DE2339525A1

DE2339525A1 - Supraleiter und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2339525A1
Application number: DE19732339525
Authority: DE
Inventors: Derek Armstrong; John Philip Charlesw Jacaranda; Peter Emil Madsen
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1972-08-04
Filing date: 1973-08-03
Publication date: 1974-02-21
Also published as: FR2195090B1; GB1394724A; FR2195090A1; DE2339525C2; NL7310798A; CH590562A5; US4094060A; JPS5827602B2; JPS4946886A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602 45

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf, 8 München 86, P. O. Box 86 02 45

Ihr Zeichen Your ref.

Unser Zeichen Our ref..

8MÜNCHEN80 3. AI)G. 19/J

MauerkircherstraSe 45

Anwaltsakte 24 248

Uniteά.Kingdom Atomic Energy Authority London/Großbritannien —?

Supraleiter und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Supraleiter und Verfahren zu dessen Herstellung, bei welchem ein Verbundmaterial

VII/XX/Ktz

403808/0890

(0811) 98 82 72 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Banken: Bayerische Vereinsbank München 453 100

98 70 43 TELEX: 05 24 560 BERG d Hypo-Bank München 389 2623

98 33 10 Postscheck München 653 43 -808

im wesentlichen aus einem Trägermaterial und mindestens einem Element gebildet ist, welches, wenn es mit einem Ausgangsmaterial in Kontakt gebracht und warm behandelt ist, mit dem Ausgangsmaterial reagiert, um eine supraleitende Verbindung zu bilden, bei welchem das Verbundmaterial und das Ausgangsmaterial zusammen mit einem Metall, welches zum Stabilisieren vorgesehen ist, zueinheitlicher Struktur gebildet werden und bei welchem die einheitliche Struktur warm behandelt wird, um eine Pestkörperreaktion zwischen dem Ausgangsmaterial und dem Element oder den Elementen zur Schaffung einer Supraleiterverbindung zu bewirken, wobei die 'Warmbehandlungstemperatur so gesteuert ist, daß ein Schmelzen des Verbundmaterials bei Kontakt mit dem Ausgangsmaterial in irgendeiner Stufe während der Reaktion vermieden ist.

Mit Supraleiter ist ein Teil bezeichnet, welches eine Supraleitfähigkeit aufweist, wenit seine Temperatur unter die kritische Temperatur abgesenkt ist. Besonders interessante Materialien auf diesem Gebiet sind solche, die vergleichsweise hohe kritische Temperaturen und vergleichsweise hohe kritische Magnetfelder aufweisen, solche Materialien sind Verbindungen mit einem AI5 Kristallaufbau mit der allgemeinen Formel A₅JB, wobei A Niob oder Vanadium aufweist und B eines oder mehrere der Elemente Aluminium, Gallium, Indium,

Silizium, Germanium und Zinn aufweist.

409808/0890 - 3 -

1339525

In der Anmeldung P 2052323.3 (britische Patentanmeldung Nr. 52 623/69) ist ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Supraleiters beschrieben,^ welches die Bildung der geforderten Endgröße und -form des Supraleiters durch einen einfachen mechanischen Formvorgang erlaubt, der gleichzeitig mit allen Bestandteilen angewandt wird, welche bei der Herstellung verwendet sind. Insbesondere ist gemäß der Erfindung in der vorerwähnten Patentanmeldung ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters geschaffen, bei welchem eine Legierung gebildet ist, die im wesentlichen ein Trägermaterial und mindestens ein Element aus der Gruppe Aluminium, Gallium, Indium, Silizium, Germanium und Zinn aufweist; die Legierung wird mit einem Basis- bzw. Ausgangsmaterial in Kontakt gebracht, das im wesentlichen aus Niob oder Vanadium besteht, und warm behandelt , um eine Festkörperreaktion bzw. eine Reaktion in festem Zustand zwischen dem Mob oder Vanadium und dem Element oder den Elementen aus der vorerwähnten Gruppe zu bewirken, um damit eine supraleitende Verbindung zu schaffen; das Trägermaterial ist hierbei so gewählt,-daß es im wesentlichen nicht mit dem Basis- oder Ausgangsmaterial bei der Warmbehandlung reagiert 5 die Temperatur der Warmbehandlung ist so gesteuert, daß ein Schmelzen der Legierung-in irgendeiner Stufe während der Reaktion vermieden ist.

-A-409808/0890

Die vorliegende Erfindung betrifft die Stabilisierung des nach diesem Verfahren hergestellten Supraleiters.

Unter Stabilisierung wird hierbei die Vermeidung oder Verbesserung von unerwünschten Wirkungen aufgrund einer plötzlichen unvorhergesehenen Bewegung des magnetischen •Flusses, was als "FlußSprünge" bekannt ist, in dem Supraleiter verstanden.' Die Erfindung betrifft die Kombination von zwei Stabilisierungsverfahren in demselben Supraleiter, die als "Endlosfaden-Stabilisierung", bei welcher der Supraleiter in Form von vielen feinen Endlosfäden in einer normalleitenden Grundmasse vorhanden ist, und als: "dynamische Stabilisierung" bekannt sind, bei welcher ein Anteil von normalleitender Grundmasse in Form eines Materials mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise reines Kupfer, vorhanden

ist. .

'-■_ '■—? . jo

Das in der vorerwähnten Patentanmeldung beschriebene Verfahren ist be-sonders geeignet zur Herstellung vieler feiner supraleitender Endlosfäden in einer Grundmasse aus normalem Material. Das so gebildete, normale Material

und

ist aber eine Legierung/nicht ein reines Metall. Im allgemeinen ist es praktisch nicht durchführbar, die Ausgangs-

4 0 980 6/.0.8 90

-MT-

zusammensetzung und die Reaktionsbedingungen so einzustellen, daß die Grundlegierung den geforderten Wert an elektrischer Leitfähigkeit für eine dynamische Stabilisierung hat (d.h. einen spezifischen Widerstand von etwa 10 äci).

