WO2006035065A2 - Composite wire for winding a magnet coil, method for the production thereof and magnet coil - Google Patents

Composite wire for winding a magnet coil, method for the production thereof and magnet coil Download PDF

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WO2006035065A2
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matrix
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Florian Steinmeyer
Martino Leghissa
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a composite wire for Wi ⁇ ckeln a magnetic coil, comprising a matrix and a Sta ⁇ bilisator, wherein the matrix comprises at least one filament is embedded in a superconducting material and the matrix is at least partially surrounded by the stabilizer, wherein the stabilizer is at least partially consists of a material ho ⁇ her heat capacity, a method for its manufacture ⁇ ment and a magnetic coil.
  • composite wires made of superconducting material are used, in particular for use in magnetic resonance devices.
  • This material is generally NbTi or NbaSn.
  • NbTi rods are inserted into a copper matrix, which is then drawn into a thin composite wire. This gives the composite a plurality of fine wire ⁇ superconducting filaments are embedded in the copper matrix.
  • This composite wire is then wound into a magnetic coil which, when cooled to the superconducting state, can carry a current losslessly producing the desired magnetic field.
  • low temperatures below 20 K are necessary, which is why liquid helium is generally used for cooling.
  • a disadvantage in the use of superconducting composite wires is the sensitivity to local heating.
  • the superconducting current carrying capacity decreases until it becomes zero at a critical temperature.
  • the portion of the current that can not be transported as supercurrent heats the composite wire by ohmic losses. If the resulting heat is not dissipated quickly enough, the warm zone spreads avalanche-like in the composite wire, whereupon the superconductivity breaks down in the entire composite wire. This is called a quench.
  • a quench can cause damage to the composite wire.
  • the composite wire can cracks occurring defects ⁇ th. More frequently, however, cracks occur in an epoxy resin matrix into which the wound composite wire is encapsulated by the continuous expansion with the rapid warming.
  • the liquid helium used for cooling is largely vaporized by the heat-converted energy of the magnetic field. This leads to increased costs in Be ⁇ user of the magnet.
  • the superconducting filaments By embedding the superconducting filaments in the copper matrix, resulting heat can be dissipated to a certain extent, so that a quench can be prevented.
  • the heat capacity of copper at low temperatures is very small, so that even small amounts of energy are sufficient to cause a quench. For this purpose, energies in the order of magnitude of 100 ⁇ J or less are sufficient.
  • One way to stabilize the composite wire is to use a copper channel.
  • the composite wire is soldered into a U-profile made of copper, whereby more copper is available for stabilization.
  • the material of high heat capacity thermally couple so well to the superconducting wire, that with a occurring in the wire suppression of superconductivity, the resulting heat can be absorbed quickly by the material of high heat capacity. It is therefore a high thermal conductivity Zvi ⁇ rule the material of high heat capacity and the copper matrix necessary so that the time constant of the propagation of heat (thermal diffusion ⁇ ) to which the quench propagation is adjusted. River jumps typically occur on a time scale of 1 ms (see, eg RP Huebener, FE Stafford, Phys. Rev. B 5, p 3581, 1972). For filled epoxy resins, which typically ⁇ as potting find use, thermal diffusion times of about 10-100 ms are estimated. Therefore, it is desirable to thermally better couple the high heat capacity material to the superconductor.
  • conductive materials in the potting compound reduce their dielectric strength. That can lead Entla ⁇ compounds, occurring in the high voltages between turns during a quench. Also, metal particles can damage the insulation of a wire.
  • Highly filled epoxy resins are also very viscous and can not reliably wet all parts of the winding during vacuum casting.
  • Non-wetted winding parts are then not thermally stabilized and not mechanically supported. Especially such winding parts tend to move and thus increase the risk of quenching.
  • a manufacturer would method in which the composite wire is wet-wrapped in the epoxy resin. However, such a process would not be preferable to low purity.
  • heavy-fermion compounds which are frequently binary or even ternary (for example CeCu 2 Si 2 , CeCu 2 Ge 2 , CeIn 3 , CeAl 3 , CeRhIn 5 , CeIrIn 5 , Ce 0 .9 Fe 3 CoSbI 2 , CeRuGe 2, Ce Ru 2 Si 2, CeNi 2 Ge 2), are made at defined temperatures, so that the desired phase arises (see, eg, H. Okamoto, "phase Diagrams for Binary Alloys," ASM Interna ⁇ tional, 2000) need.
  • the object of the present invention is to specify a composite wire and a method for its production, which remains largely stable in the superconducting phase even in the case of local heating.
  • the composite wire according to the invention comprises a matrix and ei ⁇ NEN stabilizer, in the matrix, a filament is embedded in a superconducting material and at least
  • Matrix is at least partially surrounded by the stabilizer, wherein the stabilizer consists at least partially of a Materi ⁇ al high heat capacity.
  • the matrix and the Stabili ⁇ sator are in metallic contact.
  • Under a material of high heat capacity are all materials were ⁇ understood the that at low temperatures, in particular below the critical temperature of the superconducting material a higher heat capacity comprise than ⁇ typically at the Her position superconducting composite wires materials employed, so for example, NbTi and copper, Stainless steel AISI 304 or solder (eg PbSn, Pb, In, Sb).
  • a "metal contact” is meant that the matrix and the stabilizer are either directly clock in Kon ⁇ , or between them a they connecting metal or alloy are introduced.
  • the object of the metal ⁇ intermetallic compound is of a well in the preparation of heat-conductive connection between matrix and stabilizer. the invention starts from the knowledge that it is a ⁇ hand, for manufacturing reasons desirable to use the material having a high heat capacity not in- into the matrix to tegrieren.
  • the matrix surrounding stabilizer ⁇ is given lisator the problem of adequate thermal coupling zwi ⁇ rule matrix and stabilizer. This is solved by the metallic contact between these components.
  • the matrix and stabilizer may be cold-welded or rolled on top of one another. These are also simple ways to make egg ⁇ NEN good thermal contact.
  • the stabilizer ei ⁇ ner form of the matrix is at least partially reshaped. This increases the contact area between the stabilizer and the matrix and thus improves the thermal contact.
  • the stabilizer consists entirely of the material of high heat capacity. This results in the highest possible heat capacity of the stabilizer.
  • the stabilizer comprises a core of the high heat capacity material surrounded by a metal or alloy is.
  • a metal for example, copper comes into question. In this way, it is possible to save a portion of the material of high heat capacity, which is generally expensive and, in some cases, expensive to produce, and yet the wire is stabilized.
  • the stabilizer is designed as at least one band.
  • a derarti ⁇ ges band is particularly simple to manufacture and connect rix metallic with Mat-. For example, two
  • Bands are arranged on opposite sides of the matrix in a sandwich structure.
  • the strips can be easily connected by rolling, soldering and / or cold welding.
  • the band consists of a carrier tape on which a layer of the material of high heat capacity is applied.
  • This type of tape is particularly simple and space-saving to produce.
  • the matrix is embedded in the stabilizer. This results in a particularly good thermal contact.
  • An advantageous embodiment of the invention comprises a U-shaped stabilizer. It can be the Mat ⁇ rix to easily embed, resulting in a large contact area ⁇ results.
  • U-shaped metals or alloys are known as "wire-in-channel.”
  • the matrix is soldered with the superconducting filaments into a U-profile. which hardly leads to thermal stabilization Lization of the wire by an increased heat capacity ⁇ contributes, but to increase the thermal and electrical conductivity. Is inserted or a core of the material of high thermal capacity between the matrix and the U-profile, the thermal stabilization is tet easily ensured slightest ⁇ . In particular, it is possible to introduce the material of high heat capacity into an established production process in a simple manner.
  • the filaments are embedded in a matrix of copper.
  • the matrix with the filaments can be prepared simply by known methods.
  • the presence of high heat capacity material in the composite wire ensures that the excess heat is well absorbed and the temperature rise in the superconductor is limited.
  • the material of high heat capacity is a heavy-fermion material.
  • This material class is characterized by a very high heat capacity in the range of the working temperature of the superconducting coil, which is generally between two and ten Kelvin. With materials of this class, therefore, the tolerance of the superconducting composite wire to heating in comparison to a pure copper matrix can be significantly improved.
  • the mate ⁇ rial high heat capacity CeCu. 6 Copper is in any case in comparison Fretwire to produce the matrix used and is really low ⁇ available. Cerium is also available inexpensively and beyond th only at low levels in CeCu 6 contained ⁇ . It is also non-toxic and a binary alloy, what are the advantages for the production with them.
  • the material of high heat capacity has a phase transition into a magnetically ordering phase in the region of the working temperature. on.
  • said phase materials have a particularly high heat capacity, so that the stability of the superconductive lead ⁇ can be further increased the composite wire.
  • the inventive method for producing the composite ⁇ wire comprises the following steps:
  • the matrix and the stabilizer are drawn before the metallic connection, that is to say a wire or a wire-like form is produced.
  • the metallic bonding takes place only as the last step of wire production.
  • the metallic joining takes place by soldering, rolling on one another and / or cold welding.
  • a production method is advantageous in such a way that, for the production of the stabilizer, the material of high heat capacity is introduced into a sleeve and drawn with the sleeve.
  • the sleeve may for example consist of copper, brass, stainless steel, bronze or aluminum. After pulling, the core forms in the sleeve a material of high heat capacity, which contributes to the thermal stabilization of the composite wire. wearing.
  • This production method is particularly advantageous for brittle materials of high heat capacity, since these materials are difficult or impossible to pull. By a ductile sleeve, the drawing process is simplified or even possible.
  • this method has the advantage that the NEN in ERAL ⁇ better ductility of the raw materials is used during the production of. This is how the brittle material is created after drawing.
  • the described production process has the additional advantage that only the cerium in bar or powder form has to be inserted into the sleeve.
  • the cerium with a part can alloy the copper of the sleeve and thus form the CeCu 6 .
  • the process of drawing is particularly relieved because both cerium and copper are very ductile.
  • the heat treatment can take place, for example, after winding the drawn wire onto a heat-resistant carrier, for example of a ceramic.
  • the material of high heat capacity is applied in the form of a layer to a carrier tape.
  • the carrier tape may be, for example, a metal such as copper, brass, stainless steel, bronze or aluminum. In this way, the stabilizer can be produced in a simple and space-saving manner.
  • FIG. 1 shows a matrix with superconducting filaments known from the prior art
  • FIGS. 2 and 3 show a prior art matrix with integrated high heat capacity material
  • FIG. 4 shows a composite wire known from the prior art
  • FIGS. 5 to 7 different embodiments of the invention
  • FIG. 8 shows a stabilizer during production
  • FIG. 9 the stabilizer during another time of production
  • FIGS. 10 to 12 further embodiments of the invention
  • FIG. 13 shows a schematic flow diagram of the production
  • FIG. 14 shows a production method of an alternative wire form
  • FIG. 15 shows a matrix during production
  • FIG. 16 shows a section through a turn of a magnetic coil.
  • ⁇ indicates the cross-section of the composite wire and C V (T) its average volumetric thermal conductivity, which depends on the materials used and the temperature T a b-.
  • the temperature T ° is the working temperature of the composite wire, that is, for example, 4.2 K.
  • T c is the critical temperature at which the superconductivity in the composite wire collapses.
  • the length 'de notes the minimum length of it ⁇ heated zone. It is ⁇ the limit of the zone length, upper ⁇ which the zone increased half snowballed. In this case, according to Wilson, approximately:
  • ⁇ is the thermal conductivity
  • c the critical current density of the superconductor
  • the problem of heating due to flux jumps can be effectively prevented by reducing the filament diameter.
  • ⁇ is the density of the matrix material and "° the Induk ⁇ tion constant.
  • Typical values for the diameter of the supralei ⁇ Tenden filaments are in the range between 50 and 100" m.
  • Figure 1 shows a known embodiment of a supralei ⁇ Tenden composite wire.
  • This contains a large number of NbTi filaments 2 in a copper matrix 4.
  • the proportion of NbTi in the total volume is typically about 20%.
  • the composite wire is surrounded by an insulation 9 made of a lacquer or polyester yarn.
  • a Kupfermat ⁇ rix 4 can also matrices of other metals or Legie ⁇ conclusions such as silver or stainless steel are used. This is the case in all the embodiments listed here.
  • FIG. 2 shows a further known embodiment of a composite wire. It is likewise based on a copper matrix 4 with superconducting filaments 2. In the center, a core 6 is made of a material of high heat capacity, by means of which the resulting heat is absorbed. The wire is thus thermally stabilized.
  • FIG. 3 shows another known composite wire. Again, filaments 2 of NbTi are embedded in a copper matrix 4. The filaments 2 are surrounded by Filamen ⁇ th 14 of the material of high heat capacity. Analogously to the above embodiment also shows in this geometry of the composite wire, the high heat capacity of their effect in the stabilization ⁇ ren of superconductivity in the NbTi filaments. 2
  • a disadvantage of the described embodiments is the complex manufacturing process. Thus, the manufacturer is already development process of that shown in Figure 1 composite wire without ⁇ sharmliches material with high thermal capacity is extremely complex and requires more complex optimizations. The process is difficult to reconcile with the integration of high thermal capacity material.
  • FIG. 4 Another known embodiment of a composite wire, in the so-called "wire-in-channel" geometry, is shown in Figure 4.
  • the filaments 2 of the superconducting material are also embedded in a copper matrix 4.
  • the copper matrix 4 is in a U-profile 18 soldered from copper A solder 5, for example SnAg, is located between the copper matrix 4 and the U-profile 18. Since the U-profile 18 consists of copper, it hardly contributes to the thermal stabilization of the composite wire at low temperatures at.
  • the present invention can be used in various embodiments in different composite wire geometries, so that composite wires with stabilized superconductivity can be produced in a simple manner.
  • the stabilization allows the composite wires to be loaded with higher currents, which are closer to the maximum possible current, than with composite wires with a pure copper matrix.
  • the proportion of NbTi can be reduced.
  • a copper matrix 4 with superconducting filaments 2 verwen ⁇ det which can be produced by known methods. In that sense, the complex, optimized manufacturing process can be maintained.
  • the material of high heat capacity is connected in all Aus ⁇ leadership examples after pulling the copper matrix 4 to a wire with this in different ways in different ⁇ ge geometries. It depends particularly on ei ⁇ ne good thermal conductivity of the compound.
  • fibers from the material high thermal conductivity is arranged around the copper matrix and cast with an epoxy resin, a sufficiently high thermal conductivity of the connection between the fibers and the copper matrix is not guaranteed by the poorly heat-conductive epoxy.
  • FIG. 5 illustrates a composite wire comparable to the wire-in-channel wire shown in FIG. OF INVENTION ⁇ is a core 16 soldered in contrast to the embodiment shown in Figure 4 between the copper matrix 4 and the U-profile 18 of a material of high thermal conductivity ⁇ a dung invention. Due to the high heat capacity and the solder 5 good heat coupling resulting in the superconducting filaments 2 heat can be quickly absorbed by the core 16.
  • the core 16 may for example consist of the heavy-fermion material CeCu 6 .
  • the heat capacity is increased by the core 16 of CeCu 6 .
  • the core 16 of CeCu 6 causes an increase in the heat capacity.
