DE68919913T2

DE68919913T2 - Zusammengesetzter supraleitender Draht und Verfahren zu dessen Herstellung.

Info

Publication number: DE68919913T2
Application number: DE68919913T
Authority: DE
Inventors: Yoshiko Intellectual Kohanawa; Satoru Intellectual Pro Murase; Shigeo Intellectual P Nakayama; Keizo Intellectual P Shimamura; Hachio Intellectual Pr Shiraki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-09
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2009-06-09
Also published as: EP0346124B2; JPH02276111A; US5100481A; EP0346124A2; DE68919913T3; EP0346124B1; DE68919913D1; JP2918566B2; EP0346124A3; US4990411A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Verbunddraht mit einem ein supraleitendes Verbundmaterial, wie Nb&sub3;Sn, umfassenden Kern, einer den Drahtkern umgebenden diffusionsverhindernden Schicht und einer die diffusionsverhindernde Schicht umgebenden stabilisierenden Schicht aus einem stabilisierenden Material, wie Cu, hoher elektrischer Leitfähigkeit, wobei die diffusionsverhindernde Schicht die Elemente des supraleitenden Verbundmaterials an einer Diffusion in das stabilisierende Material hindert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Verbunddrahts.
Es gibt verschiedene supraleitende Verbunddrähte, u.a. einen mehrfädigen supraleitenden Draht aus Nb&sub3;Sn. Die Herstellung dieses mehrfädigen supraleitenden Drahts geschieht wie folgt Zunächst wird ein Sn-Draht in ein Cu-Rohr eingefügt. Der Sn-Draht und das Cu-Rohr werden in ein Nb-Rohr eingefügt. Der Sn-Draht, das Cu-Rohr und das Nb-Rohr werden in ein Cu-Rohr eingefügt. Der Sn-Draht, die Cu-Rohre und das Nb-Rohr erfahren im Stapel mit Hilfe eines Gesenks und/oder einer Ausziehvorrichtung eine Flächenreduktion zu einem Stab eines regelmäßig hexagonalen Querschnitts. Dieser Stab und einige andere nach demselben Verfahren hergestellte identische Stäbe werden in ein als Stabilisierrohr dienendes Cu-Rohr eingeführt. Die Stäbe und das Cu-Rohr werden im Stapel mit Hilfe einer hydrostatischen Strangpreßvorrichtung und der Ausziehvorrichtung unter Flächenreduktion zu einem Draht ausgeformt. Dieser Draht wird wärmebehandelt, wobei jeder Sn-Draht und das den Sn-Draht umgebende Cu-Rohr miteinander legiert werden. Das Zinn (Sn) in dieser Legierung reagiert mit dem das Cu-Rohr umgebenden Nb-Rohr unter Bildung einer supraleitenden Nb&sub3;Sn-Schicht auf dem Nb-Rohr. Somit entsteht ein mehrfädiger supraleitender Verbunddraht.
In Fig. 1 ist ein solcher mehrfädiger supraleitender Draht im Querschnitt dargestellt. Wie diese Figur zeigt, umfaßt dieser supraleitende Draht sechs in einen Cu-Stab 4 als ein Stabilisierteil eingebettete Stäbe. Jeder dieser Stäbe umfaßt einen Cu-Sn-Kern 1, eine den Kern 1 umgebende Nb&sub3;Sn- Schicht 2 und eine die Nb&sub3;Sn-Schicht 2 umgebende diffusionsverhindernde Schicht 3 aus Nb. Das Stabilisierteil gestattet eine rasche Passage eines elektrischen Stroms, wenn das Nb&sub3;Sn 2 einen Übergang aus einem supraleitenden Zustand zu einen normal leitenden Zustand erfährt. Auf diese Weise werden das Rohr 2 gegen Beschädigung durch Verbrennung geschützt und die Nb&sub3;Sn-Schicht stabil gehalten.
Kupfer (Cu), das als Werkstoff für das Stabilisierteil 4 verwendet wird, besitzt ein sehr hohes Restwiderstandsverhältnis (REP) von 200 bis 800. Sein niedriger spezifischer Widerstand beträgt etwa 1 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei 20[K]. Noch schlechter ist, daß der elektrische Widerstand von Cu sinkt, wenn das Sn des Cu-Sn-Kerns 1 während der Wärmebehandlung in den stabilisierenden Stab 4 diffundiert.
Das diffusionsverhindernde Rohr 3 hindert in hohem Maße das Sn an einer Diffusion in den Stab 4, es vermag jedoch eine Diffusion des Sn in den Stab 4 während der Wärmebehandlung nicht vollständig zu verhindern. Zur Verhinderung einer Diffusion des Niobs (Nb), d.h. des Werkstoffs des Rohres 3, in den stabilisierenden Stab 4 werden keine Maßnahmen getroffen. Im Falle, daß Nb&sub3;Sn, d.h. der Werkstoff des Rohres 2, Titan (Ti) oder Tantal (Ta) enthält, kommt es unweigerlich während der Wärmebehandlung zu einer Diffusion des Ti oder Ta in den Stab 4. Wenn Nb, Ti oder Sn in den stabilisierenden Stab 4 diffundieren, sinkt das RRR des Stabes 4 auf 1 bis 20. Der spezifische Widerstand des Stabes 4 beträgt (dann) etwa 1 x 10&supmin;&sup7; bis etwa 1 x 10&supmin;&sup6; [Ω cm] bei 20[K]. Dies bedeutet, daß das Kupfer (Cu), in welches Nb, Ti, Ta oder Sn eindiffundiert sind, einen spezifischen elektrischen Widerstand besitzt, der etwa 10 bis 100 mal höher ist als derjenige von reinem Kupfer. Dies führt zu einer Stabilitätsverminderung des supraleitenden Verbunddrahts.
Um die Diffusion von Verunreinigungen in das Stabilisierteil 4 zu unterdrücken, wird das noch unfertige Produkt relativ kurzzeitig einer Wärmebehandlung bei niedrigen Temperaturen unterworfen. Wenn jedoch die Temperatur und Dauer der Wärmebehandlung vermindert werden, wird die Bildung der Nb&sub3;Sn- Schicht 2 beeinträchtigt. Dies führt zu einem supraleitenden Draht, dessen kritische Stromdichte unzureichend ist.
Der supraleitende Draht, dessen Stabilisierteil 4 aus Cu besteht, zeigt in höchst nachteiliger Weise eine nur geringe mechanische Festigkeit. In der Regel wird der Draht durch ein aus nichtrostendem Stahl bestehendes Spannglied gefestigt. Zur Vereinigung des Drahtes mit dem Spannteil zu einem Verbundteil bedarf es eines komplexen Verfahrens. Die Herstellungskosten dieses Verbundteils sind hoch, der Raumfaktor dieses Teils ist gering.
Aus der US-A-4 285 740 ist ein supraleitender Verbunddraht mit einem einen Verbundhalbleiter umfassenden supraleitenden Teil, einem Stabilisierteil hauptsächlich aus Kupfer und einer zwischen dem supraleitenden Teil und dem Stabilisierteil befindlichen Schicht, die eine Diffusion von Elementen aus dem Verbundhalbleiter in das Stabilisierteil verhindern soll. Diese Literaturstelle beschreibt ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen supraleitenden Verbunddrahts, bei welchem ein Verbundteil aus einem bei der Wärmebehandlung in einen Verbundhalbleiter übergehenden Werkstoff und ein Material zur Bildung des Stabilisierteils durch Wärmebehandlung bereitgestellt werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit die Bereitstellung eines supraleitenden Verbunddrahts, dessen Stabilisierteil einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, sowie die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung des supraleitenden Verbunddrahts.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind die Bereitstellung eines supraleitenden Verbunddrahts, dessen Stabilisierteil nicht nur einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand, sondern auch eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist, sowie die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung des supraleitenden Verbunddrahts.
Gegenstand einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist ein supraleitender Verbunddraht mit einem eine Supraleiterverbindung bzw. supraleitende Verbindung umfassenden supraleitenden Teil, einem Stabilisierteil aus hauptsächlich Kupfer und einer zwischen dem supraleitenden Teil und dem Stabilisierteil befindlichen diffusionsverhindernden Schicht zur Verhinderung einer Diffusion von Elementen in der supraleitenden Verbindung in das Stabilisierteil, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß die diffusionsverhindernde Schicht ein Metalloxid enthält.
Die diffusionsverhindernde Schicht kann aus mehreren Schichten bestehen, wobei mindestens die äußerste Schicht aus einer Metalloxidschicht besteht.
Zwischen der diffusionsverhindernden Schicht und dem supraleitenden Teil kann eine Schicht aus einer verfestigten Kupferlegierung vorgesehen sein.
Gegenstand einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Verbunddrahts mit einem eine supraleitende Verbindung enthaltenden supraleitenden Teil und einem auf dem supraleitenden Teil vorgesehenen Stabilisierteil durch Herstellen eines Verbundteils mit einem einen Supraleiter bildenden Teil mit einer supraleitenden Verbindung oder einem Material bzw. Werkstoff, das bzw. der bei der Wärmebehandlung zu einer supraleitenden Verbindung wird, und einem Material bzw. Werkstoff zur Bildung des Stabilisierteils durch Wärmebehandlung, das bzw. der hauptsächlich aus Kupfer besteht und zusammen mit dem einen Supraleiter bildenden Teil einen Stapel bildet, welches durch Ausbilden einer Kupferoxidschicht auf der Oberfläche des Materials bzw. Werkstoffs und Wärmebehandeln des Verbundteils in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre oder in einer Atmosphäre eines Sauerstoffpartialdrucks, der zu niedrig ist, um die Pildung von Kupferoxid zu erlauben, gekennzeichnet ist.
Vorzugsweise besteht das Material bzw. der Werkstoff aus einer Kupferlegierung mit 0,1 bis 2 Gew.-% mindestens eines Elements aus der Gruppe Al, Ti, Zr, Mg, Cr, Nb und Ni.
Vorzugsweise wird das Verbundteil zuvor wärmebehandelt, wobei das in dem den Supraleiter bildenden Material oder Werkstoff enthaltene Element in das Material bzw. den Werkstoff in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-% eindiffundiert.
Das Material bzw. der Werkstoff kann zweilagig ausgebildet sein und aus einem reinen Kupferrohr oder einem Rohr aus einer verfestigten Kupferlegierung bestehen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen üblichen supraleitenden Verbunddraht im Querschnitt;
Fig. 2 bis 8 Querschnittsdarstellungen von supraleitenden Verbunddrähten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9A eine Querschnittsdarstellung eines bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Verbunddrahts verwendeten Verbundteils;
Fig. 9E und 9C Querschnittsdarstellungen von zwei Kernteilen, von denen jedes eine Komponente eines im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Verbunddrahts benutzten Verbundteils bildet;
Fig. 10 eine Querschnittsdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäßen supraleitenden Verbunddrahts;
Fig. 11A eine Querschnittsdarstellung eines anderen Beispiels des erfindungsgemäßen supraleitenden Verbunddrahts;
Fig. 11B eine vergrößerte Darstellung eines Teils des in Fig.11A dargestellten Beispiels des Drahts;
Fig. 12A eine Querschnittsdarstellung eines Kontrollbeispiels zum Vergleich mit dem in Fig.11A dargestellten supraleitenden Verbunddraht;
Fig. 12B eine vergrößerte Darstellung eines Teils des in Fig.12A dargestellten Kontrollbeispiels;
Fig. 13 eine graphische Darstellung, aus der sich die Beziehung zwischen dem RRR einer aus einem erfindungsgemäßen supraleitenden Verbunddraht hergestellten Spule einerseits und der Anzahl der den Draht bildenden Rohre andererseits ergibt;
Fig. 14 und 15 Querschnittsdarstellungen zweier anderer Beispiele von erfindungsgemäßen supraleitenden Verbunddrähten;
Fig. 16 eine graphische Darstellung, aus der sich die Beziehung zwischen dem RRR eines erfindungsgemäßen supraleitenden Verbunddrahts und der Wärmebehandlungstemperatur bei gleichzeitiger Bildung der dünnen Oxidschicht und der supraleitenden Schicht des Drahtes ergibt;
Fig. 17 und 18 Querschnittsdarstellungen zweier weiterer Beispiele erf indungsgemäßer supraleitender Verbunddrähte;
Fig. 19 eine vergrößerte Darstellung eines Teils eines Beispiels eines erfindungsgemäßen supraleitenden Verbunddrahts;
Fig. 20 und 21 Querschnittsdarstellungen zweier weiterer Beispiele erfindungsgemäßer supraleitender Verbunddrähte;
Fig. 22 ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Eindiffundieren von Sauerstoff in Kupfer, das das Material bzw. den Werkstoff des Stabilisierteils eines erfindungsgemäßen supraleitenden Verbunddrahts bildet, und
Fig. 23 ein Diagramm zur Erläuterung eines anderen Verfahrens zum Eindiffundieren von Sauerstoff in Kupfer, das den Werkstoff bzw. das Material des Stabilisierteils des erfindungsgemäßen supraleitenden Verbunddrahts bildet.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen in ihren Einzelheiten beschrieben.
Fig. 2 zeigt einen supraleitenden Verbunddraht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
Wie diese Figur zeigt, umfaßt der Draht einen Kern 11 mit einer supraleitenden Verbindung, eine den Kern 11 umgebende erste diffusionsverhindernde Schicht 12 aus einem Metalloxid und ein die diffusionsverhindernde Schicht 12 umgebendes rohrartiges Stabilisierteil 13.
Der Kern 11 kann lediglich aus einer supraleiteden Verbindung bestehen oder einen Kern 11a aus einem Element einer supraleitenden Verbindung oder einer dieses Element enthaltenden Legierung und einer den Kern 11a umgebenden Schicht 11b aus der supraleitenden Verbindung umfassen. Die supraleitende Verbindung besteht beispielsweise aus Nb&sub3;Sn, NbAl, Nb&sub3;Ge, Nh&sub3;(Al,Ge), V&sub3;Ga und dergleichen. Diese supraleitenden Verbindungen besitzen eine kritische Temperatur (Tc) von etwa 20K, die über derjenigen einer supraleitenden Legierung liegt.
Das Stabilisierteil 13 besteht aus einem Teil, das einen genügend raschen Durchtritt von elektrischem Strom bei Übergang des Kerns 11 aus dem Supraleiterzustand in den Normalleiterzustand gestattet und dabei den Kern 11 gegen Beschädigung durch Verbrennen schützt und den Supraleiter des Kerns 11 stabil hält. Folglich besteht das Teil 13 hauptsächlich aus Kupfer (Cu), welches eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Es kann aus reinem Kupfer extrem hoher Leitfähigkeit oder einer verfestigten Cu-Legierung, z.B. einer in Form einer festen Lösung verfestigten Cu-Lelgierung oder einer dispersionsverfestigten Cu-Legierung, bestehen.
Als verfestigte Cu-Legierung kann eine solche verwendet werden, die eine Cu-Matrix und 0,1 bis 2 Gew.-% eines Elements, ausgewählt aus der Gruppe Al, Ti, Zr, Mg, Cr, Nb und Ni, enthält. Wenn Al als das betreffende Element verwendet wird, handelt es sich bei der Legierung um eine dispersionsverfestigte Cu-Legierung mit einer Dispersionsphase aus Al oder Al&sub2;O&sub3;. Wenn ein Element einer supraleitenden Verbindung, z.B. Sn, in einer Menge von 0,1 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf die Cu-Matrix, vorhanden ist, kann sich eine dispersionsverfestigte Cu-Legierung bilden.
