DE2835974B2 - Method of manufacturing a composite multi-core superconductor - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß bei der zusammengesetzten Einheit eine Vielzahl von Stäben aus Niob oder Vanadin in der Matrix aus Kupfer eingebettet sind, und das Zinn oder Gallium in Form konzentrischer, ringförmiger Schichten vorliegt, die jeweils nicht mehr als 0,5 mm dick sind und jeweils durch konzentrische, ringförmige Schichten aus Kupfer umgeben sind, wobei die Zahl der Schichten aus Zinn oder Gallium und damit die Zahl der Kupferschichten durch die für die Reaktion mit dem vorhandenen Niob oder Vanadin zu A₃B erforderliche Gesamtmenge an Zinn oder Gallium bestimmt wird.characterized in that in the assembled unit a plurality of rods of niobium or vanadium are embedded in the matrix of copper, and the tin or gallium is in the form of concentric, annular layers, each not more than 0.5 mm thick and each are surrounded by concentric, ring-shaped layers of copper, the number of layers of tin or gallium and thus the number of copper layers being determined by the total amount of tin or gallium required _{for the reaction with the existing niobium or vanadium to form A 3 B.}

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die innere zusammengesetzte Einheit und die äußerste Kupferschicht eine Schicht aus einem Material eingefügt wird, das auch während der Hitzebehandlung für Zinn oder Gallium undurchlässig ist.2. The method according to claim 1, characterized in that between the inner composite Unit and the outermost copper layer is inserted a layer of a material that is also is impermeable to tin or gallium during heat treatment.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte Einheit auf einer Zwischengröße und -form bearbeitet und in Stücke geschnitten wird, und eine Anzahl dieser Stücke in einen Kupferbehälter gepackt wird, der dann den Verfahrensmaßnahmen b) bis d) unterworfen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the composite unit machined and cut into pieces on an intermediate size and shape, and a number of these Pieces is packed in a copper container, which is then subjected to procedural measures b) to d) will.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinn oder Gallium bis zu 20% Kupfer enthält.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the tin or gallium Contains up to 20% copper.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten vieladrigen Supraleiters vom A₃B-Typ, wobei A Niob oder Vanadin und B Zinn oder Gallium ist, bei demThe invention relates to a method for producing a composite multi-core superconductor of the A ₃ B type, A being niobium or vanadium and B being tin or gallium, in which

a) eine zusammengesetzte Einheit, die Niob oder Vanadin, eingebettet in eine Matrix aus Kupfer, sowie Zinn oder Gallium außerhalb der Kupfermatrix aufweist, gebildet wird,a) a composite unit, the niobium or vanadium, embedded in a matrix of copper, as well as tin or gallium outside the copper matrix, is formed,

b) diese zusammengesetzte Einheit extrudiert wird,b) this composite unit is extruded,

c) das extrudierte Produkt auf seinen Endquerschnitt gezogen wird undc) the extruded product is drawn to its final cross-section and

d) das extrudierte und gezogene Produkt einer Hitzebehandlung unterworfen wird, um das Zinn oder Gallium in und durch das Kupfer diffundieren und mit dem Niob oder Vanadin unter Bildung derd) the extruded and drawn product is subjected to a heat treatment to produce the tin or gallium diffuse into and through the copper and with the niobium or vanadium to form the

-> A3B- Verbindung reagieren zu lassen.-> Allow A3B connection to react.

Das Feld der Supraleitung hat sich in den vergangenen Jahren sehr schnell ausgedehnt, was zum großen Teil auf der Entdeckung von Materialien beruht, die ihre supraleitenden Eigenschaften bei brauchbar hohen Strompegeln, Temperaturen und äußeren Magnetfeldern beibehalten. Unter diesen besonders brauchbaren Materialien sind sowohl NbsSn und VsGa, beides intermetallische Verbindungen, die eine sogenannte A-15-Kristall-Struktur besitzen. Zwar können diese Materialien in brauchbaren Formen und Mengen hergestellt werden, doch ist ihre Herstellung aufgrund der Tatsache sehr teuer, daß sie metastabile Phasen darstellen, die nicht durch einfache chemische Prozesse hergestellt werden können, sowie aufgrund der Tatsache, daß sie außerordentlich spröde sind und daher nach ihrer Herstellung nur noch in sehr geringem Maße bearbeitet werden können.The field of superconductivity has expanded very quickly in recent years, which is why is based in large part on the discovery of materials that have their superconducting properties when usable Maintain high current levels, temperatures and external magnetic fields. Particularly among these Usable materials are both NbsSn and VsGa, both intermetallic compounds that have a so-called A-15 crystal structure. Although you can these materials can be manufactured in usable forms and quantities, yet their manufacture is due very expensive due to the fact that they represent metastable phases that cannot be achieved by simple chemical processes can be produced, as well as due to the fact that they are extremely brittle and therefore can only be processed to a very small extent after their production.

