DE1292465B

DE1292465B - Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Schichten aus Niob-Zinn

Info

Publication number: DE1292465B
Application number: DES90862A
Authority: DE
Inventors: Dr Guenther; Wilhelm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-04-30
Filing date: 1964-04-30
Publication date: 1969-04-10
Also published as: US3443989A

Description

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Die supraleitende intermetallische Verbindung auf erhöhter Temperatur befindlichen Träger auf Niob—Zinn (Nb₃Sn) ist wegen ihrer hohen Sprung- '.·; diesem Träger niedergeschlagen werden können, wotemperatur von 18° K und ihres hohen kritischen bei das frei werdende Jod zum weiteren Metall-Magnetfeldes von großer technischer Bedeutung. transport ausgenutzt wird (deutsche Auslegeschrift Durch Aufbringen von Schichten aus Niot)—Zinn 5 1 079 418). Weder in dieser Auslegeschrift noch in auf geeignete Trägermaterialien können etwa supra- dem genannten Buch von Schäfer, in dem eine leitende Drähte und Bänder oder supraleitende Vielzahl von chemisch transportierbaren Elementen Bauelemente unterschiedlicher Form hergestellt und Verbindungen angegeben ist, findet sich jedoch werden. ein Hinweis darauf, daß die Verbindung Nb₃Sn oder

Es sind mehrere zur Herstellung von Niob-Zinn- io das Element Zinn zu diesen chemisch transportier-Schichten geeignete Verfahren bekanntgeworden. Bei baren Verbindungen bzw. Elementen gehören. Inseinem Verfahren wird Zinn auf einen Niobtrager^ besondere ist überraschend, daß bei Verwendung etwa einen Draht, aufgebracht. Das Kann etwa von pulverförmigem "Nb₃Sn als Ausgangsmaterial auf durch Aufdampfen oder durch elektrolytische Ab- dem erhitzten Träger wiederum eine röntgenograscheidung erfolgen. Durch eine Temperaturbehand- 15 phisch einphasige Nb₃Sn-Schicht abgeschieden lung wird dann bewirkt, daß das Zinn in den Niob- wird, d. h., daß die Zusammensetzung der Verbinträger eindiffundiert. Dabei entsteht an der Ober- dung bei der Transportreaktion nicht verändert wird, fläche dieses Trägers eine Niob-Zinn-Schicht. Bei Das erfindungsgemäße Verfahren hat den beson-

einem anderen Verfahren wird ein Niobträger in deren Vorteil, daß die Bildungstemperatur der Jodide flüssiges Zinn getaucht. Auch dabei entsteht durch 20 von Niob und Zinn so niedrig liegt, daß zwischen Eindiffundieren des Zinns in das Niob eine Niob- etwa 400 und 500° C gearbeitet werden kann. Bei Zinn-Schicht. Bei einem weiteren Verfahren wird diesen Temperaturen können noch Glasgefäße zur Niob—Zinn auf geeigneten Trägermaterialien da- Durchführung des Verfahrens, verwendet werden, durch abgeschieden, daß gasförmige Chloride des Die Trägermaterialien, auf denen sich die Niob-

Niobs und des Zinns mit Wasserstoff reduziert wer- as Zinn-Schicht bilden soll, werden im gleichen Gefäß den. Das frei werdende Niob—Zinn schlägt sich da- angeordnet, in dem die Jodide erzeugt werden. Die bei auf dem Trägermaterial nieder. Temperatur von etwa 1000 bis 1300° C, auf welche

Zur Durchführung dieser bekannten Verfahren die Träger erhitzt werden, liegt über der Zersetzungssind jedoch verhältnismäßig umfangreiche Appa- temperatur der Jodide und unter der Schmelztemperaturen notwendig. Teilweise muß bei hohen Tempe- 30 ratur des Trägermaterials. Bei Erhitzung des Trägerraturen gearbeitet werden. Auch zeigen die erzeug- materials mittels eines durch den Träger geleiteten ten Niob-Zinn-Schichten nicht immer gleichmäßige elektrischen Stroms kann auch dies in einem. Glas-Supraleitungseigenschaften. Insbesondere besitzen die gefäß erfolgen.

Schichten sehr unterschiedliche Sprungtemperaturen,·- In einem abgeschlossenen System findet bei der die in vielen Fällen weit unterhalb von 18° K liegen. .35 vorliegenden Reaktion ein Stofftransport im wesent-Die Erfindung sieht demgegenüber ein sehr ein- liehen durch Gasdiffusion von der kälteren zur faches Verfahren zur Herstellung von supraleitenden heißeren Zone statt. Niob und Zinn werden daher Schichten aus der intermetallischen Verbindung von der kälteren Bildungszone der Jodide über die Niob—Zinn (Nb₃Sn) auf Trägermaterialien vor. Gasphase zum heißeren Trägermaterial transportiert

Das Verfahren besteht erfindungsgemäß darin, daß 40 und infolge der Zersetzung der Jodide dort abgepulverförmiges Niob—Zinn bei einer Temperatur schieden, wobei sie die Verbindung Nb₃Sn bilden, von etwa 400 bis 500° C in an sich bekannter Weise \ .. An Hand einiger Beispiele und einer Figur soll mit Jod zur Reaktion gebracht und daß die dabei das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutert entstehenden gasförmigen Jodide an dem auf etwa werden.

