DE1287666B

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Publication number: DE1287666B
Application number: DENDAT1287666D
Authority: DE
Priority date: 1964-11-20
Publication date: 1969-01-23
Also published as: JPS4917077B1; US3616530A; GB1124621A

Description

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Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Verbund- prozessen jedoch, wie z. B. dem Drahtziehen, besitzt

material, das die den üblichen supraleitenden Ma- die resultierende MikroStruktur keine regelmäßige

terialien anhaftenden Nachteile, insbesondere bezug- Anordnung und ändert sich in einem beträchtlichen

lieh der Instabilität des supraleitenden Zustandes bei Größenordnungsbereich von Stelle zu Stelle in dem hohen Magnetfeldstärken, nicht aufweist. 5 Material. Dies ist offensichtlich keine optimale

Bekanntlich verlieren die meisten supraleitenden Situation.

Materialien bei hohen Magnetfeldstärken ihren Wenn ein Strom durch kalt verformte Supraleiter supraleitenden Zustand und sind daher z. B. für den vom Typ II geleitet wird, wirken der Lorentzkraft die Aufbau von Generatorwicklungen, die bei der Tem- von den Fixierungszentren (pinning-centres) ausperatur des flüssigen Heliums im supraleitenden Zu- io geübten rücktreibenden Kräfte entgegen. In dem stand betrieben werden sollen, nicht geeignet. Es sind Maße, wie die Lorentzkraft zunimmt, wird jedoch die jedoch mindestens drei supraleitende Materialien effektive Schwellenhöhe der Fixierungszentren erbekannt, die in der Lage sind, verlustlose Gleich- niedrigt, und die Wahrscheinlichkeit einer thermisch ströme mit Stromdichten im Bereich von 10* bis aktivierten Bewegung des Flusses aus dem Fixierungs-10⁵A/cm² bei Feldern von 50 Kilogauß oder mehr 15 Zentrum heraus nimmt zu. Die obere Stromgrenze zu befördern. Zwei von diesen Stoffen sind stark kalt wird bestimmt durch den Aufheizungseffekt dieser verformte Legierungen, nämlich Niob-Zirkonium thermisch aktivierten Flußbewegung quer zur Strom-(Nb-Zr) und ein geschütztes Material, das als HI. 120 richtung zusammen mit dem thermischen Diffusionsbekannt ist und von der Westinghouse Electrical vermögen (diffusivity) des Materials, das im all-Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania, USA, her- 20 gemeinen sehr klein ist. Wenn der Draht zu Spulen gestellt wird. Der dritte Stoff ist eine intermetallische gewickelt wird, und bei Niob-Zinn auch bei kurzen Verbindung, nämlich Niob-Zinn. Es war ein Ziel der Proben, wird diese obere Stromgrenze nicht erreicht Erforschung dieser Stoffe, eine möglichst hohe (»Degradationseffekt«), auf Grund der Instabilitäten Suprastromdichte bei möglichst hohen Feldstärken bei der Bewegung des Flusses (Flußsprünge), welche zu erhalten. 25 zu einer kurzzeitigen, sehr starken örtlichen Dämp-

Den physikalischen Leitungsmechanismus dieser fung bzw. Zerstreuung und zu einer örtlichen Rück-

Materiaßen stellt man sich folgendermaßen vor. Im kehr in den nicht supraleitenden Zustand (Löschung,

vollständig homogenen, spannungsfreien Zustand engl. quenching) führt. Es wurde durch Versuche

sind die Supraleiter vom Typ II, d. h., die Kohärenz- gefunden, daß eine Beschichtung des Drahtes mit länge der Elektronen ist kiemer als die Eindringtiefe 30 Kupfer oder Silber, um während der Flußsprünge

eines angelegten Magnetfeldes (vgl. E. A. Lynton, einen Hilfsstromweg mit niedrigem Widerstand zu

»Superconductivity«, 1962). In Supraleitern vom bieten, die Brauchbarkeit des Drahtes in einer Spule

Typ II kann bei mäßigen Feldstärken der magnetische etwas verbessert.

