DE2006668A1 - Supraleitender stabilisierter Hohlkörper und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Supraleitender stabilisierter Hohlkörper und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
- "Supraleitender stabilisierter Hohlkörper und Verfahren zu dessen Herstellung1, Französische Priorität vom 13. Februar 1969 aus der franzdsischen Patentanmeldung Nr. 69/3417 (Seine) Die Erfindung betrifft einen supraleitenden stabilisierten Hohlkdrper, dessen Inneres ein KUhlmittel durchstromt, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
- Die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf supraleitende Körper zweiter Art, d.h. auf Körper, die ihren elektrischen Widerstand verlieren, wenn sie auf eine sehr niedrige Temperatur gebracht werden und die diesen elektrisch widerstandslosen Zustand beibehalten, wenn sie von hohen elektrischen Strömen durchflossen werden und starken Magnetfeldern ausgesetzt sind. Diese Körper werden häufig in Form von Drthten, Kabeln oder Bändern zur Herstellung von Solenoiden verwendet, die zur Erzeugung starker Magnetfelder dienen, da sie dank ihrer supraleitender Eigenschaften von hohen elektrischen Strömen durchflossen werden können, ohne daß dabei Energie verbraucht wird, wenn rar entsprechende Bedingungen, beispielsweise KUhlung, gesorgt wird.
- Wenn aber zufällig ein kleiner Teil des den Solenoid bildenden Supraleiters seine supraleitende Eigenschaft verliert und folglich einen von Null abweichenden elektrischen Widerstand wieder annimmt, ruft der durch ihn hindurchfließende hohe Strom die Freisetzung erheblicher Energieen hervor, was zu den bekannten zerstorenden Wirkungen fuhren kann. Um dieser Gefahr zu begegnen ist es Ueblich, den Supraleiter zu stabilisieren, d.h. ihn so zu verwenden, daß er in oder auf einem Träger liegt, der nicht supraleitend ist, der Jedoch ein sehr guter Wärmeleiter und elektrischer Leiter,e beispielsweise Aluminium oder Kupfer ist und dabei für einen sehr guten thermischen Kontakt zwischen dem Supraleiter und dem Träger sorgt.
- Wenn ein Teil des Supraleiters zufällig vom supraleitenden Zustand in den Normalzustand übergeht, wird der hohe ihn durchfließende Strom in den ihn umgebenden stabilisierenden Träger abgeleitet und die sich ergebende Temperaturerhõhung ist sehr gering, die im Supraleiter vorhandene Stromdichte wird erheblich verringert und dieser gewinnt seine supraleitenden EiHenschaften wieder.
- Sowohl eine wirkungsvolle Kehlung als auch eine gute Stabilisierung sind daher wesentliche Voraussetzungen ftlr die praktische Anwendung von Supraleitern. Bekannt sind sowohl massive als auch hohle Verbundkörper, d.h. supraleitende Körper, die aus den einzelnen supraleitenden Elementen und einem sie umgebenden Xtabilisierenden Werkstoff bestehen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, supraleitende stabilisierte Hohlkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Form in einen weiten Bereich wählbar ist. Hierzu hat sich die Erfindung weiter zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zur Herstellung derartiger supraleitender Hohlkörper zu finden.
- Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen supraleitenden'Hohlk8rper dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Hohlk8rper von innen nach außen aus einem ersten den Hohlraum umschließenden Mantel aus einem ersten stabilisierenden Werkstoff, außen um diesen Mantel herum verteilten supraleitenden Elementen und einem zweiten, diese Anordnung umschließenden Mantel aus einem zweiten stabilisierenden Werkstoff besteht.
- Das Verfahren zur Herstellung derartiger Hohlkörper zeichnet sich erfindungsgemäß durch folgende Zwischenstufen aus: a) Herstellung einer Seele aus wenigstens einem erweichbaren Werkstoff oder einer erweichbaren Werkstoffmischung mit niedrigem Schmelzpunkt, b) EinfUhrung dieser Seele in einen ersten stabilisierenden Werkstoff, c) Ziehen dieses Zwischenproduktes, d) Aufbringen supraleitender Elemente auf die Außenfläche des gezogenen Zwischenproduktes, e) Einbringen dieser Anordnung in einen zweiten stabilisierenden Werkstoff, f) Ziehen des so gebildeten Blockes auf die gewUnschten Abmessungen mit Kaltverschweißung der beiden stabilisierenden Werkstoffe, g) Entfernung des oder der die Seele bildenden Werkstoffe durch physikalische, chemische oder biologischn Verfahren.
- In der Zeichnung ist unter anderem ein supraleitender stabilisierter Hohlkörper der erfindungsgemäßen Art in mehreren beispielsweise gewahlten Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 einen massiven supraleitenden Verbundkörper bisher bekannter Art, Fig. 2 einen hohlen supraleitenden Verbundkõrper bisher bekannter Art, Fig. 3 bis 8 supraleitendeHohlkOrper der erfifldungsgemäßen Art in verschiedenen Ausfthrungsrormen und verschiedenen Zwischenstufen der Fertigung.
