DE2800196B2

DE2800196B2 - Verfahren zur Herstellung von aus einzelnen Längenabschnitten zusammengesetzten Adern mit supraleitender Schicht aus intermetallischer Verbindung

Info

Publication number: DE2800196B2
Application number: DE2800196A
Authority: DE
Inventors: Viktor Semenovitsch Kiew Flis; Vladimir Michajlovitsch Kiew Pan; Vitalij Borisovitsch Moskau Suchuschin
Original assignee: Gosudarstvennyj Nautschno-Issledovatelskij Energetitscheskij Institut Imeni G.M. Krschischanovskogo, Moskau
Priority date: 1977-01-03
Filing date: 1978-01-03
Publication date: 1980-11-13
Also published as: DE2800196C3; JPS5952492B2; JPS53104877A; DD134580A1; FR2376522A1; CA1089203A; DE2800196A1; GB1574671A; FR2376522B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenes Verfahren.

Ein solches Verfahren ist z. B. aus der FR-PS 92 744 bekannt

Die Betriebssicherheit einer elektrotechnischen Einrichtung mit einer darin verwendeten Ader mit supraleitender Schicht hängt in größerem Maße von dem Verhalten der Supraleitungsschicht an den Verbindungsstellen der einzelnen Sektionen ab. Diese Verbindungsstellen müssen supraleitend sein und ein Stromführungsvermögen des Supraleiters über den gesamten Querschnitt der Ader sicherstellen. Die Festigkeit der Verbindungsstelle soll der der Ader selbst entsprechen.

Das bei dem bekannten Verfahren verwendete Punktschweißen beeinträchtigt wesentlich das Stromführungsvermögen der Ader. Die Anwendung des angegebenen Verfahrens für die Verbindung der einzelnen Längenabschnitte eines starren Kabels, dessen Stromleiter koaxial ausgebildet ist, ist durch die Gegenanordnung der supraleitenden Schichten innerhalb des koaxialen Spaltes erschwert. Das Verfahren sichert keine gleichen supraleitenden Eigenschaften und keine Festigkeit sowohl des Längenabschnittes selbst, als auch der Schweißstellen, ohne daß die Maße des Kabels an den Verbindungsstellen beträchtlich vergrößert werden.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens, die zu einem verbesserten Stromführungsvermögen der Ader beiträgt

Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem die einzelnen Längenabschnitte derart verbunden werden, daß die

ίο Supraleitfähigkeit an den Schweißstellen nicht beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst
Hierbei ist es zweckmäßig, daß bei der Bildung der supraleitenden Schicht an der Innenfläche der Längenabschnitte und vor dem Verschweißen der letzteren zwischen ihren Stirnflächen Füllstücke aus gepreßtem, pulverförmigem Gemisch von Bestandteilen der intermetallischen Verbindung, die mit einer Hülle aus dem hochschmelzenden Bestandteil dieser intermetallischen Verbindung dicht ummantelt sind, angeordnet werden.

Es ist weiterhin sinnvoll, daß die Erwärmung der Verbindungsstellen der Längenabschnitte in Anwesenheit einer flüssigen metallischen Legierung, in welcher der niedrigschmelzende Bestandteil der intermetallischen Verbindung enthalten ist, vorgenommen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, ein Kabel mit besseren Festigkeits- und Supraleitungswerten an den Schweißstellen herzustellen, eine

JO einheitliche Montage- und Schweißtechnologie für verschiedene Kabelausführungsformen zu schaffen und die Betriebssicherheit des Kabels zu erhöhen.

Es ist auch ein anderes Verfahren zur Herstellung von Mehrsektionsadern mit supraleitender Schicht aus intermetallischer Verbindung bekannt, das darin besteht, daß die Enden einzelner Längenabschnitte einer supraleitenden Ader in ein Übergangselement, gebildet durch ein mechanisches pulverförmiges Gemisch von Bestandteilen einer intermetallischen Verbindung, untergebracht werden und die Verbindungsstelle zunächst mit Druck und dann mit Wärme behandelt wird (siehe Z.B.US-PS35 23 361).

Die Festigkeit einer solchen Verbindung von Sektionen ist gering, und diese Verbindung hält den Wärmebelastungen der stromdurchflossenen Ader eines starren Supraleitkabels nicht stand. Das Kabel, dessen Adern unter Anwendung des genannten Verfahrens gefertigt sind, bedarf besonderer Maßnahmen hinsichtlich der Temperaturkompensation, die seine Ausführung erschweren. Hinzu kommt, daß die supraleitenden Eigenschaften einer derartigen Verbindung von der Entstehung von Bereichen des supraleitenden Überganges über die Trenngrenze der zu verbindenden Enden des Supraleiters und des Übergangselementes aufgrund der Zerstörung einer Oxidschicht und eines Diffusionsvorganges abhängig sind, wobei die Zerstörung der Oxidschicht eine zufällige Erscheinung darstellt.
Zum Stand der Technik ist ferner auf die US-PS 38 95 432 und die US-PS 38 48 075 hinzuweisen, wo das Verbinden von supraleitenden Stellen durch Diffusionsvorgänge beschrieben wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Diffusionskammer mit einem darin untergebrachten Längenabschnitt einer koaxialen Ader mit supraleitender Schicht im teilweisen Längsschnitt.