  • one or more filaments 2 heat up of the superconductor at a position so that heat can be absorbed by the material of high thermal capacity, so that the temperature does not rise so quickly than without Mate ⁇ rial of high thermal capacity in the core 16.
  • the stability of the sup ⁇ The conductive composite wire is thus increased and a collapse of the superconductivity counteracted.
  • At a proportion of 25% of the total composite wire 6 CeCu volume and a Tem ⁇ temperature of 4 K is the minimum quench energy by a Fak ⁇ tor 6.4 higher than in the composite wire with pure copper matrix 4,
  • the core 16 consists of a compound which has a magnetic phase transition in the range of the working temperature. This range is typically between two and ten Kelvin.
  • An example for a corresponding compound is HoCu 2 .
  • the heat capacity of HoCu 2 is a factor of 275 higher than that of copper.
  • the minimum quench energy of a composite wire with 25% Ho-Cu 2 content is greater by a factor of 42 than in the case of the composite wire with pure copper matrix 4.
  • a magnetic phase transition in the corresponding temperature range is also shown by Er 3 Ni, Nd, Nd 3 Ni, ErNi 0 .9Co 0 .1, Er o . 9 Yb o .iNi, GdAlO 3 , Dy 3 Al 5 Oi 2 , Gd 3 Ga 5 Oi 2 or DyAlO 3 , which can therefore also be used for stabilizing the composite wire.
  • Figure 6 shows an alternative embodiment.
  • the copper matrix 4 is surrounded by a U-profile 20, which consists entirely of the material of high heat capacity.
  • a lot of heat can be absorbed, the wire remains stable even at higher thermal loads.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment.
  • the copper matrix 4 is soldered into a U-profile 22 made of copper.
  • a core 24 is integrated from the material of high heat capacity.
  • the manufacturing process of the U-profile 24 as compared to the U-profile 20 will be simplified or in the case of brittle materials, high heat capacity only possible. This will be explained in more detail with reference to FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 8 shows a copper sleeve 26.
  • a sleeve made of brass, stainless steel, bronze or aluminum can be used.
  • a core 28 is introduced from the material of high heat capacity. This can be, for example, in stick or powder form.
  • the copper sleeve 26 is pulled with the core 28 into a wire.
  • Applicable methods by the copper sleeve fertil 28 can also be non-ductile mate ⁇ rials attract high heat capacity.
  • the copper sleeve 26 is formed into the U-profile 22 shown in FIG. Manufacturing methods for copper U-profiles are known.
  • the copper matrix 4 is then soldered into the U-profile 22 so that the composite wire shown in FIG. 7 is formed.
  • the copper sleeve 26 it is also possible to introduce only ei ⁇ nen core 28 made of cerium. Without the diffusion barrier, the cerium may alloy with CeCu ⁇ during the heat treatment with a part of the copper of the copper sleeve 26. This is a particularly simple manufacturing process for the stabilizer.
  • FIG. 10 shows a copper matrix 4 'which contains superconducting filaments 2'.
  • the execution of the copper matrix ⁇ 4 ' can be prepared by known methods. It is soldered between two bands 30, which consist of the material of high heat capacity. In the case of a ductile mate- rials high heat capacity, the bands of Vorma ⁇ TERIAL easily pushed, pulled or rolled ⁇ to. Instead of soldering the bands 30 to the copper matrix 4 ', they can also be rolled onto them (cold or hot) and thereby cold-welded. In any case, good heat coupling between the copper matrix 4 'and the bands 30 is ensured.
  • FIG 11 shows an alternative embodiment.
  • the copper matrix 4 is soldered between two bands 32.
  • the bands 32 consist for example of copper, brass, stainless steel, bronze or aluminum.
  • a respective core 36 sen Schemelas ⁇ from the material of high thermal capacity.
  • the production of the strips 32 can take place analogously to the production of the U-profile 22.
  • high heat capacity ⁇ is in a ductile sleeve also pulled in particular brittle material. Alternatively, it can also be pressed or rolled.
  • FIG. 12 shows a further exemplary embodiment.
  • the copper matrix 4 ' is soldered, cold-welded or rolled between two strips 34.
  • the bands 34 which may again be made of the above-mentioned materials, the material of high heat capacity is applied as a thin layer 38, which is not shown to scale. This is a special ⁇ DERS simple method of producing the stabilizing ligaments 34th
  • the material of high heat capacity can be deposited on the belt 34 under suitable conditions by various vapor deposition methods, such as sputtering, electron beam evaporation, thermal vapor deposition, laser ablation or chemical vapor deposition in a reaction chamber.
  • various vapor deposition methods such as sputtering, electron beam evaporation, thermal vapor deposition, laser ablation or chemical vapor deposition in a reaction chamber.
  • chemical coating methods it is possible to use chemical coating methods.
  • the material becomes high heat capacity mixed as a slip and, for example, applied to the belt 34 using organic binding systems. In this case, for example, the screen printing method, the so-called "sol-gel” method or the so-called “doctor blade” method can be used.
  • the slip is subjected to an annealing treatment in an oven. In the annealing treatment, the binder systems are burned out so that the material of high thermal conductivity remains as a layer on the belt 34.
  • FIG. 13 shows a schematic flow diagram of Herstel ⁇ development of the embodiment ge ⁇ shown in Figure 7 illustrates.
  • the copper matrix 4 with the superconducting filaments is produced in a first method step S1. This is done by known methods and will not be explained further here.
  • a copper sleeve is filled with cerium.
  • the copper sleeve is subjected to U-shaped into a wire ge ⁇ and subjected to the heat treatment described above in a fourth method step S7.
  • the copper matrix is soldered.
  • the resulting composite wire can then be further processed by known methods Me ⁇ .
  • Production methods for the remaining embodiments of the composite wire result from a corresponding modification of the method described.
  • the material of high heat capacity can first be produced and then pulled to the U-profile, so that the proportion of the corresponding material on the composite wire is as large as possible.
  • a possibility is pointed out to apply a Favor ⁇ th embodiment of the manufacturing method of manufacturing a composite wire in which the material of high thermal capacity in the form of filaments in the copper matrix is present (see FIGS. 2 and 3).
  • a first method step S2 of the production method of such a composite wire a hole is produced centrally in a copper blank in the middle.
  • the copper blank was previously penetrated by known methods with rods of superconducting material, which later form the current-carrying filaments.
  • a copper rod is surrounded by a layer of tan tal, which forms the diffusion barrier.
  • a rod of copper and a rod of cerium are inserted into the hole.
  • the cerium bar is located in a hole in the center of the copper bar.
  • a fourth method step of the composite wire ⁇ is pulled out of the copper blank by conventional methods. The state after drawing is illustrated in FIG.
  • a fifth process step S10 the cerium and the
  • Figure 15 shows a corresponding composite wire during the manufacturing process after drawing.
  • the superconducting filaments 2 of NbTi In the copper matrix 4 are the superconducting filaments 2 of NbTi.
  • the cores 10 and 12 are surrounded by a diffusion barrier 8 made of tantalum.
  • the precursor of the composite wire becomes about
  • the precursor is held at temperatures between 83O 0 C and 85O 0 C for twenty four to forty eight hours.
  • the specified temperature range is below the melting point temperature of the materials used. Due to the high temperature to Tempe ⁇ CeCu 6 forms, again the diffusion Barrie re ⁇ a compound having the copper matrix 4 prevented.
  • Figure 16 shows a section through a magnetic coil having a plurality of turns 100 of a composite wire.
  • the windings 100 are potted in an epoxy 102, so that they are mechanically stabilized.
  • the composite wires described above can also be used in superconducting persistent current switches. Such switches are brought by heating in the normal conducting state, where a high electrical resistance is desirable.
  • a pure copper matrix 4 is unsuitable here, it is often alloys, such as CuNi used. Such alloys, however, are characterized by poor stabilization properties due to their low heat capacity.
  • the above-explained embodiments of the invention are better, since they have a relatively high resistance with high heat ⁇ capacity.
  • All embodiments related to NbTi as a superconducting material can be analogously on composite wires with Nb 3 Sn, Nb 3 Al or MgB 2 carry over ⁇ . It is also possible, peratursupraleitern composite wires from Hochtem ⁇ such as YBa 2 Cu 3 O 7 to produce, Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8, Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 0th
  • a matrix of silver is often used, which has a slightly higher specific heat than copper at 4.2 K, but still significantly below, for example, CeCu 6 .
  • CeCu 6 also already became CuNi used as matrix material. Also in this case, the specific heat capacity is below that of CeCu6.

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Abstract

A composite wire for winding a magnet coil comprises a matrix (4, 4') and a stabilizer. At least one filament (2) made of a superconductive material is embedded in the matrix (4, 4'), and the matrix (4, 4') is surrounded, at least in part, by the stabilizer. The stabilizer is comprised, at least in part, of a material having a high thermal capacity. The matrix (4, 4') and the stabilizer are in metallic contact. This prevents an avalanche-like heating of the composite wire.

Description

Beschreibungdescription
Verbunddraht zum Wickeln einer Magnetspule, Verfahren zu sei¬ ner Herstellung und MagnetspuleComposite wire for winding a magnetic coil, method for his ¬ ner production and magnetic coil
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbunddraht zum Wi¬ ckeln einer Magnetspule, umfassend eine Matrix und einen Sta¬ bilisator, wobei in die Matrix wenigstens ein Filament aus einem supraleitenden Material eingebettet ist und die Matrix wenigstens teilweise von dem Stabilisator umgeben ist, wobei der Stabilisator wenigstens teilweise aus einem Material ho¬ her Wärmekapazität besteht, ein Verfahren zu seiner Herstel¬ lung und eine Magnetspule.The present invention relates to a composite wire for Wi ¬ ckeln a magnetic coil, comprising a matrix and a Sta ¬ bilisator, wherein the matrix comprises at least one filament is embedded in a superconducting material and the matrix is at least partially surrounded by the stabilizer, wherein the stabilizer is at least partially consists of a material ho ¬ her heat capacity, a method for its manufacture ¬ ment and a magnetic coil.
Zur Herstellung von Magnetspulen werden insbesondere zum Ein¬ satz in Magnetresonanzgeräten Verbunddrähte aus supraleiten¬ dem Material verwendet. Dieses Material ist im Allgemeinen NbTi oder NbaSn. Zur Herstellung werden beispielsweise Stäbe aus NbTi in eine Kupfermatrix eingesetzt, die dann zu einem dünnen Verbunddraht gezogen wird. Dadurch erhält der Verbund¬ draht eine Vielzahl feiner supraleitender Filamente, die in der Kupfermatrix eingebettet sind. Dieser Verbunddraht wird dann zu einer Magnetspule gewickelt, die bei Abkühlung in den supraleitenden Zustand verlustfrei einen Strom transportieren kann, der das gewünschte Magnetfeld erzeugt. Zum Erreichen des supraleitenden Zustands sind tiefe Temperaturen unterhalb von 20 K notwendig, weshalb zur Kühlung im Allgemeinen flüs¬ siges Helium verwendet wird. Nachteilig bei der Verwendung von supraleitenden Verbunddrähten ist die Empfindlichkeit ge- genüber lokalen Erwärmungen. Führt zum Beispiel eine Störung zu einer lokalen Erwärmung, so sinkt die Tragfähigkeit für supraleitenden Strom, bis sie bei einer kritischen Temperatur Null wird. Dabei heizt der Anteil des Stroms, der nicht als Suprastrom transportiert werden kann, den Verbunddraht durch ohmsche Verluste. Wird die entstehende Wärme nicht schnell genug abgeführt, so breitet sich die warme Zone lawinenartig im Verbunddraht aus, woraufhin die Supraleitung im gesamten Verbunddraht zusammenbricht. Dies wird als Quench bezeichnet. Ein Quench kann zum einen Beschädigungen des Verbunddrahts hervorrufen. So können durch die mit der schnellen Erwärmung zusammenhängende Ausdehnung des Verbunddrahts Risse auftre¬ ten. Weitaus häufiger treten jedoch Risse in einer Epoxid- harzmatrix auf, in die der gewickelte Verbunddraht vergossen ist. Außerdem wird das zur Kühlung eingesetzte flüssige Heli¬ um durch die in Wärme umgewandelte Energie des Magnetfelds großteils verdampft. Dies führt zu erhöhten Kosten beim Be¬ nutzer des Magneten.To produce magnetic coils, composite wires made of superconducting material are used, in particular for use in magnetic resonance devices. This material is generally NbTi or NbaSn. For example, NbTi rods are inserted into a copper matrix, which is then drawn into a thin composite wire. This gives the composite a plurality of fine wire ¬ superconducting filaments are embedded in the copper matrix. This composite wire is then wound into a magnetic coil which, when cooled to the superconducting state, can carry a current losslessly producing the desired magnetic field. To achieve the superconducting state, low temperatures below 20 K are necessary, which is why liquid helium is generally used for cooling. A disadvantage in the use of superconducting composite wires is the sensitivity to local heating. For example, if a disturbance leads to local heating, the superconducting current carrying capacity decreases until it becomes zero at a critical temperature. The portion of the current that can not be transported as supercurrent heats the composite wire by ohmic losses. If the resulting heat is not dissipated quickly enough, the warm zone spreads avalanche-like in the composite wire, whereupon the superconductivity breaks down in the entire composite wire. This is called a quench. A quench can cause damage to the composite wire. Thus the composite wire can cracks occurring defects ¬ th. More frequently, however, cracks occur in an epoxy resin matrix into which the wound composite wire is encapsulated by the continuous expansion with the rapid warming. In addition, the liquid helium used for cooling is largely vaporized by the heat-converted energy of the magnetic field. This leads to increased costs in Be ¬ user of the magnet.
Durch die Einbettung der supraleitenden Filamente in die Kup¬ fermatrix kann entstehende Wärme bis zu einem gewissen Grad abgeführt werden, so dass ein Quench verhindert werden kann. Allerdings ist die Wärmekapazität von Kupfer bei tiefen Tem- peraturen sehr klein, so dass bereits kleine Energiemengen ausreichen, um einen Quench zu verursachen. Dazu genügen be¬ reits Energien in der Größenordnung von 100 μJ oder weniger. Eine Möglichkeit den Verbunddraht zu stabilisieren ist die Verwendung eines Kupferkanals. Dabei wird der Verbunddraht in ein U-Profil aus Kupfer eingelötet, wodurch mehr Kupfer zur Stabilisierung zur Verfügung steht.By embedding the superconducting filaments in the copper matrix, resulting heat can be dissipated to a certain extent, so that a quench can be prevented. However, the heat capacity of copper at low temperatures is very small, so that even small amounts of energy are sufficient to cause a quench. For this purpose, energies in the order of magnitude of 100 μJ or less are sufficient. One way to stabilize the composite wire is to use a copper channel. Here, the composite wire is soldered into a U-profile made of copper, whereby more copper is available for stabilization.
