DE2248705B2

DE2248705B2 - Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters

Info

Publication number: DE2248705B2
Application number: DE2248705A
Authority: DE
Inventors: Anthony Clifford Lichfield Barber; Ian Leitch Aldridge Mcdougall
Original assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Current assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Priority date: 1971-10-04
Filing date: 1972-10-04
Publication date: 1974-11-28
Also published as: DE2248705A1; AU4729772A; DD102016A1; DE2248705C3; GB1342157A; IT967971B; CA983684A; CH546014A; FR2155522A5; BE789680A; JPS4845192A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters, der aus eirvr supraleitenden Verbindung aus mindestens zwei Elementen besteht.

Die Erfindung befaßt sich speziell mit Supraleitern, welche eine supraleitende intermetallische Verbindung von mindestens zwei Elementen umfassen, wovon Beispiele Nb₃Sn und Nb₃Al sind.

Viele Jahre ist die supraleitende intermetallische Verbindung Nb₃Sn als eine solche mit einer sehr hohen latenten handelsmäßigen Nutzbarkeit hinsichtlich ihrer ausgezeichneten supraleitenden Eigenschaften anerkannt worden. Diese Eigenschaften sind ihre hohe kritische Temperatur und große Stromfördervennögen, insbesondere in magnetischen Feldern von Kilogauß und darüber.

Jedoch leiden Nb₃Sn und nahezu sämtliche anderen intermetallischen Verbindungen unter dem Nachteil, daß sie so spröde sind, daß die Verbindung, einmal hergestellt, nur mit Sorgfalt gehandhabt werden kann und keine übermäßige Deformierung der Verbindung ohne wesentliche Beschädigung zulässig ist. So wird für Nb₃Sn die elastische Grenze bei einer Ausdehnung von etwa 0,002 °/o erreicht.

Bisher existieren drei Grundverfahren für das Herstellen eines Supraleiters aus der intermetallischen Verbindung Nb₃Sn. Bei dem ersten Verfahren werden die beiden Ausgangselemente, z. B. Niob und Zinn, zu der erforderlichen gestreckten Form des Supraleiters zusammenverarbeitet. Bei dem zweiten Verfahren wird ein erstes Ausgangselement, z. B.

Zinn, einem liwgsgeFtreckten Leiter aus dem zweiten bindvmgen zur Entstehung gebracht wird und daß In Awgangselement, beispielsweise einem Niobleiter, einem zweiten Verfabrensschritt das erhaltene Matejmgeflihrt. Bei dem dritten Verfahren werden beide rial einer Hitzebehandlung bei einer Temperatur im Ausgangselemente, z.B. Niob und Zinn, auf einem Bereich von 600 bis 850° C während einer Zeitdauer geeigneten langsgestreckten Substrat abgeschieden 5 unterworfen wird, die ausreicht, um durch Uroset- bzw. auf dieses aufgebracht. Bei allen Verfahren tritt zung der Schicht aus gaUiumreicben Vanadium-Galfchließlicb oder während des Abscheiden eine ge- liura-Verbindungen mit dem Vanadiumträgerraategenseitige chemische Einwirkung zwischen den bei- rial eine Schicht zur Entstehung zu bringen, die ausden Ausgangselementen, beispielsweise dem Niob schließlich aus V,Ga-Verbindungen besteht,
ynd dem Zinn, zur Erzeugung der supraleitfähigen m Auch dieses Verfahren bat die bereits oben in VerVerbindung ein. bindung mit der grundsätzlichen Erörterung des Ver-

