DE1458478A1 - Process for the preparation of the intermetallic compound niobium-tin - Google Patents

Process for the preparation of the intermetallic compound niobium-tin

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DE1458478A1 DE1964S0091742 DES0091742A DE1458478A1 DE 1458478 A1 DE1458478 A1 DE 1458478A1 DE 1964S0091742 DE1964S0091742 DE 1964S0091742 DE S0091742 A DES0091742 A DE S0091742A DE 1458478 A1 DE1458478 A1 DE 1458478A1
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Description

fir Lanzen, den 26. Juni 1964fir Lanzen, June 26, 1964

AktiontT":--c;l 1 .-ch-nf t Werner-von-Siqmens-S.tr. 50AktiontT ": - c; l 1.-Ch-nf t Werner-von-Siqmens-S.tr. 50

PLA 64/1396PLA 64/1396

[Dr. ExpL[Dr. ExpL

Verfahren zur Darstellung der intermetallischen Verbindung Niob-Zinn (NbxSn)Process for the preparation of the intermetallic compound niobium-tin (Nb x Sn)

Di ο ;;upraloi fm de intermetallische Verbindung Niob-Zinn (Nb^Sn) besitzt eine Sprungtemperatur von etwa 18 K. Da diese Verbindung neben der hohen Sprungtemperatur'auch sonst gute Supraleitungs-';igeh:5chH.f fco η hjiitzt, beispielsweise ein hohes kritisches Magnet feld, ist eine Darstellung dieser Verbindung in großer Menge und Reinheit für wLuienrehaftliche und technische Zwecke dringend erforderlich. Drähte und Bänder au;; Niob-Zinn können beispielsweise zur Her.itel lung von nupraleitenden Spulen zur Erzeugung starker M'igrie tfeldf-r verwendet werden.Di ο ;; upraloi fm de intermetallic compound niobium-tin (Nb ^ Sn) has a transition temperature of about 18 K. Since this connection, in addition to the high transition temperature, 'also otherwise good superconductivity'; igeh: 5chH.f fco η heats up, for example a high critical magnet field, is a representation of this compound in abundance and Purity urgently required for environmental and technical purposes. Wires and ribbons au ;; Niobium-tin can be used, for example, for the manufacture of superconducting coils for the production of strong M'igrie tfeldf-r can be used.

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\ <*- ■ ; PLA 64/1396\ <* - ■; PLA 64/1396

Niob-Zinn läßt sich jedoch nicht auf einfache Weise chemisch, darrTc. v stellen. Man behalf sich längere Zeit mit metallurgischen Sinter- , verfahren. Niob und Zinn werden dabei im stöchiometrischen Verhältnis gemischt und bei hoher Temperatur gesintert. Dan so gewonnene. Material ist sehr porös und spröde, seine Supraleitungseigenschaften können von der Sintertemperatur abhängen. Die technische Anwendung von gesintertem Niob-Zinn wird durch solche Materialeigenschaften stark behindert. .However, niobium-tin cannot be chemically easily chemically because r r Tc . v put. For a long time they made do with metallurgical sintering processes. Niobium and tin are mixed in a stoichiometric ratio and sintered at a high temperature. Dan so won. The material is very porous and brittle; its superconducting properties can depend on the sintering temperature. The technical application of sintered niobium-tin is severely hindered by such material properties. .

Erstmals auf rein chemischem W.ege wurde die intermetallische Verbindung Niob-Zinn von Hanak dargestellt (französische Patentschriften. 1 322 694 und 1 322 777). Die Darstellung erfolgte dabei durcn gleichzeitige Reduktion gasförmiger Chloride von Niob und Zinn mittels Wasserstoff bei Temperaturen zwischen 900 und 1200. 0G... H-m-ik gibt in den beiden genannten Patentschriften drei versehiedene Methoden an, um Niob-Zinn durch eine Gasphasenreaktion zu gewinnen. ·The intermetallic compound niobium-tin was presented by Hanak for the first time on a purely chemical basis (French patents 1,322,694 and 1,322,777). It was represented by the simultaneous reduction of gaseous chlorides of niobium and tin by means of hydrogen at temperatures between 900 and 1200. 0 G ... Hm-ik gives three different methods in the two patents mentioned to obtain niobium-tin by a gas phase reaction . ·

Nach der ersten Methode wird Niobpentachlorid (NbCIc-) und Zinn- ; dichlorid (SnCIp) in einem Reaktionsgefäß verdampft. Die ^a.iförinigen Verbindungen werden mit Hilfe eines Inertgases in eine Lt?iß.e Zone des Reaktionsgefäßes transportiert und dort durch ',Vaor.erGtoff reduziert. Dabei scheidet sich festes Material ab.According to the first method, niobium pentachloride (NbClc-) and tin- ; dichloride (SnClp) evaporated in a reaction vessel. The a.iforinigen compounds are transported with the help of an inert gas into a Lt? Iß.e zone of the reaction vessel and reduced there by 'Vaor.erGtoff. Solid material separates out.