Das zur Zeit am meisten verbreitete Verfahren zur Herstellung von NbsSn und VsGa ist der sogenannte »Bronze-Prozeß«, bei dem Nb oder V mit einer aus Kupfer und Sn bzw. Ga hergestellten Bronze in Berührung gebracht wird. Das so gebildete zusammengesetzte Material wird durch entsprechende Bearbeitung auf seine gewünschte Form gebracht und einerThe process most widely used at present for the production of NbsSn and VsGa is the so-called "Bronze process", in which Nb or V with a bronze made from copper and Sn or Ga in Is brought into contact. The composite material thus formed is processed through appropriate processing brought to its desired shape and one

«ι Langr.eit-Hochtemperatur-Hitzebehandlung unterworfen, bei der das Sn oder Ga durch das Cu hindurchdiffundieren, um an der oder den Zwischenflächen zwischen dem Nb oder V und der Bronze das NB₃Sn oder V₃Ga zu bilden.«Ι Long-term high-temperature heat treatment in which the Sn or Ga diffuse through the Cu _{to form the NB 3} Sn or V ₃ Ga at the interface or surfaces between the Nb or V and the bronze.

J) Es ist allgemein bekannt, daß Supraleiter ein besseres Verhalten zeigen, wenn das supraleitende Material in eine Vielzahl von außerordentlich dünnen Drähten unterteilt ist, die in eine metallische Matrix eingebettet sind. Der oben beschriebene Bronze-Prozeß konnte fürJ) It is well known that superconductors are a better Show behavior when the superconducting material is in a multitude of extremely thin wires is divided, which are embedded in a metallic matrix. The bronze process described above could be used for

in die Herstellung solcher vieladrigen Leiter modifiziert werden wie z.B. die US-PS 39 18 998 zeigt. Ein typisches Verfahren für die Herstellung eines vieladrigen Nb₃Sn-Leiters beginnt damit, daß eine Vielzahl von Löchern in einen Cu/Sn-Bronze-Barren bzw. Bolzen gebohrt wird, um Nb-Stäbe einschieben zu können. Dieser Barren bzw. Bolzen wird dann zu einem Stab extrudiert, der hierauf in einen dünnen Draht ausgezogen wird. In manchen Fällen ist es wünschenswert, daß noch mehr Adern erzeugt werden; dies kann dadurchcan be modified into the production of such multi-core conductors, such as, for example, US Pat. No. 3,918,998. A typical process for the production of a multi-core Nb ₃ Sn conductor begins with the fact that a large number of holes are drilled in a Cu / Sn bronze ingot or bolt in order to be able to insert Nb rods. This ingot or bolt is then extruded into a rod, which is then drawn into a thin wire. In some cases it is desirable that more veins be created; this can be done by

w geschehen, daß man den Stab in eine große Zahl von gleichen Stücken mit einer mittleren Größe zerschneidet, diese Stücke in eine Extrusionsbüchse einsetzt, diese Einheit extrudiert und das sich ergebende Produkt zu einem dünnen Draht auszieht. Der Stab kann vor dem Schneiden durch eine hexagonal geformte Matrix bzw. Form gezogen werden. Wenn der Stab auf diese Weise einen hexagonalen Querschnitt erhalten hat, können die einzelnen Stücke mit einem Minimum an verlorenem Zwischenraum aneinandergepackt werden.w happened that you cut the rod in a large number of cut the same pieces with a medium size, insert these pieces into an extrusion sleeve, these Unit is extruded and the resulting product is drawn out into a thin wire. The staff can be in front of the Cutting can be drawn through a hexagonal shaped matrix or shape. When the rod is this way With a hexagonal cross-section, the individual pieces can be lost with a minimum Space to be packed together.

In manchen Fällen ist es wünschenswert, daß eine gewisse Menge von reinem Kupfer mit guter elektrischer Leitfähigkeit vorgesehen wird. Dies kann dadurch geschehen, daß man eine Kupfer-Extrusionsbüchse mit einer Schicht aus einem Metall auskleidet, das bei der Hochtemperatur-Hitzebehandlung für Zinn undurchlässig ist, so daß das Zinn nicht in das Kupfer hineindiffundieren und dessen Leitfähigkeit verringern kann. Tantal ist das hier üblicherweise verwendeteIn some cases it is desirable to have some amount of pure copper with good electrical properties Conductivity is provided. This can be done by using a copper extrusion sleeve a layer of a metal that is impermeable to tin during high-temperature heat treatment so that the tin does not diffuse into the copper and reduce its conductivity can. Tantalum is the one commonly used here

Metall (vgL beispielsweise US-PS 39 96 661). Eine gewisse Menge eines guten elektrischen Leiters in unmittelbarer Nähe zum supraleitenden Material ist als alternativer ,Strompfad oder Kurzschlußpfad wichtig, wenn ein gewisser Bruchteil der supraleifenden Fäden bzw. Adern In· den normal leitenden Zustand zurückkehrt, was beispielsweise in einem sich schnell verändernden Magnetfeld geschehen kann.Metal (see for example US Pat. No. 3,996,661). Some amount of a good electrical conductor in immediate proximity to the superconducting material is important as an alternative, current path or short-circuit path, if a certain fraction of the supralifing threads or veins returns to the normal conducting state, what can happen, for example, in a rapidly changing magnetic field.

