DE102012008619A1

DE102012008619A1 - Tieftemperatur-Wärmeleiter

Info

Publication number: DE102012008619A1
Application number: DE102012008619A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tabuchi; Takayuki Tomaru; Kenichi Sasaki; Hiroaki Hoshikawa
Original assignee: KEK HIGH ENERGY ACCELERATOR; Sumitomo Chemical Co Ltd; Inter University Research Institute Corp High Energy Accelerator Research Organization
Current assignee: KEK HIGH ENERGY ACCELERATOR; Sumitomo Chemical Co Ltd; Inter University Research Institute Corp High Energy Accelerator Research Organization
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2012-10-31
Also published as: US20120273181A1; FR2974659A1; NL1039566B1; GB201207372D0; CN102758106A; NL1039566A; GB2490423A; JP2012234938A

Abstract

Ein Material für einen Wärmeleiter mit ausgezeichneten Wärmeübertragungseigenschaften, indem hohe Wärmeleitfähigkeit sogar bei niedriger Temperatur von beispielsweise einer Temperatur des flüssigen Stickstoffs (77 K) oder tiefer erhalten wird, wird bereitgestellt. Ein Wärmeleiter, der bei niedriger Temperatur von 77 K oder tiefer im Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher verwendet werden soll, schließt Aluminium ein, das eine Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher aufweist und auch den Eisengehalt von 1 Masse-ppm oder weniger aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeleiter, der ausgezeichnete Leitfähigkeit bei niedriger Temperatur von beispielsweise 77 K oder tiefer, insbesondere bei kryogenen Temperaturen von 20 K oder tiefer zeigt; und insbesondere einen Wärmeleiter, der ausgezeichnete Leitfähigkeit zeigt, selbst wenn er in einem starken Magnetfeld von beispielsweise 1 T oder höher verwendet wird.
Ein supraleitender Magnet wird in verschiedenen Bereichen verwendet, beispielsweise MRI (Magnetresonanztomographie) zur Diagnose, NMR (kernmagnetische Resonanz) zur analytischen Verwendung oder Magnetschwebebahnen. Es werden als ein supraleitender Magnet Tieftemperatur-supraleitende Spulen verwendet, die unter Verwendung von flüssigem Helium auf den Siedepunkt von Helium von 4,2 K (Kelvin) abgekühlt werden, und Hochtemperatur-supraleitende Spulen, die mit einer Kältemaschine auf etwa 20 K abgekühlt werden.
Es besteht Bedarf, einen Wärmeleiter zu verwenden, der hohe Wärmeleitfähigkeit bei niedriger Temperatur eines Siedepunkts von flüssigem Stickstoff (77 K) oder tiefer, insbesondere kryogenen Temperaturen von 20 K oder tiefer zeigt, um so diese supraleitenden Spulen wirksam und gleichmäßig zu kühlen.
JP 2007-063671A offenbart kaltverfestigtes Aluminium als einen Wärmeleiter, der hohe Wärmeleitfähigkeit bei niedriger Temperatur zeigt.
JP 2004-283580A offenbart eine Struktur für eine Magnetresonanzbaueinheit und beschreibt auch, dass es möglich ist, als einen Wärmeleiter (thermische Sammelschiene), der zwischen einer Kältemaschine und einem Tiefkühlbehälter angeordnet ist, Aluminium mit einer hohen Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher zu verwenden (nachstehend manchmal als „5N” (fünf Neuner) bezeichnet und bei der Angabe des Massenprozentsatzes, der eine Reinheit angibt, wird die Angabe manchmal durchgeführt, indem „N” hinter die Anzahl der „9”, welche vom Kopf her kontinuierlich ist, gestellt wird, beispielsweise wird die Reinheit von 99,9999 Masse-% oder höher manchmal als „6N” (sechs Neuner) bezeichnet), das hohe Wärmeübertragungseigenschaften bei kryogenen Temperaturen zeigt, oder Aluminium mit einer Reinheit von 99,99 Masse-% oder höher (4N).
Es ist auch, zusätzlich zu Aluminium, ein Wärmeleiter bekannt, der Kupfer, wie Sauerstofffreies Kupfer mit einer Reinheit von 99,99 Masse-% oder höher (4N), verwendet.
Jedoch weisen diese Materialien mit hohen Wärmeübertragungseigenschaften bei niedriger Temperatur auch ein Problem dahin gehend auf, dass die Wärmeleitfähigkeit in der Nähe einer supraleitenden Spule abnimmt (supraleitender Magnet), beispielsweise unter einem starken Magnetfeld, wo das Magnetfeld, das von der supraleitenden Spule erzeugt wird, 1 T oder höher ist, und somit hohe Wärmeübertragungseigenschaften nicht erhalten werden können.
Dieses Problem wird durch den magnetoresistiven Effekt verursacht. Dieser Effekt ist als ein Phänomen bekannt, bei dem der spezifische elektrische Widerstand in Abhängigkeit vom äußeren Magnetfeld variiert.
Es ist bekannt, dass Kupfer einen bemerkenswerten magnetoresistiven Effekt zeigt und der spezifische elektrische Widerstand bei niedriger Temperatur in bemerkenswerter Weise mit zunehmendem Magnetfeld zunimmt. Es ist bekannt, dass Aluminium auch den magnetoresistiven Effekt zeigt, wenn auch nicht vergleichbar mit Kupfer, und dies eine bemerkenswerte Zunahme des spezifischen elektrischen Widerstands bei niedriger Temperatur im Magnetfeld verursacht.
Bei vielen Metallen, einschließlich Kupfer, Aluminium und Legierungen davon, weist der spezifische elektrische Widerstand eine enge Beziehung zur Wärmeleitfähigkeit auf und die Wärmeleitfähigkeit nimmt ab, wenn der spezifische elektrische Widerstand zunimmt (die Leitfähigkeit abnimmt).
Als eine Folge davon gab es ein Problem dahin gehend, dass die Kühlleistung einer supraleitenden Spule in dem Maße abnimmt, wie sich die Wärmeübertragungseigenschaften eines Wärmeleiters, der unter einem starken Magnetfeld verwendet werden soll, verschlechtern.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeleiter mit ausgezeichneten Wärmeübertragungseigenschaften bereitzustellen, indem hohe Wärmeleitfähigkeit selbst bei niedriger Temperatur von beispielsweise einer Temperatur des flüssigen Stickstoffs (77 K) oder tiefer, insbesondere kryogenen Temperaturen von 20 K oder tiefer in einem starken Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung stellt in einem Gesichtspunkt 1 einen Wärmeleiter zur Verwendung bei niedriger (niedrigen) Temperatur(en) von 77 K oder tiefer im Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher bereit, der Aluminium enthält, das eine Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher aufweist und auch einen Eisengehalt von 1 Masse-ppm oder weniger aufweist. Mit anderen Worten, die Erfindung stellt ein Material bereit, das Aluminium, das eine Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher aufweist und auch einen Eisengehalt von 1 Masse-ppm oder weniger aufweist, einschließt oder ist, zur Verwendung als ein Wärmeleiter unter den vorstehenden Temperatur/Magnetfeld-Bedingungen bereit.
Die hier genannten Erfinder haben festgestellt, dass sogar Aluminium (Al) in bemerkenswerter Weise den magnetoresistiven Effekt unterdrücken kann, indem die Reinheit auf 99,999 Masse-% oder höher reguliert wird und auch der Eisengehalt auf 1 Masse-ppm oder weniger reguliert wird. Der Wärmeleiter, der aus einem solchen Aluminium hergestellt ist, weist hohe Wärmeleitfähigkeit auf und zeigt ausgezeichnete Wärmeübertragungseigenschaften, selbst wenn er bei kryogenen Temperaturen von beispielsweise 77 K oder tiefer in einem starken Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung stellt in einem Gesichtspunkt 2 den Wärmeleiter gemäß dem Gesichtspunkt 1 bereit, wobei das Aluminium eine Reinheit von 99,9999 Masse-% oder höher aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt in einem Gesichtspunkt 3 den Wärmeleiter gemäß dem Gesichtspunkt 1 bereit, wobei das Aluminium eine Reinheit von 99,99998 Masse-% oder höher aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt in einem Gesichtspunkt 4 den Wärmeleiter gemäß einem der Gesichtspunkte 1 bis 3 bereit, wobei das Aluminium eine intermetallische Verbindung Al₃Fe enthält.
Die vorliegende Erfindung stellt in einem Gesichtspunkt 5 den Wärmeleiter zum Kühlen eines supraleitenden Magneten unter Verwendung des Wärmeleiters gemäß einem der Gesichtspunkte 1 bis 4 bereit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Wärmeleiter mit ausgezeichneten Wärmeübertragungseigenschaften bereitzustellen, indem er hohe Wärmeleitfähigkeit bei niedriger Temperatur von beispielsweise einer Temperatur des flüssigen Stickstoffs (77 K) oder tiefer, insbesondere kryogenen Temperaturen von 20 K oder tiefer in einem starken Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher aufweist.
1 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Leitfähigkeitsindex und dem angelegten Magnetfeld (magnetische Flussdichte) zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und dem angelegten Magnetfeld (magnetische Flussdichte) zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Temperaturdifferenz der beiden Enden einer plattenförmigen Probe und dem Magnetfeld (magnetische Flussdichte) zeigt.
Der Wärmeleiter gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Aluminium, das eine Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher aufweist und auch den Eisengehalt von 1 Masse-ppm aufweist, um so selbst in dem Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher verwendet zu werden.
Die hier genannten Erfinder haben erstens festgestellt, dass Aluminium, das eine Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher aufweist und auch den Eisengehalt von 1 Masse-ppm aufweist, nicht in bemerkenswerter Weise den magnetoresistiven Effekt aufweist, selbst wenn das Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher angelegt wird, und somit wird eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit unterdrückt. Folglich wurde die vorliegende Erfindung vollendet.
Wie beispielsweise in JP 2009-242865A und JP 2009-242866A offenbart, ist es bekannt, dass der spezifische elektrische Widerstand bei kryogenen Temperaturen, beispielsweise Temperaturen von flüssigem Helium, in dem Maße abnimmt, wie die Reinheit von Aluminium zunimmt, wie 5N (Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher) und 6N (Reinheit von 99,9999 Masse-% oder höher).
Wie beispielsweise in JP 2010-106329A offenbart, ist Aluminium mit einer Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher und auch mit dem Eisengehalt von 1 Masse-ppm oder weniger auch bekannt.
Es ist bekannt, dass sich, obwohl Aluminium eine Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit bei kryogenen Temperaturen in einem Zustand, in dem das Magnetfeld nicht angelegt ist, ermöglicht, indem die Reinheit auf etwa 4N erhöht wird, ein bemerkenswerter magnetoresistiver Effekt zeigt, wenn ein starkes Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher angelegt wird. Somit wird eine Abnahme der Leitfähigkeit verursacht. Es ist angenommen worden, dass hohe Leitfähigkeit unter einem starken Magnetfeld auch bei hochreinem Aluminium der Reinheit 5N oder 6N in gleicher Weise wie bei dem Aluminium der Reinheit 4N nicht erhalten werden kann.
Deshalb wird davon ausgegangen, dass Aluminium mit einer Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher und auch mit dem Eisengehalt von 1 Masse-ppm oder weniger nicht in einem Wärmeleiter verwendet wurde, der in dem Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher verwendet wird.
Wie vorstehend erwähnt, haben die hier genannten Erfinder erstens festgestellt, dass eine Zunahme des spezifischen elektrischen Widerstands (d. h. eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit) unter einem starken Magnetfeld, die sich herkömmlicherweise vorgestellt wurde, bei hochreinem Aluminium von 5N oder höherem Niveau und auch mit dem Eisengehalt von 1 Masse-ppm oder weniger nicht auftritt.
Auch wenn Einzelheiten in den nachstehend erwähnten Beispielen beschrieben werden, wird eine drastische Abnahme der Leitfähigkeit in einem starken Magnetfeld selbst bei einem hochreinen Kupfer mit der Reinheit von 5N, 6N oder höherem Niveau erkannt, auch wenn dieses Material üblicherweise als ein Wärmeleiter verwendet wird. Deshalb ist ein Phänomen, bei dem hohe Leitfähigkeit selbst in einem starken Magnetfeld beibehalten wird, indem eine hohe Reinheit erreicht wird, was von den hier genannten Erfindern festgestellt wurde, für Aluminium typisch.
Bei dem Wärmeleiter gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie vorstehend erwähnt, die Menge an Eisen, die in Aluminium enthalten ist, auf 1 Masse-ppm oder weniger reguliert.
Wie nachstehend ausführlich beschrieben werden wird, wird der Grund wie folgt angenommen: der magnetoresistive Effekt wird zuverlässig unterdrückt, indem die Menge an Eisen als einem ferromagnetischen Element reguliert wird und es so möglich gemacht wird, zuverlässig eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit, die durch das angelegte starke Magnetfeld verursacht wird, zu unterdrücken.
Der Wärmeleiter gemäß der vorliegenden Erfindung übt in bemerkenswerter Weise den Effekt aus, wenn er in einem Zustand verwendet wird, wo die Temperatur 77 K (–196°C) oder tiefer und stärker bevorzugt 20 K (–253°C) oder tiefer ist und auch das Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher angelegt ist.
Bevor eine Beschreibung von Einzelheiten des Wärmeleiters gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt, erfolgt eine Beschreibung, warum ein Wärmeleiter, der ein Material mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit verwendet, hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Bei vielen Metallen, einschließlich Kupfer, Aluminium und Legierungen davon, ist die Übertragung von freien Elektronen der Hauptmechanismus der elektrischen Leitung und die elektrische Leitfähigkeit kann erhöht werden, indem ein leichter Transport von freien Elektronen zugelassen wird. Auf der anderen Seite tragen freie Elektronen merklich zur Wärmeleitung dieser Metalle bei, und hohe Wärmeleitfähigkeit kann erhalten werden, wenn freie Elektronen leicht beweglich sind.
Das Wiedemann-Franzsche (WF) Gesetz ist als eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit der üblichen Metalle bekannt. Es ist auch bekannt, dass die Wärmeleitfähigkeit bei etwa 40 K oder tiefer von hochreinem Aluminium aus der folgenden Gleichung (1) als einer genaueren Bezugsgleichung für hochreine Metalle bestimmt werden kann und die Wärmeleitfähigkeit bei etwa 40 K oder tiefer von hochreinem Kupfer aus der folgenden Gleichung (2) bestimmt werden kann (beide Gleichungen werden aus TEION KOGAKU, Bd. 39 (2004), Nr. 1, S. 25–32, zitiert). κ = 1/(1,83 × 10^–7 × T² + 1,09/RRR/T) (1) κ = 1/(6,41 × 10^–8 × T^2,4 + 0,685/RRR/T) (2) wobei

