DE3852426T2

DE3852426T2 - Gemischter Supraleiter und Verfahren zu seiner Herstellung.

Info

Publication number: DE3852426T2
Application number: DE3852426T
Authority: DE
Inventors: Masayuki C O Osaka Work Nagata; Shigeo C O Osaka Works Saito; Yuichi C O Osaka Works Yamada; Minoru C O Osaka Works Yokota
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2008-05-14
Also published as: US4883922A; EP0291075A3; JP2567912B2; EP0291075B1; US5426093A; EP0291075A2; DE3852426D1; JPS6471007A; CA1304796C; US5491127A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen zusammengesetzten Supraleiter und insbesondere einen zusammengesetzten supraleitenden Draht, der keramisches Supraleitermaterial verwendet, und das Herstellungsverfahren dafür.
Als Supraleitermaterial sind Metallsupraleiter, Keramiksupraleiter und organische Supraleiter bekannt.
Es wurde vorgeschlagen, lange Supraleiterdrähte und/oder Spulen unter Verwendung von Supraleitermaterial herzustellen. Kürzlich wurden Keramiksupraleiter mit hoher kritischer Temperatur entdeckt und es wurde diskutiert unter Verwendung des keramischen Supraleitermaterials Supraleiterdrähte und Spulen herzustellen.
Da das keramische Supraleitermaterial sehr brüchig und eine Behandlung davon schwierig ist, wurde bis jetzt angenommen, daß es für Fachleute in diesem Gebiet schwierig ist, lange keramische Supraleiterdrähte oder Spulen herzustellen. Um die voranstehend erwähnte Schwierigkeit zu beseitigen, wurden Vorschläge dahingehend gemacht, daß angesichts der Tatsache, daß der keramische Supraleiter durch Sinterung von keramischem Supraleiterpulver hergestellt werden kann, das keramische Supraleiterpulver in eine metallische Umhüllung gefüllt wird, welche dann gezogen oder schnell gedreht wird, um so einen länglichen Supraleiterdraht mit einem gewünschten Durchmesser vorzusehen, wonach der Draht einem thermischen Prozeß mit einer Temperatur größe als 900ºC für einige Stunden ausgesetzt wird.
Selbst wenn der mit der metallischen Umhüllung überzogene Keramiksupraleiter dem thermischen Prozeß ausgesetzt wird, tritt ein Mangel von Elementen, wie beispielsweise Sauerstoff, zur Verwirklichung der gewünschten Supraleitereigenschaft auf und deshalb ergibt sich ein Problem darin, daß eine gewünschte Supraleitfähigkeit nicht erzielt werden kann.
Wenn dem Prozeß in ausreichender Menge Sauerstoff zugeführt wird, ist die Herstellung von langen keramischen Supraleiterdrähten dennoch schwierig, da der keramische Supraleiter durch die thermische Verarbeitung verkürzt werden kann. In ähnlicher Weise ergibt sich ein Problem von chwierigkeiten bei der Herstellung von keramischen Supraleiterspulen.
In den Extended Abstracts High Temperature Superconductors Proceedings of Symposium S, 1987, Spring Meeting of Material Research Society, 23.-24. April 1987, pp. 219-221, ist ein zusammengesetzter supraleitender Draht offenbart, bei dem ein keramisches Supraleiterpulver in die Bohrung eines metallischen Rohrs geführt wird, welches dann zur Bildung eines Drahtes gezogen oder schnell gedreht wird. Dieser Draht wird dann einer Sinterung unterzogen, um ihn supraleitend zu machen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Da die Anordnung des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer längliche Verstärkung gebildet ist und ein oder mehrere längliche keramische supraleitende Elemente in einer oder mehreren Ausnehmungen aufgenommen sind, die in dem Verstärkungselement definiert sind, wird vor der Fortführung der Beschreibung darauf hingewiesen, daß der Ausdruck "längliches supraleitendes Material" das in die Ausnehmung oder die Ausnehmungen bereits aufgenommene oder aufzunehmende keramische supraleitende Element bedeutet und daß der Ausdruck "zusammengesetzter supraleitender Draht" das Produkt des supraleitenden Drahts gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet.
Eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen zusammengesetzten supraleitenden Draht unter Verwendung von einem keramischen Supraleiter vorzusehen, der eine ausreichend lange Größe und eine gewünschte Supraleitereigenschaft aufweist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung des zusammengesetzten supraleitenden Drahtes mit langer Größe mit einer gewünschten Supraleitereigenschaft vorzusehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein zusammengesetzter keramischer suparleitender Draht vorgesehen, der ein läng1iches Verstärkungselement und einen sich allgemein in die Längsrichtung des Verstärkungselements erstreckenden Draht aus keramischem Supraleitermaterial umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Draht aus keramischem Supraleitermaterial in einer Ausnehmung befindet, die sich entlang der Oberfläche des Verstärkungselements erstreckt und darin gebildet ist.
Die Ausnehmung kann auf dem äußeren Oberflächenabschnitt des Verstärkungselements so gebildet sein, daß sie sich linear in die Längsrichtung des länglichen Verstärkungselements erstreckt.
Die Ausnehmung kann in einer spiralförmigen Gestalt ausgebildet werden, die sich entlang der zylindrischen Oberfläche des Verstärkungselements erstreckt.
Die Anzahl der Ausnehmungen ist nicht auf eine beschränkt, sondern eine Vielzahl von Ausnehmungen können auf dem Verstärkungselement gebildet sein.
Das keramische längliche Supraleitermaterial kann die Formel YBa&sub2;Cu&sub3;O7-x aufweisen.
Als Beispiele des Materials für das Verstärkungselement können verschiedene Arten von Materialien verwendet werden, die zur Zeit der thermischen Verarbeitung des keramischen Supraleitermaterials nicht reagieren und eine gute thermische Widerstandsfähigkeit bei der thermischen Verarbeitungstemperatur aufweisen. Beispiele für das Material des Verstärkungselements sind rostfreier Stahl, Ag und das Verbundmaterial aus rostfreiem Stahl und Ag.
Da eine oder mehrere Ausnehmungen auf dem Umfangsabschnitt des länglichen Verstärkungselements so gebildet sind, daß sie sich in die Längsrichtung des länglichen Verstärkungselements erstrecken und das längliche Supraleitermaterial in der Ausnehmung aufgenommen ist, kann bei dem zusammengesetzten supraleitenden Draht gemäß der vorliegenden Erfindung der keramische zusammengesetzte supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung leicht behandelt werden und als ein sehr langer supraleitender Draht hergestellt werden, selbst wenn das längliche Supraleitermaterial selbst brüchig und gegenüber einer Behandlung hart ist.
Selbst wenn das keramische Supraleitermaterial während des Sinterprozesses schrumpft, kann zusätzlich der keramische zusammengesetzte supraleitende Draht als ein sehr langer Draht hergestellt werden, da das längliche Supraleitermaterial in der Ausnehmung des Verstärkungselements aufgenommen werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des keramischen zusammengesetzten supraleitenden Drahts vorgesehen.