Die Hauptschwierigkeit bei dem Bronze-Prozeß besteht darin, daß es zur Verbesserung der maximalen vom Supraleiter geführten Stromdichte wünschenswert ist, die Menge von supraleitendem Material pro Querschiiitts-Flächeneinheit des gesamten .Leiters zu erhöhen. Hierzu ist es natürlich erforderlich, daß eine genügend große Menge Zinn vorgesehen wird, was einfach dadurch geschehen könnte, daß man den Prozentsatz von Zinn in der Bronze erhöht Die Erzeugung einer großen Zahl von außerordentlich dünnen Adern erfordert jedoch eine große Anzahl von Metall-Bearbeitungsschritten, hauptsächlich Ziehschritten, während der die Bronze sehr schnell hart wird, was eine große Zahl von zeitraubenden und kostspieligen Glühbehandlungen erfordert. Tatsächlich liegt der maximale Volumenprozentsatz von Zinn in der Bronze, der noch eine Bearbeitung erlaubt, bei 15%. Selbst bei diesem relativ niedrigen Wert ist eine Glühbehandlung nach etwa jedem zweiten bis sechsten Zieh-Bearbeitungsvorgang bei einer Flächenverringerungsrate von 15% bis 20% pro Durchgang erforderlich.The main difficulty with the bronze process is that it is used to improve the maximum The current density carried by the superconductor is desirable, the amount of superconducting material per Unit of cross-section area of the entire conductor raise. For this it is of course necessary that a sufficiently large amount of tin is provided, what could be done simply by increasing the percentage of tin in the bronze However, producing a large number of extremely thin wires requires a large number of Metal processing steps, mainly drawing steps, during which the bronze hardens very quickly, what requires a large number of time consuming and costly annealing treatments. In fact it is maximum volume percentage of tin in the bronze that still allows machining is 15%. Even at This relatively low value is an annealing treatment after about every second to sixth drawing process required at an area reduction rate of 15% to 20% per pass.

Eine Lösung dieses Problems wird in der bereits zitierten US-PS 39 18 998 beschrieben. Die Zieh-Arbeitsvorgänge werden bei diesem Verfahren bei einer Temperatur oberhalb von ungefähr 100⁰C ausgeführt. Dieses Verfahren erhöht die Zahl von Zieh-Arbeitsgängen, die zwischen den Glühbehandlungen möglich sind, s^r> auf 10 bis 14, doch ist dieses Verfahren insbesondere mit größeren Drahtspulen ziemlich mühselig durchzuführen. A solution to this problem is described in US Pat. No. 3,918,998, which has already been cited. The drawing operations are carried out in this process at a temperature above about 100 ⁰ C. This process increases the number of drawing operations that are possible between annealing treatments, s ^r >, to 10-14, but this process is rather cumbersome, especially with larger wire coils.

Eine weitere Möglichkeit ist in der US-PS 38 38 503 beschrieben. Sie besteht darin, Nb- oder V-Drähte in einer reinen Kupfermatrix auf die gewünschte Fndgröße zu ziehen und erst dann Sn oder Ga auf die äußere Oberfläche des Drahtes typischerweise durch Galvanisieren aufzubringen. Bei einer Hitzebehandlung diffundiert dann das Sn oder Ga durch das Kupfer hindurch und bildet die gewünschte intermetallische Verbindung auf der Oberfläche der Nb- oder V-Adern.Another possibility is described in US Pat. No. 3,838,503. It consists of putting Nb or V wires in a pure copper matrix to the desired size and only then Sn or Ga to the outer one To apply the surface of the wire typically by electroplating. Diffuses during heat treatment then the Sn or Ga passes through the copper and forms the desired intermetallic compound on the surface of the Nb or V veins.

Dieses Verfahren ist nicht völlig unbrauchbar, doch weist es sehr weitgehende Beschränkungen dadurch auf, daß nur eine sehr dünne Schicht aus Sn oder Ga durch die üblichen Eintauch-, Galvanisier- oder Dampfabscheideverfahren aufgebracht werden kann, wodurch die Größe des auf diese Weise herstellbaren Leiters begrenzt ist. Eine Verbesserung für dieses Verfahren, wie sie in der US-PS 38 29 963 beschrieben ist, besteht darin, eine Reihe solcher Eintauch- oder Galvanisierschritte auszuführen und hierauf Homogenisierschritte folgen zu lassen, wodurch schrittweise die Menge des Sn oder Ga in der Bronze aufgebaut wird. Doch ist dieses Verfahren ziemlich kompliziert und ist hinsichtlich der Größe des Leiters beschränkt, der auf diese Weise in wirksamer Weise mit Sn oder Ga durchsetzt werden kann.This method is not entirely useless, but it has very extensive limitations in that that only a very thin layer of Sn or Ga by the usual immersion, electroplating or vapor deposition processes can be applied, whereby the size of the conductor manufacturable in this way is limited. An improvement for this process, as described in US Pat. No. 3,829,963, exists in performing a series of such dipping or electroplating steps and then homogenizing steps follow, whereby the amount of Sn or Ga in the bronze is gradually built up. Yet this is The procedure is quite complicated and is limited in the size of the conductor that can be inserted in this way can be effectively interspersed with Sn or Ga.

