DE1188297B - Verwendung von Niob-Titan-Legierungen als Supraleiter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22c

Deutsche Kl.: 40 b-27/00

Nummer: 1188297

Aktenzeichen: W 32125 VI a/40 b

Anmeldetag: 19. April 1962

Auslegetag: 4. März 1965

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Legierungen des Niob-Titan-Systems als Supraleiter und Vorrichtungen, die Teile aus solchen Legierungen enthalten.

Obwohl die Erscheinung der Supraleitfähigkeit vor etwa 50 Jahren entdeckt wurde und obwohl es offensichtlich war, daß diese Eigenschaft z. B. für die Entwicklung verlustfreier Leitungssysteme und nichtstreuender magnetischer Anordnungen wichtig ist, wurde in den folgenden Jahren wenig für die praktische Verwirklichung getan. Obwohl dies anfänglich zumindest zum Teil auf die Schwierigkeiten und die Kosten zurückzuführen war, die beim Halten der supraleitenden Materialien auf Temperaturen unter ihren Übergangstemperaturen, die im allgemeinen etwa 10 oder 11° K nicht überschreiten, entstanden, ist diese Schwierigkeit durch neue Entwicklungen von Tieftemperaturanlagen großenteils beseitigt worden.

Eine wahrscheinlich wichtigere Begrenzung der Fähigkeiten der supraleitenden Anordnungen ist auf das verwendete Material zurückzuführen. Es ist früh erkannt worden, daß der supraleitende Zustand mit den kritischen Maximalwerten des angelegten magnetischen Feldes unvereinbar ist, gleichgültig, ob dieses von den die supraleitenden Elemente durchfließenden Strömen herrührt oder ob es außerhalb angelegt wurde.

Solche Feldwerte, die im allgemeinen als kritisches FeId(HJ bezeichnet werden, sinken bei erhöhtem Strom in dem supraleitenden Element ab, erhöhen sich bei abfallender Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur und haben im allgemeinen Maximalwerte von etwa 2 bis 4kGauß oder weniger für die meisten der bisher verwendeten Elemente und Legierungen, an denen solche Messungen durchgeführt wurden. Der Maximalwert (H_c) stellt natürlich ein absolutes Maximum der Feldstärke dar, die durch die Verwendung eines gegebenen supraleitenden Materials unabhängig von der Anordnung erreicht wird.

Neuerdings hat die Entdeckung, daß die kritische Feldstärke (H_e.) für das Legierungssystem Molybdän—Rhenium Werte von 15 kGauß oder mehr erreicht, das Interesse an praktischen Vorrichtungen, die nach supraleitenden Prinzipien arbeiten, wieder geweckt. Im letzten Jahr wurde ein supraleitender Magnet, der eine Mehrzahl von Windungen aus Mo—Re enthält, bei einem Feld von über 15 kGauß betrieben (s. »Journal of Applied Physics«, 32 [1961], S. 325/326).

Vom Fabrikationsstandpunkt gesehen ist Molyb-Verwendung von Niob-Titan-Legierungen als
Supraleiter

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

Bernd Teo Matthias,

Berkeley Heights, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. April 1961 (104 992)

dän—Rhenium ein ideales Material. Es bildet eine fast vollkommene Lösung im festen Zustand, ist dem Wesen nach beim Gießen spannungsfrei und ist so geschmeidig, daß es leicht in Draht oder andere Gestalten durch herkömmliches metallurgisches Kaltverarbeiten verarbeitet werden kann. Es ist erkannt worden, daß dieses Kaltverarbeiten weiterhin vorteilhaft ist, da es das Stromleitungsvermögen des Materials verbessert. So wichtig jedoch diese Feststellung, besonders vom Standpunkt der Nachrichtenübertragung aus, war, ist es trotzdem so, daß Felder dieser Größe in bekannten leitenden Elektromagnetanordnungen ohne die Probleme des unzulässigen Wärmeverbrauchs erhalten werden. Das Bedürfnis nach supraleitenden Magnetanordnungen, die Feldstärken in der Größenordnung von 50 kGauß und mehr liefern können, wobei die Beseitigung des Problems des Wärmeverbrauchs, das bei bekannten Anordnungen auftritt, wichtig ist, blieb unbefriedigt.