κ:: Wärmeleitfähigkeit (W/m/K)
T:: Temperatur (K)
RRR:: Restwiderstandsverhältnis

Das Restwiderstandsverhältnis RRR wird durch die folgende Gleichung (3) dargestellt. RRR = ρ_297K/ρ_T (3) wobei

ρ_297K:: Spezifischer Widerstand bei der Temperatur von 297 K (nΩcm)
ρ_T:: Spezifischer Widerstand bei der Temperatur T (K) (nΩcm)

Hierbei ist es bekannt, dass ρ_297K von Kupfer und ρ_297K von Aluminium kaum durch die Reinheit und das Magnetfeld, das von außen angelegt werden soll, beeinflusst werden und nahezu konstant sind (beispielsweise ist ρ_297K von Aluminium etwa 2.700 und ist ρ_297K von Kupfer etwa 1.500).
Deshalb nimmt, wie aus den Gleichungen (1) bis (3) ersichtlich ist, die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und Aluminium in dem Maße zu, wie die elektrische Leitfähigkeit verbessert wird (wie der spezifische elektrische Widerstand abnimmt).
Einzelheiten des Wärmeleiters gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben werden.
(1) Gehalt an Verunreinigungen
Wie vorstehend erwähnt, ist der Wärmeleiter gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er Aluminium enthält, das eine Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher aufweist und auch den Eisengehalt von 1 Masse-ppm oder weniger aufweist. Die Reinheit ist vorzugsweise 99,9999 Masse-% oder höher und stärker bevorzugt 99,99998 Masse-% oder höher (nachstehend manchmal als „6N8” bezeichnet) aus den folgenden Gründen. Das heißt, je höher die Reinheit ist, desto kleiner ist die Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit in einem starken Magnetfeld. Weiterhin kann im Fall der Reinheit von 99,9999 Masse-% oder höher manchmal der spezifische elektrische Widerstand in einem starken Magnetfeld von 1 T oder höher, verglichen mit dem Fall, wo das Magnetfeld nicht angelegt ist, abnehmen.
Der Eisengehalt beträgt vorzugsweise 0,1 Masse-ppm oder weniger.
Der Grund dafür ist, dass eine Abnahme der Leitfähigkeit in einem starken Magnetfeld zuverlässiger unterdrückt werden kann.
Es gibt immer noch unklare Punkte in Bezug auf den Mechanismus, durch den eine Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit in einem starken Magnetfeld durch Regulieren des Eisengehalts auf 1 Masse-ppm oder weniger unterdrückt werden kann. Jedoch wird ein vorgeschlagener Mechanismus im Moment wie folgt in Betracht gezogen. Das heißt, Eisen wird wahrscheinlich durch ein starkes Magnetfeld beeinflusst, da es ein ferromagnetisches Element ist, und als eine Folge davon nimmt, wenn Eisen mit einem Gehalt von höher als 1 Masse-ppm vorliegt, ein Einfluss, der auf die Leitfähigkeit ausgeübt wird, zu, und somit kann die Leitfähigkeit in einem starken Magnetfeld abnehmen. Wenn der Eisengehalt 0,1 ppm beträgt, kann ein Einfluss auf Grund des ferromagnetischen Materials nahezu vollständig ausgeschlossen werden. Jedoch begrenzt dieser vorgeschlagene Mechanismus nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung.
Ni und Co sind als von Eisen verschiedene ferromagnetische Elemente bekannt. Da diese Elemente jedoch auf einfache Weise in einem bekannten Verfahren zur Hochreinigung von Aluminium entfernt werden, steht der numerische Wert des Gehalts außer Frage. Jedoch sind die Gehalte an Ni und Co auch vorzugsweise 1 ppm oder weniger und stärker bevorzugt 0,1 ppm oder weniger.
Die Reinheit von Aluminium kann in einigen Verfahren definiert werden. Beispielsweise kann sie durch die Messung des Gehalts an Aluminium bestimmt werden. Jedoch wird es bevorzugt, dass die Reinheit von Aluminium bestimmt wird, indem der Gehalt (Masse-%) der folgenden 33 Elemente, die als Verunreinigungen in Aluminium enthalten sind, gemessen wird und die Summe dieser Gehalte von 100% abgezogen wird, um so die Reinheit von Aluminium mit hoher Genauigkeit auf eine vergleichsweise einfache Weise zu bestimmen.
Hier sind die 33 Elemente, die als Verunreinigungen enthalten sind, Lithium (Li), Beryllium (Be), Bor (B), Natrium (Na), Magnesium (Mg), Silicium (Si), Kalium (K), Calcium (Ca), Titan (Ti), Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Nickel (Ni), Cobalt (Co), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Gallium (Ga), Arsen (As), Zirconium (Zr), Molybdän (Mo), Silber (Ag), Cadmium (Cd), Indium (In), Zinn (Sn), Antimon (Sb), Barium (Ba), Lanthan (La), Cer (Ce), Platin (Pt), Quecksilber (Hg), Blei (Pb) und Bismut (Bi).
Die Gehalte dieser Elemente können beispielsweise durch Glimmentladungs-Massenspektrometrie bestimmt werden.
(2) Reinigungsverfahren
Ein solches hochreines Aluminium kann unter Verwendung eines beliebigen Reinigungs(Raffinations-) verfahren erhalten werden. Einige Reinigungsverfahren zum Erhalten von hochreinem Aluminium gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beispielhaft veranschaulicht. Jedoch ist das Reinigungsverfahren selbstverständlich nicht auf diese Verfahren begrenzt.
Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren
Es ist möglich, als eines der Verfahren zum Erhalten von hochreinem Aluminium ein Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren zu verwenden, bei dem im Handel erhältliches Aluminium mit vergleichsweise geringer Reinheit (beispielsweise mit Güteklasse 1 mit 99,9% Reinheit, wie in JIS-H2102 vorgegeben) in einer Schicht aus Al-Cu-Legierung eingebracht wird und als eine Anode in einem geschmolzenen Zustand verwendet wird und ein Elektrolysebad, das Aluminiumfluorid und Bariumfluorid darin enthält, darauf angeordnet wird und somit hochreines Aluminium an einer Kathode hergestellt wird.
Bei dem Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren kann hauptsächlich Aluminium mit einer Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher erhalten werden. Es ist möglich, auf vergleichsweise einfache Weise den Eisengehalt in Aluminium auf 1 Masse-ppm oder weniger zu unterdrücken.
Unidirektionales Erstarrungsverfahren
Beispielsweise kann ein unidirektionales Erstarrungsverfahren verwendet werden, um so weiter eine Reinheit des hochreinen Aluminiums, das mit dem Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren erhalten wurde, weiter zu erhöhen.
Der Gehalt an Fe und die entsprechenden Gehalte an Ti, V, Cr und Zr können selektiv durch das unidirektionale Erstarrungsverfahren verringert werden.
Es ist bekannt, dass das unidirektionale Erstarrungsverfahren beispielsweise ein Verfahren ist, bei dem Aluminium in einer Ofenröhre, wobei ein Röhrenofen vom Typ mit sich bewegendem Ofenkörper verwendet wird, geschmolzen wird und dann unidirektional vom Ende her erstarren gelassen wird, indem ein Ofenkörper aus einer Ofenröhre herausgezogen wird, und dass die Gehalte der entsprechenden Elemente von Ti, V, Cr und Zr selektiv auf der Seite des Endes, an dem die Erstarrung beginnt, zunehmen und auch der Gehalt an Fe selektiv auf der Seite des Endes, an dem die Erstarrung abgeschlossen wird (gegenüber dem Ende, an dem die Erstarrung beginnt) zunimmt. Deshalb wird es möglich, zuverlässig die Gehalte der entsprechenden Elemente von Fe und Ti, V, Cr und Zr zu verringern, indem beide Seiten des Endes, an dem die Erstarrung beginnt und des Endes, an dem die Erstarrung abgeschlossen wird, des erhaltenen Barrens abgeschnitten werden. Es kann bestimmt werden, welcher spezielle Teil des Barrens, der mit dem unidirektionalen Erstarrungsverfahren erhalten wurde, abgeschnitten werden muss, indem die Gehalte der Elemente in passenden Abständen entlang einer Erstarrungsrichtung analysiert werden, so dass lediglich der Teil, in dem der Gesamtgehalt der Gehalte von Fe und Ti, V, Cr und Zr in ausreichendem Maße verringert ist, übrig bleiben darf.
