DE2241359B2

DE2241359B2 - Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters und gemäß dem Verfahren hergestellter Supraleiter

Info

Publication number: DE2241359B2
Application number: DE2241359A
Authority: DE
Inventors: Gundolf Dipl.-Phys. Dr. Birmenstorf Meyer (Schweiz)
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1972-07-20
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1980-03-27
Also published as: CH564851A5; GB1383889A; DE2241359A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen nach diesem Verfahren hergestellten stabilisierten Supraleiter.

Die bisher bekannten Verfahren verwenden eine

Anzahl vor. in einer Matrix eingebettete sehr dünne Supraleiterfilamente, wobei als Matrix bereits im Ausgangsstab eine Kombination einer elektrisch hochleitfähigen Substanz mit einer elektrisch schlecht leitenden Substanz in einer solchen Anordnung verwendet wird, daß die Bildung von unerwünschten Stromschleifen bei Änderung vom Strom oder Magnetfeld weitgehend unterdrückt wird.

In der DE-OS 19 15 270 ist ein Verfahren zum Ummanteln von Supraleitern beschrieben. Dort werden supraleitende NbTi-Filamente in eine Kupfermatrix eingebettet. Die Oberfläche der sie umgebenden Kupermatrix wird zunächst mit einer dünnen Zinkschicht überzogen und anschließend mit Aluminium ummantelt. Während der Ummantelung mit Aluminium wird die Temperatur für etwa 10 bis 120 Sekunden auf einer Temperatur von etwa 400° bis 500° C gehalten.

Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß entweder die optimalen Dicken., irhältnisse der Schichten aus der elektrisch hochleitfähigen und der elektrisch

■»ο schlecht leitenden Substanz bestehenden Schichten in der Regel nicht optimal ausgebildet werden können (die elektrisch schlecht leitende Matrix sollte erheblich dünner sein als die hochohmige) oder man ist in der Auswahl der schlecht leitenden Materialien insofern stark eingeschränkt, als man h.^.'.ar nur solche verwenden kann, die bei den verschiedenen Verformungsschritten, welche eine Warmverformung, z. B. durch Warmwalzen oder Warmpressen und/oder eine Kaltverformung, z. B. durch Kaltwalzen, Hämmern, Ziehen oder einer Kombination von diesen, enthalten, sich mit den Supraleiterstäben und der elektrisch hochleitfähigen Substanz gut verformen lassen und nicht spröde werden. Dieser Nachteil tritt sehr stark in Erscheinung, da während der Verformung Weichglü hungen des Matrixmaterials mit Rücksicht auf die Stromtragfähigkeit des fertigen Supraleiters nur in sehr beschränktem Maße möglich sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das diese Nachteile nicht aufweisi, indem die Schichtdicke der elektrisch schlecht leitenden Bereiche über die Zeitdauer der Wärmebehandlung sehr fein gesteuert werden kann, bzw. die Bildung der elektrisch schlecht leitenden Bereiche erst am Ende oder kurz vor dem Ende des Verformungsprozesses durch Legierungs- bzw. Verbindungsbildung mittels Diffusion zweier relativ gut elektrisch leitender Materialien erfolgt. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch I

angegebene Erfindung gelöst

Um die supraleitenden Eigenschaften des Supraleitermaterials nicht negativ zu beeinflussen, ist es zweckmäßig, wenn man die Wärmebehandlung während einiger Stunden bei einer Temperatur von weniger als 450⁰C oder während einiger Minuten bei Temperaturen unterhalb 650° C durchführt.

Zur Vermeidung von unerwünschten Stromschleifen zwischen den einzelnen Supraleiterfilamenten ist es vorteilhaft, wenn man einen elektrisch schlecht leitenden Bereich mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 5 · 10~⁵ Ohm/cm bei 4,2"K. und ohne Einwirkung eines Magnetfeldes erzeugt

Man kann als supraleitendes Material NbTi, als elektrisch hochleitfähiges Material Cu, und ais bei der Wärmebehandlung mit dem letzteren zusammen reagierendes Material Zn verwenden.

Man kann als Matrix ein solches Material verwenden, das unter der Einwirkung der Wärmebehandlung zusammen mit dem angrenzenden Material der supraleitenden Filamente bzw. mit dem uie letzteren umhüllenden Material einen hochohmigen inneren Legierungsbereich bildet

Man kann als Matrix auch ein solches Material verwenden, das unter der Einwirkung der Wärmebehandlung zusammen mit dem angrenzenden Material der supraleitenden Filamente bzw. mit dem die letzteren umhüllenden Material eine hochohmige intermetallische Verbindung bildet

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter stabilisierter Supraleiter, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die einander benachbarten, die einzelnen Supraleiterfilamente umhüllenden elektrisch schlecht leitenden Bereiche direkt oder über weitere elektrisch schlecht leitende J5 Bereiche miteinander verbunden sind.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste beispielsweise Ausführungsform eines stark vereinfacht dargestellten Supraleiters;

F i g. 2 einen Schnitt durch eine zweite beispielsweise Ausführungsform eines stark vereinfacht dargestellten Supraleiters; und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen stabilisierten Supraleiter, der aus einzelnen wie in Fig. 1 oder 2 dargestellten Supraleiterdrähten zusammengesetzt ist.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise unter Verwendung von NbTi als supraleitendes Material und Cu als elektrisch hochleitfähige Substanz näher beschrieben, wobei es selbstverständlich ist, daß auch andere geeignete Materialien verwendet werden können.

