DE1234993B

DE1234993B - Verfahren zur Herstellung der intermetallischen Verbindung Vanadium-Gallium (VGa)

Info

Publication number: DE1234993B
Application number: DES89421A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Richard Maier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-02-07
Filing date: 1964-02-07
Publication date: 1967-02-23
Also published as: CH436735A; GB1044438A; US3260595A; NL144332B; NL6414118A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C22c

Deutsche KL: 40 b -1/04

Nummer: 1234 993

Aktenzeichen: S 89421VI a/40 b

Anmeldetag: 7. Februar 1964

Auslegetag: 23. Februar 1967

Supraleiter mit hohem kritischem Magnetfeld sind von großem wissenschaftlichem und technischem Interesse. Sie werden beispielsweise zur Herstellung von Bauteilen, die in starken Magnetfeldern im supraleitenden Zustand bleiben müssen, und als Material 5 für supraleitende Spulen zur Erzeugung starker Magnetfelder in wachsendem Umfang benötigt.

Von besonderer Bedeutung ist die intermetallische Verbindung Vanadium—Gallium mit /?-Wolfram-Kristallstruktur (V₃Ga). Diese Verbindung hat bei einer Temperatur von 0° K eine kritische Feldstärke von wenigstens 300 bis 400 Kilogauß, ihre Sprungtemperatur liegt bei etwa 14,5° K.

Das übliche pulvermetallurgische Verfahren zur Herstellung von intermetallischen Verbindungen, welches darin besteht, daß man stöchiometrische Mengen der Elemente in Pulverform mischt, das gemischte Pulver preßt und anschließend bei einer Temperatur von etwa 900 bis 1100° C im Vakuum oder unter Schutzgas sintert, ist zur Herstellung von Vanadium—Gallium (V₃Ga) nicht geeignet. Das Gallium wird nämlich wegen seines niedrigen Schmelzpunktes (29,5⁰C) beim Pressen flüssig.

Auch der Versuch, einen Preßling aus reinem Vanadiumpulver in flüssiges Gallium zu tauchen und dort zu glühen, führt zu keinem befriedigenden Ergebnis. Wie durch Versuche festgestellt wurde, bildet sich in der Randzone des Preßlings, wo genügend Gallium zur Verfügung steht, bei etwa 700⁰C in einer exothermen Reaktion die Verbindung V₂Ga₅. Im Inneren des Preßlings bleibt reines Vanadium zurück. Auch bei sehr langer Glühzeit reagiert dieses Vanadium nur in geringem Maße mit dem zunächst gebildeten V₂Ga₅, da der Diffusionsweg auch bei kleinen Preßlingen sehr lang ist. Das Röntgendiagramm einer 70 Stunden lang bei etwa 1000⁰C in einer abgeschmolzenen Quarzampulle in flüssigem Gallium geglühten Probe aus gepreßtem Vanadiumpulver zeigte im wesentlichen Vanadium und V₂Ga₅ und nur sehr wenig V₃Ga.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung der intermetallischen Verbindung Vanadium—Gallium (V₃Ga), welches schon bei verhältnismäßig kurzen Glühzeiten eine sehr gute Ausbeute liefert.

Das Verfahren besteht gemäß der Erfindung darin, daß Vanadiumpulver und V₂Ga₅-Pulver im stöchiometrischen Verhältnis, entsprechend der Reaktionsgleichung

13 V + V₂Ga₅ -> 5 V₃Ga,

gemischt werden und daß diese Mischung gepreßt und Verfahren zur Herstellung der intermetallischen
Verbindung Vanadium-Gallium (V₃Ga)

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Dr. Richard Maier, Erlangen

bei einer Temperatur zwischen 1150 und 1400⁰C gesintert wird.

Die Sintertemperatur muß zwischen 1150 und 1400⁰C liegen, da 1400⁰C die Zerfallstemperatur von V₃Ga und 1150⁰C die peritektische Bildungstemperatur einer Phase mit etwa 46% Galliumgehalt ist.

Durch ein Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.

Der eine Ausgangsstoff V₂Ga₅ kann beispielsweise hergestellt werden, indem eine etwa stöchiometrische Mischung von Vanadiumpulver und Gallium auf etwa 700⁰C erhitzt wird. In einer exothermen Reaktion bilden sich dabei etwa 1 cm lange und 0,5 mm dicke metallisch glänzende Nadeln aus V₂Ga₅. Durch Zermahlen dieser Nadeln erhält man V₂Ga₅-Pulver.

Zur Herstellung von V₃Ga wird V₂Ga₅-Pulver mit Vanadiumpulver im stöchiometrischen Verhältnis entsprechend der Reaktionsgleichung

13 V + V₂Ga₅ -* 5 V₃Ga

gemischt. Anschließend wird das so hergestellte Pulvergemisch mit einem Druck von etwa 5 · 10³ bis 10 · 10³ kp/cm^a gepreßt. Der Preßling wird im Vakuum von beispielsweise etwa 10~² Torr bis zu einer Temperatur von etwa 60O⁰C ausgeheizt. Beim Ausheizen entweicht bei etwa 25O⁰C Wasserdampf, bei etwa 500⁰C Wasserstoff. Beide Gase wurden vermutlich beim Pressen an der großen Oberfläche des Pulvergemisches adsorbiert. Nach dem Ausheizen wird der Preßling unter Schutzgas, beispielsweise ¹Z₂ at Argon, beispielsweise etwa 1 Stunde lang bei einer Temperatur von etwa 1300⁰C gesintert. Der Druck von Y₂ at Argon ist deshalb vorgesehen, um die Verdampfung des Galliums bei der hohen Sintertemperatur möglichst klein zu halten.

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Claims

In der geschilderten Weise wurde beispielsweise ein Sinterkörper aus V3Ga hergestellt, der nach dem Sintern 6,950 g wog, die Dichte betrug 4,87 g/cm3, die Raumerfüllung etwa 75%. Das Röntgendiagramm des Sinterkörpers zeigte nur das Reflexdiagramm von V3Ga; Vanadium, Gallium und deren Oxyde und Nitride konnten röntgenographisch nicht nachgewiesen werden. Das Schliff bild war im wesentlichen einphasig. Die magnetisch gemessene Sprangtemperatur betrug 14,55° K. ίο Mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung kann gesintertes V3Ga hergestellt werden, das als Ausgangsstoff für eine weitere Verarbeitung zu supraleitenden elektrischen oder magnetischen Bauteilen geeignet ist. Es können aber beispielsweise auch geeignet geformte Bauteile direkt im Sinterverfahren hergestellt werden. Patentansprüche: 20

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung der intermetallischen Verbindung Vanadium—Gallium (V₃Ga), dadurch gekennzeichnet, daß Vanadiumpulver und V₂Ga₅-Pulver im stöchiometrischen Verhältnis, ent-

sprechend der Reaktionsgleichung

13 V+ V₂Ga₅ ^5V₃Ga,

gemischt werden und daß diese Mischung gepreßt und bei einer Temperatur zwischen 1150 und 1400⁰C gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des einen Ausgangsproduktes V₂Ga₅ Vanadiumpulver und Gallium im stöchiometrischen Verhältnis gemischt und das Gemisch auf etwa 700⁰C erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gepreßte Pulvermischung vor dem Sintern bis zu einer Temperatur von etwa 600⁰C im Vakuum ausgeheizt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung unter Schutzgas erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung unter einem Argondruck von etwa ¹J₂ at erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1024251;
R. K i e f f e r und W. H 01 ο ρ , Sintereisen und Sinterstahl, 1948, S. 481.