DE20318640U1 - Kernleiter für Multifilament-Supraleiter - Google Patents
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Abstract
Kernleiter mit einer Nb- oder NbTa-Stange und einer diese umhüllenden Bronzematrix, dadurch gekennzeichnet, dass die Bronzematrix ein inneres Rohr aus CuSnX mit X = 5 bis 15 Gew. Rest Cu und ein darüber befindliches äußeres Rohr aus CuSnY Rest Cu mit Y = 16 bis 24 Gew. % Rest Cu ist.
Description
- Die Neuerung betrifft einen Kernleiter für Multifilament-Supraleiter beispielsweise Multifilament-Hochfeld-Supraleiter mit insbesondere einem Bronzeverbund. insbesondere Multifilament-Hochfeld-Supraleiter.
- Die Entwicklung der hochauflösenden Kernmagnetresonanz-(NMR)-Spektroskopie ist eng verknüpft mit der Weiterentwicklung technischer Supraleiter. Die Betriebsfrequenz und damit die Signalauflösung und Empfindlichkeit der NMR-Spektrometer konnte durch die Einführung von außenstabilisierten Nb3Sn und (NbTa)3Sn-Leitern mit größeren Leiterquerschnitten und großen Fertigungslängen auf 800 MHz bzw. 900 MHz (B = 21,1T) angehoben werden. NMR-Magnete erfordern hohe räumliche Homogenität und zeitliche Stabilität des Magnetfeldes. Die im Kurzschluss betriebenen Magnete stellen eine hohe Anforderung an die Konstanz der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Multifilamentdrähte. Die Gleichmäßigkeit der Eigenschaften muss über die gesamte Drahtlänge gewährleistet sein.
- Dieses Problem wird durch einen Kernleiter für Multifilament-Supraleiter gemäß Anspruch 1 gelöst . Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Unter Beibehaltung der bei bisherigen NMR-Systemen nutzbaren freien Bohrung werden die Radien der Sektionen aus metallischen Supraleitern vergrößert. Die im Betrieb wirkenden Lorentzkräfte sind proportional zum Radius und bewirken erhöhte mechanische Spannungen im Wickelpaket. Diese erhöhten Spannungen werden durch Leiter mit verbesserter mechanischer Be- lastbarkeit abgefangen. Die Erfindung eignet sich insbesondere für einen 1000 MHz-NMR (B = 24T) Magneten.
- Neuerungsgemäße Nb3Sn-Multifilamentleiter mit NMR-Qualität werden nach der Bronzemethode gefertigt. Die Erwartungen, Nb3Sn Multifilamentleiter über bekannte alternative Fertigungswege (Jelly Roll, Internes-Sn, ECN-Methode, Pulvermetallurgie) mit NMR-Qualität herzustellen, konnten bisher nicht erfüllt werden. Die Bronzetechnik erlaubt eine Skalierung auf große Fertigungseinheiten, Umformung über Heißstrangpressen, große Fertigungssicherheit durch guten metallischen Bond in dem Verbundwerkstoff und Herstellung von Leitern mit großen Drahtquerschnitten. Für die NMR-Anwendung im „persistent mode" sind zusätzlich die hohen n-Werte (I∞En) infolge der hohen Filamentgleichmäßigkeit in der Bronzematrix ausschlaggebend.
- Die supraleitende, intermetallische Nb3Sn-Phase wird durch Festkörperdiffusion hergestellt. Die Bronze ist in der Regel auf 13,5 Gew.% bis 15 Gew.% Sn eingestellt. Das obere kritische Feld wird durch Zulegierung von Übergangsmetallen (z.B. Ta, Ti) zu Nb) oder 0,25 bis 0,4 Gew.%Ti in die Bronzematrix (legierte Supraleiter) angehoben und damit der Anwendungsbereich erweitert.
