DE69203273T2

DE69203273T2 - Verfahren zum Herstellen von oxyd-supraleitenden multifilamentären Drähten und Drähte, erzeugt mit diesem Verfahren.

Info

Publication number: DE69203273T2
Application number: DE69203273T
Authority: DE
Inventors: Patrick Dubots; Denis Legat
Original assignee: GEC Alsthom SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 1991-04-16
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2012-04-14
Also published as: FR2675620A1; DE69203273D1; EP0509436A2; FR2675620B1; ATE124806T1; DK0509436T3; ES2074756T3; EP0509436A3; EP0509436B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines vieladrigen Drahts auf der Basis von supraleitenden Oxiden sowie einen durch dieses Verfahren erhaltenen Draht.
Supraleitende Drähte auf der Basis von Oxiden mit hoher kritischer Temperatur werden üblicherweise folgendermaßen hergestellt: Oxidpulver wird in ein Metallrohr aus CuAl-Legierung oder aus Silber eingeführt und die Einheit wird durch Extrusion, Strecken, Drahtziehen, oder Hämmern und dann Walzen oder Pressen gemeinsam geformt. Man erhält so einen einadrigen Draht mit zylindrischem oder rechteckigern Querschnitt, dessen supraleitenden Eigenschaften durch eine Wärmebehandlung am Schluß optimiert werden (siehe zum Beispiel EP-A-0 305 820).
Um vieladrige Drähte herzustellen, geht man von Monofilamentstäben eines sechseckig gewählten Querschnitts aus, die wie die oben erwähnten einadrigen Drähte erhalten wurden. Man stapelt diese Stäbe in einem Container, wobei ihr Querschnitt ihnen erlaubt, diesen Container maximal zu füllen. Die Gesamtheit wird zusammen durch die bereits erwähnten mechanischen Vorgänge umgeformt. Der ganze Prozeß wird so oft wiederholt, wie es notwendig ist.
Man stellt fest, daß solche supraleitenden vieladrigen Drähte begrenzte Fähigkeiten der Stromübertragung haben. Es gibt viele Quellen für die Begrenzungen bei diesen Drähten, da zu den der Keramik aus supraleitenden Oxiden eigenen Begrenzungen (schwache Bindungen zwischen den Körnern, Oxidierung usw.) zwei der Multifilamentierung eigene Begrenzungen hinzukommen. Einerseits ermöglichen die verwendeten Techniken, das Strecken, Drahtziehen, Hämmern keine ausreichende Verdichtung des Oxidpulvers vor der Wärmebehandlung am Schluß, was sich in Rissen äußert, die vom Strom nicht durchquert werden können. Andererseits erlauben diese Verfahren nicht, den Adern einen anisotropen Querschnitt zu verleihen. Es wurde aber gezeigt, daß ein solcher Querschnitt notwendig ist, um gute Eigenschaften zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Herstellungsverfahren für supraleitende vieladrige Drähte mit hoher kritischer Temperatur zu verwenden, das die Verdichtung des Pulvers erlaubt und dem supraleitenden Material eine gewisse Anisotropie verleiht.
Die vorliegende Erfindung hat ein Herstellungsverfahren für einen vieladrigen Draht auf der Basis von supraleitenden Oxiden zum Gegenstand, bei dem die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:
- in einer "Stufe 0" wird in ein Metallrohr ein Pulver der Oxide eingeführt, dann wird dieses Rohr einer mechanischen Transformation unterzogen, um seinen Querschnitt zu verringern, und dann wird es in kurze Stäbe zerteilt,
- in einer "Stufe 1" werden die kurzen Stäbe in einem Metall-Container nebeneinander angeordnet, und dann werden die gleiche mechanische Transformation und die gleiche Zerteilung wie in der "Stufe 0" durchgeführt,
- es erfolgen "Stufen 2, 3, ... n" wie die "Stufe 1",
- in der "Stufe n" erfolgt eine Wärmebehandlung, um das Pulver zu sintern,
dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in der "Stufe 0" und der Container in den "Stufen 1, 2 ... n-1" einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt haben und daß in Höhe jeder "Stufe" bis zur "Stufe n-1" die mechanische Transformation zur Verringerung des Querschnitts ein Strecken mittels einer Rollen-Ziehdüse ist, bei dem ein rechteckiges oder quadratisches Querprofil erhalten bleibt, wobei der Container der "Stufe n" mindestens einen rechteckigen oder quadratischen inneren Querschnitt hat.
Vorzugsweise ist der Container der "Stufe n" außen zylindrisch, damit zusätzliche spätere Arbeitsgänge des Drahtziehens und Verwindens erleichtert werden