Eine weitere Alternative ist in der US-PS 39 54 572 beschrieben. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, Nb3Sn herzustellen, so wird eine Reihe von Nb-Stäben in eine Cu-Matrix eingesetzt. Diese zusammengesetzte Einheit wird dann in einen dünnen Draht umgearbeitet, und es wird eine Cj'Sn-3ronz.; galvanisch auf die Oberfläche des Drahtes aufgebracht Bei einer Hitzebehandlung diffundiert das Sn zum Nb hin und bildet das NbsSn. Dieses Verfahren ist jedoch hinsichtlich der Menge von Zinn begrenzt, die ohne weiteres aufgebracht werden kann. Ein ähnliches Verfahren ist in dem Artikel von Erwens beschrieben, der unter dem Titel »Fabrication and Properties of Multifilament NbßSn Conductors« in der Zeitschrift Metallkunde 66, 711-14 (Dezember 1975) veröffentlicht wurde. Auch dieses Verfahren ist begrenzt, da die maximale Zinndicke, die aufgebracht werden kann, ungefähr 30 μΐη beträgtAnother alternative is described in US Pat. No. 3,954,572. For example, if you want To produce Nb3Sn, a series of Nb rods is made inserted into a Cu matrix. This assembled unit is then reworked into a thin wire, and it becomes a Cj'Sn-3ronz .; galvanically to the Surface of the wire applied During a heat treatment, the Sn diffuses towards the Nb and forms it NbsSn. However, this method is in terms of Limited amount of tin that can be readily applied. A similar procedure is in that Article described by Erwens, entitled "Fabrication and Properties of Multifilament NbßSn Conductors «in the magazine Metallkunde 66, 711-14 (December 1975) was published. Again, this process is limited because of the maximum thickness of tin that can be applied, is approximately 30 μΐη

Die US-PS 4037 313 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von NbsSn, das einen Zinn-Abscheideschritt auf der Oberfläche eines eingebetteten Nb-Adern aufweisenden Kupferdrahtes durch körperliche bzw. physikalische Dampfabscheidung umfaßt Der Cu/Nb-Draht wird über einer Wanne mit geschmolzenem Zinn in einer erhitzten Kammer unter vermindertem Druck aufgehängt Diese Behandlung erfordert für die Durchführung eine lange Zeit (zwischen 45 bis 100 Stunden) und ist für die Herstellung von langen Leiterstücken nicht geeignet da jeder einzelne Draht mit einem maximalen Anteil seiner Oberfläche dem Zinndampf ausgesetzt werden muß; dies erfordert eine Speichenradanordnung, die für lange Leiter sehr kompliziert ist.The US-PS 4037 313 describes a process for the production of NbsSn, which a tin deposition step on the surface of an embedded copper wire with Nb veins by physical or physical vapor deposition. The Cu / Nb wire is melted over a vat Tin hung in a heated chamber under reduced pressure This treatment requires for the implementation takes a long time (between 45 to 100 hours) and is long for the production Ladder sections are not suitable as each individual wire has a maximum proportion of its surface area Tin vapor must be exposed; this requires a spoked wheel arrangement, which is very important for long conductors is complicated.

In der US-PS 40 43 028 bzw. DE-OS 26 20 271 wird ein Verfahren zur Herstellung eines NbaSn-stabilisierten Verbundsupraleiters beschrieben, bei dem Schichtkörper gebildet werden, die entweder einen Kern aus einer Zinnlegierung aufweisen, der von einem Kupfermantel umgeben ist der wiederum von einem Niobrohr umschlossen ist das von einer Außenhülle, z. B. aus Kupfer, umgeben ist, oder die einen Kern, z. B. aus Kupfer, aufweisen, der sich in einem Niobrohr befindet, das von einem Kupfermantel und einem Rohr aus einer Zinnlegierung umgeben ist, das wiederum von einer Matrix aus z. B. Kupfer umschlossen wird. Die so gebildete Einheit kann dann auf die endgültige Gestalt und Größe reduziert bzw. verkleinert und hierauf einer Hitzebehandlung zur Bildung des NbjSn um Cu-Kerne herum in einer Cu/Sn-Bronze-Matrix unterworfen werden. Dieses Verfahren besitzt jedoch eine Reihe von Nachteilen. So hat sich gezeigt daß ein Nb-Rohr mit einem Cu-Kern nur bis zu einer gewissen Größe im Bereich von 10 bis 15 μπι Außendurchmesser reduziert werden kann, weil bei einer weiteren Verringerung das Rohr aufgrund der Unterschiede hinsichtlich der Härte und der Zugfestigkeit zwischen den beiden Materialien bricht Es wird jedoch allgemein bevorzugt, Supraleiter herzustellen, die Adern mit einem Durchmesser in einer Größenordnung von 2 bis 5 μπι besitzen.In US-PS 40 43 028 and DE-OS 26 20 271 a method for producing an NbaSn-stabilized Composite superconductor described, are formed in the layer body, which either has a core a tin alloy, which is surrounded by a copper jacket, which in turn is surrounded by a niobium tube this is enclosed by an outer shell, e.g. B. made of copper, or which has a core, e.g. B. off Copper, which is located in a niobium tube, which is surrounded by a copper jacket and a tube made of a tin alloy, which in turn is surrounded by a Matrix of z. B. copper is enclosed. The unit thus formed can then be given its final shape and size reduced and then a heat treatment to form the NbjSn around Cu cores around in a Cu / Sn bronze matrix. However, this method has a number of Disadvantages. It has been shown that an Nb tube with a Cu core is only up to a certain size Range of 10 to 15 μm outer diameter can be reduced because with a further reduction the Tube due to the differences in hardness and tensile strength between the two materials It is generally preferred, however, to make superconductors which have veins of diameter in one Have the order of 2 to 5 μπι.