Diese Verfahren leiden unter ernstlichen Nachtei- fahrens der zweiten Art und der österreichischen Palen. Was das erste Verfahren betrifft, sind hier die tentschrift 256 212 erörterten Nachteile.
Bearbeitungseigenschaften, insbesondere die Streck- Ein Verfahren der dritten Art ist zum Beispiel in grenze und die Beständigkeit gegen Deformierung 15 der deutschen Offenlegungsschrift 2056779 bevon Niob und Zinn, so sehr unterschiedlich und viele schrieben; es besteht darin, daß man ein Verbundge-Arbeitsprozesse sind bei solcher Temperatur und sol- bilde aus einem nicht supraleitfähigen Nicht-Suprachem Druck durchzuführen, daß das Zinn geschmol- leitermetall und den Komponenten bzw. Bestandteizen ist, so daß man beim Einschließen des Zinns und len einer etwaigen intermetallischen Supraleiterverdessen Halten im Kontakt mit dem Niob großen so bindung, von denen ein stärker reaktionsfähiger BeSchwierigkeiten begegnet. Eine andere Schwierigkeit standteil in direktem Kontakt mit den restlichen Bebei dem ersten Verfahren ist die des Schaffens hinrei- standteilen und mit üe-~ Nicht-Supraleitermetall Chender Niob-Zinn-Grenzfläche, so daß nach der steht, hergestellt und das Verbundgebilde zur wechsel-Reaktion ein hinreichend großes Volumen an Supra- seitigen Diffusion der genannten Bestandteile unter leiter innerhalb des Verbundstoffes erhalten wird. as Ausbildung der intermetallischen S^praleiterverbin-

Bei dem zweiten und dritten Verfahren ist der ver- dung hitzebehandelt, wobei das Nicht-Supraleiterme-

längerte Niobleiter, welcher die Nb_sSn-Schicht ent- Jail in einer solchen Zustandsform und in einer sol-

bält, extrem zerbrechlich, und es ist Sorgfalt erfor- chen Menge vorhanden ist, daß ein Schmelzen des-

derlich, diese Schicht auf oder in der Nähe der neu- selben auf irgendeiner der Leiteroberflächen wäh-

tralen Achse des Leiters anzubringen. Auch ist es 30 rend der Hitzebehandlung vermieden wird. Hier er-

fchwierig, den Leiter in einer derart unterteilten geben sich im Prinzip die gleichen Schwierigkeiten

Form bereitzustellen, die ein stabiles und vcherbe- wie sie in Verbindung mit der österreichischen Pa-

Stimmbares Arbeiten ermöglicht, und darüber hinaus tentschrift 1 665 250 dargelegt worden sind, denn es

ist es schwierig, die verdrillte Anordnung von Fäden ist zum Erzeugen eines Supraleiters ausreichenden

bereitzustellen, welche sich in zusammengesetzten 35 wirksamen Querschnitts erforderlich, viele feine

Leitern für die Anwendung unter Wechselstrombe- Drähte herzustellen, auf die dann die Komponenten

dingungen oder wo ein rasches Schwanken bzw. Va- der supraleitfähigen Verbindung aufgebracht werden

nieren des Stromes bzw. Feldes wahrscheinlich ist, müssen, um zu dem Verbundgebilde zu gelangen,

eis erforderlich gezeigt hat. was sehr schwierig und aufwendig ist.