Bei der zweiten Methode wird analog verfahren, nur wird anstelle von Zinndichlorid (SnCIp) Zinntetrachlorid (SnCl4) als Ausgang-smateri'1! gewählt,... ; . .In the second method proceeds analogously, except that instead of stannous chloride (SnCIp) of tin tetrachloride (SnCl 4) as a starting-smateri 1 '! chosen,... ; . .

Um eine in etwa stöchiometrioche Zusammensetzung des Endprodukt·.:- Niob-Zinn zu erzielen, müssen einersoitr. die Ausgangsmateri-ii ionIn order to achieve an approximately stoichiometric composition of the end product ·.: - Niobium-tin , a solitaire must be used. the starting material

genau eingewogen werden, andererf-oi t:; roüti.-.en die Tornpcr.-iturvn, bo i 8 0981 3/ 0584 BAD ORIGINAL be weighed exactly, other f-oi t :; roüti .-. en die Tornpcr.-iturvn, bo i 8 0981 3/0584 BAD ORIGINAL

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U58478 ■U58478 ■

denen die Chloride von Niob und Zinn verdampft werden, zur Konstanthaltung der Dampfdrucke genau kontrolliert werden. Bei Durchführung des Verfahrens, nach diesen Methoden müssen also laufend drei Temperaturen überwacht werden, nämlich die Temperaturen der beiden Zonen des Reaktionsgefäßes, in denen sich die Ausgangsmaterialien befin-which the chlorides of niobium and tin are evaporated to keep them constant the vapor pressures are precisely controlled. When carrying out the process, according to these methods, three temperatures must be kept running monitored, namely the temperatures of the two zones of the reaction vessel in which the starting materials are located.

«■ ■«■ ■

den, und die Temperatur der Reduktionszone.den, and the temperature of the reduction zone.

Diese Nachteile werden bei der dritten Methode von Hanak vermieden. Bei dieser Methode wird gesintertes Niob-Zinn in Pulverform als Ausgangsmaterial verwendet. Das gesamte Reaktionsgefäß wird auf 1000 bis 1200 0C erhitzt. Über das Niob-Zinn-Pulver wird ein Chlorgasstrom geleitet, dabei bildet sich gasförmiges Niobpentachlorid (NbCIj-) und Zinntetrachlorid (SnCl.), das in einer Reaktionszone durch eingeleiteten Wasserstoff reduziert wird. Die Reaktion verläuft nach der GleichungThese disadvantages are avoided in Hanak's third method. This method uses sintered niobium-tin in powder form as the starting material. The entire reactor is heated to 1,000 to 1,200 0 C. A stream of chlorine gas is passed over the niobium-tin powder, forming gaseous niobium pentachloride (NbClj-) and tin tetrachloride (SnCl.), Which is reduced in a reaction zone by the introduction of hydrogen. The reaction proceeds according to the equation

3 NbClc + SnCl. + Qt5 H0 * Nb,Sn + 19 HCl.3 NbCl c + SnCl. + Q t 5 H 0 * Nb, Sn + 19 HCl.

τ 4 I 3τ 4 I 3

Durch Beimischung von Chlorwass«r?toffgas zum Wasserstoffstrom kann nach Hanak die Reaktion gesteuert werden.By adding hydrogen chloride gas to the hydrogen stream According to Hanak, the reaction can be controlled.

I£i/rene Untersuchungen haben nun pezeipt, daß auch die dritte von Hanak angegebene Methode mit Nachteilen verbunden ist.These investigations have now indicated that the third of Hanak specified method is associated with disadvantages.

Diese Versuche ergaben, daiS die Reduktion des vierwertigen Zinnn in Zinntetrachlorid (SnCl.) mit Y/asserstoff nicht vollständig n'-ich der angegebenen Gleichung vorläuft, sondern zum großen Teil nur zum zweiwertigen Zinn, d.h. zu Zinndichlorid (SnCl0^ führt,, welches nicht mehr weiter reduziert wird. Das hat zur Folge, ■j'i..-" \'\~ ibftoi'chiHelene XTiob-Zinn ir.it ' ' ' ■ '■ ■ * ■" "These experiments showed that the reduction of tetravalent tin in tin tetrachloride (SnCl.) With hydrogen does not completely precede the given equation, but for the most part only leads to divalent tin, that is to say to tin dichloride (SnCl 0 ^ ,, which is no longer reduced. This has the consequence, ■ j'i ..- " \ '\ ~ ibftoi'chiHelene X T iob-Zinn ir.it''' ■ '■ ■ * ■""

