DE112005003761T5

DE112005003761T5 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Supraleitern auf der Basis von Magnesiumdiborid

Info

Publication number: DE112005003761T5
Application number: DE112005003761T
Authority: DE
Inventors: Syamaprasad Upendran; Abhilasj Kumar Raveendran Nair Girijaku Mari Amma; Vinod Krishnan Kutty; Aloysius Rajappan Padmavathy; Sarun Pallian Murikoli; Thennavarajan Subramanian; Guruswamy Perumal
Original assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2009-04-30
Also published as: JP5123200B2; US7456134B2; GB2446973A; JP2009517808A; GB0807427D0; GB2446973B; US20070123427A1; WO2007060687A1

Abstract

Ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Supraleitern auf der Basis von Magnesiumdiborid in Form von Stäben, Drähten, Streifen und Bändern, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
a. Bereitstellen eines Metallrohrs, das an einem Ende geschlossen ist, und Beladen durch das offene Ende mit einem Gemisch aus fein gemahlenem Mg-Pulver und amorphem Borpulver in einem Atomverhältnis im Bereich von 1:1,8 bis 1:2,2, ggf. mit Additiven,
b. Evakuieren des vorstehend genannten Rohrs durch das offene Ende unter einem Vakuum von etwa 0,01 torr durch herkömmliche Verfahren und Flachdrücken des nicht befüllten Teils des vorstehend genannten Rohrs bei einem Druck von etwa 1 GPa,
c. Abdichten des offenen Endes des vorstehend genannten, beladenen Rohrs durch Kaltschweißen ohne Schmelze (flux) durch Anwenden herkömmlicher Verfahren,
d. Verformen des vorstehend genannten abgedichteten Rohrs durch Rillen- oder Flach-Walzen, um die gewünschte deformierte Stab- oder Streifen-Form zu erhalten,
e. elektrisches Selbsterwärmen durch Warmwalzen...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Supraleitern auf der Basis von Magnesiumdiborid. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Supraleitern auf der Basis von Magnesiumdiborid in Form von Stäben, Drähten, Streifen, Bändern und Pulvern zur Verfügung. Insbesondere findet die vorliegende Erfindung Anwendung bei der Übertragung von Energie, Magneten mit hohem Feld, NMR (nuclear magnetic resonance) Analysevorrichtungen, MRI (magnetic resonance imaging) Vorrichtungen, supraleitenden Vorrichtungen zum Speichern von Energie, Mineraltrennvorrichtungen, Stromerzeugern, Elektromotoren, Teilchenbeschleunigern und magnetisch schwebenden Zügen.
Es hat sich kürzlich herausgestellt, dass MgB₂ ein Supraleiter mit einer kritischen Temperatur (T_c) von etwa 40 K ist, was sehr viel höher ist, als die wohl bekannten intermetallischen Supraleiter [J. Nagamatsu et al. "Superconductivity at 39 K magnesium boride", Nature 410, 63–64, 01. März 2001]. Es hat sich herausgestellt, dass das Material im Vergleich zu bekannten Cuprat-Supraleitern und den klassischen intermetallischen Supraleitern viele günstige Eigenschaften hat. [C. Buzea et al. "Review of superconducting properties of MgBz ", Superconductor Science & Technology 14, R115–R145, 05. November 2001]. Zur wirtschaftlichen Verwertung von MgBz ist es erforderlich, einfache und kostengünstige Verfahren zu erfinden, um das Material in Form von Pulvern mit hoher Qualität, Körpern mit hoher Dichte, langen Verbundmaterialleitern mit einer exzellenten Phasenreinheit, Mikrostruktur und supraleitenden Eigenschaften herzustellen. Der Stand der Technik bezüglich der Herstellung von MgB₂ supraleitenden Materialien hat eine Reihe von Problemen und Unzulänglichkeiten beschrieben, die damit verbunden sind, und diese beziehen sich hauptsächlich auf (1) die starke Affinität von Mg gegenüber O₂, was es erforderlich macht, die Umsetzung zwischen Mg und B unter abgeschlossenen und/oder inerter Atmosphäre durchzuführen, (2) der große Unterschied in den Schmelzpunkten (oder Dampfdrücken) von Mg (650°C) und B (2080°C), was es notwendig macht, die Umsetzung bei hohen Drücken durchzuführen, (3) die poröse und spröde Natur von MgB₂, was zusätzlich ein Hochdrucksintern oder einen Verdichtungsschritt im heißen Stadium erforderlich macht, um das Material in einer dichten Form zu erhalten, (4) die große Anzahl an teuren Verfahrensschritten und den damit verbundenen exzessivem Verbrauch an Energie, der mit dem Herstellungsverfahren verbunden ist [N. N. Kolesnikov et al. "Synthesis of MgB2 from elements", Physica C 363, 166–169, 2001; Y. Nakamori et al. "Synthesis of the binary intermetallic superconductor MgB₂ under hydrogen Pressure", Journal of Allogs and Compounds 335, L21-24, 2002; C.F. Liu et al. "Effect of hegt-treatment temperatures an density and porosity in MgB2 superconductor", Physica C 386, 603–606, 2003; C. Dong et al. "Rapid preparation of MgB₂ superconductor using hybrid microwave synthesis", Superconductor Science & Technology 17, L55-L57, 06. Oktober 2004].
Ziele der Erfindung
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches, energie- und kostengünstiges Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Supraleitern auf der Basis von MgB₂ mit hoher Qualität zur Verfügung zu stellen. Ein weiteres Ziel ist es, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von supraleitendem Material auf der Basis von MgB₂ mit hoher Qualität in Form von Drähten, Bändern, Formkörpern und Pulvern mit einer höheren Phasenreinheit, besseren Mikrostruktur und supraleitenden Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Supraleitern auf der Basis von Magnesiumdiborid in Form von Stangen, Drähten, Streifen und Bändern zur Verfügung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

a) Bereitstellen eines Metallrohrs, das an einem Ende geschlossen ist, und dessen Beladen durch das offene Ende mit einem Gemisch aus fein gemahlenem Mg-Pulver und amorphem Borpulver in einem Atomverhältnis im Bereich von 1:1,8 bis 1:2,2, ggf. mit Additiven,
b) Evakuieren des vorstehend genannten Rohrs durch das offene Ende unter Vakuum auf etwa 0,01 torr durch herkömmliche Verfahren und Flachdrücken des nicht befüllten Teils des vorstehend genannten Rohrs bei einem Druck von etwa 1 GPa,
c) Abdichten des offenen Endes des vorstehend genannten, beladenen Rohrs durch Kaltschweißen ohne Schmelze (flux) durch Anwenden herkömmlicher Verfahren,
d) Verformen des vorstehend genannten abgedichteten Rohrs durch Rillen- oder Flach-Walzen, um die gewünschte deformierte Stab- oder Streifen-Form zu erhalten,
e) elektrisches Selbsterwärmen durch Warmwalzen des vorstehend genannten deformierten Stabs oder Streifens auf eine Temperatur von etwa 800°C durch Durchleiten eines geeigneten Stroms für etwa 30 min, gefolgt von Tempern durch elektrisches Selbsterwärmen und Abkühlen auf Raumtemperatur, um den gewünschten mono-faserförmigen, supraleitenden MgB₂-Stab, -Draht, -Streifen oder -Band zu erhalten, oder
f) Packen einiger deformierter Stäbe oder Streifen, die in Schritt d) erhalten wurden, in ein weiteres Metallrohr und Wiederholen des Verfahrens, wie in Schritten d) und e) vorstehend wiedergegeben, um die gewünschten, multi-faserförmigen Supraleiter auf der Basis von MgB₂ in verschiedenen Formen von Draht oder Band zu erhalten, oder
g) Abschleifen der Kanten des Metallgehäuses des Stabs oder Streifens, wie in Schritt e) erhalten, durch herkömmliche Verfahren, gefolgt von der Entfernung der Metallhülle und anschließendes Zerstoßen und Mahlen des Kerns, um Supraleiter-Pulver auf der Basis von MgB₂ zu erhalten.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das verwendete Metallrohr aus einem Metall hergestellt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fe, Ni, Nb, Cr, Cu, Ag, deren Legierungen, Edelstahl, Monel und Inconel.
In noch einer anderen Ausführungsform ist das verwendete Additiv, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, C, Si, Cu, Ag, Au, Ti, Ta, Nb, Zr, Mg, deren Oxiden und Carbiden.
In noch einer anderen Ausführungsform wird das Rillenwalzen verwendet, um einen Metall-umhüllten Stab oder Draht für die Kalt- oder Warm-Deformation herzustellen.
In noch einer anderen Ausführungsform wird das Bandwalzen verwendet, um einen Metall-umhüllten Streifen oder ein Metall-umhülltes Band für die Kalt- oder Warm-Deformation zu erhalten.
In noch einer anderen Ausführungsform ist das weitere Metallrohr, das in Schritt 1) verwendet wird, aus einem Metall hergestellt, ausgewählt aus der Gruppe aus Fe, Ni, Nb, Cr, Cu, Ag, deren Legierungen, Edelstahl, Monel und Inconel.
Die Neuheit des Verfahrens liegt in der Umsetzung eines Gemischs aus Mg und Borpulver und anderen Komponenten in evakuierten und abgedichteten Metallrohren durch elektrische Selbsterwärmung und Tempern, um supraleitende Drähte, Bänder, Formkörper und Pulver auf der Basis von MgB₂ zu erhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die Illustrationszwecken dienen und den Umfang der Erfindung nicht beschränken, in denen gezeigt wird:
1 Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von supraleitenden MgB₂-Stäben, -Streifen, -Drähten, -Bändern und -Pulvern durch elektrische Selbsterwärmung mit Warmwalzen und Tempern, verwendbar im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren. Die relevanten Teile, Verfahrensschritte und Produkte, auf die in den Zeichnungen Bezug genommen wird, werden nachstehend dargelegt:

1: Evakuiertes und abgedichtetes Metallrohr, befüllt mit Mg- und B-Pulvern
2: Wärmeisolator
3: Thermoelemente
4: Elektrische Anschlüsse an die Energieversorgung zum Selbsterwärmen der Probe
5: Verfahrensstufe I: Durchmesserreduzierung und Kompaktierung
6: Verfahrensstufe II: Elektrisches Selbsterwärmen durch Warmwalzen
7: Verfahrensstufe III: Tempern unter elektrischem Selbsterwärmen
8: Produkte
9: Stab
10: Streifen
11: Draht
12: Band
13: Pulver

2 Ein typisches Pulver-Röntgenbeugungsmuster eines erfindungsgemäß hergestellten MgB₂ Supraleiters.
3 Eine mikroskopische Aufnahme eines erfindungsgemäß hergestellten MgB₂ Supraleiters.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von MgB₂ Supraleitern in Form von Drähten, Bändern, Formkörpern und Pulvern mit hoher Qualität. Die Nachteile des Standes der Techniks bei der Herstellung der vorstehend genannten Formen von MgB₂ und die erfindungsgemäß gefundenen Lösungen in den verschiedenen Verfahrensschritten sind nachstehend beschrieben:

1. Der Oxidations- und Verdampfungsverlust von Mg wird durch das Beladen des Reaktionsgemisches in evakuierte und abgedichtete Metallrohre unterdrückt. Das Verfahren vermeidet den Bedarf an kostenintensiven, inerten Gasen oder teuren Vakuumöfen für die Wärmebehandlung.
2. Der selbsterzeugte Mg-Dampfdruck innerhalb des abgedichteten Rohrs während der elektrischen Selbsterwärmung beschleunigt die MgB₂ Bildungsgeschwindigkeit und damit findet die Bildung bei einer niedrigeren Temperatur und kürzeren Zeit statt. Daher reduziert der Schritt außerdem den Energiebedarf.
3. Das in situ gebildete poröse MgB₂ innerhalb des abgedichteten Rohrs wird einem simultanen Walzen im warmen Stadium unterworfen. Die elektrische Selbsterwärmung erlaubt es nicht nur, dass die Umsetzung stattfindet, sondern ermöglicht auch das Warmwalzen. In anderen Worten werden zwei wichtige Verfahrensschritte in einem Schritt durchgeführt. Dies vermindert wiederum den Energieverbrauch. Selbsterwärmen spart außerdem eine merkliche Menge an elektrischer Energie, im Vergleich zum Erwärmen der Probe in einem elektrisch beheizten Ofen. Der Schritt stellt eine bessere Verdichtung des sonst spröden MgB₂ Kerns sicher.
4. Das/der erhaltene Stab/Draht/Streifen/Band nach dem Warmwalzen wird einem Tempern, wiederum unter elektrischem Selbsterwärmen, unterworfen. Der Schritt stellt eine höhere Phasenreinheit, bessere Kornverbundenheit und Entlastung von Spannungen sicher und führt daher zu einer höheren kritischen Stromdichte für MgB₂ Supraleiter.

1 offenbart ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von MgB₂-Stäben, Streifen, Drähten, Bändern und Pulvern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst: Schritt I., in dem ein evakuiertes, abgedichtetes Metallrohr, das ein Gemisch aus Mg- und B-Pulvern, zusammen mit anderen Additiven enthält, gewalzt wird, um ein verdichtetes Pulver-in-Rohr oder -Streifen eines gewünschten Durchmesser oder Dicke zu erhalten. Zum Erhalten der Stäbe oder Drähte wird Rillenwalzen verwendet, wobei für Streifen oder Bänder Flachwalzen angewendet wird.
Schritt II., in dem das Pulver-in-Rohr oder der -Streifen auf eine erforderliche Temperatur zur Bildung von MgB₂ elektrisch selbst erwärmt wird, indem Strom durchgeleitet wird und gleichzeitig auf einen gewünschten Durchmesser/Dicke warm gewalzt wird.
Schritt III., in dem die/das metallumhüllte, warm gewalzte MgB₂-Rohr/Draht/Streifen/Band einem Tempern bei hoher Temperatur durch elektrisches Selbsterwärmen unterworfen wird. Die Zeitdauer der Wärmebehandlung in Schritt II. und das Tempern in Schritt III. werden durch die Walzgeschwindigkeit und die Länge der Probe in den zwei verschiedenen Schritten bestimmt. Schritt III. stellt die Umwandlung von jeglichen nicht abreagierten Restreaktanten in die supraleitende Phase sicher und ermöglicht das Heilen jeglicher Mikrorisse, die sich im Kern entwickelt haben, jeglicher Kornvergröberung und dem Entlasten von Spannung, die durch die themomechanischen Verarbeitungsschritte verursacht wurden.
Nach Schritt III. werden zusätzliche geeignete Schritte in das System eingebracht, abhängig von dem gewünschten Produkt. Für supraleitende Drähte und Bänder wird das in Schritt III. erhaltene Produkt direkt auf Spulen aufgewickelt. Für Stäbe und Streifen wird das in Schritt III. erhaltene Produkt in Stücke mit gewünschter Länge geschnitten und die metallische Umhüllung wird mechanisch abgelöst. Für Pulver wird das in Form eines Stabs oder Streifens erhaltene Produkt außerdem einem Zerdrücken oder Vermahlen unterworfen.
In Bezug auf 2 und 3 zeigt 2 ein typisches Röntgenbeugungsmuster von erfindungsgemäß hergestelltem MgB₂, welches zeigt, dass das gebildete Produkt reines MgB₂ mit nur einer Spur von MgO ist, welche mit MgB₂ co-existiert, und 3 zeigt eine typische abtastelektronenmikroskopische Aufnahme von erfindungsgemäß hergestelltem MgB₂, welche die charakteristischen Merkmale von einem MgB₂ Supraleiter zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter verdeutlicht. Die Beispiele sollen jedoch nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der Erfindung beschränken.
Beispiel 1
Das Beispiel wird zeigen, wie man einen supraleitenden MgB₂ Formkörper in Form einer Platte oder eines Streifens und Pulvers durch elektrische Selbsterwärmung von kompaktierten und abgedichteten Metallrohren herstellt. Ein Edelstahlrohr (SS304, Außendurchmesser/Innendurchmesser (OD/ID) = 6/4 mm und Länge = 12 cm) wurde bereitgestellt und gereinigt. Ein Ende des Rohrs von etwa 3 cm wurde durch einachsiges Pressen zwischen zwei gehärteten Gesenkstahlblöcken unter Verwendung einer hydraulischen Presse bei einem Druck von 1 GPa zusammengedrückt. Ein fein gemahlenes Gemisch aus Mg Pulver (Alfa Aesar, Reinheit: 99,8%, Mesh: –325) und amorphem B-Pulver (Alfa Aesar, Reinheit: 99%, Mesh: –325) in einem Atomverhältnis von 1:2 wurde in das Rohr auf eine Länge von etwa 5 cm durch das offene Ende des Rohrs beladen. Das Rohr wurde sodann unter einem Vakuum von 0,01 torr evakuiert, indem es an eine Umlaufvakuumpumpe angeschlossen wurde. Während des Evakuierens wurde auch der nicht befüllte Teil des Rohrs durch Pressen bei einem Druck von 1 GPa zusammengedrückt. Nach Evakuieren und Abdichten beider Enden wurde der Pulver befüllte Teil des Rohrs durch einachsiges Pressen bei einem Druck von 1 GPa kompaktiert. Die Enden des zusammengedrückten Rohrs wurden sodann verschweißt und dauerhaft abgedichtet. Das Schweißen wird ohne jegliches Schmelzen durchgeführt, indem eine konstante Gleichstromquelle mit einer niedrigen Energie angewendet wird. Ein nasses Tuch wird während des Schweißens um die Probe gewickelt, um das Erwärmen der Probe zu verhindern (in der nachstehenden Beschreibung als "Kaltschweißen" bezeichnet). Die Enden der Probe wurden an eine konstante Gleichstromquelle angeschlossen. Die Probe wurde thermisch unter Verwendung von Aluminiumoxidbrettern isoliert. In der Mitte der Probe wurde ein Thermoelement angeschlossen, um die Temperatur zu überwachen. Die Probe wurde sodann elektrisch auf eine Temperatur von 800°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 50°C pro Minute durch Durchleiten von maximal einem Strom von 90 A in Schritten selbst erwärmt. Die Probe wurde bei dieser Temperatur für 30 min durchdrungen und dann langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Pulver beladene Teil der Probe wurde sodann ausgeschnitten. Die Ränder des Metallgehäuses wurden unter Verwendung eines Schleifrads abgeschliffen. Der MgB₂-Supraleiter in Form einer rechteckigen Platte der Größe 45 mm × 8 mm × 1,5 mm wurde nach dem Entfernen der Metallhülle wiedergewonnen. Die Hälfte der rechteckigen Platte wurde abgeschnitten und unter Verwendung eines Achatmörsers und eines Stößels vermahlen, um MgB₂ Pulver zu erhalten. Sowohl die MgB₂ Platte als auch das Pulver wurden auf Phasenreinheit, Mikrostruktur und supraleitende Eigenschaften getestet und es hat sich herausgestellt, dass diese hervorragend waren.
Beispiel 2
Das Beispiel wird zeigen, wie man mono-faserförmige supraleitende MgB₂-Drähte und -Bänder durch elektrische Selbsterwärmung mit Warmwalzen und Tempern herstellt.
Ein evakuiertes und abgedichtetes Edelstahlrohr (SS304, Außendurchmesser/Innendurchmesser (OD/ID) = 6/4 mm, Länge = 12 cm), das ein Gemisch aus Mg Pulver (Alfa Aesar, Reinheit: 99,8%, Mesh: –325) und amorphem B Pulver (Alfa Aesar, Reinheit: 99%, Mesh: –325) wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt.
Dieses wurde einem Kaltwalzen unterworfen, um einen Draht mit einem Durchmesser von 2 mm zu erhalten. Ein Stück des Drahtes mit einer Länge von 20 cm wird elektrischem Selbsterwärmen mit warmen Rillenwalzen bei einer Temperatur von 800°C für 30 min unterworfen, indem Strom von 15 A dirchgeleitet wird, wie in Schritt II. von 1 dargestellt, so dass ein warm gewalzter Draht mit einem Durchmesser von 1,4 mm erhalten wird. Der Draht wird sodann unter elektrischem Selbsterwärmen auf 800°C für 30 min durch Durchleiten eines Stroms von 8 A, wie in Schritt III. der 1 gezeigt, getempert und langsam abgekühlt, um einen supraleitenden MgB₂ Draht zu erhalten. Ein weiteres Stück des kalt gewalzten Drahts (Durchmesser = 2 mm, Länge = 20 cm) wird elektrischem Selbsterwärmen mit Flachwalzen bei 800°C für 30 min unterworfen, gefolgt von Tempern unter elektrischen Selbsterwärmen auf 800°C für 30 min und langsamen Abkühlen, wobei ein supraleitendes MgB₂-Band mit einer Dicke von 0,5 mm erhalten wird. Der Draht und das Band wurden auf Phasenreinheit, Mikrostruktur und supraleitende Eigenschaften getestet und es hat sich herausgestellt, dass diese hervorragend waren.
Beispiel 3
Das Beispiel wird zeigen, wie man einen supraleitenden MgB₂ Draht in einer multi-faserförmigen Konfiguration durch elektrisches Selbsterwärmen mit Warmwalzen und Tempern erhält.
Wie in den Beispielen 1 und 2 gezeigt, wurden mono-faserförmige Drähte mit 2 mm Durchmesser und einer Länge von 10 cm, die das Reaktionsgemisch enthalten, eingangs gemacht. Die endabgedichteten Drähte wurden sodann in ein weiteres Edelstahlrohr eingebracht (SS304, Außendurchmesser/Innendurchmesser (OD/ID) = 10/7 mm, Länge = 10 cm). Das mit Drähten befüllte Rohr wurde kaltgewalzt, unter Verwendung von Rillenwalzen, um einen multi-faserförmigen Draht mit 5 mm Durchmesser zu erhalten. Der Draht wurde sodann elektrischem Selbsterwärmen mit heißem Rillenwalzen bei 800°C für 30 min durch Durchleiten eines Stroms von 95 A, wie in Schritt II. von 1 gezeigt, unterworfen, um einen multi-faserförmigen Draht mit einem Durchmesser von 3 mm zu erhalten. Dieser wurde sodann einem Temperschritt unter elektrischem Selbsterwärmen bei 800°C für 30 min durch Durchleiten eines Stroms von 35 A, wie in Schritt III. von 1 gezeigt, unterworfen, gefolgt von langsamen Abkühlen. Der multi-faserförmige supraleitende MgB₂-Draht, der so erhalten wurde, wurde auf Phasenreinheit, Mikrostruktur und supraleitende Eigenschaften getestet und es hat sich herausgestellt, dass diese hervorragend waren.
Vorteile

1. Das Verfahren ist einfach, energie- und kostengünstig.
2. Das Verfahren liefert supraleitende Drähte, Bänder, Formkörper und Pulver auf der Basis von MgB₂ mit einer hohen Qualität, einer höheren Phasenreinheit, besseren Mikrostruktur und supraleitenden Eigenschaften.
3. Das Verfahren ist kontinuierlich.

Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung stellt ein einfaches, energie- und kostengünstiges Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von supraleitenden Drähten, Bändern, Formkörpern und Pulvern auf der Basis von MgB₂ mit hoher Qualität und mit einer höheren Phasenreinheit, besseren Mocrostruktur und supraleitenden Eigenschaften zur Verfügung, indem einige innovative Schritte eingeführt werden, nämlich das Verarbeiten der Recktanten in evakuierten, selbst-erwärmenden und abgeschlossenen Metallrohren durch elektrisches Selbsterwärmen mit Warmwalzen, gefolgt von Tempern unter elektrischem Warmwalzen, wodurch verschiedene Nachteile und Unzulänglichkeiten, die mit dem Stand der Technik verbunden sind, überwunden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- J. Nagamatsu et al. "Superconductivity at 39 K magnesium boride", Nature 410, 63–64, 01. März 2001 [0002]
- C. Buzea et al. "Review of superconducting properties of MgBz ", Superconductor Science & Technology 14, R115–R145, 05. November 2001 [0002]
- N. N. Kolesnikov et al. "Synthesis of MgB2 from elements", Physica C 363, 166–169, 2001 [0002]
- Y. Nakamori et al. "Synthesis of the binary intermetallic superconductor MgB₂ under hydrogen Pressure", Journal of Allogs and Compounds 335, L21-24, 2002 [0002]
- C.F. Liu et al. "Effect of hegt-treatment temperatures an density and porosity in MgB2 superconductor", Physica C 386, 603–606, 2003 [0002]
- C. Dong et al. "Rapid preparation of MgB₂ superconductor using hybrid microwave synthesis", Superconductor Science & Technology 17, L55-L57, 06. Oktober 2004] [0002]