Dar Verfahren der zweiten Art, welches in der 40 Schließlich ist in der deutschen Offeniegungsösterreichischen Patentschrift 256 212 beschrieben schrift 2 044 660 ein Verfahren zur Ausbildung zuist, besteht im einzelnen darin, daß ein Niobdraht mit sammengesetzter Supraleiter mit wenigstens einem geschmolzenem Zinn in Berührung gebracht wird, bis Bereich, der wenigstens zum Teil aus einer spröden eine anhaftende Ablagerung auf dem Draht ausgebil- supraleitenden intermetallischen Verbindung besteht, det ist, und daß der Draht zur Reaktion des Zinns 45 die sich durchgehend durch eine den Bereich umgemit dem Niob zur Herstellung der supraleitfähigen bende normal leitende Matrix erstreckt, beschrieben, Legierung wärmebehandelt wird. Zur Herstellung nach dem ein Material mit einer ersten duktilen von Supraleitern ausreichenden Querschnitts ist es Komponente einer spröden supraleitenden intermedaher erforderlich, durch Ziehen eine Mehrzahl von tallischen Verbindung mit einem Material umgeben sehr feinen Dräh:<*,n, im Beispielsfalle Niobdrähten, 50 wird, das eine zweite duktile Komponente der Verherzustellen, und diese dann mit dem anderen Me- bindung Uiid eine Komponente enthält, die zur Austall, j31 Beispielsfalle Zinn, weiterzuverarbeiten. Das bildung der normal leitenden Matrix dient, wonach Ziehen der einzelnen Drähte, das in herkömmlicher die Materialien zusammen bei einer Temperatur un-Weise geschieht, ist sehr aufwendig, und die Weiter- terhalb des Schmelzpunktes eines der Materialien in verarbeitung der einzelnen, sehr feinen Niobfäden ist 55 einem Maße bearbeitet werden, daß die Materialien kompliziert und sehr schwierig, weil diese Fäden verfestigt werden und sich zwischen diesen eine meleicht brechen können, der Gefahr einer Oberflächen- tallurgische Bindung ergibt, und zwar so lange, daß Oxydation unterliegen und schwierig zu verdrillen eine wesentliche Reaktion zwischen den Materialien sind. eintreten kann, wonach die Materialien so lange ge-

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens der 60 heizt werden, daß die zweite Komponente in die erste

zweiten Art, das in der deutschen Auslegeschrift Komponente eindiffundiert und die Komponente

1665 250 beschrieben ist und sich mit der Herstel- miteinander reagieren, so daß sich eine spröde Ver-

lung eines aus V₃Ga bestehenden Supraleiters befaßt, bindung ergibt und wenigstens ein Teil der ersten

besteht darin, daß in einem ersten Verfahrensschritt Komponente in situ in die Verbindung umgewandelt auf der Oberfläche eines Vanadiumträgermaterials 6$ wird.

durch eine Umsetzung mit geschmolzenem Gallium Dieses Verfahren ermöglicht es zwar, auf die Herbei einer Temperatur von 500 bis 800° C eine stellung einzelner sehr feiner Fäden des einen AusSchicht aus galiitlmreichen Vanadium-Gallium-Ver- gwigselements der supraleitfähigen Verbindung zu

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verzichten, indem man beide Ausgangsmaterialien läufer oder Rohling wenigstens einen Verslärkungszusammen unter Querschnittsverringerung beairbeiten faden, der durch das geschmolzene Material nicht kann es hat jedoch insbesondere den Nachteil, daß entfernt wird und der auch in dem fertigen Supraleider fertige Supraleiter wegen des noch vorhandenen ter vorliegt. Dies erhöht die Festigkeit des fertigen Matrixmaterials einen relativ geringen wirksamen, 5 Supraleiters und wirkt jeglicher Sprödigkeit entgegen, d h supraleitfähigen, Querschnitt besitzt. wie sie bei der supraleitenden Verbindung auftritt.

Wenn auch die obigen Methoden und Nachteile Das Verstärkungsmaterial kann aus wenigstens teilweise speziell unter Bezugnahme auf die Herstel- einem Faden aus einem Material gebildet sein, der lung von Nb.Sn beschrieben worden sind, so begeg- mit dem geschmolzenen Material nicht reagiert, z. B. fret man ihnen doch allgemein bei der Herstellung io aus rostfreiem Stahl, sofern dieses Material geeignet der meisten supraleitfähigen intermetallischen Ver- ist; auch kann dieser Faden vor Angriff durch das bindumgen, so daß die Erfindung, wenn sie auch sich geschmolzene Material dadurch geschützt sein, daß insbesondere mit der Herstellung von Nb,Sn befaßt, er in den Faden eingeschlossen wird, der das erste einen beträchtlich größeren Rahmen unter den ande- der Elemente bildet. Alternativ kann wenigstens ein ren supraleitfähigen intermetallischen Verbindungen 15 Verstärkungsfaden vorgesehen werden, und zwar als Jj₆₈Jt₂₁ entsprechender Strang in einem Kabel, das den zuAufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der sammengesetzten Rohling oder Verbundrohling aufeingangs genannten Art zu schaffen, das es ermög- weist. Es werden nunmehr eine bevorzugte Ausfühlicht, Supraleiter mit einem großen wirksamen Quer- rungsform der Erfindung sowie zahlreiche mögliche schnitt zu schaffen, ohne daß es erforderlich ist, das *> Alternativen beschrieben.

eine Ausgangselement der supraleitfähigen Verbin- Diese Ausführungsform wird in bezug auf die sudung zunächst für sich allein in Form von sehr feinen praleitende Verbindung Nb₃Sn beschrieben; es wird Drähten herstellen zu müssen. zunächst ein Verbundrohling hergestellt, der aus

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 an- einem Matrixmaterial besteht, das eine Vielzahl von

gegebene Erfindung gelöst. »S Fäden enthält, die jeweils aus Niob bestehen. Der

Durch diese Ausgestaltung des Verfahrens ist es Verbundrohling muß angenähert die korrekten Endnämliich möglich, einerseits den Verbundrohling mit abmessungen des endgültigen Supraleiters haben, so relativ einfachen Verfahren im Querschnitt zu verrin- daß als Matrixmaterial ein dehnbares oder duktiles gern, wodurch auch der Querschnitt des bzw. der Metall gewählt wird, das mit Niob zusammenverardarin enthaltenen Fadens bzw. Fäden verringert 30 beitet werden kann, d.h. ein Metall also, das eine wird wobei das Matrixmaterial die Fäden trägt und ähnliche Bruchfestigkeit und ähnliche Kaltverarbeieine leichtere Behandlung derselben ermöglicht, und tungseigenschaften hat. Es wurde festgestellt, daß ein andererseits kann man die Menge des Matrixmate- geeignetes Metall Kupfer oder Kupferlegierungen rials in einfacher Weise so bemessen, daß man einen sind; selbstverständlich könnten auch andere Mateoptimalen supraleitfähigen Querschnittsanteil des 35 riaiien wie Nickel oder Aluminium geeignet sein, die fertigen Supraleiters enthält. sich mit Niob verarbeiten lassen. Es wird dement-

Das Miteinanderreagieren der Elemente zur Er- sprechend eine Extrusionsbüchse aus Kupfer mit

zeugung der supraleitenden Verbindung kann entwe- einer Niobstange zu einer Einheit vereinigt, die dann

der in dem geschmolzenen Material oder in e'.nem vorzugsweise nach dem Evakuieren geschlossen und

Dampf dieses Materials, oder nach dem Austreten 40 anschließend zwischen Raumtemperatur und 900° C

dieses Fadens aus dem geschmolzenen bzw. dampf- extrudiert wird, um eine mit Kupfer plattierte oder

förmigen Material in diese Substanz durchgeführt mit Kupfer beschichtete Niobstange zu erhalten,

werden. Diese Stange wird durch eine Folge von Ziehsteinen

Vorzugsweise läßt man den Rohling in ein ge- gezogen, um einen kupferplattierten Stab zu erhalten,

schmolzenes Material gehen, welches die restlichen 45 Der kupferplattierte Stab wird dann in beispiels-

Elemente enthält, um das Matrixmaterial aus diesen weise 61 Einzelstücke geschnitten, die miteinander in

Fäden durch Auflösung zu entfernen, in welchem einer weiteren aus Kupfer bestehenden Extrusions-

Falle der Schmelzpunkt dieses Fadens höher sein büchse zusammengestellt werden, welcLn anschlie-

muß als die Temperatur des geschmolzenen Mate- ßend evakuiert und verschlossen wird, wobei die so