- Durch thermische Aktivierung im Verlauf der Glühbehandlung diffundiert das Sn aus der Bronze in das Nb und bildet die Nb3Sn Schicht. Die gebildeten Korngrenzen im Nb3Sn sind entscheidend für die hohe kritische Stromdichte jc. Der kritische Strom Ic wird von jc als auch über die Strom tragende Fläche ANb3Snn bestimmt (Ic = jc × ANb3Sn). Die Wachstumsprozesse und Morphologie der Strom tragenden Fläche werden durch Sn-Konzentration, Sn-Diffusion, Nb-Diffusion, Temperatur, Zeit und weitere Parameter beeinflusst. Die Ziehumformung einer über 15,6 Gew.% Sn liegenden Sn-Konzentration in der Bronze wird durch den Verlauf der Phasengrenzen im CuSn-Diagramm (Ausbildung von δ-Phase) negativ beeinflusst. Die in der Bronzematrix vorhandene δ-Phase vermindert drastisch das Umformvermögen und vermindert die Gleichmäßigkeit der Filamentdurchmesser über die Leiterlänge. Das innere Hüllrohr ist etwas dicker als die δ-Phase, die sich einstellt beim Glühen (Tempern).
- Erstaunlicherweise hat sich herausgestellt, dass Multifilament-Supraleiter mit Bronzematrix mit Sn-Gehalt über/gleich 17 Gew% und/oder über/gleich 17Gew.% Sn mit 0,25 bis 0,4 Gew.% Ti gut umformbar sind, wenn für die Kernleiterherstellung ein Duplexrohr aus CuSn13,5 oder CuSn13,5Ti innen und CuSn17 bzw. CuSn17Ti außen eingesetzt wird. Siehe
1a und1b . - Die erforderliche Bronze wird nach dem Verfahren der Sprühkompaktierung hergestellt (Osprey Prozess), wobei die Pressblöcke für die Rohre als Einzel-Pressblock oder Verbundsprühblock mit Kern aus CuSn13,5 oder CuSn15Ti und außen CuSn17Tioder CuSn20Ti hergestellt werden. Der Zinngehalt in der 2-schichtigen Umhüllung weist vorzugsweise einen Gradienten auf derart, dass mit zunehmendem Radius der Zinngehalt zunimmt.
- Beispiel 1 für Kernleiterherstellung
- Die Kernleiter werden über Aufziehtechnik hergestellt. Eine NbTa-Stange wird in einem CuSn13,5-Rohr positioniert. Danach erfolgt Ziehen und Positionieren des Verbundes im CuSn17-Rohr und wieder Ziehen bis zur Profilierung an Sechskant.
- Beispiel 2 für Kernleiterherstellung
- Zunächst erfolgt Strangpressen eines Verbundrohres innen (z. B. CuSn13,5 oder CuSn15Ti) und außen (z. B. CuSn17Ti oder CuSn20Ti) und danach Positionierung des NbTa im Verbund sowie Ziehen bis zur Profilierung.
- Beispiel 3 für Kernleiterherstellung
- Nach dem Strangpressen des Verbundes NbTa+ CuSn13,5+CuSn17Ti erfolgt Ziehumformung des Verbundes bis zur Sechskantprofilierung.
Claims (4)
- Kernleiter mit einer Nb- oder NbTa-Stange und einer diese umhüllenden Bronzematrix, dadurch gekennzeichnet, dass die Bronzematrix ein inneres Rohr aus CuSnX mit X = 5 bis 15 Gew. Rest Cu und ein darüber befindliches äußeres Rohr aus CuSnY Rest Cu mit Y = 16 bis 24 Gew. % Rest Cu ist.
- Kernleiter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dotierung des inneren und/oder äußeren Rohres mit 0,25–0,4 Gew. Ti, oder 0,4 bis 0,5 Gew. % Mg oder Zr.
- Kernleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass X zwischen 13,0 bis 14 Gew. % liegt.
- Kernleiter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Y zwischen 16,0 bis 18,0 Gew. % liegt.
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