Mit verformbaren Endlosfaden-Supraleitern, beispielsweise Hiobr-Titanlegierungen, können die in eine reine Kupfergrundmasse eingebetteten Supraleiter hergestellt werden, da keine nennenswerte Grenz- oder Zwischendiffusion bei den Warmbehandlungstemperaturen auftritt, die erforderlich sind, um ein Optimum an kritsehen Strömen zu erhalten (300 - 400°C). Bei mit dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellten A15-Halbleitern will aber das B-Element aus dem Verbundmaterial schnell in das Kupfer diffundieren. Dies hat aber den Nachteil, daß sich die Bildung einer Verbindung der allgemeinen Formal' A^B verlangsamt und eine -EEirkendall-Porö sit at in dem Verbundmaterial hervorruft, was sehr nachteilig ist, da hierdurch der Widerstand des Kupfers auf einen für Gleichstromstabilisierung unzulässig hohen Wert ansteigt.

Eine Methode, diese DiffusionsSchwierigkeit zu beseitigen, besteht darin, das reine Metall (beispielsweise Kupfer) in dem Verbundmaterial nach der Α,Β-Beaktion bei demselben

- 6 4Ü98GÖ/ÖÖ9Ö

Verfahren anzuwenden, welches bei Zimmer- oder niedrigen "Temperaturen, beispielsweise durch elektrolytische Abscheidung durchgeführt werden kann. Elektrolytische Abscheidungen oder Niederschläge haben aber bekanntlich hohe spezifische Widerstände, die nicht durch Glühen oder Anlassen bei niedriger Temperatur abgebaut oder beseitigt v/erden. Auch gibt es viele Anwendungsmöglichkeiten für Supraleiter mit vielen Endlosfäden, wobei die Drähte schärfer gebogen werden müssen als es bei umgesetztem Material möglich ist. In diesen Fällen kann das Verbundmaterial reagieren, nachdem die Spule gewiekelt worden . · ist, wenn das Kupfer oder ein anderes reines Metall vor einer Diffusion von Verunreinigungen geschützt werden kann.

Die Erfindung schafft daher ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters, bei welchem ein Verbundmaterial im wesentlichen aus einem Trägermaterial (wie es hier bezeichnet wird) und zumindest einem Element gebildet ist, welches, wenn es mit einem Basis- oder Ausgangsmaterial in Kontakt gebracht und warm behandelt ist, mit dem Basis- oder Ausgangsmaterial reagiert, um eine Supraleiterverbindung zu bilden, bei welchem das Verbundmaterial und das Basis- oder Ausgangsmaterial zusammen mit einem Metall, das zum Stabilisieren vorgesehen ist, zu einer

- 7 -4Q9808/ÖÖ9Ö

einheitlichen Struktur geformt werden, bei welchem ein Trenn- oder Zwischenmaterial (wie es hier bezeichnet ist) vorhanden und angeordnet ist, um das Metall vor einem Eindiffundieren eines der anderen Bestandteile zu schützen, und bei welchem die einheitliche Struktur warm behandelt ist, um eine Festkörperreaktion bz\*. eine Reaktion in festem Zustand zv/ischen dem Basisoder Ausgangsmaterial und dem Element oder den Elementen zur Bildung einer supraleitenden Verbindung zu bewirken, wobei die Warmbehandlungstemperatur so gesteuert ist, daß ein Schmelzen des Verbundmaterials bei Kontakt mit dem Basis- oder Ausgangsmaterial in irgendeiner Stufe wahrend der Reaktion verhindert ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters geschaffen, bei welchem ein Supraleiter mit A15-Kristallstruktur mit der-allgemeinen Formal AJB (v/obei A e'in Substratmetall und B eines oder mehrere Elemente ist, welche, wenn sie mit dem Substratmetall A legiert sind, den Supraleiter bilden), dadurch gebildet wird, daß das Metall* A mit einem Trägermaterial, das eines oder mehrere der Elemente B enthält, in Kontakt gebracht und das Metall A und das Trägermaterial warm behandelt wird, um eine Festkörperreaktion zwischen dem Element

- 8 - ■ £09808/0890

- St -

oder den Elementen B raid dem Metall A zu bewirken, um dadurch eine supraleitende Verbindung zu schaffen, bei welchem ein stabilisierendes Metall zur Stabilisierung des Supraleiters vorgesehen ist, und bei -welchem ein Trenn- oder Zwischenmaterial (wie es hier bezeichnet ist) zwischen und in Kontakt mit dem Stabilisierungsmetall und dem Trägermaterial angeordnet ist, um das stabilisierende Metall vor dem Eindiffundieren eines der anderen Bestandteile während der Warmbehandlung zu schützen.

Gemäß einem v/eiteren Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters geschaffen, bei welchen! ein Verbundmaterial im wesentlichen aus einem Trägermaterial (wie es hier bezeichnet ist) und zumindest einem Element aus der Gruppe Aluminium, Gallium, Indium, Silizium, Germanium, Gold, Platin, Antimon, Rhodium, Zirkonium, Palladium, Osmium, ,Ruthenium, Kobalt, Thallium, Blei, Arsen^Y/ismuth, Iridium und Zinn gebildet ist, bei welchem das Verbundmaterial mit einem Basis- oder Ausgangsmaterial, welches im wesentlichen aus Niob besteht, in Kontakt gebracht wird, bei welchem das Verbundmaterial und das Ausgangsoder Basismaterial zusammen mit einem Metall, das zum Stabilisieren vorgesehen ist, zu einer einheitlichen Struktur bzw. einem einheitlichen Aufbau geformt werden,

_ 9 _. 409808/0890

ft" —

bei welchem ein Zwischen- oder Trennmaterial (wie es hier bezeichnet ist) vorhanden und vorgesehen ist, um das Metall vor einem Eindiffunieren einer "der übrigen Komponenten zu schützen, und bei welchem die einheitliche Struktur bzw. der einheitliche Aufbau warm behandelt wird,

um eine Festkörperreaktion bzw. eine Reaktion in festem Zustand zwischen dem Mob und dem Element oder den Elementen aus der Gruppe zur Schaffung einer supraleitenden Verbindung zu bewirken, wobei die Warmbehandlungstemperatur so gesteuert ist, daß ein Schmelzen des Verbundmaterials bei Kontakt mit dem Mob in irgendeiner Stufe während der Reaktion verhindert ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters geschaffen, bei welchem ein Verbundmaterial im wesentlichen aus einem Trägermaterial, (wie es hier bezeichnet ist) und zumindest einem Element aus der'Gruppe Aluminium, Gallium, Indium, Silizium, Germanium, Antimon, Arsen, Beryllium und Zinn gebildet ist, bei welchem das Verbundmaterial mit einem Ausgangs- oder Basismaterial, welches im wesentlichen aus Vanadium besteht, in Kontakt gebracht wird, das Verbundmaterial und das Ausgangs- oder Basismaterial zusammen mit einem Metall, das zum Stabilisieren vorgesehen ist, zu einem einheitlichen Aufbau bzw. einer

- 10 -

409308/089 0

einheitlichen Struktur geformt werden, ein Zwischen-¹ oder Trennmaterial (wie es hier bezeichnet ist) vorhanden und angebracht ist, um das Metall vor einem Eindiffundieren einer der übrigen Bestandteile zu schützen, und bei welchem der einheitliche Aufbau bzw. die einheitliche Struktur warm behandelt wird, um eine Festkörperreaktion zwischen dem Vanadium und dem Element oder den Elementen aus der Gruppe zur Schaffung einer halbleitenden Verbindung zu bewirken, wobei die Warmbehandlungstemperatur so reguliert ist, daß ein Schmelzen des Verbundmaterials bei Kontakt mit dem Vanadium in irgendeiner Stufe während der Reaktion vermieden ist.

Das Trägermaterial besteht im allgemeinen im wesentlichen aus einem Element aus der Gruppe Kupfer, Silber oder Gold j es ist aber eine Auswahl erforderlich, um folgende funktioneile Anforderungen zu erfüllen, durch welche das Trägermaterial bestimmt und gekennzeichnet.jLst:

(1) es sollte mit dem Ausgangs- oder Basismaterial bei der Warmbehandlung im wesentlichen nicht reagieren;

(2) Im Hinblick auf das ausgewählte Element oder die ausgewählten Elemente der vorerwähnten Gruppe und der Konzentration des Elements oder der Elemente in dem Trägermaterial sollte keine unerwünschte Verbindung vorhanden sein, welche

- 11 409808 /0 830

unterhalb des Temperaturbereichs und bei Elementen Konzentrationen gebildet wird, die während der Reaktion vorkommen.

Unter "unerwünschter Verbindung" wird hierbei eine Verbindung verstanden, welche die Bildung.des supraleitenden Materials oder die supraleitenden Eigenschaften der Produktmasse wesentlich störtä

Selbstverständlich ist das Verbündmaterial, das im !■wesentlichen aus einem Trägermaterial und zuminde'steiis einem Element aus der vorerwähnten Gruppe besteht, erwähnt und angeführt, um die Verwendung von Trägermaterialien und/oder das Element oder die Elemente (welche letztlich in festem Zustand mit dem Ausgangsoder Basismaterial zur Bildung einer supraleitenden Verbindung umgesetzt werden) mit oder ohne einem oder ,mehreren anderen Legierungselementen in geringeren Mengen, annehmbare bzw. zulässige Verunreinigungen, Additive oder darin vorhandenen Verdünnungsmitteln einzuschließen. Derartige Legierungselemente, Verunreinigungen, Additive oder Verdünnungsmittel dürfen die Reaktion zwischen dem Basis- oder Ausgangsmaterial und dem Element nicht in unzulässiger Weise beeinflussen, was letztlich mit dem Ausgangsmaterial

- 12 409808/0890

- jHP. -

233952S

-η-

zur Bildung der supraleitenden Verbindung reagiert, und darf keine unzulässigen, schädlichen Einflüsse auf die supraleitenden Eigenschaften der geschaffenen supraleitenden Verbindung haben.

In ähnlicher Weise schließt auch das Ausgangs— oder Basismaterial die Verwendung solcher Materialien mit und ohne zulässige Verunreinigungen, Additiven oder

die

Verdünnungsmitteln ein, die Reaktion zwischen dem Basisoder Grundmaterial und dem Element nicht nachteilig und in unzulässiger Weise beeinflussen, welches schließlich zur Bildung der supraleitenden Verbindung mit dem Ausgangsmaterial reagiert.

Vorzugsweise weist das Verbundmaterial eine feste Lösung des Elementes oder der Elemente der vorerwähnten Gruppe' in dem Trägermaterial auf.

Zwei oder mehrere der Elemente, welche mit dem Ausgangsoder Basismaterial zur Bildung einer supraleitenden Verbindung umgesetzt v/erden, können zusammen in fester Lösung in dem Trägermaterial vorhanden sein. Beispielsweise können Platin und Gold in dem Trägermaterial vorhanden sein, so daß es, wenn es mit Niob (dem Ausgangsoder Basismaterial) umgesetzt wird, die Verbindung Nb^(Pt_n 5Au₀ n) bildet. In ähnlicher Weise können die folgenden supraleitenden Verbindungen mit Niob als

409808/0890 ~ ^ -

Ausgangs- oder Grundmaterial gebildet werrden, indem die entsprechenden Elemente in. dem Trägermaterial des Verbundmäterials vorgesehen sind, nämlich Hb^(AIg R^^eO 2)

.und

Wie in der bereits menrfach erwähnten Patentanmeldung ausgeführt ist, können Additive unter bestimmten Umständen durchaus erwünscht sein. Beispielsweise können bis zu 25 Gew# Tantal in dem Niob eingeschlossen sein und dessen mechanische Eigenschaften erheblich verbessern, ohne daß die supraleitenden Eigenschaften der nach dem vorbeschriebenen Verfahren geschaffenen Verbindung nachteilig beeinflußt werden.