In der DE-OS 21 28 231 wird ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters beschrieben, bei dem ein stabförmiger Körper aus der Komponente A mit einer Kupferumhüllung vorgesehen ist, der einer Querschnittsverminderung unterworfen wird, und dieser Verbundkörper in ein Kupferrohr eingebracht wird, zwischen denen ein Rohr mit der Komponente B eingesetzt wird, und der so erhaltene Körper nach einer weiteren Kaltverformung einer Diffusionsglühung unterworfen wird zur Erzeugung der Verbindung A3B. Die Stromdichten der so hergestellten Supraleiter sind jedoch nicht zufriedenstellend.In DE-OS 21 28 231 a method for producing a stabilized superconductor is described, in which a rod-shaped body made of component A with a copper sheath is provided which is subjected to a reduction in area, and this composite body into a copper pipe is introduced, between which a pipe with the Component B is used, and the body obtained in this way after a further cold deformation of a Is subjected to diffusion annealing to produce the compound A3B. The current densities of the However, superconductors are not satisfactory.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das auf einfache Weise eine Querschnittsverkleinerung derThe object of the present invention is to create a method of the type mentioned at the outset which a simple way of reducing the cross-section of the

Adern bis zu 2 bis 5 μπι ermöglicht und Supraleiter mit hohen Stromdichten liefertCores up to 2 to 5 μπι allows and superconductors with high current densities

Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 angegebene Verfahren gelöstThis object is achieved by the method specified in claim 1

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtThe invention is described below, for example, with reference to the drawing; in this shows

F i g. 1 eine Querschnittsansicht eines mehradrigen Zwischenproduktes,F i g. 1 shows a cross-sectional view of a multi-core intermediate product.

F i g. 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäß herzustellenden Produktes vordem Extrudieren,F i g. 2 shows an embodiment of the product to be produced according to the invention before extrusion,

F i g. 3 eine zweite Ausführungsform des Produktes vor dem Extrudieren undF i g. 3 a second embodiment of the product before extruding and

F i g. 4 eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäß hergestellten Produktes in seiner Endform.F i g. 4 shows a cross-sectional view of the product made according to the invention in its final form.

In F i g. 1 ist eine Querschnittsansicht eines vieladrigen Vorläufers iö für einen Leiter wiedergegeben. Mehrere Niob-Stäbe 16 sind in eine Kupferhülle 15 eingebettet, die ihrerseits mit einer Zinnschicht 14 bedeckt ist, die weiterhin von einer zweiten Kupferhülle 13 umgeben ist, welche wiederum in eine Zinnschicht 12 eingebettet ist; das Ganze ist von einer Kupferschicht 11 umgeben. Das zur Bildung der Schichten verwendete Zinn kann bis zu 20 Volumen-Prozent Kupfer enthalten, um seine Ziehfähigkeit zu erhöhen. Ein solcher Vorläufer bzw. ein solches Halbfertigprodukt kann auf Größe gezogen und mit Hitze behandelt werden, worauf das Zinn aus den Schichten 12, 14 durch die Kupferhüllen U, 13, 15 diffundiert und Schichten aus Nb₃Sn auf den Nb-Kernen 16 bildet, die dann vollständig von Bronze umhüllt wären.In Fig. 1 is a cross-sectional view of a multicore precursor for a conductor. Several niobium rods 16 are embedded in a copper sheath 15, which in turn is covered with a tin layer 14, which is furthermore surrounded by a second copper sheath 13, which in turn is embedded in a tin layer 12; the whole is surrounded by a copper layer 11. The tin used to form the layers can contain up to 20 percent copper by volume in order to increase its drawability. Such a precursor or such a semi-finished product can be drawn to size and treated with heat, whereupon the tin from the layers 12, 14 diffuses through the copper sheaths U, 13, 15 and forms layers of Nb ₃ Sn on the Nb cores 16, which would then be completely encased in bronze.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters vom A-15-Typ ist in der US-PS 35 70 118 beschrieben. Dort werden abwechselnde Schichten aus Niob und Zinn um einen zentralen Cu-Slab gewickelt und in einem Cu-Rohr eingeschlossen. Dieses Verfahren ist für eine Herstellung von Nb;jSn in großem Maßstab nicht geeignet, da es einen direkten Kontakt zwischen dem Nb und dem Sn beinhaltet die aufgrund örtlicher hoher Temperaturen, wie sie beim Extrudieren auftreten, miteinander reagieren, um NbaSn zu bilden. Ein Extrudieren vor dem eigentlichen Ziehen ist einer ausschließlichen Ziehbearbeitung vorzuziehen, da die hierbei zur Verfügung stehenden Reduktionsverhältnisse von bis zu 10:1 eine außerordentlich gute Verbindung der Bestandteile des zusammengesetzten Körpers zur Folge haben. Darüber hinaus kann durch das Extrudieren sehr viel Zeit gespart werden. Wie oben erwähnt ist NbsSn außerordentlich spröde, und daher kann kein nachfolgender Bearbeitungsschritt mehr durchgeführt werden. Wenn gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Sn-Schichten nicht mehr als 0,50 mm dick und von dem Nb durch eine Schicht aus Kupfer isoliert sind, dann ist eine Extrusion möglich.A method of making an A-15 type superconductor is described in US Pat. No. 3,570,118. there Alternating layers of niobium and tin are wrapped around a central Cu slab and in one Cu pipe included. This procedure is for a Production of Nb; jSn on a large scale is not suitable as there is direct contact between the Nb and the Sn include those due to local high temperatures such as occur during extrusion, react with each other to form NbaSn. Extruding before actually drawing is one To be preferred to exclusive drawing, since the available reduction ratios of up to 10: 1 are extremely good Result in connection of the constituent parts of the composite body. In addition, through extrusion saves a lot of time. As mentioned above, NbsSn is extremely brittle, and therefore no subsequent processing step can be carried out. If, according to the method according to the invention, the Sn layers are not more than 0.50 mm thick and insulated from the Nb by a layer of copper, extrusion is then possible.