Beim ersten Verfahren werden ein oder mehrere längliche Supraleitermaterialien in einer oder mehreren Ausnehmungen aufgenommen, wobei jede Ausnehmung auf einem länglichen Verstärkungselement so gebildet ist, daß sie sich in die Längsrichtung des Verstärkungselements erstreckt. Danach wird das Verstärkungselement mit einem äußeren Rohr abgedeckt. Dann wird das Verstärkungselement mit dem keramischen länglichen Supraleitermaterial einem Drahtziehungsprozeß ausgesetzt und dann wird das äußere Rohr entfernt, wodurch ein supraleitender Draht erhalten wird, welcher wiederum einer thermischen Behandlung ausgesetzt wird, wodurch ein keramischer zusammengesetzter supraleitender Draht erhalten werden kann.
Gemäß dem ersten Verfahren sind die keramischen länglichen Supraleitermaterialien in jeder Ausnehmung aufgenommen, wobei die keramischen länglichen Supraleitermaterialien mit dem Verstärkungselement integriert werden können. Durch Abdecken des Verstärkungselements mit dem keramischen länglichen Suparleitermaterial mittels eines Rohrs kann das längliche Supraleitermaterial und das Verstärkungselement äußerst dicht integriert werden. Durch Ziehen des mittels des Rohrs abgedeckten Verstärkungselements mit dem keramischen länglichen Supraleitermaterial in der Ausnehmung kann ein supraleitender Draht mit einem gewünschten Durchmesser erhalten werden. Danach wird das Rohr entfernt und der supraleitende Draht wird der thermischen Behandlung zur Sinterung unter Zuführung eines geeigneten Elements oder Elementen zur Erzielung einer gewünschten Supraleitereigenschaft ausgesetzt. Durch den Sinterungsprozeß kann das keramische Supraleitermaterial äußerst dicht integriert werden.
In dem zweiten Verfahren werden ein oder mehrere längliche keramische Supraleitermaterialien in der Ausnehmung aufgenommen, die auf einem länglichen Verstärkungselement so gebildet ist, daß sie sich in eine Längsrichtung erstreckt. Danach wird das Verstärkungselement mit einem äußeren Rohr überzogen. Dann wird das Vestärkungselement mit dem keramischen Supraleitermaterial einem Drahtziehungsprozeß unterzogen, gefolgt von einem Verwindungsprozeß, dann wird das äußere Rohr entfernt, um eine supraleitende Drahtanordnung zu erhalten, die wiederum einer thermischen Behandlung unterzogen wird, wodurch ein zusammengesetzter supraleitender Draht hergestellt werden kann.
Gemäß dem zweiten Verfahren sind die keramischen länglichen Supraleitermaterialien in jeder Ausnehmung aufgenommen, wobei die länglichen Supraleitermaterialien als integrale Anordnung mit dem Verstärkungselement ausgebildet werden können. Da das Verstärkungselement mit dem länglichen Supraleitermaterial mit dem Rohr überzogen wird, kann das längliche Supraleitermaterial und das Verstärkungselement äußerst dicht integriert werden. Durch Ziehen des mit dem Rohr überzogenen Verstärkungselements mit dem länglichen Supraleitermaterial in der Ausnehmung kann ein Supraleiterdraht mit einem gewünschten Durchmesser erhalten werden. Danach wird das Rohr entfernt und die Supraleiterdrahtanordnung wird der thermischen Behandlung zur Sinterung unter Zuführung eines geeigneten Elements oder von Elementen ausgesetzt, um eine gewünschte Supraleitereigenschaft zu erreichen. Durch den Sinterungsprozeß kann das längliche Supraleitermaterial in einer gepreßten Weise fest in dem inneren Abschnitt der Ausnehmung des Verstärkungselements eingebracht werden.
Zusätzlich wird durch den Verwindungsprozeß das Verstärkungselement und das längliche Supraleitermaterial in eine spiralförmige Gestalt ausgebildet, wodurch der Supraleiterdraht mit dem länglichen Supraleitermaterial in die spiralförmige Gestalt ausgebildet wird, so daß die Länge des zusammengesetzten supraleitenden Drahts erhöht werden kann.
In dem dritten Verfahren werden längliche Supraleitermaterialien in einer Ausnehmung aufgenommen, die auf einem länglichen Verstärkungselement gebildet ist, so daß sie sich in eine Längsrichtung erstreckt. Danach wird das Verstärkungselement mit einem äußeren Rohr überzogen. Dann wid das Verstärkungselement mit dem länglichen Supraleitermaterial einem Drahtziehungsprozeß ausgesetzt, gefolgt von einem Prozeß eines Aufwickelns des Verstärkungselements mit dem keramischen länglichen Supraleitermaterial in eine Spulenform (was im folgenden als Aufwickelprozeß bezeichnet wird), dann wird das äußere Rohr entfernt, um eine Supraleiterdrahtanordnung zu erhalten, welche wiederum einer thermischen Behandlung ausgesetzt wird, wodurch ein zusammengesetzter supraleitender Draht hergestellt werden kann.
Gemäß dem dritten Verfahren sind die länglichen Supraleitermaterialien in jede Ausnehmung aufgenommen, wobei die länglichen Supraleitermaterialien mit dem Verstärkungselement integriert werden können. Durch Überziehen des Verstärkungselements und der länglichen Supraleitermaterialien mittels des Rohrs kann das längliche Supraleitermaterial und das Verstärkungselement in dem Boden der Ausnehmung des Verstärkungselements fest integriert werden. Durch Ziehen des mit dem Rohr überzogenen Verstärkungselements mit dem länglichen Supraleitermaterial in der Ausnehmung kann eine Supraleiterdrahtanordnung mit einem gewünschten Durchmesser erhalten werden. Danach wird das Rohr entfernt und die Supraleiterdrahtanordnung wird der thermischen Behandlung zur Sinterung unter Zuführung eines geeigneten Elements oder von geeigneten Elementen unterzogen, um einen zusammengesetzten supraleitenden Draht mit einer gewünschten Supraleitereigenschaft herzustellen. Durch den Sinterungsprozeß kann das längliche Supraleitermaterial fest in dem inneren Abschnitt der Ausnehmung des Verstärkungselements integriert werden.
In dem vierten Verfahren werden längliche Supraleitermaterialien in einer Ausnehmung aufgenommen, die auf einem länglichen Verstärkungselement gebildet ist, so daß sie sich in eine Längsrichtung erstreckt. Danach wird das Verstärkungselement mit einem äußeren Rohr überzogen. Dann wird ds Verstärkungselement mit den länglichen Supraleitermaterialien einem Drahtziehungsprozeß ausgesetzt, gefolgt von einem Verwindungsprozeß und einem Aufwickelprozeß, dann wird das äußere Rohr entfernt, um eine Supraleiter-Drahtanordnung zu erzielen, welche wiederum einer thermischen Behandlung ausgesetzt wird.
Das Material des keramischen Supraleiters kann in solcher Weise hergestellt werden, daß ein geeignetes Rohmaterial des Keamiksupraleiters zunächst gesintert und die gesinterte Substanz in keramisches Supraleiterpulver zerbröckelt wird und das keramische Supraleiterpulver in einer geeigneten Umhüllung zur Bildung einer Drahtschicht aufgenommen wird.
