seite 29, letzte Zeile).
Derartige Siabilisierungsbereiche innerhalb der
Leiterstränge haben jedoch einmal den Nachteil, daß sie den Strangquerschnitt vergrößern, wodurch zumindest
bei zentral angeordnetem Stabilisierungsbereich der Abstand der Kerne und damit auch der Abstand der
Schichten aus der intermetallischen supraleitenden Verbindung von der neutralen Faser des Leiterstranges
vergrößert wird. Zum anderen ist auch die Herstellung derartiger Leiterstränge infolge der unterschiedlichen
Materialeigenschaften von Kernen, Legierungsmantel, Diffusionshemmer und Stabilisierungsmetall mit großen
Problemen verbunden. Insbesondere kennen in der diffusionshemmenden Schicht leicht Risse auftreten,
durch welche das niedrigerschmelzende Element der Verbindung in das Stabilisierurigsmetall eindringen
kann. In einem solchen Fall wird dann der ganze Leiterstrang einschließlich des Supraleitermaterials
unbrauchbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrische Stabilisierung der eingangs erwähnten Verbundleiter zu
verbessern, wobei möglichst Bereiche aus Stabilisierungsmetall innerhalb der einzelnen Stränge mit dsr
supraleitenden intermetallischen Verbindung vermieden werden sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strang aus iem Stabilisierungsmetall, mit den
benachbarten die supraleitende Verbindung enthaltenden Strängen durch Diffusion wenigstens eines niedrigerschmelzenden
Elementes der Verbindung verbunden ist und wenigstens einen durch eine diffusionshemmende
Schicht umschlossenen, sich entlang des Stranges erstreckenden Bereich enthält
Im Gegensatz zu den bekannten Verbundleitern, bei denen eine Verbindung durch Diffusion zwischen den
einzelnen Strängen ausdrücklich vermieden werden soll,
wird also beim erfindungsgemäßen Leiter eine solche zu einem engen thermischen und elektrischen Kontakt
führende Verbindung zwischen den Strängen mit der supraleitenden Verbindung und den Strängen mit dem
Stabilisierungsmetall mit Absicht herbeigeführt. Es hat sich nämlich wider Erwarten gezeigt, daß die Biegsamkeit des Verbundleiters trot/ der Diffusionsverbindung
zwischen den Strängen völlig für die üblichen Anwendungen des Verbundleiters, beispielsweise für
das Wickeln von Supraleitungsmagnetspulen, ausreicht. Im übrigen besteht auch die Möglichkeit, die Diffusionsverbindung
zwischen den Leitersirängen erst nach der endgültigen Formgebung des Leiters, beispielsweise
nach dem Wickeln des Leiters zu einer Spule, herzustellen. Um die Bildung der supraleitenden
Verbindung nicht etwa durch Zusätze eines fremden Elementes zu stören, werden zur Herstellung der
Diffusionsverbindung zwischen rlrn Strängen pin
niedrigerschmelzendcs Element der Verbindung b/w. mehrere solcher Elemente verwendet. Das niedrigerschmelzende
Element kann dabei nur in eine Oberflächenschicht des Stranges aus Shibilisicrungsmutiill
eindiffundicren, während dessen innerer Bereich durch die diffusionshemmende Schicht vor einer Diffusion
geschützt wird und folglich seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit behält. Im Normalfall wird man
nur einen solchen Bereich in einem Strang aus Stabilisierungsmetall vorsehen; in Sonderfällen können
die Stränge aber auch mehrere derartige Bereiche enthalten. Da die Stränge mit der supraleitenden
Verbindung und die Stränge aus dem .Stabilisierungsmetall
bis zu ihrer Zusammenfassung zu einem Leiter in getrennten Bearbeitungsgängen hergestellt werden
können, sind die technischen Schwierigkeiten bei der
Leiterherstellung erheblich reduziert.
Besonders günstig für eine gute Stabilisierungswirkung ist es. wenn jeder Strang mit der supraleitenden
Verbindung mit wenigstens oinem Strang aus Stabilisie
rungsmetall verbunden ist.