80 98 13Ό 584 ^6 0BIG,NAt 80 98 13Ό 584 ^ 6 0BIG , NAt

■- - · f4 PLA 6■ - - · f4 PLA 6

einem zu geringen Zinngehalt anfällt. Der Zinnmangel bewirkt wieder um, daß der Sprungpunkt des nach dem genannten Verfahren gewonnenen Produktes beträchtlich unter dem Sprungpunkt der etwa stöchiometris zusammengesetzten Verbindung Nb,Sn, also beträchtlich unter 18 K liegt. -φ too low a tin content occurs. The lack of tin again has the effect that the jump point of the product obtained by the process mentioned is considerably below the jump point of the approximately stoichiometrically composed compound Nb, Sn, that is, considerably below 18K. - φ

Die" Erfindung sieht ein. Verfahren zur Darstellung der intermetallischen Verbindung .Niob-Zinn (Nb,Sn)■durch Reduktion der Chloride de: Komporventen dieser Verbindung mittels Wasserstoff in einem Reaktio: gefäß vor, welches die geschilderten Nachteile des Verfahrens von Hanak vermeidet.The "invention provides a. Method for the preparation of the intermetallic Compound .Niobium-tin (Nb, Sn) ■ by reducing the chlorides de: Comporvents this compound by means of hydrogen in one reaction: vessel, which avoids the disadvantages of the Hanak method.

Die Erfindung besteht darin, daß die zu*reduzierenden Chloride von Niob und Zinn durch Überleiten von Chlorwasserstoffgas- über erhitz tes Ausgangsmaterial, welches aus Niob und Zinn besteht, gewonnen werden.The invention consists in that the chlorides to be reduced by Niobium and tin are heated by passing hydrogen chloride gas over them tes starting material, which consists of niobium and tin, can be obtained.

Bei Versuchen zur Beeinflussung des Reaktionsgleichgewichtes mitt« Chlorwasserstoffgas bei einem der dritten von Hanak angegebenen M thode entsprechenden Verfahren wurde der Chlorwasserstoff nicht w bei Hanak dem Wasserstoffstrora, sondern dem Chlorgasstrom beigoge Überraschenderweise wurde dabei festgestellt, daß auch bei völlig Sperrung des Chlorgaastromes, also bei Überleitung von reinem ChI wasserstoff über das erhitzte Niob-Zinn, in der Reaktionszone Nie Zinn abgeschieden wurde»In attempts to influence the reaction equilibrium with Hydrogen chloride gas in a process corresponding to the third method given by Hanak did not release the hydrogen chloride at Hanak it was associated with the hydrogen stream, but with the chlorine gas stream Surprisingly, it was found that even when the chlorine gas flow is completely blocked, that is, when pure ChI is transferred hydrogen over the heated niobium-tin, in the reaction zone never Tin was deposited »

Als Ausgangsmaterial· wurde gesintertes Niob-Zinn in Tablcttenforr mit einer Zusammensetzung von etwa 75 A.tom-3 ?Iiob und 25 Atom-% \ verwendet. Eine Untersuchung des abgeschiedenen Materials er^ab,As a starting material · sintered niobium-tin was 3 a.tom? Iiob and 25 atomic% \ used in Tablcttenforr with a composition of about 75 miles. An examination of the deposited material is carried out,

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SAB ORIGINALSAB ORIGINAL

.j. PLA 64/1396 .·/■..j. PLA 64/1396. · / ■.

die Supraleitfähigkeit bei etwa 18 0K einsetzt. Die Übergangskurve/, verläuft verhältnismäßig steil. Der Sprungpunkt liegt bei etwa T7,5 0K, das ist höher als bei den mit Chlorgas hergestellten Prä-' paraten. " ' ' ■ .·the superconductivity starts at about 18 ° K. The transition curve /, is relatively steep. The jump point is about T7,5 0 K, which is higher than Paraten in the produced chlorine gas pre- '. "'' ■. ·

Eine genaue Untersuchung des Reaktionsmechanismus zeigte, daß beim Überleiten von Chlorwasserstoffgas über NiοTj-Zinn die Chloride niedrigerer Wertigkeit gebildet "werden, nämlich Zinndicnlorid (SnCl2) und Niobtrichlorid (NbCl3). Die Reaktionsgleichung lautet:A detailed investigation of the reaction mechanism showed that when hydrogen chloride gas is passed over NiοTj tin the lower valence chlorides are formed, namely tin dicloride (SnCl 2 ) and niobium trichloride (NbCl 3 ). The reaction equation is:

Nb3Sn + T1 HCl <=± SnCl2 + 3NbCl3 + 5,5Nb 3 Sn + T1 HCl <= ± SnCl 2 + 3NbCl 3 + 5.5

Diese Chloride werden durch Wasserstoff nahezu vollständig reduziert. Das gebildete Niob-Zinn enthält daher mehr Zinn als das durch Reduktion von Zinntetrachlorid (SnCl.) gewonnene Material. Der Sprungpunkt liegt daher näher am erwarteten Wert von 18 K. These chlorides are almost completely reduced by hydrogen. The niobium-tin formed therefore contains more tin than that produced by reduction material obtained from tin tetrachloride (SnCl.). The jump point is therefore closer to the expected value of 18 K.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt zusätzlich den Vorteil, daß . · sich Chlorwasserstoffgas wesentlich leichter handhaben läßt als Chlorgas. .The inventive method also has the advantage that. · hydrogen chloride gas is much easier to handle than chlorine gas. .