Fluß in Form von gequantelten Wirbeln eindringen Ein weiteres Merkmal zur Zeit erhältlicher Ma-

[vgl. die Artikel von A. A. Abrikosov in Soviet 35 terialien ist das, daß bei aus solchem Material ge-

Physics JRTP, 5.1174 (1957), und in Journal of the bildeten Spulen die kritische Stromstärke und damit

Physics and Chemistry of Solids, 2, 199 (1957)]. die maximale Feldstärke verbessert werden können,

Hierdurch wird die freie Energie verringert, und indem man zu wiederholten Malen den durch die der supraleitende Zustand kann auch bei sehr hohen Spule fließenden Strom so lange erhöht, bis die Stärken des angelegten Feldes bestehenbleiben, und 40 Löschung (quenching) eintritt. Dieses Verfahren wird zwar bis zur »oberen kritischen Feldstärke« [vgl. als Training bezeichnet. Der Degradationseffekt wird E. A. Lynton, »Superconductivity« (1962)]. Im dadurch in der Regel nicht völlig beseitigt,
idealen Zustand sind diese Stoffe nicht in der Lage, Es gibt zunehmende Anzeichen dafür [vgl. Applied eingeprägte Ströme von brauchbarer Stromstärke zu Physics Letters, 4,12 (1964)], daß mit Degradation befördern [vgl. R. A. K amp er, Physics Letters, 5,9 45 und Training ein starker Diamagnetismus verbunden (1963), und J. W. Heaton und A. C. Rose-Innes, ist. Die Ursache hierfür ist wahrscheinlich die, daß Physics Letters, 9,112 (1964)]. Um brauchbare die bei einer gegebenen Feldänderung frei werdende Suprastromdichten zu erreichen, ist es erforderlich, Wärme um so größer ist, je größer der Diamagnetisin das Material Inhomogenitäten der Zusammen- mus ist. Zu einem ähnlichen Schluß führt die Besetzung oder der Spannung einzuführen, die dann als 50 trachtung der Wechselstromverluste in harten Supra-Fixierungszentrum (»Pinning centres«) wirken, wel- leitern. Nun ist es bekannt, daß die von einem wechche den Fluß und damit den Strom gegen die ver- selnden Feld erzeugte Wärme ganz allgemein verrinschiebende Wirkung der Lorentz-Kraft JXH stabili- gert werden kann, wenn man den Supraleiter in der sieren [vgl. P. W. Anderson, Physics Letters, 9,309 das Feld kreuzenden Richtung genügend klein macht. (1962), und Kim et al, Physical Review, 131, 636 55 Die erfindungsgemäß zur Überwindung des Pro-(1963)]. Es ist daher eine starke Kaltverformung er- blems der Degradation zu lösende Aufgabe besteht forderlich, um befriedigende Stromdichten in Nb-Zr , somit darin, das supraleitende Material möglichst und HI. 120 hervorzurufen. Zur Zeit werden Nb-Zr dünn auszubilden, was wegen der großen Sprödigkeit und HI. 120 in Drahtform hergestellt, und es ist dieser Materialien außerordentliche Schwierigkeiten erforderlich, den Draht bis herab zu einem Durch- 60 bereitet, und außerdem für eine gute Wärmeableitung messer von 0,25 mm zu ziehen, um eine ausreichende von der Oberfläche des supraleitenden Materials zu Kaltverformung zu erzeugen. Die Gesamtausbeute sorgen.

des Herstellungsverfahrens ist klein, sie liegt in der Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß

Größenordnung von 20 %. Das beste Resultat dürfte ein supraleitendes Verbundmaterial vorgeschlagen,

erzielt werden, wenn der Abstand der Inhomogeni- 65 bei dem in einem elektrisch normal leitenden Ma-

täten etwa dem der Abrikosovschen Flußwirbeln oder terial von hoher thermischer Leitfähigkeit Schichten,

Wirbelbündeln (wie bei Anderson, s. oben, er- Bänder oder Fäden aus einem supraleitenden Ma-

läutert) entspricht. Bei üblichen Kaltverformungs- terial eingelagert sind.