Insbesondere bei größeren Leiterquerschnitten bzw. beim Aufbau des Verbundleiters aus zahlreichen
Leitersträngen ist es weiter vorteilhaft, den Verbundleiter
als Flachseil auszubilden. In einem solchen Flachseil liegen nämlich in einer Biegerichtung die einzelnen
Kerne wesentlich näher an der neutralen Faser des Leiters als bei einem Rundseil entsprechenden Querschnitts.
Weiterhin kann man den Verbundleiter vorteilhaft derart ausbilden, daß die Stränge mit der supraleitenden
Verbindung und die Stränge aus Stabilisierungsmetall
den gleichen Querschnitt haben. Man kann dann ohne Schwierigkeiten die Stränge beider Arten innerhalb des
Leiters mischen.
Vorzugsweise wird man als Stränge mit der supraleitenden Verbindung solche Stränge verwenden,
die eine Vielzahl von in eine Matrix aus der Legierung eingelagerten fadenförmigen Kernen mit einer Schicht
aus der supraleitenden Verbindung wenigstens an deren Oberflächen aufweisen.
Besonders günstig als supraleitende Verbindung sind beim erfindung-sgemäßen Verbundleiter die Verbindungen Nb:jSn und VsGa. Dabei ist das höherschmelzende
Element der supraleitenden Verbindung eines der Metalle Niob und Vanadin und das niedrigerschmelzende Element eines der Elemente Zinn und Gallium.
Als Trägermaterialien für die Legierung, die die
Kerne enthält, eignen sich prinzipiell alle Metalle, die
mit den niedrigerschmelzenden Elementen der Verbindung eine verformbare Legierung bilden und die
Bildung der Verbindung während der Wärmebehandlung nicht nachteilig beeinflussen, beispielsweise Kupfer, Silber, Nickel oder Legierungen dieser Metalle Auch für das Stabilisierungsmetall sind prinzipiell alle bei der Betriebstemperatur des Supraleiters normalleitenden gut thermisch und elektrisch leitenden Metalle
geeignet, welche die Bildung der supraleitenden Verbindung nicht stören. Besonders günstig ist Kupfer sowohl als Trägermetall der Legierung als auch als Stabilisicrungsmctall.
Für die diffusionshcmmcndcn Schichten innerhalb der
Stränge aus Stabilisicrungsmctall eignen sich besonders die Metalle Tantal. Niob oder Vanadin, die insbesondere
eine Diffusion von Zinn und Gallium verhindern. Wenn
dabei d!; r;«fahr besteht, daß während einer Wärmebehandlung
so viel Zinn oder Gallium in die Stabilisiemngclpjtpr rinfliffiinrliprl Hilft sirh an Her Oberfläche
der diffusionshemmendcn Schichten aus Niob oder Vanadin selbst wieder intermetallische supraleitende
Verbindungen bilden, so kann man. wie dies aus der DE-OS 25 43 613. insbesondere Seite 7. Abs. 2 bi<
Seite 10, Abs. I bekannt ist. zusätzliche diffusionshemmende
Schichten vorsehen, um die Bildung einer geschlossenen, den verbleibenden Bereich aus Stabili
sicrungsitietall allseitig umschließenden Schicht aus der supraiciteriden Verbindung zu verhindern. Eine solche
das Stabilisierungsmetall allseitig umschließende supra leitende Schicht kann nämlich wegen ihrer Abschirni
wirkung die Stabilisierungswirkung ungünstig beeinfluv sen.
Zur mechanischen Verstärkung des Verbundleiters insbesondere zur Aufnahme von Zugkräften, kann mar
ferner innerhalb des Leiters einen oder mehrere Stränge aus einem Verstärkungsmaterial, beispielsweise
Edelstahl, vorsehen. In der Regel sollten diese Stränge eine höhere Zugfestigkeit besitzen als die übriger
Stränge des Verbundleiters.