Es gibt keine besondere Begrenzung im Hinblick auf die Reihenfolge der Ausführung der Reinigung mit dem Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren und Reinigung mit dem unidirektionalen Erstarrungsverfahren. Üblicherweise wird die Reinigung mit dem Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren ausgeführt und dann wird die Reinigung mit dem unidirektionalen Erstarrungsverfahren ausgeführt. Die Reinigung mit dem Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren und die Reinigung mit dem unidirektionalen Erstarrungsverfahren können beispielsweise abwechselnd und wiederholt ausgeführt werden bzw. eine beliebige der oder beide Reinigungen können wiederholt ausgeführt werden. Es wird besonders bevorzugt, dass die Reinigung mit dem unidirektionalen Erstarrungsverfahren wiederholt ausgeführt wird.
Auf eine solche Weise kann Aluminium mit einer Reinheit von 99,9999 Masse-% oder höher erhalten werden, indem das Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren in Kombination mit dem unidirektionalen Erstarrungsverfahren verwendet wird. Es ist auch möglich, den Eisengehalt in Aluminium auf 1 Masse-ppm oder weniger und stärker bevorzugt 0,1 Masse-ppm oder weniger auf eine vergleichsweise einfache Weise zu unterdrücken.
Zonenschmelzverfahren
Weiterhin kann ein Zonenschmelzverfahren verwendet werden, um so Aluminium mit hoher Reinheit, beispielsweise einer Reinheit von 99,99998 Masse-% oder höher, zu erhalten. Wenn das Zonenschmelzverfahren in passender Weise verwendet wird, kann der Eisengehalt in Aluminium auf 1 Masse-ppm oder weniger und stärker bevorzugt 0,1 Masse-ppm oder weniger auf zuverlässigere Weise unterdrückt werden.
Insbesondere ist es effizient, ein Reinigungsverfahren für Aluminium durch das Zonenschmelzverfahren zu verwenden, das die hier genannten Erfinder erfunden haben (Verfahren, das in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-064544 beschrieben wird).
Damit verhindert wird, dass Verunreinigungen in das erhitzte Aluminium diffundieren, wenn Verunreinigungen in Aluminium durch das Zonenschmelzreinigungsverfahren entfernt werden, wird es bevorzugt, dass eine Aluminiumoxidschicht im Voraus auf einer Oberfläche eines Tiegels, in den Aluminium gegeben wird, gebildet wird und die Zonenschmelzreinigung auch im Vakuum unter einem Druck von 3 × 10^–5 Pa oder weniger und stärker bevorzugt 3 × 10^–6 Pa bis 2 × 10^–5 Pa durchgeführt wird, um so zuverlässig die Verunreinigungen vom geschmolzenen Aluminium abzutrennen.
Es wird bevorzugt, eine Vorbehandlung durchzuführen, bei der eine Oberflächenschicht eines Aluminiumausgangsmaterials, das der Zonenschmelzreinigung unterzogen werden soll, zuvor aufgelöst und entfernt wird, bevor die Zonenschmelzreinigung durchgeführt wird. Es gibt keine besondere Begrenzung für das Vorbehandlungsverfahren und verschiedene Behandlungen, die im relevanten technischen Gebiet verwendet werden, können verwendet werden, um so die Oberflächenschicht des Aluminiumausgangsmaterials zu entfernen.
Beispiele für die Vorbehandlung schließen eine Säurebehandlung, eine elektrolytische Polierbehandlung und dergleichen ein.
Der vorstehend erwähnte Tiegel, der bei dem Zonenschmelzreinigungsverfahren verwendet werden soll, ist vorzugsweise ein Graphittiegel und wird vorzugsweise in einem inerten Gas oder Vakuum nach der Bildung der vorstehend erwähnten Aluminiumoxidschicht gebrannt.
Die Breite des Schmelzabschnitts, in dem Aluminium während der Zonenschmelzreinigung geschmolzen wird, wird vorzugsweise auf w_Al × 1,5 oder mehr und w_Al × 6 oder weniger, bezogen auf eine Querschnittsdimension w_Al des Aluminiumausgangsmaterials, eingestellt.
Ein Aluminiumausgangsmaterial, das bei der Reinigung verwendet werden soll, wird erhalten, indem das Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren in Kombination mit dem unidirektionalen Erstarrungsverfahren verwendet wird, und beispielsweise wird hochreines Aluminium mit einer Reinheit von 99,9999 Masse-% oder höher vorzugsweise verwendet.
Beim Zonenschmelzverfahren wird beispielsweise der Schmelzabschnitt von dem einen Ende eines rohen Aluminiums in Richtung auf das andere Ende zu bewegt, indem eine Hochfrequenzspule für das Erhitzen mit Hochfrequenz bewegt wird, und somit kann das gesamte rohe Aluminium der Zonenschmelzreinigung unterzogen werden. Von den verunreinigenden Metallelement-Komponenten konzentrieren sich in der Regel die peritektischen Komponenten (Ti, V, Cr, As, Se, Zr und Mo) im Abschnitt des Schmelzbeginns und konzentrieren sich die eutektischen Komponenten (26 Elemente als eine Folge des Entfernens der peritektischen 7 Elemente von den vorstehend erwähnten 33 verunreinigenden Elementen) in der Regel im Abschnitt des Schmelzendes, und somit kann ein hochreines Aluminium in dem Bereich erhalten werden, wo beide Enden des Aluminiumausgangsmaterials entfernt werden.
Nach dem Bewegen des Schmelzabschnitts innerhalb einer vorbestimmten Entfernung, wie eine Entfernung von dem einen Ende zum anderen Ende in einer longitudinalen Richtung eines Aluminiumausgangsmaterials, wird das Erhitzen mit Hochfrequenz beendet und man lässt den Schmelzabschnitt erstarren. Nach dem Erstarren wird ein Aluminiummaterial herausgeschnitten (beispielsweise werden beide Enden abgeschnitten), um ein gereinigtes hochreines Aluminiummaterial zu erhalten.
Wenn eine Vielzahl von Aluminiumausgangsmaterialien in einer longitudinalen Richtung (in einer Bewegungsrichtung des Schmelzabschnitts) angeordnet werden, wird es bevorzugt, dass die Aluminiumausgangsmaterialien in einer longitudinalen Richtung miteinander in Kontakt gebracht werden, um sie als ein Aluminiumausgangsmaterial in einer longitudinalen Richtung zu behandeln, und dann wird der Schmelzabschnitt von dem einen Ende (d. h. das eine von zwei Enden, wo keine aneinander grenzenden Aluminiumausgangsmaterialien in einer longitudinalen Richtung vorliegen, unter den Enden der Vielzahl von Aluminiumausgangsmaterialien) zum anderen Ende (d. h. das andere von zwei Enden, wo keine aneinander grenzenden Aluminiumausgangsmaterialien in einer longitudinalen Richtung vorliegen, unter den Enden der Vielzahl von Aluminiumausgangsmaterialien) bewegt.
Der Grund ist, dass die Enden des Aluminiumausgangsmaterials, die miteinander in Kontakt stehen, während des Zonenschmelzens vereinigt werden, und somit kann ein langes Aluminiummaterial erhalten werden.
Wie vorstehend erwähnt, kann nach dem Zonenschmelzen (Zonenschmelzreinigung) von dem einen Ende zum anderen Ende des Aluminiumausgangsmaterials das Zonenschmelzen wieder von dem einen Ende zum anderen Ende wiederholt werden. Die Anzahl der Wiederholungen (Anzahl der Durchläufe) beträgt üblicherweise 1 oder mehr und 20 oder weniger. Selbst falls die Anzahl der Durchläufe höher als der vorstehende Bereich ist, ist eine Verbesserung der Reinigungswirkung beschränkt.
Damit die peritektischen 7 Elemente wirksam entfernt werden, beträgt die Anzahl der Durchläufe vorzugsweise 3 oder mehr und stärker bevorzugt 5 oder mehr. Wenn die Anzahl der Durchläufe weniger als der vorstehende Bereich ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass die peritektischen 7 Elemente entfernt werden, und somit kann eine ausreichende Reinigungswirkung möglicherweise nicht erhalten werden.
Der Grund ist wie folgt. Wenn eine Vielzahl von Aluminiumausgangsmaterialien in Kontakt miteinander in einer longitudinalen Richtung angeordnet werden, wird, wenn die Anzahl der Durchläufe weniger als 3 beträgt, eine Form (insbesondere die Größe der Höhe) des gereinigten Aluminiums nach dem Vereinigen nicht einheitlich, und somit kann die Schmelzbreite manchmal während der Reinigung schwanken und eine einheitliche Reinigung wird weniger wahrscheinlich zu erhalten sein.
(3) Formungsverfahren
Der Barren aus dem hochreinen Aluminium, der mit dem vorstehend erwähnten Reinigungsverfahren erhalten wurde, wird unter Verwendung von verschiedenen Verfahren zu einer gewünschten Form geformt.
Das Formungsverfahren wird nachstehend gezeigt werden. Jedoch ist das Formungsverfahren nicht darauf begrenzt.
Walzen
Wenn ein Wärmeleiter, der erhalten werden soll, eine Platte oder ein Draht ist, ist Walzen ein effektives Formungsverfahren.