Es sind zwar bandförmige elektrische Leiter mit einer eingelagerten dünnen Schicht aus einem supraleitenden Material, nämlich Nb₃Sn, bekannt, welches jedoch durch thermische Behandlung als Grenzschicht an der Grenze zwischen einem ohnehin supraleitenden Material und einem normal leitenden Material gebildet wird. Es handelt sich dabei nicht im Sinne der Erfindung um ein an sich auch in anderer Form erhältliches, zur Erzielung eines möglichst dünnen Leiterquerschnitts in Form von Bändern od. dgl. in einem Normalleiter eingebettetes supraleitendes Material.

In dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial befindet sich der Supraleiter in innigem Kontakt mit einem beträchtlichen Volumen eines guten Normalleiters. Bei Verwendung in Spulen kann ein derartiges Material viel leichter gegen ein Ausbrennen geschützt werden. Flußinstabilitäten werden verringert wegen der gleichmäßigen Verteilung des Flusses und des Supraleiters in dem Material. Die Schichten oder Bänder aus supraleitendem Material können extrem dünn ausgebildet werden, so daß wegen der geringen Stärke der supraleitenden Schichten oder Bänder der Diamagnetismus in dem fertigen Material geringer ist als in nach bekannten Verfahren hergestellten Materialien. Der geringe Diamagnetismus hat eine geringere Wärmeentwicklung bei einer Feldänderung zur Folge. Ferner läßt sich hierdurch in vorteilhafter Weise eine regelmäßige Anordnung der Fixierungszentren erhalten, mit einer gewünschten Orientierung und mit Abständen, die so ausgewählt sind, daß sich eine maximale Fixierung des Flusses ergibt.

Das Verbundmaterial verhält sich in diesem Sinne besonders vorteilhaft, wenn die Schichten, Bänder oder Fäden des supraleitenden Materials in dem normal leitenden Material regelmäßig angeordnet sind.

Das supraleitende Material ist vorzugsweise eine Niob-Titan-Legierung, da Legierungen aus diesen Stoffen am leichtesten kalt verformt werden können und eine hohe kritische Feldstärke haben. Auch Niob-Zirkon-Legierungen oder ternäre oder quaternäre Legierungen aus Niob und Titan oder Niob und Zirkon kommen in vorteilhafter Weise in Frage.

Als normal leitendes Material wird vorzugsweise ein Material verwendet, das bei den niedrigen Temperaturen, bei denen das andere Material supraleitend ist, eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Vorzugsweise geeignete Materialien sind Kupfer, Silber, Aluminium, Indium und Cadmium.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials besteht darin, daß das supraleitende Material in das normal leitende Material durch mechanische Verformung, insbesondere durch Breit- oder Rundwalzen, einer aus abwechselnden Schichten des supraleitenden und des normal leitenden Materials bestehenden Schichtenanordnung eingearbeitet wird. Man erhält so eine besonders innige Verbindung zwischen dem supraleitenden und dem normal leitenden Material. Insbesondere das Walzen läßt sich rascher durchführen als das bisher übliche Drahtziehen und ergibt ein Material, das in seiner Breite wesentlich geeigneter für große Elektromagnete ist.

Ein besonders geeignetes Material erhält man, wenn als supraleitendes Material eine Niob-Titan-Legierung mit einem Titangehalt von über 70 Atomprozent verwendet wird und das Verbundmaterial nach der mechanischen Bearbeitung bei einer Temperatur zwischen 250 und 450° C wärmebehandelt wird. Eine solche Wärmebehandlung ist erforderlich, um in Legierungen aus Niob und Titan mit mehr als 70 Atomprozent Titan die brauchbaren Supraleitungseigenschaften zu schaffen. Die Anlaßtemperatur wird so gewählt, daß zwischen den Bestandteilen des Verbundmaterials keine chemische Reaktion stattfindet.