1000 bis 1300° C erhitzten Trägermaterial thermisch 45 Die Figur zeigt schematisch ein Ausführungszersetzt werden. beispiel für eine Einrichtung zur Durchführung des

Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine Verfahrens gemäß der Erfindung, sogenannte chemische Transportreaktion. Chemische In eine etwa 30 cm lange Glasampulle 1 von etwa

Transportreaktionen sind an sich bereits bekannt und 4 cm Durchmesser sind zwei Molybdänstifte 2 vadadurch charakterisiert, daß sich ein fester oder 50 kuumdicht eingeschmolzen. An den inneren Enden flüssiger Stoff mit Gasen unter Bildung nur gas- dieser Stifte ist mit Hilfe der Nickelhülsen 3 der förmiger Reaktionsprodukte umsetzt und daß an- Träger 4 befestigt, auf den das Niob—Zinn aufgeschließend an anderen Stellen des Systems Rück- bracht werden soll. Die äußeren Enden der Moreaktion unter Abscheidung des Ausgangsstoffes lybdänstifte 2 sind mit einer elektrischen Stromstattfindet. Voraussetzung für eine chemische Trans-. 55 quelle 5. verbunden. Die Ampulle 1, deren unterer portreaktion ist neben der Reversibilität der statt- Teil die Ausgangsstoffe 6 für die Transportreaktion findenden chemischen Reaktion das Vorliegen eines enthält, befindet sich in einem Ofen 7. Konzentrationsgefälles. Dieses kann sich etwa aus- Zur Abscheidung einer Niob-Zinn-Schicht auf

bilden, wenn Temperaturunterschiede bestehen zwi- einem geeigneten Träger kann beispielsweise folgenschen der Stelle, an der die gasförmigen Reaktions- 60 dermaßen verfahren werden: produkte gebildet werden, und der Stelle, an welcher In die zunächst noch offene Ampulle 1 wird fein-

durch Zerfall dieser Reaktionsprodukte die Rück- gepulvertes Niob—Zinn (Nb₃Sn) zusammen mit reaktion erfolgen soll (vgl. H. Schäfer, Chemische einer kleinen Menge Jod eingebracht. Das Niob— Transportreaktionen, Weinheim/Bergstr., Verlag Zinn kann etwa mit Hilfe eines Sinterverfahrens oder Chemie, 1962, S. 11). Es ist auch bereits bekannt, 65 durch Reduktion der gasförmigen Chloride herdaß verschiedene Metalle in Pulverform zur Bildung gestellt sein. Anschließend wird die Ampulle etwa von gasförmigen Jodiden zur Reaktion gebracht wer- bis zu einem Vakuum von 10~⁵ Torr ausgepumpt, den und durch Zersetzung dieser Jodide an einem Während des Pumpens wird der untere Ampullen-

teil, in dem sich die Ausgangsstoffe 6 Niob—Zinn und Jod befinden, mit flüssigem Stickstoff gekühlt, um ein Verdampfen des Jods zu verhindern. Nach dem Auspumpen wird die Ampulle zugeschmolzen. Die Ampulle wird dann mit Hilfe des Ofens 7 auf etwa 400 bis 500° C erhitzt, während der Träger 4 mit Hilfe der Stromquelle 5 auf eine Temperatur von etwa 1000 bis 1300° C gebracht wird.

Als Träger können beispielsweise Drähte, Bänder oder Scheiben aus verschiedenen hochschmelzenden Materialien verwendet werden. Durch Abscheidung von Niob—Zinn auf Niobdraht wurden beispielsweise Niob-Zinn-Schichten mit einer Sprungtemperatur von 18° K hergestellt. Ferner wurden Niob-Zinn-Schichten auf Tantaldraht und auf Quarzscheiben aufgebracht. Die Quarzscheiben wurden dabei bis zur Hälfte ihres Durchmessers geschlitzt. In den Schlitz wurde ein Tantalband geschoben, mit dessen Hilfe die Scheibe aufgeheizt wurde. Die Aufwachsschicht bestand dabei aus röntgenographisch einphasigem Nb₃Sn.

Supraleitende Schichten aus Niob—Zinn auf Niobträgern können in Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch in der Weise hergestellt werden, daß Zinn allein mit Jod bei etwa 400 bis 500° C zu Zinnjodid umgesetzt und durch Zersetzung des Jodids an einem Niobträger abgeschieden wird, der auf etwa 1000 bis 1300° C erhitzt ist. Das bei der Zersetzung des Jodids frei werdende Zinn reagiert dabei mit dem Niob. Auf der Oberfläche des Niobträgers bildet sich infolgedessen eine Niob-Zinn-Schicht.

Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere zum Überziehen kleinerer Körper mit einer supraleitenden Niob-Zinn-Schicht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Schichten aus der intermetallischen Verbindung Niob—Zinn (Nb₃Sn) auf Trägermaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Niob—Zinn bei einer Temperatur von etwa 400 bis 500° C in an sich bekannter Weise mit Jod zur Reaktion gebracht und daß die dabei entstehenden gasförmigen Jodide an dem auf etwa 1000 bis 1300° C erhitzten Trägermaterial thermisch zersetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, derart abgewandelt, daß Zinn bei einer Temperatur von etwa 400 bis 500° C in an sich bekannter Weise mit Jod zur Reaktion gebracht und daß das dabei entstehende gasförmige Jodid an einem auf etwa 1000 bis 1300⁰C erhitzten Träger aus Niob thermisch zersetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen