DE2011581B2

DE2011581B2 - Verfahren zur herstellung eines niob titan supraleiters

Info

Publication number: DE2011581B2
Application number: DE19702011581
Authority: DE
Inventors: Takuya Ikeda Masaru Tokio Furuto Yoshio Yokohama Nagata Yukihiro Miura Takeshi Tokio Suzuki, (Japan)
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1969-03-11
Filing date: 1970-03-11
Publication date: 1972-01-20
Also published as: JPS4814397B1; US3682719A; GB1283293A; DE2011581A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines N'iob-Titan-Supraleitcrs mit 30 bis 70 GcwicMprozent Niob, der nach seiner auf eine Wärmebehandlung der Aiisgangslcgicrung folgenden Kaltverformung zweistufig gealtert wird, wobei die erste Stufe im Vergleich zur zweiten Stufe in einem niedrigeren Temperaturbereich und über eine längere Zeitdauer vorgenommen wird.

Nach der deutschen Auslcgeschrift I 289 997 ist ein Verfahren zur Erhöhung der kritischen Feld-Stärke und der kritischen Stromdichte in starken Magnetfeldern von Supraleitern aus um mindestens 96^e/o kaltverformtcn, binären Niob-Titan-Legiemngen mit 10 bis 75 Gewichtsprozent Titan bekannt, gemäß welchem der Leiter nach der Kaltverformung für wenigstens 0,1 Stunden einer Wärmebehandlung bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 600⁰C unterzogen wird. Dieser Wärmebehandlung, welche über 5 Stunden als angegebener oberer Grenze reichen kann, kann eine Alterung durch Auslagerung des Leiters über wenigstens einen Monat bei Temperaturen im Bereich von 10 bis 50° C vorangehen.

Ps ist nun in dieser Druckschrift dargelegt, daß ein um 99"/o kaltverformter Leiter nach einer Wärmebehandlung über 0,1 bis 5 Stunden eine kritische Feldstärke von mindestens 50 kG und eine kritische Stromdichte von mindestens etwa 0,4 · 10⁵ Amp./cm- in einem äußeren Magnetfeld von 20 kG zeigt, wenn die Behandlungstemperatur mit etwa 200° C gewählt wird, und daß er andererseits bei einer Behandlungstemperatur von etwa 400" C eine kritische Feldstärke von wenigstens 70 kG und

ίο eine kritische Stromdichte von wenigstens etwa 0,7 · 10³ Amp./cm- in einem äußeren Magnetfeld von etwa 20 kG besitzt. Weiterhin findet sich in dieser Druckschrift der Hinweis, daß sich der Wert für die kritische Stromdichte derartiger Leiter auf etwa 0,9 · 10"' Amp./cm- bzw. 1,0 · 10^s Amp./cm- in einem äußeren Magnetfeld von etwa 20 kG steigern läßt, wenn einer solchen Wärmebehandlung bei 300 bzw. 400" C über 2,5 Stunden nach der Kaltverformung des Leiters eine Alterung bei Zimmertemperatur (10 bis 50'C) über 5 Monate vorangestellt wird, wobei der Hinweis gegeben wird, daß kurze Zeiträume für diese Alterung die Supraleitfähigkeit des Leiters kaum beeinflussen und daß eine über mehrere Monate reichende Alterung die besten Eigenschäften für den Leiter erzielen läßt.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1188 824 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Drähten und Bändern aus Titan-Niob-Legicrungen bekannt, bei dem das Vormaterial aus Legierungen mit 20 bis 45 Gewichtsprozent Niob, Rest Titan, zunächst aus dem Temperaturbereich der //-Phase so rasch abgekühlt wird, daß diese erhalten bleibt und daneben nur martensitischer, übersättigter i-Mischkristall. jedoch kein Gleichgewicht- \-Mischkristall auftritt, und dann zu Drähten und Bändern kaltverformt wird, welche anschließend einer Wärmebehandlung über einen angegebenen Zeitraum von 10 bis 25 Stunden bei Temperaturen zwischen 250 und 650" C und vorzugsweise zwisehen 350 und 600'- C unterworfen werden, wobei Glühtemperatur und -dauer so aufeinander abgestimmt sind, daß die durch die Kaltverformung crvinlto liimcllenartigc Struktur des Gefügcs erhalten bleibt, worauf sich gegebenenfalls eine geringe Schlußvcrformung anschließt. D'cscs Verfahren unterscheidet sich grundsätzlich von dem crfindungsgcmäßcn Verfahren und von dem Verfahren nach der deutschen Auslcgeschrift 1 289 997 darin, daß die auf die Kaltverformung folgende Alterung nur einstufig durchgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art in der Richtung zu verbessern, daß Niob-Titan-Supralciter mil höheren Werten für die kritische Stromdichte herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird crfindungsgcmäü dadurch gelost, daß die Ausgangslegierung vor ihrer Kaltverformung rasch abgekühlt und daß die erste Stufe der abschließenden Alterung bei einer Temperatur zwi-