Vorzugsweise wird das Material in mindestens einer Stufe des Walzprozesses in heißem Zustand durch Walzen geführt bei einer Temperatur, die unter jedem Eutektikum des Phasendiagramms der verwendeten Stoffe liegt.

Die zu walzende Anordnung kann einfach durch Übereinanderschichten von Folien oder Blechen der Materialien hergestellt werden. Vorteilhafterweise stellt man das Material jedoch durch abwechselndes Aufplattieren oder Dünnschichtbedampfen mit dem einen und dem anderen Material her. Man kann auch Folien des einen Materials mit Drähten des anderen Materials abwechselnd zusammenschichten. Ein derartiger Stapel wird vorteilhafterweise vor dem Walzen in eine Hüllung aus normal leitendem Material eingeschlossen.

Um eine möglichst gleichmäßige und feinverteilte Anordnung des supraleitenden Materials in dem normal leitenden Material zu erhalten, kann man das Walzen so durchführen, daß die dem Walzen unterworfenen Flächen der Schichtenanordnung zu den Ebenen der Schichten nicht parallel sind. Insbesondere können die Schichten oder Bänder beispielsweise so angeordnet sein, daß ihre Kanten an den zu walzenden Oberflächen liegen. Durch Änderung der Anordnung der Schichten oder Bänder längs des Verbundmaterials kann dieses dem beabsichtigten Verwendungszweck angepaßt werden. Auch die Stärken der einzelnen Schichten können je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck des Materials in Querrichtung des Verbundmaterials abgestuft sein. Das Material kann auch mehrmals hintereinander und beispielsweise nach zwei verschiedenen Ebenen gewalzt werden.

Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Materials näher erläutert.

Bei einem Verfahren zur Durchführung der Erfindung wird aus abwechselnden Folien oder Blechen aus supraleitendem und normal leitendem Material eine Vielschichten-Sandwich-Anordnung aufgebaut. Die Folien aus supraleitendem Material bestehen aus den obengenannten Gründen vorzugsweise aus Niob-Titan, die Folien aus normal leitendem Material bestehen zweckmäßigerweise aus Kupfer, Silber, Aluminium, Indium oder Cadmium. Das verwendete Kupfer oder andere Material sollte natürlich so rein wie möglich sein, da die Leistungsfähigkeit des Verbundmaterials um so größer ist, je besser die Reinheit ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die gewünschte Anzahl von Blechen oder Folien dicht aneinanderliegend übereinandergestapelt und in einer geeignet geformten Schachtel oder Umhüllung aus einem gut normal leitenden Material, wie z. B. Kupfer oder Aluminium, angeordnet. Es liegt nahe, diese Umhüllung durch Schweißen oder Löten in einer inerten Atmosphäre herzustellen. Die Umhüllung oder Schachtel kann dann durch Schweißen oder Löten so verschlossen werden, daß sich im Innern Vakuum oder eine inerte Atmosphäre befindet. Eine derartige

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Umhüllung wird dann vorzugsweise erwärmt und in 400° C sehr gut getempert werden kann und bei heißem Zustand durch die Walzen geführt. Ihre dieser Temperatur keine Reaktion mit der Nb-Ti-Temperatur soll dabei unterhalb jedes Eutektikums Legierung stattfindet.

