DE1490242A1

DE1490242A1 - Supraleiter und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1490242A1
Application number: DE19641490242
Authority: DE
Inventors: Rosi Fred David; Hanak Joseph John
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1963-05-20
Filing date: 1964-05-20
Publication date: 1969-01-09
Also published as: GB1070691A; DE1490242B2; JPS4211132B1; US3290186A

Description

Supraleiter und Verfahren zu ihrer Herstellung. Vorliegende Erfindung betrifft Supraleiter und Verfahren zu ihrer Herstellung. Sie befaßt sich insbesondere mit neuartigen Supraleiter-Werkstoffen sowie neuartigen Verfahren zur Herstellung von Festkörpern aus derartigen Werkstoffen, deren Sprungtemperatur innerhalb eines verhältnismäßig weiten Temperaturbereiches gewählt werden kann.
Unter der "Sprungtemperatur", auch als "kritische Temperatur" bezeichnet, ist diejenige Temperatur zu verstehen, bei welcher der Widerstand eines Supraleiter-Werkstoffes steil absinkt, d.h. der Werkstoff supraleitend wird.
Auf dem Gebiet der Cryogenforsohung muß man häufig mit supraleitenden Werkstoffen arbeiten, die ganz bestimmte Sprungtemperaturen aufweisen. Üblicherweise verwendet man zu diesem Zweck bekannte, praktisch reine Supraleiter mit bestimmten Sprungtemperaturen. Die Sprungtemperaturen dieser supraleitenden Werkstoffe können dadurch verschoben werden, daß man die Werkstoffe der Einwirkung eines Magnetfeldes aussetzt oder mit einem elektrischen Strom beschickt.
Die Erfindung hat sich u.a. folgende Aufgaben gestellt: Es soll ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Supraleiter-Werkstoffen geschaffen werden, deren Sprungtemperaturen innerhalb eines verhältnismäßig weiten Temperaturbereiches entsprechend den Mengenverhältnissen der einzelnen Bestandteile gewählt werden können. Ferner sollen verbesserte Supraleiter-Werkstoffe geschaffen werden, die verhältnismäßig hohe Sprungtemperaturen haben und fester, d.h. weniger spröde sind als eine Reihe der bekannten supraleitenden Werkstoffe, die in den gleichen Sprungtemperaturbereich fallen. Sodann soll ein neuartiges Verfahren zum Verändern der Sprungtemperatur eines Supraleiter-Werkstoffes angegeben werden. Schließlich soll ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Supraleiter- Werkstoffen der angegebenen Art in Form von Stäben, Blättern oder Folien und Bändern oder Streifen, die für die Verwendung in elektronischen Cryogen- oder Tieftemperatur-Bauelementen wie z.B. Schaltern und Solenoiden geeignet sind, angegeben werden.

Erfindungsgemäß bestehen die Supraleiter-Werkstoffe jeweils aus einem gepreßten Zweiphasengemisch zweier Bestandteile in Pulverform, von denen mindestens einer ein Supraleiter, d,h. ein supraleitendes Metall und der andere ein verhältnismäßig weiches, geschmeidiges Metall ist. Die Sprungtemperatur des gepreßten Gemisches hängt von der Menge und Art des dem Supraleiter zugesetzten Bestandteiles ab. Der Supraleiter-Werkstoff kann beispielsweise aus dem gepreß ten Gemisch eines supraleitenden Metalls wie z.B. Niobiumzinn (Nb3Sn) und Kupfer (Cu) in Mengenverhältnissen von beispielsweise 2 Gewichtsprozent Cu und 98 Gewichtsprozent Nb3Sn bis 95 Gewichtsprozent Cu und 25 Gewichtsprozent Nb3Sn bestehen. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Pulver des supraleitenden Metalls und eines anderen Metalls, das ebenfalls ein Supraleiter sein kann, vollständig miteinander vermischt. Das Pulvergemisch wird anschließend, beispielsweise mit Hilfe geeigneter Preßformen oder Stempel unter Anwendung eines für die Bildung eines Festkörpers ausreichenden Druckes in die gewünschte Form gepreßt. Die Festigkeit des Preßlings kann durch Glühen im Vakuum erhöht werden. Der Verfahrensschritt des Zusammenmischens der beiden pulverisierten Bestandteile kann in der Weise durchgeführt werden, daß man den einen der Bestandteile, beispielsweise Blei (2b), auf ein Pulver des anderen Bestandteiles, beispielsweise Nb3Sn-Pulver aufdampft. Nach dem oben genannten Verfahren kann man Körper aus Supraleiter-Werkstoffen erhalten, deren Sprungtemperaturen je nach den Mengenverhältnissen der metallischen Be-

standteile innerhalb einen verhältnismäßig weiten Temperatur-

bereiohea gewählt werden können.

