DE3112372A1 - Stabilisierte multifilament-supraleiter aus sproeden, vorreagierten nb(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)(pfeil abwaerts)sn-filamenten in bronze-matrix - Google Patents

Description

Kernforschungszentrvun Karlsruhe, 2 5.03.1981 Karlsruhe GmbH PLA 8118 Gl/hr

ANR 1 002 597

Stabilisierte Multifilament-Supraleiter aus spröden, vorreagierten Nb.,Sri. Filamenten in Bronze-Matrix.

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft in ihren elektrischen Leistungen bei Supraleitungsbedingungen stabilisierte Multifilament-Supraleiter aus spröden, vorreagierten Nb₃Sn -Filamenten in Bronze-Matrix und ein Verfahren zur Herstellung solcher stabilisierter Multifilament-Supraleiter.

Die Anwendung von vorreagierten Nb-jSn/Bronze-Multifilament-Supraleitern im Bau von Hochfeldmagneten ist mit Unsicherheiten belastet, da wegen der bekannten Sprödigkeit der Nb^Sn/Bronze-Leiter schon bei der Leiterherstellung, aber auch beim Magnetbau selbst unbeabsichtigt Defekte im Leiter entstehen können. Diese ziehen dann eine verminderte Stromtragfähigkeit des Leiters und damit eine verminderte Leistung der gebauten Magneten nach sich. Ohne das spezielle Problem der möglichen Defektstellen im Leiter anzusprechen, wird heute ausschließlich Kupfer mit Supraleiter-Querschnitts-Flächenanteilen bis zu 60 % zu Stabilisierungszwecken im Leiter integriert. Bei speziellen Leiterausführungen werden auch durch Anlöten von Kupferprofilen größere Flächenanteile von Kupfer erzeugt (H.Kuckuck, E. Springer,and G.Ziegler, CRYOOMiCS June 1976, Seiten 350 bis 354).

Wegen des großen Magnetowiderstandes'von Kupfer ist der notwendige Flächenanteil an Kupfer groß. Das hat eine Reduktion in der Stromdichte zur Folge. Dadurch wird es jedoch fast unmöglich, eine Stahlarmierung im Leiter mit unterzubringen, so daß das Kupfer als kräftetragendes Element im halbharten Zustand sein muß.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Verbund-Supraleiter mit vorreagierten NbgSn-Multifilamenten bereit zu stellen, der trotz gewisser, bekannter Mangel der Bronzetyp-Leiter, insbesondere durch Entstehung von Defektstellen.in den Nb₃Sn-MuItIfilamenten, einen sicheren Betrieb von Hochfeldmagneten im vorgesehenen Feldbereich erlaubt. Ein solcher Supraleiter soll eine elektrische Stabilisierung aufweisen, so daß im Leiter keine Degradation auftritt, die zu einem vorzeitigen Normalübergang und somit zu einer verminderten Leistung im Magneten führt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen stabilisierten Multifilament-Supraleiter aus spröden, vorreagierten Nb₃Sn-Filamenten in Bronze-Matrix, der gekennzeichnet ist durch parallel an den Supraleiter angelötetes Reinstaluminium-Band mit oder ohne metallische, ebenfalls an den Supraleiter angelötete Armierung. Eine Weiterbildung eines solchen Supraleiters ist dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung aus Edelstahl besteht und zumindest einen Teil der nach dem Löten verbleibenden Restoberfläche des Reinstaluminium-Bandes für den Zutritt eines Kühlmittels freiläßt.