t)ie Sprungtemperatur des durch Reduktion aus der G-asphase gewonnenen. '< Materials kann gemäß weiterer Erfindung noch dadurch erhöht werden* daß man anstelle eines Ausgangsmaterialα mit einer Zusammensetzung" von 75 Atom-?£ Niob und 25 Atom-$ Zinn ein Ausgangsmaterial verwendet» welches einen höheren Zinngehalt besitzt. . . ■ ·t) The transition temperature of the gas phase obtained by reduction. '<Material, according to another invention, be further increased in that * instead of a Ausgangsmaterialα with a composition "of 75 atomic? £ niobium and 25 atom $ tin a starting material. Used" which has a higher content of tin.. ■ ·

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Dazu ist folgendes zu bemerken:The following should be noted:

Die Zusammensetzung der intermetallischen Verbindung Kiob-Zinn: wird,*. durch die Formel Nb,Sn nur näherungsweise wiedergegeben. Tatsächlich1 handelt es sich dabei um die ß-Wolfram (A 15)-Phase des Systems Niob-Zinn, die ein relativ breites Existenzgebiet besitzt, und ■ deren chemische Zusammensetzung etwa zwischen Fb^Sn und Fb.Sn variieren kann. Die Sprungtemperatur hängt vom Zinngehalt ab. Sprung'-temperaturen von 18 0K wurden bei Sinterpräparaten gemessen, die etwa die Zusammensetzung Fb,Sn besitzen. Die Gasphasenpräparate, di^e durch Überleiten von Chlorwasserstoff über derartiges Sintermaterial und durch Reduktion der dabei entstehenden Chloride gewonnen werden, haben einen etwas niedrigeren Zinngehalt. Dieser Zinnmangel ist darauf zurückzuführen, daß bei der Abscheidung aus der Gasphase Fiobtrichlorid etwas leichter reduziert wird als Zinndichlorid. Das aus der Gasphase abgeschiedene Material ist daher etwas zinnärmer als das Ausgangsmaterial. Durch Erhöhung des Zinngehaltes des- Ausgangsmaterials kann dieser Mangel beseitigt werden.The composition of the intermetallic compound kiob-tin: becomes, *. only approximately reproduced by the formula Nb, Sn. In fact, 1 this is the ß-tungsten (A 15) phase of the niobium-tin system, which has a relatively broad area of existence and whose chemical composition can vary between Fb ^ Sn and Fb.Sn. The transition temperature depends on the tin content. Sprung' temperatures of 18 0 C were measured at the sintered specimens having the composition of about Fb, Sn. The gas-phase preparations obtained by passing hydrogen chloride over such sintered material and reducing the chlorides formed have a somewhat lower tin content. This tin deficiency is due to the fact that fiob trichloride is reduced somewhat more easily than tin dichloride during the separation from the gas phase. The material deposited from the gas phase is therefore somewhat lower in tin than the starting material. This deficiency can be eliminated by increasing the tin content of the starting material.

Bin geeignetes zinnreiches Ausgangsmaterial kann beispielsweise in der Weise hergestellt werden, daß gesintertes Fiob-Zinn-rad. 1? einer Zusammensetzung von etwa 75 Atom-$ Niob und 25 Atom-$ Zinn zermahlen, -mit zusätzlichem Zinn versetzt, zu Tabletten'gepreßt und dann erneut gesintert wird. Ein Zinngehalt des Ausgängsmaterials-'""-■" von etwa 30 bis -40 "Atom—# hat sich als günstig erwiesen.A suitable starting material rich in tin can be, for example, in Made the way that sintered fiob tin wheel. 1? one A composition of about 75 atomic $ niobium and 25 atomic $ tin grind, -added with additional tin, pressed into tablets and then sintered again. A tin content of the starting material - '"" - ■ " from about 30 to -40 "atom - # has been found to be beneficial.

Das"Verfahren gemäß der Erfindung ist zur Herstellung von festem ■" ' Kfiob-Zinn und auch zur Herstellung von Niob-Zinn-Schichten auf -"—-"· Trägermaterialien,insbesondere auf metallischen Drähten oder Bändern geeignet, The "method according to the invention is suitable for the production of solid niobium-tin and also for the production of niobium-tin layers on -" - "· support materials, in particular on metallic wires or strips,

809813/0584 ' "' 809813/0584 '"' Kb/KöKb / Kö

Η58478 ·Η58478

Zinndichlorid und Niobtrichlorid bilden sich beim Überleiten von Chlorwasserstoffgas über Niob-Zinn sicher bei Temperaturen ab 400 C. Man erhitzt daher das Ausgangsmaterial auf eine Temperatur zwischen 400 und 1000 0C.Tin dichloride and niobium trichloride are formed when hydrogen chloride gas is passed over niobium-tin safely at temperatures from 400 C. The starting material is therefore heated to a temperature between 400 and 1000 ° C.