,

Die Erfindung wird naohatehehft an Hand der beigefügten Zeioh

nung, deren einzige Figur ein Diagramme, der Änderung der Sprung-

temperatur eines gepreßten Gemiaehes aus Nb38n und 0n in lbhän-,

gigkeit von Mengenverhältnis der. Miaohungabeatandteile äeigtn

susführlioher« beschrieben.'

Beispiel 1

Zur Herstellung einen Bestkörpers aus ßupraleiter-*erk-

etoff in Porm eines Gemisches aus Nb38n und Cu wird gesintertes

Nb38n au einem Pulver mit einer Teilchengrüße ber. Siebfeinheit -@

von 260 Veah (Durchgang durch ein'260 Xesh-Sieb) oder kleiner

zermahlen. Das Cu wird ebenfalls auf eine Teilohengrdge baw.

8iebfelnheit von 260 geah oder kleiner zermahlen. Die beiden

Pulver werden zu einen homogenen Gemisch vermengt, und das Pul- f

vergesisoh.wird anschließend mit Hilfe von Prellformen oder Pret-

f

stempeln mit einem Druck von ungefähr 560 kg/en 2 (8000 p.s.i.)

f

in die gewtInschte Zorn gepreßt. Das Mengenverhältnis des ön mm

Nb38n kann in Bereich von ungefähr 2 'Gewiohtaprozent f und 98

üewiohteprozent Nb38n bis ungefähr ?5 Gewichtepresetit 0n und

25 Gewiohtsproaent Sb 38n liegen. Gewüaaohtenfalls itun man die i

erhaltenen Urper oder Preßlinge ungefähr 2 stunden lang bei

einer Temperatur von ungefähr 7000 0 im Vakuum glühen. Die so ge-:

glühten Körper halten verhältnismäßig starke mechanische Beanspruchungen aus. Bei Körpern aus geprellten Gemischen von pulverförmigem Nb3Sn und.Cu wurden, wie in der Zeichnung gezeigt, für die angegebenen Gewichtsprozente von Cu die folgenden Sprungtemperaturen festgestellt:

Gewichtsprozent Cu Sprungtemperatur (OK)

25 16,7

50 15,3

75 11

Die geglühten Körper aus gepreßten Nb3Sn-Cu-Gemischen können gewünsohtenfalls auch zu dünnen Folien gewalzt werden. Röntgenbeugungsuntersuohungen von derartigen Preßlingen aus Nb3Sn-Cu-Pulvergemisohen ergaben, daß im Preßling oder Körper zwei Phasen, nämlich die Feststoffphasen von Nb3Sn und Cu vorhanden sind. Beispiel 2 In Fällen, wo ein Supraleiter-Werkstoff hauptsächlich in Form von Folien oder dünnen Bändern oder Streifen verwendet werden soll; hat sich ein Werkstoff in Form eines Preßkörpers aus einem Gemisch von Nb3Sn und Pb als sehr zufriedenstellend erwiesen. Bei der Herstellung eines derartigen Preßkörpers geht man so vor, daß man zunächst gesintertes Nb3Sn zu einem feinen Pulver mit einer Teilchengröße bzw. Siebfeinheit von 260 Mesh (Durchgang durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 260 Mesh) oder darunter zermahlt. Anschließend wird 2b (Blei, das bekanntlich ein Supraleiter ist) bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1100°C im Vakuum auf das Nb3Sn-Pulver aufgedampft und, falls erforderlich, zu einem homogenen Gemisch weiter vermischt. Das Mengenverhältnis des Pb zum Nb3Sn kann von ungefähr 2 Gewichtsprozent Pb und 98 Gewichtsprozent Nb3Sn bis ungefähr 75 Gewichtsprozent Pb und 25 Gewichtsprozent Nb3Sn betragen. Das erhaltene Gemisch wird anschließend in geeigneten Preßformen mit einem Druck von ungefähr 560 kg/em2 (8000 p.s.i.) zu einem Körper der gewünschten Formgebung verpreßt. Der erhaltene Körper kann anschließend zu dünnen Folien von gewünschtenfalls nur 0,0762 mm (0,003 Zoll) Dicke ausgewalzt werden. Derartig dünne Folien lassen sich aus Nb3Sn allein nicht herstellen. Obwohl Supraleiter mit verhältnismäßig hohen Sprungtemperaturen wie z.B. Nb3Sn und V3Si (Vanadium-Silicium) in reiner Form verhältnismäßig spröde sind, erhalten diese Werkstoffe eine zusätzliche Festigkeit, wenn sie erfindungsgemäß mit einem verhältnismäßig weichen, geschmeidigen Metall wie z.B. Cu oder Pb verpreßt werden, Auf diese Weise wird, indem man bei einem Körper aus einem verhältnismäßig spröden Supraleitermetall und einem anderen Metall, das weicher und geschmddiger ist als das Supraleitermetall, eine bestimmte Sprungtemperatur erreicht,

zugleich auch die mechanische ieotigkeit diesen Körpers gegen-

Über der eines Körpern aus lediglich dem Bupraleitermetall allein

verbessert.

