DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE
IEC 61788-19
Supraleitfähigkeit - Teil 19: Messung der mechanischen Eigenschaften - Zugversuch von reagierten Nb₃Sn-Verbundsupraleitern bei Raumtemperatur
Superconductivity - Part 19: Mechanical properties measurement - Room temperature tensile test of reacted Nb₃Sn composite superconductors
Einführungsbeitrag
Die neu erschienene Norm IEC 61788-19 beschreibt die Zugfestigkeitsmessung an Nb3Sn-Supraleitern bei Raumtemperatur. Sie thematisiert die Messanordnung, die Probenvorbereitung und die Messbedingungen, die zur Bestimmung des E-Moduls und der 0,2 %-Dehngrenze an reagierten Cu/Nb3Sn-Verbundsupraleiterdrähten erforderlich sind.
Cu/Nb3Sn-Verbundsupraleiter bestehen in der Regel aus vier verschiedenen Materialkomponenten: entweder aus Nb- beziehungsweise Nb-Legierungs-Filamenten in einer CuSn-Matrix, einer Nb- beziehungsweise Ta-Barriere und einer Cu-Stabilisierung (Bronzeleiter) oder aus Nb- beziehungsweise Nb-Legierungs-Filamenten in einer Cu-Matrix, einem Sn-Reservoir, einer Nb- beziehungsweise Ta-Barriere und einer Cu-Stabilisierung (Interner Sn-Leiter). Als dritte Leitervariante hat sich der Powder-in-Tube-Leiter etabliert, bei dem Rohre aus Nb beziehungsweise Nb-Legierung mit Sn-reichem Pulver gefüllt und in eine Cu-Matrix eingebettet sind.
Bei allen drei Nb3Sn-Verbundleitertypen wird die supraleitende A15 Phase Nb3Sn erst bei der Endabmessung des Drahtes - und in der Regel erst als fertig gewickelter Magnet - gebildet, indem sie in einer oder mehreren Glühstufen über mehrere Tage reagiert werden, wobei die letzte Glühstufe in der Regel über 640 °C beträgt. Das gebildete supraleitende Nb3Sn ist sehr spröde und das Stabilisierungskupfer nach der Glühung sehr weich, sodass der elastische Bereich bei der Zugfestigkeitsmessung sehr klein ist. Gleichzeitig kann bei der Glühung nicht eine absolute Geradheit der Messprobe gewährleistet werden.
Für die Dehnungsmessung wurden daher hochauflösende Doppel-Dehnungsmessgeräte (Extensometer) mit sehr geringer Masse (< 3 g) entwickelt, um einerseits die Biegungen der Messprobe zu kompensieren und gleichzeitig eine kleine Messunsicherheit bei der Bestimmung des Elastizitätsmoduls insbesondere auch der Messung im Anfangsbereich der Belastungskurve zu gewährleisten. In dem Bild sind die Skizze und das Foto eines solchen Doppel-Extensometers mit einer Gesamtmasse von etwa 3 g und einer Messlänge von 25,6 mm dargestellt.
Diese Doppel-Dehnungsmessgeräte, die in Deutschland entwickelt wurden, werden mittlerweile weltweit fast überall für die Zugfestigkeitsmessungen von Nb3Sn- Verbundsupraleitern eingesetzt. Internationale Messvergleiche haben bewiesen, dass dadurch sehr kleine Messunsicherheiten realisiert werden können, insbesondere, wenn der Elastizitätsmodul aus der Entlastungskurve nach Dehnungen im Bereich von 0,3 % bis 0,4 % bestimmt wird.
Für den anderen, großtechnisch eingesetzten NbTi-Verbundsupraleiter sind für die Zugfestigkeitsmessung die dritte Ausgabe, 2011, von IEC 61788-6 und die Deutsche Fassung DIN EN 61788-6 (VDE 0390-6):2012-04 gültig.