Die erste diffusionsverhindernde Schicht 12 verhindert eine Diffusion irgendeines Elements der supraleiteden Verbindung in das Stabilisierrohr 13. Die Schicht 12 besteht aus einem Oxid des den Kern 11 und die Stabilisierschicht 13 bildenden Elements.
Die Fig. 4 zeigt einen supraleitenden Verbunddraht gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Draht handelt es sich um denselben Draht, wie er auch in Fig. 2 dargestellt ist, jedoch mit der Ausnahme, daß eine zweite diffusionsverhindernde Schicht 14 aus dem die supraleitenden Verbindung bildenden Element den Kern 11 umgibt und von der ersten diffusionsverhindernden Schicht 12 umgeben ist. Die erste diffusionsverhindernde Schicht 12 vermag lediglich das Element der supraleiteden Verbindung an einer Diffusion in das Stabilisierteil 13 zu hindern. Nichtsdestoweniger wirkt die zweite diffusionsverhindernde Schicht 14 mit der ersten zusammen und verhindert auf diese Weise zuverlässiger eine Diffusion des Elements in das Stabilisierteil 13.
Erfindungsgemäß kann, wie in Fig. 2 und 4 dargestellt, ein Kern 11 verwendet werden. Zur Bildung eines supraleitenden Verbunddrahts können jedoch auch zwei oder mehrere Kerne 11 verwendet werden. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Draht befinden sich die Kerne 11 innerhalb eines ersten diffusionsverhindernden Rohrs 12. Der Raum zwischen den Kernen 11 und dem Rohr 12 ist mit der aus Cu oder einer Cu-Legierung bestehenden Matrix 15 gefüllt. In ähnlicher Weise befinden sich bei dem in Fig. 6 dargestellten Draht die Kerne 11 innerhalb einer zweiten diffusionsverhindernden Schicht 14. Der Raum zwischen den Kernen 11 und der Schicht 14 ist mit der Matrix 15 aus Cu oder einer Cu-Legierung gefüllt. Weiterhin können, wie aus Fig. 7 hervorgeht, die Kerne 11, von denen jeder von einer zweiten diffusionsverhindernden Schicht 14 umgeben ist, innerhalb einer ersten diffusionsverhindernden Schicht 12 angeordnet sein. Der Raum zwischen den Schichten 14 und der Schicht 12 ist mit der Matrix 15 aus Cu oder einer Cu-Legierung gefüllt. Weiterhin kann auch auf eine Matrix verzichtet werden. In diesem Falle werden die Kerne 11, die Schicht 12 und/oder die Schicht 14 und das Stabilisierteil 13 einer Flächenreduktion unterworfen, wobei die Kerne 11 zu einer Einheit gebündelt werden.
Die Fig. 8 ist eine Querschnittsdarstellung eines supraleitenden Verbunddrahts gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Draht weist eine Schicht 16 aus einer verfestigten Cu-Legierung, die einen Kern 11 umgibt, im Inneren einer ersten diffusionsverhindernden Schicht 12 auf. (Die verfestigte Cu-Legierung wird später noch detailliert beschrieben werden.) Erfindungsgemäß kann das Rohr 16 aus der verfestigten Cu-Legierung eine den Kern 11 umhüllende diffusionsverhindernde Schicht aus einem Metall umgeben. Weiterhin können mehrere Kerne 11 innerhalb des Rohrs 16 aus der verfestigten Cu-Legierung unter Bildung eines supraleitenden Mehrfachverbunddrahts angeordnet sein.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der beschriebenen supraleitenden Verbunddrähte erläutert Dieses Verfahren umfaßt folgende Stufen: Herstellen eines Verbundteils, umfassend ein einen Supraleiter bildendes Teil (a) aus einer supraleiteden Verbindung oder einem Material oder Werkstoff, das bzw. der bei Wärmebehandlung zu einer supraleitenden Verbindung wird, und ein Material (a) zur Bildung eines Stabilisierteils durch Wärmebehandlung, das hauptsächlich aus Kupfer besteht und zusammen mit dem Kernteil einen Stapel bildet; Ausbilden einer Kupferoxidschicht auf der Mantelfläche des Stabilisierteils und Wärmebehandeln des Verbundteils in nicht-oxidierender Atmosphäre oder in einer Atmosphäre, deren Sauerstoffpartialdruck nicht ausreicht, um die Bildung eines Kupferoxids zu gestatten.
Das bei diesem Verfahren verwendete Verbundteil kann aus einem Verbundteil mit einem einen Supraleiter bildenden Teil (a), einem das den Supraleiter bildende Teil umgebenden diffusionsverhindernden Teil aus einem Metall und einem Material (b) zur Bildung des die diffusionsverhindernde Schicht umgebenden Stabilisierteils bestehen.
Ein Teil des bzw. das gesamte(n) Material(s) wird zu dem Stabilisierteil, wenn das Verbundteil wärmebehandelt wird. Das Material kann entweder aus reinem Kupfer oder einer zuvor beschriebenen verfestigten Cu-Legierung bestehen. In diesen Fällen kommt es während der Wärmebehandlung zu einer Diffusion von Elementen durch das Material, wobei der Materialwerkstoff nicht stark beeinträchtigt wird. Erfindungsgemäß kann das Material zur Bildung des Stabilisierteils aus zwei koaxialen Rohren, einem aus reinem Cu und dem anderen aus einer Cu-Legierung, die mit Hilfe eines Elements, dessen Oxid stabiler ist als Cu-Oxid, oder einer Verbindung dieses Elements verfestigt wurde, bestehen. Wird dieses zweilagige Material wärmebehandelt, wird es dreilagig, wobei eine Lage aus einer Cu-Schicht, eine andere Lage aus einer Metalloxidschicht und die dritte Lage aus einer Schicht aus der verfestigten Cu-Legierung besteht.
Im Falle, daß das Material aus hochreinem Kupfer besteht, veranlaßt die Wärmebehandlung die in Form einer festen Lösung im Kupfer enthaltenen Verunreinigungen zur Reaktion mit dem aus der auf dem Material gebildeten dünnen Cu-Oxidschicht eindiffundierenden Sauerstoff unter Oxidbildung. Dieses Oxid und das Oxid des in dem den Supraleiter bildenden Teil enthaltenen Elements und dasjenige des in dem diffusionsverhindernden Teil enthaltenen Elements kombinieren sich miteinander und bilden auf diese Weise eine dichte und starke diffusionsverhindernde Oxidschicht, die das den Supraleiter bildende Teil oder das das den Supraleiter bildende Teil umgebende diffusionsverhindernde Rohr umhüllt.
Erfindungsgemäß ist (sind) etwa 0,1 bis 2 Gew.-% des in dem den Supraleiter bildenden Teil und dem diffusionsverhindernden Teil aus Metall enthaltenen Elements in einem aus Cu bestehenden Material dispergiert. Wenn das Verbundteil wärmebehandelt wird, fällt das Oxid dieses Elements in dem Stabilisierteil aus und verstärkt das Stabilisierrohr. Dies hat zur Folge, daß das Stabilisierteil eine ausreichende mechanische Festigkeit erhält.
Wenn das Material aus einer verfestigten Cu-Legierung besteht, veranlaßt die Wärmebehandlung die in dem stabilisierenden Rohr enthaltenen Verunreinigungen zur Reaktion mit dem aus der auf dem Material gebildeten dünnen Cu-Oxidschicht eindiffundierenden Sauerstoff unter Oxidbildung.
Dieses Oxid und das Oxid des in dem den Supraleiter bildenden Teil enthaltenen Elements oder dasjenige des in dem diffusionsverhindernden Teil enthaltenen Elements vereinigen sich unter Bildung einer dichten und festen diffusionsverhindernden Oxidschicht, die das den Supraleiter bildende Teil oder das das den Supraleiter bildende Teil umgebende diffusionsverhindernde Teil aus Metall umhüllt. Wenn das in dem Material enthaltene Element aus Al besteht, fällt Al&sub2;O&sub2; aus. Hierbei wird das verfestigte Cu zu einem dispersionsverfestigten Cu. Auch in diesem Fall erwirbt das Stabilisierteil eine ausreichende mechanische Festigkeit.
Im Falle, daß das Material - wie beschrieben - aus zwei koaxialen Rohren besteht, veranlaßt die Wärmebehandlung die als feste Lösung vorhandenen Verunreinigungen in dem hochreinen Kupfer einschließlich des Materials zur Reaktion mit dem aus der auf dem Material gebildeten dünnen Cu-Oxidschicht eindiffundierenden Sauerstoff unter Oxidbildung. Dieses Oxid, das Oxid des in der verfestigten Cu-Legierung des Materials enthaltenen Elements und dasjenige des in dem den Supraleiter bildenden Teil enthaltenen Elements sowie des Elements des diffusionsverhindernden Werkstoffs bilden unter Vereinigung eine dichte und feste diffusionsverhindernde Oxidschicht, die die verfestigte Cu-Schicht umgibt und von der hochreinen Cu-Schicht umgeben ist. Die verfestigte Cu- Legierung, d.h. der in dem Material verwendete Werkstoff, kann aus einer durch Bildung einer festen Lösung verfestigten Cu-Legierung, die durch mindestens ein Element, dessen Oxid stabiler ist als Kupferoxid, verfestigt wurde, einer spinodalen verfestigten Cu-Legierung oder einer dispersionsverfestigten Legierung, die durch Teilchen (beispielsweise Al&sub2;O&sub2;) verfestigt wurde, bestehen. Es können die verschiedensten durch Bildung einer festen Lösung verfestigten Cu-Legierungen, z.B. Zr-Cu, Zr-Cr-Co-Cu, Ni-Cu, Ni-Zn-Cu, Ni-Sn-Cu, Sn-Cu, Sn-P-Cu, Ti-Cu und T-Cu sowie Be-Cu,verwendet werden.
Von den verfestigten Cu-Legierungen wird eine durch Sintern eines Gemischs aus Kupferoxid und Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) unter reduzierender Atmosphäre erhaltene Teilchendispersion am meisten bevorzugt. Diese aluminiumoxidhaltige Cu-Legierung besitzt immer noch eine ausreichende mechanische Festigkeit während der Wärmebehandlung bei einer zur Bildung einer supraleitenden Schicht gewählten Temperatur. Folglich kann sie ein Spannungsteil des erfindungsgemäßen supraleitenden Verbunddrahts bilden. Aus demselben Grund werden von durch Bildung einer festen Lösung verfestigten Cu-Legierungen 10 bis 30 Gew.-% Ni-Cu, 0,8 Gew.-% Cr-0,2 Gew.-% Zr-Cu, 0,5 Gew.-% Ti-Cu und dergleichen bevorzugt.
In sämtlichen genannten Fällen erfolgt die Wärmebehandlung zur Bildung einer diffusionsverhindernden Metalloxidschicht gleichzeitig mit oder, erforderlichenfalls, nach der Wärmebehandlung zur Bildung einer supraleitenden Schicht. Lediglich die Metalloxidschicht, die während der Wärmebehandlung entsteht, reicht aus, um die Elemente der supraleitenden Schicht an einer Diffusion in das Stabilisierteil zu hindern.
Im Falle, daß das den Supraleiter bildende Teil lediglich aus einer supraleiteden Verbindung besteht, erfolgt die Wärmebehandlung lediglich zu dem einzigen Zweck, eine diffusionsverhindernde Metalloxidschicht auszubilden. Der hierbei gebildete supraleitende Verbunddraht besitzt im allgemeinen die aus Fig. 2 ersichtliche Bauweise.
Der Werkstoff, der bei einer Wärmebehandlung zu einer supraleitenden Verbindung wird, besteht aus Nb oder einer Nb-Legierung und Sn oder einer Sn-Legierung, wenn die supraleitende Verbindung aus Nb&sub3;Sn besteht. Er besteht aus Nb oder einer Nb-Legierung und Al oder einer Al-Legierung, wenn die supraleitende Verbindung aus Nb&sub3;Al besteht.
Das Verbundteil mit einem Werkstoff, der bei der Wärmebehandlung zu einer supraleitende Verbindung wird, kann aus folgenden speziellen Beispielen ausgewählt werden:
(1) Ein Verbundteil, das, wie aus Fig. 9A hervorgeht, einen Draht 120 und ein Material 114 zur Bildung eines Stabilisierteils, das den Draht 120 umhüllt, mit einem Sn-Kern 111, einem einen Sn-Kern 111 umgebenden Cu-Rohr 112 und einem das Cu-Rohr 112 umgebenden Nb-Rohr 113 umfaßt.
(2) Ein Verbundteil, das, wie aus Fig. 9B hervorgeht, einen Nb-Kern 115 und ein den Nb-Kern 115 umgebendes Rohr 116 aus einer Cu-Legierung mit Sn als Element einer festen Lösung sowie ein den Draht umhüllendes Material zur Bildung eines (nicht dargestellten) Stabilisierteils, oder - bei einem entsprechenden Draht wie in Fig. 9B dargestellt - ein den Draht umhüllendes, nicht dargestelltes, diffusionsverhinderndes Rohr und ein das diffusionsverhindernde Rohr umgebendes Material zur Bildung eines (nicht dargestellten) Stabilisierteils umfaßt.
(3) Ein Verbundteil, das mit dem unter (1) geschilderten Verbundteil identisch ist, bei dem jedoch mehrere Drähte 120 durch das Stabilisierrohr 114 umgeben sind, oder das mit dem unter (2) beschriebenen Verbundteil identisch ist, bei dem jedoch mehrere Drähte (Fig. 9B) durch das Material zur Bildung des Stabilisierteils oder des diffusionsverhindernden Rohrs umgeben sind.
(4) Ein Verbundteil mit mehreren Drähten entsprechend dem Draht des unter (2) beschriebenen Verbundteils, einem die Drähte umgebenden diffusionsverhindernden Rohr aus einem Metall und einem das diffusionsverhindernde Rohr umgebenden Material zur Bildung eines Stabilisierteils.
(5) Ein Verbundteil mit einem Draht mit - wie aus Fig. 9C hervorgeht - einem Stab 117 aus einer Al-Legierung und einer den Stab 117 umgebenden Nb-Abschirmung 118 und einem Material zur Bildung des die Nb-Abschirmung 118 umgebenden Stabilisierteils, oder mit dem Draht, einem den Draht umgebenden (nicht dargestellten) diffusionsverhindernden Rohr aus einem Metall und einem das diffusionsverhindernde Rohr umgebenden (ebenfalls nicht dargestellten) Material.
(6) Ein Verbundteil entsprechend demjenigen gemäß (5), bei dem jedoch mehrere Drähte (Fig. 9C) durch das Material für das diffusionsverhindernde Rohr umgeben sind.
(7) Ein Verbundteil mit einem dem unter (6) beschriebenen Verbundteil entsprechenden Verbundteil und einem das Verbundteil (6) umgebenden Material zur Bildung eines Stabilisierteils.
Wenn das Verbundteil (1) in nicht-oxidierender Atmosphäre wärmebehandelt wird, entsteht ein erstes diffusionsverhinderndes Rohr aus einem Metalloxid. Der Sn-Kern 111 und das Kupfer werden unter Bildung einer Sn-Cu-Legierung legiert. Weiterhin reagiert das Sn in dieser Legierung mit dem Nb unter Bildung von Nb&sub3;Sn. Es entsteht ein den Kern 111 umgebendes zweites diffusionsverhinderndes Rohr, das seinerseits durch das erste diffusionsverhindernde Rohr umgeben ist. Hierbei erhält man einen supraleitenden Verbunddraht mit dem in Fig. 3 dargestellten Kern 11 und der in Fig. 4 dargestellten Bauweise.
Wenn das Verbundteil (2) wärmebehandelt wird, reagieren das Sn in dem Cu-Legierungsrohr 116 und das Nb des Kerns 115 miteinander unter Bildung einer Nb&sub3;Sn-Schicht. Gleichzeitig entsteht ein erstes diffusionsverhinderndes Rohr aus einem Metalloxid. Dieses umgibt die Nb&sub3;Sn-Schicht und wird (ihrerseits) von dem Stabilisierrohr eingehüllt. Somit entsteht ein supraleitender Verbunddraht mit dem Kern 11 gemäß Fig.3 der in Fig. 2 dargestellten Bauweise.