Eine ebenfalls vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der stabilisierte Multifilament-Supraleiter zwischen Nb^Sn-Leiter und Reinstaluminium-Band eine wenige Zehntel Millimeter dicke Schicht aus hochresistivem Metall, vorzugsweise aus Messing, Cu-Zr, Cu-Be oder Edelstahl enthält.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von solchen stabilisierten Multifilament-Supraleitern ist dadurch gekennzeichnet, daß auf den Nb₃Sn-Leiter zumindest an einer Seite ein Reinstaluminium-Band weich aufgelötet wird. In einer anderen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf den Nb^Sn-Leiter sowohl ein Reinstaluminium-Band als auch eine metallische Armierung weich aufgelötet. In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als metallische Armierung Edelstahl verwendet und wird die Armierung zumindest einen Teil der nach dem Löten verbleibenden Restoberfläche des Reinstaluminiumbandes für den Zutritt eines Kühlmittels freilassend mit dem Nb^Sn-Leiter verlötet. Zur Unterdrückung von Wirbelströmen wird in einer ebenfalls vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen Nb Sn-Leiter und Reinstalumium als Widerstandsbarriere eine wenige Zehntel Millimeter dicke Schicht aus hochresistivem Metall gelötet. Als hochresistives Metall wird vorzugsweise zumindest eine Species aus der Gruppe Messing, Cu-Zr, Cu-Be, Edelstahl verwendet. Als Weichlot wird eine Metall-Legierung mit einem Schmelzpunkt zwischen ca. 200°C
ein Zinn-Blei-Lot.

zwischen ca. 200°C und 25O°C eingesetzt, beispielsweise

Durch das parallele Anlöten von hochreinem Aluminium an die Multifilamente werden die entstandenen Defektstellen im Leiter so gut normalleitend überbrückt, daß eine zu befürchtende Degradation im Supraleiter nicht

mehr auftritt. Die elektrische Leistung im Magneten bei Supraleitungsbedingungen wird somit stabilisiert. Eine 80 %ige Beschädigung des Supraleiters an einer Stelle konnte mit einem Aluminium der Qualität RRR 1800 und einem Querschnitts-Flächenanteil Al/Nb^Sn-Bronze =1,33 ohne Beeinträchtigung der Stromtragfähigkeit überbrückt werden. Ein anderer Verbund mit einer einige 0,1 mm dicken Widerstandsbarriere aus Messing zwischen dem NboSn-Bronze und dem Al ergab ähnlich gute Resultate. Die Widerstandsbarriere ist von Bedeutung, wenn Wirbelströme zwischen dem Supraleiter und dem Aluminium reduziert werden sollen. In diesem Zusammenhang ist eine Einbettung des Aluminiums in ein Profil aus hochresistivem Material mit geeigneten Abmessungen eine mögliche Lösung.

Für das 'Anlöten des Aluminium-Bandes, der Armierung oder der oben genannten Zwischenschichten wird ein brauchbares, bekanntes kommerziell erhältliches Flußmittel verwendet. Mit dem oben genannten Ausdruck "80 %-ige Beschädigung des Supraleiters" ist eine Beschädigung gemeint, die im Verlauf der Kurve der Stromwerte in Abhängigkeit von der Spannung bereits bei 20 % des kritischen Stromwertes I (des unbeschädigten Leiters) keine Supraleitung mehr anzeigt. Die Bezeichnung Aluminium der Qualität RRR 1800 steht für ein Reinstaluminium mit einem Widerstandswert von f 300 K _ _{1 ann}

f 4,2 K " ^1ÖUU-

Durch das Anlöten des Aluminiums kann (bei entsprechender Kühlung) der volle Betriebsstrom, selbst bei einem

auftretenden Defekt am Supraleiter, erreicht werden, was ohne Aluminium nicht der Fall ist.

Bei der Herstellung von bereits bekannten Supraleitern des Nb₃Sn-Bronze-Typs werden häufig Kupfer-Drähte in den Supraleiter eingebaut. Die erfindungsgemäße Wirkung tritt auch bei Anlöten von Reinstaluminium an einen auf diese Weise hergestellten Supraleiter ein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele für die stabilisierten Multifilament-Supraleiter in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Supraleiter 1, bestehend aus Nb₃Sn-Bronze-Drähten 4 und Kupferdrähten 5, an welchen ein Reinstaluminium-Band 2 mit Hilfe eines SnPb-Lotes 3 angelötet ist. Eine andere Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist in Figur 2 dargestellt. Dieser Supraleiter ist ähnlich aufgebaut wie der in Figur 1, besitzt jedoch auf der dem Aluminium-Band gegenüberliegenden Seite ein ebenfalls angelötetes Edelstahlband 6.