Das Trenn'material ist im allgemeinen ein Material, das im wesentlichen den folgenden Anforderungen genügt:

-Das Trennmaterial sollte""für das'"Element B undurchlässig bzw. dicht sein. Es sollte auch für die anderen Zusätze und Additive zu dem Verbundmaterial sowie für das Trägermaterial undurchlässig sein, wenn diesesisich von dem für die Stabilisierung verwendeten reinen Element unterscheidet. Das Element B und die anderen enthaltenen Elemente sollten vorzugsweise in dem Zwischen- oder Trennmaterial nicht

- 14 409808/0890

löslich sein. Dieser Anforderung ist gedoch genügt, wenn die Elemente eine vernachlässigbare Löslichkeit während der Warmbehandlungen zeigen, d.h. wenn sie während irgendeiner Warmbehandlung, dazwischenliegenden Glüh- oder Tempervorgängen zum Umkristallisieren des Verbundmaterials, während des Reaktionsglühens zum Umwandeln des Elements A in A^B, während irgendeines nachfolgenden Glühvorgangs (beispielsweise zum Beseitigen von Rissen in der Schicht aus dem A^B Material), oder in irgendeinem anderen Verfahrensschritt während der Fertigung undurchlässig sind.

(2) Das Trennmaterial sollte in dem zur Stabilisierung verwendeten Metall (welches im allgemeinen reines Metall ist) unlöslich sein, da, wenn irgendeine nennenswerte Menge im Laufe des Verfahrens gelöst

\ wird, dies den spezifischen Widerstand des reinen ϊ-^:-- Metalls erhöhen würde. „,_>

(3) Das . Trennmaterial sollte ähnliche mechanische Eigenschaften wie das Verbundmaterial und das zur Stabilisierung verwendete reine Metall aufweisen, so daß der aus vielen Endlosfäden zusammengesetzte Verbundstoff hergestellt werden kann. Schwierigkeiten bei der Fertigung ergeben sich, wenn ein Bestandteil sehr viel härter oder weicher

- 15-

409808/0890

als die anderen Bestandteile ist. Ein sehr harter Bestandteil wird nur sehr schwer bzw, kaum verformt und "kann verhindern, daß irgendwelche von ihm eingeschlossene Endlosfäden aus dem Metall A verformt werden. Ein sehr weicher Bestandteil kann verengt bzw. ink Querschnitt vermindert werden, was zu einer Bruchstelle bzw. einem Riß bei Dehnung oder Streckung führt. Einige dieser Schwierigkeiten können durch einen sorgfältigen Aufbau des Verbundstoffes auf ein Minimum herabgesetzt werden. Auf jeden Fall muß natürlich irgendein Brechen oder Reißen in der Trenn- oder Zwischenschicht während der Herstellung vermieden werden. Mehrere schwer schmelzbare Metalle, beispielsweise Wolfram oder Molybdän, welche sonst als Trenn- oder Zwischenmaterialien außerordentlich geeignet wären, sind jedoch bei -, Raumtemperatur spröde* Es kann jedoch sehr reines - Molybdän hergestellt wercfen, we lohe s dann als Trenn- oder Zwischenmaterial verwendet werden könnte, wenn es in entsprechendem Umfang zur Verfügung steht und erhältlich ist. (4) Das Trenn- oder Zwischenmaterial sollte keine ausgedehnten Verbindungsschichten mit dem reinen Metall oder mit Bestandteilendes Verbundmaterials bilden. Im Idealfall sind überhaupt keine Verbindungen an irgendeiner Grenz- oder Übergangsfläche

409808/0800

- 16 -

Trenn- oder Zwischenschicht erwünscht, da sie wahrscheinlich brüchig sind und da Risse bzw. Bruchstellen in den Verbindungen den Wärmefluß durch das Trenn- oder Zwischenmaterial behindern. In der Praxis ist es unwahrscheinlich, daß ein Trenn- oder Zwischenmaterial gefunden wird,, das dieser und allen übrigen an die Trenn- oder Sperrschicht gestellten Anforderungen genügt. Wenn aber die Schicht beispielsweise auf einem zylinderförmigen Träger dünn ist, verlaufen die Risse oder Sprünge sehr wahrscheinlich in radialer Richtung und der Wärmefluß.wird dadurch nicht stark behindert. Bei dickeren,Schichten ist ein solcher radialer Verlauf weniger ausgeprägt und der Wärmefluß würde mehr beeinflußt. Die Reaktionsgeschwindigkeiten des Trenn- oder Zwischenmaterials müssen daher viel --langsamer sein als die des Materials A um die Verbindung A^B zu schaffen. Ein weiterer Grund für diese Forderung ist darin zu sehen, daß wenn die Reaktionsgeschwindigkeit schneller würde, das Verbundmaterial· an dem Element B verarmt sein könnte, bevor sich viel von der Verbindung A^B gebildet hat. (5) Mit Ausnahme einer möglichen weiter unten beschriebenen Ausbildung sollte eine an der Trenn- oder Grenzübergangsfläche gebildete Verbindung nicht ein Hochfeldsupraleiter sein, da der Endlosfaden oder

- 17 409808/Q 8 9 Ö

die Endlosfäden aus der Verbindung A₇B dann vollständig von einem hohlen Zylinder eines Hochfeldsupraleiters umgeben sein würden. Bis das kritische Feld dieser Verbindung überschritten ist, werden die eingeschlossenen Endlosfäden durch diesen Zylinder abgeschirmt und geschützt, und der wirksame Durchmesser der Endlosfäden ist gleich dem des Zylinders. S¹Ur eine solche aus einem solchen zusammengesetzten Supraleiter hergestellte Einrichtung und bei einem Betrieb oberhalb des kritischen Feldes der Trenn- oder Zwischenschichtverbindung (wenn sich die Endlosfäden unabhängig verhalten sollen) können !Instabilitäten auftreten, wenn das Feld unter diesen kritischen Wert kommt.

In einem bevorzugten Verfahren gemäß der Erfindung weist das Trenn- oder Zwischenmaterial Tantal auf.

Bei einem Alternativerfahren gemäß der Erfindung weist das Trenn- oder Zwisehenmaterial dasselbe Material wie das Ausgangs- oder Basismaterial auf, nämlich je nachdem Niob oder Vanadium. In einem Ausführungsbeispiel der Matrix- oder Grundmassenausgestaltung v/erden ein oder mehrere Endlosfäden aus Niob oder Vanadium in Zylindern aus Verbundmaterial eingebettet, welches von dem Trenn-

- 18 409808/0890

oder Zwischenmaterial umschlossen ist, das seinerseits weder, eingebettet oder sonst in Kontakt mit dem zur Stabilisierung verwendeten Metall gebracht ist. Wie oben ausgeführt, werden mit einer solchen Ausgestaltung nach der Formung und der Reaktion die supraleitenden Endlosfäden von einem hohlen zylindrischen Hochfeldsupraleiter umschlossen, der durch eine Umsetzung des B-Metalls in dem Verbundmaterial mit. der Niob- oder Vanadiumtrennoder Zwischenschicht gebildet ist. Dies kann zulässig sein; eine bessere Form und Ausgestaltung kann jedoch erreicht werden, indem die Endlosfäden aus Niob oder Vanadium durch feine Bohren aus Niob oder Vanadium ersetzt werden, die in dem zur Stabilisierung verwendeten Metall eingebettet sind und jeweils in sich einen Kern aus Verbundmaterial aufweisen.

Die Erfindung schafft einen Supraleiter, der nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren hexgestellt ist.

Nachfolgend werden spezielle Herstellungs- und Fertigungsverfahren von supraleitendem Material gemäß der Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wozu auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:

- 19 -

409808/0890

Figur 1 bis 4 und

Figur 6 bis 8 sehematische Querschnittsdarste'llungen verschiedener Matrixausgestaltungen:

Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Figur 4;

Figur 9 und 11schematische Querschnittsdarstellungen

weiterer Matrixausgestaltungen,, in welchen die Trenn- oder Zwischenschicht durch das Metall A selbst gebildet ist; und

Figuren 10 und 12 Schnittdarstellungen entlang der Linien 10-10 und 12-12 in den Figuren 9 bzw. 11.

In einem in der mehrfach erwähnten Patentanmeldung beschriebenen Ausführungsbeispiel werden in einen Block oder einen Barren aus Kupfer-Zinn-Brorize eine Anzahl Löcher gebohrt, in welche Niobstäbe eingesetzt werden. Der Block oder Barren xvird dann gezogen oder strangtgepreßt, um einen langgestreckten Leiter'"aus einer Kupfer-Zinn-Matrix oder -Grundmasse mit einer Anzahl Niob-Endlosfäden zu bilden. Der Leiter wird dann unter genau gesteuerten Bedingungen in besonderer Weise v/arm behandelt, so daß die mit dem Niob in Kontakt gebrachte Bronze nicht schmilzt, jedoch eine Festkörperreaktion zwischen dem Zinn und dem Niob stattfindet, um die Niob-Zinn-(NbJSn)Endlosfäden in der an Zinn verarmten Bronze-Matrix bzw. -Grundmasse zu bilden.

- 20 409808/0890

Nach diesem allgemeinen Herstellungsverfahren wird in den folgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung verfahren, außer daß zum Stabilisieren verwendetes, reines Metall zusammen mit dem Verbundmaterial und dem Ausgangsmaterial (Niob oder Vanadium) mechanisch verarbeitet, und daß ein Trenn- oder Zwischenmaterial zum Schutz des reinen Metalls vor einem Eindiffundieren eines der anderen Bestandteile vorgesehen ist.

Es können die verschiedensten Ausgangsformen verwendet werden, von welchem einige in den anliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Diese zu Darstellungszwecken ausgewählten Formen sind nicht notwendigerweise die besten, um optimale, supraleitende Eigenschaften herzustellen, sondern in ihnen sind nur schematisch verschiedene mögliche Anordnungen von Trenn- oder Schutzmaterialien zwischen dem Verbundmaterial und dem zur Stabilisierung _tverwendeten, reinen Metall dargestellt. 'Die optimale Form muß entsprechend den verwendeten Elementen und der speziellen Anwendung ausgewählt werden, für Vielehe der Supraleiter hergestellt wird. Im allgemeinen würde eine ideale Formgebung auf ein zur Stabilisierung verwendetes, reines Metall hinauslaufen, das über die gesamte Länge des Teils in sehr engem Kontakt mit der supraleitenden Verbindung steht. Dies kann in der

- 21 409808/0890

Praxis nur schwer verwirklicht werden, kann aber mit der in Figur 9 wiedergegebenenForm annähernd erreicht werden, und zwar so wie dargestellt oder durch eine Abwandlung, bei welcher das reine Metall innerhalb der Röhren aus einem Metall, A * die Bronze außerhalb der Röhren angeordnet ist.

In den Zeichnungen ist -das Metall A (Mob oder Vanadium) mit dem Bezugszeichen 11, das Verbundmaterial (Bronze) mit dem Bezugszeichen 12, das Trenn- oder Zwischenmaterial mit dem Bezugszeichen 13 und das zur Stabilisierung verwendete reine Metall mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet. In den Figuren 1 und 2 sind hohle Zylinder aus Trennoder Zwischenmaterial 13 dargestellt, welche Bronze 12 und mit 11 bezeichnete Stäbe aus einem Metall A enthalten, und in einem Block aus reinem Metall eingebettet sind, welcher in diesen Figuren nicht dargestellt ist.

Das Trenn- oder Zwischenmaterial 13 kann einen einzigen Endlosfaden 11 (Figur 1), eine Gruppe von Endlosfäden (Figur 2) oder alle Endlosfäden in dem Verbund (Figur 3) umschließen. In diesen Darstellungen sind die Trennoder Zwischenmaterialien als zylinderförmige Röhren mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt. Wenn die Verformung symmetrisch erfolgt, ist dies ganz offensichtlich die beste geometrische sowie wirtschaftlichste Anordnung

409808/0890

des Trenn- und Zwischenmaterials und wahrscheinlich auch die Anordnung, die am leichtesten hergestellt werden kann. Das wesentliche Merkmal des Trennmaterials ist darin zu sehen, daß es über die gesamte Länge des Leiters oder Drahtes die Bronze 12 vollständig von dem reinen Metall

14 trennt. Dieser zusammengesetzte oder Verbundaufbau kann nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden.

Wenn beispielsweise mit einem großen Block aus reinem Metall, beispielsweise Kupfer begonnen wird, v/erden Löcher in ausreichender Anzahl für alle Endlosfäden gebohrt, wenn das Material verformt wird. Diese Löcher, können dann mit einer Röhre aus Trenn- oder Zwischenmaterial, diese dann mit einer Röhre aus Bronze und diese schließlich mit dem Stab aus einem Metall A (Figur 4) gefüllt werden. Gemäß einem anderen Verfahren können die Löcher, mit Röhren aus Trenn- oder Zwiscbenmetall und mit vorher hergestellten Bronzekernen gefüllt werden, die mehrere Endlosfäden aus dem Metall A (mit und ohne Trenn- oder Grenzschichten) enthalten.

Gemäß einem anderen Verfahren können mehrere dieser Mehrleiter-Endlosfäden in eine Röhre aus Trenn- oder Zwischenmetall eingesetzt werden, und diese Röhre wird dann, möglicherweise zusammen mit anderen ähnlichen Röhren

- 23 409 8 08/0890

mit Stäben oder Drähten aus reinem Metall gebündelt, bevor der zusammengesetzte Aufbau verformt wird, um einen Leiter oder Draht mit der geforderten Endlosfaden-Dicke (Figur 6) zu schaffen. In diesen zusammengesetzten Anordnungen befand sich die Bronze 12 innerhalb der Röhre aus Trenn- oder Zwischenmaterial und das reine ■■ Metall 14 außerhalb. Es ist aber auch die umgekehrte Anordnung möglich, wob'ei sich das reine Metall innerhalb der Röhre aus Trenn- oder Zwischenmaterial und die Bronze zusammen mit den Stäben oder Endlosfäden aus dem Metall A an der Außenseite befindet. In diesem IPaIl kann dann das reine Metall entweder einen Kern in der Mitte des Leiters oder Drahtes (Figur 7) bilden.oder irgendwo in der zusammengesetzten Anordnung, wie in Figur 8 dargestellt, verteilt angeordnet sein. Diese zusammengesetzten Anordnungen können im wesentliehen mittels derselben Einrichtungen hergestellt v/erden, _f wie sie in Verbindung mit den 'Äfibrdnungöh beschrieben sind, in welchen sich die Bronze innerhalb des Trennoder Zwischenmaterials befindet. Sie können wahrscheinlich leichter hergestellt v/erden, als wenn sich das reine Metall außen befindet, da letzteres gewöhnlich der weichste Bestandteil ist, welcher eine gleichmäßige Verformung der zusammengesetzten Anordnung bei Raumtemperatur erschwert. ' .

409808/0890

In der folgenden Tabelle sind die Elemente und ihre wichtigen Eigenschaften im einzelnen angegeben, welche bei der Auswahl eines Trenn- oder Zwischenmaterials für die Herstellung von Niob-Zinn in Betracht gezogen worden sind, v/obei Kupfer-Zinn-Bronze mit Niob-Endlosfäden verwendet ist:

Trenn oder Zwi schenele ment	Maximale Lös lichkeit des Trenn oder Zwischeiiele- ments in Kupfer (^a/o)	Maximale Löslichkeit von Zinn in dem Trenn oder Zwischenelement C /o ;
C	<0,0026 ?	keine Information, wahr scheinlich vernaehlässig bar
Ta	<0,009 ?	keine Information, wahr scheinlich vernaehlässig bar
Mo	vernaehlässigbar	>0,1
W	vernaehlässigbar	vernaehlässigbar
Os -■■	vernaehlässigbar	-..v-_ernachläj3,sigb ar
Re	vernaehlässigbar	vernaehlässigbar
JRu	vernaehlässigbar	keine Information
Nb	0,07 .	vernaehlässigbar

Hf Zr Ce Ir

0,17 0,275

-16

>0,48

keine Information

löslich, Wert nicht bestimmt

0,53 409808/0090 ^keine Information, wahrscheinlich niedrig

0,73 0,8

Tabelle I

(unsicherer Wert) - 25 -

Diese Elemente, die eine geringe Löslichkeit in Kupfer haben (^0,1 ^a/o),lösen im allgemeinen auch vernachlässigbare Mengen von Zinn, während die Elemente mit einer etwas größeren Löslichkeit (0,1 bis 1,0 ^a/o) in Kupfer größere Mengen ( bis zu 17 ^a/o) Zinn lösen. Die Wahl des Trenn- oder Zwischenelements ist beschränkt auf die Elemente mit einer Löslichkeit in Kupfer von weniger als 0,1 ^a/o. Von diesen Elementen scheinen nur Tantal und Niob gute mechanische Eigenschaften zu haben und einigermaßen reichlich vorzukommen. Versuche haben gezeigt, daß Trenn- oder Zwischenmaterialien aus Tantal, um Kupfer von Bronze zu trennen^in Zusammensetzungen eingebracht werden können, die Niob-Endlosfäden enthalten, und das Kupfer vor einem Eindiffundieren von Bestandteilen der Bronze schützen.

Nach der Reaktion zur Bildung von„Niob-Zinn Nb₇Sn wurde

-■-—.- j\s j

kein Zinn in dem Kupfer oder in dem Tantal-Trenn- oder Zwischenmaterial festgestellt. Schichten von intermetallischen Phasen wurden an den Tantal-Grenz- oder Übergangsflächen gefunden. Gegenüber der Bronze wurde bei einer Analyse in der Schicht kein Ta^Sn, sondern eine Dreifachverbindung von 58,7 ^a/o Tantal, 34,3 ^a/o Kupfer und 7,0 ^a/o Zinn festgestellt. Diese Schicht weist nur ungefähr ein Zehntel der Stärke der Nb^Sn-Schicht

409808/0890

um die Endlosfäden auf. In der Kupfer-Tantal-Übergangsfläche wird eine sehr kleine. Menge gebildet; bei einer Analyse größerer Bereiche zeigt sich aber, daß sie annähernd eine Zusammensetzung von Cu~Ta hat.

In weiteren Versuchen wurden nach dem vorbeschriebenen Verfahren supraleitende Kabel mit während der Herstellung gezogenen Tantal-Schichten mit einer Dicke von 7»5 Mikron hergestellt, welche aber trotzdem fortlaufend und nicht unterbrochen sind, sowie in ausreichender Weise als Trenn- oder Zwischenschicht arbeiten.

Bei Verwendung von Zinn mit 6 Atomprozent in Kupfer-Bronze, und 3 Mikron starken Niob-Endlosfäden ist durch •Festkörperreaktion bei 65O°C in 60h eine annehmbare Ausbildung von Nb^Sn-Endlosfäden erreicht worden.

Es hat" sich herausgestellt, daß'ttöch niedrigere Temperaturen verwendet werden können.

Insbesondere können nach dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellte Drähte geschaffen v/erden und sie möglicherweise vor der Wärmebehandlung zur Schaffung der supraleitenden Verbindung zu einer Spule gewickelt v/erden.

- 27 409808/0890

Hierzu können die Drähte vor der Warmbehandlung mit einer schwer schmelzbaren Isolierschicht, wie beispielsweise Aluminium, isoliert v/erden. Hierbei ist es natürlich wichtig, daß ohne Erwärmung des Drahtes eine gleichmäßige Abscheidung und eine gleichmäßige Ablagerung erreicht wird, um so die Bildung der supraleitenden Verbindung einzuleiten. In der Praxis kann dies durch eine' &limmentladungs-Ablagerung bzw. -Ausscheidung mit Hilfe des in der britischen Patentschrift 1 2J?2 254 beschriebenen

Verfahrens erreicht werden.

Da der Bestandteil A der supraleitenden Verbindung AJB ein schwer schmelzbares Metall ist, ist er wahrscheinlich auch ein gutes^ eine Diffusion zwischen der Bronze und dem reinen Metall verhinderndes Zwischenoder Schutzmaterial. Wie oben ausgeführt, sind Trenn— oder Zwischenmaterialien, welche supraleitende Hochfeldverbindungen mit den Bestandteilen der Bronze bilden, in Supraleitern mit vielen Endlosfäden unerwünscht, da die Endlosfäden von einem supraleitenden Zylinder mit viel größerem Durchmesser vollständig umgeben sind, so daß der Vorteil der Unterteilung des Supraleiters in viele feine Endlosfäden größtenteils verloren gegangen ist, bis das kritische Feld dieses Trenn- oder Zwischenmaterials überschritten wird. Die Lage bei Trenn- oder

- 28 409803/0690

Zwischenmaterial aus einem Metall Ά ist ähnlich. In diesem Fall ist das kritische li'eld der Trenn- oder Schutzverbindung natürlich dasselbe wie bei den A^B-Endlosfäden. In einer vorgegebenen Reaktionszeit wird mehr von der Verbindung Α-,Β erzeugt, da die Reaktion an der Trenn- oder Zwischenübergangsfläche ebenso wie an den Endlosfäden vorkommen kann.

die
Wenn eine Zusammensetzung die gesonderten Trennbereiche aus einem Metall A um jeden Bronzestift mit einem einzigen Endlosfaden aus dem Metall A aufweist, ausreichend verformt wird, können die aus den Trennmaterialien bei der Reaktion gebildeten Röhren der Verbindung Α-,Β ausreichend klein gemacht werden, um die notwendige Stabilisierung zu schaffen; hierbei ist aber die Menge der Α,Β-Verbindung geringer als in einem A₇B-Endlosfaden desselben Durchmessers, Die Stäbe oder Endlosfäden aus einem Metall A stellen kein wesentliches Merkmal dieses Supraleit'ets dar j wenn sie weggelassen würden, würde sich ein einfacherer Supraleiter mit_ vielen Endlosfäden ergeben. In diesem Fall werden so viele mit einem Bronzekern versehene Röhren aus dem Material A,. wie in dem endgültigen Supraleiter erforderlich sind, in einem Block aus reinem Metall eingebettet, welches durch Warm- oder Kätfcverarbeitungsverfahren verformt ist, um feine Röhrchen

- 29 ^09808/0890

mit der notwendigen Dünne aus dem Material A herzustellen. Der gesamte Aufbau wird dann eine entsprechende Zeit lang bei einer Reaktionstemperatur erwärmt, um durch die Reaktion des Elements B in der Bronze mit den Röhren aus dem Material A Ringe der Verbindung A^B herzustellen.

Das Ausgangsmaterial ist schematisch in den Figuren 9 und 10 dargestellt. Die genaue Größe, Form sowie die genauen Anordnungen der verschiedenen Teile kann geändert werden, um sie an die Anforderungen bei der Herstellung und an solche Parameter anzupassen, wie beispielsweise den Supraleiter an die Verhältnisse in dem reinen Metall. Das Wesentliche hierbei ist aber, daß in dem Endprodukt nach der Verformung £ine Bronze enthaltende Röhroa in einer Matrix bzw. Grundmasse aus reinem Metall vorhanden sind, eine Festzustandreaktion stattfindet, und nach der Reaktion nichts von dem Material B öder irgendwelche 'andere Bestandteile von der Bronze in das reine Metall eindiffundiert sind. Festkörperreaktjenen sind bei dem Verfahren wesentlich, da sie es ermöglichen, daß die AvB-Phase bei einer niedrigen Temperatur gebildet wird als es im allgemeinen von der flüssigen Phase aus möglich ist; die Eigenschaften der bei diesen niedrigen Temperaturen gebildeten Verbindung A,B sind besser als die der bei einer hohen Temperatur gebildeten Verbindung A^B.

- 30 409808/0890

Unter der Voraussetzung, daß kein Zinn in der Bronze 'am Ende der Reaktion übrigbleibt (d.h. es reines Kupfer ist), so daß keine Porösität vorhanden ist,

und wenn die Dichten von Niob-Zirm Nb₅-Sn und von

3 I

Kupfer Cu 8,92 gm/crn bzw. 8,96 gm/cm^sind, dann ist das maximale Verhältnis (das Volumenverhältnis) von Nb₇-Sn zu Nb₇-Sn plus Cu, das aus<*-Kupfer-Festlösungen erhalten wird, 0,344 bei 798⁰C und 0,387 bei 586°C.