Eine zweite Möglichkeit ist in der US-PS 39 05 839 beschrieben, wobei eine Anzahl von Nb-Stäben in einem Kupferbarren bzw. -bolzen um einen Kern herum angeordnet wird, der aus Sn oder einer Legierung besteht die bis zu 20% Cu und im übrigen Sn enthält Alternativ hierzu ist eine Anzahl von Sn-Stäben, die mit Kupfer umhüllt sind, in einem Ring um eine Anzahl von Nb-Stäben herum angeordnet, die in einen Kupferbarren bzw. -bolzen eingebettet sind. Diese zusammengesetzte Anordnung wird dann in einen dünnen Draht ausgezogen, der hierauf einer Hitzebehandlung unterworfen wird, um Nbi-Sn-Adern in einer Bronze-Matrix zu bilden. Dieses Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf. In beiden Alternativen müssen Zinnstäbe gemeinsam mit Kupfer und Niob reduziert bzw.A second possibility is described in US-PS 39 05 839, a number of Nb rods in a copper ingot is placed around a core made of Sn or an alloy consists of up to 20% Cu and the rest of Sn. Alternatively, a number of Sn rods are made with Copper sheathed, arranged in a ring around a number of Nb rods, which are embedded in a copper ingot or bolts. This composite assembly is then put into a thin wire drawn out, which is then subjected to a heat treatment, to form Nbi-Sn veins in a bronze matrix to build. This method has a number of disadvantages. In both alternatives, tin rods must be reduced or reduced together with copper and niobium. verjüngt werden. Da das Zinn wesentlich weicher ist und einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt als diis Kupfer und das Niob, ist es nicht möglich, diese zusammengesetzte Anordnung zu extrudieren. Die ■-, gesamte gemeinsame Reduktion bzw. Verjüngung muß durch Ziehen erzielt werden. Dies begrenzt die kontinuierliche Länge des Leiters, der hergestellt werden kann, da ein Ziehvorgang nur bei Stäben bis zu einer gegebenen oberen Größe durchgeführt werdenbe rejuvenated. Since the tin is much softer and has a lower melting point than this Copper and the niobium, it is not possible to extrude this composite arrangement. the ■ -, total joint reduction or rejuvenation must can be achieved by pulling. This limits the continuous length of the conductor that is made since drawing can only be performed on bars up to a given upper size

κι kann. Weiterhin hat die Tatsache, daß das Zinn in der zweiten oben erwähnten Alternative in einem diskontinuierlichen Ring um den Kupfer/Niob-Kern herum angeordnet ist, zur Folge, daß die einzelnen Zinnstäbe im Vergleich mit den kontinuierlichen ringförmigenκι can. Furthermore, the fact that the tin in the second alternative mentioned above in a discontinuous ring around the copper / niobium core is arranged, with the result that the individual tin rods in comparison with the continuous annular

υ Zinnschichten gemäß der Erfindung dick sein müssen, damit eine gegebene Zinnmenge vorhanden ist. Es hai sich gezeigt, daß solche relativ dicken Schichten dazu neigen, während der zur Bildung des Nb3Sn verwendeten Hitzebehandlung zu schmelzen, während die dünnenυ layers of tin must be thick according to the invention, so that a given amount of tin is present. It has been shown that such relatively thick layers do this tend to melt during the heat treatment used to form the Nb3Sn, while the thin Schichten gernäß der Erfindung dies nicht tun. Darüber hinaus wird dann, wenn eine gegebene Sn-Menge in mehreren Schichten angeordnet wird, wie dies die Erfindung lehrt, eine Ballung bzw. eine Sinterung bzw. ein Zusammenbacken von Sn vermieden. Dies verrinLayers according to the invention do not do this. Moreover, if a given amount of Sn is in several layers is arranged, as the invention teaches, a cluster or a sintering or caking of Sn avoided. This diminishes gert seinerseits die Porosität des Endproduktes, das daher fester ist, und vermindert die Tendenz dt:s weichen Sn, sich uneinheitlich zu verformen. Die Erfindung sorgt weiterhin für eine symmetrische Verteilung des Sn um die Nb-Keme und stellt somitIn turn, the porosity of the end product that is therefore stronger, and reduces the tendency of dt: s soft Sn to deform non-uniformly. the The invention also ensures a symmetrical distribution of the Sn around the Nb cores and thus provides gleichförmig dicke Nbsn-Schichten sicher.uniformly thick Nbsn layers safely.