Als das längliche Supraleitermaterial kann ein Bündel einer Vielzahl von keramischen Supraleiterfäden oder verwundenen keramischen Supraleiterfäden verwendet werden. In diesem Fall können die Fäden und/oder das Bündel der Fäden mit einem geeigneten Beschichtungsmaterial beschichtet werden. Ein derartiges Beschichtungsmaterial kann bei dem Prozeß der Entfernung des Rohrs entfernt werden. Beispielsweise können für das Beschichtungsmaterial Cu, Al, Ag verwendet werden. Als Beispiele des Lösungsmittels zur Entfernung des Rohrs kann irgendein Lösungsmittel entsprechend dem Material des Rohrs gewählt werden und es kann Salpetersäure oder Schwefelsäure verwendet werden.
Die Anzahl und Ausgestaltung der Ausnehmungen zur Aufnahme des länglichen Supraleitermaterials kann nach Bedarf bestimmt werden.
Falls die Ausnehmung zur Aufnahme des länglichen Supraleitermaterials in eine spiralförmige Gestalt ausgebildet ist, ist die Herstellung einer Spule aus dem Supraleiterdraht möglich und wenn die Ausnehmung auf der Umf angsoberfläche des Verstärkungselements gebildet ist, wird das in der Ausnehmung aufgenommene längliche Supraleitermaterial aufgrund des Schrumpfens des Supraleiters, wenn der Supraleiter gesintert wird, an den Boden der Ausnehmung gedrückt, wodurch das längliche Supraleitermaterial fest in der Ausnehmung gehalten werden kann.
Wenn eine Vielzahl von Ausnehmungen auf der Umfangsoberfläche des Verstärkungselements gebildet sind, können die gleichen technischen Wirkungen wie voranstehend erwähnt verwendet werden.
Wenn der keramische Supraleiter aus dem mittels der Gleichung (1) definierten Materials gebildet wird, werden die gleichen Wirkungen erzielt.
Um die voranstehend erwähnten Wirkungen zu erreichen, kann das Verstärkungselement durch verschiedene Arten von Materialien gebildet werden, vorausgesetzt, daß das Material zur Zeit der thermischen Verarbeitung der keramischen Supraleiter-Drahtanordnung nicht reagiert und eine ausreichende thermische Beständigkeit gegen die thermische Behandlungstemperatur aufweist.
In einem weiteren Verfahren werden ein oder mehrere längliche Supraleitermaterialien in einer oder mehreren Ausnehmungen aufgenommen, wobei jeder Ausnehmung auf einem länglichen Verstärkungselement so gebildet ist, daß sie sich in die Längsrichtung des Verstärkungselements erstreckt. Danach wird das Verstärkungselement mit einem äußeren Rohr überzogen. Dann wird da Verstärkungselement mit dem keramischen länglichen Supraleitermaterial einem Drahtziehungsprozeß ausgesetzt, um dadurch einen supraleitenden Draht zu erhalten, welcher mit dem äußeren Rohr überzogen ist, welcher wiederum einer thermischen Behandlung ausgesetzt wird, wobei der mit dem äußeren Rohr überzogene zusammengesetzte supraleitende Draht erhalten werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht des in Fig. 1 gezeigten Supraleiterdrahts;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm, welches einen Prozeß eines Verfahrens für die Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Supraleiterdrahts zeigt;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der Keramiksupraleiter in eine spiralförmige Ausnehmung eingepaßt ist;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die keramischen Supraleiter in vier Ausnehmungen gefült sind;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel des aufgewickelten Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht, die noch ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht des in Fig. 8 gezeigten Supraleiterdrahts;
Fig. 10 eine schematische Ansicht, die einen Prozeß zur Herstellung des in Fig. 8 gezeigten Supraleiterdrahtes zeigt;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei eine Vielzahl von keramischen Supraleiterfäden in die Ausnehmung eingepaßt sind;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht des in Fig. 11 gezeigten Supraleiterdrahts;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Supraleiterfäden in die spiralförmige Ausnehmung eingepaßt sind;
Fig. 14 eine Querschnittsansicht, die noch ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Supraleiterfäden in vier Ausnehmungen eingebracht sind;
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der in Fig. 13 gezeigte Supraleiterdraht in eine Spule ausgebildet ist;
Fig. 16 eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der Supraleiterdraht in einer äußere Verkleidung aufgenommen ist;
Fig. 17 eine Querschnittsansicht, die den in Fig. 16 gezeigten Supraleiterdraht zeigt;
Fig. 18 eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der spiralförmige Supraleiterdraht in einer äußeren Verkleidung aufgenommen ist;
Fig. 19 und 20 Querschnittsansichten, die noch ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der Supraleiterdraht in einer äußeren Verkleidung aufgenommen ist;
Fig. 21 eine perspektivische Ansicht, die eine Spule des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der Supraleiterdraht in einer äußeren Verkleidung aufgenommen ist;
Fig. 22 eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Vorrichtung zum Einpassen des Supraleiters in der Ausnehmung zeigt;
Fig. 23 bis 30 jeweils schematische Diagramme, die verschiedene Beispiele des Herstellungsprozesses des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 31 bis 33 Querschnittsansichten, die verschiedene Beispiele des mit einem äußeren Rohr überzogenen Supraleiterdrahts zeigen;
Fig. 34 eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel des Supraleiterdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 35 bis 37 jeweils Beispiele von Herstellungsverfahren der Supraleiterdrähte gemäß der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1, die ein Beispiel des zusammengesetzten supraleitenden Drahts 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, ist ein längliches Verstärkungselement 1 gezeigt, welches aus rostfreiem Stahl mit einer runden Querschnittsform hergestellt ist. Eine längliche Ausnehmung 2 mit einer allgemein kreisförmigen Gestalt ist auf dem zylindrischen Oberflächenabschnitt des Verstärkungselements 1 so gebildet, daß sie sich gerade in einer Längsrichtung des Verstärkungselements 1 erstreckt. Ein längliches Supraleitermaterial 3, welches aus einer keramischen Supraleitersubstanz aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x hergestellt ist, ist in der Ausnehmung 2 des Verstärkungselements 1 untergebracht. Da das brüchige längliche Supraleitermaterial 3 in der Ausnehmung 2 untergebracht ist, d.h. das längliche Supraleitermaterial 3 ist mit dem Verstärkungselement 1 bedeckt, kann bei dem in Fig. 1 gezeigten zusammengesetzten supraleitenden Draht eine Person den keramischen zusammengesetzten Supraleiterdraht 10 berühren und ihn ohne Beeinträchtigung der Supraleitereigenschaft biegen. Ferner ist es möglich, durch Herstellung eines langen Verstärkungselements einen langen Supraleiterdraht herzustellen.