Das Walzen kann unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens durchgeführt werden, beispielsweise ein Verfahren, bei dem ein Barren durch ein Paar von Walzen durchgeführt wird, indem er in den Zwischenraum zwischen diesen Walzen eingelegt wird, während ein Druck angelegt wird. Es gibt keine besondere Begrenzung im Hinblick auf spezifische Techniken und Bedingungen (Temperatur von Materialien und Walzen, Behandlungsdauer, Dickenverminderungsverhältnis usw.) im Falle des Walzens, und diese spezifischen Techniken und Bedingungen können in angemessener Weise festgelegt werden, sofern die Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden.
Es gibt keine besondere Begrenzung im Hinblick auf die Größe der Platte und des Drahts, die schließlich durch das Walzen erhalten werden sollen. Was eine bevorzugte Größe betrifft, beträgt die Dicke 0,1 mm bis 3 mm im Fall der Platte oder beträgt der Durchmesser 0,1 mm bis 3 mm im Fall des Drahts.
Wenn die Dicke weniger als 0,1 mm beträgt, können ausreichende Leitungseigenschaften, die für den Wärmeleiter erforderlich sind, manchmal weniger wahrscheinlich zu erhalten sein, da ein Querschnitt abnimmt. Im Gegensatz dazu kann es, wenn die Dicke mehr als 3 mm beträgt, manchmal schwierig werden, unter Ausnutzung der Flexibilität zu verformen. Wenn die Dicke 0,1 mm bis 3 mm beträgt, gibt es einen Vorteil, wie beispielsweise einfache Handhabung, und kann das Material auf einer Seitenfläche eines gekrümmten Behälters unter Ausnutzung der Flexibilität angeordnet werden.
Selbstverständlich ist die Form, die durch Walzen erhältlich ist, nicht auf die Platte oder den Draht begrenzt, und beispielsweise kann eine Rohrform und eine H-Form durch Walzen erhalten werden.
Das Walzen kann Heißwalzen oder Warmwalzen sein, bei dem ein Barren zuvor erhitzt wird und dann Walzen in einem Zustand durchgeführt wird, bei dem eine höhere Temperatur als Zimmertemperatur eingestellt ist, oder kann Kaltwalzen sein, bei dem der Barren nicht zuvor erhitzt wird. Alternativ kann Heißwalzen oder Warmwalzen in Kombination mit Kaltwalzen verwendet werden.
Im Fall des Walzens ist es auch möglich, das Material zuvor zu einer gewünschten Form zu gießen oder zu schneiden. Im Fall des Gießens kann ein herkömmliches Verfahren eingesetzt werden, ist aber nicht auf beispielsweise ein Verfahren begrenzt, bei dem hochreines Aluminium erhitzt und geschmolzen wird, um ein geschmolzenes Metall zu bilden, und das erhaltene hochreine geschmolzene Aluminiummetall durch Abkühlen in einer Form erstarren gelassen wird. Auch gibt es keine besondere Begrenzung im Hinblick auf die Bedingungen oder dergleichen im Fall des Gießens. Die Erhitzungstemperatur beträgt üblicherweise 700 bis 800°C, und Erhitzen und Schmelzen wird üblicherweise im Vakuum oder in einer Inertgas(Stickstoffgas-, Argongas- usw.)atmosphäre in einem Schmelztiegel, wie ein Graphitschmelztiegel, durchgeführt.
Anderes Formungsverfahren als Walzen
Drahtziehen oder Extrusion kann als das andere Formungsverfahren als Walzen durchgeführt werden. Es gibt keine Begrenzung im Hinblick auf die Form, die durch Ziehen oder Extrusion erhalten wird. Beispielsweise ist Ziehen oder Extrusion geeignet, um einen Draht mit einem kreisförmigen Querschnitt zu erhalten.
Eine gewünschte Drahtform kann durch Walzen vor dem Ziehen, um einen gewalzten Draht (gewalzter Drahtstab) zu erhalten, und dann Ziehen des gewalzten Drahts erhalten werden.
Der Querschnitt des erhaltenen Drahts ist nicht auf einen Kreis begrenzt und der Draht kann einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen ovalen oder quadratischen Querschnitt.
Die gewünschte Form kann auch durch Schneiden des Barrens, außer Ziehen oder Extrusion, erhalten werden.
(4) Glühen
Weiterhin kann der geformte Gegenstand der vorliegenden Erfindung, der mit dem vorstehenden Formungsverfahren, wie Walzen, erhalten wurde, gegebenenfalls einer Glühbehandlung unterzogen werden. Es ist möglich, Spannung zu entfernen, die üblicherweise manchmal im Fall des Heraus-Schneidens eines Materials, das aus dem Barren geformt werden soll, oder des Formens erzeugt wird, indem eine Glühbehandlung durchgeführt wird.
Es gibt keine besondere Begrenzung im Hinblick auf die Bedingungen der Glühbehandlung, und ein Verfahren des Beibehaltens von 400 bis 600°C über eine oder mehrere Stunden lang wird bevorzugt.
Wenn die Temperatur tiefer als 400°C ist, wird die Spannung (Versetzung), die im Barren eingeschlossen ist, aus dem folgenden Grund nicht in ausreichender Weise verringert. Da Spannung (Versetzung) als ein Faktor zum Erhöhen des spezifischen elektrischen Widerstands dient, können ausgezeichnete Leitungseigenschaften manchmal nicht gezeigt werden. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur höher als 600°C ist, schreitet die Lösung von Verunreinigungen im Feststoff, insbesondere die Lösung von Eisen in einer Matrix, fort. Da im Feststoff gelöstes Eisen eine starke Wirkung des Erhöhens des spezifischen elektrischen Widerstands aufweist, können sich manchmal die Leitungseigenschaften verschlechtern.
Stärker bevorzugt wird die Temperatur aus dem folgenden Grund eine oder mehrere Stunden lang bei 430 bis 550°C gehalten.
Wenn die Temperatur innerhalb des vorstehenden Bereichs liegt, kann Spannung in ausreichendem Maße entfernt werden und Eisen liegt auch als eine intermetallische Verbindung mit Aluminium vor, ohne dass es als Feststoff in der Matrix gelöst wird.
Die folgenden Gründe werden auch beispielhaft veranschaulicht.
Als eine intermetallische Verbindung von Eisen und Aluminium sind beispielsweise eine Vielzahl von Arten, wie Al₆Fe, Al₃Fe und Al_mFe (m = 4,5), bekannt. Es wird angenommen, dass die Hauptmenge (beispielsweise 50% oder mehr und vorzugsweise 70% oder mehr, ausgedrückt als Volumenverhältnis) einer intermetallischen Verbindung von Eisen und Aluminium, welche in einem hochreinen Aluminiummaterial vorliegt, das nach dem Glühen innerhalb eines Temperaturbereichs (430 bis 550°C) erhalten wurde, Al₃Fe ist.
Dieses Al₃Fe weist dahingehend einen Vorteil auf, dass es selbst im Fall des Vorliegens als eine Ausscheidung kaum einen schädlichen Einfluss auf die Leitfähigkeit ausübt.
Das Vorliegen von Al₃Fe und das Volumenverhältnis davon können durch Auflösen einer Matrix (Grundmaterial) unter Verwendung eines chemischen Lösungsmittels und Aufnehmen durch Filtration, gefolgt von Betrachten des Rückstands, der durch Filtration aufgenommen wurde, unter Verwendung eines analytischen Elektronenmikroskops (analytisches TEM) und weiterer Analyse bestätigt und gemessen werden.
Der Wärmeleiter gemäß der vorliegenden Erfindung kann ausschließlich aus dem vorstehend erwähnten hochreinen Aluminium mit einer Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher bestehen und kann einen anderen Anteil als das hochreine Aluminium enthalten, beispielsweise eine Schutzschicht, um so verschiedene Funktionen zu verleihen.
Während ein Wärmeleiter zum Kühlen eines supraleitenden Magneten als spezifische Anwendung des Wärmeleiters gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht wird, ist die spezifische Anwendung nicht darauf begrenzt und der Wärmeleiter gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Wärmeleiter für verschiedene Anwendungen bei niedriger Temperatur (77 K oder tiefer) unter einem starken Magnetfeld (1 T oder höher) verwendet werden, beispielsweise Wärmeleiter, die zum Kühlen von Proben, die mit NMR gemessen werden sollen, verwendet werden.
Beispiele
Beispiel 1 (Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher, 5N-Al), Beispiel 2 (Reinheit von 99,9999 Masse-% oder höher, 6N-Al) und Beispiel 3 (Reinheit von 99,99998 Masse-% oder höher, 6N8-Al), wovon Einzelheiten nachstehend aufgeführt sind, wurden als Beispielproben hergestellt, und dann wurde der spezifische Widerstand (spezifischer elektrischer Widerstand) gemessen.
Vergleichsbeispiel 1 (4N-Al) als Aluminium mit einer Reinheit vom 4N-Niveau und Vergleichsbeispiel 2 (3N-Al) als Aluminium mit einer Reinheit vom 3N-Niveau werden nachstehend als Vergleichsbeispiele aufgeführt. Der spezifische Widerstand der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde durch Berechnung bestimmt.
Zum Vergleich mit Kupfer wurde eine Probe aus Kupfer mit einer Reinheit vom 5N-Niveau hergestellt und dann wurde der spezifische Widerstand als Vergleichsbeispiel 3 gemessen.
Was Kupfer betrifft, wurden Literaturdaten als Vergleichsbeispiel verwendet. Vergleichsbeispiel 4 ist eine Kupferprobe mit einer Reinheit vom 4N-Niveau, Vergleichsbeispiel 5 ist eine Kupferprobe mit einer Reinheit vom 5N-Niveau und Vergleichsbeispiel 6 ist eine Kupferprobe mit einer Reinheit vom 6N-Niveau.
(1) Herstellung von hochreinem Aluminium
Zuerst wird das Verfahren zur Herstellung von hochreinem Aluminium, das in den Beispielen 1 bis 3 verwendet wird, nachstehend aufgeführt.
Beispiel 1
Ein im Handel erhältliches Aluminium mit einer Reinheit von 99,92 Masse-% wurde mit dem Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren gereinigt, um ein hochreines Aluminium mit einer Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher und einem Eisengehalt von 1 Masse-ppm oder weniger zu erhalten.
Genauer gesagt wurde ein im Handel erhältliches Aluminium (99,92 Masse-%) in einer Schicht aus Al-Cu-Legierung eingebracht und die Zusammensetzung eines Elektrolysebads wurde auf 41% AlF₃ – 35% BaF₂ – 14% CaF₂ – 10% NaF eingestellt. Bei 760°C wurde Elektrizität zugeführt und ein hochreines Aluminium, das sich an einer Kathodenseite abschied, wurde gesammelt.
Die Gehalte an den entsprechenden Elementen in diesem hochreinen Aluminium wurden durch Glimmentladungs-Massenspektrometrie (unter Verwendung von „VG9000”, hergestellt von THERMO ELECTRON Co., Ltd) analysiert, um die in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse zu erhalten.
Beispiel 2
Das hochreine Aluminium, das mit dem vorstehend erwähnten Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren erhalten wurde, wurde mit der unidirektionalen Erstarrung gereinigt, um ein hochreines Aluminium mit einer Reinheit von 99,9999 Masse-% oder höher und einem Eisengehalt von 1 Masse-ppm oder weniger zu erhalten.
Genauer gesagt wurden 2 kg des hochreinen Aluminiums, das mit dem Dreischichten-Elektrolyse-Verfahren erhalten wurde, in einen Schmelztiegel (Innenabmessung: 65 mm Breite × 400 mm Länge × 35 mm Höhe) gegeben und der Schmelztiegel wurde im Inneren einer Ofenröhre (hergestellt aus Quarz, 100 mm Innendurchmesser × 1.000 mm Länge) eines Röhrenofens mit Ofenkörper vom Transfertyp untergebracht. Das hochreine Aluminium wurde geschmolzen, indem ein Ofenkörper (Schmelztiegel) in einer Vakuumatmosphäre von 1 × 10^–2 Pa auf 700°C reguliert wurde, und dann unidirektional von dem Ende her erstarren gelassen, indem der Ofenkörper aus der Ofenröhre mit einer Geschwindigkeit von 30 mm/Stunde heraus gezogen wurde. Nach dem Herausschneiden ab der Position, die sich 50 mm von dem Ende an dem die Erstarrung beginnt, in einer Längenrichtung befindet, bis zu der Position, die sich 150 mm von dem Ende, an dem die Erstarrung beginnt, befindet, wurde ein massives hochreines Aluminium mit den Maßen 65 mm Breite × 100 mm Länge × 30 mm Dicke erhalten.
Die Gehalte an den entsprechenden Elementen in diesem hochreinen Aluminium wurden durch Glimmentladungs-Massenspektrometrie in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben analysiert, um die Ergebnisse zu erhalten, wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind.
Beispiel 3
Ein hochreines Aluminium mit einer Reinheit von 99,99998 Masse-% oder höher und dem Eisengehalt von 0,1 ppm oder weniger wurde mit dem folgenden Zonenschmelzverfahren erhalten.
Nach dem Schneiden zu einem vierseitigen Prisma mit den Maßen von etwa 18 mm × 18 mm × 100 mm oder einer ähnlichen Form aus dem 6N-Aluminiumbarren, der mit dem vorstehend erwähnten unidirektionalen Erstarrungsverfahren erhalten wurde, und ferner 3 Stunden lang saurem Dekapieren mit einer wässrigen 20%igen Salzsäurelösung, die durch Verdünnen mit reinem Wasser hergestellt wurde, wurde ein Aluminiumausgangsmaterial erhalten.
Unter Verwendung dieses Aluminiumausgangsmaterials wurde ein Zonenschmelzverfahren mit dem folgenden Verfahren durchgeführt.
Ein Graphittiegel wurde in das Innere einer Vakuumkammer (ein Quarzrohr mit den Maßen 50 mm Außendurchmesser, 46 mm Innendurchmesser, 1.400 mm Länge) eines Zonenschmelzreinigungsapparats gegeben. Ein hochreines Aluminiumoxidpulver AKP Series (Reinheit: 99,99%), hergestellt von Sumitomo Chemical Company, Limited, wurde auf den Teil des Graphittiegels, auf dem das Ausgangsmaterial platziert wird, aufgetragen, während es gepresst wurde, um eine Aluminiumoxidschicht zu bilden.
Der Graphittiegel wurde durch Erhitzen mit Hochfrequenz unter Vakuum gebrannt.
Das Brennen wurde durch Erhitzen im Vakuum von 10^–5 bis 10^–7 Pa unter Verwendung einer Spule zum Erhitzen mit Hochfrequenz (Windungszahl der Heizspule: 3, 70 mm Innendurchmesser, Frequenz etwa 100 kHz), die beim Zonenschmelzen verwendet wird, und Bewegen von dem einen Ende zum anderen Ende des Tiegels mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/Stunde durchgeführt, wodurch fortlaufend der gesamte Graphittiegel erhitzt wurde.
Die vorstehend erwähnten 9 Aluminiumausgangsmaterialien mit einem Gesamtgewicht von etwa 780 g wurden auf dem Teil (mit den Maßen 20 mm × 20 mm × 1.000 mm), auf dem die Ausgangsmaterialien platziert werden, der in dem Graphittiegel bereitgestellt ist, angeordnet. Die Aluminiumausgangsmaterialien wurden in Form eines vierseitigen Prismas angeordnet, das aus den 9 Ausgangsmaterialien bestand (Querschnittsabmessung w der Aluminiumausgangsmaterialien = 18 mm, Länge L = 900 mm, d. h. L = w × 50).
Nach dem dicht Verschließen im Inneren einer Kammer wurde das Evakuieren mit einer Turbomolekularpumpe und einer ölgedichteten Rotationspumpe durchgeführt, bis der Druck 1 × 10^–5 Pa oder weniger erreicht. Dann wurde ein Ende des Aluminiumausgangsmaterials in einer longitudinalen Richtung unter Verwendung einer Spule zum Erhitzen mit Hochfrequenz (Hochfrequenzspule) erhitzt und geschmolzen, um einen Schmelzabschnitt zu bilden.
Die Leistung der Hochfrequenzenergiequelle (Frequenz: 100 kHz, maximale Leistung: 5 kW) wurde so eingestellt, dass die Schmelzbreite des Schmelzabschnitts etwa 70 mm wird. Dann wurde die Hochfrequenzspule mit einer Geschwindigkeit von 100 mm pro Stunde bewegt, wodurch der Schmelzabschnitt um etwa 900 mm bewegt wurde. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Druck in der Kammer 5 × 10^–6 bis 9 × 10^–6 Pa. Die Temperatur des Schmelzabschnitts wurde mit einem Strahlungspyrometer gemessen. Als ein Ergebnis betrug sie 660°C bis 800°C.
Dann wurde die Hochfrequenz-Leistung allmählich verringert, wodurch der Schmelzabschnitt erstarren gelassen wurde.
Die Hochfrequenzspule wurde zu der Position des Schmelzbeginns (Position, wo der Schmelzabschnitt zuerst gebildet wurde) bewegt und das Aluminiumausgangsmaterial wurde wieder an der Position des Schmelzbeginns erhitzt und geschmolzen, um einen Schmelzabschnitt zu bilden, während ein Vakuum im Inneren der Kammer beibehalten wurde. Die Zonenschmelzreinigung wurde wiederholt, indem dieser Schmelzabschnitt bewegt wurde. In dem Moment, als die Zonenschmelzreinigung insgesamt drei Mal (3 Durchläufe) bei einer Schmelzbreite von etwa 70 mm und einer Laufgeschwindigkeit von 100 mm/Stunde des Schmelzabschnitts durchgeführt worden war, wurde die Form vom Abschnitt des Schmelzbeginns bis zum Endabschnitt nahezu einheitlich, und die einheitliche Form wurde von da an beibehalten (während der nachstehend erwähnten 7 Durchläufe).
Dann wurde die Zonenschmelzreinigung in 7 Durchläufen bei einer Schmelzbreite von etwa 50 mm und einer Laufgeschwindigkeit von 60 mm/Stunde des Schmelzabschnitts durchgeführt. Die Schmelzbreite betrug w × 2,8 bis w × 3,9, bezogen auf eine Querschnittsgröße w des Aluminiumausgangsmaterials, das gereinigt werden soll.
Nach dem Durchführen von insgesamt 10 Durchläufen wurde die Kammer zur Umgebungsluft geöffnet und darin wurde das Aluminium entfernt, um ein gereinigtes Aluminium von etwa 950 mm Länge zu erhalten.