F i g. 2 die Verbindungsstelle von Längenabschnitten mit innen angeordneter supraleitender Schicht vor ihrer Verschweißung,

F i g. 3 die Verbindungsstelle von Längenobschnitten mit innen angeordneter supraleitender Schicht nach ihrer Verschweißung.

Das vorgeschlagene Verfahren besteht darin, daß an den Abschnitten 2, 3 einer Ader, auf die eiie Stabilisierungsschicht 4 aus Kupfer und eine Schicht 5 aus einem hcdischmelzenden Bestandteil einer interme- ι ο tallischen Verbindung aufgebracht sind, mit Hilfe der Diffusion in der Flüssigkeitsphase eine supraleitende Innen- und Außenschicht 1 (F i g. 1) gebildet werden.

Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel werden die Längenabschnitte 2,3 zur Bildung der supraleitenden Schicht 1 in eine Diffusionskammer 6 eingebracht Vorher wird die Schicht 4 aus Kupfer an den Abschnitten 2, 3 mit Blenden 7, 8 gegen die Einwirkung einer flüssigen metallischen Legierung 9, in welcher der niedrigschmelzende Bestandteil einer intermetallischen Verbindung enthalten ist, geschützt

Bevor die supraleitende Schicht 1 gebildet ist wird an den Enden jedes Längenabschnittes 2, 3 in einer Schleusenaufdampfkammer eine Sperrschicht 10 aufgebracht, die während der Bildung der supraleitenden Schicht 1 den Ablauf von Diffusionsvorgängen in den zu schützenden Bereichen der Schicht S aus sinem hochschmelzenden Bestandteil intermetallischer Verbindung verhütet Dann wird der erhaltene Längenabschnitt aus der Diffusionskammer 6 entnommen, und d'^:; Sperrschicht 10 wird entfernt

Vereinigt werden die Längenabschnitte durch Elektronenstrahlschweißen über den Querschnitt wobei gleichzeitig die Kupferstabilisierungsschicht 4 und die Schicht 5 aus hochschmelzendem Bestandteil verschweißt werden. An den Schweißstellen sowie an den daran anstoßenden gereinigten Enden der Sektionen wird die supraleitende Schicht mit Hilfe einer flüssigen metallischen Legierung 9, in der ein niedrigschmelzender Bestandteil intermetallischer Verbindung enthalten ist, gebildet. Dieser Vorgang vollzieht sich in einer Diffusionskammer, die sich hinsichtlich ihres konstruktiven Aufbaues von der Kammer 6 unterscheidet.

Bei der Bildung der supraleitenden Schicht 1 (F i g. 2) an der Innenfläche von Abschnitten wird vor dem Schweißen der Abschnitte über den Querschnitt zwischen ihren Stirnflächen 11 mit daran geführten Ringnuten 12 ein Füllstück 13 aus pulverförmigem Gemisch von Bestandteilen einer intermetallischen Verbindung eingebracht Vorher wird das Füllstück 13 mit einer Hülle 14 aus einem hochschmelzenden Bestandteil derselben intermetallischen Verbindung abgedichtet so daß nachher die Abschnitte ohne vorhergehende Evakuierung verbunden werden können und das gleiche Gefüge der supraleitenden Schicht des Abschnittes selbst und an den Verbindungsstellen der Abschnitte gesichert wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Abschnitte über den Querschnitt im wesentlichen durch Kaltschweißen miteinander verbunden, wodurch ein einheitlicher Bereich 15 (F i g. 3) aus dem hochschmelzenden Bestandteil der intermetallischen Verbindung an den Abschnitten und dem Füllstück 13 gebildet wird.

Für eine bessere Abdichtung der Verbindung entsprechend dem angegebenen Ausführungsbeispiel findet das Elektronenstrahlschweißen an der Kante 16 am Umfang der Abschnitte statt. An der Schweißstelle von Abschnitten ist ein induktor J7 vorgesehen, durch welchen die Erwärmung der Schweißstelle geschieht Als Folge der Erwärmung erfährt das Gefüge des Füllstückes 13 eine Umwandlung, und dieses wird zu einem Supraleiter.

Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Supraleitfähigkeit an der Schweißstelle der Abschnitte mit der innen angeordneten supraleitenden Schicht 1 wird der Anteil des niedrigschmelzenden Bestandteiles intermetallischer Verbindung für das Füllstück 13 höher angesetzt als das für die stöchiometrische Zusammensetzung des Supraleiters des Füllstückes 13 notwendig ist weil teilweise der niedrigschmelzende Bestandteil durch die Diffusion in den Bereich 15 eindringt und somit eine Verbindung der supraleitenden Schicht 1 der Abschnitte mit dem Supraleiter des Füllstückes 13 bewerkstelligt

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet auf das Evakuieren des Kabels bei seiner Montage und Schweißen zu verzichten und die Festigkeits- sowie Supraleitungswerte der Schweißstellen bis an die ähnlichen Parameter der Längenabschnitte zu verbessern. Darüberhinaus ermöglicht dieses Verfahren, eine einheitliche Montage- und Schweißtechnologie für verschiedene Kabelausführungen zu entwickeln und die Betriebssicherheit des Kabels zu erhöhen.