Den erfindungsgemäßen Verbundleiter kann mar vorteilhaft derart herstellen, daß mehrere Stränge, die
wenigstens einen Kern aus wenigstens einem höher schmelzenden Element der supraleitenden Verbindung
eingebettet in eine Legierung aus einem Trägermetal und wenigstens einem niedrigerschmelzenden Elemem
der Verbindung enthalten, und wenigstens einen Strang der wenigstens einen von einer diffusionshemmender
Schicht umschlossenen, sich entlang des Strange« erstreckenden Bereich enthält, zu einem Leiter zusammengefügt
werden, wobei wenigstens eine Art vor Strängen mit einer Schicht wenigstens eines niedrer
schmelzenden Elementes der Verbindung überzogen ist und daß der Leiter zum Verbinden der Stränge durcr
Diffusion und zur Herstellung der supraleitender intermetallischen Verbindung wärmebehandelt wird
Die auf die Stränge mit den Elementen der supraleiter den Verbindung oder auf die Stränge aus Stabilisie
rungsmetall oder auf beide aufzubringende Schicht wenigstens eines niedrigerschmelzenden Elementes dei
Verbindung gewährleistet eine gute Diffusionsverbin dung zwischen den Leitern und vermeidet, da£
niedrigerschmelzende Elemente der Verbindung au: den Strängen mit den Kernen aus den höherschmelzenden Elementen der Verbindung, wo sie in erster Linie
zur Bildung der supraleitenden Verbindung gebrachi werden, in die Stränge aus dem Stabiüsierungsmeial
diffundieren.
Man kann ferner vorteilhaft zum Verbinden dei Stränge durch Diffusion eine erste Wärmebehandlung
bei einer Temperatur unterhalb der Bildungstemperatur der supraleitenden Verbindung und zur Herstellung der
supraleitenden Verbindung eine /.weile Wärmebehandlung oberhalb dieser Temperatur vornehmen. Die erste
Wärmebehandlung kann man dabei insbesondere mit s einer Warmverformung der Strange zur Kalibrierung
des Leiters verbinden. Zwei Wärmebehandlungen sind insbesondere dann günstig, wenn die zweite Wärmebehandlung zur Herstellung der supraleitenden Verbindung erst .lach der endgültigen Formgebung des Leiters vorgenommen wird, beispielsweise wenn der Leiter bereits zu einer Spule gewickelt ist. Durch die erste
Wärmebehandlung haften dann die Leiterstriinge bereits fest aneinander und können sich beim Wickeln
der Spule nicht voneinander wegbiegen.
Anhand einiger figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
Fig. I bis 3 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen eines Verbundleiters gemäß der
F.rfindiinc im Oupriirhniti
Bei dem in Fig. I dargestellten Leiter sind acht Leiterstränge 1. die in einer aus einem Trägermetall und
dem niedrigerschmelzenden Element einer intermetallischen supraleitenden Verbindung bestehenden Legierungsmatrix
2 eine Vielzahl von fadenförmigen Kernen 3 aus dem höherschmelzenden Element der Verbindung
enthalten, mit vier Strängen 4 aus Stabilisierungsmetall derart zu einem Flachleiter verseilt, daß jeder Strang 1
mit einem Strang 4 in Berührung steht. Jeder Strang 4 enthält einen sich entlang des Stranges erstreckenden Jo
inneren Bereich 5, der von einer diffusionshemmenden
Schichl 5 umschlossen ist. Diese ist nochmals von einer Außenschicht 7 aus Stabilisierungsmetall umgeben.
