DE1901150C - Supraleitende Anordnung und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents
Supraleitende Anordnung und Verfahren zur Herstellung derselbenInfo
- Publication number
- DE1901150C DE1901150C DE19691901150 DE1901150A DE1901150C DE 1901150 C DE1901150 C DE 1901150C DE 19691901150 DE19691901150 DE 19691901150 DE 1901150 A DE1901150 A DE 1901150A DE 1901150 C DE1901150 C DE 1901150C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- niobium
- superconducting
- substrate
- fluoride
- arrangement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 46
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 9
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N Cesium Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 3
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 2
- AOLPZAHRYHXPLR-UHFFFAOYSA-I pentafluoroniobium Chemical compound F[Nb](F)(F)(F)F AOLPZAHRYHXPLR-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 claims 1
- 101700054498 such-1 Proteins 0.000 claims 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M Lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- -1 copper Niobium fluoride Chemical compound 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 3
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 description 3
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M Potassium fluoride Chemical compound [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011698 potassium fluoride Substances 0.000 description 2
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 2
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 2
- 241000554155 Andes Species 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000863 Ferronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019798 NbF Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000994 depressed Effects 0.000 description 1
- FTPUNAWAGWERLA-UHFFFAOYSA-G dipotassium;heptafluoroniobium(2-) Chemical compound [F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[K+].[K+].[Nb+5] FTPUNAWAGWERLA-UHFFFAOYSA-G 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001771 impaired Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 235000003270 potassium fluoride Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000011214 refractory ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
Description
bei der Elektrolyse verwendete Stromdichte derart 45 4. den physikalischen Eigenschaften des verwendeten
eingestellt werden, daß eine dichte, zusam.nen- supraleitenden Materials und
hängende Niobschicht auf dem Substrat entsteht. 5 den geometrischen und physikalischen Eigen-
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- schäften der Oberfläche,
zeichnet, daß das Substrat unter Bildung eines
supraleitenden Niobkörpers entfernt wird, dessen 50 In den meisten pällen wird die Arbeitsfrequenz
freiliegende Fläche eine Nachbildung einer vorbe- durch die Art des Gerätes bestimmt; sie liegt daher im
stimmten Fläche des Substrats darstellt und im wesentlichen fest. Der zweite und dritte Faktor beein-
wesentlichen die gleiche Oberflächengüte besitzt. flüssen nicht nur den Energieverlust, sondern aut>
das
6. Ve/fahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn- Betriebsverhalten des supraleitenden Gerätes selbst,
zeichnet, daß vor dem Entfernen des Substrats auf 55 Bei Wechselstromgeräten, wie beispielsweise HF-Hohldas supraleitende Niob eine Stützschicht aufge- räumen für Strahltrennstufen, muß die magnetische
bracht wird, die zusammen mit der Schicht aus Feldstärke so hoch sein, wie dies für die verwendeten
supraleitendem Niob einen zusammengesetzten Supraleiter möglich ist. Da außerdem die kritische
Körper bildet. Feldstärke der Supraleiter mit sinkender Temperatur
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, 60 zunimmt, müssen solche Geräte bei der niedrigsten
dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Temperatur betrieben werden, die im Hinblick auf die
Anordnung im Vakuum entgast wird. Wirtschaftlichkeit vertretbar ist. Infolgedessen verbleiben als Faktoren, die tatsächlich variiert werden
können, um die Energieverluste kleinstmöglich zu
65 halten, nur die physikalischen Eigenschaften und die
iur kontinuierlichen Weiterleitung oder Aufrecht- Ein idealer Werkstoff würde bei der höchsten magne-
erhaltung eines hohe Energiedichte aufweisenden tischen Feldstärke den Verlust Null aufweisen. Von
allen elementaren Supraleitern eignet sich für Wechsel- wesentlichen die gleiche Oberflächengüte besitzt. Für
feld erforderlich ist Niob am besten. Niob führt barer Werkstoff verwendet werden, bei dem im Gegen-
iedoch m seinem handelsüblichen Zustand zu verhält- satz zu Niob ohne weiteres für eine hohe Obcrflächen-
msmaßig hohen Wechselstromverlusten. 5 gute gesorgt werden kann. Da der Niobkörper nach
leitenden Anordnungen, bei denen elektromagnetische Oberflächengüte aufweist, lassen sich so auch die auf
Wechselstromverlus-e möglichst zu vermeiden. Verluste wesentlich herabsetzen. Selbst supraleitende
Ausgehend von einer Anordnung der eingangs ge-ίο Anordnungen mit komplizierter Form können auf
nannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß da- diese Weise mit verhältnismäßig geringem Aufwand
durch gelost, daß die Anordnung ganz oder teilweise gefertigt werden.