im Phasendiagramm der Bestandteile des Verbund- Falls der Abstand der Inhomogenitäten des Ma-

materials und des Materials der Umhüllung liegen. 5 terials dem Abstand der Flußbündel bei inhomogenen Die umhüllte Sandwichanordnung wird dann mehr- Feldern angepaßt werden soll, kann der Abstand der fach gewalzt — wobei die nachfolgenden Walzvor- Schichten oder Bänder an verschiedenen Stellen des gänge nicht unbedingt bei erhöhter Temperatur Verbundmaterials verschieden gewählt werden, so durchgeführt werden müssen —, bis die Stärke der daß an jedem Punkt der für das Feld, in dem das einzelnen Bleche oder Folien auf den gewünschten 10 Material verwendet werden soll, optimale Abstand Wert vermindert worden ist. Wenn die Inhomogeni- vorhanden ist. Es ist ferner durch geeignetes Zusamtäten an den Abstand der Flußbündel in einem sehr mensetzen der Folien oder Bleche vor dem Walzen starken Feld angepaßt sein sollen, so ist eine Stärke des Verbundmaterials möglich, Schichten oder Bänder Schichten oder Bänder in der Größenordnung der zu erhalten, die in einem Winkel zu der Ebene von 0,1 μ oder weniger erforderlich. Falls jedoch i₅ des fertigen Streifens verlaufen. Dies ist insbesondere lediglich der Diamagnetismus auf einen annehmbaren vorteilhaft für die Endwicklungen eines Magnets, wo Wert herabgedrückt werden soll, ist ein weniger eine beträchtliche Feldkomponente quer zur Ebene starkes Walzen erforderlich. Es erwies sich als mög- des Streifens vorhanden ist. Falls ein gewisser Verlust lieh, in einem Nb-Ti-Cu-Verbundmaterial von an Regelmäßigkeit hingenommen wird, kann man 40 Lagen die Stärke der Nb-Ti-Schichten auf etwa 20 auch das Material so ausbilden, daß die Schichten 2 μ zu verringern. Dieses Verbundmaterial war überhaupt nicht in Ebenen, sondern in Wellen, Wirsupraleitend und konnte in einem Feld von 86 EaIo- bein oder Rippen verlaufen, so daß jederzeit einige gauß bei 4,2° K brauchbare Ströme transportieren. Fixierungszentren in der optimalen Richtung des an-Das Verhältnis von Normalleiter zu Supraleiter kann gelegten Feldes vorhanden sind. Um dies zu erreichen, in einem weiten Bereich variiert werden, und es ist 25 kann man einfache Bleche oder Verbundbleche, auf möglich, »verdünnte« Materialien, d.h. solche, die die Kante gestellt, nicht allzu dicht nebeneinander hauptsächlich aus einem guten Normalleiter bestehen, stapeln, so daß bei einem auf die Kanten wirkenden herzustellen, die für sehr große Spulen geeignet sind, Walzvorgang ein Stauchen oder Brechen stattfindet wie sie beispielsweise für magnetohydrodynamische und ein ganzes Spektrum von Orientierungen entsteht, Generatoren benötigt werden. 30 und zwar mit im wesentlichen konstanten gegenseiti-

Die eben beschriebene Anordnung ist die ein- gen Abständen. Es kann ferner erreicht werden, daß fachste und wird immer noch einen beträchtlichen sich das supraleitende Material durch den Walzvor-Diamagnetismus bei senkrecht zur Walzebene ver- gang in getrennte Bänder oder Fäden aufspaltet, laufenden Feldern aufweisen. Ein weiterer Verfall- Auch hier kann durch geeignete Wahl der Stärken rensschritt zur Verringerung dieses Diamagnetismus 35 der Verbundbleche oder -folien ein Verbundmaterial besteht darin, eine große Anzahl von beispielsweise mit kontinuierlich ab- oder zunehmenden gegen-1 cm breiten Streifen dieses Materials, auf die Kante seitigen Abständen hergestellt werden, so daß die gestellt, nebeneinander anzuordnen, sie in geeigneter Abstände der Fixierungszentren quer zum Material Weise zu fixieren und dann so lange zu walzen, bis sich verändern und an jeder Stelle den optimalen die Dicke von 1 cm bis auf beispielsweise 25 μ redu- 40 Wert haben.