Das erhaltene Aluminium wurde herausgeschnitten und die Analyse der Komponenten durch Glimmentladungs-Massenspektrometrie wurde in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Einheit: Masse-m

	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2	Beispiel 1	Beispiel 1	Beispiel 3
Li	0,016		< 0,001	< 0,001	< 0,001
Be	0,042		< 0,001	< 0,001	< 0,001
B	1,5	2,8	0,019	0,007	0,001
Na	1,4		0,012	0,001	0,00]
Mg	5,2	0,1	0,48	0,10	0,001
Si	200	25	2,3	0,34	0,003
K	< 0,001		0,013	0,008	0,008
Ca	1,3		0,002	0,002	0,003
Ti	29	0,7	0,060	0,027	0,031
V	53	2,2	0,023	0,027	0,023
Cr	3,9	2,1	0,025	0,026	0,022
Mn	2,1	2,1	0,007	0,004	0,006
Fe	230	12	0,60	0,089	0,001
Ni	0,19		0,018	0,004	0,001
Co	13	0,3	< 0,001	< 0,001	< 0,001
Cu	0,72	1	1,1	0,14	0,016
Zn	13	7	0,22	0,002	0,001
Ga	93	12	0,006	0,001	0,001
As	0,023		0,029	0,001	0,001
Zr	4,8		0,023	0,030	0,036
Mo	0,35		< 0,001	< 0,003	< 0,004
Ag	1,1		< 0,001	< 0,001	< 0,001
Cd	< 0,001		0,002	0,002	0,002
In	0,009		< 0,001	< 0,001	< 0,001
Sn	1,1		0,001	0,001	0,002
Sb	< 0,001		< 0,001	< 0,001	< 0,001
Ba	0,004		< 0,001	< 0,001	< 0,001
La	0,038		0,045	0,001	0,001
Ce	0,095		0,17	0,001	0,001
Pt	< 0,001		0,002	0,001	0,001
Hg	< 0,001		0,001	0,003	0,002
Pb	1,9		0,004	0,001	0,001
Bi	< 0,001		0,001	0,001	0,001
Gesamt	669	67	< 5,4	< 8,3	< 0,18