Im Folgenden sollen einige Ursachen für eine Erwärmung des Verbunddrahts erläutert werden. Zum einen bewegen sich nicht fixierte Teilstücke des supraleitenden Verbunddrahts unter dem Einfluss der durch das Magnetfeld hervorgerufenen Lo- rentzkraft, wobei Energie frei wird, die zu einer Erwärmung führt. Um dies zu verhindern, kann der Verbunddraht in einer Epoxidharzmatrix vergossen werden. Entstehen jedoch aufgrund thermischer oder magnetischer Spannungen Risse in der Epoxid¬ harzmatrix, so reicht die bei der Rissbildung frei werdende Energie häufig aus, um eine Erwärmung des Verbunddrahts zu verursachen. Thermische Spannungen treten vor allem aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Supralei- ters im Vergleich zum Epoxidharz auf. Magnetische Spannungen werden durch die auf den Verbunddraht wirkenden Lorentzkräfte verursacht. Eine weitere Ursache für die Erwärmung sind Flusssprünge. Dabei kommt es zu einer spontanen Verschiebung des magnetischen Flusses im Verbunddraht unter dem Einfluss der Lorentzkraft, wobei magnetische Feldenergie in Wärme um¬ gewandelt wird. Um einer Destabilisierung des Verbunddrahts vorzubeugen, ist es beispielsweise möglich, den Strom unter- halb der maximalen Stromtragfähigkeit des Verbunddrahts anzu¬ setzen. Typisch sind beispielsweise 60 bis 80 % des entspre¬ chenden Werts. Dies ist ineffizient, da die so erreichbaren Feldwerte den maximalen Wert deutlich unterschreiten.In the following, some causes for a heating of the composite wire will be explained. On the one hand, unfixed sections of the superconducting composite wire move under the influence of the magnetic field caused by the magnetic field, whereby energy is released, which leads to a warming. To prevent this, the composite wire may be potted in an epoxy resin matrix. However, if cracks develop in the epoxy resin matrix due to thermal or magnetic stresses, the energy released during the crack formation is often sufficient to cause heating of the composite wire. Thermal stresses occur mainly due to the different coefficients of expansion of the superconductor compared to the epoxy resin. Magnetic stresses are caused by the Lorentz force acting on the composite wire. Another cause of warming are river jumps. This leads to a spontaneous shift the magnetic flux in the composite wire under the influence of the Lorentz force, wherein magnetic field energy is converted into heat ¬ . To a destabilization of the composite wire to prevent, it is possible, for example, the current underneath the maximum current carrying capacity to the composite wire set ¬. Typical are, for example, 60 to 80% of the entspre ¬ sponding value. This is inefficient because the field values that can be achieved are significantly below the maximum value.
Als eine Maßnahme zur Stabilisierung kommt die Erhöhung der volumetrischen Wärmekapazität Cv des Verbunddrahts in Be¬ tracht. Dies kann auch als „Enthalpie-Stabilisierung" be¬ zeichnet werden. Dazu sind mehrere Ansätze bekannt, bei denen dem Verbunddraht Materialien hoher Wärmekapazität beigefügt werden. So wurde von R. Hancox die Erhöhung der Wärmekapazi¬ tät durch Addition von Blei oder Indium beschrieben (R. Han¬ cox, „Enthalpy Stabilisation", Proc. 2nd Int. Conf. on Magnet Technology, Oxford, 1967) . Dies wird ebenfalls in der US 3,486,146 beschrieben. Weitere Materialien, die z.B. zur Um- hüllung eines supraleitenden Verbunddrahts vorgeschlagen wur¬ den sind Aluminium, Zinn, Titan, Niob, Vanadium, Hafnium, Magnesium, Eisen, Nickel, Kobalt, Zirkon, Beryllium und Le¬ gierungen wie Edelstahl und Nichrome (siehe US 3,638,153 und Zusammenfassung der JP 05198224 A) . Einige von diesen Materi- alien haben eine im Vergleich zu Kupfer und/oder NbTi erhöhte Wärmekapazität. So haben beispielsweise Nickel und Edelstahl (hierbei soll beispielhaft die häufig bei tiefen Temperaturen eingesetzte Legierung AISI 304 Bezug genommen werden) bei 4.5 K eine etwa zehnmal höhere volumetrische Wärmekapazität Cv als ein typischer Verbunddraht aus NbTi in einer Kupfermatrix mit 20 Vol% NbTi und 80 Vol% Kupfer.As a measure to stabilize the increase in the volumetric heat capacity C comes v of the composite wire in Be ¬ costume. This can also be described as "enthalpy stabilization." For this purpose, several approaches are known in which materials of high heat capacity are added to the composite wire R. R. Hancox, for example, described the increase in heat capacity by addition of lead or indium (US Pat. R. Hancox, "Enthalpy Stabilization", Proc. 2nd International Conf. On Magnet Technology, Oxford, 1967). This is also described in US 3,486,146. Further materials which have been proposed, for example, for coating a superconductive composite wire are aluminum, tin, titanium, niobium, vanadium, hafnium, magnesium, iron, nickel, cobalt, zirconium, beryllium and alloys such as stainless steel and nichrome (see US Pat US 3,638,153 and abstract of JP 05198224 A). Some of these materials have increased heat capacity compared to copper and / or NbTi. For example, at 4.5K, nickel and stainless steel (by way of example, the AISI 304 alloy often used at low temperatures) has about ten times the volumetric thermal capacity C v of a typical NbTi composite wire in a 20 vol% NbTi and 80% copper matrix Vol% copper.
Bei der Herstellung supraleitender Verbunddrähte haben sich derartige Methoden zur Stabilisierung bislang nicht durchge- setzt. Als Gründe dafür sind sowohl die erhöhten Prozesskos¬ ten zu nennen, als auch die Abwägung zwischen verschiedenen gewünschten Eigenschaften der Verbunddrähte. Hierbei ist ei¬ nerseits eine hohe Leitfähigkeit von Bedeutung, andererseits allerdings auch eine hohe Wärmekapazität. Da die erwähnten Materialien hoher Wärmekapazität den Strom im Allgemeinen schlecht leiten, wurde auf die Stabilisierung durch eine er¬ höhte Wärmekapazität bisher wenig Wert gelegt.In the production of superconducting composite wires, such methods of stabilization have not yet been successful. The reasons for this are both the increased Prozesskos ¬ th call, as well as the balance between different desired properties of the composite wires. Here ei ¬ nerseits a high conductivity of importance, on the other hand but also a high heat capacity. Since the mentioned materials of high heat capacity generally conduct the power poorly, little emphasis has been placed on the stabilization by an increased heat capacity.
Die Entdeckung neuer Materialklassen, die bei tiefen Tempera¬ turen sehr viel höhere Wärmekapazitäten als Kupfer und die oben genannten Metalle und Legierungen aufweisen, hat es prinzipiell ermöglicht, dass schon relativ kleine Beimengun- gen dieser Materialien eine große Erhöhung der Wärmekapazität erlauben. Beispiele sind von S. Rosenblum et. al. in „High Specific Heat Metals for use in Superconducting Composites" (IEEE Transactions on Magnetics, VoI MAG-I3, No. 1, January 1977) beschrieben worden. Aus der US 4,171,464 ist überdies bekannt, die Keramik Gd2O3 in Form zusätzlicher Filamente in einen supraleitenden Verbunddraht einzubetten.The discovery of new classes of materials, which at very low temperatures have much higher heat capacities than copper and the abovementioned metals and alloys, has made it possible, in principle, for even relatively small admixtures of these materials to permit a large increase in heat capacity. Examples are from S. Rosenblum et. al. in "High Specific Heat Metals for Use in Superconducting Composites" (IEEE Transactions on Magnetics, VoI MAG-I3, No. 1, January 1977) It is also known from US 4,171,464 that the ceramic Gd 2 O 3 is in the form of additional To embed filaments in a superconducting composite wire.
Allerdings ist eine Modifikation des Ziehprozess durch das Einbringen weiterer Filamente aufwändig. Der Ziehprozess vie- ler Verbunddrähte, z.B. dem Standardmaterial NbTi in Kupfer, ist äußerst komplex und bedarf langwieriger Optimierung. Um höchste Stromdichten im Supraleiter zu erzielen ist die Ein¬ stellung einer präzisen Nanostruktur in der Kupfermatrix nö¬ tig. Dafür werden verschiedene genau definierte Umformschrit- te (Walzen, Ziehen) und Wärmebehandlungen durchgeführt. Dies ist beispielsweise von P.J. Lee und D.C. Larbalestier in „Niobium-Titanium Superconducting Wires: Nanostructures by Extrusion and Wire Drawing", invited presentation at Inter- wire 2001, Atlanta, GA, May 16th 2001 sowie von L. Cooley, P. Lee und D. Larbalestier in „Conductor processing of low Tc materials: the alloy Nb-Ti", in "Handbook of Superconducting Materials", ed. D.A. Cardwell and D.S. Ginley (Institute of Physics Publishing, Ltd, Bristol 2003), Volume I: Supercon- ductivity, Materials, and Processes, chapter B3.3.2, pp 603- 637 beschrieben worden. Insofern erscheint das Mitziehen ei¬ ner spröden keramischen Verbindung, wie der Keramik Gd2O3, als nicht vorteilhaft. In der US 4,647,888 wird vorgeschlagen, Materialien hoher Wärmekapazität außerhalb des Supraleiterdrahtes in einer Po- lymer-Vergussmasse einzubringen. Als Materialien werden unter anderem Schwer-Fermion-Verbindungen wie CeAl3, CeCu6, UBei3 vorgeschlagen, die als Pulver oder Fasern in der Vergussmasse eingebracht werden sollen. Die Vergussmasse durchtränkt dabei die Fasern oder das Pulver.However, a modification of the drawing process by the introduction of additional filaments is expensive. The drawing process of many composite wires, eg the standard material NbTi in copper, is extremely complex and requires lengthy optimization. In order to achieve the highest current densities in the superconductor, the adjustment of a precise nanostructure in the copper matrix is necessary. Various well-defined forming steps (rolling, drawing) and heat treatments are carried out for this purpose. This is exemplified by PJ Lee and DC Larbalestier in "Niobium-Titanium Superconducting Wires: Nanostructures by Extrusion and Wire Drawing", invited presentation at Interwire 2001, Atlanta, GA, May 16th 2001, and by L. Cooley, P. Lee and D. Larbalestier in "Conductor processing of low T c materials: the alloy Nb-Ti", in "Handbook of Superconducting Materials", ed. DA Cardwell and DS Ginley (Institute of Physics Publishing, Ltd., Bristol 2003), Volume I: Superconductivity, Materials, and Processes, chapter B3.3.2, pp 603-637. In this respect, the entrainment of a brittle ceramic compound, such as ceramic Gd 2 O 3 , does not appear to be advantageous. No. 4,647,888 proposes introducing materials of high heat capacity outside the superconducting wire into a polymer potting compound. Among others, heavy-fermion compounds such as CeAl 3 , CeCu 6 , U 3 are proposed as materials which are to be introduced into the potting compound as powders or fibers. The casting compound soaks through the fibers or the powder.
Zu einer effektiven Stabilisierung des Supraleiters ist es nötig, dass das Material hoher Wärmekapazität thermisch so gut an den Supraleiterdraht anzukoppeln, dass bei einer im Draht auftretenden Störung der Supraleitung die entstehende Wärme rasch vom Material hoher Wärmekapazität aufgenommen werden kann. Es ist daher eine hohe Wärmeleitfähigkeit zwi¬ schen dem Material hoher Wärmekapazität und dem Kupfermatrix nötig, damit die Zeitkonstante der Wärmeausbreitung (Wärme¬ diffusion) an die der Quenchausbreitung angepasst ist. Fluss¬ sprünge ereignen sich typischerweise auf einer Zeitskala von 1 ms (siehe z.B. R.P. Huebener, F.E. Stafford, Phys . Rev. B 5, p. 3581, 1972) . Für gefüllte Epoxidharze, die typischer¬ weise als Vergussmasse Verwendung finde, werden thermische Diffusionszeiten von etwa 10-100 ms abgeschätzt. Daher ist es wünschenswert, das Material hoher Wärmekapazität thermisch besser an den Supraleiter anzukoppeln.For effective stabilization of the superconductor, it is necessary that the material of high heat capacity thermally couple so well to the superconducting wire, that with a occurring in the wire suppression of superconductivity, the resulting heat can be absorbed quickly by the material of high heat capacity. It is therefore a high thermal conductivity Zvi ¬ rule the material of high heat capacity and the copper matrix necessary so that the time constant of the propagation of heat (thermal diffusion ¬) to which the quench propagation is adjusted. River jumps typically occur on a time scale of 1 ms (see, eg RP Huebener, FE Stafford, Phys. Rev. B 5, p 3581, 1972). For filled epoxy resins, which typically ¬ as potting find use, thermal diffusion times of about 10-100 ms are estimated. Therefore, it is desirable to thermally better couple the high heat capacity material to the superconductor.
Hinzu kommt, dass leitfähige Materialien in der Vergussmasse deren Durchschlagsfestigkeit herabsetzen. Das kann zu Entla¬ dungen zwischen Windungen während eines Quench führen, bei dem hohe Spannungen auftreten. Auch können Metallpartikel die Isolierung eines Drahtes beschädigen.In addition, conductive materials in the potting compound reduce their dielectric strength. That can lead Entla ¬ compounds, occurring in the high voltages between turns during a quench. Also, metal particles can damage the insulation of a wire.
Hochgefüllte Epoxidharze sind zudem sehr viskos und können bei Vakuumverguss nicht zuverlässig alle Windungsteile benet- zen. Nichtbenetzte Windungsteile sind dann thermisch nicht stabilisiert und auch nicht mechanisch unterstützt. Gerade solche Windungsteile neigen zur Bewegung und erhöhen damit die Gefahr eines Quenchs . Als Alternative käme ein Herstel- lungsverfahren in Betracht, bei dem der Verbunddraht nass in das Epoxidharz gewickelt wird. Ein derartiger Prozess wäre allerdings wenig mangelnder Reinheit nicht zu bevorzugen.Highly filled epoxy resins are also very viscous and can not reliably wet all parts of the winding during vacuum casting. Non-wetted winding parts are then not thermally stabilized and not mechanically supported. Especially such winding parts tend to move and thus increase the risk of quenching. As an alternative, a manufacturer would method in which the composite wire is wet-wrapped in the epoxy resin. However, such a process would not be preferable to low purity.
Alternativ käme es in Betracht, die in der US 4,647,888 zur Stabilisierung eingesetzten Schwer-Fermion-Materialien analog zur US 4,171,564 als Filamente im Verbunddraht mitzuziehen. Allerdings sind die meisten dieser Legierungen dieser Materi¬ alklasse äußerst spröde und nicht gut zu ziehen und würden die komplexe Optimierung der supraleitenden Eigenschaften des Verbunddrahts verschlechtern.Alternatively, it would be possible to entrain the heavy-fermion materials used for stabilization in US Pat. No. 4,647,888 analogously to US Pat. No. 4,171,564 as filaments in the composite wire. However, most of these alloys of this class of material are extremely brittle and not well drawn, and would degrade the complex optimization of the superconducting properties of the composite wire.
Zudem müssen derartige Schwer-Fermion-Verbindungen, die häu¬ fig binär oder sogar ternär sind (z.B. CeCu2Si2, CeCu2Ge2, CeIn3, CeAl3, CeRhIn5, CeIrIn5, Ce0.9Fe3CoSbI2, CeRuGe2, Ce- Ru2Si2, CeNi2Ge2) , bei definierten Temperaturen hergestellt werden, damit die gewünschte Phase entsteht, (siehe z.B. H. Okamoto, „Phase Diagrams for Binary Alloys", ASM Interna¬ tional, 2000) . Wie beschrieben müssen z.B. NbTi-Supraleiter bei der Herstellung in Zwischenschritten bei 550-6500C gezo¬ gen und bei etwa 4000C wärmebehandelt werden. Dabei würde sich eine eventuell vorhandene Schwer-Fermion-Verbindung in andere Phasen umwandeln und folglich keine hohe Wärmekapazi¬ tät mehr aufweisen.In addition, such heavy-fermion compounds, which are frequently binary or even ternary (for example CeCu 2 Si 2 , CeCu 2 Ge 2 , CeIn 3 , CeAl 3 , CeRhIn 5 , CeIrIn 5 , Ce 0 .9 Fe 3 CoSbI 2 , CeRuGe 2, Ce Ru 2 Si 2, CeNi 2 Ge 2), are made at defined temperatures, so that the desired phase arises (see, eg, H. Okamoto, "phase Diagrams for Binary Alloys," ASM Interna ¬ tional, 2000) need. As described eg NbTi superconductors gen gezo¬ in the production in intermediate steps at 550-650 0 C and heat treated at about 400 0 C. in this case, any existing heavy-fermion compound would convert into other phases and hence no high Have Wärmekapazi¬ ity more.
Inzwischen sind weitere Materialien hoher Wärmeleitfähigkeit entdeckt worden, die z.B. bereits als Regenerator-Material in Kältemaschinen zum Einsatz kommen. Diese Materialien zeichnen sich häufig durch magnetische Phasenübergänge (ferromagne- tisch oder antiferromagnetisch ordnend) mit hohen Wärmekapa¬ zitäten bei tiefen Temperaturen aus. Derartige Materialien sind beispielsweise HoCu2, Er3Ni, Nd, Nd3Ni, ErNi0.9Co0.1, Ero.9Ybo.1Ni. Auch keramische Materialien sind möglich, z.B. GdAlO3, Dy3Al5Oi2, Gd3Ga5Oi2, DyAlO3 (vgl. z.B. L.M. Qiu, T. Nu- mazawa, G. Thummes, "Performance improvement of a pulse tube cooler below 4 K by use of GdAlO3 regenerator material", Cry- ogenics, Volume 41, Number 9, September 2001, pp. 693-696(4) und Zitate darin) . Diese Materialien sind zum Teil teuer, viele sind spröde und lassen sich daher nicht leicht zu Dräh¬ ten verarbeiten.Meanwhile, other materials of high thermal conductivity have been discovered, for example, which are already used as regenerator material in chillers. These materials are often characterized by magnetic phase transitions (schematically ferromagnetic or antiferromagnetically grading) with high Wärmekapa ¬ capacities at low temperatures. Such materials are, for example, HoCu 2 , Er 3 Ni, Nd, Nd 3 Ni, ErNi 0 .9 Co 0 .1, Ero .9 Ybo .1 Ni. Ceramic materials are also possible, for example GdAlO 3 , Dy 3 Al 5 O 2 , Gd 3 Ga 5 Oi 2 , DyAlO 3 (cf., for example, LM Qiu, T. Numazawa, G. Thummes, "Performance improvement of a pulse tube cooler below 4K by use of GdAlO 3 regenerator material ", Cryogenics, Volume 41, Number 9, September 2001, pp. 693-696 (4) and citations therein). These materials are sometimes expensive, many are brittle and therefore can not easily Dräh ¬ th process.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbund- draht und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, der auch bei lokalen Erwärmungen weitestgehend stabil in der sup¬ raleitenden Phase bleibt .The object of the present invention is to specify a composite wire and a method for its production, which remains largely stable in the superconducting phase even in the case of local heating.
Diese Aufgabe wird durch einen Verbunddraht mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des An¬ spruchs 25 gelöst.This object is achieved by a composite wire having the features of claim 1 and a method having the features of claim 25 An¬.
Der erfindungsgemäße Verbunddraht umfasst eine Matrix und ei¬ nen Stabilisator, wobei in die Matrix wenigstens ein Filament aus einem supraleitenden Material eingebettet ist und dieThe composite wire according to the invention comprises a matrix and ei ¬ NEN stabilizer, in the matrix, a filament is embedded in a superconducting material and at least
Matrix wenigstens teilweise von dem Stabilisator umgeben ist, wobei der Stabilisator wenigstens teilweise aus einem Materi¬ al hoher Wärmekapazität besteht. Die Matrix und der Stabili¬ sator stehen in metallischem Kontakt. Unter einem Material hoher Wärmekapazität sollen alle Materialien verstanden wer¬ den, die bei tiefen Temperaturen, insbesondere unterhalb der Sprungtemperatur des supraleitenden Materials eine höhere Wärmekapazität aufweisen als die typischerweise bei der Her¬ stellung supraleitender Verbunddrähte verwendeten Materia- lien, also beispielsweise NbTi und Kupfer, Edelstahl AISI 304 oder Lötzinn (z.B. PbSn, Pb, In, Sb) . Im zitierten Stand der Technik sind bereits mehrere Beispiele für derartige Materia¬ lien aufgeführt worden.Matrix is at least partially surrounded by the stabilizer, wherein the stabilizer consists at least partially of a Materi ¬ al high heat capacity. The matrix and the Stabili ¬ sator are in metallic contact. Under a material of high heat capacity are all materials wer¬ understood the that at low temperatures, in particular below the critical temperature of the superconducting material a higher heat capacity comprise than ¬ typically at the Her position superconducting composite wires materials employed, so for example, NbTi and copper, Stainless steel AISI 304 or solder (eg PbSn, Pb, In, Sb). In the cited prior art, several examples of such Materia ¬ lien have been listed.
Unter einem „metallischen Kontakt" soll verstanden werden, dass die Matrix und der Stabilisator entweder direkt in Kon¬ takt stehen, oder zwischen ihnen ein sie verbindendes Metall oder eine Legierung eingebracht sind. Die Aufgabe der metal¬ lischen Verbindung liegt in der Herstellung einer gut wärme- leitfähigen Verbindung zwischen Matrix und Stabilisator. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass es einer¬ seits aus herstellungstechnischen Gründen wünschenswert ist, das Material hoher Wärmekapazität nicht in die Matrix zu in- tegrieren. Andererseits ist bei die Matrix umgebendem Stabi¬ lisator das Problem der ausreichenden Wärmeankopplung zwi¬ schen Matrix und Stabilisator gegeben. Dies wird durch den metallischen Kontakt zwischen diesen Komponenten gelöst.Is intended, a "metal contact" is meant that the matrix and the stabilizer are either directly clock in Kon¬, or between them a they connecting metal or alloy are introduced. The object of the metal ¬ intermetallic compound is of a well in the preparation of heat-conductive connection between matrix and stabilizer. the invention starts from the knowledge that it is a ¬ hand, for manufacturing reasons desirable to use the material having a high heat capacity not in- into the matrix to tegrieren. On the other hand, in the matrix surrounding stabilizer ¬ is given lisator the problem of adequate thermal coupling zwi¬ rule matrix and stabilizer. This is solved by the metallic contact between these components.
Durch die Verwendung eines Materials mit höherer Wärmeleitfä¬ higkeit, insbesondere als typische Edelstahllegierungen wie AISI 304, ist es möglich, bei tiefen Temperaturen unterhalb der Sprungtemperatur des supraleitenden Materials ein hohes Maß an Wärme aufzunehmen, ohne dass die Temperatur allzu sehr steigt. Dadurch wird die entstehende Wärme effektiv vom Sup¬ raleiter weg transportiert, wodurch die Supraleitung in dem beschriebenen Verbunddraht gut stabilisiert wird.By using a material with higher Wärmeleitfä ¬ ability, especially as typical stainless steel alloys such as AISI 304, it is possible to record at low temperatures below the critical temperature of the superconducting material, a high level of heat without the temperature rises too much. Thus, the resulting heat is effectively transported away from Sup ¬ raleiter, whereby superconductivity is well stabilized in the described composite wire.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Matrix und derIn an advantageous embodiment, the matrix and the
Stabilisator verlötet. Auf diese Weise wird mit einfachenSoldered stabilizer. This way is done with simple
Mitteln ein effektiver Wärmekontakt zwischen Matrix und Sta¬ bilisator hergestellt.Means an effective thermal contact between the matrix and stabilizer stabilizer made.
Alternativ können die Matrix und der Stabilisator in alterna¬ tiven Ausführungsbeispielen kaltverschweißt oder aufeinander gewalzt sein. Dies sind ebenfalls einfache Möglichkeiten, ei¬ nen guten Wärmekontakt herzustellen.Alternatively, in alternative embodiments, the matrix and stabilizer may be cold-welded or rolled on top of one another. These are also simple ways to make egg ¬ NEN good thermal contact.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stabilisator ei¬ ner Form der Matrix wenigstens teilweise nachgeformt. Dies vergrößert die Kontaktfläche zwischen dem Stabilisator und der Matrix und verbessert so den Wärmekontakt.In an advantageous embodiment, the stabilizer ei¬ ner form of the matrix is at least partially reshaped. This increases the contact area between the stabilizer and the matrix and thus improves the thermal contact.
Vorteilhaft ist es, wenn der Stabilisator vollständig aus dem Material hoher Wärmekapazität besteht. Dadurch ergibt sich eine höchstmögliche Wärmekapazität des Stabilisators.It is advantageous if the stabilizer consists entirely of the material of high heat capacity. This results in the highest possible heat capacity of the stabilizer.
Alternativ ist es möglich, dass bereits weniger Material ho- her Wärmekapazität ausreicht, um den supraleitenden Draht zu stabilisieren. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Stabilisator einen Kern aus dem Material hoher Wärmekapazität umfasst, der von einem Metall oder einer Legierung umgeben ist. Als Metall kommt beispielsweise Kupfer in Frage. Auf diese Weise kann ein Teil des im Allgemeinen teuren und unter Umständen auch aufwändig herzustellenden Materials hoher Wär¬ mekapazität eingespart werden und dennoch der Draht stabili- siert werden.Alternatively, it is possible that even less material with high heat capacity is sufficient to stabilize the superconducting wire. In this case, it is advantageous if the stabilizer comprises a core of the high heat capacity material surrounded by a metal or alloy is. As a metal, for example, copper comes into question. In this way, it is possible to save a portion of the material of high heat capacity, which is generally expensive and, in some cases, expensive to produce, and yet the wire is stabilized.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Stabilisator als wenigstens ein Band ausgeführt. Ein derarti¬ ges Band ist besonders einfach herzustellen und mit der Mat- rix metallisch zu verbinden. So können beispielsweise zweiIn an advantageous embodiment of the invention, the stabilizer is designed as at least one band. A derarti ¬ ges band is particularly simple to manufacture and connect rix metallic with Mat-. For example, two
Bänder an gegenüberliegenden Seiten der Matrix in einer Sand¬ wich-Struktur angeordnet werden. Die Bänder lassen sich in einer derartigen Struktur leicht durch Walzen, Löten und/oder Kaltverschweißen metallisch verbinden.Bands are arranged on opposite sides of the matrix in a sandwich structure. In such a structure, the strips can be easily connected by rolling, soldering and / or cold welding.
In vorteilhafter Weise besteht das Band aus einem Trägerband, auf das eine Schicht aus dem Material hoher Wärmekapazität ausgebracht ist. Dies Art des Bandes ist besonders einfach und Platz sparend herstellbar.Advantageously, the band consists of a carrier tape on which a layer of the material of high heat capacity is applied. This type of tape is particularly simple and space-saving to produce.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Matrix in den Stabilisator eingebettet. Dadurch ergibt sich ein besonders guter Wärmekontakt.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the matrix is embedded in the stabilizer. This results in a particularly good thermal contact.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung umfasst einen U- förmig ausgebildeten Stabilisator. Darin lässt sich die Mat¬ rix auf einfache Weise einbetten, woraus eine große Kontakt¬ fläche resultiert.An advantageous embodiment of the invention comprises a U-shaped stabilizer. It can be the Mat¬ rix to easily embed, resulting in a large contact area ¬ results.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung besteht derIn an advantageous embodiment of the invention consists of
Stabilisator aus einem Kern aus dem Material hoher Wärmekapa¬ zität und aus einem U-förmigen Metall oder einer U-förmigen Legierung, wobei der Kern in das U-förmige Metall oder die U- förmige Metall eingebettet ist. U-förmige Metalle oder Legie- rungen sind als Stabilisatoren bekannt („wire-in-channel") . Dabei wird die Matrix mit den supraleitenden Filamenten in ein U-Profil eingelötet. Bisher sind die U-Profile vor allem aus Kupfer gefertigt worden, was kaum zur thermischen Stabi- lisierung des Drahts durch eine erhöhte Wärmekapazität bei¬ trägt, sondern zur Erhöhung der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit. Wird zwischen der Matrix und dem U-Profil noch ein Kern aus dem Material hoher Wärmekapazität eingefügt, ist die thermische Stabilisierung auf einfache Weise gewährleis¬ tet. So ist vor allem das Einbringen des Materials hoher Wär¬ mekapazität in einen etablierten Herstellungsprozess auf ein¬ fache Weise möglich.Stabilizer of a core of the material of high heat capacity and of a U-shaped metal or a U-shaped alloy, wherein the core is embedded in the U-shaped metal or the U-shaped metal. U-shaped metals or alloys are known as "wire-in-channel." The matrix is soldered with the superconducting filaments into a U-profile. which hardly leads to thermal stabilization Lization of the wire by an increased heat capacity ¬ contributes, but to increase the thermal and electrical conductivity. Is inserted or a core of the material of high thermal capacity between the matrix and the U-profile, the thermal stabilization is tet easily ensured slightest ¬. In particular, it is possible to introduce the material of high heat capacity into an established production process in a simple manner.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Filamente in einer Matrix aus Kupfer eingebettet. Dadurch ist die Matrix mit den Filamenten nach bekannten Methoden einfach herstell¬ bar. Der im Verbunddraht vorhandene Anteil von Material hoher Wärmekapazität sorgt dafür, dass die überschüssige Wärme gut aufgenommen und der Temperaturanstieg im Supraleiter begrenzt wird.In an advantageous embodiment, the filaments are embedded in a matrix of copper. As a result, the matrix with the filaments can be prepared simply by known methods. The presence of high heat capacity material in the composite wire ensures that the excess heat is well absorbed and the temperature rise in the superconductor is limited.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das Material hoher Wärmekapazität ein Schwer-Fermionen- Material. Diese Materialklasse zeichnet sich durch eine sehr hohe Wärmekapazität im Bereich der Arbeitstemperatur der sup¬ raleitenden Spule, die im Allgemeinen zwischen zwei und zehn Kelvin liegt, aus. Mit Materialien dieser Klasse lässt sich also die Toleranz des supraleitenden Verbunddrahts gegenüber Erwärmung im Vergleich zu einer reinen Kupfermatrix deutlich verbessern.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the material of high heat capacity is a heavy-fermion material. This material class is characterized by a very high heat capacity in the range of the working temperature of the superconducting coil, which is generally between two and ten Kelvin. With materials of this class, therefore, the tolerance of the superconducting composite wire to heating in comparison to a pure copper matrix can be significantly improved.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das Mate¬ rial hoher Wärmekapazität CeCu6. Kupfer wird ohnehin im Ver- bunddraht zur Herstellung der Matrix verwendet und ist preis¬ günstig verfügbar. Cer ist ebenfalls preisgünstig verfügbar und darüber hinaus nur in geringen Anteilen in CeCu6 enthal¬ ten. Zudem ist es nicht toxisch und eine binäre Legierung, was Vorteile für die Herstellung mit sich bringt.In an advantageous embodiment of the invention, the mate¬ rial high heat capacity CeCu. 6 Copper is in any case in comparison Fretwire to produce the matrix used and is really low ¬ available. Cerium is also available inexpensively and beyond th only at low levels in CeCu 6 contained ¬. It is also non-toxic and a binary alloy, what are the advantages for the production with them.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist das Material hoher Wärmekapazität einen Phasenübergang in eine magnetisch ordnende Phase im Bereich der Arbeitstem- peratur auf. Im Bereich eines Phasenübergangs in die magne¬ tisch ordnende Phase haben besagte Materialien eine besonders hohe Wärmekapazität, so dass die Stabilität des supraleiten¬ den Verbunddrahts weiter erhöht werden kann.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the material of high heat capacity has a phase transition into a magnetically ordering phase in the region of the working temperature. on. In the range of a phase transition in the magnetic ¬ table ordering said phase materials have a particularly high heat capacity, so that the stability of the superconductive lead ¬ can be further increased the composite wire.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Verbund¬ drahts umfasst folgende Verfahrensschritte:The inventive method for producing the composite ¬ wire comprises the following steps:
- Herstellung der Matrix mit dem wenigstens einen supralei¬ tenden Filament, - Herstellung des Stabilisators,Preparation of the matrix with the at least one superconducting filament, production of the stabilizer,
- Metallisches Verbinden der Matrix und des Stabilisators.- Metallic bonding of the matrix and the stabilizer.