Die Abseheic'ungszone wird bevorzugt auf einer Temperatur von etwa 800 bis 900 0C gehalten. Bei der Beschichtung von Bändern oder Drähten werden diese auf etwa 800 bis 1100 0C, bevorzugt auf etwa 900 0C erhitzt.The Abseheic'ungszone is preferably maintained at a temperature of about 800 to 900 0 C. When strips or wires are coated, they are heated to approximately 800 to 1100 ° C., preferably to approximately 900 ° C.

Anhand einiger Figuren und Beispiele soll das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutert werden. ·The method according to the invention is to be explained in more detail with the aid of a few figures and examples. ·

Pig. 1 zeigt schematisch-ein Ausführungsbeispiel des Reaktionsrohres zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.Pig. 1 shows schematically an embodiment of the reaction tube for carrying out the method according to the invention.

Fig. 2 zeigt schematisch ein. Ausführungsbeispiel der gesamten Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.Fig. 2 shows schematically a. Embodiment of the entire system for carrying out the method according to the invention.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht schematiseh ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Abscheiden der supraleitenden Verbindung Niob-Zinn auf draht- oder bandförmigen metallischen Trägern nach dem Verfahren gemäß der Erfindung. ■3 schematically shows an exemplary embodiment of a top view Device for depositing the superconducting compound niobium-tin on wire- or band-shaped metallic carriers according to the method according to the invention. ■

Das Reaktionsrohr nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Quarzrohr 11, in das mit Hilfe eines Kernschliffes 12 ein zweites dünneres Rohr 13 eingeführt ist, das etwa bis zur Mitte des Rohres 11 reicht. Auf das Ende des Rohres 13 ist ein .kurzes Oberwurfstück 14 aufgesetzt, auf dem sich das umgesetzte Reaktionsgut niederschlagen: kann. Durch den .Einlaßstutzen 1V5, kann Gas in das innere Rohr 13» durch den Einlaßstutzen 16 kanaG^as,unabhängig davon in das äußereThe reaction tube according to FIG. 1 consists essentially of a quartz tube 11 into which a second, thinner tube 13 is inserted with the aid of a ground joint 12, which tube extends approximately to the middle of the tube 11. On the end of the tube 13 a .short upper throw piece 14 is placed on which the reacted reaction material can be reflected. Through the inlet port 1 V 5, gas can flow into the inner pipe 13 through the inlet port 16, independently of it, into the outer pipe

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Rohr 11 eingeblasen werden. Durch, den Rohrstutzen 17 können die Restgase abgeführt werden. Im Rohr 13 befindet sich der feste Ausgangsstoff 18 der Reaktion.Tube 11 are blown. The residual gases can through the pipe socket 17 be discharged. The solid starting material is located in the pipe 13 18 of the reaction.

Die Anordnung nach Fig. 2 besteht aus dem in Pig. 1 im einzelnen dargestellten Reaktionsrohr 21, das in einen Rohrofen 22 gebracht ist, aus" drei Grasbehältern 23» 24 und 25 und aus den verbindenden Rohrleitungen 26 und 27. Die Rohrleitung 27 verzweigt sich in die Lei-The arrangement of Fig. 2 consists of that in Pig. 1 shown in detail Reaction tube 21, which is placed in a tube furnace 22, from "three grass bins 23» 24 and 25 and from the connecting pipelines 26 and 27. The pipeline 27 branches into the line

tungen 28 und 29. Durch die Rohrleitung 30 können die.Restgase abgeführt werden.lines 28 and 29. Through the pipe 30 die.Restgase can be discharged will.

Die Einrichtung nach Fig. 3 besteht im wesentlichen, aus einem Quarzrohr 31 mit zwei kleineren Rohrstutzen 37 und 38 und einem größeren Rohrstutzen 35, in dem sich das feste Aungangomaterial 36 der Reaktion befindet. Das Quarzrohr 31 ist an beiden Enden mit Graphitkörpern 32 und 33 verschlossen, die jeweils mit einer Bohrung zur Durchführung des draht- oder bandförmigen Trägers 34 versehen sind. Der Träger wird von der Spule 40 abgewickelt und nach der Beschichtung auf die Spule 4I aufgewickelt. Der Träger steht mit den Graphitkörpern 32 und 33 in leitender Verbindung. Diese sind über die Zuleitungen 43 und 44 an eine elektrische Stromquelle angeschlossen. Das Reaktionsrohr 31 befindet sich in einem geeignet geformten, beispielsweise aufklappbaren Rohrofen 42, der auch den Rohrstutzen 35 umschließt. Die supraleitende Verbindung wird etwa an der Stelle 39 auf dem Träger 34 abgeschieden.The device according to FIG. 3 consists essentially of a quartz tube 31 with two smaller pipe sockets 37 and 38 and a larger one Pipe socket 35 in which the solid Aungango material 36 of the reaction is located. The quartz tube 31 has graphite bodies at both ends 32 and 33 closed, which are each provided with a bore for the implementation of the wire-shaped or band-shaped carrier 34. The carrier is unwound from the spool 40 and after coating wound on the spool 4I. The carrier stands with the graphite bodies 32 and 33 in conductive connection. These are connected to an electrical power source via leads 43 and 44. The reaction tube 31 is located in a suitably shaped, for example, a hinged tubular furnace 42 which also encloses the pipe socket 35. The superconducting connection will be roughly at the point 39 deposited on the carrier 34.