Dann wurde das so erhaltene hochreine Aluminium aus den Beispielen 1 bis 3 jeweils geschnitten, um Materialien zum Drahtziehen mit Maßen von jeweils 6 mm Breite × 6 mm Dicke × 100 mm Länge zu erhalten. Damit Verunreinigungselemente auf Grund des Schneidens einer Oberfläche des Materials zum Drahtziehen entfernt wurden, wurde 1 Stunde lang saures Dekapieren unter Verwendung einer Säure, die mit einem Verhältnis (Salzsäure:reines Wasser = 1:1) hergestellt wurde, durchgeführt, gefolgt von Waschen mit fließendem Wasser über mehr als 30 Minuten.
Das erhaltene Material zum Drahtziehen wurde zu einem Durchmesser von 0,5 mm durch Walzen unter Verwendung von gerillten Walzen und Drahtziehen gezogen. Der Probenkörper, der durch Drahtziehen erhalten wurde, wurde an einer Spannvorrichtung aus Quarz befestigt, 3 Stunden lang im Vakuum bei 500°C gehalten und dann im Ofen abgekühlt, um eine Probe zur Messung des spezifischen Widerstands zu erhalten.
Weiterhin wurde ein im Handel erhältliches hochreines Kupfer mit einer Reinheit vom 5N-Niveau (hergestellt von NewMet Koch, 99,999% Cu, 0,5 mm Durchmesser) als die Probe aus Vergleichsbeispiel 3 an einer Spannvorrichtung aus Quarz befestigt, mit einem organischen Lösungsmittel gewaschen, 3 Stunden lang im Vakuum bei 500°C gehalten und dann im Ofen abgekühlt, um eine Probe zur Messung des spezifischen Widerstands zu erhalten.
(2) Herleitung des spezifischen Widerstands
Messung des spezifischen Widerstands
Im Hinblick auf die Proben aus den Beispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 3 wurde der spezifische Widerstand tatsächlich gemessen.
Nach dem Eintauchen der erhaltenen Probe in flüssiges Helium (4,2 K) wurde der spezifische Widerstand unter Verwendung des Vierdrahtverfahrens gemessen, indem das Magnetfeld, das an die Probe angelegt werden sollte, von einer magnetischen Flussdichte 0 T (Magnetfeld war nicht angelegt) bis 15 T variiert wurde.
Das Magnetfeld wurde in einer Richtung parallel zu einer Längsrichtung der Probe angelegt.
Berechnung des spezifischen Widerstands
Im Hinblick auf Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 mit der Zusammensetzung, die in Tabelle 1 aufgeführt ist, wurde die Berechnung unter Verwendung der folgenden Gleichung (4) durchgeführt, die in der Literatur: R. J. Corruccini, NBS Technical Note, 218 (1964), offenbart wird. In der Gleichung (4) ist Δρ_H ein Maß für eine Zunahme des spezifischen Widerstands im Magnetfeld. ρ_RT ist der spezifische Widerstand bei Raumtemperatur, wenn das Magnetfeld nicht angelegt ist, und wurde auf 2.753 nΩcm gesetzt, da er als ein nahezu gegebener Wert bei hochreinem Aluminium mit einer Reinheit von 3N oder höher behandelt werden kann. ρ ist der spezifische Widerstand bei 4,2 K, wenn das Magnetfeld nicht angelegt ist und variierte in großem Maße in Abhängigkeit von der Reinheit. Deshalb wurden die folgenden experimentellen Werte verwendet: 9,42 nΩcm (RRR = 285) bei 4N-Al und 117 nΩcm (RRR = 23) bei 3N-Al. Diese Gleichungen werden im Fall erhalten, dass das Magnetfeld senkrecht zu einer Längsrichtung der Probe ist. Da jedoch ähnliche Gleichungen im Fall, dass das Magnetfeld parallel zu einer Längsrichtung der Probe ist, nicht erhalten werden, wurden diese Gleichungen zum Vergleich verwendet. RRR wird auch als Restwiderstandsverhältnis bezeichnet und ist ein Verhältnis des spezifischen Widerstands bei 297 K zum spezifischen Widerstand bei Heliumtemperatur (4,2 K).
wobei