Durch die separate Herstellung der Matrix und des Stabilisa¬ tors lässt sich insbesondere der komplexe und optimierte Pro- zess der Matrixherstellung beibehalten und wird nicht wie bei bekannten Lösungen durch das Einbringen des Materials hoher Wärmekapazität gestört oder verändert. Das nachträgliche me¬ tallische Verbinden des Stabilisators mit der Matrix ist e- benfalls mit Standardmethoden möglich.Due to the separate production of matrix and stabilization ¬ tors, in particular, the complex and optimized production process of matrix production can be maintained and is not disturbed or changed as in known solutions by the introduction of the material of high thermal capacity. The subsequent me ¬-metallic bonding of the stabilizer to the matrix is e- benfalls possible with standard methods.
In einem vorteilhaften Verfahren werden die Matrix und der Stabilisator vor dem metallischen Verbinden gezogen, also ein Draht oder eine drahtähnliche Form hergestellt. So erfolgt das metallische Verbinden erst als letzter Schritt der Draht- herstellung.In an advantageous method, the matrix and the stabilizer are drawn before the metallic connection, that is to say a wire or a wire-like form is produced. Thus, the metallic bonding takes place only as the last step of wire production.
In vorteilhaften Verfahren erfolgt das metallische Verbinden durch Verlöten, aufeinander Walzen und/oder Kaltverschweißen. Dies sind einfache Methoden einer metallischen und gut wärme- leitfähigen Verbindung der Matrix mit dem Stabilisator.In advantageous methods, the metallic joining takes place by soldering, rolling on one another and / or cold welding. These are simple methods of a metallic and good heat conductive compound of the matrix with the stabilizer.
Vorteilhaft ist ein Herstellungsverfahren derart, dass zur Herstellung des Stabilisators das Material hoher Wärmekapazi¬ tät in eine Hülse eingebracht und mit der Hülse gezogen wird. Die Hülse kann beispielsweise aus Kupfer, Messing, Edelstahl, Bronze oder Aluminium bestehen. In der Hülse bildet sich nach dem Ziehen ein Kern aus dem Material hoher Wärmekapazität, der zur thermischen Stabilisierung des Verbunddrahts bei- trägt. Diese Herstellungsmethode ist insbesondere bei spröden Materialien hoher Wärmekapazität von Vorteil, da sich diese Materialien schlecht oder nicht ziehen lassen. Durch eine duktile Hülse wird der Ziehprozess vereinfacht oder überhaupt erst möglich.A production method is advantageous in such a way that, for the production of the stabilizer, the material of high heat capacity is introduced into a sleeve and drawn with the sleeve. The sleeve may for example consist of copper, brass, stainless steel, bronze or aluminum. After pulling, the core forms in the sleeve a material of high heat capacity, which contributes to the thermal stabilization of the composite wire. wearing. This production method is particularly advantageous for brittle materials of high heat capacity, since these materials are difficult or impossible to pull. By a ductile sleeve, the drawing process is simplified or even possible.
Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens umfasst folgende Verfahrensschritte zur Herstellung des Stabilisators:An advantageous embodiment of the method comprises the following method steps for the preparation of the stabilizer:
- Einfüllen wenigstens eines Teils von zur Herstellung des Materials hoher Wärmekapazität erforderlichen Aus¬ gangsmaterialien in eine Hülse,- filling at least a part of high heat capacity for producing the material required from ¬ starting materials into a sleeve,
- Ziehen der Hülse zu einem Draht und- Pull the sleeve to a wire and
- Legieren der Ausgangsmaterialien zum Material hoher Wärmekapazität .- Alloy the starting materials to the material of high heat capacity.
Insbesondere im Fall spröder und damit schlecht bei der Drahtherstellung verarbeitbaren Materialien hoher Wärmekapa¬ zität hat dieses Verfahren den Vorteil, dass die im Allgemei¬ nen bessere Duktilität der Ausgangsmaterialien bei der Her- Stellung ausgenutzt wird. So entsteht das spröde Material erst nach dem Ziehen.Especially in the case of brittle and poorly processed in the wire manufacturing materials of high Wärmekapa¬ has capacity this method has the advantage that the NEN in ERAL ¬ better ductility of the raw materials is used during the production of. This is how the brittle material is created after drawing.
Im Fall einer Kupferhülse und Cer hat der beschriebene Her- stellungsprozess den zusätzlichen Vorteil, dass lediglich das Cer in Stangen- oder Pulverform in die Hülse eingesetzt wer¬ den muss. Nach dem Ziehen kann durch eine Wärmebehandlung das Cer mit einem Teil das Kupfers der Hülse legieren und so das CeCu6 bilden. So ist die Herstellung des Materials hoher Wär¬ mekapazität auf einfache Weise möglich. Der Prozess des Zie- hens ist dabei besonders erleichtert, da sowohl Cer als auch Kupfer sehr duktil sind. Die Wärmebehandlung kann beispiels¬ weise nach Aufwickeln des gezogenen Drahts auf einen hitzebe¬ ständigen Träger, z.B. aus einer Keramik, erfolgen.In the case of a copper sleeve and cerium, the described production process has the additional advantage that only the cerium in bar or powder form has to be inserted into the sleeve. After drawing, by a heat treatment, the cerium with a part can alloy the copper of the sleeve and thus form the CeCu 6 . Thus, the production of the material of high heat ¬ mekapazität is possible in a simple manner. The process of drawing is particularly relieved because both cerium and copper are very ductile. The heat treatment can take place, for example, after winding the drawn wire onto a heat-resistant carrier, for example of a ceramic.
Vorteilhaft ist das Umgeben der Ausgangsmaterialien mit einer an sich bekannten Diffusionsbarriere, beispielsweise aus Tan¬ tal oder Niob. Dies bringt im Fall, dass alle Ausgangsmateri- alien in die Hülse gefüllt werden den Vorteil, dass eine Re¬ aktion mit der Hülse bei der Wärmebehandlung verhindert wird.Surrounding of the starting materials is advantageous tal with a known diffusion barrier, for example, Tan ¬ or niobium. In the case that all the starting materials are All are filled into the sleeve the advantage that a Re ¬ action is prevented with the sleeve during the heat treatment.
In einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung des Stabili- sators wird das Material hoher Wärmekapazität in Form einer Schicht auf ein Trägerband aufgebracht wird. Das Trägerband kann beispielsweise ein Metall, wie etwa Kupfer, Messing, E- delstahl, Bronze oder Aluminium sein. Auf diese Weise lässt sich der Stabilisator auf einfache und Platz sparende Weise herstellen.In an advantageous method for producing the stabilizer, the material of high heat capacity is applied in the form of a layer to a carrier tape. The carrier tape may be, for example, a metal such as copper, brass, stainless steel, bronze or aluminum. In this way, the stabilizer can be produced in a simple and space-saving manner.
Eine Magnetspule mit wenigstens einer Wicklung eines Verbund¬ drahts nach der Erfindung oder einer ihrer vorteilhaften Aus¬ führungen bietet im Vergleich zu bekannten Magnetspulen eine deutlich höhere Quench-Sicherheit .Guides a magnetic coil with at least one winding of a composite ¬ wire according to the invention or one of its advantageous Aus¬ a significantly higher quench safety, as compared to known solenoids.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel im Zu¬ sammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:Further advantages and details of the invention will become apparent from the embodiment described below in conjunction with the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Matrix mit supraleitenden Filamenten,FIG. 1 shows a matrix with superconducting filaments known from the prior art,
Figuren 2 und 3 eine aus dem Stand der Technik bekannte Mat- rix mit integriertem Material hoher Wärmekapazität,FIGS. 2 and 3 show a prior art matrix with integrated high heat capacity material;
Figur 4 ein aus dem Stand der Technik bekannter Verbunddraht,FIG. 4 shows a composite wire known from the prior art,
Figuren 5 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfin- düng,FIGS. 5 to 7 different embodiments of the invention, FIG.
Figur 8 ein Stabilisator während der Herstellung,FIG. 8 shows a stabilizer during production,
Figur 9 der Stabilisator während eines anderen Zeitpunkts der Herstellung,FIG. 9 the stabilizer during another time of production,
Figuren 10 bis 12 weitere Ausführungsformen der Erfindung, Figur 13 ein schematisches Ablaufdiagramm der Herstellung,FIGS. 10 to 12 further embodiments of the invention, FIG. 13 shows a schematic flow diagram of the production,
Figur 14 ein Herstellungsverfahren einer alternativen Draht¬ form,FIG. 14 shows a production method of an alternative wire form,
Figur 15 eine Matrix während der Herstellung undFIG. 15 shows a matrix during production and
Figur 16 einen Schnitt durch eine Windung einer Magnetspule.16 shows a section through a turn of a magnetic coil.
In Verbunddrähten mit Kupfermatrix reicht eine geringe Menge an Energie aus, um einen Quench auszulösen. Die minimale Quench-Energie ist nach Wilson (M.N. Wilson, „Superconducting Magnets", Claredon Press, Oxford 1983, Seite 76-127) durchIn copper matrix composite wires, a small amount of energy is enough to cause quenching. The minimum quench energy is described by Wilson (M. N. Wilson, "Superconducting Magnets", Claredon Press, Oxford 1983, pages 76-127)
Figure imgf000016_0001
gegeben. Dabei gibt Α den Querschnitt des Verbunddrahts an und CV(T) seine gemittelte volumetrische Wärmeleitfähigkeit, die von den verwendeten Materialien und der Temperatur T ab- hängt. Die Temperatur T° ist die Arbeitstemperatur des Ver- bunddrahts, also beispielsweise 4.2 K. Tc ist die kritische Temperatur, bei der die Supraleitung im Verbunddraht zusam¬ menbricht. Die Länge ' bezeichnet die minimale Länge der er¬ wärmten Zone. Dabei ist ^ der Grenzwert der Zonenlänge, ober¬ halb derer sich die Zone lawinenartig vergrößert. Dabei gilt nach Wilson näherungsweise:
Figure imgf000016_0001
given. Where Α indicates the cross-section of the composite wire and C V (T) its average volumetric thermal conductivity, which depends on the materials used and the temperature T a b-. The temperature T ° is the working temperature of the composite wire, that is, for example, 4.2 K. T c is the critical temperature at which the superconductivity in the composite wire collapses. The length 'denotes the minimum length of it ¬ heated zone. It is ^ the limit of the zone length, upper ¬ which the zone increased half snowballed. In this case, according to Wilson, approximately:
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000016_0002
Dabei ist κ die thermische Leitfähigkeit, c die kritische Stromdichte des Supraleiters und " der spezifische Wider¬ stand des Matrixmaterials.Here, κ is the thermal conductivity, c the critical current density of the superconductor and "the specific resistance of the matrix material.
Die Problematik der Erwärmung durch Flusssprünge lässt sich wirkungsvoll durch eine Verkleinerung des Filamentdurchmes- sers verhindern. Dabei gilt für den Filamentdurchmesser: ^
Figure imgf000016_0003
Hier ist Y die Dichte des Matrixmaterials und "° die Induk¬ tionskonstante. Typische Werte für Durchmesser der supralei¬ tenden Filamente liegen im Bereich zwischen 50 und 100 "m.The problem of heating due to flux jumps can be effectively prevented by reducing the filament diameter. The following applies to the filament diameter: ^
Figure imgf000016_0003
Here, Y is the density of the matrix material and "° the Induk ¬ tion constant. Typical values for the diameter of the supralei ¬ Tenden filaments are in the range between 50 and 100" m.
Der Einsatz von Materialien hoher Wärmekapazität in dem sup¬ raleitenden Verbunddraht erhöht folglich zum einen die mini¬ male Quench-Energie, so dass eine größere Wärmeentwicklung stattfinden kann, bevor sich ein Quench ereignet. Anderer¬ seits ist es möglich größere Filamente des Supraleiters zu verwenden, was die Herstellung des Verbunddrahts vereinfacht.The use of materials of high heat capacity in the superconducting composite wire consequently increases, on the one hand, the minimum quench energy, so that a greater development of heat can take place before a quench occurs. On the other hand, it is possible to use larger filaments of the superconductor, which simplifies the production of the composite wire.
Figur 1 zeigt eine bekannte Ausführungsform eines supralei¬ tenden Verbunddrahts. Darin befindet sich eine Vielzahl von Filamenten 2 aus NbTi in einer Kupfermatrix 4. Dabei liegt der Anteil von NbTi am Gesamtvolumen typischerweise bei etwa 20%. Der Verbunddraht ist von einer Isolierung 9 aus einem Lack oder Polyestergarngewebe umgeben. Statt einer Kupfermat¬ rix 4 können auch Matrizen aus anderen Metallen oder Legie¬ rungen wie beispielsweise Silber oder Edelstahl verwendet werden. Dies ist in allen hier aufgeführten Ausführungsbei¬ spielen der Fall.Figure 1 shows a known embodiment of a supralei ¬ Tenden composite wire. This contains a large number of NbTi filaments 2 in a copper matrix 4. The proportion of NbTi in the total volume is typically about 20%. The composite wire is surrounded by an insulation 9 made of a lacquer or polyester yarn. Instead of a Kupfermat ¬ rix 4 can also matrices of other metals or Legie¬ conclusions such as silver or stainless steel are used. This is the case in all the embodiments listed here.