Die Leiterstränge 1 kann man bekanntlich beispielsweise dadurch herstellen, daß man von einer Kupfer-Zinn-Hülle
umgebene Niobstäbe bündelt und die so gewonnene Anordnung zunächst zur Herstellung eines
engen metallurgischen Bondes zwischen den einzelnen Teilen warmverformt und anschließend in einer Reihe
von Kaltverformungsschritten. die von Zwischenglühungen zur Erholung des Gefüges der Legierungsmatrix
unterbrochen sein können, zu einem dünnen Draht zieht. Gegen Ende der Verformung kann dieser Draht
noch um seine Achse verdrillt werden, so daß die fadenförmigen Kerne 3 auf Schraubenbahnen um die <5
Achse des Drahtes verlaufen. Derart verdrillte Stränge haben den Vorteil, daß die fadenförmigen Kerne 3
innerhalb des verseilten Verbundleiters vollständig transponiert sind. d. h. entlang des Verbundleiters
nacheinander jede mögliche Lage einnehmen. so
Die Stränge 4 kann man in ähnlicher Weise herstellen, indem man beispielsweise von einem Vorprodukt
ausgeht, das aus einem mit einer Tantalhülle umgebenen Kupferstab besteht, der in ein Kupferrohr eingeschoben
ist.
Zur weiteren Herstellung des Leiters nach F i g. I kann man beispielsweise die Stränge 4 verzinnen und sie
anschließend mit den zweckmäßigerweise mit einem Flußmittel versehenen Strängen 1 zu einem Flachseil
verseilen. Das Flachseil kann dann zur Kalibrierung warmgewalzt werden, beispielsweise bei einer Temperatur unterhalb von 6500C, bei der sich noch kein Nb3Sn
bildet Zweckmäßig beginnt man bei etwa 2000C, damit
das Zinn nicht wegläuft und heizt dann weiter auf. Bei dieser Warmbehandlung diffundiert Zinn von der
Oberfläche der Stränge 4 sowohl in die außerhalb der diffusionshemmenden Schicht 6 liegenden Randzone 7
der Stränge 4 als auch in die Legierungsmatrix 2 der Stränge I ein und stellt zwischen den Strängen 1 und 4
eine enge Diffusionsverbindung her. Bei einer zweiten Wärmebehandlung bei etwa 700°C werden dann die
NbjSn-Schichten an der Oberfläche der Niobkerne 3 gebildet. Ferner wird dabei die Diffusionsbindung
zwischen den Strängen 1 und 4 weiter verstärkt.
Bei einem Leiter gemäß Fig. I, bei dem der Durchmesser der einzelnen Stränge 0.4 mm betrug,
enthielten die Stränge 1 1615 Niobfilamente 3 mit einem Durchmesser von jeweils etwa 4,7 μηι in einer
Kupfer-Zinn-Matrix. Die Stränge 4 hatten einen Kupferkern 5 mit einem Durchmesser von etwa 240 [im.
eine diffusionshemmende Tantalschicht 6 mit einer Dicke von etwa 30 um und einem äußeren Kupfermantel
7 mit einer Dicke von etwa 50 um. Mit einem solchen
Verbundleiter dessen Gesamtquerschnitt etwa 0,74 χ 2,7 mm2 betrug wurde bei einer Temperatur von
4,2 K ohne äußeres Feld ein kritischer Strom von etwa 1200 A und bei einer äußeren magnetischen Induktion
von eiv/3 !0 Tesia ein kritischer Strom von etwa 590 A
erreicht. Diese Werte ν urden sowohl bei kurzen Drahtproben als auch mit einem zu einer Spule
gewickelten Leiter erreicht, bei dem die zweite Wärmebehandlung zur Bildung von NbiSn-Schichtcn
nach dem Wickeln der Spule erfolgte.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Leiter sind zwölf Stränge 21, die in einer Legierungsmatrix 22 eine
Vielzahl von Kernen 23 enthalten, um einen bandförmigen Strang 24 aus Stabilisierungsmetall verseilt, der
einen von einer diffusionshemmenden Schicht 25 umschlossenen Bereich 26 enthält. Der Strang 24 aus
Stabilisierungsmetall wird dabei von jedem der Stränge 21 berührt. Die Herstellung des Leiters kann im
einzelnen entsprechend dem zu F i g. 1 Gesagten erfolgen. Mit einem Leiter nach Fig.2. dessen Stränge
21 den Strängen 1 des Leiters von Fig. 1 entsprachen
und dessen Strang 24 aus Kupfer einen Querschnitt von etwa 0,3 χ 1,5 mm2 hatte und wiederum eine Tantalschicht
als Diffusionshemmer enthielt, wurde bei einer äußeren Induktion von lOTesla bei 4,2 K ein kritischer
Strom von 930 A erreicht. Für kleine Biegeradien ist der Leiteraufbau nach F i g. 2 allerdings weniger günstig als
der nach Fig. I, weil die Filamente 23 weiter von der
neutralen Faser des Leiters entfernt sind als die Filamente 3.