Innerhalb der letzten Monate wurde entdeckt, daß die supraleitende Verbindung Nb₃Sn, wenn sie in gewisser Weise vorbereitet wird, hoher Ströme fähig ist, während sie Feldern von etwa 88 kGauß und mehr widersteht. So auffallend diese neu entdeckten Eigenschaften des Nb₃Sn sind, verhindert die dem Material eigene Sprödigkeit eine leichte Herstellung in Drahtform. In der Praxis wurden diese auffallen-

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den Eigenschaften bei Materialien beobachtet, die Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung durch Reaktion der Elemente hergestellt wurden, sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt
nachdem die Elemente pulverisiert, gemischt, in Fig. 1 eine Teilansicht einer Magnetanordnung Röhren eingebracht und auf die gewünschten Ab- mit einem ringförmigen Kryostaten, der mehrere messungen heruntergearbeitet worden waren. Strom- 5 Drahtwicklungen einer erfindungsgemäß zu verwendichten in der Größenordnung von 150 ΚΑ/cm² denden Nb-Ti-Legierung enthält,
und kritische Felder in der Größenordnung von F i g. 2 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwi-100 kGauß rechtfertigen diese Reihe von Verfah- sehen der kritischen Temperatur in Grad Kelvin und rensschritten, solange kein konkurrierendes Material der Zusammensetzung des Nb-Ti-Systems in Atomvorhanden ist, das leichter in die gewünschte Gestalt io Prozenten und

gebracht werden kann. Solange ein Grund vorhanden F i g. 3 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwi-

ist, anzunehmen, daß Stromdichten dieser Größe sehen der kritischen Stromdichte in Ampere pro

nicht leicht in geschmeidigeren Materialien erzielt Quadratzentimeter und dem kritischen magnetischen

werden können, sind Materialien von verbesserten Feld in kGauß für die angegebenen Zusammensetzun-

mechanischen Eigenschaften, die einem hohen Wert 15 gen.

des magnetischen Feldes sogar bei herabgesetzter In F i g. 1 ist ein ringförmiger Kryostat 1 mit den kritischer Stromdichte widerstehen können, von annähernden Ausmaßen von 45,7 X 15,2 X 76,2 cm Interesse. Während das kritische Feld eine absolute dargestellt, der mit flüssigem Helium gefüllt ist und Grenze für ein größtes Feld darstellt, das in einer 4000 Windungen pro Zentimeter Länge der Nb-Tisupraleitenden Spule erzeugt werden kann, kann das 20 Wicklungen 2 enthält. Endleiter 5 und 6 treten aus Stromleitungsvermögen immer lediglich durch Er- der Spule heraus. Eine nicht dargestellte Pumpeinhöhen des Durchmessers des verwendeten Drahtes richtung kann an den Kryostaten angeschlossen wererhöht werden. den, um eine Temperaturänderung entsprechend der

Es ist allgemein anerkannt, daß zwischen der Änderung des Siedepunktes von flüssigem Helium

kritischen Temperatur und dem kritischen Feld eine 25 bei verschiedenen Drücken zu gestatten, wobei die

feste Beziehung besteht, wobei beobachtet wurde, daß bei den Versuchen verwendete Pumpeinrichtung eine

der supraleitende Zustand mit abnehmenden ange- Temperaturregulierung zwischen den Weiten von

legten Feldern in Materialien, die abnehmende kri- 1,5 bis 4,2° K entsprechend dem Druckbereich von

tische Temperaturen aufweisen, zerstört wird. Keine 3,6 mm Hg bis zum atmosphärischen Druck ermög-

Abweichung von dieser anerkannten Beziehung wird 30 lichte.