aus einer elektrolytisch abgeschiedenen Schicht aus Zweckmäßig wird vor dem Entfernen des Substrats
hochreinem Niob besteht, das ein Minimum der fol- auf das supraleitende Niob eine Stützschicht aufge-
genden Verunreinigungen in Teilen je Million hat: 15 bracht, die zusammen mit der Schicht aus supraleiten-
»5 Schritte bei der Herstellung eines einzelnen, einteiligen
Untersuchungen haben nämlich gezeigt, daß das supraleitenden HF-Hohlraums und
Voniandensein von Verunreinigungen im Ausgangs- F i g. 8 verschiedene Beispiele von komplizierter
werkstoff in erster Linie für die Wechselstromverluste gestalteten einzelnen HF-Hohlräumen,
verantwortlich ist. Dagegen zeigt ultrareines Niob eine Die Erfindung ist nachstehend in Verbindung mit
nahezu vollkommene Ummagnetisierbarkeit; es be- 30 einem einzelnen supraleitenden HF-Hohlraum oder
sit/t ferner einen spezifischen elektrischen WidviStand einer Mehrzahl von einteilig miteinander verbundenen
von nahezu gleich Null. HF-Hohlräumen näher erläutert, doch ist sie darauf
Vorzugsweise liegt der Gehalt an Verunreinigungen nicht beschränkt. In der vorliegend beschriebenen
in Form von Stickstoff und Sauerstoff unter 1 Teil je Weise lassen sich auch andere für Wechselstrom supra-Million. Vorliegend wird in einem solchen Falle von 35 leitende Anordnungen herstellen, z. B. für Wechselultrareinem Niob gesprochen. Stromübertragungsleitungen geeignete Geräte, Trans-
autogen verbunden. Dazu wird in weiterer Ausgestal- Gemäß F i g. 1 ist der erste Arbeitsschritt bei der
tung der Erfindung ein Verfahren benutzt, das dadurch Fertigung eines supraleitenden HF-Hohlraums die
gekennzeichnet ist, daß Niob auf ein Substrat mit vor- 40 Herstellung eines Substrats, das entsprechend der
bestimmter Oberflächengüte und Form entsprechend Innenform des gewünschten HF-Hohlraums ausgeder gewünschten Oberflächengüte und Form der supra- bildet ist. Dies kann durch eine einfache maschinelle
leitenden Anordnung elektroplattiert wird, daß dabei Bearbeitung erreicht werden. Das Substrat dient vordas Substrat als Kathode verwendet wird, daß mit liegend nur als Form oder Kern, um die gewünschte
einer elektrolytischen Schmelze gearbeitet wird, die 45 geometrische Gestalt und die Oberflächengüte zu erzürn einen aus einer Grundschmelze aus mindestens halten, die die supraleitende Oberfläche innerhalb des
einem Fluorid von Kalium, Rubidium oder Caesium HF-Hohlraums aufweisen muß. Die einzige Bedin-
und mindestens einem Fluorid anderer, in der elekfro- gung, die der für das Substrat verwendete Werkstoff
chemischen Spannungsreihe über Niob stehender erfüllen muß, besteht darin, daß er mit den nachfolgen-Elemente sowie zum anderen aus mindestens einem 50 den Verfahrensschritten kompatibel ist. Kupfer wurde
Niobfluorid besteht, und daß dia Anteile der Fluoride mit Erfolg angewendet. Auch andere Werkstoffe, wie
in der Schmelze, die Temperatur der Schmelze und die Eisen, Ferrolegierungen oder Nickel, können benutzt
bei der Elektrolyse verwendete Stromdichte derart werden. Nachdem das Substrat die erforderliche Geeingestellt werden, daß eine dichte, zusammenhängende stalt erhalten hat, wird es mechanisch poliert und/oder
Niobschicht auf dem Substrat entsteht. Der so er- 55 elektropöliert, um eine extrem glatte Oberfläche zu
haltene Körper kann unmittelbar als supraleitende erhalten. Da das Substrat die Oberflächengüte des
Anordnung benutzt werden. Besteht beispielsweise das Supraleiters bestimmt, muß seine Oberfläche eine BeSubstrat aus Kupfer oder einem anderen Werkstoff arbeitungsgüte aufweisen, die der für den Supraleiter
mit hoher Wärmeleitfähigkeit, eignet sich die Anord- erforderlichen Oberflächengüte entspricht oder besser
nung unmittelbar als Leiter für Energieübertragungs- 60 als diese ist.
zwecke. _ Der zweite Schritt besteht gemäß F i g. 2 darin, daß
Insbesondere, wenn es um die Ausbildung von supra- ein Überzug aus Niob von mehreren hundertstel Millileitenden Innenflächen geht, wird vorzugsweise das meter Dicke auf die fertig bearbeitete Substratober-Substrat in an sich bekannter Weise (»Review of fläche aufgebracht wird. Grundsätzlich kann jedes
Scientific Instruments«, 1964, S. 114 und 115) entfernt, 65 Verfahren benutzt werden, das zu einem hochreinen
wobei ein supraleitender Niobkörper gebildet wird, Niobüberzug führt. Vorzugsweise wird ein Elektrodessen frei liegende Fläche eine Nachbildung einer vor- plattier- oder Faraday-Salzschmelzen-Prozeß verwenbestimmten Fläche des Substrats darstellt und im det, bei dem ein durchweg von Fluoriden gebildetes
elektrolytisches Schmelzbad benutzt wird. Das Schmelzbad besteht im wesentlichen aus einer Grundschmelize
aus mindestens einem Fluorid von Kalium, Rubidium oder Caesium und mindestens einem Fluorid anderer
Elemente, die in der elektrochemischen Spannungsreihe über Niob stehen, sowie aus mindestens einem
Niobfluorid. Vorzugsweise wird eine Mischung aus Kaliumftuorid (KF), Natriumfluorid (NaF), Lithiumfluorid
(LiF) und Kalium-Niob-Fluorid (K2NbF7)
verwendet. Die Anteile der Fluoride in der Schmelze, die Temperatur der Schmelze und die Stromdichte des
für die Elektrolyse verwendeten Stromes werden so gewählt, daß ein dichter, feinkörniger, zusammenhängender, hochreiner Überzug auf dem als Kathode
dienenden Substrat erhalten wird. Das abgeschiedene Niob hat eine Reinheit von über 99,99%. Der Gehalt
an Verunreinigungen ist in der untenstehenden Tabelle . in der Spalte »hochreines Niob« angegeben. Selbst
diese extrem niedrige Verunreinigungskonzentration ist für die Herstellung von HF-Hohlräumen ungeeignet.
Erst eine erhebliche weitere Verringerung der eingelagerten Verunreinigungen O2, H2 und N2, die in
einem späteren Arbeitsschritt erfolgt und der Spalte »ultrareines Niob« der Tabelle entspricht, macht den
Werkstoff für einen HF-Hohlraum geeignet.
Verunreinigung | Hochreines Niob ppm |
üUraicificS Niob ppm |
C | < 1 <50 < 1 < 1 < 18 <20 < 20 < 10 < 2 |
< 1 < 1 < 1 < 1 < 18 <20 <20 < 2 |
H3 N2 Fe Ni Cr Ta W |
Das beschriebene Elektroplattierverfahren hat ein verhältnismäßig hohes Streuvermögen, was die Ausbildung
von gleichförmigen Überzügen auf kompliziert gestalteten Körpern erleichtert. Femer entsprechen
bei Anwendung dieses Verfahrens die Gestalt und Oberflächengüte des Niobs an der Zwischenfläche
von Niob und Substrat genau der Gestalt und Oberflächengüte des Substrats. Nach dem Entfernen
des Substrats wurden Oberflächengüten mit einem geometrischen Mittenrauhwert von weniger als
0,13 μτη gemessen. Infolgedessen können auf die vorliegend
beschriebene Weise auch komplizierte geometrische Formen mit äußerst glatter Oberfläche erzielt
werden. Die in den F i g. 1 bis 7 veranschaulichte einfache Ausführungsform dient nur der Erläuterung
des Verfahrens.