In Figur 2 ist eine weitere bekannte Ausführungsform eines Verbunddrahts gezeigt. Er basiert ebenfalls auf einer Kupfer- matrix 4 mit supraleitenden Filamenten 2. In der Mitte befin¬ det sich ein Kern 6 aus einem Material hoher Wärmekapazität, durch das entstehende Wärme aufgenommen wird. Der Draht wird so thermisch stabilisiert.FIG. 2 shows a further known embodiment of a composite wire. It is likewise based on a copper matrix 4 with superconducting filaments 2. In the center, a core 6 is made of a material of high heat capacity, by means of which the resulting heat is absorbed. The wire is thus thermally stabilized.
Figur 3 zeigt einem weiteren bekannten Verbunddraht. Hier sind wiederum Filamente 2 aus NbTi in einer Kupfermatrix 4 eingebettet. Die Filamente 2 sind dabei umgeben von Filamen¬ ten 14 aus dem Material hoher Wärmekapazität. Analog zu der obigen Ausführung zeigt auch in dieser Geometrie des Verbund- drahts die hohe Wärmekapazität ihre Wirkung beim Stabilisie¬ ren der Supraleitung in den NbTi-Filamenten 2. Nachteilig an den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der komplexe Herstellungsprozess . So ist bereits der Herstel- lungsprozess des in Figur 1 gezeigten Verbunddrahts ohne zu¬ sätzliches Material hoher Wärmekapazität äußerst komplex und bedarf aufwändiger Optimierungen. Der Prozess ist schwer mit der Integration des Materials hoher Wärmekapazität vereinbar.FIG. 3 shows another known composite wire. Again, filaments 2 of NbTi are embedded in a copper matrix 4. The filaments 2 are surrounded by Filamen ¬ th 14 of the material of high heat capacity. Analogously to the above embodiment also shows in this geometry of the composite wire, the high heat capacity of their effect in the stabilization ¬ ren of superconductivity in the NbTi filaments. 2 A disadvantage of the described embodiments is the complex manufacturing process. Thus, the manufacturer is already development process of that shown in Figure 1 composite wire without ¬ sätzliches material with high thermal capacity is extremely complex and requires more complex optimizations. The process is difficult to reconcile with the integration of high thermal capacity material.
Eine weitere bekannte Ausführung eines Verbunddrahts, in der so genannten „wire-in-channel"-Geometrie ist in Figur 4 dar- gestellt. Hier sind die Filamente 2 aus dem supraleitenden Material ebenfalls in einer Kupfermatrix 4 eingebettet. Die Kupfermatrix 4 ist in ein U-Profil 18 aus Kupfer eingelötet. Zwischen der Kupfermatrix 4 und dem U-Profil 18 befindet sich ein Lot 5, beispielsweise SnAg. Da das U-Profil 18 aus Kupfer besteht, trägt es bei tiefen Temperaturen kaum zur thermi¬ schen Stabilisierung des Verbunddrahts bei.Another known embodiment of a composite wire, in the so-called "wire-in-channel" geometry, is shown in Figure 4. Here, the filaments 2 of the superconducting material are also embedded in a copper matrix 4. The copper matrix 4 is in a U-profile 18 soldered from copper A solder 5, for example SnAg, is located between the copper matrix 4 and the U-profile 18. Since the U-profile 18 consists of copper, it hardly contributes to the thermal stabilization of the composite wire at low temperatures at.
Die vorliegende Erfindung lässt sich in verschiedenen Ausfüh¬ rungsformen in unterschiedlichen Verbunddrahtgeometrien ein- setzen, so dass Verbunddrähte mit stabilisierter Supraleitung auf einfache Weise hergestellt werden können. Dabei steht ei¬ ne Vielzahl verschiedener Materialien zur Auswahl. Durch die Stabilisierung können die Verbunddrähte mit höheren Strömen belastet werden, die näher am maximal möglichen Strom liegen, als bei Verbunddrähten mit reiner Kupfermatrix. Alternativ kann für einen Verbunddraht gleicher Stromtragfähigkeit der Anteil an NbTi gesenkt werden.The present invention can be used in various embodiments in different composite wire geometries, so that composite wires with stabilized superconductivity can be produced in a simple manner. Here is ei ¬ ne variety of materials to choose from. The stabilization allows the composite wires to be loaded with higher currents, which are closer to the maximum possible current, than with composite wires with a pure copper matrix. Alternatively, for a composite wire of the same current carrying capacity, the proportion of NbTi can be reduced.
Bei allen im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen wird eine Kupfermatrix 4 mit supraleitenden Filamenten 2 verwen¬ det, die nach bekannten Verfahren herstellbar ist. Insofern kann der komplexe, optimierte Herstellungsprozess beibehalten werden. Das Material hoher Wärmekapazität wird in allen Aus¬ führungsbeispielen nach dem Ziehen der Kupfermatrix 4 zu ei- nem Draht mit diesem auf verschiedene Weisen in unterschied¬ lichen Geometrien verbunden. Dabei kommt es besonders auf ei¬ ne gute Wärmeleitfähigkeit der Verbindung an. Bei bekannten Lösungen, bei denen beispielsweise Fasern aus dem Material hoher Wärmeleitfähigkeit um die Kupfermatrix angeordnet und mit einem Epoxidharz vergossen werden ist eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit der Verbindung zwischen den Fasern und der Kupfermatrix durch das schlecht Wärme leitende Epo- xidharz nicht gewährleistet.In all embodiments explained below, a copper matrix 4 with superconducting filaments 2 verwen¬ det, which can be produced by known methods. In that sense, the complex, optimized manufacturing process can be maintained. The material of high heat capacity is connected in all Aus ¬ leadership examples after pulling the copper matrix 4 to a wire with this in different ways in different ¬ ge geometries. It depends particularly on ei ¬ ne good thermal conductivity of the compound. In known solutions in which, for example, fibers from the material high thermal conductivity is arranged around the copper matrix and cast with an epoxy resin, a sufficiently high thermal conductivity of the connection between the fibers and the copper matrix is not guaranteed by the poorly heat-conductive epoxy.
In Figur 5 ist ein dem in der Figur 4 gezeigten wire-in- channel-Draht vergleichbarer Verbunddraht dargestellt. Erfin¬ dungsgemäß ist im Unterschied zu der in Figur 4 gezeigten Ausführung zwischen der Kupfermatrix 4 und dem U-Profil 18 ein Kern 16 aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit ein¬ gelötet. Durch die hohe Wärmekapazität und die durch das Lot 5 gute Wärmeankopplung kann in den supraleitenden Filamenten 2 entstehende Wärme schnell vom Kern 16 aufgenommen werden.FIG. 5 illustrates a composite wire comparable to the wire-in-channel wire shown in FIG. OF INVENTION ¬ is a core 16 soldered in contrast to the embodiment shown in Figure 4 between the copper matrix 4 and the U-profile 18 of a material of high thermal conductivity ¬ a dung invention. Due to the high heat capacity and the solder 5 good heat coupling resulting in the superconducting filaments 2 heat can be quickly absorbed by the core 16.
Der Kern 16 kann beispielsweise aus dem Schwer-Fermionen- Material CeCu6 bestehen. Alternativ können auch CeCu2Si2, Ce- Cu2Ge2, CeIn3, CeAl3, CeRhIn5, CeIrIn5, Ce0.9Fe3CoSbi2, CeRuGe2, CeRu2Si2, CeNi2Ge2 oder vergleichbare Materialien verwendet werden. Im Vergleich zu einem reinen U-Profil 18 aus Kupfer ist die Wärmekapazität durch den Kern 16 aus CeCu6 erhöht. Auch bei Einsatz eines U-Profils aus Silber oder Edelstahl bewirkt der Kern 16 aus CeCu6 eine Erhöhung der Wärmekapazi¬ tät. Erwärmen sich nun eines oder mehrere Filamente 2 des Supraleiters an einer Stelle, so kann die entstehende Wärme durch das Material hoher Wärmekapazität aufgenommen werden, wodurch die Temperatur nicht so schnell steigt als ohne Mate¬ rial hoher Wärmekapazität im Kern 16. Die Stabilität des sup¬ raleitenden Verbunddrahts wird somit erhöht und einem Zusam- menbruch der Supraleitung entgegengewirkt. Bei einem Anteil von 25% CeCu6 am gesamten Verbunddrahtvolumen und einer Tem¬ peratur von 4 K ist die minimale Quench-Energie um einen Fak¬ tor 6,4 höher als beim Verbunddraht mit purer Kupfermatrix 4,The core 16 may for example consist of the heavy-fermion material CeCu 6 . Alternatively, CeCu 2 Si 2 , Ce-Cu 2 Ge 2 , CeIn 3 , CeAl 3 , CeRhIn 5 , CeIrIn 5 , Ce 0 . 9 Fe 3 CoSbi 2 , CeRuGe 2 , CeRu 2 Si 2 , CeNi 2 Ge 2 or comparable materials. Compared to a pure U-profile 18 made of copper, the heat capacity is increased by the core 16 of CeCu 6 . Even when using a U-profile made of silver or stainless steel, the core 16 of CeCu 6 causes an increase in the heat capacity. Now one or more filaments 2 heat up of the superconductor at a position so that heat can be absorbed by the material of high thermal capacity, so that the temperature does not rise so quickly than without Mate ¬ rial of high thermal capacity in the core 16. The stability of the sup ¬ The conductive composite wire is thus increased and a collapse of the superconductivity counteracted. At a proportion of 25% of the total composite wire 6 CeCu volume and a Tem¬ temperature of 4 K is the minimum quench energy by a Fak ¬ tor 6.4 higher than in the composite wire with pure copper matrix 4,
In einer alternativen Ausführung besteht der Kern 16 aus ei¬ ner Verbindung, die einen magnetischen Phasenübergang im Be¬ reich der Arbeitstemperatur hat. Dieser Bereich liegt typi¬ scherweise zwischen zwei und zehn Kelvin. Ein Beispiel für eine entsprechende Verbindung ist HoCu2. Die Wärmekapazität von HoCu2 liegt um einen Faktor 275 höher als die von Kupfer. Die minimale Quench-Energie eines Verbunddrahts mit 25% Ho- Cu2-Anteil ist um einen Faktor 42 größer als beim Verbund- draht mit purer Kupfermatrix 4. Einen magnetischen Phasen¬ übergang im entsprechenden Temperaturbereich zeigen auch Er3Ni, Nd, Nd3Ni, ErNi0.9Co0.1, Ero.9Ybo.iNi, GdAlO3, Dy3Al5Oi2, Gd3Ga5Oi2 oder DyAlO3, die also auch zur Stabilisierung des Verbunddrahts verwendet werden können.In an alternative embodiment, the core 16 consists of a compound which has a magnetic phase transition in the range of the working temperature. This range is typically between two and ten Kelvin. An example for a corresponding compound is HoCu 2 . The heat capacity of HoCu 2 is a factor of 275 higher than that of copper. The minimum quench energy of a composite wire with 25% Ho-Cu 2 content is greater by a factor of 42 than in the case of the composite wire with pure copper matrix 4. A magnetic phase transition in the corresponding temperature range is also shown by Er 3 Ni, Nd, Nd 3 Ni, ErNi 0 .9Co 0 .1, Er o . 9 Yb o .iNi, GdAlO 3 , Dy 3 Al 5 Oi 2 , Gd 3 Ga 5 Oi 2 or DyAlO 3 , which can therefore also be used for stabilizing the composite wire.
Figur 6 zeigt eine alternative Ausführungsform. Dabei ist die Kupfermatrix 4 von einem U-Profil 20 umgeben, das vollständig aus dem Material hoher Wärmekapazität besteht. In diesem Fall kann besonders viel Wärme aufgenommen werden, der Draht bleibt auch bei größeren thermischen Belastungen stabil.Figure 6 shows an alternative embodiment. In this case, the copper matrix 4 is surrounded by a U-profile 20, which consists entirely of the material of high heat capacity. In this case, a lot of heat can be absorbed, the wire remains stable even at higher thermal loads.
In Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist die Kupfermatrix 4 in ein U-Profil 22 aus Kupfer eingelötet. In das U-Profil 22 ist ein Kern 24 aus dem Mate- rial hoher Wärmekapazität integriert. Dadurch lässt sich ei¬ nerseits das im Allgemeinen teure und aufwändig herzustellen¬ de Material hoher Wärmekapazität teilweise einsparen, ande¬ rerseits wird der Herstellungsprozess des U-Profils 24 im Vergleich zum U-Profil 20 vereinfacht oder im Fall von sprö- den Materialien hoher Wärmekapazität erst möglich. Dies wird anhand der Figuren 8 und 9 näher erläutert .FIG. 7 shows a further exemplary embodiment. Here, the copper matrix 4 is soldered into a U-profile 22 made of copper. In the U-profile 22, a core 24 is integrated from the material of high heat capacity. Can thereby be ei ¬ nerseits the generally expensive and complex to produce ¬ de material of high heat capacity savings in part, ande ¬ hand, the manufacturing process of the U-profile 24 as compared to the U-profile 20 will be simplified or in the case of brittle materials, high heat capacity only possible. This will be explained in more detail with reference to FIGS. 8 and 9.
In Figur 8 ist eine Kupferhülse 26 dargestellt. Alternativ kann auch eine Hülse aus Messing, Edelstahl, Bronze oder AIu- minium verwendet werden. In die Kupferhülse 25 ist ein Kern 28 aus dem Material hoher Wärmekapazität eingebracht. Dies kann beispielsweise in Stangen- oder Pulverform sein. Im wei¬ teren Verlauf des Herstellungsverfahrens wird die Kupferhülse 26 mit dem Kern 28 zu einem Draht gezogen. Durch die Verwen- düng der Kupferhülse 28 lassen sich auch nicht duktile Mate¬ rialien hoher Wärmekapazität ziehen. Während des Ziehens wird die Kupferhülse 26 zu dem in Figur 9 dargestellten U-Profil 22 umgeformt. Herstellungsmethoden für U-Profile aus Kupfer sind bekannt. In das U-Profil 22 wird dann die Kupfermatrix 4 eingelötet, so dass der in Figur 7 dargestellte Verbunddraht entsteht.FIG. 8 shows a copper sleeve 26. Alternatively, a sleeve made of brass, stainless steel, bronze or aluminum can be used. In the copper sleeve 25, a core 28 is introduced from the material of high heat capacity. This can be, for example, in stick or powder form. In wei¬ teren course of the manufacturing process, the copper sleeve 26 is pulled with the core 28 into a wire. Applicable methods by the copper sleeve fertil 28 can also be non-ductile mate ¬ rials attract high heat capacity. During the drawing, the copper sleeve 26 is formed into the U-profile 22 shown in FIG. Manufacturing methods for copper U-profiles are known. The copper matrix 4 is then soldered into the U-profile 22 so that the composite wire shown in FIG. 7 is formed.
