DE2128231B2

DE2128231B2 - Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters

Info

Publication number: DE2128231B2
Application number: DE2128231A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. Dr. Rer.Nat. 6451 Rodenbach Hillmann
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1971-06-07
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DE2128231C3; DE2128231A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters, der mindestens einen Trägerkern mit einer supraleitenden Schicht aus einer intermetallischen Verbindung des Typs A₃B bo enthält.

Supraleitende Verbindungen des Typs A₃B, wie beispielsweise Nb₃Sn und V₃Ga, sind seit längerem bekannt; sie zeichnen sich durch ein hohes kritisches Magnetfeld (W₁₂)* ^e>^ne hohe Sprungtemperatur (7',.) und eine hohe kritische Stromtragfähigkeit (j_c) aus. Infolge dieser günstigen Supraleiteigenschaften eignen sie sich besonders als Material für supraleitende Spulen zur Erzeugung starker Magnetfelder sowie für supraleitende Abschirmungen.

Bei ihrer Verwendung als Supraleiter hat es sich als erforderlich erwiesen, sie in ein elektrisch und thermisch gut leitfähiges Metall wie Kupfer, Silber oder Aluminium festhaftend einzuhüllen oder einzubetten, um sicherzustellen, daß das System auch bei kurzzeitiger örtlicher Löschung des supraleitenden Zustandes dem Strom und Wärmefluß nur einen sehr kleinen Widerstand entgegensetzt (Stabilisierung). Die Wirksamkeit einer solchen Stabilisierung ist um so besser, je dünner der mit der supraleitenden Schicht versehene Trägerkern ist und je geringer der Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Materialien gehalten wird.

Nachteiligerweise sind supraleitende intermetallische Verbindungen des Typs A₃B sehr spröde und lassen sich daher kaum mechanisch bearbeiten, insbesondere nicht plastisch verformen.

Um die aus der hohen Sprödigkeit und Härte resultierenden technologischen Schwierigkeiten bei der Formgebung zu vermeiden, ist es bekannt, zur Herstellung supraleitender V₃Ga-Schichten zunächst einen Vanadiumdraht oder ein Vanadiumband mit einer Umhüllung aus einer Kupfer-Gallium-Legierung mit weniger als 20% Gallium zu versehen, den so erhaltenen Körper kaltzuwalzen und dann einer Wärmebehandlung bei 700° Czu unterwerfen, um zu bewirken, daß das Gallium aus der Kupfer-Gallium-Legierung zum Vanadium diffundiert und eine V,Ga-Schicht bildet (vgl. Tac hi ka wain »Proceedings of the 3rd International Cryogenic Engineering Conference«, 25.-27. 5. 1970, Berlin, Seiten 339 bis 340). Ferner ist noch ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von V₃Ga-Schichten und weiteren supraleitenden intermetallischen Verbindungen des Typs A₃B aus der DE-OS 2044660 bekannt.

Sollen nach diesen Verfahren sehr dünne Trägerkerne mit einer supraleitenden Schicht des Typs A₃B, beispielsweise V₃Ga, hergestellt werden, wie sie im Hinblick auf eine wirksame Stabilisierung und für den Gebrauch in veränderlichen Feldern erwünscht sind, lassen sich Zwischenglühungen nicht umgehen. Sie können jedoch nur soweit vorgenommen werden, als durch eine Wärmebehandlung keine intermetallische Phase gebildet wird. Es hat sich ferner gezeigt, daß bei der Ummantelung von Vanadium mit Kupfer-Gallium häufig keine hinreichend feste, auch unter mechanischer und thermischer Beanspruchung beständige Bindung zwischen dem Kern und der Hülle entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem eine vorzeitige Bildung intermetallischer Phasen durch eine Wärmebehandlung vermieden wird. Darüber hinaus soll der Trägerkern mit dem Stabilisierungsmetall eine hinreichend feste Bindung eingehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein stabförmiger Körper aus einer Komponente A zunächst mit einer Kupferumhüllung versehen und einer Querschnittsverminderung unterworfen wird, daß dann ein Aufbau gebildet wird, der aus wenigstens einem so erhaltenen Verbundkörper, einem diesen umgebenden Kupferrohr, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Verbundkörpers ist, und der Komponente B im Zwischenraum zwischen dem Verbundkörper und dem

Kupferrohr besteht, und daß der so erhaltene Aufbau naeh einer weiteren Kaltverformung einer Diffusionsglühungzur Erzeugung der supraleitenden Schicht des Typs AjB unterworfen wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Bildung des Aufbaus der Zwischenraum zwischen dem Verbundkörper und dem Rohr mit der Komponente B ausgefüllt wird.

Zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters, der mehrere Trägerkerne mit einer supraleitenden Schicht aus einer intermetallischen Verbindung des Typs A₃B enthält, können zur Bildung des Aufbaus auch mehrere Verbundkörper in ein Kupferrohr eingebracht werden.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung werden die Verbundkörper zunächst mit der Komponente B benetzt, dann in das Kupferrohr gebracht, mit diesem auf die gewünschte Endabmessung verformt und dann diffusionsgeglüht. Günstig kann es ferner sein, wenn die Innenwandung des Kupferrohres alternativ oder auch als zusätzliche Maßnahme mit der Komponente B benetzt wird.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Supraleiters können die Verbundkörper auch mit einer Legierung, vornehmlich einer Kupfer-Legierung ummantelt werden, die bis zu 21% der Komponente B enthält; die so erhaltenen Verbundkörper werden dann in ein Kupferrohr eingebracht, mit diesem gemeinsam auf Endabmessung verformt und einer Diffusionsglühung unterworfen.

Besonders günstig ist, als Komponente A das Element Vanadium und als Komponente ö das Element Gallium zu verwenden; geeignet sind aber auch Niob als Komponente A und Zinn als Komponente B.

Zweckmäßigerweise wird die Diffusioir.giuhung im Temperaturbereich von 600 bis HOO' (.' vorgenommen, vornehmlich mehrere Stunden. Bei dieser Wärmebehandlung diffundiert die Komponente Ii, dem Gradienten der chemischen Potentiale folgend, durch die Kupferumhüllung der einzelnen Verbundkörper und bildet mit der Komponente Λ des Trägerkerns auf dessen Oberfläche eine intermetallische supraleitende Aj B-Schicht.

Den schematisch dargestellten Querschnitt eines erfindungsgemäßen Supraleiters mit einem Trägerkern zeigt die Figur.

In ihr bezeichnet

Ziffer 1 den slabförniigen Körper aus der Komponente A,

Ziffer 2 dessen Kupferumhüllung,

Ziffer 3 die Komponente B und

Ziffer 4 das Außenrohr aus Kupfer.

Ziffer 5 deutet den Ort an, an dem sich die supraleitende Schicht aus der intermetallischen Phase A₁B bildet.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen insbesondere darin, daß eine sowohl bei starker mechanischer ais auch bei thermischer Beanspruchung beständige, feste Bindung zwischen dem Trägerkern und seiner Umhüllung entsteht und - soweit erforderlich — auch Zwisehenglühungen bei höliererTemperatur vorgenommen werden können. Bedingt durch das technologisch günstige Verhalten der Trägerkern-Umhüllung mit Kupfer lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hochstuhilisierie Supraleiter mit A,B-Schichten herstellen, deren Trägerkerne Durchmesser von weniger als 10 um aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Supraleiters, der mindestens einen Trägerkern mit > einer supraleitenden Schicht aus einer intermetallischen Verbindung des Typs A,B enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein stabförmiger Korper (1) aus einer Komponente A zunächst mit einer Kupferumhüllung (2) versehen und einer '<> Querschnittsverminderung unterworfen wird, daß dann ein Aufbau gebildet wird, der aus wenigstens einem so erhaltenen Verbundkörper (1, 2), einem diesen umgebenden Kupferrohr (4), dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmes- i~> ser des Verbundkörpers ist, und der Komponente B (3) im Zwischenraum zwischen dem Verbundkörper und dem Kupferrohr besteht, und daß der so erhaltene Aufbau nach einer weiteren Kaltverformung einer Diffusionsglühung zur Er- -<> zeugung der supraleitenden Schicht (5) des Typs A,B unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Aufbaus der Zwischenraum zwischen dem Verbundkörper und J> dem Rohr mit der Komponente B ausgefüllt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Aufbaus mehrere Verbundkörper in ein Kupferrohr eingebracht werden. it)

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Aufbaus die Verbundkörper mit der Komponente B benetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis r>

4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Aufbaus die Innenwandung des Kupferrohres mit der Komponente B benetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des -ίο Aufbaus die Verbundkörper mit einer der Komponente B enthaltenden Legierung ummantelt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompo- 4> nente A das Element Vanadium und als Komponente B das Element Gallium verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Komponente A das Element Niob und als Komponente B das Element Zinn verwendet wird.