Die bei dieser Zwischenstufe des Verfahrens durch Auftragen von verhältnismäßig hochreinem Niob auf
die Oberfläche des Substrats erhaltenen Anordnungen haben zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten. Besteht
beispielsweise das Substrat aus Kupfer oder einem anderen Werkstoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit,
eignet sich das Zwischenprodukt als Leiter für eine ■Wechselstromenergieübertragung. Im Falle eines
rohrförmigen Substrates kann das Niob entweder auf die Innenfläche oder die Außenfläche des Substrates
durch Elektroplattieren aufgebracht wet «.cn. Das
Substrat kann als Träger für das Niob dienen oder, wie im folgenden erläutert, später entfernt werden.
nachdem für einen anderen Stützkörper gesorgt ist. Wird das Substrat beseitigt, besitzt das Niob, eine
Form und eine Oberflächengüte, die mit denjenigen des Substrates im wesentlichen übereinstimmen. Der
Stützkörper sorgt dafür, daß die Gestalt erhalten bleibt. Außerdem können auch komplizierte Leiterformen
für andere Wechselstrom-supraleitende Anordnungen, beispielsweise Wechselstromtransformatoren
und Gyroskope, durch diese Zwischenstufe des Verfahrens erhalten werden.
Der dritte Schritt bei der Fertigung eines supraleitenden HF-Hohlraumes besteht gemäß Fig. 3
darin, daß auf das elektroplattierte Niob ein poröser, schwerschmelzbarer Werkstoff aufgebracht wird. Vor-
IS zugsweise wird Wolfram verwendet, doch eignen sich
auch andere schwerschmelzbare Werkstoffe, wie Molybdän, Tantal, Niob, Graphit, Iridium, Platin
oder feuerfeste keramische Werkstoffe. Der schwerschmelzbare Überzug wird vorzugsweise durch Plasma-
ao schweißplattieren hergestellt. Bei diesem Verfahren
wird ein schwerschmelzbares Pulver in die rasche, heiße Ausströmung eines nicht übertragenen Lichtbogens
eingeführt, die gegen die Oberfläche gerichtet ist, auf der der Wolframüberzug vorgesehen werden
as soll. Auch andere Verfahren, beispielsweise pulvermetallurgische
Verfahren, Elektroplattieren oder chemisches Aufdampfen, sind anwendbar. Wahlweise
kann die schwerschmelzbare Stützschicht auch dadurch erhalten werden, daß eine vorgeformte Anord-
nung mit der Oberfläche verkittet oder in anderer Weise verbunden wird. Der Wolframüberzug bildet
einen Körper, der das Niob während der Vakuumentgasung abstützt und für die notwendige mechanische
Abstützung des fertigen HF-Hohlraumes sorgt. Beim
praktischen Einsatz des HF-Hohlraumes kann infolge der Porosität des Wolframs das den Hohlraum umgebende
Kühlmittel durch die Poren hindurchströmen, wodurch für einen extrem hohen Wärmeübergang
zwischen der aus Niob bestehenden Hohlrauminnenwand und dem umgebenden Kühlr- -tel gesorgt wird.
Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn als Kühlmittel supraflüssiges Helium verwendet wird.
Der nächste Schritt nach dem Aufbringen der porösen Wolframschicht besteht darin, daß das
Kupfersubstrat entfernt wird, so daß exi aus Niob und porösem Wolfram zusammengesetzter Körper
gemäß F i g. 4 verbleibt. Die Beseitigung des Kupfersubstrates kann durch Auflösen in verdünnter Salpetersäure
erfolgen. Statt dessen kann das Substrat auch elektrolytisch beseitigt, ν eggeschmolzen, maschinell
entfernt oder durch eine beliebige Kombination der genannten Verfahren beseitigt werden. Die aktive
Niobfläche ist die Oberfläche, die ursprünglich mit dem Kupfersubstrat in Kontakt stand und infolgedessen
eine Oberflächengüte besitzt, die derjenigen der ursprünglichen Substratoberfläche entspricht.