Wenn das Verbundteil (5) wärmebehandelt wird, entsteht ein erstes diffusionsverhinderndes Rohr aus einem Metalloxid. Gleichzeitig reagieren das Al in dem Stab 117 aus der Al- Legierung und das Nb in der Nb-Abschirmung 118 miteinander unter Bildung eines Nb&sub3;Al-Rohrs. Dieses umgibt den Stab 117 aus der Al-Legierung. Weiterhin wird ein zweites diffusionsverhinderndes Rohr aus Nb gebildet, welches die Nb&sub3;Al- Schicht umgibt. Letztlich erhält man also einen supraleitenden Verbunddraht mit dem in Fig. 3 dargestellten Kern 11 und der in Fig. 4 dargestellten Bauweise.
Wenn mit Hilfe der Verbundteile (3), (4), (6) und (7) mit jeweils mehreren Kernen supraleitende Verbunddrähte hergestellt werden, besitzt jeder mindestens ein diffusionsverhinderndes Rohr aus einem Metalloxid.
Erfindungsgemäß können auch andere als die beschriebenen Verbundteile verwendet werden. Es kann ein Verbundteil beliebiger Form und Bauweise verwendet werden, sofern nur die Oberfläche seines Stabilisierrohrs Sauerstoff ausgesetzt wird. Zweckmäßigerweise sollte das Verhältnis Cu im Stabilisierrohr/die diffusionsverhindernden Rohre und den Supraleiter bildende Elemente im Bereich von 0,2 bis 10 liegen.
Wird in dem Verbundteil eine Cu-Legierung verwendet, sollte die Menge des Legierungselements vorzugsweise derart gesteuert werden, daß sie nicht hart zu bearbeiten ist. So ist beispielsweise eine in dem Verbundteil (2) verwendete Sn-Cu- Legierung im Falle eines Sn-Gehalts von 14 Gew.-% oder mehr auch nach Durchführung einer Zwischenglühbehandlung (noch) hart zu bearbeiten.
Die auf dem Stabilisierteil gebildete Cu-Oxidschicht besteht aus CuO oder Cu&sub2;O oder einem Gemisch aus CuO und Cu&sub2;O und besitzt eine Dicke von 0,1 um bis 10 um. Sie bildet sich, wenn das Verbundteil bei 100ºC bis 400ºC während 1 bis 120 h in einer Atmosphäre von Atmosphärendruck einer Sauerstoffkonzentration von 10 % oder mehr wärmebehandelt wird. Andererseits entsteht sie auch bei 8- bis 100-stündiger Wärmebehandlung des Verbundteils in einer Atmosphäre niedrigen Vakuums von 133 x 10&supmin;³ Pa bis 133 x 10&supmin;¹ Pa (1 x 10&supmin;³ Torr bis 1 x 10&supmin;¹ Torr). In diesem Fall diffundiert ein Teil des Cu-Oxids in Cu.
Die hierbei durch Oxidation gebildete dünne Cu-Oxidschicht kann leicht abblättern, wenn das wärmebehandelte Verbundteil aus dem Wärmebehandlungsofen ausgetragen wird. Dies beruht auf unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Kupfer und Kupferoxid. Wenn die dünne Cu-Oxidschicht abblättert, bildet sich keine in der folgenden Wärmebehandlungsstufe erforderliche Sauerstoffquelle, d.h. es erfolgt keine ausreichend gleichmäßige Dispersion eines Oxids, um die Verunreinigung an einer Diffusion in das Stabilisierteil zu hindern oder das Stabilisierteil in ausreichender Weise zu verfestigen. Folglich sollte das Verbundteil vor seiner Oxidation innerhalb des Ofens in ein Rohr aus nichtrostendem Stahl oder in eine Glashülse eingefügt werden. Selbst ein gewickeltes Verbundteil läßt sich ohne weiteres wärmebehandeln, wenn es in eine elektrisch isolierende Glashülse eingefügt wird. Auch wenn ein Verbundteil in ein Rohr aus rostfreiem Stahl eingefügt wird, läßt sich die dünne Oxidschicht durch Zufuhr von Luft oder eines Gasgemischs aus Sauerstoff und einem Inertgas in das Rohr aus rostfreiem Stahl während der Wärmebehandlung zuverlässig ausbilden.
Die dünne Cu-Oxidschicht läßt sich auch durch chemische Bedampfung (CVD) herstellen. Ferner kann sie durch Applikation eines Schwärzungsmittels, z.B. von Eponol (Warenzeichen), auf das Stabilisierteil oder durch Beschichten des Stabilisierteils mit einer Cu-Oxid enthaltenden Paste gebildet werden.
Wenn die Cu-Oxidschicht zu dünn ist, beispielsweise weniger als 0,1 um dick ist, kann das Stabilisierteil kein ausreichendes RRR (beispielsweise RRR = 8) erhalten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Oxidschicht zu wenig Sauerstoff enthält, um bei der Wärmebehandlung des Verbundteils in einer Inertgasatmosphäre unter Hochvakuum (133 x 10&supmin;&sup4; Pa oder mehr - 1 x 10&supmin;&sup4; Torr oder mehr) eine Supraleiterschicht, z.B. eine Nb&sub3;Sn-Schicht, zu bilden. Wenn andererseits die Cu-Oxidschicht zu dick ist, beispielsweise dicker als 10 um bei einem Außendurchmesser des Drahts von 1 mm ist oder wenn das Verbundteil in einer Atmosphäre hohen O&sub2;-Partialdrucks wärmebehandelt wird, tritt in das Stabilisierteil zu viel Sauerstoff ein, wobei ein zu dickes diffusionsverhinderndes Rohr entsteht. Folglich nimmt das Volumen des Stabilisierteils ab. Wenn ferner in diesem Falle das Niob (Nb) oxidiert wird, verschlechtern sich die mechanische Festigkeit, das RRR und die Jc des Drahts.
Folglich sollte sich die Dicke der Cu-Oxidschicht nach dem gewünschten RRR, der gewünschten mechanischen Festigkeit und der gewünschten Jc richten.
Danach wird das Verbundteil mit dem (nunmehr) auf der Außenfläche des Materials zur Bildung des Stabilisierteils gebildeten Cu-Oxid unter Hochvakuum (133 x 10&supmin;&sup4; Pa, 1 x 10&supmin;&sup4; Torr oder weniger) oder in einer Inertgasatmosphäre unter Bildung einer supraleitenden Verbindung wärmebehandelt. Wenn das Supraleiterteil aus Nb&sub3;Sn besteht, wird das Verbundteil 10 bis 400 h auf 650 bis 770ºC erwärmt. Besteht die supraleitende Schicht aus Nb&sub3;Al, wird das Verbundteil 1 bis 100 h auf 750 bis 950ºC erwärmt. Während der Wärmebehandlung diffundiert Sauerstoff in das Stabilisierteil und wird mit den in dem Teil enthaltenen Verunreinigungen, dem im Teil enthaltenen zusätzlichen Element oder den in der diffusionsverhindernden Schicht enthaltenen Elementen zur Reaktion gebracht.
Wird das Stabilisierteil durch ein oder mehrere Element(e) in einer Schicht aus einer supraleitenden Verbindung oder einer diffusionsverhindernden Schicht verfestigt, wird das Verbundteil wie folgt behandelt: Zunächst wird das Verbundteil - wie üblich - in der Atmosphäre 1 bis 10 h lang auf eine zur Bildung einer supraleitenden Verbindung ausreichend hohe Temperatur vorgewärmt, wobei ein Teil einer supraleitenden Verbindung entsteht. Während der Wärmevorbehandlung diffundiert Sn, d.h. eines der Elemente zur Bildung einer supraleitenden Verbindung oder eines diffusionsverhindernden Rohrs in einer Menge von 0,1 bis 2,0 Gew.-% in das Stabilisierteil. Danach wird auf der Außenfläche des Stabilisierteils eine dünne Oxidschicht gebildet. Anschließend wird das Verbundteil im Vakuum oder in einer Unterdruckatmosphäre oder in einer Inertgasatmosphäre zur Bildung einer vollständigen supraleitenden Verbindung mit ausreichenden supraleitenden Eigenschaften wärmebehandelt. Während dieser Wärmebehandlung diffundiert Sauerstoff in das Stabilisierteil und festigt dieses. Gleichzeitig reagiert der Sauerstoff mit dem Oberflächenbereich der diffusionsverhindernden Schicht aus Metall unter Oxidbildung. Dieses Oxid macht die diffusionsverhindernde Schicht dicht und fest.
Erforderlichenfalls können die Wärmebehandlung zur Bildung einer dünnen Cu-Oxidschicht und die Wärmebehandlung zum Diffundieren von Sn in das Stabilisierteil gleichzeitig in derselben Niedrigvakuumatmosphäre von beispielsweise 133 x 10&supmin;¹ bis 133 x 10&supmin;³ Pa (1 x 10&supmin;¹ bis 1 x 10&supmin;³ Torr) durchgeführt werden. Das Stabilisierteil kann aus hochreinem Cu mit 0,3 Gew.-% Sauerstoff bestehen. Wenn dies der Fall ist, kann auf die Stufe der Bildung der dünnen Cu-Oxidschicht verzichtet werden. D.h., es wird lediglich eine einzige Wärmebehandlung bei der Supraleiterbildungstemperatur durchgeführt, wobei eine diffusionsverhindernde Schicht aus Oxidmaterial entsteht.
Ein erfindungsgemäßer supraleitender Verbunddraht kann auch wie folgt hergestellt werden:
Auf einem Material zur Bildung eines Stabilisierteils eines Verbundteils wird in üblicher bekannter Weise eine dünne Cu-Oxidschicht gebildet oder es wird das Verbundteil in derselben Atmosphäre, in der die Cu-Oxidschicht entstehen kann, wärmebehandelt. Hierbei werden die in dem Material als in Form einer festen Lösung enthaltenen Elemente vorhandenen Verunreinigungen in Oxidform ausgefällt, wodurch die Reinheit des ein Stabilisierteil bildenden Kupfers (Cu) gesteigert wird. Gleichzeitig läßt sich das Oxid auf einem Kernteil mit dem Supraleiter oder auf einer den Kern umgebenden diffusionsverhindernden Schicht aus Metall ausbilden. Hierbei entsteht eine weitere diffusionsverhindernde Schicht aus Oxidmaterial, die sowohl dicht als auch fest ist. Der in dem Stabilisierteil enthaltene Sauerstoff reagiert während der Wärmebehandlung bei 700ºC zur Bildung von Nb&sub3;Sn mit dem Niob (Nb) jeden Stabes unter Bildung einer NbO-Schicht. Diese NbO-Schicht verhindert einen Austritt von Zinn (Sn) in das Kupfer (Cu) des Stabilisierteils.
Die durch die Wärmebehandlung gebildete diffusionsverhindernde Schicht aus dem Metalloxid ist nicht zwangsläufig kontinuierlich. Sie kann (auch) diskontinuierlich sein. In diesem Fall erreicht man zwischen der supraleitenden Verbindung und dem Stabilisierteil ohne weiteres eine Wärmeleitung.
Eine diskontinuierliche, diffusionsverhindernde Schicht läßt sich auf folgende Weise herstellen: Wenn das Material zur Bildung des Stabilisierteils aus hochreinem Cu oder verfestigtem Cu besteht, wird die Grenzfläche zwischen der supraleitenden Verbindung und dem Material uneben. Dies führt dazu, daß einige Oberflächenbereiche des den Supraleiter bildenden Teils nahe der dünnen Cu-Oxidschicht liegen und andere Oberflächenbereiche weit von der dünnen Cu-Oxidschicht entfernt sind. Dann wird das Verbundteil einer Wärmebehandlung unterworfen. Während dieser Wärmebehandlung scheidet sich Metalloxid lediglich auf denjenigen Oberflächenbereichen der gebildeten süpraleitenden Schicht ab, die nahe der dünnen Cu-Oxidschicht liegen. Wenn das Material aus einem Rohr aus hochreinem Cu und einem Rohr aus verfestigtem Cu besteht, wird die Grenzfläche zwischen diesen beiden Rohren ungleichmäßig. Folglich liegen einige Bereiche dieser Grenzfläche nahe der dünnen Cu-Oxidschicht, während andere Bereiche derselben weit von der dünnen Cu-Oxidschicht entfernt sind. Dann wird das Verbundteil einer Wärmebehandlung unterworfen. Während der Wärmebehandlung scheidet sich ein Metalloxid lediglich in denjenigen Bereichen der Grenzfläche ab, die nahe der dünnen Cu-Oxidschicht liegen. Die Grenzfläche zwischen dem den Supraleiter bildenden Teil und dem Material oder die Grenzfläche zwischen dem Rohr aus hochreinem Cu und dem Rohr aus verfestigtem Cu kann ohne Schwierigkeiten ungleichförmig gemacht werden, indem man ein Material ungleichmäßiger Innenfläche und/oder ein den Supraleiter bildendes Teil mit unebener Oberfläche benutzt.
Selbst wenn das Metalloxidrohr auf diese Weise diskontinuierlich gemacht wird, vermag es nahezu das gesamte aus der supraleitenden Verbindung oder der die Nb-Diffusion verhindernden Schicht in Richtung auf das Stabilisierteil diffundierende Element einzufangen. Folglich wird das Stabilisierteil nicht durch das diffundierende Element verunreinigt.
Wenn ein erfindungsgemäßer supraleitender Verbunddraht in ein Produkt eingearbeitet werden soll, das wärmebehandelt werden kann, kann die erfindungsgemäße Wärmebehandlung während des Zusammenbauens des Produkts durchgeführt werden. Beispielsweise wird zur Herstellung einer supraleitenden Spule das Verbundteil zunächst um einen Dorn gewickelt, dann zusammen mit dem Dorn wärmebehandelt. Hierbei bilden sich eine supraleitende Verbindung und eine diffusionsverhindernde Schicht.
Wie beschrieben, diffundiert der Sauerstoff in der auf dem Material zur Bildung des Stabilisierteils gebildeten dünnen Cu-Oxidschicht während der Wärmebehandlung des Verbundteils nach und nach in das Material und reagiert mit den in dem Material in Form einer festen Lösung enthaltenen Verunreinigungen oder mit den in das Material aus dem Kern eindiffundierten Verunreinigungen. Dies hat zur Folge, daß sich ein Metalloxid abscheidet. Auf diese Weise entsteht eine den Kern umgebende diffusionsverhindernde Schicht, die (ihrerseits) durch das durch die Wärmebehandlung des Materials gebildete Stabilisierteil eingehüllt ist. Diese Schicht verhindert die Diffusion eines Elements oder mehrerer Elemente aus dem Kern in das Stabilisierteil. Wenn die diffusionsverhindernde Schicht aus Metall, z.B. Nb, gebildet ist, verhindert die Oxidschicht als auf der Metallschicht gebildete diffusionsverhindernde Schicht eine Diffusion von Verunreinigungen aus der Metallschicht in das Stabilisierteil. Auf diese Weise läßt sich eine Erhöhung im elektrischen Widerstand des Stabilisierteils unterdrücken und die Stabilität der supraleitenden Ververbindung verbessern.
Wenn das Stabilisierteil Al als Element der festen Lösung enthält oder wenn irgendein den Supraleiter oder eine diffusionsverhindernde Metallschicht bildendes Element in das Stabilisierteil diffundiert, fällt das Aluminium oder das Element während der Wärmebehandlung des Verbundteils als Oxid aus und verfestigt auf diese Weise das Stabilisierteil, unterdrückt die Erhöhung des elektrischen Widerstands des Stabilisierteils und erhöht dessen mechanische Festigkeit.
Im Falle, daß das Material aus zwei Rohren, d.h. aus einem Rohr aus hochreinem Cu und einem Rohr aus einer verfestigten Cu-Legierung, besteht, wird zwischen den beiden Rohren eine Schicht eines Oxids des der verfestigten Cu-Legierung zugesetzten Elements gebildet. Dies führt dazu, daß das Rohr aus hochreinem Cu als Stabilisierteil eine hohe elektrische Leitfähigkeit und das Rohr aus der verfestigten Cu-Legierung eine hohe mechanische Festigkeit erhält.
Da der Supraleiter durch die Oxidschicht als diffusionsverhindernde Schicht hohen elektrischen Widerstands umgeben ist, läßt sich ein supraleitender Verbunddraht niedrigen Wechselstromverlusts (Kopplungsverlusts) herstellen.
Im folgenden werden Beispiele für erfindungsgemäße supraleitende Verbunddrähte beschrieben.