ziert ist. Auf diese Weise erhält man eine Folie oder Das fertige Material kann bis zu über 1 m breit

ein Blech, welches aus einer Matrix aus einem guten sein. Eine derartige Breite ist für große Magnete vor-Normalleiter besteht, in welche eine große Anzahl teilhaft. Da die Dicke klein ist (in der Größenordnung von feinen supraleitenden Bändern oder Fäden ein- von 25 μ) ist die Strombelastbarkeit immer noch in gebettet ist, deren Durchmesser nicht größer ist als 45 einer beherrschbaren Größenordnung. Derartige 25 μ. Ein derartiges Material weist einen sehr gerin- Streifen sind wesentlich geeigneter für die Wicklungen Diamagnetismus auf. Ein weiteres vorteilhaftes gen von großen Magneten als die zur Zeit üblichen Merkmal eines solchen Materials besteht darin, daß Drähte mit 0,25 mm Durchmesser oder als aus solseine supraleitenden Eigenschaften isotrop sind, ob- chen Drähten hergestellte Kabel. Durch Rundstabwohl es durch Walzen hergestellt wurde, was nor- 50 walzen oder andere Walzverfahren können statt malerweise zu einer Anisotropie führt. dünner Streifen auch andere Profile hergestellt wer-

Bei allen diesen Verfahren ist es nicht wesentlich, den, beispielsweise rechteckige oder kreisförmige daß die Schichten, Bänder oder Fäden zusammen- Querschnitte in der Größenordnung von 1 cm². Das hängend bleiben. Der Widerstand zwischen' den beschriebene Verbundmaterial dürfte billiger herzu-Schichten, Bändern oder Fäden durch den sehr dün- 55 stellen sein und bessere Verwendungseigenschaften nen guten Normalleiter hindurch wird auf Grund des für Spulen haben als die existierenden duktilen innigen Kontaktes zwischen den Schichten sehr klein Drähte. Obwohl kurze Stücke des Verbundmaterials, sein. Auch wenn der Widerstand des Endproduktes eine geringere maximale Stromdichte aufweisen dürfnicht exakt 0 ist, wird der Widerstand jedoch so klein ten als Nb-Zr oder HI. 120, dürften sie bei der Versein, daß der Leistungsverbrauch auch bei Anwen- 60 Wendung in Spulen, wenn jeweils gleiche Volumina dung in den größten Elektromagneten durchaus an- betrachtet werden, wegen ihrer sehr viel geringeren nehmbar bleibt. Um die Leitfähigkeit des guten Nor- Degradation bessere Eigenschaften zeigen als diese malleiters und/oder die Eigenschaften des Supraleiters Stoffe.

zu verbessern, kann das Verbundmaterial nach seiner Da ein großer Anteil an normal leitendem Ma-

Herstellung getempert oder in sonstiger Weise 65 terial verwendet werden kann und wegen des innigen wärmebehandelt werden. In dieser Hinsicht kann Kontaktes mit dem supraleitenden Material, wirken zweckmäßigerweise Aluminium als guter Normalleiter sich Flußinstabilitäten, selbst wenn sie auftreten gewählt werden, da Aluminium bekanntlich bei sollten, nur sehr wenig auf das Verbundmaterial aus.

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Außerdem ist es sehr viel leichter, das Verbund- Dieses Walzen reicht aus, um aus den durch die

material gegen ein zerstörendes Ausbrennen (burn Schlitze getrennten Teilen des Niob-Titan-Materials

out) in großen Magneten zu schützen. Fäden von weniger als 25 μ Stärke herzustellen. Diese

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele Legierung muß nach der Herstellung kalt gewalzt erläutert. Jedes Beispiel beschreibt ein Verfahren zur 5 werden, um gute Supraleitungseigenschaften zu erHerstellung eines elektrisch leitenden Verbund- halten. Das gewalzte Material wird daher bei einer materials, das insbesondere zur Herstellung der Temperatur zwischen 250 und 450° C wärmebehan-Wicklungen großer Elektromagnete geeignet ist, wie delt, um die erforderlichen Supraleitungseigenschafsie beispielsweise in magnetohydrodynamischen ten zu erzeugen. Das Endprodukt ist ein Material, Leistungsgeneratoren verwendet werden. io das bei niedrigen Temperaturen supraleitend ist und

bei Verwendung in einer Magnetwicklung mit starken

Beispiel 1 Strömen belastet werden kann, um ein Feld von

mehreren 10⁴ Gauß zu erzeugen.