Der zusammengesetzte Niob-Wolfram-Körper wird
dann im Vakuum entgast und bei einer Temperatur zwischen 970 und 24000C sowie einem Druck zwischen
ΙΟ-»* und 4 · 10-· Torr wärmebehandelt, wodurch die
Konzentration der Verunreinigungen Stickstof, Sauerstoff und Wasserstoff auf jeweils unter 1 Teil je Million
heruntergedrückt wird. Die Vakuumentgasung im angegebenen Temperatur- unä Druckbereich führt außerdem
zu einem gewissen Sintern des porösen Wolframs, wodurch die mechanische Festigkeit des Wolframs erhöht
und die G "He der Wolfram-Niob-Bindung verbessert
wird.
Il 901 150
Die verwendete Vakuumeritgasungseinrichtung ist eine Außenverkleidung oder einen Überzug aus r.ltraschematisch in F i g. 5 veranschaulicht. Der zusam- reinem Niob. Die beschichteten Endflächen sind als
mengesetzte Niob-Wolfram-Körper wird auf einen Dichtflächen erforderlich, wenn im praktischen Betrieb
lisch 10 innerhalb der Vakuumkammer 12 aufge- mehrere Hohlräume aneinandergefügt werden sollen,
letzt. Der Ansatz 14 des Niob-Wolfram-Körpers wird S Auf die beschriebene Weise können zahlreiche unterin nicht näher dargestellter W«ise mit der Welle 16 der schiedlich gestaltete Hohlräume in Form von einlonenvakuumpumpe 18 verbunden, die das Innere des teiligen, massiven Abschnitten hergestellt werden. In
Hohlraumes auf einen Druck im obengenannten Be- den F i g. 8a, 8b und 8c sind HF-Hohlrauinabschnitte
reich bringt, der sich für dia Entgasungstemperatur von komplizierter Form dargestellt, wobei jeweils das
eignet Eine Hilfsvakuumpumipe 20, vorzugsweise eine io ursprüngliche Substrat und das fertige Endprodukt
Diffusiionsvakuumpump;, ist an den Innenraum der veranschaulicht sind. Bei geeigneter Wahr der Form
Vakuumkammer 12 angeschlossen, um im Kammer- des Substrats derart, daß diese der Innenform einer
inneren ein Vakuum von ungefähr 10~* Torr auf- Folge von Hohlräumen entspricht, kann dafür gesorgt
rechtiuerhalten. Die Hilfsvakuumpümpe braucht nicht werden, daß der erhaltene zusammengesetzte Körper
unbedingt vorhanden zu sein. Ihr Hauptzweck besteht »5 mehrere einteilig miteinander verbundene Hohlräume
darin, das Wolfram vor Oxydation zu schützen. Dies bildet.
könnte wahlweise auch dadurch erfolgen, daß ein sehr In Fällen, in denen eine Vakuumentgasung nicht
feines Inertgas in das Innere der Vakuumkammer 12 erforderlich ist, braucht kein schwerschmelzbarer
eingeleitet wird. Ein Wideratandsofen 24 und eine Werkstoff für den Stützkörper vorgesehen zu werden.
Stromquelle 22 sind vorgesehen, um den Hohlraum ao Es lassen sich daher nicht schwerschmelzbare Werkauf eine Temperatur in dem obengenannten Bereich stoffe einsetzen, die die erforderlichen thermischen
aufzuheizen, die an den Entgiasungsdruck im Inneren und mechanischen Eigenschaften aufweisen. Bei Andes Hohlraumes angepaßt ist. Ordnungen, bei denen der Energieverlust je Flächen-
Nach dem Entgasen werden die Enden des Hohl- einheit hinreichend klein ist, braucht außerdem der
numi's maschinell abgeschnitten, wodurch gemäß den as Stützkörper nicht die hohe Wärmeleitfähigkeit zu be-F i g. 6 und 7 der fertige Hohlraum entsteht. Der fertige sitzen, wie sie mit Hilfe des porösen Stützkörpers erjj-ujy-yj-. j3t c:n hohler Abschnitt mit einer offenen halten wird. In diesen Fällen ist auch ein massiver,
Innenwand von extrem hoher Oberflächengüte aus nicht poröser Stützkörper anwendbar,
ultrareinem Niob, das mit der als Abstützung dienen- Schutz wird nur für eine supraleitende Anordnung
den porösen Wolfram-Außenwand mechanisch ver- 30 bzw. für ein Verfahren zu deren Herstellung im Rahbunden ist. Die Enden des Hohlraumabschnittes haben men der Patentansprüche begehrt.
Claims (4)
1. Supraleitende Anordnung zur kontinuierlichen Anordnungen. _ .
Weiterleitung oder Aufrechterhaltung eines hohe Zahlreiche bekannte Gleichstromgerate, wie fclektro-Energiedichte aufweisenden e'.ektromagnetischen 5 magnete und Ener£iespeicherzellen, wurden iur oe-Wechselfeldes unter Verwendung von Niob, d a- stimmte Anwendungsfälle durch aquiva^nte supradurch gekennzeichnet, daß die Anord- leitende Geräte ersetzt, deren Betriebsyerhal en im
nung ganz oder teilweise aus einer elektrolytisch allgemeinen veit überlegen ist. Auch Wechselstromabgeschiedenen Schicht aus hochreinem Niob be- geräte wurdet, bereits aus Supraleitern aufgebaut bo
steht, das ein Minimum der folgenden Verunrcini- io sind (aus »Physical Review«, Nr. 5, b. 673 Bis bl<i)
gungen in Teilen je Million hat: Hohlraumresonatoren aus supraleitendem Zinn, In-
r dium und Blei bekannt, wobei der supraleitende
η < J. Werkstoff als galvanischer Überzug auf einen Messing-
~2 < 3V träger aufgebracht ist. Bekannt sind ferner supra-
™2 ·
,,ι 15 leitende Anordnungen zur kontinuierlichen Weiter-
£ä " " leitung oder Aufrechterhaltung eines hohe Energie-
[^ < , dichte aufweisenden elektromagnetischen Wechsel-
P ; ," feldes (USA.-Patentschriften 3 080 527 und 3 213 692).
!rr j" bei denen als supraleitender Werkstoff unter anderem
Xf, ": 9 20 Niob verwendet wird.
^ Wenn im Gegensatz zu Gleichstromanwendungen
2. Supraleitende Anordni-ng nach Anspruch 1, jedoch magr-tische Wechselfelder und/oder Wrchseldadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Ver- ströme vorhanden sind, haben supraleitende Geräte
unreinigungen in Form von Stickstoff und Sauer- Energieverluste, die mit denen der entsprechenden
stoff unter 1 Teil je Million liegt. a5 konventionellen Geräte vergleichbar oder so^ar noch
3. Supraleitende Anordnung nach Anspruch 1 größer als diese sind. Die Energieverluste in Supra
oder 2, da^arch gekennzeichnet, daß die Niob- leitern hai gen sowohl von der Frequenz als tuch von
schicht mit einem Substrat -utogen verbunden ist. der Ummagnetisierbarkeit ab. Gegenwärtig wird ange-
4. Verfahren zur Hentellung einer supraleitenden nommen, daß die Beschränkungen des Betriebsver
Anordnung nach Anspruch ■, dadurch gekenn- 30 haltens von supraleitenden Wechselstromanordnungen
zeichnet, daß Niob auf ein Substrat mit vorbe- in erter Linie auf das Vorhandensein von Hysteresestimmter Oberflächengüte und Form entsprechend Verlusten zurückzuführen sind, die sich aus der magneder gewünschten Oberflächengüte und Form der tischen Irreversibilität des Supraleiters ergeben. Insupraleitenden Anordnung elektroplattiert wird, folgcdessen hängt die praktische Einsatzfahigkeit von
daß dabei das Substrat als Kathode verwendet 35 supraleitenden Wechselstromgeraten davon ab, daß es
wird, daß mit einer elektrolytischen Schmelze ge- gelingt, die Wechselstromenergieverluste auf einen anarbeitet wird, die zum einen aus einer Grund- nehmbar niedrigen Wert herabzudrücken. Der Energieschmelze aus mindestens einem Fluorid von verlust innerhalb eines supraleitenden Wechselstrom-Kalium, Rubidium oder Caesium und mindestens gerätes hängt von den folgenden Faktoren ab:
einem Fluorid anderer, in der elektrochemischen 40 1 , . . · freauenz
Spannungsreihe über Niob stehender Elemente so- ' ,. j . . , ,,, , ,
wie zum anderen aus mindestens einem Niobfluorid 2· der Sp.tzenampl.tude des magnetischen Wechselbesteht, und daß die Anteile der Fluoride in der feldes an der Oberflache des Supraleiters,
Schmelze, die Temperatur der Schmeke und die 3. der Arbeitstemperatur,
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US70159468A | 1968-01-30 | 1968-01-30 | |
US70159468 | 1968-01-30 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1901150A1 DE1901150A1 (de) | 1969-09-04 |
DE1901150B2 DE1901150B2 (de) | 1972-08-17 |
DE1901150C true DE1901150C (de) | 1973-03-08 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60311531T2 (de) | Verfahren zur herstellung von nanostrukturierten glühkörpern zur lichterzeugung | |
DE4433097C2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer lichtabsorbierenden Schicht einer Solarzelle | |
DE2359851A1 (de) | Verfahren zum vergiessen eines metallstueckes mit einem keramikteil mittels eines lotes | |
EP0780871B1 (de) | Strukturierte Oberfläche mit spitzenförmigen Elementen | |
EP2335312A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines interkonnektors für hochtemperatur-brennstoffzellen, zugehörige hochtemperatur-brennstoffzelle sowie damit aufgebaute brennstoffzellenanlage | |
DE1665250C2 (de) | Supraleiter und Verfahren sowie Vorrichtung zu seiner Herstellung | |
DE1927825A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Hohlraumresonatoren,insbesondere fuer Teilchenbeschleuniger | |
DE2438870C3 (de) | Elektolytkondensator | |
DE1916292C3 (de) | Verfahren zum Beschichten von Niob mit Kupfer | |
DE1901150C (de) | Supraleitende Anordnung und Verfahren zur Herstellung derselben | |
DE60312883T2 (de) | Verbund-supraleiter auf basis von gebundenen niob-fasern und verfahren zur herstellung | |
DE2635741B1 (de) | Verfahren zum herstellen einer supraleitfaehigen nb tief 3 sn-schicht auf einer nioboberflaeche fuer hochfrequenzanwendungen | |
DE1901150B2 (de) | Supraleitende anordnung und verfahren zur herstellung derselben | |
DE2311835C3 (de) | Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Leiters, insbesondere für supraleitende Kabel | |
DE1671718A1 (de) | Katalysator fuer Brennstoffelemente | |
DE1916293A1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Niobschicht durch schmelzflusselektrolytische Abscheidung auf einem Kupfertraeger | |
DE1621051A1 (de) | Verfahren zum Aufbringen eines UEberzugs aus einer Zirkonverbindung oder Hafniumverbindung auf Metallkoerpern | |
DE1558532A1 (de) | Verfahren zum Herstellen von Sinterverbundstoffen und mittels dieses Verfahrens hergestellte Sinterverbundstoffe | |
DE3016179A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines gewelleten, kupferstabilisierten nb (pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts) sn-supraleiters | |
DE4018870C1 (en) | Superconducting tape or film prodn. - comprise electrophoretic deposition of ceramic powder on noble metal support e.g. barium oxide on platinum | |
DE1151666B (de) | Verfahren zur Herstellung einer titanhaltigen Silber-, Kupfer- oder Silber-Kupfer-Legierung und Verwendung dieser Legierung als Lot | |
DE2453918A1 (de) | Elektrisches kontaktmaterial und verfahren zu dessen herstellung | |
DE2721068A1 (de) | Elektrolytischer kondensator | |
DE2115179C3 (de) | Vorrichtung zum elektrolytischen Abscheiden von Schichten aus Niob, Vanadium oder Tantal oder deren Legierungen | |
AT208606B (de) | Fester Stromleiter und Verfahren zu seiner Herstellung |