Ji₃]S_- 30 gebildete Einheit bei Raumtemperatur bis 900⁰C

Bei Anwendung der Erfindung wird der normaler- durch eine weite Reihe von Ziehsteinen oder Düsen

weise zerbrechliche Faden oder werden solche Fäden gezogen wird, um den Durchmesser jedes Niobfadens

eines Elements der Verbindung, z. B. Niob, innerhalb auf etwa 10 μΐη zu reduzieren,

eines Matrixmaterials gestützt und geschützt, und Die vorbeschriebene Folge aus Zusammenverar-

zwar bis zum Eintauchen in das geschmolzene oder 55 beiten, Schneiden, Zusammenstellen und weiterem

dampfförmige Material, woraufhin das Matrixmate- Bearbeiten kann je nach Bedarf häufig wiederholt

rial entfernt und unmittelbar durch eine Substanz aus werden, wobei der Bearbeitungsgrad so variiert wird,

dem geschmolzenen Material ersetzt wird, die dann daß der erforderliche Verbundrohling erhalten wird,

dem Faden oder den Fäden Schutz und Stütze bietet bei dem in einer Kupfermatrix die erforderliche An-

und das andere Element oder die anderen Elemente 60 zahl von Niobfäden eingebettet ist, die jeweils den

liefert, die zur Bildung der intermetallischen Verbin- erforderlichen Durchmesser haben. Ein typischer

dung notwendig sind. Die Bedingungen für das ge- Verbundrohling besteht aus einem Kupferdraht mit

schmolzene Material können so sein, daß gleichzeitig einem Durchmesser von 250 pm, der 61 Niobfäden

die intermetallische Verbindung gebildet wird, ob- mit einem Durchmesser von 10 μΐη jeweils enthält

wohl man größere Effizienz erhalten könnte, wenn «5 Der Verbundrohling oder ein zusammengesetztes

das gegenseitige miteinander Reagieren dieser EIe- Kabel, das aus vielen Strängen des Verbundrohlings

mente aufeinanderfolgend durchgeführt wird. besteht, wandert dann durch ein Bad aus geschmol-

Vorzugsweise besitzt der zusammengesetzte Vor- zenem Zinn, das vorzugsweise bei etwa 500⁰C ge-

hauen wird - auch andere Texturen bei «Jenen Zinn geschmolzen ist reichen aus - J^ed«*». schnitt des Rohlings für etwa 5 Minuten dem bevor zugten Temperaturbad ausgesetzt wird Be ι dieer Temperatur löst das Zinn schnell das Kupferrnatnx material weg, hat jedoch nur geringen Einfluß au£ die Niobfäden innerhalb der Matrix, so daß die Niobfarien kurzzeitig durch d^ geschmolzene ™_a ^d _{ldtend is}, _{Dies kann} Vorteile gemäß nachfolgenρ _Beschreibung haben.

der _{e Warmebehand}lungen des Supraleiters zur bina ^ _{wird der} ^ _ergebend_e

JJ ^ _{um dJe dünne zinnlage zu ver}f_e-

8 _{ischen den N}b₃Sn-Lagen mit oder

zentralkerne _{aus Niob ver}bleibt so daß dann

^{ί i StÜttriÄ aUS 8}

^^S^^*^^ » ™° ^{ίη einer StÜtZmatriÄ aUS 8}

geschmolzenem Zinn um jeden FadentajWJ Betrachtet man den hergestellten Supraleiter so

gen, wobei die Oberflächenspannung zwischenden β Zinnmatrix für das Zusammenhalten der

Zinnlagen die Niobfäden zu «°^er ..{£^m?J2S supraleitenden Fäden und gibt diesen Schutz und d nzieht die 1"8^e»«*?" ¹J^E ₁₅ wirkt weiterhin als Wärmeabzug, sollte Warme bei-

«5 * . _Fluxsprüngen während der Benutzung

sp _{ß bd kryogenen} Temperaturen auftre-

V ^ ^ _&^ _dafür ^^^ Strome um ir-

ι Normalbereiche eines spezieUen Supra-

rechterhaltung der gj^er gⁿ vorbeizuführen, da es eine größere elek-

unterstützt, wobei man eine T^^SSSSto trische Leitfähigkeit hat als die Verbindung Nb₃Sn, nung erhält, die für bestimmte Anwendungsgemete _{ltt iht eupra}ieitend ist

vorteilhaft ist. _werde_

Die mit Zinn beschichteten Nwbfaden wenden dann einer Temperatur von etwa 870 bis 900 C in einem weiteren Zinnbad für etwa 5 Minuten_; ausge »5 seut, um eine Interdiffusion ^^"^tffisdhe

dem Niob ^_TU ^br^irk^"flTer GraTde Um-Verbindung NbAiι*.. erhalter. DerOrad ^^

Zinnlagen die Niobfäden zu «°^r ..{£ Ordnung zusammenzieht, die 1"8^e»«*?" J^ mit der Anordnung ist, wie sie im RohJing^vorg Es ist vorteilhaft, den V«bundn>hhng vor dem Durchlauf durch das geschmolzene Zinnbad zu ver drillen oder verzwirnen. Hierdurch wird die> AMi rechterhaltung der Fadenordnung, im· Vg^er üt bei man eine T^ trische Leitfähigkeit hat als die

_{letztMe nicht eupra}ieitend ist _Für elektrischen Schutz und fur die Erhöhung der _{der Zusammensetzung} oder des Verbund_{die Q art von etwas} gutem normagP^ _erwünscht. _Dies läßt sich auf verschiedene Weise erreichen:

_a) der umgesetzte Verbundkörper kann durch ein a) flw ^g ₀,_{zenem Kupf} Aluminium

„,

^AtT 'J^eren ^"ⁱⁿ ^¹¹⁵"⁸" ^{Weise 8 wer}"

_kömendle

sobald eenüeend Kupfer von dem R Bedarfsfall kann die Bronze oder jeg

fsraÄ

dem geschmolzenen Zinn fur eine wichtsphasenzusammensetzung

iistss

C gehalten wild. Dieses ltat das

H _ν^_ηό ^ _Sn geliefert, d,e entweder™ de.

äs

ÄTSÄ

von Nb,Sn erhalten werden. Zusätzlich bleibt zw Verbindung Nb_eSn_? gebildet,

sehen dim Nb₃Sn und dem Zinn eine dünne Setacht ^ _{Verbindung reduziert somit}

aus Nb₆Sn₅, die nicht supraleitend ist bei den uoi elektnscr 409548Λ»·

Verbindung zwischen einem Faden und dem nächsten und unterstützt dadurch die Reduktion von Wirbelströmen innerhalb des Supraleiters. Mit besonderer Relevanz zum letzteren Punkt der Wirbelstromminderung können die supraleitenden Fäden um die Achse des Supraleiters verdrillt werden, wie es beispielsweise in Her britischen Patentschrift 1 205 130 beschrieben ist, wobei die Lage jedes Nb₃Sn-Fadens durch die entsprechende Lage des Niobfadens im Verbundrohling festgelegt wird. Das Verdrillen oder Verzwirnen der Fäden unterstützt die Kontrolle der Niobfäden innerhalb des Zinnbads, in dem übermäßige Drift zwischen unterschiedlichen Fäden verhindert wird. Ein überraschendes Merkmal der Erfindung liegt in der Weise, wie das Driften der Fäden im kurzzeitigen ungestützten Zustand innerhalb des Zinnbads durch die Oberflächenspannungskräfte beim Entfernen des Supraleiters aus dem Bad kompensiert wird. Diese Kräfte ziehen die Fäden aufeinander zu, wobei diese eine Ordnung annehmen, die ao erheblich nahe zu der ursprünglichen Ordnung liegt. Es ergibt sich somit ein niedriges Verhältnis von Matrixvolumen zu Supraleitervolumen. Dies ist in der Querschnittszeichnung verdeutlicht, die 61 Niobfäden zeigt, die sich in einer Zinnmatrix befinden, wo- as bei die Grenzschicht jedes Niobfaclens durch geeignete Wärmebehandlung in Nb₃Sn umgewandelt worden ist. Gerade noch sichtbar befindet sich unmittelbar neben den Rändern der Zintimatrix eine sehr dünne Schicht aus der Verbindung Nb₆Sn₅. Man ersieht ohne Schwierigkeit, daß die Niobfäden in einer sehr gleichförmigen geometrischen Ordnung liegen, und zwar trotz der Tatsache, daß nach der Herstellung des Rohlings mit der Niobfadenlage in derselben Ordnung die Fäden durch das Zinnbad hindurchgeführt worden sind und die ursprüngliche Kupfermatrix durch das Zinn ersetzt worden ist.