H_*: = H/100 ρ_RT/ρ_R
H: = Intensität des angelegten Magnetfelds (Tesla)
ρ_RT: = Spezifischer Widerstand bei Zimmertemperatur, wenn das Magnetfeld nicht angelegt ist
ρ: = Spezifischer Widerstand, wenn das Magnetfeld nicht angelegt ist

Zitat aus Literaturstellen, die den spezifischen Widerstand betreffen Im Hinblick auf die Vergleichsbeispiele 4 bis 6 wurde der spezifische Widerstand aus der Literaturstelle: Fujiwara S. et. al., Int. Conf. Process. Mater. Prop., 1st (1993), 909–912, erhalten. In diesen Literaturdaten wird eine Beziehung zwischen der Richtung der Anlegung des Magnetfelds und der Längsrichtung der Probe nicht beschrieben.
Die so hergeleiteten Werte für den spezifischen Widerstand aus den Beispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispielen 1 bis 6 sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, nimmt bei der Probe aus Vergleichsbeispiel 2, die einem Wärmeleiter aus einem herkömmlichen Aluminium (4N-Niveau) entspricht, der spezifische Widerstand in dem Maße zu, wie die Intensität des Magnetfelds (magnetische Flussdichte) zunimmt, im Vergleich zu dem Fall, wo das Magnetfeld fehlt (0 T), und der spezifische Widerstand nimmt bei 15 T um das etwa 3-Fache zu.
Im Gegensatz dazu ist in den Beispielen 1 bis 3 der spezifische Widerstand klein, wie ein Zehntel oder weniger, im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 2 in einem Zustand, wo das Magnetfeld fehlt, und die Zunahme des spezifischen Widerstands ist auch gering, selbst wenn das Magnetfeld zunimmt.
In Beispiel 1 (5N-Niveau) nimmt der spezifische Widerstand bei 15 T geringfügig (etwa 1,5-fach) zu im Vergleich zu dem Fall, wo das Magnetfeld fehlt, und es ist offensichtlich, dass die Zunahme des spezifischen Widerstands, die durch das Magnetfeld verursacht wird, verglichen mit Vergleichsbeispiel 2 klein ist.
In Beispiel 2 (6N-Niveau) nimmt der spezifische Widerstand geringfügig (innerhalb 10%) selbst bei 15 T zu im Vergleich zu dem Fall, wo das Magnetfeld fehlt. Wenn die magnetische Flussdichte innerhalb eines Bereichs von 1 bis 12 T liegt, nahm der Wert für den spezifischen Widerstand im Vergleich zu dem Fall, wo das Magnetfeld nicht angelegt ist, ab, und somit zeigt sich ein bemerkenswerter Effekt der Unterdrückung des magnetoresistiven Effekts.
Was Beispiel 3 (6N8-Niveau) betrifft, nimmt der spezifische Widerstand ab im Vergleich zu dem Fall, wo das Magnetfeld fehlt, selbst bei einer beliebigen magnetischen Flussdichte von 1 bis 15 T, und somit zeigt sich ein bemerkenswerter Effekt der Unterdrückung des magnetoresistiven Effekts.
1 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem elektrischen Leitfähigkeitsindex und dem angelegten Magnetfeld (magnetische Flussdichte) zeigt. Der elektrische Leitfähigkeitsindex ist ein Index, der die Größe der elektrischen Leitfähigkeit der entsprechenden Proben, bezogen auf Vergleichsbeispiel 2, angibt, das den spezifischen Widerstand in einem starken Magnetfeld von Aluminium mit einer Reinheit von 4N zeigt. D. h., bei jeder magnetischen Flussdichte wird der elektrische Leitfähigkeitsindex bestimmt, indem der Wert für den spezifischen Widerstand aus Vergleichsbeispiel 2 durch den Wert für den spezifischen Widerstand jeder Probe dividiert wird. Je größer der Wert für diesen Index ist, desto besser sind die Leitfähigkeitseigenschaften unter der magnetischen Flussdichte im Vergleich zu der Probe aus Vergleichsbeispiel 2.
Der elektrische Leitfähigkeitsindex auf der Ordinate wurde durch Logarithmus angegeben, da die Proben aus den Beispielen äußerst bemerkenswerten Effekt zeigen.
Wie aus 1 ersichtlich, zeigen die Proben aus den Beispielen, dass die Leitfähigkeit etwa 13 bis 28 Mal höher als diejenige aus Vergleichsbeispiel 2 ist selbst in dem Fall, wo das Magnetfeld fehlt. Wenn das Magnetfeld angelegt ist, nimmt die Leitfähigkeit im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 2 zu. Die Leitfähigkeit ist 16 Mal (Beispiel 1) bis 65 Mal (Beispiel 3) höher bei 1 T, und die Leitfähigkeit nimmt weiter zu, da sie 26 Mal (Beispiel 1) bis 96 Mal (Beispiel 1) höher bei 15 T ist.
Wie aus 1 ersichtlich ist, zeigen beliebige der Kupferproben (Vergleichsbeispiele 3 bis 6) eine Kurve nach rechts unten, und der magnetoresistive Effekt nimmt in dem Maße, wie die Intensität des Magnetfelds zunimmt, im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 2 zu. D. h., es wird festgestellt, dass im Falle von Kupfer eine Abnahme der Leitfähigkeit auf Grund der Magnetoresistenz nicht unterdrückt werden kann, selbst falls die Reinheit auf 6N-Niveau erhöht wird (wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, nimmt in den Proben aus den Vergleichsbeispielen 3 bis 6 der spezifische Widerstand bei 15 T um 5 bis 18 Mal in Vergleich mit dem spezifischen Widerstand im Fall, wo das Magnetfeld fehlt, zu), und dass der Effekt des Unterdrückens einer Abnahme der Leitfähigkeit im Magnetfeld durch Erhöhen der Reinheit auf 99,999 Masse-% oder höher, der von den hier genannten Erfindern festgestellt wurde, für Aluminium typisch ist.
Der Grund, warum der Effekt zur Unterdrückung der Magnetoresistenz durch Hochreinigung sich nicht in Kupfer, aber in Aluminium zeigt, ist unklar. Jedoch wird gefolgert, dass es durch einen Unterschied im spezifischen elektrischen Widerstandsfaktor verursacht wird. D. h., es wird in Betracht gezogen, dass ein spezifischer elektrischer Hauptwiderstand des hochreinen Kupfers die Streuung der Leitungselektronen auf Grund von Korngrenzen oder Versetzungen ist und der spezifische elektrische Widerstandsfaktor sogar durch Hochreinigung geringfügig variiert und somit auch die Magnetoresistenz geringfügig variiert. Auf der anderen Seite ist ein spezifischer elektrischer Hauptwiderstandsfaktor des hochreinen Aluminiums die Streuung der Leitungselektronen durch verunreinigende Atome, und der spezifische elektrische Widerstandsfaktor wird durch Hochreinigung verringert. Deshalb wird es in Betracht gezogen, dass sich ausgezeichnete Eigenschaften, wie geringe Zunahme des spezifischen elektrischen Widerstands im Magnetfeld, bei Aluminium mit einer Reinheit von 5N oder höher zeigen können. Jedoch begrenzt dieser vorgeschlagene Mechanismus nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung.
Dann wurde die Wärmeleitfähigkeit jeder Probe aus den Ergebnissen von Tabelle 2 berechnet.
Die Ergebnisse aus Tabelle 2 und das Restwiderstandsverhältnis RRR, das aus der vorstehend erwähnten Gleichung (3) berechnet wurde, werden in Tabelle 3 aufgeführt. Der Wert (d. h. spezifischer Widerstand bei 4,2 K) in Tabelle 2 wurde als ρ_T für die Gleichung (3) verwendet. Wie vorstehend erwähnt, wird ρ_297K kaum durch die Reinheit und das Magnetfeld, das von außen angelegt wird, bei Kupfer und Aluminium beeinflusst und ist nahezu konstant und kann als ein gegebener Wert bei den hochreinen Metallen behandelt werden. Deshalb wurde 2.753 nΩcm als ρ_297K von Aluminium verwendet und wurde 1.500 nΩcm als ρ_297K von Kupfer verwendet.
Dann wurde die Wärmeleitfähigkeit unter Verwendung des Werts von RRR in Tabelle 3 und den Gleichungen (1) und (2) berechnet.
2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und dem angelegten Magnetfeld (magnetische Flussdichte) zeigt.
Wie aus 2 ersichtlich ist, nimmt, wenn die Intensität des starken Magnetfelds in allen Vergleichsbeispielen zunimmt, einschließlich Vergleichsbeispiel 2, das einem Wärmeleiter aus einem herkömmlichen Aluminium (4N-Niveau) entspricht, und Vergleichsbeispiel 6, das einem Wärmeleiter aus einem herkömmlichen Kupfer (6N-Niveau) entspricht, die Wärmeleitfähigkeit ab. Bei der magnetischen Flussdichte von 15 T liegt die Wärmeleitfähigkeit lediglich bei 1.238 W/m/K, sogar im Falle von Vergleichsbeispiel 3, das die höchste Wärmeleitfähigkeit unter den Vergleichsbeispielen zeigt.
Im Gegensatz dazu wird in den Beispielen 1 bis 3 eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit unterdrückt, selbst wenn die Intensität des Magnetfelds zunimmt.
In Beispiel 1 ist die Wärmeleitfähigkeit bis 15 T nach Abnahme bei 1 T stabil, und hohe Wärmeleitfähigkeit (etwa 9.500 W/m/K) zeigt sich sogar bei 15 T.
In Beispiel 2 nimmt die Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von 1 T bis 12 T im Vergleich zu dem Fall, wo das Magnetfeld nicht angelegt ist, zu, und hohe Wärmeleitfähigkeit (etwa 25.000 W/m/K) zeigt sich sogar bei 15 T.
In Beispiel 3 nimmt die Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von 1 T bis 15 T im Vergleich zu dem Fall, wo das Magnetfeld nicht angelegt ist, zu, und sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (etwa 33.000 W/m/K) zeigt sich sogar bei 15 T.
Unter Verwendung der so erhaltenen Wärmeleitfähigkeit wurde eine Temperaturdifferenz berechnet, die an beiden Enden der Probe erzeugt wurde, wenn ein Ende der Probe mit einer Kältemaschine verbunden ist und ein Wärmeeintrag an das andere Ende eingebracht wird.
Genauer gesagt wurde eine Temperaturdifferenz berechnet, die zwischen beiden Enden erzeugt wurde, wenn ein Ende eines plattenförmigen Wärmeleiters mit den Maßen 100 mm Breite w, 400 mm Länge L und 0,5 mm Dicke mit der Kühlstufe einer Kältemaschine, die auf etwa 4 K gekühlt ist, verbunden ist und ein Wärmeeintrag Q von 2 W am anderen Ende, getrennt um 400 mm, eingebracht wird.
Die Temperaturdifferenz ΔT zwischen beiden Enden wurde mit der Gleichung (5) bestimmt. ΔT = Q × (L/1.000)/(w/1.000)/(t/1.000)/λ (5) wobei

Q:: Wärmeeintrag (W)
L:: Länge der plattenförmigen Probe (mm)
w:: Breite der plattenförmigen Probe (mm)
t:: Dicke der plattenförmigen Probe (mm)
λ:: Wärmeleitfähigkeit (W/m/K)

3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Temperaturdifferenz der beiden Enden und dem Magnetfeld (magnetische Flussdichte) der so erhaltenen plattenförmigen Probe zeigt. Die Temperaturdifferenz auf der Ordinate wurde wegen einer großen Differenz zwischen den Proben der Beispiele und Probe der Vergleichsbeispiele durch Logarithmus angegeben.
Eine Temperaturdifferenz wird in den Beispielen 1 bis 3 kaum erkannt. ΔT = 1,7 K sogar bei 15 T in Beispiel 1, ΔT = 0,6 K in Beispiel 2 und ΔT = 0,5 K in Beispiel 3.
Im Gegensatz dazu nimmt in beliebigen der Vergleichsbeispiele in dem Maße, wie die Intensität des Magnetfelds zunimmt, auch ΔT zu. Auch in Vergleichsbeispiel 3, bei dem ΔT bei 15 T am kleinsten unter den Vergleichsbeispielen ist, beträgt ΔT 13 K. ΔT von Vergleichsbeispiel 2, das einem Wärmeleiter aus einem herkömmlichen Aluminium (4N-Niveau) entspricht, beträgt 42 K.
Darüber hinaus werden diese Werte erhalten, ohne eine Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit λ zu berücksichtigen, und ΔT nahm im Falle der Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit weiter zu.
Auf eine solche Weise kann, wenn der Wärmeleiter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, der hohe Wärmeleitfähigkeit sogar bei kryogener Temperatur unter einem starken Magnetfeld aufweist und ausgezeichnete Wärmeübertragungseigenschaften zeigt, der Querschnitt im Vergleich zu einem herkömmlichen Wärmeleiter verringert werden. Deshalb kann Miniaturisierung und Gewichtseinsparung für einen Apparat, der einen supraleitenden Magneten einschließt, erzielt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Wärmeleiter mit ausgezeichneten Wärmeübertragungseigenschaften durch hohe Wärmeleitfähigkeit sogar bei niedriger Temperatur von beispielsweise einer Temperatur des flüssigen Stickstoffs (77 K) oder tiefer, insbesondere einer kryogenen Temperatur von 20 K oder tiefer in einem starken Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher bereitzustellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Fujiwara S. et. al., Int. Conf. Process. Mater. Prop., 1st (1993), 909–912 [0128]

Claims

Ein Wärmeleiter zur Verwendung bei niedrigen Temperaturen von 77 K oder tiefer in dem Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von 1 T oder höher, umfassend Aluminium mit einer Reinheit von 99,999 Masse-% oder höher und mit einem Eisengehalt von 1 Masse-ppm oder weniger.
Der Wärmeleiter nach Anspruch 1, wobei das Aluminium eine Reinheit von 99,9999 Masse-% oder höher aufweist.
Der Wärmeleiter nach Anspruch 1, wobei das Aluminium eine Reinheit von 99,99998 Masse-% oder höher aufweist.
Der Wärmeleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Aluminium eine intermetallische Verbindung Al₃Fe enthält.
Ein Wärmeleiter zum Kühlen eines supraleitenden Magneten unter Verwendung des Wärmeleiters nach einem der Ansprüche 1 bis 4.