Beispiel 1

Fig. 10 zeigt im Querschnitt den supraleitenden Nb&sub3;Sn-Draht nach diesem Beispiel. Wie aus dieser Figur hervorgeht, umfaßt der supraleitende Nb&sub3;Sn-Draht ein stabförmiges Teil 20, eine das Verbundteil 21 umgebende, diffusionsverhindernde Schicht 24 aus einem Metall, wie Nb, eine die Schicht 24 einhüllende zweite diffusionsverhindernde Schicht 25 aus einem Oxid von Nb, Sn oder Ti und ein die Schicht 25 umgebendes Stabilisierteil 26 aus Cu. Das Teil 20 umfaßt eine Cu-Sn-Matrix 21 um mehrere Kerne 23, die in der Matrix eingebettet und verteilt sind. Jeder der Kerne 23 besteht aus einem Nb-Draht 22a und einer den Nb-Draht 22a bedeckenden Nb&sub3;Sn-Abschirmung 22b.
Der supraleitende Nb&sub3;Sn-Draht unterscheidet sich von den üblichen, supraleitenden Drähten darin, daß er die diffusionsverhindernde Schicht 25 aus einem Oxid eines Elements oder mehrerer Elemente, das bzw. die in dem Supraleiter und/oder der Metallschicht 24 enthalten ist (sind), z.B. Nb, Sn oder Ti, welche die erste diffusionsverhindernde Schicht 24 umhüllt und (ihrerseits) von dem stabilisierenden Material 26 umgeben ist, enthält.
Den supraleitenden Verbunddraht erhält man auf folgende Weise: Zunächst wird ein Rohr als Material zur Bildung eines Stabilisierteils aus Cu eines Außendurchmessers von 50 mm und eines Innendurchmessers von 40 mm hergestellt. In das Cu-Rohr wird ein die erste diffusionsverhindernde Schicht 24 bildendes Nb-Rohr eingefügt. Danach werden in dem Nb-Rohr parallel zu seiner Achse mehrere Nb-Drähte angeordnet.
In das Nb-Rohr wird eine 0,3 Gew.-% Ti enthaltende Cu-Sn 13 Gew.-%-Matrix gefüllt.
Die genannten Komponenten bilden in Stapelform ein Verbundteil. Das Verbundteil wird bis zur Reduktion seines Durchmessers auf einen gegebenen Wert gezogen. Dann wird das Verbundteil 48 h lang in der Atmosphäre bei 300ºC wärmbehandelt, um auf der Außenfläche des Cu-Rohrs eine Cu-Oxid- (d.h. CuO- + Cu&sub2;O-)Schicht zu bilden. Anschließend wird das Verbundteil bei einem Unterdruck von 133 x 10&supmin;&sup4; bis 133 x 10&supmin;&sup6; Pa (10&supmin;&sup4; bis 10&supmin;&sup6; Torr) 120 h lang bei 700ºC wärmebehandelt. Während dieser Wärmebehandlung reagieren die Nb-Drähte 22a mit dem Sn in der Cu-Sn-Matrix unter Bildung von Kernen 23 mit jeweils einem Nb-Draht 22a und einer den Nb-Draht 22a bedeckenden Nb&sub3;Sn-Abschirmung 22b. Ferner reagiert während dieser Wärmebehandlung der aus der Cu-Oxidschicht in das Stabilisierrohr diffundierende Sauerstoff mit dem Cu unter Bildung der diffusionsverhindernden Schicht 25 aus einem Metalloxid. Das Nb-Rohr bleibt intakt und dient als diffusionsverhinderndes Rohr 24 aus Metall. Auf diese Weise entsteht der in Fig.10 dargestellte supraleitende Verbunddraht. Die Schicht 25 hindert das Element, z.B. Niob (No), an einer Verunreinigung des Stabilisierteils 26.
Es wurden ein üblicher supraleitender Verbunddraht der in Fig.1 dargestellten Bauweise und ein supraleitender Verbunddraht der in Fig.2 dargestellten Bauweise jeweils derselben Durchmesser (0,87 mm) hergestellt. Ersterer enthielt 264 Stäbe. Das RRR und der spezifische Widerstand , die jeder Draht bei 20[K] aufwies und die die Stabilität des supraleitenden Verbunddrahts bestimmen, wurden gemessen. Das RRR und (bei etwas oberhalb der kritischen Temperatur von Nb&sub3;Sn) des üblichen supraleitenden Verbunddrahts betrugen 3,3 bzw. 6,8 x 10&supmin;&sup7; [Ω cm], während die entsprechenden Werte von Beispiel 1 190 bzw. 1,2 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] betrugen. Offensichtlich ist der Verbunddraht des Beispiels 1 stabiler als der übliche Draht. Ferner wurde die kritische Stromdichte (Jc) jeden Drahtes bestimmt. Die kritische Stromdichte des bekannten Drahtes betrug 380A/mm² bei 15 Tesla, während diejenige des Drahts von Beispiel 1 400A/mm² bei 15 Tesla betrug. Obwohl zwischen Beispiel 1 und dem üblichen Draht kein großer Unterschied in der kritischen Stromdichte feststellbar war, besaß das stabilisierende Rohr 25 einen weit höheren spezifischen Widerstand als das Stabilisierrohr des üblichen supraleitenden Verbunddrahts. Dies ist offensichtlich darauf zurückzuführen, daß die diffusionsverhindernde Schicht 25 aus Metalloxid eine Erhöhung des elektrischen Widerstands des Stabilisierteils 26 unterdrückte.

Beispiel 2

Es wurde ein Rohr als Material zur Bildung eines Stabilisierteils aus Cu eines Außendurchmesser von 50 mm und eines Innendurchmessers von 40 mm hergestellt. In das Cu-Rohr wurde ein Nb-Rohr mit 1 Gew.-% Ti eingefügt. Danach wurde ein Stab eines Außendurchmessers von 20 mm aus einem Sn-Draht und einer den Sn-Draht bedeckenden Cu-Abschirmung hergestellt. Das Gewichtsverhältnis Sn/Cu betrug 0,3. Dieser Stab wurde in das Nb-Rohr eingefügt, worauf Stab und Nb-Rohr gestapelt wurden. Hierbei wurde ein Verbundteil erhalten. Das Verbundteil wurde so lange gezogen, bis sein Durchmesser auf einen gegebenen Wert vermindert war.
Das Verbundteil wurde 48 h lang in einer Atmosphäre, der ein Gemisch aus Sauerstoff und Inertgas, wie Argon, in einer Menge von 0,1 l/min zugeführt wurde, bei 300ºC wärmebehandelt, wobei auf der Oberfläche des Cu-Rohrs eine Cu-Oxidschicht einer Dicke von 5 um gebildet wurde. Danach wurde das Verbundteil 120 h lang in einer Atmosphäre, der hochreines Argon in einer Menge von 0,2 l/min zugeführt wurde, bei 700ºC wärmebehandelt. Hierbei wurde das Nb aus dem Nb-Rohr mit dem aus dem Stab diffundierten Sn zur Reaktion gebracht. Als Ergebnis bildete sich ein Nb&sub3;Sn-Rohr. Gleichzeitig reagierten das Niob, das Titan und das Niob des Nb&sub3;Sn-Rohrs mit dem aus der Cu-Oxidschicht ausdiffundierten Sauerstoff unter Bildung einer das Nb-Rohr umgebenden und (selbst) durch das Stabilisierrohr aus Cu umhüllten diffusionsverhindernden Schicht aus Oxiden (beispielsweise No-Oxid, Sn-Oxid und Ti-Oxid). Auf diese Weise wurde ein supraleitender Verbunddraht hergestellt.
Dieser supraleitende Verbunddraht wies ein RRR von 520 und einen spezifischen Widerstand von 0,8 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur auf.

Beispiel 3

Nach dem in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren wurde ein supraleitender Verbunddraht entsprechender Bauweise wie in Beispiel 2, der zusätzlich eine das Nb-Rohr umgebende und (selbst) durch das Cu-Rohr umhüllte diffusionsverhindernde Schicht aus Metalloxid aufwies, hergestellt. Hierbei wurde jedoch das Verbundteil 48 h lang in einem Hochvakuum von 400 x 10&supmin;&sup6; Pa (3 x 10&supmin;&sup6; Torr) auf 700ºC erwärmt. Dieser Draht zeigte ein RRR von 440 und einen spezifischen Widerstand von 0,95 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur.

Beispiel 4

Ein Verbundteil entsprechend demjenigen von Beispiel 2, das bereits eine dünne Cu-Oxidschicht aufwies, wurde 120 h lang bei schwachem Unterdruck von 13,3 bis 1330 Pa (10&supmin;¹ bis 10 Torr) bei 700ºC wärmebehandelt, wobei das in das Cu-Rohr diffundierte Sn mit dem Nb des Nb-Rohrs unter Bildung eines Nb&sub3;Sn-Rohrs reagierte. Gleichzeitig reagierten das Nb und Ti, beide im Oberflächenbereich des Nb-Rohrs, und das aus dem Nb&sub3;Sn-Rohr ausdiffundierte Sn mit dem aus der dünnen Cu-Oxidschicht ausdiffundierten Sauerstoff unter Bildung einer das Nb-Rohr umgebenden und (selbst) durch das Cu-Rohr umhüllten diffusionsverhindernden Schicht aus Metalloxid.
Der Draht des Beispiels 4 besaß ein RRR von 210 und einen spezifischen Widerstand von 1 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur.

Beispiel 5

Ein Verbundteil entsprechend demjenigen von Beispiel 2, das jedoch noch keine dünne Cu-Oxidschicht aufwies, wurde in eine umflochtende Glashülse eingefügt. Die aus dem Verbundteil und der Glashülse bestehende Einheit wurde 40 h lang bei 320ºC wärmebehandelt, wobei auf dem Cu-Rohr eine dünne Cu-Oxidschicht einer Dicke von 6 um gebildet wurde. Danach wurde die Einheit 100 h lang in einem Hochvakuum von 1065 x 10&supmin;&sup6; Pa (8 x 1&sup0;&supmin;&sup6; Torr) bei 700ºC wärmebehandelt, wobei das in das Cu-Rohr diffundierte Sn mit dem Nb des Nb-Rohrs unter Bildung eines Nb&sub3;Sn-Rohrs reagierte. Gleichzeitig reagierten das Nb im Oberflächenbereich des Nb-Rohrs, das Ti und das aus dem Nb&sub3;Sn-Rohr ausdiffundierte Sn mit dem aus der dünnen Cu-Oxidschicht ausdiffundierten Sauerstoff unter Bildung einer das Nb-Rohr umgebenden und (selbst) durch das Cu-Rohr eingehüllten diffusionsverhindernden Schicht aus Metalloxid. Auf diese Weise wurde ein supraleitender Verbunddraht erhalten.
Da das Verbundteil nach Einfügung in die Glashülse wärmebehandelt wurde, blätterte die dünne Oxidschicht nicht ab. Folglich konnte ein voll ständiges diffusionsverhinderndes Rohr aus Oxiden von Nb, Sn und Ti erhalten werden. Der Draht des Beispiels 5 besaß ein RRR von 310 und einen spezifischen Widerstand von 1,44 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur.