Alternativ ist es möglich, Ausgangsmaterialien für das Mate¬ rial hoher Wärmekapazität in die Kupferhülse 26 einzubringen. Dies hat den Vorteil, dass der Prozess des Ziehens verein- facht wird, da im Allgemeinen nur die duktilen Ausgangsmate¬ rialien und die Hülse gezogen werden müssen. Nach dem Ziehen wird der Draht einer Wärmebehandlung unterzogen, wodurch die Ausgangsmaterialien zum Material hoher Wärmekapazität legie¬ ren. Im Fall von CeCuε kann beispielsweise eine Wärmebehand- lung von 24 Stunden bei 78O0C und 24 Stunden bei 83O0C ver¬ wendet werden. Um eine Reaktion mit der Kupferhülse 26 zu vermeiden, wird zu Beginn der in die noch leere Kupferhülse 26 eine Diffusionsbarriere, beispielsweise aus Tantal, einge¬ bracht. Nach der abschließenden Wärmebehandlung kann der Draht als Stabilisator mit der Kupfermatrix 4 verbunden wer¬ den.Alternatively, it is possible to introduce starting materials for the material of high heat capacity into the copper sleeve 26. This has the advantage that the process of drawing is simplified, since generally only the ductile starting materials ¬ rials and the sleeve must be drawn. After drawing the wire to a heat treatment is subjected, whereby the starting materials high for the material heat capacity ren legie ¬. In the case of CeCuε a heat treatment of 24 hours at 78o 0 C and 24 hours at 83O 0 C, for example, ver¬ turns are. In order to avoid a reaction with the copper sleeve 26, turned ¬ is at the beginning of in the now empty copper sleeve 26, a diffusion barrier, such as tantalum, done. After the final heat treatment, the wire can be connected to the copper matrix 4 as a stabilizer.
Im Fall der Kupferhülse 26 ist es auch möglich lediglich ei¬ nen Kern 28 aus Cer einzubringen. Ohne die Diffusionsbarriere kann das Cer während der Wärmebehandlung mit einem Teil des Kupfers der Kupferhülse 26 zu CeCuε legieren. Dies ist ein besonders einfacher Herstellungsprozess für den Stabilisator.In the case of the copper sleeve 26, it is also possible to introduce only ei ¬ nen core 28 made of cerium. Without the diffusion barrier, the cerium may alloy with CeCuε during the heat treatment with a part of the copper of the copper sleeve 26. This is a particularly simple manufacturing process for the stabilizer.
Neben der wire-in-channel-Geometrie ist es auch möglich, die Kupfermatrix 4 mit einem Stabilisator in einer Sandwich- Geometrie zu verbinden. Ausführungsbeispiele hierfür zeigen die Figuren 10 bis 12.In addition to the wire-in-channel geometry, it is also possible to connect the copper matrix 4 with a stabilizer in a sandwich geometry. Exemplary embodiments thereof are shown in FIGS. 10 to 12.
So ist in Figur 10 eine Kupfermatrix 4' dargestellt, die sup- raleitende Filamente 2' enthält. Die Ausführung der Kupfer¬ matrix 4' kann nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Sie ist zwischen zwei Bänder 30 gelötet, die aus dem Material hoher Wärmekapazität bestehen. Im Falle eines duktilen Mate- rials hoher Wärmekapazität können die Bänder aus einem Vorma¬ terial auf einfache Weise gedrückt, gezogen oder gewalzt wer¬ den. Statt die Bänder 30 mit der Kupfermatrix 4' zu verlöten, können sie auch auf sie gewalzt (kalt oder warm) und dadurch kaltverschweißt werden. In jedem Fall ist eine gute Wärmean- kopplung zwischen der Kupfermatrix 4' und den Bändern 30 ge¬ währleistet .Thus, FIG. 10 shows a copper matrix 4 'which contains superconducting filaments 2'. The execution of the copper matrix ¬ 4 'can be prepared by known methods. It is soldered between two bands 30, which consist of the material of high heat capacity. In the case of a ductile mate- rials high heat capacity, the bands of Vorma ¬ TERIAL easily pushed, pulled or rolled ¬ to. Instead of soldering the bands 30 to the copper matrix 4 ', they can also be rolled onto them (cold or hot) and thereby cold-welded. In any case, good heat coupling between the copper matrix 4 'and the bands 30 is ensured.
Figur 11 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel. Hier ist die Kupfermatrix 4' zwischen zwei Bänder 32 gelötet. Die Bän¬ der 32 bestehen beispielsweise aus Kupfer, Messing, Edel¬ stahl, Bronze oder Aluminium. In den Bändern 32 ist jeweils ein Kern 36 aus dem Material hoher Wärmekapazität eingelas¬ sen. Die Herstellung der Bänder 32 kann abgesehen vom Zieh- prozess analog zu der Herstellung des U-Profils 22 erfolgen. So wird auch hier insbesondere sprödes Material hoher Wärme¬ kapazität in einer duktilen Hülse gezogen. Alternativ kann es auch gedrückt oder gewalzt werden.Figure 11 shows an alternative embodiment. Here, the copper matrix 4 'is soldered between two bands 32. The bands 32 consist for example of copper, brass, stainless steel, bronze or aluminum. In the belts 32, a respective core 36 sen eingelas ¬ from the material of high thermal capacity. Apart from the drawing process, the production of the strips 32 can take place analogously to the production of the U-profile 22. Thus, high heat capacity ¬ is in a ductile sleeve also pulled in particular brittle material. Alternatively, it can also be pressed or rolled.
Figur 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier ist die Kupfermatrix 4' zwischen zwei Bänder 34 gelötet, kaltver¬ schweißt oder gewalzt. Auf den Bändern 34, die wieder aus den oben genannten Materialien bestehen können, ist das Material hoher Wärmekapazität als dünne Schicht 38 aufgebracht, di hier nicht maßstabstreu dargestellt ist. Dies ist eine beson¬ ders einfache Methode der Herstellung der stabilisierenden Bänder 34.FIG. 12 shows a further exemplary embodiment. Here, the copper matrix 4 'is soldered, cold-welded or rolled between two strips 34. On the bands 34, which may again be made of the above-mentioned materials, the material of high heat capacity is applied as a thin layer 38, which is not shown to scale. This is a special ¬ DERS simple method of producing the stabilizing ligaments 34th
Zur Herstellung der Schicht 38 kommen verschiedene Beschich- tungsverfahren in Betracht. Im Folgenden sollen exemplarisch zwei prinzipielle Beschichtungsvarianten kurz erläutert wer¬ den. Zum einen kann das Material hoher Wärmekapazität durch verschiedene Bedampfungsverfahren, wie Sputtern, Elektronen- strahlverdampfen, thermisches Aufdampfen, Laserablation oder chemische Gasphasenabscheidung in einer Reaktionskammer unter geeigneten Bedingungen auf dem Band 34 abgeschieden werden. Andererseits ist es möglich, chemische Beschichtungsverfahren zu verwenden. Dabei wird das Material hoher Wärmekapazität als Schlicker angemischt und z.B. unter Verwendung organi¬ scher Bindersysteme auf das Band 34 aufgebracht. Dabei können beispielsweise das Siebdruckverfahren, das so genannte „Sol- Gel"-Verfahren oder das so genannte „Doctor-Blade"-Verfahren eingesetzt werden. In einem anschließenden Prozessschritt wird der Schlicker einer Glühbehandlung in einem Ofen unter¬ zogen. Bei der Glühbehandlung werden die Bindersysteme ausge¬ brannt, so dass das Material hoher Wärmeleitfähigkeit als Schicht auf dem Band 34 verbleibt.For the production of the layer 38, various coating methods can be considered. In the following, two basic coating variants will be briefly explained by way of example. On the one hand, the material of high heat capacity can be deposited on the belt 34 under suitable conditions by various vapor deposition methods, such as sputtering, electron beam evaporation, thermal vapor deposition, laser ablation or chemical vapor deposition in a reaction chamber. On the other hand, it is possible to use chemical coating methods. The material becomes high heat capacity mixed as a slip and, for example, applied to the belt 34 using organic binding systems. In this case, for example, the screen printing method, the so-called "sol-gel" method or the so-called "doctor blade" method can be used. In a subsequent process step, the slip is subjected to an annealing treatment in an oven. In the annealing treatment, the binder systems are burned out so that the material of high thermal conductivity remains as a layer on the belt 34.
In Figur 13 ist ein schematisches Ablaufdiagramm der Herstel¬ lung des in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiels ge¬ zeigt. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt Sl die Kupfermatrix 4 mit den supraleitenden Filamenten erzeugt. Die geschieht nach bekannten Methoden und soll hier nicht weiter erläutert werden. In einem zweiten Verfahrensschritt S3 wird eine Kupferhülse mit Cer gefüllt. In einem dritten Verfahren¬ schritt S5 wird die Kupferhülse zu einem U-förmigen Draht ge¬ zogen und in einem vierten Verfahrensschritt S7 der bereits oben beschriebenen Wärmebehandlung unterzogen. In einem fünf¬ ten Verfahrensschritt S9 wird die Kupfermatrix eingelötet. Der so entstandene Verbunddraht kann dann nach bekannten Me¬ thoden weiterverarbeitet werden.13 shows a schematic flow diagram of Herstel¬ development of the embodiment ge ¬ shown in Figure 7 illustrates. In this case, the copper matrix 4 with the superconducting filaments is produced in a first method step S1. This is done by known methods and will not be explained further here. In a second method step S3, a copper sleeve is filled with cerium. In a third Verfahren¬ step S5, the copper sleeve is subjected to U-shaped into a wire ge ¬ and subjected to the heat treatment described above in a fourth method step S7. In a fifth step S9, the copper matrix is soldered. The resulting composite wire can then be further processed by known methods Me ¬.
Herstellungsverfahren für die übrigen Ausführungen des Ver¬ bunddrahts ergeben sich durch entsprechende Abwandlung des beschriebenen Verfahrens. So kann beispielsweise das Material hoher Wärmekapazität zunächst hergestellt und dann zum U- Profil gezogen werden, so dass der Anteil des entsprechenden Materials am Verbunddraht möglichst groß wird.Production methods for the remaining embodiments of the composite wire result from a corresponding modification of the method described. Thus, for example, the material of high heat capacity can first be produced and then pulled to the U-profile, so that the proportion of the corresponding material on the composite wire is as large as possible.
Im Folgenden wird eine Möglichkeit aufgezeigt, eine bevorzug¬ te Ausführungsform des Herstellungsverfahrens zur Herstellung eines Verbunddrahts anzuwenden, bei dem das Material hoher Wärmekapazität in Form von Filamenten in der Kupfermatrix vorliegt (vgl. Figuren 2 und 3) . Gemäß Figur 14 wird in einem ersten Verfahrensschritt S2 des Herstellungsverfahrens eines derartigen Verbunddrahts in ei¬ nem Kupferrohling mittig ein Loch erzeugt. Der Kupferrohling wurde gemäß bekannten Verfahren bereits vorher mit Stangen des supraleitenden Materials durchsetzt, die später die Strom tragenden Filamente bilden. In einem zweiten Verfahrens¬ schritt S4 wird eine Kupferstange mit einer Schicht aus Tan¬ tal umgeben, das die Diffusionsbarriere bildet. In einem dritten Verfahrensschritt S6 werden eine Stange aus Kupfer und eine Stange aus Cer in das Loch eingesetzt. Die Stange aus Cer befindet sich in einem Loch mittig in der Stange aus Kupfer. In einem vierten Verfahrensschritt wird der Verbund¬ draht nach gängigen Methoden aus dem Kupferrohling gezogen. Der Zustand nach dem Ziehen ist in Figur 15 verdeutlicht. In einem fünften Verfahrensschritt SlO werden das Cer und dasIn the following, a possibility is pointed out to apply a Favor ¬ th embodiment of the manufacturing method of manufacturing a composite wire in which the material of high thermal capacity in the form of filaments in the copper matrix is present (see FIGS. 2 and 3). According to FIG. 14, in a first method step S2 of the production method of such a composite wire, a hole is produced centrally in a copper blank in the middle. The copper blank was previously penetrated by known methods with rods of superconducting material, which later form the current-carrying filaments. In a second method step S4, a copper rod is surrounded by a layer of tan tal, which forms the diffusion barrier. In a third step S6, a rod of copper and a rod of cerium are inserted into the hole. The cerium bar is located in a hole in the center of the copper bar. In a fourth method step of the composite wire ¬ is pulled out of the copper blank by conventional methods. The state after drawing is illustrated in FIG. In a fifth process step S10 the cerium and the
Kupfer durch eine Wärmebehandlung zu CeCuε legiert. Die Dif¬ fusionsbarriere beschränkt den Legierungsprozess dabei auf die zuvor eingesetzten Stangen, so dass die Kupfermatrix be¬ stehen bleibt .Copper alloyed by a heat treatment to CeCuε. The Dif ¬ fusion barrier restricts the alloying process attention to the previously inserted rod, so that the copper matrix remains be¬.
Figur 15 zeigt einen entsprechenden Verbunddraht während des Herstellungsprozesses nach dem Ziehen. In der Kupfermatrix 4 befinden sich die supraleitenden Filamente 2 aus NbTi. Im Zentrum der Kupfermatrix 4 befinden sich zwei konzentrische Kerne 10 und 12 aus Kupfer und Cer. Die Kerne 10 und 12 sind von einer Diffusionsbarriere 8 aus Tantal umgeben. Während der Wärmebehandlung legieren die Kerne 10 und 12 aus Cer und Kupfer zu CeCuε und bilden den in Figur 2 dargestellten Kern 6, der zur Stabilisierung des Verbunddrahts dient. Zur Wärme- behandlung wird der Vorläufer des Verbunddrahts auf etwaFigure 15 shows a corresponding composite wire during the manufacturing process after drawing. In the copper matrix 4 are the superconducting filaments 2 of NbTi. In the center of the copper matrix 4 are two concentric cores 10 and 12 made of copper and cerium. The cores 10 and 12 are surrounded by a diffusion barrier 8 made of tantalum. During the heat treatment, the cores 10 and 12 of cerium and copper alloy to CeCuε and form the core 6 shown in Figure 2, which serves to stabilize the composite wire. For heat treatment, the precursor of the composite wire becomes about
9000C erhitzt. Dadurch schmelzen Kupfer und Cer und die bei¬ den Kerne 10 und 12 bilden CeCuε. Die Diffusionsbarriere schmilzt bei dieser Temperatur nicht und verhindert eine Ver¬ bindung mit der Kupfermatrix 4. Alternativ lässt sich die Le- gierung auch mittels eines Diffusionsprozesses herstellen.900 0 C heated. Characterized melt copper and cerium and at ¬ the cores 10 and 12 form CeCuε. The diffusion barrier does not melt at that temperature and prevents Ver ¬ connection with the copper matrix 4. Alternatively, can the LE and Government by means of a diffusion process produce.
Dabei wird der Vorläufer bei Temperaturen zwischen 83O0C und 85O0C für vierundzwanzig bis achtundvierzig Stunden gehalten. Der angegebene Temperaturbereich liegt unterhalb der Schmelz- temperatur der verwendeten Materialien. Durch die hohe Tempe¬ ratur bildet sich CeCu6, wobei wiederum die Diffusionsbarrie¬ re eine Verbindung mit der Kupfermatrix 4 verhindert.The precursor is held at temperatures between 83O 0 C and 85O 0 C for twenty four to forty eight hours. The specified temperature range is below the melting point temperature of the materials used. Due to the high temperature to Tempe¬ CeCu 6 forms, again the diffusion Barrie re ¬ a compound having the copper matrix 4 prevented.