Zur Herstellung eines wie in Fig.3 dargestellten stabilisierten Supraleiters t mit einem Querschnitt von beispielsweise 2x5 mm und etwa 50 000 supraleitenden Filamenten 2 mit einem Durchmesser von 10 μ geht man so vor, daß man zuerst einzelne wie in F i g. 1 oder 2 dargestellte Supraleiterdrähte 3 bzw. 3' mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 3 mm herstellt, eine Vielzahl von diesen miteinander verseilt, anschließend auf die gewünschte Querschnittsform walzt und dann zur Weichglühung der Kupfermatrix und/oder zur Erzielung von Ausscheidungen im Supraleitermaterial und zur Bildung der hochohmigen Schichten einer mehrere Stunden dauernden, unterhalb 450° C liegenden Wärmebehandlung aussetzt so daß die supraleitenden Eigenschaften des Supraleitermaterials nicht nachteilig verändert werden.

Werden dabei die in F i g. 1 stark vereinfacht dargestellte Supraleiter 3 verwenr, i, deren Supraleiterfilamente 2 (aus Gründen der einfacheren Darstellung sind nur zwei eingezeichnet) aus NbTi und deren zur Stabilisation dienende Matrix aus Cu besteht, dann entsteht zwischen diesen beiden Materialien bei der Wän-ebehandlung des fertigen Supraleiters 1 um die Supraleiterfilamente herum eine hochohmige metallische Verbindung CuTi, die zum Beispiel bei Verwendung des Leiters in einem Pulsmagnet die Entstehung von Stromschleifen zwischen den 5υμΓ3ΐ<:αεΓΓΗ3Γηεηιεη 3 verhindert Der in F i g. 1 dargestellte Supraleiter 1 kann durch Einsetzen von NbTi Stäben in einen Kupfermantel und anschließendes Ziehen desselben hergestellt werden.

Werden in Fig. 3 wie in Fig. 2 stark vereinfacht dargestellte Supraleiter 3' verwendet, deren aus NbTi bestehende Supraleiterfilamente 2 zuerst von einer Cu-Schicht 4, dann mit einer Zn-Schicht 5. und schließlich zur Stabilisation wieder mit Cu jmgeben sind, dann diffundieren bei der Wärmebehandlung des fertigen Leiters 1 das Kupfer und das Zn der Schicht 5 ineinander und bilden um die Supraleiterfilamente herum eine hochohmige metallische Schicht mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 5 · IO~⁵ Ohm/cm bei 4,2° K und ohne Einwirkung eines Magnetfeldes.

Es ist auch möglich, daß man als ein die supraleitenden Filamente umgebendes Material ein bei Eindiffundieren von Sauerstoff eine isolierende Oxydschichi bildendes Material, wie z. B. Aluminium, und als zweites elektrisch hochleitfähiges Material ein bei einer Wärmebehandlung Sauerstoff abgebendes Material verwendet.

Hierzu Ϊ Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters mit einer Vielzahl dünner Filamente aus supraleitendem Material, die in einer Matrix aus elektrisch hochleitendem Material eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wärmebehandlung des Supraleiters das supraleitende Material selbst oder mindestens eine die Filamente umgebende zusätzliche Metallschicht mit den angrenzenden Schichten, insbesondere dem Matrixmaterial, eine bzw. mehrere gegenüber dem Matrixmaterial hochohmigere Zwischenschichten gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wärmebehandlung am fertigen Leiter durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man die Wärmebehandlung entweder vor dem Verdrillen oder Verseilen des Supraleiters oder kurz vor dem Ziehen des Supraleiters auf den Enddrahtdurchmesser durchführt

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wärmebehandlung während einiger Stunden bei einer Temperatur von weniger als 450° C oder während einiger Minuten bei Temperaturen unterhalb 650⁰C durchführt

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man einen elektrisch schlecht leitenden Bereich mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 5 ■ 10-^£ Ohm/cm oei 4,2' K und ohne Einwirkung eines Magnetfeldes erzeugt.

6. Verfahren nach eine;.ι der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als supraleitendes Material NbTi, als hochleitfähiges Material Cu, und als bei der Wärmebehandlung mit dem letzteren zusammen reagierendes Material Zn verwendet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als ein die supraleitende Filamente umgebendes Material ein bei Eindiffundieren eine isolierende Oxydschicht bildendes Material und als zweites elektrisch hochleitfähiges Material ein bei einer Wärmebehandlung Sauerstoff abgebendes Material verwendet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Matrix ein solches Material verwendet, das unter der Einwirkung der Wärmebehandlung zusammen mit dem angrenzenden Material der supraleitenden Filamente bzw. mit dem die letzteren umhüllenden Material einen hochohmigen inneren Legierungsbereich bildet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Matrix ein solches Material verwendet, das unter der Einwirkung der Wärmebehandlung zusammen mit dem angrenzenden Material der supraleitenden Filamente bzw. mit dem die letzteren umhüllenden Material eine hochohmige intermetallische Verbindung bildet.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Matrix ein solches Material verwendet, das unter der Einwirkung der Wärmebehandlung zusammen mit angrenzendem Material der supraleitenden Filamente bzw.

mit dem die letzteren umhüllenden Material einen hochohmigen inneren Legierungs- und Verbindungsbereich bildet

11. Stabilisierter Supraleiter, hergestellt nach dem Verfahren eines der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einander benachbarten die einzelnen Supraleiterfilamente umhüllenden elektrisch schlecht leitenden Bereiche direkt oder über weitere elektrisch schlecht leitende Bereiche miteinander verbunden sind.