Da man die Bprungtenperatur von Supraleiter Werkstoffen,

die aus Körpern aus gepreßten pulvergemisohen einer fpralei-

tern und einen entweder supraleitenden oder niohtsupraleitenden

Notalls bestehen, beliebig wählen kann, lassen sich nach den

erfindungsgemäßen Verfahren eine Reihe von Oupraleiter-Werk-

etoilen mit jeweils nach Wahl verschiedenen, gewünschten Bprnng-

temperaturen herstellen. Wut' diese Weine kann man elektionisohe

TiettemperaturgSohalter r.8. für Datenverarbeitungsanlagen no-

wie Solenoide und dgl, mit beliebigen gewUneohten Sprungteape-

raturen herstellen, ohne das man auf Supraleiter im reinen äuu-

stand angewienen ist, no daß die Notwendigkeit, mit Eilte mag-

netisoher lelder und elektrieeher dtröme die Bprungteqperstur ;

einen "reinen" Aapraletere au! den jeweils gewünschten Wert zu

versohiebeng entfällt.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, da8

durch die ärtindung verbeeeerte sapraleiterkörper mit beliebigen

gewUasohton dprungtiuggraturen innerhalb einen verhältnisfig

weiten 2emp#raturbeitiphen, sevie Verfahren zur Herstellung der-

artiger fpftleiterkdxplr geeehaften worden. Änderungen in de!

8usameneetauung der *erkstotte sowie in den verschiedenen 'wer-

fahrensweisen zu ihrer Herstellung werden sich dem laebaann

ohne weiteres ergeben, so daß die Erfindung nioht-auf die vor-

stehend beschriebenen speziellen lüsitihrungebeiepiele beschränkt

ist.

Claims

p a t e n t a n a p r ü o h e s 90 Bestkörper aus.8upraleiter-Werkatoff, d a d u r o h g e - k e n'n z e i o h n e t , daß er aus einem gepreiten Gemisch 'von Pulvern eines Bupraleiteretoffee und eines Metallen besteht, wobei das gepreßte Gemisch eine von der Sprungtemperatur des Supraleiterstoffee abweichende Sprungtemperatur hat.

2.) Festkörper nach Anspruch 1, d a d u roh g e k e n n -z e i o h n e t , daß das Metall ebenfalls ein Supraleiterstoff ist. 3.) Festkörper nach Anspruch 1, d a d u roh g e k e n n -z e i o h n e t , daß der Supraleiter-Werkstoff ein gepreßtes Gemisch aus Nb3Sn-Pulver und Cu-Pulver ist. 4.) Festkörper nach Anspruch 3, d a d u roh g e k e n n -z e i o h n e t , daß das gepreßte Gemisch außerdem geglüht ist. 5.) Festkörper nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r o h g e -k e n n z e i o h n e t , daß der Supraleiter-Werkstoff ein gepreßtes Gemisch aus Nb3Sn-Pulver und Pb-Pulver ist. 6.) Festkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r o h g e k e n n z e i o h n e t , daß das Metall re- lativ geschmeidiger als der Oupraleiterstoff ist. 7.) Festkörper nach Anspruch 1, d a d u r o h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Supraleiter-Werkstoff ein gepreßtes Gemisch aus V3Si-Pulver und Cu-Pulver oder Pb-Pulver ist. 8.) Festkörper nach Anspruch 7, d a d u r e h g e k e n n -z e i o h n e t , daß das gepreßte Gemisch außerdem geglüht ist. 9.) Festkörper nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 6, d a -d u r o h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Supraleiter-Werkstoff ein gepreßtes Zweiphasengemisch aus Cu-Pulver und Nb3Sn-Pulver in Mengenverhältnissen im Bereich von ungefähr 2 Gewichtsprozent Cu und 98 Gewichtsprozent Nb3Sn bis ungefähr 75 Gewichtsprozent Cu und 25 Gewichtsprozent Nb3Sn ist. 10.) Festkörper aus zweiphasigem Supraleiter-Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer vom Gewichtsprozentanteil eines Metalle im Werkstoff abhängigen Sprungtemperatur, d a d u r o h g e k e n n z e i e h n e t , daß der Supraleiter-Werkstoff aus einem geprellten Gemisch von Nb3Sn-Pulver und Pulver des Metalle besteht, wobei das Mengenverhältnis des Metalle zum Nb3Sn von 2 Gewichtsprozent des Metalls und 98 Gewichtsprozent Nb3Sn bis 75 Gewichtsprozent des Metalls und 25 Gewichtsprozent Nb3Sn beträgt und wobei das Metall entweder Cu oder Bb ist. 11.) Verfahren zum Verändern der Sprungtemperatur eines Supraleiter-Werketoffes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, . d a d u roh g e k e n n z e i o h n e t , daB man ein Pulver eines Metalls mit einem Pulver des Bupraleiter-Werkstoffes vor- mischt und das Gemisch der beiden Pulver zu einem Körper vor- preßt derart, daß der Freßling eine von der Sprungtemperatur des Supraleiter-Werkatoffes abweichende Sprungtemperatur an- nimmt, die von der Art und Menge des im Körper vorhandenen Me- talle abhängt. 12.) Verfahren zum Erniedrigen der Sprungtemperatur eines Supra- leiter-Werkstoffes nach einem der Anspräche 3-6, 9 und 10, wobei der Oupraleiter-Werkstorf Nb3Sn ist, d a d u roh g e k en .n- z e i o h n e t , daß man ein Pulvereines Metalle mit Nb3an- Pulver versieoht, das Gemisch der beiden Pulver zu einem Körper verpreßt und den Preßling glüht, wobei das Ausmaß der Erniedri- gung der Sprungtemperatur des Bb3Bn von der Art und Menge des im Körper anwesenden Xetalls abhängt.. 13.) Verfahren zum Verändern der Sprungtemperatur eines Nb3#ja enthaltenden, nupraleiter-Verkat®ffes nach einem der Ansprüche 1-7, 9 und 10, d a d u r o h g e k e n n z e i. o h n e t , daß man eist Pulver von Cu oder Pb mit einem Nb38n-Pulver im Mengenverhültnie von ungefähr 2 ßewiohtsprozent 0u bzw. ?b und 98.Gewiehtsprozent »38n bis ungefähr 75 Oewi ohtsprosent Cu bzw. ?b und 25 Qewiohteprozent Nb38n vermischt und das Pulver- gemisoh zu einen Körper verpreßt, Wobei das Ausmaß der Änderung der Sprungtemperatur von der Art und Menge des im Körper an- wesenden f bsw. Pb abhängt.

14.) Verfahren zur Herstellung eines Festkörpers aus Supraleiter-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1-10, d a d 'u r o h g e k e n n z e i c h n e t , daß man ein Pulver eines Supraleiters mit einem Pulver des Metalle vermischt, das Pulvergemisch zu einem im wesentlichen festen Körper von gewünschter Formgebung verprellt und den Festkörper glüht. 15.) .Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Mengenverhältnis des Metalle zum Supraleiter im Bereich von 2 Gewichtsprozent den Metalle und 98 Gewichtsprozent des Supraleiters bis 75 Gewichtsprozent den @etalls und 25 Gewichtsprozent des Supraleiters beträgt, und daß man als Metall Cu oder Pb und als Supraleiter Nb3Sn oder V3Si verwendet. 16.) Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r e h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man Nb3Sn-Pulver mit einer Siebfeinheit von ungefähr 260 Mesh mit Cu-Pulver mit einer Siebfeinheit von ungefähr 260 Mesh vermischt, daß man das Pulvergemiach mit einem Druck von ungefähr 560 kg/cm2 (ungefähr 8000 p.s.i.) verpreßt, und daß man den Preßling 2 Stunden lang bei ungefähr 700oC im Vakuum glüht. 17.) Verfahren zur Herstellung eines Festkörpers aus ßupraleiter-Werkstoff aus einem Supraleiterstoff und einem Metall nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, 7, 8 und 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i e h n e t , daB man das Metall im Vakuum auf ein Pulver des Supraleiterstoffes aufdampft und das aufgedampfte Metall mit dem Supraleiterstoff vermischt, und daß man das Gemisch aus dem aufgedampften Metall und dem Supraleiterstoffpulver zu einem Festkörper verpreßt. 18.) Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Supraleiter-Werkstoff aus Nb3Sn und Pb besteht, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß das Aufdampfen des Pb auf das Nb3Sn-Pulver bei einer Temperatur von 1000 bis 1100°C erfolgt. 19.) Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r e h g e k e n n -z e i c h n e t , daß man den Festkörper zu einer gewünschten Form weiterverarbeitet, wobei das Verhältnis des Pb zum Nb3Sn im Bereich von ungefähr 2 Gewichtsprozent Pb und 98 Gewichtsprozent Nb3Sn bis ungefähr 75 Gewichtsprozent Pb und 25 Gewichtsprozent Nb3Sn beträgt.