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Beispiel 1example 1

In diesem Beispiel wird die Darstellung von kristallinem Niob-Zinn nach dem Verfahren gemäß der Erfindung mit Hilfe der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Einrichtungen näher beschrieben. < In this example, the preparation of crystalline niobium-tin according to the method according to the invention with the aid of the devices shown in FIGS. 1 and 2 is described in more detail. <

Das Ausgangsmaterial 18 wird in Form von vorgesinterten Niob-Zinn-Tabletten in das innere Rohr 13 des Reaktionsrohres 21 eingesetzt. Danach wird das Reaktionsrohr 21 in dem Rohrofen 22 auf eine Temperatur von etwa 800 0C erhitzt. Während der Aufheizperiode werden aus dem Gasbehälter 25 durch die Rohrleitungen 28 und 27 und den Einlaßstutzen 15 ein Inertgas, beispielsweise Argon» und aus dem Gasbehälter 24 über die Rohrleitung 26 und den Einlaßstutzen 16 Wasserstoff in das Reaktionsrohr 21 .eingeleitet. Dabei wird die Luft aus dem Reaktionsrohr 21 vertrieben. Wenn die Luft aus dem Reaktionsrohr 21 vollständig verdrängt ist, und das Rohr eine Temperatur von etwa 800 0C erreicht hat, wird der Argonstrom unterbrochen und. aus der Gasflasche 23 über die Rohrleitungen 29 und 27 und den Einlaßstutzen 15 Chlorwasserstoffgas in das Reaktionsrohr eingeleitet. Wenn das Chlorwasserstoffgas die Ausgangssubstanz 18 überströmt, werden Nio.b und Zinn zugleich in Niobtrichlorid (NbCl,) und Zinndichlorid (SnCl2) umgesetzt. Beide Verbindungen sind bei der im Reaktionsrohr herrschenden Temperatur von 800 °C gasförmig. Der am Überwurfstück 14 durch das äußere Rohr 11 eintretende Wasserstoff bewirkt die Reduktion der Chloride zu den Metallen. Das gebildete Niob-Zinn schlägt sich an der Quarzwand des ÜberwurfStückes 14 nieder. Die Restgase werden durch den Rohrstutzen 17 abgeführt. Nach Beendigung der Reaktion kann das abgeschiedene Niob-Zinn mit einer -The starting material 18 is inserted into the inner tube 13 of the reaction tube 21 in the form of presintered niobium-tin tablets. Thereafter, the reaction tube 21 is heated in the tube furnace 22 to a temperature of about 800 0 C. During the heating period, an inert gas, for example argon, is introduced into the reaction tube 21 from the gas container 25 through the pipes 28 and 27 and the inlet connection 15, and hydrogen from the gas container 24 via the pipe 26 and the inlet connection 16. The air is expelled from the reaction tube 21 in the process. When the air is completely displaced from the reaction tube 21, and the pipe has reached a temperature of about 800 0 C, the argon flow is interrupted and. from the gas bottle 23 via the pipes 29 and 27 and the inlet port 15 hydrogen chloride gas introduced into the reaction tube. When the hydrogen chloride gas flows over the starting substance 18, Nio.b and tin are simultaneously converted into niobium trichloride (NbCl) and tin dichloride (SnCl 2 ). Both compounds are gaseous at the temperature of 800 ° C. in the reaction tube. The hydrogen entering at the coupling piece 14 through the outer tube 11 causes the reduction of the chlorides to the metals. The niobium-tin formed is deposited on the quartz wall of the cap piece 14. The residual gases are discharged through the pipe socket 17. After the reaction has ended, the deposited niobium tin can be treated with a -

* ι* ι

- 9 - ;..■■■;- 9 -; .. ■■■;

8 0 9 8 13/ OB 84 kVkö8 0 9 8 13 / OB 84 k Vkö

'iKJ PLA 64/139.6 ' iKJ PLA 64 / 139.6

- 4Ό - - 4Ό - ..

Mischung aus konzentrierter (40 ^iger) Flußsäure und Wasser im Verhältnis von etwa 1 : 5 leicht von der Quarzwand gelöst werden.Mixture of concentrated (40 ^ iger) hydrofluoric acid and water in proportion of about 1: 5 can easily be detached from the quartz wall.