sehen 150 und 400⁰C über 5 bis 250 Stunden und die zweite Stufe 'vei einer Temperatur zwischen 350 und 550° C über 0,3 bis 10 Stunden vorgenommen wird.

Die Fortschrittlichkeit dieser erfindungsgemäßen

6$ Maßnahme, die vorzugsweise an Ausgangslegierungen verwirklicht wird, die neben 30 bis 70 Gewichtsprozent Niob nur Titan oder neben Titan bis zu 4 Gewichtsprozent Molybdän, Vanadium, Zirko-

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nium, Tantal, Hafnium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff, einzeln oder zu mehreren, enthalten, wobei die dem raschen Abkühlvorgang vorhergehende Wärmebehandlung der Ausgangslegierung bei einer Temperatur zwischen 800 und 1000° C und die zweite Stufe der abschließenden Alterung über 0,5 bis 6 Stunden vorzugsweise vorgenommen werden, ergibt sich aus den folgenden Beispielen.

Beispiel 1

Eine Niob-65°/n Titan-Legierung wurde zunächst über 1 Stunde auf 950° C erhitzt, dann rasch abgekühlt und anschließend unter einer Flächenreduzierung von 99,9 ⁰Zo zu einem Draht gezogen. Dieser Draht wurde dann in Vakuum über 127 Stunden auf 300^c C und «schließlich über 1 Stunde auf 375° C erhitzt. Der erhaltene Leiter ergab bei einer Temperatur von 4.2° K eine kritische Stromdichte von 2,5 · 10·"' Amp./cm- in einem äußeren Magnetfeld von 3OkG. und seine Zugfestigkeit betrug 175 kg/mm-'.

Dieselbe Ausgangslegierung wurde zum Vergleich Bach der Kaltverformung über 1 Stunde auf 400" C erhitzt. Der Leiter zeigte eis.e kritische Stromdichte von 1.8 · 10"'Amp./cm² in einem äußeren Magnetleid von 30 kG und hau? eine Zugfestigkeit von 160 kg/mm-'.

Beispiel 2

Eine Niob-35".n Titan-Legierung wurde zunächst über 1 Stunde auf 950³ C erhit t und dann rasch abgekühlt. Anschließend wurde die Legierung mi' Kupfer überzogen und dann zu einem Draht mit einem Niob-Titan-Kern eines Durchmessers von ().25 mm und eines Außendurchmessers von 0.33 mm Unter einer Flachenrcduzierung von 99.9"n kaltgezogen. Dieser Draht wurde dann in Vakuum über 250 Stunden auf 250° C und schließlich über 1 Stunde auf 400" C erhitzt. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 2.15 · 10·"'Amp./cm- in einem äußeren Magnetfeld Von 30 kG und hatte eine Zugfestigkeit von 120 kg/mm-.