- Fig. 1 zeigt einen Verbundkõrper bekannter Art, der aus Drähten aus supraleitendem Werkstoff 1 besteht, die in einen stabilisierenden Träger 2 aus beispielsweise Kupfer oder Aluminium eingebettet sind.
- Fig. 2 veranschaulicht einen weiteren bekannten Verbundkörper, der rohrenförmig derart ausgebildet ist, daß er gleichzeitig als KUhlmittelleitung dient, was den apparativen Aufwand vereinfacht.
- Der erfindungsgemäße supraleitende stabilisierte Hohlkörper wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erhalten, daß zunächst die einzelnen Elemente relativ großen Durchmessers und mäßiger Länge in der in Fig. 3 dargestellten Form zusammengesetzt werden. Dieser Körper besteht von innen nach außen aus einem ersten FUllwerkstoff 3, der vor Erhalt des Endproduktes entfernt wird, aus einem zweiten FUllwerkstoff 4, der ebenfalls vor Erhalt des Endproduktes entfernt wird, aus einem inneren Rohr aus stabilisierendem Material 5, aus Drähten aus supraleitendem Werkstoff 6, gegebenenfalls aber auch aus supraleitenden Verbundkdrpern, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, und schließlich aus einem äußeren Rohr aus stabilisierendem Werkstoff 7, ähnlich dem Werkstoff 5 und beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Der so zusammengesetzte Körper wird nun durch Ziehen auf die gewUnschte Form und die gewUnschten Abmessungen gebracht, wie sie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist, worin der stabilisierende Werkstoff 8 aus den Werkstoffen 5 und 7 nach Fig. 3 hervorgegangen ist, welch letztere sich während und infolge des Ziehvorganges miteinander verschweißt haben und nicht mehr voneinander trennbar sind. Dabei muß festgehalten werden, daß die Maßstäbe, in denen Fig. 3 bzw. Fig. 4 gezeichnet sind, erheblich voneinander abweichen können.
- Im nächsten Verfahrensschritt werden die FUllwerkstorre 3 und 4 entfernt, wozu - abhängig von ihrer stofflichen Zusammensetzung - ein physikalisches, chemisches oder biologisches Verfahren Anwendung findet. Wenn beispielsweise der Werkstoff 3 ein leicht schmelzbares Material ist, wie Na, K, Ga, Se, Rb, In, Cd, Sn, Cs> T1, Pb, Bi oder Legierungen dieser Elemente oder niedrig schmelzende Legierungen anderer Elemente oder irgendwelche andere organischen oder anorganischen Zusammensetzungen mit hinreichend niedrigem Schmelzpunkt, genUgt es, das beispielsweise nach Fig. 4 aufgebaute Zwischenprodukt auf eine passende Temperatur zurerwärmen, so daß der Werkstoff 3 schmilzt und ihn ausfließen zu lassen. Dieser Verfahrensschritt kann gegebenenralls durch Beaufschlagen mit einem eventuell inerten Druckgas auf der einen Seite und durch Anwendung eines Vakuums auf der anderen Seite unterstutzt werden. In gleicher Weise kann der Werkstoff 3 durch Erwärmung auf noch einfachere Art entfernt werden, wenn er leicht verdampfbar ist. Einige Beispiele hierfür geeigneter Stoffe sind in der nachrolgenden Tabelle angegeben: Schmelzpunkt Siedepunkt t °C t °C Aluminiumbromide 97,5 263,3 BortriJodid 43 210 Hexabromäthan 148 210 Tetrabromkohlenstofi #48,4 189,5 G 90,1 SlllzluntetraJodld 120,5 290 Siliziumhexbromid 95 240 Sn Cl 4 P 0 Cl 3 58 180 Titantetrabromid 39 230 Jod 113,7 184.35 Erfindungsgemäß ist es ebenso möglich, als Werkstoff 3 eine FlUssigkeit zu nehmen, sei es eine gewöhnliche Flüssigkeit wie Wasser, Quecksilber oder eine oragnische FlUsslgkeit, sei es einen unter normalen Druck- und Temperaturbedingungen gasfõrmigen Stoff, der Jedoch in dem vom Werkstoff 4 ummantelten Raum unter einem Druck gehalten wird, der Uber dem kritischen Druck liegt und daher in flüssiger Form vorliegt. Geeig.-net sind beispielsweise Kohlendioxyd oder Propan.
- Der Werkstoff 4 wird nun durch Anwendung eines Verfahrens entfernt, das von der Art des Werkstoffes abhängig ist. Die Entrernung wird dadurch erleichtert, daß durch die bereits erfolgte Entfernung des Werkstoffes 3 ein freier innerer Kanal entstanden ist, durch den ein passendes Losungsmittel hindurchgeleitet werden kann. Wenn z.B. der Werkstoff 4 aus Aluminium besteht, kann das Losungsmittel eine Natronlösung sein.
- Die beiden verschiedenen Werkstoffe 3 und 4, die beide entrernt werden, haben zum Zweck, in einem bestimmten Bereich, in dem die gesamte Anordnung fEr die Technik des Ziehens gflnstige Eigenschaften aufweist, Formänderungen vornehmen zu können.
- Sofern dies gewährleistet ist, können die Werkstoffe 3 und 4 durch einen einzigen Werkstoff, beispielsweise den Werkstoff 3, ersetzt werden, der gegen Ende des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder entfernt wird.
- Das hier vorgeschlagene Verfahren besteht aus folgenden Stufen: Zunächst wird ein Teil bzw. ein Abschnitt aus dem Werkstoff 4 mit der in Fig. 5 veranschaulichten Form hergestellt. Ein massiver Körper 9 aus Aluminium oder einer entsprechend verformbaren Legierung wird in die benötigte Form gebracht und mit einem Deckel 10 aus demselben Werkstoff versehen, wobei in dem Deckel ein Fallrohr 11 vorgesehen ist. Nun wird der Werkstoff 3 in den Hohlraum 12 in dem Körper 9 in flUssigem Zustand, beispielsweise durch Anwendung von Druck oder Vakuum ueber das FUllrohr 11 eingebracht, das anschließend in passender Weise verschlossen wird.
- Nach einer anderen Möglichkeit kann der Werkstoff 3 in festem Zustand in passender Form in den Hohlraum 12 eingebracht werden, wobei dann aber der Deckel 10 mit dem Körper 9 verschweißt werden soll und kein FUllrohr 11 aufzuweisen braucht.
- Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Werkstoff 3 in den Hohlraum 12 in Pulverform einzubringen. Dabei erweist es sich häufig als'notwendig, eine abgewogene Menge eines Pulvers, dessen thermische Eigenschaften wesentlich sind, mit einer geringen Menge eines anderen Pulvers zu mischen, dessen thermische Eigenschaften von üblicher passender Art sind, das Jedoch dem Gemisch die ftlr das Ziehen gUnstigen plastischen Eigenschaften verleiht.
- Der auf diese Weise gefällte Körper 9 kann nun mehreren Ziehstufen unterworfen werden, bis die Abmessungen des gezogenen Barrens so sind, daß er in das Rohr 5 (Fig. 3) eingefUhrt werden kann. Die aus den Werkstoffen 9 und 5 bestehende Einheit wird nun mehreren weiteren Ziehvorgängen unterworren, bis sie beispielsweise die in Fig. 6 dargestellte Form angenommen hat. Nun werden die supraleitenden Elemente 6, die meist als Drähte vorliegen und einfach, d.h. vollstandig aus supraleitendem Material oder: zusammengesetzt, d.h. aus Verbundmaterial sein können, in die Rillen 13 eingelegt und in geeigneter Weise befestigt. Diese Anordnung wird nun in das Rohr 7 (Fig. 3) eingefUhrt, dem vorher die gewUnschte Form gegeben wurde und diese neue Einheit wird nun wiederum einem Ziehprozeß unterworfen, bis das angestrebte Ergebnis erreicht ist. Bei dem Verfahrensschritt, der der Fig. 6 entspricht, kann im übrigen ohne weiteres die Kreisform beibehalten werden, sei es, daß die veranschaulichte rechteckige Form des Endproduktes nicht angestrebt ist, sei es, daB sie bei späteren Ziehvorgängen erhalten wird. Sofern als endgEltige Form die Rechteckform angestrebt ist, erhält man ein Produkt nach Fig. 8, bei dem die supraleitenden Drähte 6 in den stabilisierenden Werkstoff 8 vollständig eingebettet sind.
- Eine gegenUber Fig. 6 geänderte AusfUhrungsform des ersten Mantels aus stabilisierendem Werkstoff zeigt Fig. 7. Die Außenfläche ist dabei nicht mit einzelnen Rillen versehen, sondern Jede der vier Außenflächen ist im Verhältnis zu den Eckbereichen vertieft und die supraleitenden Drähte 6 werden in diese Vertiefungen unter ZwischenfUgung von beispielsweise aus Kupfer bestehenden AbstandsstUcken bzw. -BEndern eingelegt. Diese Abstandsbänder können Jedoch auch entfallen, insbesondere wenn die supraleitenden Drähte aus Verbundmaterial bestehen.
- Wenn die endgültige Form erreicht ist, trennt man die Endsteeke des hergestellten Leiters ab, um die nicht verwendbaren Teile zu entfernen, die vom Ziehen des Bodens des Körpers 9 und des Deckels 10 (Fig. 5) stammen. Hierdurch werden die Werkstoffe 3 und 4 zugänglich und sie können nach den vorstehend beschriebenen Verfahren entfernt werden.
- Sofern nur die Verwendung eines einzigen zu entferndnden Werkstoffs beabsichtigt ist, ändert sich der mit Bezug auf Fig.5 beschriebene Verrahrensschritt insoweit, als der dort dargestellte Körper 9 nach Dürchlaufen der entsprechenden Ziehvorgänge das Rohr 5 aus dem ersten stabilisierenden Werkstoff nach Fig. 3 wird.
Claims (18)
1.Supraleitender stabilisierter Hohlkorper, dessen Inneres ein Kühlmittel
durchströmt, dadurch gekennzeichnet. daß der Hohlkörper von innen nach außen aus
einem ersten den Hohlraum umschließenden Mantel aus einem ersten stabilisierenden
Werkstoff (5), außen um diesen Mantel herum verteilten supraleitenden elementen
(6) und einem zweiten, diese Anordnung umschließenden Mantel aus einem zweiten stabilisierenden
Werkstoff (7) besteht.
2. Supraleitender Hohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden stabilisierenden Werkstoffe von gleicher Art sind.
3, Supraleitender Hohlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die in die stabilisierenden Werkstoffe eingebetteten supraleitenden Elemente
einfache Elemente sind.
4. Supraleitende Hohlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die eingebetteten supraleitenden Elemente zusammengesetzte Elemente sind.
5, Verfahren zur Herstellung supraleitender stabilisierter Hohlkörper
nach einem der vorhergehenden AnsprUche durch
Anwendung eines Ziehverfahrens,
gekennzeichnet durch folgende Zwischenstufen: a) Herstellung einer Seele aus wenigstens
einem erweichbaren Werkstoff oder einer erweichbaren Werkstoffmischung (3ei) mit
niedrigem Schmelzpunkt, b) Einführung dieser Seele in einen ersten stabilisierenden
Werkstoff (5) c) Ziehen dieses Zwischenproduktes, d) Aufbringen supraleitender Elemente
(6) auf die Außenfläche des gezogenen Zwischenproduktes, e) Einbringen dieser Anordnung
in einen-zweiten stabilisierenden Werkstoff (7), f) Ziehen des so gebildeten Blockes
auf die gewUnschten Abmessungen mit Kaltverschweißung der beiden stabilisierenden
Werkstoffe, g) Entfernung des oder der die Seele bildenden Werkstoffe durch physikalische,
chemische oder biologische Verfahren.
6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Seele
aus zwei Werkstoffen besteht, deren erster einem Verschluß (10) versehenen Hohlraum
(12) aufweist, in dem der zweite Werkstoff enthalten ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite
Werkstoff in den Hohlraum des ersten Werkstoffes in fester Form eingebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß der zweite
Werkstoff bei erhöhter Temperatur in den Hohlraum des ersten Werkstoffes in geschmolzener
Form eingebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in
den Hohlraum des ersten Werkstoffes eingebrachte zweite Werkstoff ein Pulver oder
ein Pulvergemisch ist.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite
Werkstoff ein in dem Hohlraum des ersten Werkstoffes bei eineS Uber dem kritischen
Druck liegenden Druck eingeschlossenes Gas ist.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in
den Hohlraum des ersten Werkstoffes eingebrachte zweite Werkstoff eine Flüssigkeit
wie Wasser, Quecksilber od. dgl.
ist.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in
den Hohlraum des ersten Werkstoffes eingebrachte zweite Werkstoff eine organische
Flüssigkeit ist.
13. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus
der Seele (3,4) und dem ersten stabilisierenden Werkstoff (5) bestehende Einheit
nach einmaligem Ziehen in seiner Außenfläche oder Mantelfläche Rinnen (13) zur Aufnahme
der supraleitenden Elemente aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzelchnet, daß die aus
der Seele (3, 4) und dem ersten stabilisierenden Werkstoff (5) bestehende Einheit
nach einmaligem ZXhen ebene Mantelflächen aufweist, auf denen dann die supraleitenden
Elemente
(6) und AbstandsstUcke (14), beispielsweise aus Kupfer, angeordnet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Werkstoff der Seele durch Schmelzen entfernt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung
des ersten Werkstoffes durch Schmelzen durch Anwendung eines Druckgases auf der
einen Seele und durch Vakuum auf der anderen Seele unterstUtzt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeic hnet, daß der erste
Werkstoff der Seele durch Verdampfen entfernt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite
Werkstoff der Seele durch Lösung in einem Losungsmittel entfernt wird, das in den
durehEntSernung des ersten Werkstoffes freigewordenen Raum eingebracht wird.
L e e r s e i t e
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