F i g. 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leiters, bei dem
abwechselnd aufeinanderfolgend Stränge 31 mit einer supraleitenden intermetallischen Verbindung und Stränge
32 aus Stabilisierungsmetall um einen bandförmigen Strang 33 aus einem Verstärkungsmaterial, beispielsweise
Edelstahl, verseilt sind. Auch mit diesem Strang 33 aus Yerstärkungsmaterial können die Stränge 31 und 32
gegebenenfalls durch eine Diffusionsverbindung oder durch Verlöten verbunden sein. Natürlich kann man
auch Stränge aus Verstärkungsmaterial verwenden, die den gleichen Durchmesser haben wie die übrigen
Stränge des Leiters, und sie beispielsweise zusammen mit den anderen Strängen in der in F i g. 1 dargestellten
Art verseilen.
Gegenüber den Beispielen kann man den erfindungsgemäßen Leiter und seine Herstellung noch vielfach
abwandeln. Beispielsweise kann man statt der einzelnen Stränge auch den fertigen, aber noch nicht wärmebehandelten Leiter mit einer Schicht eines oder mehrerer
der niedrigerschmelzenden Elemente der Verbindung versehen. Statt die Stränge aus dem Stabilisierungsmetall mit einer Schicht eines oder mehrerer niedriger-
schmelzender Elemente zu versehen, kann man auch die äußere, die diffusionshemmende Schicht umgebende
Hülle aus einer Legierung dieses Elementes bzw. dieser Elemente mit dem Stabilisierungsmetall herstellen. Bei
einem solchen Strang wären dann z. B. ein Kupferkern von einer Tantalrchicht und diese wiederum von einer
Kupfer-Zinn- oder Kupfer-Gallium- Hülle umgeben.
Ferner kann man die Stränge statt sie zu verseilen beispielsweise auch zu einer Litze flechten. Ferner
brauchen die in die Legierungsmatrix der Supraleiter stränge eingelagerten Kerne auch nicht aus einem
einzigen Metall zu bestehen, sondern können gegebenenfalls auch Zusätze enthalten, beispielsweise können
dem Niob oder dem Vanadin auch Titan oder Zirkon in Mengen bis zu etwa JO Gewichts-% beigemischt sein. In
der Legierungsmatrix können beispielsweise die Elemente Zinn und Gallium auch nebeneinander vorliegen.
Die Stränge mit der supraleitenden Verbindung
Ir " r>r>
r> , „J, r»#*#^V» -*«t
ίο
wegen der guten Stabilisierungswirkung der mit diesen Strängen verbundenen Stränge aus Stabilisierungsmetall nicht erforderlich sein. Ferner braucht man als
Ausgangskörper für die Stränge mit der supraleitenden
■j Verbindung auch nicht unbedingt eine Legierung aus
einem Trägermetall und wenigstens einem niedrigerschmelzenden Element der Verbindung zu verwenden,
in die wenigstens ein Kern aus wenigstens einem höherschmelzenden Element der Verbindung eingela gert ist. Man kann vielmehr auch von einem Strang aus
dem Trägermetall allein ausgehen, der einen oder
mehrere Kerne enthält, und die niedrigerschmelzenden Elemente erst während der Wärmebehandlung des aus
den Strängen aufgebauten Verbundleiters in das
η Trägermclall eindiffundieren. Dies kann man z.B.
dadurch erreichen, daß man einen Strang mit Niobker nen in einer Kupfertnatrix vor oder nach den- Verseilen
verzinnt und dann glüht. Ferner besteht die Möglichkeit.