beim Vergleich der Materialien Mo—Re und Nb₃Sn Bei den Versuchen, welche die hier angegebenen beobachtet, von denen das erstere eine maximale kri- gemessenen Werte ergaben, wurde eine Gleichstromtische Temperatur von etwa 12° K (H_c=18 kGauß) quelle in Serie mit einem oder mehreren veränder- und das letztere eine kritische Temperatur der baren Widerständen verwendet. Dadurch war es mög-Größenordnung von etwa 18° K (H_c=88 kGauß) 35 lieh, den Strom, der durch die supraleitende Probe aufweist. Da die Geschmeidigkeit und die Verarbeit- fließt, zu ändern und durch Einstellen des angelegten keit im allgemeinen eher für Lösungen im festen Zu- Feldes die Beziehung zwischen dem kritischen Strom stand als für andere Zustandsformen der Materialien und dem kritischen Feld zu bestimmen. Im prakticharakteristisch sind und da kritische Temperaturen, sehen Betrieb kann eine Elektromagnetanordnung die höher als die von Mo—Re sind, nur bei inter- 40 nach F i g. 1 Widerstandsverluste vermeiden und eine metallischen Verbindungen beobachtet wurden, schien kontinuierliche Gleichstromquelle durch die Veres bis vor kurzem unwahrscheinlich, daß ein ge- Wendung einer Anordnung zum Nebenschließen des schmeidiges Material gefunden werden würde, des- Stromes überflüssig machen. Bekannte Schaltungen sen Wert von H_c mit dem von Nb₃Sn konkurrieren und gewisse neue Vorrichtungen sind hierzu in Verkönnte. 45 bindung mit der Erfindung verwendbar. Jede der bei-

Im Zusammenhang mit der Erfindung wurde ent- den Techniken hat ihre Vorteile. Wenn das magnedeckt, daß Legierungen des Niob-Titan-Systems, ob- tische Feld während des Betriebes geändert werden wohl sie maximale kritische Temperaturen aufweisen, soll, ist es notwendig, eine kontinuierliche Gleichdie niednger sind als die des Mo-Re-Systems, Feldern stromquelle zusammen mit einem veränderbaren von etwa 88 kGauß und mehr widerstehen können, 50 Widerstand oder anderen Reguliereinrichtungen zu während sie sich in supraleitendem Zustand befin- verwenden. Wenn ein konstantes Feld benötigt wird, den. Während das Stromleitungsvermögen von er- wird durch einen Shunt die höchste Wirksamkeit erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen des halten. Wenn außerordentlich hohe Stromdichten ver-Nb-Ti-Systems bedeutend niedriger als das von wendet werden sollen, kann es wegen der großen Nb₃Sn ist, wird die Schutzhülle, die beim Vorberei- 55 Wärmeverluste undurchführbar werden, eine kontinuten der Drahtanordnungen aus dem bekannten Mate- ierliche Gleichstromquelle und andere frei liegende rial verwendet wird, vermieden, wodurch somit das Schaltungen zu verwenden.

vergleichsweise Stromleitungsvermögen des neuen Die Werte in F i g. 2 sind nach der üblichen Fluß-Materials ansteigt. Bis jetzt durchgeführte Unter- ausschlußmethode erhalten worden, der Messunsuchungen haben kritische Stromdichten in der 60 gen zugrunde liegen, die mit einem ballistischen Größenordnung von 2 · 10⁴ A/cm² und mehr ergeben. Galvanometer über ein Paar Sekundärspulen ge-

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierun- macht wurden, die elektrisch in Serie gegeneinander-

gen bestehen aus 10 bis 90 Atomprozent, entspre- geschaltet sind und beide in Primärspulen angeord-

chend 17,73 bis 94,58 Gewichtsprozent Niob, Rest net sind. Nach dieser Methode wird die Probe in