Nachfolgend werden Beispiele für konkrete Bedingungen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie für konkrete Bestandteile einer intermetallischen Verbindung angeführt

Beispiel 1

An den Längenabschnitten 2,3 (F i g. 1), die mit einer Stabilisierungsschicht 4 aus Kupfer und einer Schicht 5 aus Niob (Nb) als hochschmelzender Bestandteil einer intermetallischen Verbindung (NbjSn) versehen sind, wird nach der Aufbringung einer Sperrschicht 10 aus Tantal (Ta) in einer Diffusionskammer 6 eine supraleitende Schicht 1 aus NbßSn als Folge einer Wärmebehandlung im Beisein von flüssiger Zinnbronze 9 gebildet.

Die Wärmebehandlung vollzieht sich unter Vakuum 10-4 bis ΙΟ-⁵ mmHg bei 650bis 800⁰C 20 bis 50 Stunden lang.

Gebildet wird die supraleitende Schicht im Schweißbereich der Abschnitte mit innen angeordneter supraleitender Schicht 1 durch eine induktive Erwärmung des Schweißbereiches und des Füllstückes 13 auf eine Temperatur von 650 bis 800⁰C innerhalb von 15 bis 50 Stunden. Als pulverförmiges Gemisch von Bestandteilen der intermetallischen Verbindung dienen Niob (Nb) und Zinn (Sn). Der genannte Temperaturbereich der Bildung der supraleitenden Schicht wird durch das Kupfer gesichert, das in der Legierungsschmelze enthalten ist und das als Pulver dem Gemisch von Bestandteilen des Füllstückes 13 zugesetzt wird. Die Abdichtungshülle des Füllstückes 14 ist aus Niob hergestellt

Beispiel 2

An den Abschnitten 2, 3 (Fig. 1), die mit einer Stabilisierungsschicht 4 aus Kupfer (Cu) und einer Schicht 5 aus Vanadium (V) als hochschmelzender Bestandteil einer intermetallischen Verbindung (V3Ga) versehen sind, wird nach der Aufbringung einer Sperrschicht aus Tantal (Ta) in der Diffusionskammer 6 eine supraleitende Schicht 1 aus VjGa als Folge einer Wärmebehandlung in Anwesenheit einer Gallium (Ga) enthaltenden Legierungsschmelze 9 gebildet

innerhalb von 5 bis 200 Stunden in einer Edelgasatmosphäre.

Gebildet wird die supraleitende Schicht im Schweißbereich der Längenabschnitte mit innen angeordneter supraleitender Schicht 1 durch eine induktive Erwärmung des Schweißbereiches und des Füllstückes 13 auf eine Temperatur von 600 bis 900°C innerhalb von 5 bis 200 Stunden. Als pulverförmiges Gemisch von Bestandteilen der intermetallischen Verbindung dienen Vanadium (V) und Gallium (Ga). Die Abdichtungshülle für das Füllstück 14 ist aus Vanadium gefertigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von aus einzelnen Längenabschnitten zusammengesetzten Adern mit supraleitender Schicht aus intermetallischer Verbindung, bei dem mittels Diffusion an den einzelnen Längenabschnitten, die mit einem hochschmelzenden Bestandteil einer intermetallischen Verbindung beschichtet sind, durch Zusammenwirken mit einem niedrigschmelzenden Bestandteil dieser Verbindung eine supraleitende Schicht gebildet wird und die erhaltenen Längenabschnitte durch Schweißen miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Bildung der supraleitenden Schicht (1) an den Enden jedes Längenabschnittes (2, 3) eine Sperrschicht (10) aufgebracht und nach der Bildung der supraleitenden Schicht (1) diese Sperrschicht (10) entfernt wird, bevor die Längenabschnitte stirnseitig über den Querschnitt verschweißt werden, wobei an den Schweißstellen sowie an den angrenzenden Enden der Längenabschnitte durch Erwärmung in Anwesenheit des erwähnten niedrigschmelzenden Bestandteils eine supraleitende Schicht (1) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung der supraleitenden Schicht (1) an der Innenfläche der Längenabschnitte und vor dem Verschweißen der letzteren zwischen ihren Stirnflächen (U) Füllstücke (13) aus gepreßtem pulverförmiger!! Gemisch von Bestandteilen der intermetallischen Verbindung, die mit einer Hülle (14) aus dem hochschmelzenden Bestandteil dieser intermetallischen Verbindung dicht ummantelt sind, angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Verbindungsstellen der Längenabschnitte in Anwesenheit einer flüssigen metallischen Legierung, in welcher der niedrigschmelzende Bestandteil der intermetallischen Verbindung enthalten ist, vorgenommen wird.