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Verfahren zur Herstellung supraleitender Verbindungen oder Legierungen
in Drahtform Als Supraleiter bezeichnet man Stoffe, deren elektrischer Widerstand
bei tiefen Temperaturen unmeßbar klein wird. Dieser supraleitende Zustand kann durch
elektrische Ströme oder magnetische Felder beeinflußt bzw. völlig aufgehoben werden.
Stoffe, die ihren supraleitenden Zustand auch noch bei der Einwirkung relativ großer
Stromdichten bzw. relativ starker Magnetfelder aufrechterhalten, bezeichnet man
als »harte« Supraleiter. Diese harten Supraleiter werden vor allem dort mit Vorteil
in der Technik eingesetzt, wo Magnetfelder mit hohen Flußdichten benötigt werden,
so z. B. bei magnetischen Linsen, magnetischen Abschirmungen, magnetischen Flaschen
u. a. m. Nach dem Stand der Technik bilden vor allem gewisse intermetallische Verbindungen
vom A-15-Typ (ß-Wolfram-Struktur) bzw. einige Mischkristalle der übergangselemente
der IV. bis VIII. Gruppe des Periodischen Systems solche harten Supraleiter aus.
Als Beispiele mögen hier Nb,Sn, AINb., NbZr25, GaV", NbTi33, Nb"Pt, InNb" SnV, genannt
sein. Solche intermetallischen Verbindungen bzw.- Legierungen werden nun vorzugsweise
in Form voji Drähten zur Herstellung supraleitender Spulen benötigt. Bekanntlich
sind aber die meisten intennetallischen Verbindungen sehr spröde und schlecht verformbar.
Aber auch die höher schmelzenden Komponenten der supraleitendenVerbindungen, vor
allem die Metalle der IV. und V. Nebengruppe des Periodischen Systems bereiten erhebliche
Schwierigkeiten beim Drahtziehen infolge ihrer äußerst reibungsungünstigen Eigenschaften.
Es ist daher der Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren aufzuweisen, das die Herstellung
von supraleitenden Verbindungen bzw. Legierungen in Form von Drähten in einfacher
Weise ermöglicht.
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Mit zu den bekanntesten harten Supraleitern gehört die intermetallische
Verbindung Nb.Sn. Diese intermetallischeVerbindung zeichnet sich 'durch eine hohe
Sprungtemperatur aus, und ihr supraleitender Zustand ist gegen den Einfluß relativ
hoher Stromdichten und relativ starker äußerer Magnetfelder be-
ständig. Um
aus dieser intermetallischen Verbindung einen Draht herzustellen, wurde z. B. so
verfahren, daß in e'n Niobrohr aus Niob- und Zinnpulver gepreßte Pastillen eingesetzt
wurden, das Rohr erst vorgezogen und dann in ein Nickelrohr eingesetzt und das gesamte
Verbundrohr ferti,-gezogen wurde. Anschließend wurde dieses Rohr bei 10001 C
im Vakuum geglüht, um durch Diffusionsreaktion des Pulvergemisches die Verbindung
Nb,Sn zu erzeugen. Es ist ersichtlich, daß diese Methode des »Niobrohres«
- hier wird das reibungsungünstige Verhalten des Nb-Rohres durch den zusätzlichen
Nickel-Mantel überwunden - einen nicht zu übersdhenden Aufwand bedeutet.
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Es ist auch weiter bekannt, bereits auf Enddicke gezogene
- Niobd#rähte mit einer Zinnschicht zu umgeben und durch Diffusion die gewünschte
supraleitende Verbindung NbSn auf der Drahtoberfläche zu erzeugen. B diesem Verfahren
wird der auf Endmaße gezogene Draht bereits vor *ausgesetzt, läßt -also die Schwierigkeiten
der reibungsungünstigen Metalle der IV. und V. Nebengruppe außer Betracht.