Titan. Überall, wo im folgenden auf eine Legierung 65 einer der Spulen angeordnet, und die Primärseite wird

des Nb-Ti-Systems Bezug genommen wird, soll eine durch eine Unterbrecherschaltung mit z. B. 6 V und

dieser erfindungsgemäß zu verwendenden Legierun- 10 mA gepulst. Eine einzelne Primärspule mit einem

gen gemeint sein. Luftkern oder mit einem nicht supraleitenden Mate-

rial weist keine solche Änderung auf, soweit der Fluß durch den Supraleiter ausgeschlossen ist. Eine von Null abweichende Galvanometeranzeige wird in einer gegebenen Richtung erhalten, wenn die Probe, die in einer der Sekundärspulen angeordnet ist, supraleitend ist. Das verwendete Galvanometer war so ausgebildet, daß es über eine Zeitspanne von annähernd einer Sekunde integrierte (ein Intervall, das ausreichend ist, um eine vollkommene Durchdringung eines nicht supraleitenden Materials, das in einer Sekundärspule angeordnet ist, sicherzustellen). Solche Messungen wurden für jede der etwa zwölf Proben bei nacheinander höheren Temperaturen wiederholt, und somit wurde eine Nullanzeige erreicht, um die vollkommene Flußdurchdringung und das Zusammenbrechen des supraleitenden Zustandes anzuzeigen. Zu F i g. 2 (Gehaltsangaben in Atomprozent) ist zu bemerken, daß die höchste kritische Temperatur für das Nb-Ti-System bei etwa 11,6° K für eine Legierung, die aus 60 bis 80% Nb, Rest Titan besteht, liegt. Kritische Temperaturwerte bei den den erfindungsgemäßen Bereich begrenzenden Legierungen 10 % Nb-90 % Ti bzw. 90 % Nb—10% Ti betragen annähernd 7,7 bzw. 10,5° K.

Die Kurven der F i g. 3 wurden nach Werten gezeichnet, die in der folgenden Weise gemessen wurden. Eine längliche Probe von 0,012 X 0,304 X 2,22 cm wurde von einem verarbeiteten oder unverarbeiteten Körper abgeschnitten, Kupferstromleiter wurden an die Enden angeschlossen, und Kupferspannungsleiter wurden etwa 0,635 cm von den Enden angebracht, so daß sie etwa 0,95 cm auseinander lagen. Die Probe wurde dann in einen Kryostaten mit flüssigem Helium gebracht und in einem Elektromagneten so angeordnet, daß die Hauptachse der Probe senkrecht zur Achse des Kerns des Elektromagneten lag. Die Leiter wurden aus dem Kryostaten herausgeführt. Die Stromleiter wurden an eine 6-V-Gleichspannungsquelle über einen veränderbaren Widerstand angeschlossen. Die Spannungsleiter wurden an den Eingang eines Liston-Becker-Gleichstromverstärkers angeschlossen, dessen Ausgang an einen H Speedomax Recorder von Leeds und Northrup angelegt wurde.

Zwei Bezugstemperaturen waren in dem Kryostaten vorhanden und Messungen wurden bei der einen oder der anderen oder bei beiden Temperaturen durchgeführt. Die erste Temperatur von 4,2° K entspricht dem Siedepunkt von flüssigem Helium unter atmosphärischem Druck. Der zweite Punkt von 1,5° K wurde durch Aufrechthalten eines Unterdruckes von etwa 3,6 mm Hg über der Heliumoberfiäche erhalten. Kritische Ströme für verschiedene Werte des kritischen Feldes wurden durch Auswählen eines gewünschten Feldwertes und Erhöhen des durch die Proben fließenden Stromes durch Einstellen des veränderbaren Widerstandes bestimmt, bis ein meßbarer Spannungsabfall in der Größenordnung von wenigen Hundertsteln eines Mikrovolts beobachtet wurde. Der Elektromagnet und die Schaltung begrenzen die Messungen bei einem Maximalfeld von 88 kGauß und Maximalströmen von etwas unter 35 A. Der kritische Strom wurde gewöhnlich für etwa zehn verschiedene Werte des kritischen Feldes gemessen.