Als Alternative zur Verwendung von Kupfer als ursprüngliches Stützmaterial für das Niob kann Silber oder Nickel verwendet werden. Obwohl Silber teurer ist als Kupfer, hat es den Vorteil, daß es sich nicht in einem solchen Ausmaß wie Kupfer im Niob löst. Dieses Lösen des Trägers in Niob führt zu einer Verminderung der Endleistung des Supraleiters und sollte daher so weit als möglich auf ein Minimum reduziert werden. Kupfer hat eine Löslichkeit in Niob bei 20° C von 3 Atomprozent, während Silber keine wesentliche Lösbarkeit bis zu 1700° C hat.

Die Zugfestigkeit von reinem Silber beträgt etwa die Hälfte derjenigen von reinem Kupfer, kann jedoch auf die gleiche Höhe wie diejenige von Kupfer durch Zugabe von 5 Gewichtsprozent Kupfer gebracht werden. Der Schmelzpunkt dieser Legierung liegt bei 890° C. Es k?nn daher die Verträglichkeit mit Niob in bezug auf die Verformung und den Fluß unter Verwendung von Silberlegierungen herbeigeführt werden. Wenn diese Kupfermenge sich insoweit als nachteilig erweist, daß Kupfer weiter noch in Lösung geht in der Nb₃Sn-Verbindung, kann man die Zugfestigkeit des Silbers dadurch auf diejenige von Kupfer bringen, daß man Materialien hinzufügt, die eine chemische Affinität mit Nb₃Sn haben, jedoch keine störenden Effekte, wie z. B. Pb und In oder Al. Silber kann dadurch mechanisch verträglich mit Nb gemacht werden, daß man entweder 2,5 Atomprozent PbO, 10 Atomprozent Al oder 10 Atomprozent In zugibt.

Zugfestigkeit · 0,07	Legierung
kg/'im¹	Atomprozent
20000	99,99 Ag
40 000	95Ag+5Cu
38 000	99,99 Cu
37 000	Ag + 2,5 PbO
39 000	Ag+ 10 In
41000	Ag+ 10 Al

Die Hauptbeschreibung war auf die Herstellung eines Supraleiters aus Nb₃Sn gerichtet. Zwar werden die Hauptvorzüge der Erfindung insbesondere bei Nb₃Sn deutlich, jedoch kann die Erfindung wegen der Weichheit des Zinns und der Schwierigkeit seiner Eingrenzung während der gemeinsamen Verarbeitung und der Wärmebehandlung auch bei der Herstellung anderer supraleitender intermetallischer Verbindungen angewendet werden. Ein Beispiel ist die Herstellung von Nb₃Al, bei der die Niobfäden in der vorbeschriebenen Weise in einem Rohling mit einer Kupfermatrix hergestellt werden und der Rohling dann durch ein geschmolzenes Bad aus Aluminium geführt wird. Weitere Beispiele sinu die Herstellung von:

Nb-Al-Ge unter Verwendung von Niobfäden und einem Bad aus Al und Ge,

V₃Si unter Verwendung von Vanadiumfäden und einem Bad aus Silicium oder Siliciumlegiening, z. B. Cu-Si-.