Beispiel 6

Ein Verbundteil entsprechend demjenigen des Beispiels 2 noch ohne dünne Cu-Oxidschicht wurde in ein Rohr aus nichtrostendem Stahl eingefügt. Die aus Verbundteil und Rohr aus nichtrostendem Stahl bestehende Einheit wurde 48 h lang unter Zufuhr eines Gasgemischs aus Sauerstoff und Argon (O&sub2;-Gehalt: 20%) in das Rohr aus rostfreiem Stahl mit einer Geschwindigkeit von 0,2 l/min bei 820ºC wärmebehandelt. Hierbei wurde auf dem Cu-Rohr eine dünne Cu-Oxidschicht einer Dicke von 7 m gebildet. Danach wurde die Einheit 100 h lang unter Zufuhr von hochreinem Argongas in das Rohr aus rostfreiem Stahl mit einer Geschwindigkeit von 1 l/min bei 700ºC wärmebehandelt. Hierbei reagierte das Nb des Nb-Rohrs mit dem aus dem Stab des Verbundteils ausdiffundierten Sn unter Bildung eines Nb&sub3;Sn-Rohrs. Während dieser Wärmebehandlung reagierten das Nb im Oberflächenbereich des Nb-Rohrs, das Ti und das aus dem Nb&sub3;Sn-Rohr ausdiffundierte Sn mit dem aus der dünnen Cu-Oxidschicht ausdiffundierten Sauerstoff unter Bildung einer das Nb-Rohr umgebenden und (selbst) durch das Cu-Rohr eingehüllten diffusionsverhindernden Schicht aus Metalloxid. Auf diese Weise wurde ein supraleitender Verbunddraht erhalten.
Da das Verbundteil nach Einfügung in das Rohr aus rostfreiem Stahl wärmebehandelt wurde, blätterte die dünne Oxidschicht nicht ab. Folglich konnte eine vollständige diffusionsverhindernde Schicht aus Oxiden von Nb, Sn und Ti erhalten werden. Der Draht des Beispiels 6 besaß ein RRR von 280 und einen spezifischen Widerstand von 1,6 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur.

Beispiel 7

Es wurde eine Reihe von Stäben entsprechend dem Stab des Beispiels 2, die nicht wärmebehandelt worden waren und einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen Sechsecks aufwiesen, hergestellt. 84 Stäbe wurden in ein Cu-Rohr als Material zur Bildung eines Stabilisiermaterials eingefügt. Die hierbei erhaltene Einheit wurde dem bekannten Flächenreduktionsverfahren unterworfen, wobei ein Verbundteil eines Außendurchmessers von 0,94 mm und eines Cu-Verhältnisses von 0,9 erhalten wurde. Dieses sollte zu einem Verbundteil für die Herstellung eines mehrfädigen supraleitenden Nb&sub3;Sn-Drahts mit 84 Adern (84-fine) verarbeitet werden. Das Verbundteil wurde 48 h lang an der Atmosphäre bei 300ºC wärmebehandelt, wobei auf der Oberfläche des Cu-Rohrs ein Cu-Oxid (CuO + Cu&sub2;O) gebildet wurde.
Danach wurde das Verbundteil 120 h lang unter Vermindern des Drucks in der Atmosphäre auf 2 bis 3 Torr bei 700ºC wärmebehandelt. Hierbei reagierte das Nb jeden Nb-Rohrs mit dem aus dem von dem Nb-Rohr umgebenen Stab ausdiffundierten Sn unter Bildung einer Nb&sub3;Sn-Schicht. Gleichzeitig reagierten das Nb und Ti, beide im Oberflächenbereich des Nb-Rohrs, und das aus dem Nb&sub3;Sn-Rohr ausdiffundierte Sn mit dem aus der dünnen Cu-Oxidschicht ausdiffundierten Sauerstoff unter Bildung einer das Nb-Rohr umgebenden und (selbst) durch das Stabilisierrohr eingehüllten diffusionsverhindernden Schicht aus Metalloxid. Auf diese Weise wurde ein mehrfädiger supraleitender Nb&sub3;Sn-Draht mit 84 Adern (84-fine) erhalten.
Der supraleitende Draht von Beispiel 7 zeigte eine Stromdichte Jc von 800 A/mm² bei 15 Tesla und ein RRR von 150. Wurde dieser Draht unter einem Mikroskop untersucht, zeigte es sich - wie aus Fig. 11A und 11B hervorgeht -, daß an der Grenzfläche zwischen der Nb&sub3;Sn-Schicht (d.h. der äußersten Schicht jedes Stabes) und dem Stabilisierteil 34 aus Cu eine schwarze Schicht 32 entstanden ist.
Diese schwarze Schicht 32 wurde einer Sekundärionen-Massenspektroskopie unterworfen. Die Analysenergebnisse zeigten, daß die Schicht 32 Oxide von Nb, Ti und Sn enthielt und aus einer Kombination des Nb-Rohrs (d.h. des diffusionsverhindernden Rohrs) und der diffusionsverhindernden Schicht aus dem Metalloxid bestand. In den Fig. 11A und 11B bezeichnet die Bezugszahl 33 das Cu des Stabilisiermaterials, das mit Sn, Ti oder Nb verunreinigt war. Die Bezugszahl 34 bezeichnet das Cu des Stabilisierrohrs, das infolge eines Vorhandenseins der schwarzen Schicht 32 nicht mit Nb, Sn oder Ti verunreinigt war.
Entsprechend Beispiel 7 wurde ein Vergleichsversuch durchgeführt, wobei jedoch auf dem Cu-Rohr keine dünne Oxidschicht gebildet wurde. Dieser Vergleichsdraht besaß eine Stromdichte von 575 A/mm² und ein RRR von 5. Wurde der Vergleichsdraht unter einem Mikroskop untersucht, zeigte es sich - wie aus Fig. 12A und 12B hervorgeht -, daß an der Grenzfläche zwischen der Nb&sub3;Sn-Schicht 31 und dem Stabilisiermaterial 33 aus Cu keine schwarze Schicht entstanden war. Der Vergleichsdraht wurde einer Sekundärionen-Massenspektroskopie und einer CMA-Analyse unterworfen. Hierbei zeigte es sich, daß Sn in das Stabilisierrohr 33 diffundiert war und letzteres verunreinigte.
Anstelle der Stäbe entsprechend dem in Beispiel 2 verwendeten Stab wurden Aluminiumstäbe verwendet, wobei entsprechend Beispiel 7 ein mehrfädiger supraleitender Draht mit 84 Adern erhalten wurde. Dieser supraleitende Draht zeigte entsprechend gute Supraleitereigenschaften wie der Draht des Beispiels 7.

Beispiel 8

Ein Verbundteil entsprechend demjenigen von Beispiel 7, das einen Außendurchmeser von 0,94 mm und ein Cu-Verhältnis von 0,9 aufwies und das zu einem Verbundteil zur Bildung eines mehrfädigen supraleitenden Nb&sub3;Sn-Drahts mit 84 Adern verarbeitet werden sollte, wurde 18 mal um einen Dorn aus nichtrostendem Stahl herumgewickelt. Das (um den Dorn) herumgewickelte Verbundteil wurde 48 h lang an der Atmosphäre bei 300ºC wärmebehandelt, wobei auf der Oberfläche des Cu-Rohrs eine Cu-Oxidschicht gebildet wurde. Danach wurde das Verbundteil 120 h lang in einem Vakuum von 133 x 10&supmin;&sup6; Pa (1 x 10&supmin;&sup6; Torr) bei 700ºC weiter wärmebehandelt, wobei eine Nb&sub3;Sn- Schicht und eine diffusionsverhindernde Schicht aus Oxiden von Sn, Ti und Nb gebildet wurde. Letztendlich erhielt man eine Spule aus einem mehrfädigen supraleitenden Draht mit 84 Adern. Die RRRe der Wicklungen dieses Drahts wurden bestimmt. Die Ergebnisse sind in Fig. 13 dargestellt. Wie aus Fig. 13 hervorgeht, zeigten die Wicklungen im Durchschnitt ein RRR von 330. Zwischen den einzelnen Wicklungen war ein großer RRR-Unterschied feststellbar.

Beispiel 9

Mit einem Kupplungsmittel behandeltes Glasgewebe wurde um ein Verbundteil entsprechend demjenigen von Beispiel 7, das einen Außendurchmesser von 0,94 mm und ein Cu-Verhältnis von 0,9 aufwies und zu einem mehrfädigen supraleitenden Nb&sub3;Sn- Draht mit 84 Adern verarbeitet werden sollte, herumgewickelt. Das nun mit dem Glasgewebe bedeckte Verbundteil wurde 18 mal um einen Dorn aus nichtrostendem Stahl herumgewickelt. Das derart gewickelte Verbundteil wurde auf 100 bis 400ºC erwärmt, um den Kohlenstoff aus dem Kopplungsmittel zu verdampfen und um auf der Oberfläche des Cu-Rohrs eine Cu- Oxidschicht zu bilden. Danach wurde das Verbundteil 120 h lang in einem Vakuum von 133 x 10&supmin;&sup6; Pa (1 x 10&supmin;&sup6; Torr) oder in einer Inertgasatmosphäre bei 700ºC wärmebehandelt, um eine Nb&sub3;Sn-Schicht und eine diffusionsverhindernde Schicht aus Oxiden von Sn, Ti und Nb herzustellen. Schließlich wurde das Verbundteil liegengelassen und dabei abgekühlt. Anschließend wurde der Raum zwischen den Windungen des Verbundteils mit einem Epoxyharz gefüllt, wobei eine Spule aus einem mehrfädigen supraleitenden Draht mit 84 Adern erhalten wurde. Es wurden die RRRe der Wicklungen dieses Drahts bestimmt. Die Ergebnisse entsprachen denjenigen des Beispiels 8, d.h. zwischen den Wicklungen war kein großer Unterschied in den RRR-Werten feststellbar.

Beispiel 10

Fig. 14 zeigt das Beispiel 10 gemäß der Erfindung, d.h. einen supraleitenden Nb&sub3;Sn-Draht im Querschnitt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, umfaßt der Draht dieses Beispiels ein bandförmiges Verbundteil 40, eine auf einer Hauptfläche des Teils 40 gebildete diffusionsverhindernde Schicht 44 aus Metall, eine auf der Schicht 44 ausgebildete diffusionsverhindernde Schicht 45 aus Metalloxid und eine auf der Schicht 45 vorgesehene Stabilisierschicht 46. Das Verbundteil wird aus einer bandförmigen Cu-Sn-Matrix 41 mit Ti und einer Mehrzahl von in dem Matrixband 41 eingebetteten und verteilten Kernen 43 gebildet. Jeder der Kerne 43 besteht aus einem Nb-Draht 42a und einer den Nb-Draht 42a bedeckenden Nb&sub3;Sn- Abschirmung 42b. Die diffusionsverhindernde Schicht 44 besteht aus einem Metall, wie Nb. Die diffusionsverhindernde Schicht 45 besteht aus einem Metalloxid, wie Nioboxid. Die Stabilisierschicht 46 besteht aus Cu.
Der supraleitende Verbunddraht von Beispiel 10 wird wie folgt hergestellt: Zunächst wird eine bandförmige Cu-13 Gew.-%-Sn-Matrix 41 mit 0,3 Gew.-% Ti hergestellt. Danach werden in der bandförmigen Matrix 41 in ihrer Längsrichtung Nb-Drähte 42a angeordnet, wobei ein Verbundteil 40 entsteht. Genauer gesagt, wird eine Reihe dünnerer Matrixbänder hergestellt, worauf in die Hauptfläche jeden Matrixbandes parallele Kerben eingeschnitten werden. Danach werden die Nb-Drähte in diese Kerben gelegt. Letztlich werden die Matrixbänder aufeinandergelegt und miteinander verpreßt.
Anschließend wird eine in die diffusionsverhindernde Schicht 44 zu überführende Nb-Platte auf das bandförmige Verbundteil 40 gelegt, worauf die Schicht 44 mit der Stabilisierschicht 46 belegt wird. Das Verbundteil 40, die diffusionsverhindernde Schicht 44 und die Stabilisierschicht 46 werden zunächst verpreßt und dann zu einem dünnen Band ausgewalzt. Dieses dünne Band wird 48 h lang an der Atmosphäre wärmebehandelt, wobei auf der Oberfläche der Stabilisierschicht 46 eine Cu-Oxid-(CuO + Cu&sub2;O)-Schicht abgelagert wird.
Danach wird das Band 120 h lang an der Atmosphäre oder in einer Inertgasatmosphäre, z.B. einer Argonatmosphäre, unter Vermindern des Drucks in dieser Atmosphäre auf 1,33 bis 666,5 Pa (1 x 10-2 bis 5 Torr) bei 700ºC wärmebehandelt.
Während dieser Wärmebehandlung reagiert das Nb jeden Drahts 42a mit dem in der Cu-Sn-Matrix 41 enthaltenen Sn unter Bildung einer Abschirmung 42b aus Nb&sub3;Sn auf dem Nb-Draht 42 und letztendlich eines Kerns 43. Ferner reagiert während der Wärmebehandlung das Nb der diffusionsverhindernden Schicht 44 mit dem aus der dünnen Cu-Oxidschicht durch die Cu-Schicht 46 diffundierenden Sauerstoff unter Bildung einer diffusionsverhindernden Schicht 45 aus Metalloxid zwischen der diffusionsverhindernden Schicht 44 und der Stabilisierschicht 46.

Beispiel 11

Ein Band, umfassend ein bandförmiges Teil aus einer Cu-Sn- Legierung, zwei Nb-Schichten auf den beiden Oberflächen des Bandes und zwei Cu-Schichten auf den Nb-Schichten, wurde unter den in Beispiel 10 geschilderten Bedingungen wärmebehandelt, wobei die Oberfläche jeder Cu-Schicht oxidiert wurde. In diesem Beispiel bildete sich auf der Innenfläche jeder Nb-Schicht und zwischen jeder Nb-Schicht und der darauf ausgebildeten Cu-Schicht eine Nb&sub3;Sn-Schicht.