Das Material des Containers einer "Stufe" hängt von der Art des Materials der vorhergehenden "Stufe" ab.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das Rohr der "Stufe 0" aus Silber, die Container der "Stufen 1 bis n-1" aus Silber und der Container der "Stufe n", ist aus Silber oder einer Aluminium-Kupfer-Legierung.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist das Rohr der "Stufe 0" aus Silber, die Container der "Stufen 1 bis n-1" sind aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung, und das Material des Containers der "Stufe n" wird ausgewählt aus Kupfer, einer Aluminium-Kupfer-Legierung und rostfreiem Stahl.
Gemäß einer dritten Ausführungsform sind das Rohr der "Stufe 0" und die Container der "Stufen 1 bis n-1" aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung und das Material des Containers der "Stufe n" wird ausgewählt aus Kupfer, einer Aluminium- Kupfer-Legierung und rostfreiem Stahl.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter einen vieladrigen Draht, der durch das vorhergehende Verfahren erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von supraleitenden Adern aufweist, die einen Formfaktor von mindestens 4 haben (Formfaktor wird das Verhältnis Längen Breite des Querschnitts der Adern genannt).
Unabhängig von den Ausführungsformen verwendet das erfindungsgemäße Verfahren einadrige Drähte mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt für die Herstellung von vieladrigen Drähten und verwendet eine Rollen-Ziehdüse, die den rechteckigen oder quadratischen Querschnitt während des ganzen Prozesses bis zur letzten Stufe beibehält. Diese Merkmale begünstigen die Verdichtung des Pulvers und seine Texturierung bei der Sinterbehandlung. Dies erlaubt es, die Bildung von Mikrorissen an den Verbindungsstellen der Körnern beim Sintern einzuschränken und damit das Stromtransportvermögen dieser Drähte wesentlich zu vergrößern.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, das nicht einschränkend zu verstehen ist.
In der beiliegenden Zeichnung ist sehr schematisch im Schnitt die Entwicklung eines vieladrigen Drahts während einiger Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu sehen. Die wirklichen Maße und die Maßstäbe werden in diesem Schema überhaupt nicht beachtet.
In Figur 1 ist die "Stufe 0" mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Ein Rohr 3 aus Silber mit rechteckigem Querschnitt wird mit Pulver 2 des Oxids YBaCu&sub3;O&sub7; gefüllt. Nach dem Strekken in einer Rollen-Ziehdüse erhält man einen einadrigen Draht 4, bei dem die zentrale Ader die Maße 0,6 1,2 mm und das äußere Rohr die Maße 1 2 mm hat. Die zentrale Ader wird von einer Hülle aus Silberoxid einer Dicke von 60 Mikrometer umgeben.
Der Draht 4 wird in 50 Stäbe 4' zerschnitten, die in fünf Reihen von je zehn Stäben in einem Container 5 aus einer Kupfer-Aluminium-Legierung quadratischen Querschnitts angeordnet wird, dessen Innenmaß 10 mm und dessen Außenmaß 12 mm beträgt. Man hat so die "Stufe 1" mit dem Bezugszeichen 10 hergestellt.
Dann wird ein erneutes Strecken in einer Rollen- Ziehdüse durchgeführt, die ein rechteckiges Profil beibehält, und man erhält einen vieladrigen Draht 14 der Maße 0,6 1,2 mm.
Dieser Draht enthält 50 supraleitende Adern der Querabmessungen 30 120 Mikrometer, d.h mit einem Formfaktor von 4.
Man kann den Formfaktor der Adern erhöhen, indem man den Prozeß wiederholt, um eine "Stufe 2" mit dem Bezugszeichen 20 herzustellen, unter der Verwendung eines Containers 15 aus Kupfer-Aluminium-Legierung. Zu diesem Zweck hält man die Herstellung des Drahts 14 an, wenn er die Quermaße 1 2 mm aufweist; man zerschneidet ihn in 50 Stäbe 14', die in fünf Reihen von je 10 Stäben in einem Container 15 aus einer Kupfer-Aluminium-Legierung quadratischen Querschnitts mit dem Innenmaß 10 mm und dem Außenmaß 12 mm angeordnet werden.
Es wird ein erneutes Strecken in einer Rollen-Ziehdüse durchgeführt, die ein rechteckiges Profil beibehält, und man erhält einen vieladrigen Draht 100. Der Draht mit einem Querschnitt von 1,2 2,4 mm enthält 2500 supraleitende Adern der Maße 5 40 Mikrometer, d.h. mit einem Formfaktor 8, was wesentlich höher ist als die Formfaktoren 2 bis 3, die üblicherweise bei vieladrigen Drähten erhalten werden.
Der hohe Formfaktor ermöglicht es, die Dichte des kritischen Stroms in der supraleitenden Ader um einen Faktor von mindestens 3 zu erhöhen und somit den Wert von 3000 A/cm² bei 77K zu überschreiten.