In F i g. 2, die eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäß herzustellenden Produktes in einem Zwischenstadium zeigt, ist eine Zahl von Stäben 23, die ähnlich oder gleich denjenigen sind, die in F i g. 1 dargestelltIn Fig. Figure 2, which shows a cross-sectional view of the product to be manufactured according to the invention at an intermediate stage, is a number of rods 23 which are similar or are the same as those shown in FIG. 1 shown sind, in eine Kupfer-Extrusionsbüchse 21 gepackt, die mit einer Barriereschicht 22 ausgekleidet ist die typischerweise aus Tantal besteht Diese vollgepackte Büchse 20 kann dann abgedichtet und zu einem Stab extrudiert werden, der hierauf auf seine Endgrößeare packed in a copper extrusion sleeve 21 which is lined with a barrier layer 22 which typically consists of tantalum Sleeve 20 can then be sealed and extruded into a rod which is then scaled to its final size ausgezogen und einer Hitzebehandlung unterworfen wird, um NbjSn-Adern zu bilden, die in eine Bronze-Matrix eingebettet sind, die von Tantai umhüiit und von hochleitfähigem Kupfer umgeben ist Alternativ hierzu kann ein »Doppel-Extrusions-Verfahren«is drawn out and subjected to a heat treatment to form NbjSn veins which are divided into a Bronze matrix are embedded that encompassed by Tantai and is surrounded by highly conductive copper. Alternatively, a »double extrusion process« can be used. ausgeführt werden, bei dem die zusammengesetzten Einheiten aus F i g. 2 wie oben extrudiert und gezogen, jedoch hierauf in Stücke geschnitten, erneut in eine zweite Extrusionsbüchse gepackt erneut extrudiert und erneut gezogen werden; dieses Verfahren würdeare carried out, in which the assembled units from FIG. 2 extruded and drawn as above, however, then cut into pieces, packed again in a second extrusion sleeve, and re-extruded be drawn again; this procedure would

so natürlich zu wesentlich mehr Adern führen. In einem solchen Fall ist es eventuell möglich, nur die zweite Extrusionsbüchse mit Tantal auszukleiden; dies hängt von dem Ausmaß der Stabilisierung des im Endprodukt erforderlichen Cu ab.so naturally lead to significantly more veins. In one in such a case it may be possible to line only the second extrusion sleeve with tantalum; this depends on the degree of stabilization of the Cu required in the final product.

Eine zweite Ausführungsform, die der aus Fig.2 ähnlich ist, ist in F i g. 3 dargestellt Dort ist das Lagerbzw. Halbfertigprodukt 33 aus Fi g. 1 dadurch auf einen sechseckigen Querschnitt gebracht worden, daß es durch eine hexagonale Matrix gezogen wurde, und istA second embodiment, that of Fig.2 is similar is shown in FIG. 3 shown there is the Lagerbzw. Semi-finished product 33 from FIG. 1 thereby to one hexagonal cross-section that it was drawn through a hexagonal matrix, and is hierauf in eine Cu-Extrusionsbüchse 32 gepackt worden, die mit Ta 31 ausgekleidet ist Die Räume zwischen den hexagonalen Stäben und der inneren Oberfläche der Büchse 32 können durch geeignet geformte Kupferstükke 34 gefüllt sein. Alternativ hierzu kann ein Bündel vonthen packed into a Cu extrusion sleeve 32 which is lined with Ta 31 The spaces between the hexagonal bars and the inner surface of the sleeve 32 may be filled by appropriately shaped copper pieces 34. Alternatively, a bundle of hexagonal geformten Stäben durch Klammern oder durch Löten zusammengehalten und auf die Form eines Zylinders gebracht werden, so daß sie glatt in eine Extrusionsbüchse passen, ohne daß Füllstücke erforder-Hexagonal shaped rods held together by brackets or by soldering and given the shape of a Cylinders are brought so that they fit smoothly into an extrusion sleeve without the need for fillers.

lieh sind. Vorzugsweise bestehen die äußersten sechsekkigen Stäbe aus reinem Kupfer, so daß beim Bearbeitungsprozeß kein supraleitendes Material verschwenkt wird.are borrowed. Preferably the outermost hexagonal ones are made Rods made of pure copper, so that no superconducting material swings during the machining process will.

Wie oben bei der Diskussion der F i g. 2 gesagt wurde, kann ein doppelter Extrusionsprozeß mit den sechseckigen Stäben aus Fig. 3 durchgeführt werden, d.h. die einzelnen Stäbe 33 sind dann selbst die zusammengesetzten Einheiten aus Fig. 3 nach der Extrusion, nach dem Ziehen und dem Zerschneiden in einzelne Stücke.As in the discussion of FIG. 2 has been said, can do a double extrusion process with the hexagonal Rods from Fig. 3 are carried out, i.e. the individual rods 33 are then themselves the assembled ones Units from Fig. 3 after extrusion, after drawing and cutting into individual pieces.