Die Ordinaten der F i g. 3 geben die kritische Stromdichte in Ampere pro Quadratzentimeter an. Dies ist der Parameter, der gewöhnlich beim Bestimmen des Stromleitungsvermögens einer supraleitenden Probe verwendet wird. Er wird durch Dividieren des gemessenen Stromes durch die Querschnittsfläche errechnet. Natürlich ist berücksichtigt worden, daß diese Berechnung eine stromleitende Anordnung voraussetzt, die, wenn sie auch genau zum Vergleichen der Messungen ist, die hier alle an Proben von annähernd gleichem Querschnitt gemacht wurden, doch nicht eine genaue Grundlage zum Vergleichen von Proben mit sich ändernder Querschnittsfläche ist. Unverarbeitete, erfmdungsgemäß zu verwendende Legierungen des Nb-Ti-Systems werden eine »weiche« Supraleitfähigkeit aufweisen, d.h., es ist zu erwarten, daß die Ströme, die durch solche Materialien fließen, auf eine sehr dünne Schale beschränkt sind, deren Dicke gleich der Eindringungstiefe ist, die sich um die ganze Fläche der Anordnung erstreckt. Auf der anderen Seite zeigt die Tatsache, daß der kritische Strom nach der Verarbeitung (s. Fig. 3) stark ansteigt, daß das Material einige der Eigenschaften eines »harten« Supraleiters annimmt und daß der Stromfluß zumindest teilweise fadenförmig ist. Durch Versuche an verschiedenen Systemen ist festgestellt worden, daß der kritische Strom eines »harten« Supraleiters mehr oder weniger mit der Querschnittsfläche ansteigt, während der kritische Strom eines »weichen« Supraleiters in erster Näherung mit dem Durchmesser ansteigt. Der Wert, der für die verarbeiteten Nb-Ti-Legierungen angegeben ist, entspricht den Werten der Stromdichte, die bei Nb-Ti-Drähten irgendeines Querschnittes, aber gleichen Verformungsgrades erreicht werden. Wenn aus einem bestimmten Grund der für die unverarbeiteten Nb-Ti-Legierungen angegebene Wert als Entwurfskriterium dienen soll, sollten die angegebenen Mengen in Übereinstimmung mit dem Umfang des Querschnittes eingestellt werden.

Zweifelsohne ist eine Abweichung in der Kurvenform teilweise auf die Abhängigkeit des Grades der Kaltverformung von der Zusammensetzung zurückzuführen, wobei zu erwarten ist, obwohl diese Theorie nicht verläßlich ist, daß innerhalb des Nb-Ti-Systems beide maximale kritische Ströme der Legierung mit der maximalen kritischen Temperatur entsprechen und eine identische physikalische Form aufweisen.

Die weiten Zusammensetzungsgrenzen von 10 bis 90 Atomprozent Nb basieren auf Untersuchungen, die den Bedarf an solchen Legierungsbestandteilen zum Herstellen einer wesentlichen Abweichung von den supraleitenden Eigenschaften des reinen Elements gezeigt haben. Demgemäß ergibt ein Zusatz von wesentlich weniger als etwa 10% Ti zu Nb eine homogene Legierung, die Eigenschaften aufweist, die denen von reinem Nb näherkommen und die Werte von H_c, die wesentlich höher sind als die des Elements, nicht zulassen. Die Angabe der kritischen Temperatur nach F i g. 2 zeigt, daß alle in den weiten Bereich eingeschlossenen erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen bedeutende supraleitende Eigenschaften aufweisen. Die bevorzugten Bereiche der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen basieren großenteils auf den Werten nach Fig. 3. Diese Bereiche begrenzen jene Legierungszusammensetzungen, die als höchst wünschenswert vom Standpunkt des maximal zulässigen Feldes und/oder maximal zulässigen Stromes angesehen werden.