Mit dem beschriebenen Prozess ist es möglich, Filamente aus dem Material hoher Wärmekapazität in der Kupfermatrix 4 zu erzeugen, ohne dass der empfindliche Herstellungsprozess der Kupfermatrix 4 und der supraleitenden Filamente 2 allzu sehr beeinflusst wird.With the described process, it is possible to produce filaments of the high heat capacity material in the copper matrix 4 without excessively affecting the delicate manufacturing process of the copper matrix 4 and the superconducting filaments 2.
Figur 16 zeigt einen Schnitt durch eine Magnetspule, die eine Vielzahl von Windungen 100 aus einem Verbunddraht aufweist. Die Windungen 100 sind in einem Epoxidharz 102 vergossen, so dass sie mechanisch stabilisiert sind.Figure 16 shows a section through a magnetic coil having a plurality of turns 100 of a composite wire. The windings 100 are potted in an epoxy 102, so that they are mechanically stabilized.
Neben dem Einsatz in Magnetspulen können die oben beschriebe¬ nen Verbunddrähte auch in supraleitenden Dauerstromschaltern eingesetzt werden. Derartige Schalter werden durch Heizen in den normalleitenden Zustand gebracht, wo ein hoher elektri- scher Widerstand wünschenswert ist. Eine reine Kupfermatrix 4 ist hier ungeeignet, es werden häufig Legierungen, wie zum Beispiel CuNi eingesetzt. Derartige Legierungen zeichnen sich allerdings aufgrund ihrer geringen Wärmekapazität durch schlechte Stabilisierungseigenschaften aus. Die oben erläu- terten Ausführungen der Erfindung eignen sich besser, da sie einen relativ hohen Widerstand bei gleichzeitig hoher Wärme¬ kapazität aufweisen.In addition to use in magnetic coils, the composite wires described above can also be used in superconducting persistent current switches. Such switches are brought by heating in the normal conducting state, where a high electrical resistance is desirable. A pure copper matrix 4 is unsuitable here, it is often alloys, such as CuNi used. Such alloys, however, are characterized by poor stabilization properties due to their low heat capacity. The above-explained embodiments of the invention are better, since they have a relatively high resistance with high heat ¬ capacity.
Alle Ausführungsbeispiele bezogen sich auf NbTi als supralei- tendes Material. Die Ausführungen der Erfindung lassen sich analog auch auf Verbunddrähte mit Nb3Sn, Nb3Al oder MgB2 über¬ tragen. Ebenfalls ist es möglich, Verbunddrähte aus Hochtem¬ peratursupraleitern, wie YBa2Cu3O7, Bi2Sr2CaCu2O8, Bi2Sr2Ca2Cu3Oi0 herzustellen. Dabei wird häufig eine Matrix aus Silber verwendet, das bei 4,2 K eine etwas höhere spezifische Wärme als Kupfer aufweist, allerdings noch deutlich unterhalb von beispielsweise CeCu6 liegt. Ebenfalls wurde bereits CuNi als Matrixmaterial verwendet. Auch in diesem Fall liegt die spezifische Wärmekapazität unterhalb der von CeCu6. All embodiments related to NbTi as a superconducting material. The embodiments of the invention can be analogously on composite wires with Nb 3 Sn, Nb 3 Al or MgB 2 carry over ¬ . It is also possible, peratursupraleitern composite wires from Hochtem ¬ such as YBa 2 Cu 3 O 7 to produce, Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8, Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 0th In this case, a matrix of silver is often used, which has a slightly higher specific heat than copper at 4.2 K, but still significantly below, for example, CeCu 6 . Also already became CuNi used as matrix material. Also in this case, the specific heat capacity is below that of CeCu6.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verbunddraht zum Wickeln einer Magnetspule, umfassend eine Matrix (4, 4') und einen Stabilisator, wobei in die Matrix (4, 4') wenigstens ein Filament (2) aus einem supraleitenden Material eingebettet ist und die Matrix (4, 4') wenigstens teilweise von dem Stabilisator umgeben ist, wobei der Stabi¬ lisator wenigstens teilweise aus einem Material hoher Wärme¬ kapazität besteht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass die Matrix (4, 4') und der Stabilisator in me¬ tallischem Kontakt stehen.A composite wire for winding a magnetic coil, comprising a matrix (4, 4 ') and a stabilizer, in which matrix (4, 4') at least one filament (2) of a superconducting material is embedded and the matrix (4, 4 ') is at least partially surrounded by the stabilizer, wherein the stabilizer consists at least partially of a material of high heat ¬ capacity, dadurchgekennzeich- - net, that the matrix (4, 4') and the stabilizer are in metallic contact.
2. Verbunddraht nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Matrix (4, 4' ) und der Stabilisator verlötet sind.2. Composite wire according to claim 1, characterized in that the matrix (4, 4 ') and the stabilizer are soldered.
3. Verbunddraht nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Matrix (4, 4' ) und der Stabilisator kaltverschweißt sind.3. Composite wire according to claim 1, characterized in that the matrix (4, 4 ') and the stabilizer are cold-welded.
4. Verbunddraht nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Matrix (4, 4' ) und der Stabilisator gewalzt sind.4. Composite wire according to claim 1, dadurchge ¬ indicates that the matrix (4, 4 ') and the stabilizer are rolled.
5. Verbunddraht nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stabilisator einer Form der Matrix (4, 4') wenigstens teilweise nachgeformt ist.5. A composite wire according to claim 1, 2 or 3, wherein a stabilizer of a shape of the matrix (4, 4 ') is at least partially reshaped.
6. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stabili¬ sator vollständig aus dem Material hoher Wärmekapazität be¬ steht.6. composite wire according to any one of the above claims, char - characterized in that the stabili ¬ sator is completely made of the material of high heat capacity be ¬ .
7. Verbunddraht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stabili¬ sator einen Kern (24, 36) aus dem Material hoher Wärmekapazi¬ tät umfasst, der von einem Metall oder einer Legierung umge¬ ben ist. 7. A composite wire according to one of claims 1 to 5, since - by in that the Stabili ¬ sator a core (24, 36) from the material high Wärmekapazi ¬ ty comprises the vice of a metal or an alloy ¬ is ben.
8. Verbunddraht nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sta¬ bilisator als wenigstens ein Band (30, 32, 34) ausgeführt ist .8. Composite wire according to one of claims 1 to 5 or 7, characterized in that the Sta ¬ bilisator as at least one band (30, 32, 34) is executed.
9. Verbunddraht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Band9. Composite wire according to one of claims 1 to 5, since ¬ characterized in that the band
(30, 32, 34) aus einem Trägerband besteht, auf das eine Schicht (38) aus dem Material hoher Wärmekapazität ausge¬ bracht ist.(30, 32, 34) consists of a carrier tape to which a layer (38) made of the material of high heat capacity is ¬ introduced .
10. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Matrix (4, 4') in den Stabilisator eingebettet ist.10. Composite wire according to one of the above claims, ¬ characterized in that the matrix (4, 4 ') is embedded in the stabilizer.
11. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stabili¬ sator U-förmig ist.11. Composite wire according to one of the above claims, since ¬ characterized in that the stabili ¬ sator is U-shaped.
12. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stabili¬ sator aus einem Kern (24) aus dem Material hoher Wärmekapazi¬ tät und aus einem U-förmigen Metall oder einer U-förmigen Le- gierung besteht, wobei der Kern (24) in das U-förmige Metall oder die U-förmige Metall eingebettet ist.12. A composite wire according to any one of the above claims, ¬ characterized in that the stabili ¬ sator of a core (24) made of the material of high heat capacity ¬ and consists of a U-shaped metal or a U-shaped alloy, wherein the Core (24) is embedded in the U-shaped metal or the U-shaped metal.
13. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Matrix (4, 4') als Kupfermatrix (4, 4') ausgeführt ist.13. Composite wire according to one of the above claims, ¬ characterized in that the matrix (4, 4 ') as a copper matrix (4, 4') is executed.
14. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Material hoher Wärmekapazität ein Schwer-Fermionen-Material ist.14. Composite wire according to one of the above claims, ¬ characterized in that the material of high heat capacity is a heavy-fermion material.
15. Verbunddraht nach Anspruch 14, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass das Material hoher Wärmekapa¬ zität CeCu6 ist. 15. Composite wire according to claim 14, dadurchge ¬ indicates that the material is high heat capacity ¬ CeCu 6 .
16. Verbunddraht nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Material hoher Wärmekapazität einen Phasenübergang in eine magnetisch ordnenden Phase bei Temperaturen nahe der Sprungtemperatur des supraleitenden Materials aufweist.16. A composite wire according to any one of claims 1 to 13, since ¬ characterized in that the material of high heat capacity has a phase transition into a magnetic ordering phase at temperatures near the transition temperature of the superconducting material.
17. Verbunddraht nach Anspruch 16, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass das Material hoher Wärmekapa- zität HoCu2 ist.17. Composite wire according to claim 16, dadurchge ¬ indicates that the material of high heat capacity HoCu 2 is.
18. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das supra¬ leitende Material NbTi ist.18. Composite wire according to one of the above claims, since ¬ characterized in that the supra ¬ conductive material is NbTi.
19. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das supra¬ leitende Material Nb3Sn ist.19. Composite wire according to one of the above claims, ¬ characterized in that the supra ¬ conductive material is Nb 3 Sn.
20. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, das das sup¬ raleitende Material MgB2 ist.20. Composite wire according to one of the above claims, characterized in that the sup ¬ raleitende material is MgB2.
21. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das supra¬ leitende Material ein Hochtemperatur-Supraleiter ist.21. Composite wire according to one of the above claims, characterized - characterized in that the supra ¬ conductive material is a high-temperature superconductor.
22. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verbund- draht eine Vielzahl von supraleitenden Filamenten (2) um- fasst .22 composite wire according to one of the above claims, ¬ characterized in that the composite wire comprises a plurality of superconducting filaments (2).
23. Verbunddraht nach einem der obigen Ansprüche , d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verbund- draht eine Isolierung (9) aufweist. 23. Composite wire according to one of the above claims, ¬ characterized in that the composite wire has an insulation (9).
24. Verbunddraht nach Anspruch 23, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Isolierung (9) aus einem Lack besteht.24. The composite wire according to claim 23, characterized in that the insulation (9) consists of a lacquer.
25. Verfahren zur Herstellung eines Verbunddrahts nach einem der obigen Ansprüche umfassend folgende Verfahrensschritte:25. A method for producing a composite wire according to one of the above claims comprising the following method steps:
- Herstellung der Matrix (4, 4') mit dem wenigstens einen supraleitenden Filament,Preparing the matrix (4, 4 ') with the at least one superconducting filament,
- Herstellung des Stabilisators, - Metallisches Verbinden der Matrix (4, 4') und des Stabili¬ sators .- Preparation of the stabilizer, - Metallic bonding of the matrix (4, 4 ') and the stabilizer ¬ sators.
26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Matrix (4, 4') und der Stabilisator vor dem metallischen Verbinden gezogen werden.26. The method of claim 25, wherein the matrix (4, 4 ') and the stabilizer are pulled prior to the metallic bonding.
27. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem zum metallischen Ver¬ binden die Matrix (4, 4') und der Stabilisator verlötet wer¬ den.27. The method according to claim 25, wherein the metallic Ver¬ bind the matrix (4, 4 ') and the stabilizer wer¬ the.
28. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem zum metallischen Ver¬ binden die Matrix (4, 4') und der Stabilisator aufeinander gewalzt werden.28. The method according to claim 25, wherein the metallic Ver¬ bind the matrix (4, 4 ') and the stabilizer rolled on each other.
29. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem zum metallischen Ver¬ binden die Matrix (4, 4') und der Stabilisator kaltver¬ schweißt werden.29. Process according to claim 25, in which, for metallic bonding, the matrix (4, 4 ') and the stabilizer are cold-welded.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem zur Herstellung des Stabilisators das Material hoher Wärmekapazi¬ tät in eine Hülse (26) eingebracht und mit der Hülse (26) ge¬ zogen wird.30. The method according to any one of claims 25 to 29, wherein for the preparation of the stabilizer, the material of high Wärmekapazi ¬ ity introduced into a sleeve (26) and ge ¬ with the sleeve (26) is pulled.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, weiter um- fassend folgende Verfahrensschritte zur Herstellung des Sta¬ bilisators : - Einfüllen wenigstens eines Teils von zur Herstellung des Materials hoher Wärmekapazität erforderlichen Aus¬ gangsmaterialien in eine Hülse (26),31. The method according to any one of claims 25 to 29, further comprising the following process steps for the preparation of Sta ¬ bilisators: - filling at least a part of high heat capacity for producing the material required from ¬ starting materials in a sleeve (26) which
- Ziehen der Hülse (26) zu einem Draht und - Legieren der Ausgangsmaterialien zum Material hoher Wärmekapazität .- Pulling the sleeve (26) into a wire and - Alloying the starting materials to the material of high heat capacity.
32. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Legieren durch eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.32. The method of claim 31, wherein the alloying is carried out by a heat treatment.
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, bei dem die Ausgang¬ materialien Cer und Kupfer sind.33. The method according to claim 31 or 32, in which the starting materials are cerium and copper.
34. Verfahren nach Anspruch 31, 32 oder 33, bei dem die Aus- gangsmaterialien von einer Diffusionsbarriere (8) umgeben sind.34. The method of claim 31, 32 or 33, wherein the starting materials are surrounded by a diffusion barrier (8).
35. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem die Diffusionsbarrie¬ re (8) aus Tantal ist.35. The method of claim 34, wherein the diffusion barrier (8) is tantalum.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem zur Herstellung des Stabilisators das Material hoher Wärmekapazi¬ tät in Form einer Schicht (38) auf ein Trägerband aufgebracht wird.36. The method according to any one of claims 25 to 29, wherein the material of high Wärmekapazi¬ ity in the form of a layer (38) is applied to a carrier tape for the preparation of the stabilizer.
37. Verfahren nach Anspruch 36, bei dem das Material hoher Wärmekapazität aus der Dampfphase auf das Trägerband aufge¬ bracht wird.37. The method of claim 36, wherein the material of high heat capacity from the vapor phase is applied to the carrier tape ¬ .
38. Verfahren nach Anspruch 36, bei dem das Material hoher Wärmekapazität als Schlicker auf das Trägerband aufgebracht wird und durch Wärmebehandlung fixiert wird.38. The method of claim 36, wherein the material of high heat capacity is applied as a slurry on the carrier tape and is fixed by heat treatment.
39. Magnetspule mit wenigstens einer Windung eines Drahts, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der39. Magnetic coil with at least one turn of a wire, d a d c o v e c e s t e s that the
Draht als ein Verbunddraht nach einem der Ansprüche 1 bis 23 ausgeführt ist. Wire is designed as a composite wire according to one of claims 1 to 23.
40. Magnetspule nach Anspruch 39, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Magnetspule eine Verguss¬ masse umfasst, die die Windung des Verbunddrahts mechanisch stabilisiert .40. Magnetic coil according to claim 39, dadurchge ¬ indicates that the magnetic coil comprises a potting ¬ mass that mechanically stabilizes the winding of the composite wire.
41. Magnetspule nach Anspruch 40, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Vergussmasse ein Epoxid¬ harz (102) ist. 41. Magnetic coil according to claim 40, dadurchge ¬ indicates that the potting compound is an epoxy resin ¬ (102).
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