Das entstehende Niob-Zinn ist um so besser ausgebildet, je kleiner die Strömungsgeschwindigkeit des Chlorwasseretoffgases im Reaktionsrohr gewählt wird. Die Menge des pro Zeiteinheit benötigten Chlorwasserstoff gases hängt natürlich von der Größe des' Reaktionsrohres ab. Beim vorliegenden Beispiel wurde für das innere Rohr 13 eine Länge von etwa 60 cm und ein Durchmesser von etwa 2,5 cm gewählt. Mit einem Chlorwasserstoffdurchsatz von 3 bis 4 l/Std. wurden dabei gute Reaktionsprodukte erzielt.The smaller the niobium-tin that is produced, the better it is the flow rate of the hydrogen chloride gas in the reaction tube is chosen. The amount of hydrogen chloride gas required per unit of time depends of course on the size of the 'reaction tube away. In the present example, a length of about 60 cm and a diameter of about 2.5 cm was chosen for the inner tube 13. With a hydrogen chloride throughput of 3 to 4 l / h. were there good reaction products achieved.

Beispiel 2Example 2

'Die Abscheidung von Niob-Zinn kann erfindungsgemäß nicht nur in einem Quarzrohr, sondern auf verschiedenen geeigneten Trägermaterialien erfolgen. Beispielsweise können supraleitende Drähte oder Bänder dadurch hergestellt werden, daß die supraleitende Verbindung auf draht-oder bandförmigen metallischen Trägern, beispielsweise einer Nickel-Eisen-Legierung, die etwa 75 Gew.$ Nickel enthält, oder aus vergoldetem Nickel abgeschieden wird.According to the invention, the deposition of niobium-tin can not only take place in one Quartz tube, but on various suitable carrier materials. For example, superconducting wires or tapes be produced in that the superconducting connection on wire-shaped or strip-shaped metallic carriers, for example a Nickel-iron alloy, which contains about 75% by weight of nickel, or made of gold-plated nickel is deposited.

In diesem Beispiel soll anhand von Fig. 3 die Abscheidung von Niob-Zinn auf einem Band aus der genannten Nickel-Eisen-Legierung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung näher beschrieben werden.In this example, the deposition of niobium-tin should be based on FIG on a tape made of said nickel-iron alloy according to the method according to the invention.

Das Ausgangsmaterdal 36 wird in Form von gesinterten Niob-Zinn-Tabletten in den Rohrstutzen 35 eingebracht. Ferner wird dac Nickel-The starting material 36 is in the form of sintered niobium-tin tablets introduced into the pipe socket 35. Furthermore, the nickel

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Eisen-Band 34 in geeigneter Weise in das Quarzrohr 31 eingesetzt und mit konstanter Geschwindigkeit von etwa 15 cm/Min.'durch das Rohr hindurchgezogen. Über die Zuleitungen 43 und 44 und die Graphitkörper 32 und 33 wird durch das Band 34 elektrischer Strom geleitet, der so bemessen ist, daß das Band auf eine Temperatur zwischen etwa 800 bis 1100 0C,bevorzugt auf 900 0C, erhitzt wird. Der Rohrofen 42 wird auf eine Temperatur von etwa 600 C gebracht. Dadurch wird einerseits da.s Ausgangsmaterial 36 erhitzt, andererseits verhindert, daß sich auf der Wand des Reaktionsrohres Niederschläge bilden. Nach Verdrängung der Luft im Reaktionsrohr 31 wird durch den Rohrstutzen 35 Chlorwasserstoffgas eingeleitet. Über dem Ausgangsmaterial 36 bilden sich dann die gasförmigen Chloride von Niob und Zinn, die durch den nachströmenden Chlorwasserstoff ins Reaktionsrohr.31 gedrängt werden. Durch den Rohrstutzen 38 wird gleichzeitig Wasserstoff in das Reaktionsrohr 31 eingeleitet. In der direkten Umgebung des heißen Bandes 34 werden dadurch die Chloride des -Niob und des Zinn reduziert. Das gebildete Niob-Zinn schlägt sich auf dem Band 34 etwa in der Umgebung der Stelle 39 nieder. Das beschichtete Band wird auf die motorisch angetriebene Spule 41 aufgewickelt. Die Restgase werden durch den Rohrstutzen 37 abgeführt.Iron tape 34 inserted in a suitable manner into the quartz tube 31 and pulled through the tube at a constant speed of about 15 cm / min. Electric current is passed through the belt 34 via the supply lines 43 and 44 and the graphite bodies 32 and 33, which is dimensioned such that the belt is heated to a temperature between approximately 800 to 1100 ° C., preferably to 900 ° C. The tube furnace 42 is brought to a temperature of about 600.degree. As a result, on the one hand, the starting material 36 is heated and, on the other hand, it prevents precipitates from forming on the wall of the reaction tube. After the air in the reaction tube 31 has been displaced, hydrogen chloride gas is introduced through the pipe socket 35. The gaseous chlorides of niobium and tin then form over the starting material 36 and are forced into the reaction tube 31 by the subsequent hydrogen chloride. At the same time, hydrogen is introduced into the reaction tube 31 through the pipe socket 38. In the immediate vicinity of the hot strip 34, the chlorides of niobium and tin are reduced as a result. The niobium-tin formed is deposited on the strip 34 approximately in the vicinity of the point 39. The coated tape is wound onto the motor-driven reel 41. The residual gases are discharged through the pipe socket 37.