Beispiel 12

Entsprechend Beispiel 7 und unter Verwendung derselben Werkstoffe, jedoch mit der Ausnahme, daß das Stabilisierteil aus Cu mit 1,1 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; hergestellt wurde, wurde ein mehrfädiger supraleitender Nb&sub3;Sn-Draht hergestellt. Dieser Draht wurde unter einem Mikroskop untersucht. Hierbei zeigte es sich, daß das Stabilisierteil Al&sub2;O&sub3; enthielt. Dieser mehrfädige supraleitende Draht besaß die in Tabelle 1 angegebenen mechanischen Eigenschaften. In Tabelle 1 sind auch die mechanischen Eigenschaften des Drahtes von Beispiel 7 angegeben. Der Draht des Beispiels 12 besaß bessere mechanische Eigenschaften als der Draht des Beispiels 7. Tabelle 1 Zugfestigkeit (kg/mm²) Streckfestigkeit (kg/mm²) Dehnung (%)

Beispiel 13

Ein Verbundteil entsprechend demjenigen von Beispiel 12 jedoch ohne dünne Cu-Oxidschicht wurde 8 h lang an der Atmosphäre bei 725ºC vorgewärmt. Während dieser Wärmebehandlung reagierte das aus jedem Stab ausdiffundierte Sn mit dem Nb des Nb-Rohrs unter Bildung einer Nb&sub3;Sn-Schicht. Ferner diffundierete ein Teil des Sn in der Nb&sub3;Sn-Schicht in das Cu-Rohr. Der Sn-Gehalt im Cu-Rohr wurde auf 1 Gew.-% oder weniger beschränkt. Der durch das Vorwärmen erhaltene, (noch) unfertige Draht zeigte ein RRR von 78,5.
Danach wurde der Draht in eine umflochtene Glashülse eingefügt. Die hierbei erhaltene Einheit wurde 48 h lang bei 320ºC wärmebehandelt, wobei auf dem Cu-Rohr eine dünne Cu-Oxidschicht einer Dicke von 9 um gebildet wurde. Die Einheit wurde 48 h lang unter einem Vakuum von 400 x 10&supmin;&sup6; Pa (3 x 10&supmin;&sup6; Torr) bei 700ºC wärmebehandelt, wobei das in das Cu-Rohr diffundierte Sn mit dem Nb des Nb-Rohrs unter Bildung einer Nb&sub3;Sn-Schicht reagierte. Gleichzeitig reagierten das Nb im Oberflächenbereich des Nb-Rohrs, das Ti und das aus der Nb&sub3;Sn-Schicht ausdiffundierte Sn mit dem aus der dünnen Cu-Oxidschicht ausdiffundierten Sauerstoff unter Bildung einer das Nb-Rohr umgebenden und (selbst) durch das Cu-Rohr eingehüllten diffusionsverhindernden Schicht aus Metalloxid. Ferner reagierte das in das Cu-Rohr diffundierte Sn mit dem Sauerstoff, wobei im Cu-Rohr Zinnoxid abgeschieden wurde.
Der hierbei erhaltene supraleitende Verbunddraht wurde einer Sekundärionen-Massenspektroskopie unterworfen. Die Analysenergebnisse bestätigten das Vorhandensein eines Sn-Oxids in dem Cu-Rohr. Dieses Cu-Rohr zeigte bessere mechanische Eigenschaften als ein Cu-Rohr ohne Sn-Oxide. Der supraleitende Verbunddraht besaß ein RRR von 151 und einen spezifischen Widerstand von 3,8 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur.

Beispiel 14

Fig. 15 zeigt den supraleitenden Nb&sub3;Al-Draht gemäß diesem Beispiel im Querschnitt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, umfaßt der supraleitende Nb&sub3;Al-Draht ein stabförmiges Verbundteil 50, ein diffusionsverhinderndes Rohr 54 aus dem Oxid eines Metalls, wie Nb, und ein Stabilisierteil 55 aus dispersionsverfestigtem Cu mit einer Al&sub2;O&sub3;-Dispersionsphase 56. Das Verbundteil 50 umfaßt eine Nb-Matrix 51 und mehrere Kerne 53, die in der Nb-Matrix 51 eingebettet und verteilt sind. Jeder der Kerne 53 besteht aus einem Al-Legierungsdraht 52a und einer den Draht 52a bedeckenden Nb&sub3;Al-Schicht 52b. Dieser supraleitende Nb&sub3;Al-Draht unterscheidet sich von den üblichen Drähten darin, daß er eine diffusionsverhindernde Schicht aus einem Oxid eines oder mehrerer Elements (Elemente) in dem Supraleiter, z.B. Nioboxid, welche die Nb-Matrix 51 einhüllt und (selbst) durch das Stabilisierteil 55 umgeben ist, aufweist. In diesem Beispiel dient die Nb-Matrix 51 als diffusionsverhinderndes Teil.
Der supraleitende Verbunddraht wird wie folgt hergestellt: Zunächst wird ein Stab aus einer Al-Legierung mit Mg in ein Nb-Rohr eingefügt. Die hierbei erhaltene Einheit wird gezogen, wobei ein Kern 53 entsteht. Es werden auch noch andere identische Kerne 53 hergestellt. Einhundertzwanzig (120) Kerne 53 werden in ein Nb-Rohr eingefügt. Das Nb-Rohr wird seinerseits in ein Rohr aus Al-haltigem Cu als Stabilisierteil eingefügt, wobei ein Verbundteil erhalten wird. Dieses Verbundteil wird wiederholt gezogen, bis sein Durchmesser auf 1 mm reduziert ist.
Das Verbundteil wird 48 h lang an der Atmosphäre bei 300ºC wärmebehandelt, wobei auf der Außenfläche des Rohrs 55 Cu-Oxid (d.h. CuO + Cu&sub2;O) gebildet wird. Danach wird das Verbundteil in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, z.B. in einem Vakuum von 133 x 10&supmin;&sup6; Pa (1 x 10&supmin;&sup6; Torr) oder in einer Inertgasatmosphäre bei 800ºC 3 h lang wärmebehandelt. Während dieser Wärmebehandlung reagieren die Al-Legierung jedes Stabes 52a und das Nb der Matrix unter Bildung einer den Stab 22a bedeckenden Nb&sub3;Al-Schicht 52b. Ferner diffundiert während der Wärmebehandlung das Nb in das Cu-Rohr 55 und reagiert mit dem aus dem Cu-Rohr 55 ausdiffundierenden Sauerstoff im Cu-Oxid. Dies führt dazu, daß sich Nb-Oxid im Umfangsbereich der Nb-Matrix 51 unter Bildung einer diffusionsverhindernden Schicht 54 abscheidet. Die Schicht 54 unterdrückte die Diffusion von Nb in das Cu-Rohr 55, wodurch das Rohr 55 seine hohe Cu-Reinheit behält und als stabilisierende Komponente wirkt.
Weiterhin reagiert das Al im Rohr 55 mit dem aus dem Cu-Oxid ausdiffundierten Sauerstoff unter Bildung einer Al&sub2;O&sub3;-Dispersionsphase. Folglich besteht das Rohr 55 aus dispersionsverfestigtem Cu.
Der tatsächlich hergestellte supraleitende Draht besaß ein RRR von 170 und eine kritische Stromdichte (Jc) von 250 A/mm² bei 15 Tesla.

Beispiel 15

Ein Verbundteil entsprechend demjenigen von Beispiel 2 noch ohne Cu-Oxidschicht wurde 3 bis 100 h lang in einem Vakuum von 133 x 10&supmin;³ Pa (1l x 10&supmin;³ Torr) bei 725ºC einer Wärmebehandlung unterworfen. Während dieser Wärmebehandlung bildete sich eine Nb&sub3;Sn-Schicht. Der restliche Sauerstoff im Ofen reagierte mit dem Cu des Cu-Rohrs unter Bildung einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche des Cu-Rohrs. Ferner reagierte während der Wärmebehandlung der aus der dünnen Oxidschicht ausdiffundierende und mit dem Nb des Oberflächenbereichs des Nb-Rohres umgesetzte Sauerstoff mit dem aus dem Nb&sub3;Sn-Rohr ausdiffundierenden Sn unter Bildung einer diffusionsverhindernden Schicht aus Oxiden von Nb und Sn.
Fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen dem RRR des supraleitenden Drahts von Beispiel 15 und der Dauer der Wärmebehandlung. Wie diese Figur klar erkennen läßt, zeigte der bei 48-stündiger Wärmebehandlung erhaltene Draht ein RRR von 393 und einen spezifischen Widerstand von 1,38 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur.

Beispiel 16

Fig. 17 zeigt den supraleitenden Nb&sub3;Sn-Draht gemäß diesem Beispiel im Querschnitt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, umfaßt der supraleitende Nb&sub3;Sn-Draht ein stabförmiges Verbundteil 60, eine diffusionsverhindernde Schicht 64 aus dem Oxid eines Metalls, wie Nb, und ein Stabilisierrohr 65 aus Cu. Das Verbundteil 60 umfaßt eine Cu-Sn-Matrix 61 und mehrere in die Matrix 61 eingebettete und verteilte Kerne 63. Jeder der Kerne 63 besteht aus einem Draht 62a aus einer Al-Legierung und einer den Draht 62a bedeckenden Nb&sub3;Sn- Schicht 62b. Dieser supraleitende Nb&sub3;Sn-Draht unterscheidet sich von den üblichen (supraleitenden Drähten) darin, daß anstelle einer diffusionsverhindernden Nb- oder Ta-Schicht eine diffusionsverhindernde Schicht aus dem Oxid des den supraleitenden Werkstoff bildenden Elements, z.B. dem Oxid von Nb, die stabförmige Sn-Cu-Matrix 51 umgibt und (ihrerseits) von dem Stabilisierteil 65 umhüllt ist,
Der supraleitende Verbunddraht des Beispiels 16 wird auf folgende Weise hergestellt: Zunächst wird ein Nb-Stab in ein 13 Gew.-% Sn-Cu-(Bronze-)Rohr eines Außendurchmessers von 10 mm und eines Innendurchmessers von 5,7 mm eingefügt. Die hierbei erhaltene Einheit wird einer Flächenreduktion unterworfen, wobei ein Kern hexagonalen Querschnitts erhalten wird. Es werden auch noch andere identische Kerne hergestellt. Eine Mehrzahl von Kernen wird in ein 13 Gew.-% Sn-Cu-(Bronze-)Rohr eines Außendurchmessers von 50 mm und eines Innendurchmessers von 46 mm eingefügt. Die hierbei erhaltene Einheit wird einer Flächenreduktion unterworfen, wobei ein Verbundteil eines Durchmessers von 2,8 mm erhalten wird. Auf der Umfangsfläche des Verbundteils wird sauerstoffreies Kupfer als Stabilisierteil abgelagert. Danach wird das Verbundteil gezogen und dünner gemacht.
Das nunmehr dünne Verbundteil wird 80 h lang an der Atmosphäre bei 200ºC wärmebehandelt, wobei auf der Außenfläche des Cu-Rohrs Kupferoxid (d.h. CuO + Cu&sub2;O) gebildet wird. Danach wird das Verbundteil in einem Vakuum (5 x 10&supmin;&sup6; Torr) oder in einer Inertgasatmosphäre 80 h lang bei 700ºC wärmebehandelt. Während dieser Wärmebehandlung reagiert jeder Nb-Stab 22a mit dem Sn der Cu-Sn-Matrix unter Bildung einer Nb&sub3;Sn-Schicht 62b auf dem Stab 22a. Ferner reagiert während der Wärmebehandlung das Sn der Cu-Sn-Matrix mit dem aus dem Cu-Oxid in das Cu-Rohr eindiffundierten Sauerstoff unter Bildung einer diffusionsverhindernden Schicht aus hauptsächlich Sn-Oxid. Die diffusionsverhindernde Schicht unterdrückt die Diffusion von Sn und Nb in das Cu-Rohr 65, so daß das Rohr 65 seine hohe Cu-Reinheit behält.
Der in der Praxis hergestellte supraleitende Draht des Beispiels 16 zeigt ein RRR von 160 und eine kritische Stromdichte (Jc) von 250 A/mm² bei 15 Tesla.

Beispiel 17

Fig. 18 zeigt den supraleitenden Nb&sub3;Sn-Draht gemäß diesem Beispiel im Querschnitt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, besitzt der supraleitende Nb&sub3;Sn-Draht eine ähnliche Bauweise wie derjenige des Beispiels 1. Insbesondere umfaßt er ein stabförmiges Verbundteil 70, eine diffusionsverhindernde Schicht 74 hauptsächlich aus Nb und ein Stabilisierteil 75 aus Cu. Das Verbundteil 70 besteht aus einer Cu-Sn-Matrix 71 und einer Mehrzahl von in der Matrix 71 eingebetteten und verteilten Kernen 73. Jeder der Kerne 73 besteht aus einem Nb-Draht 72a und einer den Draht 72a bedeckenden Nb&sub3;Sn-Schicht 72b. Die Grenzfläche 76 zwischen dem diffusionsverhindernden Rohr 74 aus Metall und dem Stabilisierteil 75 ist - wie aus Fig. 18 hervorgeht - wellig. Zwischen den hervorragenden Bereichen der Schicht 74 und den Ausnehmungen in der Innenfläche des Rohrs 75 ist eine Reihe diffusionsverhindernder Schichten 77 aus einem Oxid von Sn oder Ti gebildet. Der supraleitende Draht unterscheidet sich von demjenigen des Beispiels 1 darin, daß er sozusagen eine diskontinuierliche diffusionsverhindernde Schicht 77 aufweist.
Der tatsächlich hergestellte supraleitende Draht des Beispiels 17 zeigte ein RRR von 170 und eine kritische Stromdichte (Jc) von 250 A/mm² bei 15 Tesla. Diese Werte ähneln denjenigen des supraleitenden Drahts von Beispiel 1. Es hat sich gezeigt, daß das Stabilisierteil 75 wegen der diskontinuierlichen diffusionsverhindernden Schicht 77 nicht verunreinigt wurde.
Da die diffusionsverhindernde Schicht 77 diskontinuierlich war, wurde die Wärmeleitung zwischen der Cu-Sn-Matrix 71 mit den Nb&sub3;Sn-Abschirmungen 72b und dem Stabilisierteil 75 verbessert. Dadurch wurde ihrerseits die Stabilität des supraleitenden Drahts weiter verbessert.
Die diskontinuierliche diffusionsverhindernde Schicht 77 läßt sich auf folgende Weise herstellen: Zunächst wurde die Innenwandfläche eines Cu-Rohrs als Material zur Bildung des Stabilisierteils oder die Außenfläche eines Nb-Rohrs zur Bildung der diffusionsverhindernden Schicht. 74 bearbeitet und uneben bzw. wellig gemacht. Danach wird das Nb-Rohr in das Cu-Rohr eingefügt, wobei sich zwischen diesen Rohren eine wellige Grenzfläche bildet. Danach wird auf der Außenfläche des Cu-Rohrs entsprechend Beispiel 1 eine dünne Cu-Oxidschicht ausgebildet. Weiterhin wird das Verbundteil im Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre bei einer zur Bildung einer Nb&sub3;Sn-Schicht erforderlichen Temperatur wärmebehandelt. Hierbei bildet sich ein Metalloxid zwischen lediglich den hervorragenden Bereichen der diffusionsverhindernden Schicht 74 und den Ausnehmungen in der Innenwandfläche des Rohrs 75 unter Ausbildung einer diskontinuierlichen diffusionsverhindernden Oxidschicht 77.

Beispiel 18

Verbundteile entsprechend demjenigen von Beispiel 2, die noch nicht wärmebehandelt worden waren, werden zu Verbundteilen mit regelmäßig hexagonalem Querschnitt verarbeitet. Diese Verbundteile wurden in ein Cu-Rohr als Material zur Bildung eines Stabilisierteils eingefügt, wobei eine Einheit erhalten wurde. Von diesen Verbundteilen waren diejenigen, die nahe der Innenwandfläche des Cu-Rohrs angeordnet waren, derart bearbeitet, daß jede eine zur Innenwandfläche des Cu-Rohrs hin offene axiale Einkerbung aufwies. Die Tiefe der Einkerbung von der Oberfläche des Cu-Rohrs aus gesehen war derart, daß sie durch Flächenreduktion auf 25 bis 30 um vermindert wurde.
Danach wurde die aus dem Cu-Rohr und den Verbundteilen bestehende Einheit entsprechend Beispiel 7 einer Flächenreduktion unterworfen, wobei ein Drahtmaterial zur Bildung eines mehrfädigen Nb&sub3;Sn-Drahts mit 84 Adern erhalten wurde. Dieses Drahtmaterial wurde unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7 wärmebehandelt, um eine dünne Cu-Oxidschicht auszubilden. Weiterhin wurde das Drahtmaterial unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 7 in einer Atmosphäre niedrigen Drucks wärmebehandelt, wobei eine Nb&sub3;Sn-Schicht entstand. Letztendlich erhielt man einen mehrfädigen supraleitenden Nb&sub3;Sn-Draht mit 84 Adern.
Dieser supraleitende Draht wurde unter einem Mikroskop untersucht. Wie aus Fig. 19 hervorgeht, hatten sich lediglich zwischen den hervorragenden Bereichen des Nb-Rohrs 82, d.h. dem äußersten Rohr einer Nb&sub3;Sn-Schicht 81, und dem Stabilisierteil 83 Schichten 84 aus Oxiden von Nb, Ti und Sn gebildet. Diese Metalloxidschichten 84 bildeten ein diskontinuierliches zweites diffusionsverhinderndes Rohr 77.
Der supraleitende Draht des Beispiels 18 zeigte ein RRR von 210 und eine kritische Stromdichte (Jc) von 330 A/mm² bei 15 Tesla. Diese Werte ähneln denjenigen des supraleitenden Drahts von Beispiel 7. Es bestätigte sich, daß das Stabilisierteil 83 nicht verunreinigt war.

Beispiel 19

Unter den Bedingungen des Beispiels 12 wurde ein mehrfädiger supraleitender Nb&sub3;Sn-Draht hergestellt, wobei jedoch als Material zur Ausbildung eines Stabilisiermaterials ein Cu-Rohr mit 1,1 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; und welliger Innenfläche verwendet wurde.
Auch dieser supraleitende Draht besaß eine diskontinuierliche diffusionsverhindernde Schicht aus Lagen von Oxiden von Nb, Ti und Sn. Der Draht besaß ein RRR von 170, eine kritische Stromdichte (Jc) von 530 A/mm² bei 15 Tesla und eine Zugfestigkeit von 47 kg/mm². Diese Werte ähneln denjenigen des supraleitenden Drahts von Beispiel 7. Es wurde bestätigt, daß wegen der diskontinuierlichen diffusionsverhindernden Schicht das Stabilisierteil nicht verunreinigt war und daß auch seine mechanische Festigkeit nicht vermindert war.

Beispiel 20

In eine Hülle aus sauerstoffreiem hochreinem Cu wurde zur Bildung eines Verbunddrahts ein Sn-Draht eingefügt. Der Verbunddraht wurde zu einem Draht eines Durchmessers von 9,9 mm gezogen. Danach wurde der Verbunddraht zur Bildung eines Stabs in ein Nb-Rohr eingefügt. Der Stab seinerseits wurde in ein Rohr aus korn-dispersionsverfestigtem Cu mit 1,1 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; eines Außendurchmessers von 20,6 mm und eines Innendurchmessers von 16,1 mm eingefügt, wobei ein größerer Stab erhalten wurde. Dieser größere Stab wurde in ein Rohr aus sauerstoffreiem, hochreinem (99,99%) Cu eines Außendurchmessers von 24,7 mm und eines Innendurchmessers von 20,8 mm eingefügt, um einen noch größeren Stab zu erhalten. Letzterer Stab wurde gezogen, wobei ein Verbundteil eines Durchmessers von 1 mm erhalten wurde. Das Rohr aus korn-dispersionsverfestigtem Cu war durch reduzierendes Sintern eines Gemischs aus Kupferoxidpulver und 1,1 Gew.-% Aluminiumoxidpulver in Wasserstoffatmosphäre hergestellt worden.
Das Verbundteil wurde 48 h lang an der Atmosphäre bei 300ºC wärmebehandelt, wobei auf der Oberfläche des Verbundteils eine Cu-Oxidschicht entstand. Weiterhin wurde das Verbundteil in einem Hochvakuum von 400 x 10&supmin;&sup6; Pa (3 x 10&supmin;&sup6; Torr) 48 h lang bei 700ºC wärmebehandelt. Während dieser Wärmebehandlung reagierte das Nb des Nb-Rohrs mit dem aus dem Sn-Draht ausdiffundierenden Sn unter Bildung einer Nb&sub3;Sn- Schicht. Ferner reagierten während der Wärmebehandlung die aus dem Rohr aus der Cu-Legierung in das hochreine Cu-Rohr diffundierenden Verunreinigungen mit dem in das hochreine Cu-Rohr eindiffundierenden Sauerstoff unter Bildung einer diffusionsverhindernden Schicht aus Oxiden von Metallen, wie Al und Nb, zwischen dem Rohr aus der korn-dispersionsverfestigten Cu-Legierung und dem Rohr aus sauerstoffreiem hochreinem Cu. Dies führte zur Bildung eines in Fig. 20 dargestellten supraleitenden Drahts. Wie aus Fig. 20 hervorgeht, bestand dieser supraleitende Draht aus einem Cu-Sn- Kern 91, einer den Kern 91 umgebenden Nb&sub3;Sn-Schicht 95, ein die Schicht 95 umgebenden Nb-Schicht 92, einer die Nb- Schicht 92 umgebenden Schicht 93 aus korn-dispersionsverfestigtem Cu, einer die Schicht 93 umgebenden diffusionsverhindernden Schicht 96 und einer die Schicht 96 umhüllenden Schicht 94 aus hochreinem Cu.
Die Schicht 94 aus hochreinem Cu wirkte als Stabilisierteil, die Schicht 93 aus korn-dispersionsverfestigtem Cu diente als Spannungsteil. Weiterhin verhinderte die die Schicht 93 umgebende und (ihrerseits) vom Rohr 94 eingehüllte diffusionsverhindernde Schicht 96 eine Verunreinigung des Rohrs 94 aus sauerstof freiem hochreinem Cu, wodurch der Draht seine hohe elektrische Leitfähigkeit behielt.
Der hierbei erhaltene supraleitende Draht zeigte ein RRR von 380, einen spezifischen Widerstand von 1 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur und eine Zugfestigkeit von 47 kg/mm². Der supraleitende Draht des Beispiels 20 besaß eine akzeptable Leitfähigkeit und ferner eine ausreichende mechanische Festigkeit.

Beispiel 21

Unter den in Beispiel 20 beschriebenen Bedingungen mit Ausnahme der Verwendung eines Rohrs aus einer durch Bildung einer festen Lösung verfestigten Cu-Legierung mit 30 Gew.-% Ni anstelle eines Rohrs aus einer korn-dispersionsverfestigten Cu-Legierung wurde ein supraleitender Draht hergestellt. Dieser supraleitende Draht besaß ein RRR von 90, einen spezifischen Widerstand von 6 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas über der kritischen Temperatur und eine Zugfestigkeit von 47 kg/mm². Der supraleitende Draht des Beispiels 21 besaß eine akzeptable Leitfähigkeit und ferner eine ausreichende mechanische Festigkeit.

Beispiel 22

Fig. 21 zeigt im Querschnitt einen mehrfädigen supraleitenden Draht mit Kernen, von denen jeder dem in Beispiel 20 verwendeten Verbundteil entspricht, jedoch mit der Ausnahme, daß er keine Rohre aus hochreinem Cu aufwies. Aus Fig.21 geht hervor, daß dieser Draht ein stabförmiges Verbundteil 100, eine das Verbundteil 100 umhüllende diffusionsverhindernde Schicht 106 aus einem Oxid von Al oder Ti und ein die Schicht 106 umgebendes Stabilisierteil 107 aus hochreinem Cu umfaßt. Das Kernteil 100 besteht aus einer Matrix 101 aus einer korn-dispersionsverfestigten Cu-Legierung mit 1,1 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; und einer Mehrzahl von in die Matrix 101 aus der Cu-Legierung eingebetteten und verteilten Drähten 105. Jeder Draht 105 besteht aus einem Cu-Sn-Kern 103, einer den Kern 103 umgebenden Nb&sub3;Sn-Schicht 104 und einer das Nb&sub3;Sn- Rohr umhüllenden Nb-Schicht 102.
Der in Fig. 21 dargestellte mehrfädige supraleitende Draht wird auf folgende Weise hergestellt: Zunächst wird ein Stab entsprechend dem in Beispiel 20 verwendeten Verbundteil jedoch ohne hochreines Cu-Rohr hergestellt. Jeder Stab bestand folglich aus einem Cu-Sn-Draht, einem den Cu-Sn-Draht umgebenden Nb-Rohr und einem das Nb-Rohr 102 einhüllenden Rohr aus korn-dispersionsverfestigtem Cu mit 1,1 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;. Durch Durchführung einer Flächenreduktion des Stabes wurde dessen Durchmesser auf 1 mm reduziert. Weiterhin wird in ein Rohr aus sauerstoffreiem, hochreinem Cu (99,99%) eines Außendurchmessers von 24,7 mm und eines Innendurchmessers von 20,8 mm ein Rohr aus einer korn-disperionsverfestigten Cu-Legierung mit 1,1 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; eines Außendurchmessers von 20,6 mm und eines Innendurchmessers von 16,1 mm eingefügt, wobei ein Doppelrohr erhalten wurde. In dieses Doppelrohr wurden mehrere Stäbe eingefügt. Die hierbei erhaltene Einheit wurde einer Flächenreduktion unterworfen, wobei ein Verbundteil eines Durchmessers von 1 mm erhalten wurde. Das Verbundteil wurde 48 h lang an der Atmosphäre bei 300ºC wärmebehandelt, wobei auf der Oberfläche des Rohrs aus sauerstof freiem, hochreinem Cu eine dünne Cu-Oxidschicht gebildet wurde.
Danach wird das Verbundteil 50 h lang bei 700ºC in einem Vakuum von 400 x 10&supmin;&sup6; Pa (3 x 10&supmin;&sup6; Torr) wärmebehandelt. Während dieser Wärmebehandlung bilden sich die Nb-Rohre einhüllende Nb&sub3;Sn-Schichten und eine die Matrix aus der Cu- Legierung umgebende und (ihrerseits) von dem Stabilisierrohr aus hochreinem Cu umhüllte diffusionsverhindernde Schicht 106 aus einem Oxid von Al oder Nb.
Die Kupferlegierungsmatrix 101 aus einer korn-disperionsverfestigten Cu-Legierung wirkt als Spannungsteil. Die diffusionsverhindernde Schicht 106 aus einem Oxid von Al oder Nb verhindert eine Verunreinigung des Stabilisierteils 107 aus sauerstoffreiem, hochreinem Cu.
Gemäß Beispiel 22 wurde ein mehrfädiger supraleitender Draht eines RRR von 130, eines spezifischen Widerstands p von 2 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur und einer Zugfestigkeit von 47 kg/mm² erhalten. Der supraleitende Draht des Beispiels 22 besaß eine akzeptable Leitfähigkeit und ferner eine ausreichende mechanische Festigkeit.

Beispiel 23

Ein Doppelrohr aus einem Rohr in Form eines Rohrs aus einer korn-dispersionsverfestigten Cu-Legierung und einem Rohr aus sauerstoffreiem, hochreinem Cu, die beide denjenigen des Beispiels 20 entsprachen, wurde anstelle des-in Beispiel 1 verwendeten Cu-Rohrs verwendet, wobei ein Verbundteil erhalten wurde. Unter den in Beispiel 20 geschilderten Bedingungen wurden eine Wärmebehandlung zur Bildung einer dünnen Cu- Oxidschicht und eine Wärmebehandlung zur Bildung einer Nb&sub3;Sn-Schicht durchgeführt.
Dieser supraleitende Draht besaß eine die Schicht aus der korn-dispersionsverfestigten Cu-Legierung umgebende und (ihrerseits) durch die Schicht aus dem sauerstoffreien, hochreinen Cu umhüllte diffusionsverhindernde Schicht aus Al- oder Nb-Oxid. Das Stabilisierteil zeigte eine hohe elektrische Leitfähigkeit von sauerstoffreiem, hochreinem Cu.
Der mehrfädige supraleitende Draht zeigte ein RRR von 180, einen spezifischen Widerstand von 1 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur und eine Zugfestigkeit von 47 kg/mm².

Beispiel 24

Unter den in Beispiel 22 angegebenen Bedingungen wurde ein mehrfädiger supraleitender Draht hergestellt, wobei jedoch zur Bildung eines Stabilisierrohrs ein solches mit welliger Innenfläche verwendet wurde. Dieser Draht besaß eine wellige Grenzfläche zwischen der Matrix aus der korn-dispersionsverfestigten Cu-Legierung und dem Stabilisierteil aus dem sauerstoffreien, hochreinen Cu. Folglich besaß der Draht auch ein diskontinuierliches diffusionsverhinderndes Rohr, das aus Al- oder Nb-Oxid entsprechend Beispiel 17 gebildet wurde. Das Stabilisierteil zeigte nicht nur eine hohe elektrische Leitfähigkeit, sondern auch eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit. Der mehrfädige supraleitende Draht von Beispiel 24 besaß ein RRR von 130, einen spezifischen Widerstand von 2 x 10&supmin;&sup8; [Ω cm] bei einer Temperatur etwas oberhalb der kritischen Temperatur und eine Zugfestigkeit von 47 kg/mm².