Wie in Fig. 2 wird die zusammengesetzte Einheit 30 aus Fig.3 extrudiert und zu einem dünnen Draht ausgezogen, bevor eine Hitzebehandlung stattfindet, die sowohl die Bronze-Matrix als auch die Nb₃Sn-Adern bildet. Das Fertigprodukt 40, das entweder gemäß F i g. 2 oder gemäß F i g. 3 hergestellt wurde, ist in Fig.4 dargestellt. Eine Vielzahl von Nb₃Sn-Adern 44, die um Kerne 45 aus Nb, das flicht an der Reaktion teilgenommen hat, herum ausgebildet sind, ist in eine Bronze-Matrix 43 eingebettet, die von einer äußeren Kupferschicht 41 durch eine Tantal-Barriereschicht 42 getrennt ist. Dort, wo das oben beschriebene alternative Doppel-Extrusionsverfahren angewendet worden ist, ist die Struktur der Fig.4 innerhalb der Kupferhülle 41 durch eine Wabenstruktur unterteilt, wobei die Wabenwände aus Kupfer bestehen; jede Wabe bzw. Zelle ist dann mit Tantal ausgekleidet und mit in BronzeAs in FIG. 2, the assembled unit 30 from FIG. 3 is extruded and drawn into a thin wire before a heat treatment takes place, which forms both the bronze matrix and the Nb ₃ Sn wires. The finished product 40, either according to FIG. 2 or according to FIG. 3 is shown in Fig.4. A plurality of Nb ₃ Sn wires 44, which are formed around cores 45 made of Nb which has not participated in the reaction, are embedded in a bronze matrix 43, which is covered by an outer copper layer 41 through a tantalum barrier layer 42 is separated. Where the alternative double extrusion process described above has been used, the structure of FIG. 4 is subdivided within the copper shell 41 by a honeycomb structure, the honeycomb walls being made of copper; each honeycomb or cell is then lined with tantalum and also in bronze

eingebetteten NbjSn-Adern gefüllt.embedded NbjSn veins filled.

Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Bronze gebildet wird, bevor nicht die End-Hitzebehandlung durchgeführt wird: da das Kupfer, das Tantal, das Zinn und das Niob der Zwischenproduktstufen sich bei der Bearbeitung nicht über einen gegebenen Punkt hinaus verhärten, der eine weitere Bearbeitung ohne eine weitere Verhärtung ermöglicht, sind keine Glühbehandlungen erforderlich. Hierdurch wird eine große Zeit- und damit auch Kostenersparnis erzielt. In manchen Fällen kann es günstiger sein, die Hitzebehandlung in zwei Stufen durchzuführen, wie dies in der US-PS 39 54 572 diskutiert wird, wobei die eine Hitzebehandlung dazu dient, aus dem Kupfer und dem Zinn die Bronze zu erzeugen, und die zweite dazu, das Nb₃Sn zu bilden. Es kann auch wünschenswert sein, in manchen Fällen statt des reinen Zinns eine Zinnlegierung zu verwenden, die bis zu 20 Gew.-% aus Kupfer besteht, um so das Material etwas zu verfestigen, da reines Zinn ziemlich weich ist.From what has been said above, it follows that in the process of the invention no bronze is formed until the final heat treatment is carried out: since the copper, tantalum, tin and niobium of the intermediate product stages do not move beyond a given point in the processing hardening, which enables further processing without further hardening, no annealing treatments are required. This saves a great deal of time and thus also costs. In some cases it may be more advantageous to carry out the heat treatment in two stages, as discussed in US Pat. No. 3,954,572, one heat treatment being used to produce the bronze from the copper and tin and the second to do so to form the Nb _{3 Sn.} It may also be desirable in some cases to use a tin alloy, which consists of up to 20% by weight of copper, instead of pure tin, in order to strengthen the material somewhat, since pure tin is quite soft.

Obwohl der größte Teil dieser Beschreibung nur auf Nb₃Sn Bezug nimmt, ist für den Fachmann klar, daß V₃Ga und seine Verbindungen sich ganz ähnlich wie Nb₃Sn verhalten; daher sind die Verfahren, die oben als zur Herstellung von Nb₃Sn verwendbar beschrieben wurden, auch für die Herstellung von V₃Ga verwendbar.Although most of this description refers only to Nb ₃ Sn, it is clear to those skilled in the art that V ₃ Ga and its compounds behave quite similarly to Nb ₃ Sn; therefore, the methods described above as being _{useful for making Nb 3} Sn are also useful for making V ₃ Ga.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten vieladrigen Supraleiters vom A₃B-Typ. wobei A Niob oder Vanadin und B Zinn oder Gallium ist, bei dem1. A method of manufacturing an A ₃ B-type multi-core composite superconductor. where A is niobium or vanadium and B is tin or gallium, in which a) eine zusammengesetzte Einheit, die Niob oder Vanadin, eingebettet in eine Matrix aus Kupfer, sowie Zinn oder Gallium außerhalb der Kupfermatrix aufweist, gebildet wird,a) a composite unit, the niobium or vanadium, embedded in a matrix of copper, as well as tin or gallium outside the copper matrix, is formed, b) diese zusammengesetzte Einheit extrudiert wird,b) this composite unit is extruded, c) das extrudierte Produkt auf seinen Endquerschnitt gezogen wird undc) the extruded product is drawn to its final cross-section and d) das extrudierte und gezogene Produkt einer Hitzebehandlung unterworfen wird, um das Zinn oder Gallium in und durch das Kupfer diffundieren und mit dem Niob oder Vanadin unter Bildung der A₃B-Verbindung reagieren zu lassen,d) the extruded and drawn product is subjected to a heat treatment in order to allow the tin or gallium to diffuse into and through the copper and to allow it to react _{with the niobium or vanadium to form the A 3 B compound,}