Aus etwa 40 Lagen von Folien oder Blechen wird In den beiden genannten Beispielen, bei denen eine eine Sandwichanordnung aufgebaut. Die Lagen be- 15 an Titan reiche Niob-Titan-Legierung verwendet wird, stehen abwechselnd aus Kupfer und aus einer Niob- wurde gefunden, daß die bei Verwendung in einem Titan-Legierung, die 60 Atomprozent Titan enthält. supraleitenden Elektromagnet erreichbare Strom-Bei dieser Legierung ist eine Kaltverformung erfor- dichte mehr von der Wärmebehandlung als von der derlich. Die Ausgangsfolien oder -bleche sollten so Kaltverformung abhängt. Diese Legierungen sind dünn sein, als ihre Herstellung und Handhabung ao daher besonders geeignet für das beschriebene Vererlaubt. Die Sandwichanordnung wird in einer bundmaterial.

Kupferumhüllung vakuumdicht eingeschlossen, wel- Die Zeichnungen zeigen beispielsweise Aüsfüh-

che den Stapel dicht umgibt und durch Löten ver- rungsformen der Erfindung. '

schlossen wird. Das Paket wird auf eine Temperatur Fig. 1 zeigt in stark vergrößerter Darstellung

erhitzt, deren genauer Wert unkritisch ist, die aber 25 einen Streifen eines gemäß der Erfindung hergestell-

unterhalb jedes Eutektikums im Phasendiagramm von ten Verbundmaterials.

Niob-Titan und Kupfer liegt. Das Paket wird dann Es besteht aus einem normal leitenden Material 1,

im heißen Zustand in der Ebene der Bleche oder in welchem in annähernd regelmäßiger Anordnung

Folien gewalzt, um die Stärke der Niob-Titan- Fäden 2 aus einem supraleitenden Material einge-

Folien auf etwa 25 μ zu verringern. Der erste Walz- 30 lagert sind. Während Breite und Länge des Streifens

Vorgang muß in heißem Zustand ausgeführt werden, von der Größenordnung von 1 m oder darüber sein

um ein Aneinanderhaften zu erzielen. Das nachfol- können, kann mit der Dicke des Streifens in typischen

gende Walzen kann bei Raumtemperatur durch- Fällen bis herab zu 25 μ gegangen werden. Die Breite

geführt werden. Das Endprodukt ist ein Stück Ver- und Höhe der eingelagerten Fäden aus supraleiten-

bundfolie. Eine große Anzahl von 12,5 mm breiten 35 dem Material beträgt dann in typischen Fällen

Streifen dieser Folie werden parallel nebeneinander etwa 8 μ.

geschichtet und dann zu wiederholten Malen über die Eine Materialzusammensetzung nach F i g. 1 erKante gewalzt, um die Breite von 12,5 mm auf etwa hält man durch zweimaliges Walzen in zwei zuein-25 μ zu verringern. Dieser Walzvorgang ergibt eine ander senkrechten Ebenen, wie im Beispiel 1 beFolie, die über 1 m breit sein kann und aus einer ⁴° schrieben.

Kupfermatrix besteht, in welche eine große Anzahl F i g. 2 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt

von feinen Fäden oder Bändern aus Niob-Titan- aus dem Querschnitt eines erfindungsgemäß her-

Legierung eingebettet ist. Das Material wird dann bei gestellten Verbundmaterials, das durch einfaches

einer Temperatur von 300 bis 400° C getempert. Walzen einer Sandwichanordnung hergestellt wurde.