Fig. 3 zeigt einen Prozeß zur Herstellung des zusammengesetzten keramischen Supraleiterdrahts 10 der vorliegenden Erfindung, wobei im Schritt A ein mit einer Cu- Schicht 3b überzogenes längliches Supraleitermaterial 3a und ein Basismaterial 1a des Verstärkungselements 1 mit der Ausnehmung 2 erstellt werden. Im Schritt B wird das längliche Supraleitermaterial 3a in der Ausnehmung 2 untergebracht und wiederum wird im Schritt C das Verstärkungselement 1 mit dem länglichen Supraleitermaterial 3a mit einem Cu-Rohr 5 überzogen. Dann wird der gesamte Körper im Schritt D einem Drahtziehungsprozeß ausgesetzt, so daß die Supraleiterdrahtanordnung gezogen und auf den Draht mit einem gewünschten äußeren Durchmesser verlängert wird. Dann werden das Cu-Rohr 5 und die Cu-Schicht 3b durch eine chemische Behandlung im Schritt E entfernt, die keramische Supraleiterdrahtanordnung wird im Schritt F wiederum einem thermischen Prozeß mit einer höheren Temperatur als 900ºC über wenigstens einige Stunden ausgesetzt, wodurch der in den Fig. 1 und 2 gezeigte zusammengesetzte supraleitende Draht erhalten werden kann.
Für das keramische Supraleiter-Basismaterial kann eine einfache Substanz oder eine Verbindung davon verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Substanz ein Material und/oder Materialien enthält, die eine Supraleitereigenschaft aufzeigen.
Bei der Durchführung der thermischen Behandlung tritt ein Schrumpfen des länglichen Supraleitermaterials auf und es könnte ein Spalt zwischen dem länglichen Supraleitermaterial 3a und dem Verstärkungselement 1 gebildet werden und deshalb kann an den Spalt ausreichend O&sub2; zugeführt werden, so daß eine gute Supraleitereigenschaft erzielt werden kann. Insbesondere war die kritische Temperatur des Supraleiterdrahts 91 K.
In dem voranstehend beschriebenen Beispiel kann anstelle der Verwendung des Cu-Rohrs ein Al- oder Ag-Rohr verwendet werden.
Bei dem Prozeß der Entfernung des vorher erwähnten Cu-Rohrs kann ein Teil 3x des Cu-Rohres, welcher das längliche Supraleitermaterial 3a an dem Boden der Ausnehmung 2 bedeckt, nicht entfernt werden, sondern der obere Halbabschnitt des Cu-Rohrs wird entfernt, wie in Fig. 7 gezeigt.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des zusammengesetzten Supraleiterdrahts der vorliegenden Erfindung, wobei die Ausnehmung 2 in einer spiralförmigen Weise auf der zylinrischen Oberfläche des Verstärkungselements 1 gebildet ist.
In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist es ähnlich wie bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform möglich, den zusammengesetzten supraleitenden Draht 10 durch Einwirkung der Hand einer Person zu behandeln und es ist ferner möglich, einen zusammengesetzten supraleitenden Draht mit großer Länge herzustellen.
Überdies kann die Länge des zusammengesetzten supraleitenden drahts im Vergleich mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform leicht erhöht werden, indem das längliche Supraleitermaterial 3 so hergestellt wird, daß es sich um die zylindrische Oberfläche des Verstärkungselements 1 in einer spiralförmigen Ausgestaltung erstreckt. Falls das längliche Supraleitermaterial 3 in der spiralförmigen Ausnehmung 2 schrumpft, wird das längliche Supraleitermaterial 3 ferner an den Boden der Ausnehmung 2 so gedrückt, daß das längliche Supraleitermaterial 3 fest mit dem Verstärkungselement 1 integriert werden kann.
Selbst wenn das Verstärkungselement mit der geraden Ausnehmung verwendet wird, ist es hinsichtlich des Herstellungsprozesses für den in Fig. 4 gezeigten zusammengesetzten supraleitenden Draht ausreichend, einen Verwindungsprozeß zwischen dem Drahtziehungsprozeß und dem Prozeß zur Entfernung des Überzugs hinzuzufügen, so daß ermöglicht wird, den Herstellungsprozeß so einfach wie möglich durchzuführen.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel des zusammengesetzten supraleitenden Drahts der vorliegenden Erfindung, wobei vier Ausnehmungen 2 in dem Verstärkungselement 1 gebildet sind. Die Ausnehmungen 2 liegen jeweils um den gleichen Winkelabstand auseinander. Die länglichen keramischen Supraleiterdrähte 3 sind in den jeweiligen Ausnehmungen 2 untergebracht. In dem in Fig. 5 gezeigten zusammengesetzten supraleitenden Draht können die verschiedenen voranstehend erwähnten Vorteile erzielt werden. Zusätzlich kann die Anzahl der Ausnehmungen 2, d.h. die Anzahl der länglichen Supraleitermaterialien auf bis zu 15 oder 16 erhöht werden.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel des zusammengesetzten supraleitenden Drahtes der vorliegenden Erfindung, wobei das Verstärkungselement 1 in eine spiralförmige Gestalt ausgebildet ist. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel kann eine Spule mit einer gewünschten Anzahl von Windungen leicht hergestellt werden.
Hinsichtlich des Herstellungsprozesses kann der in Fig. 6 gezeigte zusammengesetzte supraleitende Draht hergestellt werden, indem lediglich zwischen dem Ziehungsprozeß und dem Prozeß zum Entfernen des Überzugs ein Prozeß zur Verwindung des Verstärkungselements 1 hinzugefügt wird, so daß die Ausnehmungen in eine spiralförmige Gestalt ausgebildet werden. Jedoch kann die spiralförmige Ausgestaltung durchgeführt werden, nachdem die supraleitende Drahtanordnung fertiggestellt ist.
In einem weiteren Beispiel des zusammengesetzten supraleitenden Drahts kann ein aus Cu hergestellter Stabilisationsleiter 4 hinzugefügt werden, so daß er in dem Mittenabschnitt des Verstärkungselements 1 verläuft, wie in den Fig. 8 bis 10 gezeigt. Da der Stabilisationsleiter 4 in das Verstärkungselement 1 gelegt ist, fließt in der Ausführungsform für den Fall, daß das längliche Supraleitermaterial 3 in den normalen leitenden Zustand übergeht, der Strom hauptsächlich durch den Stabilisationsleiter 4, wodurch ermöglicht wird, den Supraleiterdraht vom Ausbrennen abzuhalten.
Fig. 10 zeigt die jeweiligen Prozesse zur Herstellung des in Fig. 8 gezeigten zusammengesetzten supraleitenden Drahts, die ähnlich wie diejenigen in Fig. 3 gezeigten sind, mit der Ausnahme, daß das Stabilisationselement 4 in dem Verstärkungselement 1 angeordnet ist.
In einem weiteren Beispiel des zusammengesetzten supraleitenden Drahts können als das längliche Supraleitermaterial eine Vielzah von Supraleiterfäden (allemein mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet) verwendet werden, die verwunden sind, wie in den Fig. 11 bis 14 gezeigt. Die verwundenen Supraleiterfäden oder Drähte können dadurch erhalten werden, daß nach Bildung einer Vielzahl von Supraleiterfäden unter Verwendung des keramischen Supraleiter-Basismaterials die Supraleiterfäden verwunden werden und einer Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als 900ºC ausgesetzt werden.
Der Herstellungsprozeß des in Fig. 11 gezeigten zusammengesetzten supraleitenden Drahts ist ähnlich wie der in Fig. 3 gezeigte, mit der Ausnahme, daß die verwundenen Supraleiterfäden in der Ausnehmung 2 aufgenommen sind.
Da die Supraleiterfäden verwunden sind, kann in dem in den Fig. 11 bis 14 gezeigten Beispiel eine Verformung der Fäden aufgrund einer Schrumpfung zum Zeitpunkt des Sintrungsprozesses wirksam beseitigt werden.
Die Fig. 15 zeigt einen gewickelten zusammengesetzten supraleitenden Draht unter Verwendung der vorher erwähnten verwundenen Supraleiterfäden.
Die Fig. 16 und 17 zeigen noch weitere Beispiele des zusammengesetzten supraleitenden Drahts. Der zusammengesetzte supraleitende Draht 10, der aus dem in Fig. 1 gezeigten Verstärkungselement 1 und dem in der Ausnehmung 2 aufgenommenen länglichen Supraleitermaterial 3 zusammengesetzt ist, ist in einer aus rostfreiem Stahl hergestellten äußeren Verkleidung 11 mit einer allgemein rechteckigen Gestalt, wie dargestellt, aufgenommen, so daß ein Raum 12 vorgesehen wird, um das Kühlmedium um den zusammengesetzten supraleitenden Draht 10 herumfließen zu lassen.
In dem in den Fig. 16 und 17 gezeigten Beispiel wird durch den von der äußeren Verkleidung 11 umgebenen Raum 12 entlang des zusammengesetzten supraleitenden Drahts 10 flüssiger Stickstoff geleitet, so daß der zusammengesetzte supraleitende Draht 10 auf einer niedrigeren Temperatur als eine kritische Temperatur gehalten werden kann, da die Temperatur des flüssigen Stickstoffs niedriger als die kritische Temperatur des keramischen supraleitenden Drahts ist.
In dem in den Fig. 16 und 17 gezeigten Beispiel kann der zusammengesetzte supraleitende Draht 10 mit dem gleichen Prozeß hergestellt werden, der in Fig. 3 gezeigt ist. Nachdem der zusammengesetzte supraleitende Draht 10 hergestellt ist, werden vier flache Platten zur Herstellung der äußeren Verkleidung 11 kontinuierlich zugeführt und die Platte verschweißt, so daß die äußere Verkleidung 11 so hergestellt werden kann, daß sie eine größere Abmessung als der Durchmesser des Verstärkungselements 1 zum Durchfließen des Kühlmediums aufweist. Die Form der Verkleidung 11 ist nicht auf die rechteckförmige Form beschränkt, sondern kann nach Bedarf als runde Form gewählt werden. Wenn die flache Platten verschweißt werden, kann die rechteckige Verkleidung 11 hergestellt werden und wenn bogenförmige Platten verschweißt werden, kann eine runde Verkleidung oder eine elliptische Verkleidung hergestellt werden.
Die Fig. 18 zeigt noch ein weiteres Beispiel des zusammengesetzten supraleitenden Drahts mit der spiralförmigen Gestalt, welche in der äußeren Verkleidung 11 aufgenommen ist. Der zusammengesetzte supraleitende Draht an sich ist der gleiche wie der in Fig. 4 gezeigte. In ähnlicher Weise ist in dem in Fig. 19 gezeigten Beispiel der in Fig. 5 gezeigte zusammengesetzte supraleitende Draht, bei dem eine Vielzahl der länglichen Supraleitermaterialien 3 jeweils in den Ausnehmungen 2 des Verstärkungselements 1 aufgenommen sind, in der äußeren Verkleidung 11 untergebracht. In dem in Fig. 21 gezeigten Beispiel ist der in Fig. 12 gezeigte Supraleiterdraht, bei dem die verwundenen Supraleiterfäden 3 in der Ausnehmung 2 des Verstärkungselements 1 aufgenommen sind, in der äußeren Verkleidung 11 aufgenommen. In dem in Fig. 20 gezeigten Beispiel kann das Oberflächengebiet des mit dem flüssigen Stickstoff in Kontakt zu bringenden zusammengesetzten supraleitenden Drahts erhöht werden und deshalb kann der Kühleffekt des zusammengesetzten supraleitenden Drahts erhöht werden. Die Fig. 21 zeigt ein Beispiel eines spulenförmigen zusammengesetzten supraleitenden Drahts unter Verwendung der in den Fig. 16 bis 20 gezeigten verschiedenen Beispielen des zusammengesetzten supraleitenden Drahts.
Die Fig. 22 zeigt einen grundlegenden Aufbau einer Vorrichtung zum Einpassen des länglichen Supraleitermaterials in die spiralförmige Ausnehmung 2 des Verstärkungselements 1, um, wie in Fig. 4 gezeigt, den zusammengesetzten supraleitenden Draht herzustellen, bei dem das längliche Supraleitermaterial 3 in die spiralförmige Ausnehmung 2 eingebracht ist. Ein Paar von Drahtführungsplatten 6 und ein Drahtsammlungswürfel 7 befinden sich an jeweiligen Positionen. Das längliche Supraleitermaterial 3 wird über die Drahtführungsplatten 6 an den Drahtsammelwürfel 7 geführt, wenn das Verstärkungselement 1 um seine Längsachse gedreht wird und in die mit der Pfeilmarkierung angedeuteten Richtung vorgerückt wird. Da das längliche Supraleitermaterial 3 eine geeignete Flexibilität aufweist, kann das längliche Supraleitermaterial 3 in die Ausnehmung 2 eingepaßt werden.
Wenn das längliche Supraleitermaterial mit dem Cu-Rohr 3b überzogen ist, kann der Prozeß zur Einpassung des länglichen Supraleitermaterials 3 in die Ausnehmung 2 einfacher gemacht werden.
Das längliche Supraleitermaterial 3 mit einer geeigneten Flexibilität kann hergestellt werden, indem das alkoholische Lösungsmittel in das Supraleitermaterial gemischt wird, das Supraleitermaterial dann durch das Dr.-Brade-Verfahren (Schlickergußverfahren) in die Drahtform gesponnen wird. Da das längliche Supraleitermaterial eine ausreichende Flexibilität aufweist, kann das längliche Supraleitermaterial in die Ausnehmung 2 ohne Cu-Rohr eingepaßt werden. Das alkoholische Lösungsmittel wird verdampft, wenn die Drähte dem thermischen Prozeß ausgesetzt werden, und die Supraleitereigenschaft wird durch das alkoholische Lösungsmittel nicht beeinträchtigt.
Die Ausnehmung 2 des Verstärkungselements 1 kann durch einen Schneideprozeß gebildet werden.
Durch eine Reihenverbindung der jeweiligen Cu-Rohre 5 der jeweiligen zusammengesetzten supraleitenden Drähte unter Verwendung eines TIG-Schweißverfahrens, eines NIG- Schweißverfahrens oder eines Hochfrequenz-Schweißverfahrens können zusammengesetzte supraleitende Drähte großer Länge erhalten werden.
Um den in Fig. 4 gezeigten zusammengesetzten supraleitenden Draht bereitzustellen, bei dem das längliche supraleitende Material 3 in der spiralförmigen Ausnehmung aufgenommen ist, kann anstelle der Verwendung der spiralförmigen Ausnehmung das Verstärkungselement mit der gerade verlaufenden Ausnehmung 2 verwendet werden.
Fig. 23 zeigt ein Beispiel des zweiten Verfahrens der Herstellung des zusammengesetzten supraleitenden Drahts wie in Fig. 4 gezeigt, unter Verwendung des Verstärkungselements mit einer geraden Ausnehmung. Bei dem in Fig. 23 gezeigten Verfahren ist das Verfahren ähnlich wie das in Fig. 3 gezeigte Verfahren, außer daß ein Verwindungsprozße (Schritt (E) in Fig. 23) zwischen den Drahtziehungsschritt (Schritt (D) in Fig. 23) und den Entfernungsschritt für das Cu-Rohr (Schritt (F) in Fig. 23) hinzugefügt ist.
In dem in Fig. 23 gezeigten Beispiel ist die gezogene Supraleiterdrahtanordnung um die Längsachse des Supraleiterdrahts 10 so gewunden, daß die Ausnehmung 2 und das längliche Supraleitermaterial 3 in die spiralförmige Gestalt, wie in Fig. 4 gezeigt, ausgebildet ist. Die verwundene Supraleiterdrahtanordnung wird der thermischen Behandlung ausgesetzt, nachdem die Cu-Abdeckung entfernt ist.
Fig. 24 zeigt ein Beispiel des dritten Verfahrens der Herstellung der Spule 20 (siehe Fig. 6) des zusammengesetzten supraleitenden Drahts 10 unter Verwendung des Verstärkungselements mit einer geraden Ausnehmung. Bei dem in Fig. 24 gezeigten Verfahren ist das Verfahren ähnlich wie das in Fig. 3 gezeigte Verfahren, bis auf die Tatsache, daß ein Abkühlungsprozeß (Schritt (E) in Fig. 24) zwischen dem Drahtziehungsschritt (Schritt (D) in Fig. 24) und dem Entfernungsschritt für das Cu-Rohr (Schritt (F) in Fig. 24) eingefügt ist.
In dem in Fig. 24 gezeigten Beispiel wird das Verstärkungselement 1 mit dem länglichen supraleitenden Material 3 in eine Spulenform gebogen, um eine oder mehrere Spulenwicklungen, wie in Fig. 6 gezeigt, zu bilden. Der in die Form der Spule gebrachte zusammengesetzte supraleitende Draht 10 wird der thermischen Behandlung ausgesetzt, nachdem die Cu-Abdeckung entfernt ist, wodurch die Supraleiterspule mit den gewünschten Windungen erhalten werden kann.
Fig. 25 zeigt ein Beispiel eines vierten Verfahrens der Herstellung des zusammengesetzten supraleitenden Drahts unter Verwendung des Verstärkungselements mit einer geraden Ausnehmung. In dem in Fig. 25 gezeigten Verfahren ist das Verfahren ähnlich wie das in Fig. 23 gezeigte Verfahren, außer daß zwischen dem Drahtziehungsschritt (Schritt (D) in Fig. 25) und dem Spulenbildungsschritt (Schritt (F) in Fig. 25) ein Verwindungsschritt (Schritt (E) in Fig. 25) hinzugefügt ist.
In dem in Fig. 25 gezeigten Beispiel wird die gezogene Supraleiterdrahtanordnung so verwunden, daß die Ausnehmung 2 und das längliche Supraleitermaterial 3 in die in Fig. 4 gezeigte spiralförmige Gestalt ausgestaltet wird. Dann wird der verwundene supraleitende Draht 10 in die Spulenform gebogen. Die gebogene Supraleiterdrahtanordnung wird der thermischen Behandlung ausgesetzt, nachdem die Cu-Abdeckung entfernt ist, wodurch die Spule mit den gewünschten Windungen mit dem in die spiralförmige Gestalt verwundenen zusammengesetzten supraleitenden Draht erhalten werden kann.
Bei den verschiedenen voranstehend erwähnten Herstellungsverfahren ist es möglich, die in den Fig. 1 bis 20 gezeigte Position und die Anzahl der Ausnehmungen und das längliche Supraleitermaterial und andere als die hier gezeigten zu verändern. Es ist auch möglich, die kritische Temperatur des Supraleiterdrahts oder der Drähte je nach Bedarf zu wählen, indem das Material des Supraleiterdrahts gewählt wird. Auch ist es möglich, die Länge und/oder die Anzahl von Windungen der Spule des zusammengesetzten supraleitenden Drahts je nach Bedarf durch Auswahl der Länge des Verstärkungselements 1 zu wählen. Ferner ist es möglich, den zusammengesetzten supraleitenden Draht herzustellen, bei dem der supraleitende Draht mit einem Al-Material überzogen ist, welches zum Zeitpunkt der thermischen Behandlung des Supraleiterdrahtmaterials schmelzbar ist, oder der Supraleiterdraht, der mit einem Ag-Material beschichtet ist, welches die Übertragung von O&sub2; ermöglicht wird, verwendet und nur das äußeren Rohr (beispielsweise das Cu-Rohr 5) wird entfernt.
Die Fig. 26 zeigt ein weiteres Beispiel des Verfahrens der Herstellung des zusammengesetzten supraleitenden Drahts. Im Schritt A in Fig. 26 wird ein Supraleiterpulver 3d anfänglich erwärmt und bei einer höheren Temperatur als 900ºC für 10 bis 20 Stunden gesintert, so daß die anfänglich gesinterte keramische Supraleitersubstanz 3C erhalten wird, welche die Struktur Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x mit der kritischen Temperatur von 91K besitzt. Die anfänglich gesinterte Substanz wird in Pulver zerbröckelt. Das Pulver wird in dem Rohr 3b aus Al plaziert und das Rohr 3b mit dem keramischen Supraleiterpulver wird in die Ausnehmung 2 plaziert. Die Schritte C bis E aus Fig. 26 sind ähnlich wie die in dem Beispiel aus Fig. 3 gezeigten. Nachdem das Verstärkungselement 1 mit dem länglichen Supraleitermaterial 3 in einen länglichen Draht gezogen ist, wie in dem Schritt F aus Fig. 26 gezeigt ist, wird die Supraleiterdrahtanordnung mit dem äußeren Rohr 5 der thermischen Behandlung bei der höheren Temperatur als 900ºC über mehrere Stunden ausgesetzt.
Durch das in Fig. 26 gezeigte Verfahren kann der Supraleiterdraht erhalten werden, bei dem das mit Al überzogene keramische längliche Supraleitermaterial 3 in der Ausnehmung 2 aufgenommen ist, die auf dem zylindrischen Oberflächenabschnitt des Verstärkungselements 1 gebildet ist, welches aus rostfreiem Stahl oder dergleichen hergestellt ist und der zusammengesetzte supraleitende Draht ist mit dem aus Cu oder rostfreiem Stahl bestehenden äußeren Rohr 5 bedeckt.
Da das längliche Supraleitermaterial 3 bereits anfänglich gesintert wurde, so daß es die gewünschte Supraleitereigenschaft aufweist, besteht bei dem in Fig. 26 gezeigten Verfahren keine Notwendigkeit im Schritt GO2T hinzuzuführen, so daß ermöglicht wird, die Anzahl der Steuerelemente zu verkleinern, damit der Prozeß einfach gehalten werden kann. Bei diesem Beispiel war die Temperatur des zusammengesetzten supraleitenden Drahts 9lK.
Die Fig. 27 zeigt ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des zusammengesetzten supraleitenden Drahts. In dem in Fig. 27 gezeigten Verfahren ist das Verfahren ähnlich wie das in Fig. 26 gezeigte Verfahren, bis auf die Tatsache, daß zwischen dem Drahtziehungsschritt (Schritt F in Fig. 26) und dem thermischen Behandlungsschritt (Schritt G in Fig. 26) ein Verwindungsprozeß (Schritt G in Fig. 27) hinzugefügt ist.
In dem in Fig. 27 gezeigten Beispiel wird die gezogene Supraleiterdrahtanordnung so verwunden, daß die Ausnehmung 2 und das längliche Supraleitermaterial 3 wie in Fig. 4 gezeigt in eine spiralförmige Gestalt ausgebildet werden.
Die Fig. 28 zeigt ein Beispiel des zweiten Verfahrens zur Herstellung des zusammengesetzten supraleitenden Drahts. Bei dem in Fig. 28 gezeigten Verfahren ist das Verfahren ähnlich wie das in Fig. 27 gezeigte Verfahren, mit der Ausnahme, daß anstelle des Verwindungsschritts (Schritt G in Fig. 27) ein Wicklungsprozeß (Schritt G in Fig. 28) verwendet wird.
In dem in Fig. 28 gezeigten Beispiel wird die gezogene Supraleiterdrahtanordnung so gewickelt, daß der zusammengesetzte supraleitende Draht in der spulenförmigen Gestalt erhalten werden kann. Die gewickelte Supraleiterdrahtanordnung wird der Wärmebehandlung ausgesetzt und die Spule aus dem zusammengesetzten supraleitenden Draht mit der gewünschten Anzahl von Windungen kann erhalten werden.
Die Fig. 29 zeigt ein weiteres Beispiel des Verfahrens der Herstellung des zusammengesetzten supraleitenden Drahts. In dem in Fig. 29 gezeigten Verfahren ist das Verfahren ähnlich wie das in Fig. 27 gezeigte Verfahren, mit der Ausnahme, daß zwischen den Drahtziehungsschritt (Schritt (F ) in Fig. 27) und den Wicklungsschritt (Schritt G in Fig. 27) ein Verwindungsprozeß (Schritt G in Fig. 29) hinzugefügt ist.
In dem in Fig. 29 gezeigten Beispiel wird die gezogene Supraleiterdrahtanordnung so verwunden, daß die Ausnehmung 2 und der Supraleiterdraht 3 wie in Fig. 4 gezeigt in die spiralförmige Gestalt ausgebildet werden und der zusammengesetzte supraleitende Draht kann gewickelt werden.
Bei den verschiedenen in den Fig. 27 bis 29 gezeigten Herstellungsverfahren kann es möglich sein, die Position und die Anzahl der Ausnehmungen und das längliche Supraleitermaterial 3, wie in den Fig. 1 bis 20 gezeigt, und andere als die darin gezeigten zu verändern. Es ist auch möglich, die kritische Temperatur des Supraleiterdrahts oder der Drähte je nach Bedarf durch Auswahl des Materials für den Supraleiterdraht zu wählen. Ferner ist es möglich, die Länge und/oder die Anzahl von Windungen der Spule des zusammengesetzten supraleitenden Drahts je nach Bedarf durch Wählen der Länge des Verstärkungselements 1 zu wählen. Ferner ist es möglich, die Oxidation des äußeren Rohrs 5 zu verhindern, und zwar indem die Wärmebehandlung durchgeführt wird, während die Außenseite des äußeren Rohrs 5 im Vakuum oder einer reduzierenden Atmosphäre, wie beispielsweise einer H&sub2;-Atmosphäre, gehalten wird. Überdies ist es in den in Fig. 27 und 29 gezeigten BeisPielen möglich, eine weitere Drahthiehungsbehandlung nach der Verwindungsbehandlung auszuführen.
Die Fig. 30 zeigt noch ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des zusammengesetzten supraleitenden Drahts. Die Schritte A bis D in Fig. 30 sind ähnlich wie diejenigen in Fig. 23 gezeigten. Nachfolgend zu dem Drahtziehungsprozeß wird die längliche Supraleiterdrahtanordnung einer thermischen Verarbeitung ausgesetzt, wie im Schritt E aus Fig. 30 gezeigt, wobei O&sub2; von dem Ende des Cu-Rohrs 5 zugeführt wird, um so den mit einem Cu-Rohr 5 bedeckten zusammengesetzten supraleitenden Draht zu erhalten, wie in Fig. 31 gezeigt. Bei der Durchführung der thermischen Verarbeitung nach Fig. 30E wird das keramische längliche Supraleitermaterial 3 geschrumpft, um die Querschnittsfläche des länglichen Supraleitermaterials 3 zu verkleinern, so daß ein Spalt zwischen dem Verstärkungselement 1 und dem länglichen Supraleitermaterial 3 und zwischen dem Cu-Rohr 5 und dem länglichen Supraleitermaterial 3 gebildet wird, wodurch O&sub2; in ausreichender Menge an den Spalt zugeführt und eine gute Supraleitereigenschaft erhalten werden kann.
Wenn ein Bündel aus verwundenem länglichen Supraleitermaterial in der Ausnehmung 2 untergebracht wird und das in Fig. 30 gezeigte Verfahren durchgeführt wird, kann der zusammengesetzte supraleitende Draht, wie in Fig. 32 gezeigt, erhalten werden.
Wenn vier Ausnehmungen 2 auf dem Verstärkungselement 1 gebildet sind und das in Fig. 30 gezeigte Verfahren durchgeführt wird, kann der zusammengesetzte supraleitende Draht, wie in Fig. 33 gezeigt, erhalten werden, wobei die vier Drähte 3 mit dem Cu-Rohr 5 überdeckt sind.
Bei dem in Fig. 30 gezeigten Verfahren kann die Ausnehmung 2 in die spiralförmige Gestalt, wie in Fig. 34 gezeigt, ausgebildet werden, wobei die äußere Oberfläche der Supraleiterdrahtanordnung mit dem Cu-Rohr 5 überdeckt ist, das mit schematischen Linien dargestellt ist.
Die Fig. 35 zeigt ein weiters Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des zusammengesetzten supraleitenden Drahts, wobei in dem in der Fig. 30 gezeigten Verfahren der im Schritt E aus Fig. 35 gezeigte Verwindungsprozeß hinzugefügt wurde.
Die Fig. 36 zeigt ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des zusammengesetzten supraleitenden Drahts, wobei in dem in Fig. 30 gezeigten Verfahren der mit dem Schritt E in Fig. 36 gezeigte Wicklungsprozeß hinzugefügt wurde, um so die überzogene Spule aus zusammengesetztem supraleitenden Draht, welcher mit dem Cu-Rohr 5 bedeckt ist, herzustellen.
Die Fig. 37 zeigt ein weiteres Beispiel der Herstellung des zusammengesetzten superleitenden Drahts, wobei in dem in Fig. 30 gezeigten Verfahren der mit dem Schritt E in Fig. 37 gezeigte Verwindungsprozeß und der Wicklungsschritt aus Schritt F in Fig. 37 hinzugefügt wurden.
In der vorliegenden Erfindung können verschiedene Veränderungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann das in den Fig. 8 bis 10 gezeigte Stabilisationselement 4 um das Verstärkungselement 1 herum gebildet werden. Wenn sich das Stabilisationselement an dem Mittenabschnitt des Verstärkungselements 1 befindet, kann das Stabilisationselement 4 aus einem derartigen Material bestehen, welches einen niedrigen Widerstand mit einem höheren Schmelzpunkt als der Sinterungspunkt des keramischen Supraleiterdrahtmaterials aufweist. In diesem Fall kann Cu, Ag, Al und deren Legierung und deren Verbundmaterial für das Material des Stabilisationselements 4 verwendet werden. Wenn das Stabilisationselement um das Verstärkungselement herum gebildet ist, dann kann das Stabilisationselement 4 unter Verwendung eines derartigen Materials, welches nicht mit dem keramischen Supraleiterdrahtmaterial reagiert und einen niedrigen Widerstand aufweist, integral mit dem Verstärkungselement ausgebildet werden. Da das keramische Supraleiterdrahtmaterial und das Stabilisationselement direkt in Kontakt gebracht werden können, kann ihr Kontaktwiderstand in jedem Fall herabgesetzt werden. Überdies kann in diesem Fall für das Material des Stabilisationselements mit rostfreiem Stahl überzogenes Al, mit rostfreiem Stahl überzogenes Ag und mit rostfreiem Stahl überzogenes Au verwendet werden. Wenn das mit rostfreiem Stahl überzogene Al verwendet wird und die Sintertemperatur des keramischen Supraleiterdrahtmaterials höher als 900ºC ist, kann das keramische Supraleiterdrahtmaterial fest in der Ausnehmung fixiert werden, da die Al-Schicht bei dem thermischen Behandlungsprozeß des Supraleiterdrahts geschmolzen wird.
Für das längliche Supraleiterdrahtmaterial, welches in die Ausnehmung aufgenommen werden soll, kann ein derartiger Supraleiterdraht verwendet werden, bei dem das Supraleiterdrahtmaterial mit einer Al-Schicht überzogen ist und das mit Al überzogene Supraleiterdrahtmaterial einem thermischen Prozeß bei einer höheren Temperatur als 900ºC ausgesetzt wird. Da die Al-Schicht in diesem Fall zur Zeit des thermischen Prozesses geschmolzen wird, und das Al schließlich aushärtet, kann das längliche keramische Supraleiterdrahtmaterial stabilisiert in der Ausnehmung gehalten werden.
Für das längliche Supraleiterdrahtmaterial, welches in die Ausnehmung aufgenommen werden soll, kann ein derartiges längliches keramisches Supraleiterdrahtmaterial verwendet werden, welches mit einer Ag-Schicht oder einer Cu-Schicht überzogen ist. Wenn das keramische Supraleiterdarhtmaterial mit Ag überzogen ist, kann an das keramische Supraleitermaterial über die Ag-Schicht zur Zeit des thermischen Prozesses für die Supraleiterdrahtanordnung ausreichend O&sub2; zugeführt werden.
Wenn der thermische Prozeß in den in den Fig. 30, 35, 36 und 37 gezeigten Beispielen durchgeführt wird, kann anstelle einer Zuführung von O&sub2; von dem Ende des äußeen Rohrs 5 die in der Gleichung (1) definierte Substanz C zugeführt werden.