Claims

1. Herstellungsverfahren für einen vieladrigen Draht auf der Basis von supraleitenden Oxiden, bei dem die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

- in einer "Stufe 0" wird in ein Metallrohr ein Pulver der Oxide eingeführt, dann wird dieses Rohr einer mechanischen Transformation unterzogen, um seinen Querschnitt zu verringern, und dann wird es in kurze Stäbe zerteilt,

- in einer "Stufe 1" werden die kurzen Stäbe in einem Metall-Container nebeneinander angeordnet, und dann werden die gleiche mechanische Transformation und die gleiche Zerteilung wie in der "Stufe 0" durchgeführt,

- es erfolgen "Stufen 2, 3, ... n" wie die "Stufe 1",

- in der "Stufe n" erfolgt eine Wärmebehandlung, um das Pulver zu sintern,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in der "Stufe 0" und der Container der "Stufen 1, 2 ... n-1" einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt haben und daß in Höhe jeder "Stufe" bis zur "Stufe n-1" die mechanische Transformation zur Verringerung des Querschnitts ein Strecken mittels einer Rollen-Ziehdüse ist, bei dem ein rechteckiges oder quadratisches Querprofil erhalten bleibt, wobei der Container der "Stufe n" mindestens einen rechteckigen oder quadratischen inneren Querschnitt hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Container der "Stufe n" außen zylindrisch ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr der "Stufe 0" aus Silber ist, die Container der "Stufen 1 bis n-1" aus Silber sind und daß der Container der "Stufe n" aus Silber oder einer Aluminium-Kupfer-Legierung ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr der "Stufe 0" aus Silber ist, daß die Container der "Stufen 1 bis n-1" aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung sind und daß das Material des Containers der "Stufe n" aus Kupfer, einer Aluminium-Kupfer-Legierung und rostfreiem Stahl ausgewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr der "Stufe 0" und die Container der "Stufen 1 bis n-1" aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung sind und daß das Material des Containers der "Stufe n" aus Kupfer, einer Aluminium-Kupfer-Legierung und rostfreiem Stahl ausgewählt wird.

6. Nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche erhaltener Draht, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von supraleitenden Adern aufweist, die einen Formfaktor von mindestens 4 haben.