Falls die supraleitenden Fäden nicht gebrochen oder 45 Es besteht aus abwechselnden Schichten aus normal

gerissen sind, ist der Widerstand des Materials 0. leitendem Material 1 und supraleitendem Material 2.

Auch wenn die Fäden gerissen sind, besitzt das Ma- Die Zeichnungen sind als schematische Dar-

terial dennoch einen sehr geringen elektrischen stellung zu verstehen. Die Abmessungen sind in

Widerstand und kann bei einer niedrigen Temperatur, Fig. 2 im wesentlichen von derselben Größenord-

beispielsweise 4,2° K, als Magnetwicklung mit einer 50 nung wie bei F i g. 1 angegeben,
hohen Stromstärke belastet werden, um ein Feld von
mehreren 10⁴ Gauß zu erzeugen.

Claims

Patentansprüche:
Beispiel 2

In einem Blech aus Niob-Titan mit 70 Atom- 1. Supraleitendes Verbundmaterial, gekenn-

prozent Titan wird eine Vielzahl von parallelen zeichnet durch ein elektrisch normal leiten-

Schlitzen ausgebildet. Auf dieses Blech wird ein des Material von hoher thermischer Leitfähigkeit

Kupferblech gelegt und die beiden Bleche zusammen- mit darin eingelagerten Schichten, Bändern oder

gewalzt, wobei die Schlitze parallel zur Walzenachse 60 Fäden aus einem supraleitenden Material,

verlaufen. Die zusammengewalzten Bleche werden 2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, gekenn-

dann in eine dicht anliegende Kupferumhüllung ein- zeichnet durch eine regelmäßige Anordnung der

geschlossen, die im Vakuum dicht verschlossen wird. Schichten, Bänder oder Fäden des supraleitenden

Das Paket wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die Materials in dem normal leitenden Material,

unter jedem Eutektikum im Phasendigramm von 65 3. Verbundmaterial nach Anspruch 1 und 2,

Niob-Titan und Kupfer liegt. Es wird dann zuerst in dadurch gekennzeichnet, daß das supraleitende

heißem Zustand längs seiner Achse gewalzt und dann Material eine Niob-Titan-Legierung oder Niob-

zur Verringerung der Gesamtdicke kalt gewalzt. Zirkon-Legierung oder eine ternäre oder quater-

näre Niob-Titan-Legierung oder Niob-Zirkon-Legierang ist.

4. Verbundmaterial nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das normal leitende Material Kupfer, Silber, Aluminium, Indium oder Cadmium ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das supraleitende Material in das normal leitende Material durch mechanische Verformung, insbesondere Breit- oder Rundwalzen, einer aus abwechselnden Schichten des supraleitenden und des normal leitenden Materials bestehenden Schichtenanordnung eingearbeitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als supraleitendes Material eine Niob-Titan-Legierung mit einem Titangehalt über 70 Atomprozent verwendet wird und daß das Verbundmaterial nach der mechanischen Be- ao arbeitung bei einer Temperatur zwischen 250 und 450° C wärmebehandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in mindestens einer Stufe des Walzprozesses in heißem Zustand as durch Walzen geführt wird bei einer Temperatur, die unter jedem Eutektikum des Phasendiagramms der verwendeten Stoffe liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenanordnung durch abwechselndes Aufplattieren oder Dünnschichtbedampfen mit dem einen und dem anderen Material gebildet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Walzen unterworfenen Flachen der Schichtenanordnung zu den Ebenen der die Anordnung bildenden Schichten nicht parallel sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zu walzende Material aus abwechselnd mit Folien des supraleitenden Materials zusammengeschichteten Drähten aus normal leitendem Material oder aus abwechselnd mit Folien des normal leitenden Materials zusammengeschichteten Drähten aus supraleitendem Material besteht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zu walzende Stapel aus normal leitendem und supraleitendem Material vor dem Walzen in eine Umhüllung aus normal leitendem Material eingeschlossen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Material nach zwei verschiedenen Ebenen gewalzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen