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Supraleitende Legierung
Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen, die bei niederen Temperaturen supraleitende Eigenschaften haben.
Es sind viele Metalle und Legierungen bekannt, die bei tiefen Temperaturen supraleitend werden ; wenn aber ein kritischer Strom überschritten wird, kehrt sich die Leitfähigkeit zum Normalen um. Es ist für diesen kritischen Strom wünschenswert, dass er in vielen Anwendungsbereichen hoch ist. Eine Serie von Legierungen, bei denen die kritischen Ströme hoch sind, werden aus Niob und Zirkon gebildet. Um bei Niob-Zirkon-Legierungen die höchsten kritischen Ströme zu erhalten, ist es für die Legierung notwendig, dass sie sich in einem stark kalt gereckten Zustand befindet. Die Legierungen mit den besten Eigenschaften haben verhältnismässig hohe Anteile an Zirkon (z. B. 25,33 oder 50 Gel.-%) und sind schwer auf Draht oder andere geeignete Formen für elektrische Spulen zu verarbeiten.
Besonders das Warmverformen von Gussblöcken dieser Legierungen gibt Anlass zu starker Sprungbildung und es ist gewöhnlich notwendig, zu dem kostspieligeren Strangpressverfahren nach Vorzerkleinerung der Gussblöcke zurückzukehren.
Die Erfindung betrifft eine Legierung, die aus 5-80 Gew.-% Zirkon und 5 Gew.-'% Titan und einem Restanteil aus Niob und Verunreinigungen besteht, wobei der Niobgehalt mindestens 20 Gew. -0/0 ausmacht.
Vorzugsweise enthält die Legierung zumindest 25 Gew.-% Niob ; eine bevorzugte Zusammensetzung enthält ungefähr 25 Gew.-% Zirkon und 15 Gel.-% Titan.
Ein bevorzugter Bereich besteht aus 20-60 Gew.-% Zirkon, 5-50 Gew.-% Titan, der Rest - neben Verunreinigungen-Niob, wobei die Mindestmenge an Niob nicht unter 20 Gew.-% liegt. Die Legierungen der Erfindung sind verhältnismässig leicht zu verarbeiten und besitzen bei niederen Temperaturen supraleitende Eigenschaften. Die Übergangstemperatur, bei welcher der Widerstand der Legierungen in den Normalzustand zurückkehrt, ist merklich höher als der Siedepunkt von flüssigem Helium, 4, 20 K. Dies ist die Arbeitstemperatur von supraleitenden Legierungen. Sie sind daher zur Herstellung von Drähten, Folien unter anderem zur Verwendung für elektrische Wicklungen u. a. Apparate, welche zur Anwendung ihrer supraleitenden Eigenschaften geeignet sind, geeignet.
Es ist auch möglich, den erfindungsgemässen Legierungen bis zu 10 Gel.-% Tantal zuzusetzen, ohne ihre Eigenschaften merklich zu beeinträchtigen. Unter bestimmten Umständen ist hiebei ein kleiner Vorteil bei der Verarbeitung feststellbar.
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Die erfindungsgemässen Legierungen sind stark kaltgereckt, damit man ein Gefüge mit guten supraleitenden Eigenschaften erzielt. Wenn erwünscht, kann auch zusätzlich eine bekannte Wärmebehandlung erfolgen, um die Ausfällung einer zweiten Phase herbeizuführen. Dadurch wird eine weitere geringfügige Verbesserung der Supraleitfähigkeit erzielt.
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Auf Grund ihrer guten Wärmeverformbarkeit ist es möglich, den Strangpresssehnitt zu vermeiden, welcher gewöhnlich beim Verarbeitungsverfahren von Niob-Zirkon-Legierungen miteingeschlossen ist. Die Verarbeitungskosten sind daher geringer. Bei der Herstellung von Drähten können die erfindungsgemässen Legierungen im Lichtbogen auf Gussblockform geschmolzen werden, dann die Gussblöcke auf geeignete Grösse warmverformt, dann auf Stäbe gewalzt und schliesslich auf einen Draht der Schlussfeinheit gezogen werden. Der Draht ist dann in einem stark gereckten Zustand und die kritischen Ströme sind die höchsten, die mit diesen Legierungen erzielt werden können.
Beispiele der Erfindung sollen nun besonders beschrieben werden.
Ein 200 g Gussblock einer Legierung, enthaltend 25 G ew, -0/, Zirkon und 15 Gew.-% Titan, Rest Niob bei 1 000 C leicht warmverformt, wurde ohne Schwierigkeit auf einen Rundstab gewalzt. Dann wurde er auf einen Draht von 0,025 cm Querschnitt gezogen, wobei ein Schmiermittel verwendet wurde. Die Zeichnung zeigt die Kune des kritischen Stromes, aufgenommen gegen die Intensität des magnetischen Feldes des so hergestellten Drahtes, welcher auf eine Spule gewunden wurde. Der Gussblock erfuhr eine Gesamtverkleinerung seines Querschnittes von mehr als 95% während der Warmverformung, dem Walzen und dem Ziehen, ohne dass er zwischendurch geglüht worden wäre.
Im Gegensatz hiezu konnte eine Legierung, bestehend aus 2j Gew, -0/0 Zirkon und 75 Gew.-% Niob nicht ohne vorherigem Strangpressen erfolgreich warmverformt werden und wies daher während des Ziehens starke Rissstellen auf.
Bei Verwendung eines 200 g Gussblockes wurde gefunden, dass in Legierungen, enthaltend 25 Gew, -0/0 Zirkon, ein Zusatz von 6 Gew. -% Titan nicht ausreichend war, um die Legierung bei 1000 C warmverformbar zu machen. Nach der Zugabe von 10 Gew. -0/0 Titan war jedoch die Legierung geringfügig warmverformbar.
Kleinere Ingots von 15 g sind im allgemeinen leichter warmverformbar und es wurde gefunden, dass eine kleine Menge von 5 Gew.-% Titan einen vorteilhaften Einfluss auf die Warmverformbarkeit ausübt.
3, 5 Gew. -0/0 Titan waren nicht ausreichend, um die Legierung warmverformbar oder walzbar zu machen.
Es liegt daher die untere Grenze, bei welcher Titan in Richtung einer Verbesserung der Verarbeitbarkeit wirksam wird, bei etwa 5 Gew.-%. Um jedoch eine ausreichende Warmverformbarkeit sicherzustellen, insbesondere bei grösseren Querschnitten, wird ein Titangehalt von 15 Gew. -0/0 bevorzugt.
Es wird bei den erfindungsgemässen Legierungen bevorzugt, dass mindestens 20 Gew.-% Niob vorhanden sind, damit die Übergangstemperatur von Normal zur Supraleitfähigkeit angemessen hoch gehalten werden kann. Eine Erhöhung des Zirkongehaltes erhöht im allgemeinen den kritischen Strom, verringert jedoch die Verarbeitbarkeit. Bei einem konstanten Zirkongehalt verbessert Titan die Verarbeitbarkeit und es werden brauchbare Supraleitfähigkeitseigenschaften beibehalten. Die Anwesenheit von Titan ermöglicht auch eme Erhöhung des Zirkongehaltes zur Verbesserung der Supraleitfähigkeitseigenschaften, während eine brauchbare Verarbeitbarkeit beibehalten wird.
Interkristalline Verunreinigungen können auf die Supraleitfähigkeitseigenschaften einen vorteilhaften Einfluss haben. Bei den bekannten Legierungen ist es notwendig, die Verunreinigungen auf einen niederen Gehalt zu beschränken, um eine angemessene Verarbeitbarkeit zu erzielen. Die erfindungsgemässen Legierungen haben den Vorteil, dass ein höherer Gehalt an interkristallinen Verunreinigungen toleriert werden kann.
Legierungen, enthaltend 50 Gew.-% Niob, 40 Gew.-% Zirkon und 10 Gew.-% Titan und ebenso 60 Gew.-% Niob, 30 Gew.-% Zirkon und 10 Gew.-% Titan wurden zur Anwendung bei hohen Temperaturen vorgeschlagen, dabei ist ein Widerstand gegen Oxydation bei Temperaturen bei mehr als 9500C erforderlich. Derartige Legierungen werden nicht beansprucht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Supraleitende Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 5-80 Gew.-% Zirkon und 5-80 Gew.-% Titan und der Rest - abgesehen von Verunreinigungen - aus Niob besteht, wobei die Mindestmenge an Niob 20 Gew.-% beträgt.
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mindestens 25 Gew.-% beträgt.