Eine weitere Ausführung gemäß der Erfindung wird in Figur 3 offenbart. Hierin besteht der Kern des Supraleiters 1 ausschließlich aus Nb₃Sn-Bronze-Drähten 4; auf die mittels eines Zinn-Blei-Lotes 3 ein Reinstaluminium-Band 2 aufgelötet ist. Der Kern des Supra-

leiters 1 ist mit dem Aluminium-Band 2 in diesem Falle in ein Edelstahlprofil 6a so eingelötet, daß ein Teil der Oberfläche des Reinstaluminium-Bandes unbedeckt bleibt und so einer Kühlung zugänglich ist. Die Ausführungsform in Figur 4 unterscheidet sich von der in Figur 3 lediglich dadurch, daß zwischen dem Kern des Supraleiters 1 und dem Aluminium-Band 2 eine Schicht eines hochresistiven Metalls 7, in diesem Falle Messing, dazwischen gelötet ist. In Figur 5 wird ein Supraleiter gezeigt, bei welchem nicht nur der Edelstahlteil 6c, sondern auch das resisitive Metall 7a eine Profilform aufweist. Hierdurch ist es erforderlich, daß das Aluminium-Band 2a in das Profil des resistiven Metalles 7a eingelötet ist.

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Claims (11)

1. Kernforschungszentrum Karlsruhe, 25.03.1981

   Karlsruhe GmbH PLA 8118 Gl/hr

   ANR 1 002 597
   Patentansprüche:

   .) In ihren elektrischen Leistungen bei Supraleitungsbedingungen stabilisierte Multifilament-Supraleiter aus spröden, vorreagierten Nb_Sn-Filamenten in Bronze-Matrix ,

   gekennzeichnet durch

   parallel an den Supraleiter angelötetes Reinstaluminium-Band mit oder ohne metallische, ebenfalls an den Supraleiter angelötete Armierung.
2. 2. Stabilisierter Multifilament-Supraleiter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung aus Edelstahl besteht und zumindest einen Teil der nach dem Löten verbleibenden Restoberfläche des Reinstaluminium-Bandes für den Zutritt eines Kühlmittels freiläßt.
3. 3. Stabilisierter Multifilament-Supraleiter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwischen Nb_Sn-Leiter und Reinstaluminium-Band eine wenige Zehntel Millimeter dicke Schicht aus hochresistivem Metall enthält.
4. 4. Stabilisierter Multifilament-Supraleiter gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hochresistive Metall Messing, Cu-Zr, Cu-Be oder Edelstahl ist.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von in ihren elektrischen Leistungen bei Supraleitungsbedingungen stabilisierten Multifilament-Supraleitern aus spröden, vorreagierten Nb^Sn-Filamenten in Bronze-Matrix, dadurch gekennzeichnet, daß

   auf den Nb^Sn-Leiter zumindest an einer Seite ein Reinstaluminium-Band weich aufgelötet wird.
6. 6. Verfahren zur Herstellung von in ihren elektrischen Leistungen bei Supraleitungsbedingungen stabilisierten Multifilament-Supraleitern aus spröden, vorreagierten Nb-Sn-Filamenten in Bronze-Matrix, dadurch gekennzeichnet, daß

   auf den Nb^Sn-Leiter sowohl ein Reinstaluminium-Eand als auch eine metallische Armierung weich aufgelötet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Armierung Edelstahl verwendet wird und die Armierung zumindest einen Teil der nach dem Löten .verbleibenden Restoberfläche des Reinstaluminiumbandes für den Zutritt eines Kühlmittels freilassend mit dem Nb₃Sn-LeIter verlötet wird.

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8. 8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Wirbelströmen zwischen Nb^Sn-Leiter und Reinstaluminium als Widerstandsbarriere eine wenige Zehntel Millimeter dicke Schicht aus hochresistivem Metall gelötet wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als hochresistives Metall zumindest eine Species aus der Gruppe Messing, Cu-Zr, Cu-Be, Edelstahl verwendet wird.
10. 10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,

    dadurch gekennzeichnet, daß als Weichlot eine Metall-

    o Legierung mit einem Schmelzpznkt zwischen ca. 200 C und 25O°C eingesetzt wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichlot Zinn-Blei-Lot eingesetzt wird.