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Schließlich ist noch bekannt, einen Draht aus Nb,Sn dadurch zu gewinnen,
daß Niob- und Zinnpulver im stöchiometrischen Verhältnis gemischt werden, mit Äthylenglykol
zu einer Paste angerührt und in Drahtform gebracht werden. Nach dem Austreiben des
Bindemittels wird bei erhöhter Temperatur die Diffusion zur Bildung der gewünschten
NbSn Verbindung vorgenommen. Dieses Verfahren wird nur Drähte mit relativ kleiner
Länge ermöglichen und Schwierigkeiten bei kleinen Drahtdurchmessern ergeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umgeht diese Nachteile, in dem es als
zieherleichternde Auflage für die höher schmelzenden Komponenten der supraleitenden
Verbindungen in geeigneten Fällen solche Metalle oder Legierungen benutzt, die die
tiefer schmelzenden Komponenten der supraleitenden Verbindungen bilden und in einem
abschließenden Diffilsionsglühen die Bildung der supraleitenden Verbinduno, zwischen
Ziehauflage und Drahtseele vorsieht. Dementsprechend wird erfindungsgemäß z. B.
bei der Herstelluna einer supraleitenden Verbindung Nb,Sn in Drahtforin Zinn als
zieherleichterndes Mittel für das Ziehen von Niobdrähten verwandt. Die Verzinnung
des Niobdrahtes erfolgt unter Vakuum in einem Zinnbad bei 700 bis
9000 C mit einer Dauer von etwa .1 bis 5 Stunden. Die Auslagerungszeit
des Niob-I !# .
drahtes in dem Zinnbad wird dabei so gewählt,
daß sich noch kein merklicher Betrag von Nb,Sn durch Diffusion bildet. Anschließend
kann der so l;ehandelte Niobdraht in einwandfreier und leichter Weise auf Durchmesser
kleiner als 0,1 mm kaltgezogen werden. Der so auf die gewünschte Enddicke
gezogene Draht wird einem Diffusionsglühen zwischen' 1000 und 12001
C zweckmäßig 15 Minuten bis 5 Stunden unterworfen. Während
dieser Glühung reagiert die aus Zinn bestehende Ziehauflage mit dem Niobdraht unter
Bildung der supraleitenden Verbindung Nb,Sn, so daß eine supraleitende Hülle um
die Niobseele des Drahtes gebildet wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist
die Ziehauflage somit ein notwendiger Bestandteil des Endproduktes und stellt- keinen
Fremdstoff dar, der am Schluß zu beseitigen wäre..
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Es ist bekannt, als - z.icherleichterndes und die
Ab-
nutzung der Ziehdüse verringerndes Schmiermittel unter anderem auch weiche
Metalle wie Zinn zu verwenden und im speziellen Fall des mit Chrom hochlegierten
Eisens ein Aluminiumpulver, das mit einem Klebemittel vermischt ist,. als Schrniermittel
zum Ziehen zu verwenden. Auch ist es bekannt, zum Ziehen von Wolfram- und Molybdändrähten
eine Eisen- oder Zinnschicht aufzubringen, die jedoch vor dem Ziehen ganz oder teilweise
in eine Phosphatschicht übergeführt wird. Im allgemeinen werden aber hochschmelzende
Metalle, wie Wolfram und Molybdän, mit Schmiermitteln auf der Basis von Kolloidalgraphit
gezogen.
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Es ist jedoch noch nicht bekannt und ist durch diesen Stand der Technik
auch nicht nahegelegt, die speziell zur Herstellung von supraleitenden Verbindungen
aus hochschmelzenden Metallen benötigten Legierungskomponenten als zicherleichternde
Auflage zu benutzen und damit durch eine einzige, Maßnahme das Ziehen des hochschmelzenden
Metalls zu erleichtern und gleichzeitig die spätere Verhindungsbildung vorzubereiten.
Als Ziehauflage kann gemäß der Erfindung auch eine Legierung, deren Bestandteile
die tiefer schmelzenden Komponenten Einern §upraleitenden Verbindung bilden, benutzt
werden.'Es kann z. B. als Ziehauf ' lage. für Niobdrähte eine Silber-Zinn-Legierung
verwendet werden; da sowohl Silber mit Niob die supraleitende Verbindung AgNb, wie
auch Zinn mit Niob die supzaleitende Verbindung Nb"Sn bildet.
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'Das erfin.dungsgemäße, Verfahren wird mit Vorteil auf -die höher
schmelzenden, aber reibungsungünstigeren Komponenten der Supraleiter angewandt.
Diese Komponenten stehen vorwiegend in der IV. Nebengruppe (Ti, Zr, Hf) und V. Nebengruppe
(V, Nb, Ta) des Periodischen Systems der Elemente. Als tiefer schmelzende Komponenten,
die als Ziehauflagen gebraucht werden können, kommen vor allem die Metalle
Al, Ga, In und Sn bzw. Legierungen dieser untereinander oder mit anderen
Metallen in Frage. .