OuS tinil
den Schichten umgebene Bereiche aus Stabilisierungsmetall enthalten. Im allgemeinen wird dies jedoch
Dampf- oder Gasphase zuzuführen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Supraleitender Verbundleiter aus mehreren Strängen mit einer aus wenigstens zwei Elementen
bestehenden supraleitenden intermetallischen Verbindung und wenigstens einem Strang aus gut
thermisch und elektrisch leitendem, bei der Betriebstemperatur des supraleitenden Verbundleiters elektrisch normalleitendem Stabilisierungsmetall, wobei
die Stränge mit der supraleitenden Verbindung je wenigstens einen wenigstens an seiner Oberfläche
eine Schicht aus der Verbindung aufweisenden Kern aus wenigstens einem höherschmelzenden Element
der Verbindung eingebettet in eine Legierung aus wenigstens einem niedrigerschmelzenden Element
der Verbindung und einem Trägermetall enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang
(4) aus dem Stabilisierungsmetall mit den benachbarten, die supraleitende Verbindung enthaltenden
Strängen (1) durch Diffusion wenigstens eines niedrigerschmeizenden Elementes der Verbindung
verbunden ist und wenigstens einen durch eine die Diffusion hemmende Schicht (6) umschlossenen, sich
entlang des Stranges erstreckenden Bereich (5) enthält.
2. Verbundleiter nach Ansp-uch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strang (1) mit der
supraleitenden Verbindung mit wenigstens einem Strang (4) aus Stabilisierungsmetall verbunden ist.
3. Verbundleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als Flachseil ausgebildet ist.
4. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (1) mit der
supraleitenden Verbindung und di^ Stränge (4) aus
Stabilisierungsmetall den gleichen Querschnitt haben.
5. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (1) mit der
supraleitenden Verbindung eine Vielzahl von in eine Matrix (2) aus der Legierung eingelagerten fadenförmigen Kernen (3) mit einer Schicht aus der
Verbindung wenigstens an deren Oberfläche aufweisen.
6. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das höherschmelzende
Element der supraleitenden Verbindung eines der Metalle Niob und Vanadin und das niedrigerschmelzende Element eines der Elemente Zinn und Gallium
ist.
7. Verbundleiter nach einem der Ansprüche I bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermetall der Legierung und das Stabilisierungsmetall Kupfer ist.
8. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusionshemmende Schicht (6) aus einem der Metalle Tantal, Niob
und Vanadin besteht.
9. Verbundleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens einen
zusätzlichen Strang (33) aus einem Verstärkungsmaterial enthält,
10. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden
Verbundleiters nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stränge (1),
die wenigstens einen Kern (3) aus wenigstens einem höherschmelzenden Element der supraleitenden
Verbindung eingebettet in eine Legierung (2) aus einem Trägermetall und wenigstens einem niedrigerschmelzenden Element der Verbindung enthal-
ten, und wenigstens ein Strang (4), der wenigstens einen von einer diffusionshemmenden Schicht (6)
umschlossenen, sich entlang des Stranges erstrekkenden Bereich (5) enthält, zu einem Leiter
zusammengefügt werden, wobei wenigstens eine Art von Strängen mit einer Schicht wenigstens eines
niedrigerschmelzenden Elementes der Verbindung überzogen ist, und daß der Leiter zum Verbinden der
Stränge durch Diffusion und zur Herstellung der supraleitenden intermetallischen Verbindung wärmebehandelt wird,
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Verbinden der Stränge durch Diffusion eine erste Wärmebehandlung bei
einer Temperatur unterhalb der Bildungstemperatur der supraleitenden Verbindung und zur Herstellung
der supraleitenden Verbindung eine zweite Wärmebehandlung oberhalb dieser Temperatur vorgenommen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Wärmebehandlung
mit einer Warmverformung zur Kalibrierung des Leiters verbunden ist
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Wärmebehandlung erst nach der endgültigen Formgebung des Leiters
vorgenommen wird.
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