Claims

1. Zusammengesetzter supraleitender Draht, umfassend ein längliches Verstärkungselement und wenigstens einen Draht aus keramischem Supraleitermaterial, welcher sich allgemeinen die Längsrichtung des Verstärkungselements erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Draht aus keramischem Supraleitermaterial in einer Ausnehmung befindet, die sich entlang der Oberfläche des Verstärkungselements erstreckt und darin gebildet ist.

2. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement in einer spiralförmigen Gestalt gebildet ist.

3. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung in einer spiralförmigen Gestalt ausgebildet ist.

4. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Ausnehmungen auf dem Oberflächenabschnitt des Verstärkungselements definiert sind.

5. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Supraleitermaterial aus einem Material gebildet ist, welches die Formel YBa&sub2;Cu&sub3;O7-x besitzt.

6. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement aus einem Material gebildet ist, welches während der thermischen Bearbeitung des keramischen Supraleitermaterials nicht reagiert und eine thermische Widerstandsfähigkeit gegenüber der thermischen Bearbeitungstemperatur aufweist.

7. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Stabilisationselement, welches in dem Verstärkungselement enthalten ist und sich in die Längsrichtung des Verstärkungselements erstreckt.

8. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisationselement an dem Mittenabschnitt des Verstärkungselements vorgesehen ist.

9. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisationselement aus Cu, Ag und/oder Al, aus einer Legierung von derartigen Metallen oder einem Verbundmaterial mit diesen besteht.

10. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisationselement auf der äußeren Umfangsoberfläche des Verstärkungselements gebildete ist.

11. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Supraleitermaterial mit Al bedeckt ist.

12. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Supraleitermaterial mit Ag bedeckt ist.

13. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Supraleitermaterial mit Cu bedeckt ist.

14. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Supraleitermaterial aus gewundenen keramischen Supraleiterfäden hergestellt ist.

15. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 1, ferner umfassend eine äußere Verkleidung zur Einfassung des Verstärkungselements mit dem keramischen Supraleiterdraht, um so einen Pfad vorzusehen, um ein Kühlmedium um das Verstärkungselement herum fließen zu lassen.

16. Zusammengesetzter surpaleitender Draht nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement in eine spriralförmigen Gestalt ausgebildet ist.

17. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung in eine spiralförmigen Gestalt ausgebildet ist.

18. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Ausnehmungen auf dem Oberflächenabschnitt des Verstärkungselements definiert sind.

19. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Ansrpuch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische supraleitende Material aus einem Material gebildet ist, welches die Formel YBa&sub2;Cu&sub3;O7-x aufweist.

20. Zusammengesetzter supraleitender Draht nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement aus einem Material gebildet ist, welches während der thermischen Bearbeitung des keramischen Supraleitermaterials nicht reagiert und eine thermische Widerstandsfähigkeit gegenüber der thermischen Bearbeitungstemperatur aufweist.

21. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts, umfassend die folgenden Schritte:

Einbringen von keramischem Material in eine Ausnehmung eines länglichen Verstärkungselements, wobei sich die Ausnehmung allgemein in die Längsrichtung des Verstärkungselements erstreckt

Abdecken des Verstärkungselements mit dem keramischen Material in der Ausnehmung mit einem äußeren Rohr;

Ziehen des mit dem Rohr bedeckten Verstärkungselements, um einen länglichen Draht zu erhalten und dann optionales Entfernen des Rohrs; und

Sintern des länglichen Drahts bei Vorhandensein von Sauerstoff bei einer Temperatur von mehr als 900ºC, um das keramische Material supraleitend zu machen.

22. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts nach Anspruch 21, ferner umfassend den Schritt einer Verwindung des länglichen Drahts vor dem Sinterungsschritt.

23. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts nach Anspruch 21, ferner umfassend den Schritt des Biegens des länglichen Drahts in eine Spule vor dem Sinterungsschritt.

24. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts nach Anspruch 21, ferner umfassend die Schritte eines Verwindens und dann Biegens des länglichen Drahts in eine Spule vor dem Sinterungsschritt.

25. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts, umfassend die folgenden Schritte:

anfängliches Sintern eines keramischen Supraleitermaterials;

Zerbröckeln des anfänglich gesinterten keramischen Supraleitermaterials in keramisches Supraleiterpulver;

Bilden eines länglichen Supraleitermaterials durch Einbringen des keramischen Supraleiterpulvers in ein Rohr;

Anordnen des Supraleitermaterials in einer Ausnehmung eines länglichen Verstärkungselements, wobei sich die Ausnehmung allgemein in die Längsrichtung des Verstärkungselements erstreckt;

Abdecken des Verstärkungselements, welches das Supraleitermaterial in der Ausnehmung aufweist, mit einem äußeren Rohr;

Ziehen des mit dem Rohr bedeckten Verstärkungselements, um einen länglichen Draht zu erhalten; und

Sintern des länglichesn Drahts bei Vorhandensein von Sauerstoff bei einer Temperatur von mehr als 900ºC.

26. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts nach Anspruch 25, ferner umfassend den Schritt eines Verwindens des länglichen Drahts vor dem Sinterungsschritt.

27. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts nach Anspruch 25, ferner umfassend den Schritt eines Biegens des länglichen Drahts in eine Spule vor dem Sinterungsschritt.

28. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts nach Anspuch 25, ferner umfassend die Schritte eines Verwindens und dann Biegens des länglichen Drahts in eine Spule vor dem Sinterungsschritt.

29. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr nicht entfernt wird und der Sinterungsschritt ausgeführt wird, während erforderliche Elemente von einem Ende des äußeren Rohrs zugeführt werden.

30. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts nach Anspruch 29, ferner umfassend den Schritt eines Verwindens des länglichen Drahts vor dem Sinterungsschritt.

31. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts, nach AnsPruch 29, ferner umfassend den Schritt eines Biegens des länglichen Drahts in eine Spule vor dem Sinterungsschritt.

32. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Drahts nach Anspruch 29, ferner umfassend die Schritte eines Verwindens und dann Biegens des länglichen Drahts in eine Spule vor dem Sinterungsschritt.