Die Kurven nach F i g. 3 geben die charakteristische Änderung des kritischen Stromes in Ab-

hängigkeit vom kritischen Feld für verschiedene, erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen an, und zwar für verarbeitete Proben der Legierungen aus 40% Nb-60% Ti, 50% Nb-50% Ti und 60%Nb—40%Ti. Alle diese Kurven sind bei 1,5° K aufgenommen. Zum Vergleich ist eine 4,2°-K-Kurve für die Legierung 60% Nb—40% Ti im verarbeiteten Zustand dargestellt.

Für die Zwecke der Erfindung ist eine Kaltverformung beabsichtigt, um eine Querschnittsverringerung von mindestens 60% zu erhalten. Da sich jedoch die Zahl der Fäden mit zunehmendem Verformungsgrad erhöht, ist es im allgemeinen wünschenswert, den maximal möglichen Betrag der Verarbeitung auszuführen. Erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen werden leicht um 90% oder mehr verformt, und diese Figur stellt einen minimalen bevorzugten Verformungsgrad für die Zwecke der Erfindung dar. Diese Begrenzungen werden auf metallurgischer Basis errechnet, d. h.

ursprüngliche Querschnittsfläche

minus endgültige Querschnittsfläche

ursprüngliche Querschnittsfläche

· 100%

Da die hier verwendeten Materialien nicht leicht erhältlich sind, wird ein geeignetes Verfahren für ihre Darstellung, welches bei den beschriebenen Versuchen angewendet wurde, erläutert.

Darstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Nb-Ti-Legierung

Die gewünschten Mengen der Legierungsbestandteile werden ausgewogen und in einem Schutzgas-Lichtbogenofen geschmolzen. Der Apparat besteht aus einem wassergekühlten Kupferherd mit einer halbkugelförmigen Vertiefung von 1,9 cm Durchmesser. Die Vertiefung zusammen mit dem Inhalt arbeitet als erste Elektrode. Eine zweite, nicht fest angebrachte Elektrode, die wassergekühlt ist und z. B. aus Wolfram besteht, ist von der Oberfläche des Inhalts der Vertiefung im Abstand (0,635 cm haben sich als geeignet ergeben) angeordnet. Ein Lichtbogen wird durch einen Hochfrequenzstrom (0,5 MHz oder mehr) gezogen und durch eine Gleichspannung erhalten, die ausreicht, um das Schmelzen herbeizuführen. Bei einer Gesamtcharge von 10 g ergab eine Spannung von 40 V bei einem Abstand von 0,635 cm einen Strom von etwa 300 A, der ausreichte, um das Schmelzen in einer Zeitspanne von etwa 10 bis 15 Sekunden herbeizuführen. Da das Schmelzen an der Innenfläche zwischen dem Inhalt und dem wassergekühlten Tiegel verhindert wird, wird die Homogenisierung nur durch Umdrehen der Charge und mehrmaliges Wiederholen des Verfahrens erreicht. Fünf oder sechs Wiederholungen haben sich bei den Versuchen als ausreichend herausgestellt.

Das folgende Verfahren wurde beim Vorbereiten der Proben für die Messungen angewendet:

Bei einer Gesamtcharge von etwa 10 g betrugen die Knopf abmessungen annähernd 1,9 cm im Durchmesser und 0,95 cm in der Höhe. Mittels eines Schleifrades wurde der Knopf zuerst in zwei Halbkreise geschnitten, wodurch eine Scheibe von etwa 0,038 cm Dicke parallel zu dem anfänglichen Schnitt abgenommen wurde. Stangen von 0,038 X 0,038 cm Querschnitt und einer Länge gleich dem Durchmesser wurden von der Scheibe abgeschnitten. Der Rest des Halbkreises, von dem die halbe Scheibe abgeschnitten wurde, wurde zu einem Streifen von ungefähr 1,90 cm Breite und 1,90 cm Länge (Verformungsgrad etwa 97%) gewalzt. Der Elektrodenkontakt, der, wie oben beschrieben, im Abstand angeordnet ist, wurde unter Verwendung von Ultraschallöten oder -schweißen, abhängig von der Verbindung, hergestellt.