Das Reaktionsrohr 31 wurde beim vorliegenden Beispiel etwa 1 m lang und mit einem Durchmesser von etwa 3 cm gewählt. Der Chlorwasserstoffgasdurchsatz betrug etwa 3 bis 4 l/Std. The reaction tube 31 was about 1 m long in the present example and chosen with a diameter of about 3 cm. The hydrogen chloride gas flow rate was about 3 to 4 liters per hour.

Außer metallischen Drähten und Bändern können nach dem Verfahren gemäß der Erfindung auch andere Trägermaterialien, beispielsweise metallische oder keramische Bauteile, mit einer Niob-Zinn-Schicht überzogen werden.In addition to metallic wires and strips, other carrier materials, for example metallic or ceramic components with a niobium-tin layer be coated.

°i Patentansprüche 8098 13/05 84 ° i claims 8098 13/05 84

3 Figuren3 figures

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Claims (1)

^ ' - "* PLA 64/1396 · :r ^ '- "* PLA 64/1396 · : r 4 - Patentansprüche . . - * " . 4 - claims . . - * ". 1. Verfahren zur-Darstellung der intermetallischen Verbindung Niob-Zinn (Nb,Sn) durch Reduktion der Chloride der Komponenten dieser Verbindung mittels Wasserstoff in einem Reaktionsgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß. die zu reduzierenden Chloride von Niob und Zim durch Überleiten von Chlorwasserstoffgas über erhitztes Ausgangsmaterial, welches aus Niob und Zinn besteht, gewonnen werden-1. Process for the preparation of the intermetallic compound niobium-tin (Nb, Sn) by reducing the chlorides of the components of these Connection by means of hydrogen in a reaction vessel, thereby marked that. the chlorides of niobium and zinc to be reduced by passing hydrogen chloride gas over heated starting material, which consists of niobium and tin, can be extracted- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs material auf eine Temperatur zwischen 400 und 1000 0C erhitzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the starting material is heated to a temperature between 400 and 1000 0 C. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone des Reaktion.Tgefäßes, in welcher die Abscheidung des Niob-Zinn erfolgt, auf eine Temperatur zwischen etwa 800 und 900 C erhitzt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Zone of the reaction.T vessel in which the deposition of the niobium-tin takes place, is heated to a temperature between about 800 and 900 C. Φ. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3r dadurch gekennzeichnet, daß ei; Ausgangsmaterial mit einem Zinngehalt von mehr als 25 Atom-^ verwendet wird»Φ. Method according to claim 1, 2 or 3 r, characterized in that ei; Starting material with a tin content of more than 25 atom ^ is used » 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsmaterial mit einem Zinngehalt von etwa 30 bis 40 Atom-?£ verwendet wird.5. The method according to claim 4, characterized in that a starting material used with a tin content of about 30 to 40 atomic £ will. ). Verfahren nach einem der *Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Verbindung Kiob-Zinn auf draht- oder bandförmigen Trägern aus geeigneten Metall abgeschioden wird.). Method according to one of the * Claims 1, 2, 4 or 5, characterized in that that the superconducting compound Kiob tin on wire or tape-shaped carriers made of suitable metal is separated. 8098 13/05848098 13/0584 SAD OWGlNALSAD OWGlNAL -.-1 ■ , * J PLA 64/1396 · ,.^-.- 1 ■, * J PLA 64/1396 ·,. ^ • ; ·- ■ "'^' U58478 ' \ •; · - ■ "'^' U58478 ' \ 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der draht-- ; oder bandförmige Träger auf etwa 800 bis 1100 0C erhitzt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the wire-- ; or belt substrate is heated to about 800 to 1100 0 C. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der draht— oder bandförmige Träger auf etwa 900 0C erhitzt wird.8. The method according to claim 7, characterized in that the wire or strip substrate is heated to about 900 0 C. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder. 8, dadurch gekennzeich net, daß ein bandförmiger Träger aus einer Nickel-Eisen—Legierung mit etwa 75 Gew.?£ Nickelgehalt verwendet wird.9. The method according to any one of claims 6, 7 or. 8, marked thereby net that a band-shaped carrier made of a nickel-iron alloy with about 75% by weight nickel content is used. _ 13 -_ 13 - Kb/KffKb / Kff 809813/0584809813/0584
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