Dieselbe Legierung wurde zum Vergleich nach tier Kaltverformung über I Stunde auf 425^J C erliitzt. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 1,65 · 10·"· Amp./cm- in einem äußeren Magnetfeld von 30 kG und hatte eine Zugfestigkeit von 110 kß/mm².

Beispiel 3

Eine Niob-50"/n Titan-Legierung mit einem Zusatz von 1 Gewichtsprozent Tantal, 0,28 Gewichtsprozent . Sauerstoff und 0,12 Gewichtsprozent Stickstoff wurde über 1 Stunde auf 1000° C erhitzt unu dann rasch abgekühlt. Die Legierung wurde anschließend unter einer Flächenreduzierung von 99,5 °/n zu einem Draht gezogen, der dann in Vakuum zunächst über _1Q 120 Stunden auf 250° C und schließlich über 1 Stunde auf 400° C erhitzt wurde. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 2,3 ■ 10⁵ Amp./cm² in einem äußeren Magnetfeld von 3OkG.

Dieselbe Legierung wurde zum Vergleich nach der Kaltverformung über 1 Stunde auf 425" C erhitzt. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 1,75 · 10"' Amp./cm².

Beispiel 4

Eine Niob-30% Titan-Legierung mit einem Zusatz von 1,5 Gewichtsprozent Zirkonium und 2,5 Gewichtsprozent Tantal sowie weniger als 350 ppm Sauerstoff wurde über 1 Stunde auf 950° C erhitzt und dann rasch abgekühlt. Die Legierung wurde dann unter einer Flächenreduzierung von 99,8¹Vn zu einem Draht gezogen, der anschließend in Vakuum zunächst über 200 Stunden auf 375° C und schließlich über 1.5 Stunden auf 480° C erhitzt wurde. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 1.2 · 10'· Amp./cm- in einem äußeren Magnetfeld von 75 kG.

Dieselbe Legierung zeigte bei einer nur einstufigen Alterung anschließend an die Kaltverformung eine kritische Stromdichte von 0,J ■ 10·"' Amp./cm².

Beispiel 5

Eine Niob-30°Zo Titan-Legierung mit einem Zusatz von 0.2 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 1,1 Gcwichtsprozent Sauerstoff wurde über ] Stunde auf 950^cC erhitzt und dann rasch abgekühlt. Die Legierung wurde anschließend unter einer Flächcnreduzicrung von 99,5 ⁰O zu einem Draht kaltgezogen, der schließlich zunächst über 130 Stunden auf 300 C und dann über 5 Stunden auf 430° C erhitzt wurde. Der resultierende Leiter zeigte eine kritische Stromdichte von 1.5 · 10"' Amp./cm² in einem äußeren Magnetfeld von 75 kG.

Claims

2 Ol 1 581 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Niob-Titan-Supraleiters mit 30 bis 70 Gewichtsprozent Niob, der nach seiner auf eine Wärmebehandlung der Ausgangslegierung folgenden Kaltverformung zweistufig gealtert wird, wobei die erste Stufe im Vergleich zur zweiten Stufe in einem niedrigeren Temperaturbereich und über eine längere Zeitdauer vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslegiemng vor ihrer Kaltverformung rasch abgekühlt und daß die erste Stufe der abschließenden Alterung bei einer Temperatur zwischen 150 und 400^: C" über 5 bis 250 Stunden und die. zweite Stufe bei einer Temperatur zwischen 350 und 550' C über 0.3 bis 10 Stunden vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem raschen Abkühlvorgang vorhergehende Wärmebehandlung der Ausgangslegierung bei einer Temperatur zwischen SOO und 1000-C vorgenommen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe der abschließenden Alterung über 0,5 bis 6 Stunden vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Supraleiter vor der abschließenden Alterung mit Kupfer überzogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslegicrung neben 30 bis 70 Gewichtsprozent Niob nur Titan oder neben Titan bis zu 4 Gewichtsprozent Molybdän. Vanadium. Zirkonium. Tantal. Hafnium. Kohlenstoff. Sauerstoff und Stickstoff, einzeln oder zu mehreren, enthält.