Es ist zu berücksichtigen, daß das Wesentliche nach der Erfindung von der Entdeckung ausgeht, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen des Nb-Ti-Systems kritische Feldwerte zeigen, die wesentlich größer sind, als es auf der Basis der kritischen Temperatur erwartet werden konnte. Demgemäß wurde gezeigt, daß ein weiter Bereich der erfindungsgemäß zu verwendenden Nb-Ti-Legierungen, obwohl er eine maximale kritische Temperatur von etwa 11,6° K im Vergleich zu gut über 12° K für Mo—Re aufweist, kritische Feldwerte von 88 kGauß und mehr im Vergleich zu einem Maximum von weniger als etwa 20 kGauß für das bekannte Material zeigt. Alle Werte, die in den Figuren oder anderswo angegeben sind, haben hauptsächlich Bedeutung, um zu zeigen, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen innerhalb des weiten Zusammensetzungsbereiches von 10% Nb—90% Ti bis 90% Nb—10% Ti (%=Atomprozent) unverhältnimäßig hohe kritische Felder aufweisen.

Ein bevorzugter Bereich der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen von 40% Nb—60% Ti bis 80% Nb—20% Ti hat einen Wert H_c von mindestens 88 kGauß. Wenn ein maximaler Strom erwünscht ist, wird dies am besten in einem Bereich von 45% bis 55% Nb erreicht. Obwohl im Vergleich zu Nb₃Sn nur ein Material Werte von H_c in dessen Größenordnung zeigt, sind die neuen Materialien durch viel niedrigere maximale kritische Ströme begrenzt, wobei die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen insofern vorteilhaft sind, als sie gewalzt und anders verarbeitet werden können, um durch herkömmliche metallurgische Verfahren Drähte herzustellen.

Im Hinblick auf die mit dem geschmeidigen Material Mo—Re und dem spröden Material Nb₃Sn angestellten Vergleiche besteht das wesentliche Anwendungsgebiet der Erfindung in der Herstellung von supraleitenden Magneten aus Drähten, die so ausgebildet sind, daß sie zu einem höheren Feld als das des bekannten Mo-Re-Systems führen. Bei supraleitenden Magneten und bei üblichen Elektromagneten hängt die Feldstärke von der Zahl der Windungen und dem Strom nach der Beziehung ab:

_rr Anni ., _, _XT.
H = —^ = 1,26 Ni,

10/

wobei

H = Feldstärke in Gauß,

η = Zahl der Windungen,

/ = Strom in Ampere,

Z = Länge in Zentimetern und

N — γ — Windungen pro Zentimeter
sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Niob-Titan-Legierung, bestehend aus 10 bis 90 Atomprozent, entsprechend 17,73 bis 94,58 Gewichtsprozent Niob, Rest Titan, als Supraleiter.

2. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus 40 bis 80 Atomprozent, entsprechend 56,39 bis 88,58 Gewichtsprozent Niob, Rest Titan, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.

3. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 2 angegebenen Zusammensetzung, bestehend aus 45 bis 55 Atomprozent, entsprechend 61,35 bis 70,33 Gewichtsprozent Niob, Rest Titan, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.

4. Verwendung einer Legierung der in einem der Ansprüche 1 bis 3 angegebenen Zusammensetzung als Material für eine supraleitende Magnetanordnung mit einer Mehrzahl von Windungen aus dem supraleitenden Material mit einer Einrichtung, um die Windungen auf einer Temperatur zu halten, die mindestens so niedrig wie die kritische Temperatur des Materials ist, und mit einer Einrichtung zum Zuführen eines Stromes einer solchen Größe, daß ein Feld von mindestens 30 kGauß erzeugt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
M. Hansen, »Constitution of Binary Alloys«, 1958, S. 1019.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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