Claims

Ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Supraleitern auf der Basis von Magnesiumdiborid in Form von Stäben, Drähten, Streifen und Bändern, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a. Bereitstellen eines Metallrohrs, das an einem Ende geschlossen ist, und Beladen durch das offene Ende mit einem Gemisch aus fein gemahlenem Mg-Pulver und amorphem Borpulver in einem Atomverhältnis im Bereich von 1:1,8 bis 1:2,2, ggf. mit Additiven, b. Evakuieren des vorstehend genannten Rohrs durch das offene Ende unter einem Vakuum von etwa 0,01 torr durch herkömmliche Verfahren und Flachdrücken des nicht befüllten Teils des vorstehend genannten Rohrs bei einem Druck von etwa 1 GPa, c. Abdichten des offenen Endes des vorstehend genannten, beladenen Rohrs durch Kaltschweißen ohne Schmelze (flux) durch Anwenden herkömmlicher Verfahren, d. Verformen des vorstehend genannten abgedichteten Rohrs durch Rillen- oder Flach-Walzen, um die gewünschte deformierte Stab- oder Streifen-Form zu erhalten, e. elektrisches Selbsterwärmen durch Warmwalzen des vorstehend genannten deformierten Stabs oder Streifens auf eine Temperatur von etwa 800°C durch Durchleiten eines geeigneten Stroms für etwa 30 min, gefolgt durch Tempern durch elektrische Selbsterwärmung und Abkühlen auf Raumtemperatur, um den gewünschten mono-faserförmigen, supraleitenden MgB₂-Stab, -Draht, -Streifen oder -Band zu erhalten, oder f. Packen einiger deformierter Stäbe oder Streifen, die in Schritt d) erhalten wurden, in ein weiteres Metallrohr und Wiederholen des Verfahrens, wie in Schritten d) und e) vorstehend wiedergegeben, um die gewünschten, multi-faserförmigen Supraleiter auf der Basis von MgB₂ in verschiedenen Formen von Draht oder Band zu erhalten, oder g. Abschleifen der Kanten des Metallgehäuses des Stabs oder Streifens, wie in Schritt e) erhalten, durch herkömmliche Verfahren, gefolgt von der Entfernung der Metallhülle und anschließendes Zerstoßen und Mahlen des Kerns, um Supraleiter-Pulver auf der Basis von MgB₂ zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das verwendete Metallrohr aus einem Metal hergestellt ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fe, Ni, Nb, Cr, Cu, Ag, deren Legierungen, Edelstahl, Monel und Inconel.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das verwendete Additiv ausgewählt ist, aus der Gruppe bestehend aus Al, C, Si, Cu, Ag, Au, Ti, Ta, Nb, Zr, Mg, deren Oxiden und Carbiden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Rillenwalzen zur Herstellung von Metall umhüllten Stäben oder Drähten zur Kalt- oder Warm-Deformation verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bandwalzen zur Herstellung von Metall umhüllten Streifen oder Bändern für die Kalt- oder Warm-Deformation verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das weitere Metallrohr, wie in Schritt (f) verwendet, aus einem Metall hergestellt ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fe, Ni, Nb, Cr, Cu, Ag, deren Legierungen, Edelstahl, Monel und Inconel.