Beispiel 25

Ein Nb-Rohr mit 1 Gew.-% Ti wurde in ein Cu-Rohr mit 0,08 Gew.-% Sauerstoff eines Außendurchmessers von 50 mm und eines Innendurchmessers von 40 mm eingefügt, wobei ein Doppelrohr erhalten wurde. In das Doppelrohr wurde ein Draht eines Durchmessers von 20 mm aus einem Sn-Kern und einer den Sn-Kern umgebenden Hülle aus Cu eingefügt. Die hierbei erhaltene Einheit wurde zur Bildung eines Kerns, gezogen. Es wurden auch noch andere identische Kerne hergestellt. Die Kerne wurden derart bearbeitet, daß sie den Querschnitt eines regelmäßigen Sechsecks erhielten. Dann wurden die Kerne in ein Cu-Rohr als Material zur Bildung eines Stabilisierteils mit 0,06 Gew.-% Sauerstoff eingefügt. Die hierbei erhaltene Einheit wurde einer Flächenreduktion unterworfen, wobei ein Verbundteil erhalten wurde. Ein Verfahren zum Eindiffundieren von Sauerstoff in Kupfer (d.h. in den Werkstoff des Stabilisierteils) ist bekannt. Hierbei wird pulverförmiges Kupferoxid in erschmolzenes Kupfer eingetragen. Es ist auch noch ein weiteres Verfahren bekannt. Dieses wird unter Bezugnahme auf Fig. 22 erläutert. Wie aus Fig. 22 hervorgeht, wird ein mehrfädiger supraleitender Nb&sub3;Sn-Draht 202 von einer Trommel 201 einem Ofen 203 zugeführt. Im Ofen 203 wird der Draht 202 an der Atmosphäre bei 100 bis 400ºC 10 min bis 48 h wärmebehandelt, so daß auf dem Draht 202 eine Kupferoxidschicht gebildet wird. Danach wird der Draht 202 in einem Ofen 204 1 min bis 90 min in einer Ar-Atmosphäre oder in einem Vakuum von 10&supmin;&sup4; bis 10&supmin;&sup6; Torr bei 500 bis 700ºC wärmebehandelt, um den Sauerstoff des Kupferoxids in die Cu-Matrix des Drahts 202 eindiffundieren zu lassen. Danach wird der Draht 202 auf eine Wickeltrommel 205 aufgewickelt. Es ist auch noch ein anderes Verfahren bekannt, bei dem - wie aus Fig. 23 hervorgeht - ein um eine Trommel 212 aufgewickelter supraleitender Draht 211 50 bis 100 h lang in einem Vakuum von 133 x 10&supmin;³ bis 13,3 Pa (10&supmin;³ bis 10&supmin;¹ Torr) bei 500 bis 700ºC wärmebehandelt wird, um den Sauerstoff in die Cu-Matrix des Drahts 211 eindiffundieren zu lassen.
Das Verbundteil wurde 70 h in einem Vakuum von 400 x 10&supmin;&sup8; Pa (3 x 10&supmin;&sup8; Torr) bei 700ºC wärmebehandelt.
Während der Wärmebehandlung zur Bildung einer Nb&sub3;Sn-Schicht reagiert das Nb des Nb-Rohrs mit dem durch die Cu-Hüllen hindurchdiffundierenden Sn unter Bildung einer Nb&sub3;Sn- Schicht. Ferner reagierten Nb, Ti und das Sn des Sn-Rohrs mit dem durch das Cu-Rohr hindurchdiffundierenden Sauerstoff unter Bildung einer die Nb-Schicht einhüllenden und (ihrerseits) von dem Stabilisierrohr umgebenen diffusionsverhindernden Schicht aus Oxiden von Nb, Sn und Ti. Diese diffusionsverhindernde Schicht verhinderte eine Verunreinigung des Stabilisierteils.
Infolge des hierbei gebildeten NbO und SnO kann Sn nicht mehr in die Cu-Matrix diffundieren. Das Sn, das keinen Weg nach außen mehr hat, reagiert mit dem restlichen Nb auf der Außenfläche der Nb&sub3;Sn-Schicht unter Verdickung der Nb&sub3;Sn- Schicht. Folglich besaß der erhaltene supraleitende Verbunddraht eine hohe kritische Stromdichte [Jc].
Da die das Nb&sub3;Sn-Rohr umgebenden Oxide von Nb, Sn und Ti einen hohen elektrischen Widerstand aufwiesen, besaßen die Barriere zwischen dem Nb&sub3;Sn-Rohr und der Cu-Matrix und auch die Barriere zwischen der Nb&sub3;Sn-Schicht und dem Stabilisierteil einen hohen elektrischen Widerstand. Infolge dieser einen hohen Widerstand aufweisenden Barrieren war der Bindungsstrom unter Minimierung des Wechselstromverlusts vermindert. (Unter "Bindungsstrom" ist ein Strom zu verstehen, der durch die durch ein sich änderndes Magnetfeld elektrisch angeschlossenen supraleitenden Verbundfäden fließt, wenn der supraleitende Draht in einem pulsierenden Magneten, auf den das sich ändernde Magnetfeld einwirken gelassen wird, verwendet wird.)

Beispiel 26

Ein Nb&sub3;Sn-Leiter in Form eines in eine Leitung eingebauten Kabels, der in einem Kernschmelzofen als Starkstromsupraleiter verwendet werden kann, wurde wie folgt hergestellt: Zunächst wurde ein Rohr aus Nb mit 1 Gew.-% in ein Cu-Rohr eines Außendurchmessers von 50 mm und eines Innendurchmessers von 40 mm eingefügt. Danach wurde ein Verbunddraht eines Durchmessers von 20 mm aus einem Sn-Kern und einer den Sn-Kern bedeckenden Cu-Hülle, bei dem der Sn-Kern 30 Gew.-% ausmachte, gezogen, wobei ein Kern eines gegebenen Durchmessers erhalten wurde. Der Kern wurde zu einem solchen eines regelmäßigen sechseckigen Querschnitts verarbeitet. Es wurden auch noch andere identische Kerne hergestellt. Die derart bearbeiteten Kerne wurden in ein rohrartiges Material zur Bildung eines Stabilisierteils aus Cu mit 0,3 Gew.-% Sauerstoff eingefügt. Bei der Flächenreduktion der hierbei erhaltenen Einheit wurde ein Verbundteil erhalten. Das Verbundteil wurde mit gegebenem Drall verdrillt, wobei ein Stab zur Bildung von Nb&sub3;Sn-Supraleitersträngen erhalten wurde. Es wurden auch noch andere identische Stäbe hergestellt.
Die Stäbe wurden an der Atmosphäre 48 h lang bei 300ºC wärmebehandelt, wobei auf der Oberfläche des Cu-Rohrs jeden Stabes eine dünne Cu-Oxidschicht gebildet wurde. Danach wurden die Stäbe in einem Vakuum von 400 x 10&supmin;&sup6; Pa (3 x 10&supmin;&sup6; Torr) 1 h lang bei 580ºC wärmebehandelt, um den Sauerstoff aus der dünnen Cu-Oxidschicht in das Cu-Rohr jeden Stabes eindiffundieren zu lassen.
Danach wurde auf der Oberfläche jeden Stabes eine Chromschicht gebildet. Anschließend wurden die Stäbe in einem Vakuum von 400 x 10&supmin;&sup6; Pa (3 x 10&supmin;&sup6; Torr) 20 h lang bei 725ºC wärmebehandelt. Während dieser Wärmebehandlung bildete sich bei jedem Stab eine Nb&sub3;Sn-Schicht. Der durch das Cu-Rohr jeden Stabes hindurchdiffundierende Sauerstoff reagiert mit aus der Nb&sub3;Sn-Schicht ausdiffundierendem Ti, Nb und Sn unter Bildung einer Oxidschicht zur Verhinderung einer Diffusion von Verunreinigungen in das Cu-Rohr als Stabilisierteil. Hierbei wurden supraleitende Nb&sub3;Sn-Stränge erhalten.
Mehrere hundert Nb&sub3;Sn-Stränge, von denen jeder eine diffusionsverhindernde Oxidschicht zur Verhinderung einer Diffusion von Verunreinigungen in das Stabilisierteil aufwies, wurden im Bündel in ein Rohr aus nichtrostendem Stahl eingefügt. Hierbei wurde ein Nb&sub3;Sn-Supraleiter in Form eines in eine Leitung eingebauten Kabels erhalten. Da nach der Wärmebehandlung und Sauerstoffdiffusion auf jedem Nb&sub3;Sn-Strang eine Chromschicht ausgebildet wurde, wurde das Stabilisierteil jedes Stranges während des Verfahrens zur Herstellung einer Nb&sub3;Sn-Schicht nicht verunreinigt. Dank der Chromschicht besaß jeder Nb&sub3;Sn-Strang einen isolierenden Überzug. Folglich war der Bindungsstrom des Kabels bei ausreichender Verminderung des Wechselstromverlusts des Kabels gering.

Claims

1. Supraleitender Verbunddraht, umfassend

ein supraleitendes Teil (11) mit einer Supraleiterverbindung;

ein Stabilisierteil (13) aus hauptsächlich Kupfer und

eine zwischen dem supraleitenden Teil (11) und dem Stabilisierteil befindliche, diffusionsverhindernde Schicht (12), die eine Diffusion von Elementen in der Supraleiterverbindung in das Stabilisierteil (13) verhindern soll, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusionsverhindernde Schicht (12) ein Metalloxid enthält.

2. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierteil (13) aus hochreinem Kupfer besteht.

3. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierteil (13) aus einer verfestigten Kupferlegierung besteht.

4. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierteil (13) aus einer dispersionsverfestigten Cu-Legierung besteht.

5. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierteil (13) 0,1 bis 1 Gew.-% mindestens einer Komponente, ausgewählt aus der Gruppe Al, Al&sub2;O&sub3; und Sn, enthält.

6. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierteil (13) aus einer mischkristallverfestigten Cu-Legierung besteht.

7. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierteil (13) mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe Ti, Zr, Mg, Cr, Nb und Ni, enthält.

8. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusionsverhindernde Schicht (12) die in der Supraleiterverbindung enthaltenen Elemente enthält.

9. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusionsverhindernde Schicht (12) diskontinuierlich ist.

10. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich eine zwischen dem supraleitenden Teil (11) und der diffusionsverhindernden Schicht (12) liegende, zweite diffusionsverhindernde Schicht (14) aus einem Metall enthält.

11. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das supraleitende Teil (11) einen Kern (11a) und eine Schicht aus einer Supraleiterverbindung (11b) aufweist.

12. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusionsverhindernde Schicht (13) eine Mehrzahl von Schichten umfaßt, von denen mindestens die äußerste aus einer Metalloxidschicht besteht.

13. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierteil (13) aus einer verfestigten Kupferlegierung besteht.

14. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierteil (13) 0,1 bis 1 Gew.-% mindestens einer Komponente aus der Gruppe Al, Al&sub2;O&sub3; und Sn enthält.

15. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierteil (13) aus einer mischkristallverfestigten Cu-Legierung besteht.

16. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierteil (13) mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe Ti, Zr, Mg, Cr, Nb und Ni, enthält.

17. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusionsverhindernde Schicht (12) die in der Supraleiterverbindung enthaltenen Elemente enthält.

18. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht der diffusionsverhindernden Schicht (12) diskontinuierlich ist.

19. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das supraleitende Teil (11) einen Kern (11a) und eine Schicht (11b) aus einer Supraleiterverbindung aufweist.

20. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen der diffusionsverhindernden Schicht und dem supraleitenden Teil (11) befindliche Schicht (16) aus einer verfestigten Kupferlegierung.

21. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (16) aus der verfestigten Kupferlegierung aus einer mischkristallverfestigten Kupferlegierung mit einem Element, dessen Oxid stabiler ist als ein Kupferoxid, besteht.

22. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (16) aus der verfestigten Kupferlegierung aus einer dispersionsverfestigten Kupferlegierung besteht.

23. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusionsverhindernde Schicht (12) die in der Supraleiterverbindung enthaltenen Elemente enthält.

24. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusionsverhindernde Schicht (12) diskontinuierlich ist.

25. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das supraleitende Teil (11) einen Kern (11a) und eine Supraleiterschicht (11b) aufweist.

26. Supraleitender Verbunddraht nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich eine zwischen der Schicht (16) aus der verfestigten Kupferlegierung und dem supraleitenden Teil (11) befindliche zweite diffusionsverhindernde Schicht (14) aus einem Metall enthält.

27. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Verbunddrahtes mit einem eine Supraleiterverbindung enthaltenden supraleitenden Teil (11) und einem auf dem supraleitenden Teil (11) vorgesehenen Stabilisierteil (13) durch

Herstellen eines Verbundteils mit einem einen Supraleiter bildenden Teil (120) mit einer Supraleiterverbindung oder einem Material, das bei der Wärmebehandlung zu einer Supraleiterverbindung wird, und einem Werkstoff (114) zur Bildung des Stabilisierteils (13) durch Wärmebehandlung, der hauptsächlich aus Kupfer besteht und zusammen mit dem einen Supraleiter bildenden Teil (120) einen Stapel bildet, gekennzeichnet durch

Ausbilden einer Kupferoxidschicht auf der Oberfläche des Werkstoffs und

Wärmebehandeln des Verbundteils in einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder in einer Atmosphäre eines Sauerstoffpartialdrucks, der zu niedrig ist, um die Bildung von Kupferoxid zu erlauben.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche zwischen dem einen Supraleiter bildenden Teil (120) und dem Werkstoff (114) wellig ist.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Supraleiter bildenden Teil (120) und dem Werkstoff (114) eine diffusionsverhindernde Schicht (113) aus einem Metall ausgebildet wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche zwischen der diffusionsverhindernden Schicht (113) und dem Werkstoff (114) wellig ist.

31. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferoxidschicht durch Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre gebildet wird.

32. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundteil (120) eine auf der Außenfläche des Werkstoffs (114) ausgebildete Schutzschicht aufweist.

33. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff (114) aus einer Kupferlegierung mit 0,1 bis 2 Gew.-% mindestens eines Elements, ausgewählt aus der Gruppe AI, Ti, Zr, Mg, Cr, Nb und Ni, besteht.

34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche zwischen dem einen Supraleiter bildenden Teil (120) und dem Werkstoff (114) wellig ist.

35. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Supraleiter bildenden Teil und dem Werkstoff (114) eine diffusionsverhindernde Schicht (113) aus Metall ausgebildet wird.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche zwischen der diffusionsverhindernden Schicht (113) und dem Werkstoff (114) wellig ist.

37. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferoxidschicht durch Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre gebildet wird.

38. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundteil eine auf der Außenfläche des Werkstoffs gebildete Schutzschicht aufweist.

39. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundteil eine Vorwärmebehandlung erfährt, um 0,1 bis 2 Gew.-% der in dem einen Supraleiter bildenden Teil enthaltenen Elemente in den Werkstoff (114) diffundieren zu lassen.

40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche zwischen dem einen Supraleiter bildenden Teil (120) und dem Werkstoff (114) wellig ist.

41. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Supraleiter bildenden Teil (120) und dem Werkstoff (114) eine diffusionsverhindernde Schicht (113) aus einem Metall ausgebildet wird.

42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche zwischen der diffusionsverhindernden Schicht (113) und dem Werkstoff (114) wellig ist.

43. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferoxidschicht durch Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre gebildet wird.

44. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundteil eine auf der Außenfläche des Werkstoffs (114) ausgebildete Schutzschicht, aufweist.

45. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff eine erste Schicht aus hochreinem Kupfer und eine auf der ersten Schicht ausgebildete zweite Schicht aus einer schichtförmigen verfestigten Kupferlegierung aufweist.

46. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die verfestigte Kupferlegierung durch ein oder mehrere Element (e), dessen (deren) Oxid stabiler ist als Kupferoxid, oder eine Verbindung des Elements verfestigt ist.

47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche zwischen dem einen Supraleiter bildenden Teil (120) und dem Werkstoff (114) wellig ist.

48. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Supraleiter bildenden Teil (120) und dem Werkstoff (114) eine diffusionsverhindernde Schicht (113) aus einem Metall ausgebildet wird.