Ein besonderer Vorteil dieser Technik besteht darin, daß die Badzusammensetzung variiert werden kann, um unterschiedliche Zusammensetzungen von A15 Kristallarten zu erzeugen, wie sie auf S. 333 der »International Tables for X-Ray Criystauography«, Band 1 (1952), definiert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch«:

1. Verfahren zur Herstellung eine« Supraleiters, der aus einer supraleitenden intermetailisehen Verbindung aus mindestens zwei Elementen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Verbundronling herstellt, der wenigstens einen Faden aufweist,, der aus mindestens einem der Elemente besteht und in ein Matrixmaterial eingebettet ist und durch dieses gestützt wird, daß man den Rohling Jn ein geschmolzenes Material oder einen Dampf fuhrt, worin der Rest der Elemente enthalten ist, um wenigstens einen Teil des Matrixmaterials zu entfernen und durch den Rest der Elemente zu ersetzen, und daß man diese Elemente zur Bildung der intermetallischen Verbindung miteinander umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- »ο kennzeichnet, daß man den Umsetzungsschriit tür Herstellung, eier supraleitenden Verbindung in dem geschmolzenen Material oder in einem Dampf aus diesem Material durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- as kennzeichnet, daß man den Schritt der Umsetzung der Elemente zur Bildung der Verbindung nach dem Austritt des Fadens aus dem geschmolzenen oder dampfförmigen Material vornimmt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, d:<ß die Temperatur des geschmolzenen Materials unter dem Schmelzpunkt des Materials des Fadens liegt.

5. Verfahren nach einen, der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling wenigstens einen Verstärkungsfaden enthält, der nicht in dem geschmolzenen oder dampfförmigen Material lösbar ist und der auch im endgültigen Supraleiter vorliegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial von wenigstens einem Faden eines Materials gebildet ist, das mit dem geschmolzenen oder dampfförtnigen Material nicht reagiert, oder von wenigfctens einem Faden, der mit einem Material überdeckt ist, das mit dem flüssigen oder dampfförmigen Material nicht reagiert.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling aus einem Matrixmaterial aus Kupfer, Silber, Nickel oder Aluminium und die Fäden 6us Niob gebildet sind und der Rest der Elemente aus Zinn, Aluminium oder Aluminium Und Germanium gewählt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling aus einem Matrixmaterial aus Kupfer, Silber, Nickel oder Aluminium oder einer Legierung auf der Basis dieser Elemente und die Fäden aus Vanadium geformt werden und der Rest der Elemente Silicium in Form von Silicium oder einer Siliciumlegierung, insbesondere einer Kupfer-Siliciumlegierung vorliegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden vor der eigentlichen Behandlung um die Achse des Supraleiters verdrillt werden.

JO. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die NiobfHden in einer MaMx aus Kupfer oder Silber oder einer Legierung hiervon durch ein Bad aus geschmolzenem Zinn bei einer Temperatur von etwa 500° C für eine Zeitspanne von etwa 5 Minuten geführt und dann aus dem Bad entfernt und in einem weiteren Bad für eine Zeitspanne von etwa 5 Minuten in einem Temperaturbereich von etwa 870 bis 950⁰C wärmebehandelt werden.

11. Verfahren nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Niobfäden in einer Matrix

' aus Kupfer oder Silber oder einer Legierung hiervon in ein Bad aus geschmolzenem Zinn bei einer Temperatur von 950° C für eine Zeitspanne über 5 Minuten hinaus geführt werden.

12. Verfahren nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Niobfäden in einer Kupfermatrix durch ein erstes Bad aus geschmolzenem Zinn bei einer Temperatur von 800° C und dann durch ein zweites Bad mit einer Temperatur von etwa 950° C geführt werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der umgesetzte Verbundkörper durch ein Bad aus geschmolzenem Kupfer, Aluminium oder Silber oder einer geschmolzenen Legierung hiervon geführt wird, um eine Lage aus gutem normalem Leiter auf dem Verbundkörper zu bilden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aus dem wenigstens einen Element einen Durchmesser von angenähert 10 Mikron haben.