Wenn dies mit den Endlosfäden aus Nb^Sn mit demselben

Nb-,Sn—Volumen verglichen wird, sind die Verhältnisse 3

(die Radienverhältnisse) der Radien der Röhren zu denen der Endlosfäden 1,704 bzw. 1,608. Die Menge an in der Röhre gebildetem Niob-Zinn Nb .,Sn ist dann etv/as zu hoch bewertet worden, da eine kleine Menge (^ /3 ^a/o) an Zinn am Ende der Reaktion in dem Kupfer übrigbleibt.

Es würde ein höherer Gehalt an I)Ib_xSn von den umgesetzten Röhren erhalten, wenn zinnreiche Phasen in der Bronze vorhanden sind, da dann eine Nb^Sn-Bildung durch Zinn erhalten v/erden könnte, das aus diesen Phasen in das ou-Kupfer diffundiert. Solche Bronzen können aber nicht verwendet v/erden, da die Härte und spröde Beschaffenheit der intermetallischen Phasen die Herstellung erschwert. Diese Schwierigkeit kann dadurch umgangen werden, daß ein Vorrat an Zinn in

- 31 -409808/0890

in der Bronze, beispielsweise in Form eines Kerns 15

(Figur 11 und 12) eingebracht ist. BeimTempern kann

sich dann das Zinn unmittelbar in dem Q£-Kupfer lösen oder es sich intermetallische Phasen bilden, welche dann bei längeremTempern von Zinn frei sind. Das Wesentliche hierbei ist, eine Schicht aus o(-Kupfer angrenzend an die Röhre aus Niob zu erhalten, da "bei der Reaktionstemperatur nur das Niob-Zinn Kb₇Sn durch die feste Phase bildet, während sich Nb,-Sn ,- oder RbSn^ vorzugsweise Nb₇Sn bilden würde, wenn die flüssige Phase in Kontakt mit Hiob kommt. Diese Form von Zinnanreicherung ist natürlich nur anwendbar, wenn die Verformung der Proben ohne Wärmebehandlungen dazwischen durchgeführt v/erden kann.

Die Größe der Zinnanreicherung hängt hierbei von der Reaktionstemperatur ab. Wenn ausreichend Zinn vorhanden ist, um sich alles in den Kupfer oder Bronze zu lösen, dann ist die Festkörperreaktion nicht möglich, wenn sich nicht mehr Zinn umgesetzt hat, um xiährend der Erwärmung Nb₇Sn zu bilden. Da die Zusammensetzung der flüssigen Phase sehr reich an Kupfer ist, ergibt dies bei dieser Temp'eratur die obere Grenze der Zinnanreicherung. Diese Zusammensetzungen sind in der '.Tabelle II tabellarisch aufgeführt.

- 32 4098Ö8/Ö89Ö

cc

OC

O OC

OC

co

	Teuro. ⁰C"	Zinnreiche «äf.. 3Fe st— lösung	Vol.-Ver hältnis	Rad.- Ver- hältn	An Zinn	t sehr reiche feste Phase	Rad.-Ver hältnis	An Kupfer sehr reiche flüssige Phase	Vol.-Ver hältnis	Rad.-Ver hältnis
Eigenschaft im Diagramm	798	^a/oSn	0,344	1,704	^a/oSn	Vo!.-Ver hältnis	1,433 .	^a/oSn	0,555	1,567
peritektisch	755	7,7			13,1	0,487	1,543 .	15,5	0,597	1,294
peritektisch	640				16,5	0,554	1,188	19,1	0,826	1,100
monotektxsch	586		0,387 j	2,608	28,0	0,709		43,1
eutektisch	9,1

Tabelle II

VM I

OO OO CO cn ro era

Dies Verfahren der Anreicherung des Bronzekerns mit Hilfe von Vorräten von dem Metall B ist bei einem Bronzesystem anwendbar, vorausgesetzt, daß das Metall B mit der es umgebenden Bronze verformt werden kann.

dies "Röhrsf-Verfahren vorstehend"beschrieben worden ist, ohne daß irgendwelche Stäbe oder Endlosfäden aus dem Material A in den Bohren vorgesehen sind, ist ihr Vorhandensein nicht ausgeschlossen. Allerdings kann die A₇B-Reaktion viel früher beendet sein, wenn sie vorgesehen sind, da mehr Übergangsflächen mit der Bronze vorhanden sind.

Die sogenannte "Röhrad¹-Technik kann, auch in Fällen angewendet werden, wo das schwer schmelzbare Metall A in dem reinen stabilisierenden Metall löslich ist, beispielsweise Vanadium.in Kupfer, wenn ein für beide Materialien undurchdringliches -Slrenn- oder Zwischenmetall zwischen dem schwer schmelzbaren Metall und dem reinen Metall angeordnet ist.

Obwohl die sogenannte "Röhral¹-Technik für viele Röhren aus dem Metall A beschrieben v/orden ist, die in einer Matrix oder einer Grundmasse aus reinem Metall eingebettet sind, kann das Verfahren abgewandelt werden, damit einzelne mit Bronze gefüllte Röhren aus dem

- 35* 409808/0890

- Metall A oder Gruppen solcher Röhren mit Stäben oder Drähten aus reinem Metall gebündelt werden können. Die auf diese V/eise gebildete Anordnung kann dann in der Endgröße durch Verformungsverfahren hergestellt und umgesetzt werden, um die Verbindung A₂B zu bilden. Die Techniken zum Bündeln und Verformen dieser Röhren gleichen den Verfahren zur Schaffung von Bronze-Endlosfäden.

Eine weitere Abwandlung für eine Verwendung eines Supraleiters im Ganzen oder, zum Teil besteht darin, die Matrix oder Grundmasse aus reinem Metall einzusparen und die Löcher für die Bronze unmittelbar in einem Block aus dem schwer schmelzbaren Metall A zu bilden. Bei einer weiteren Abwandlung ist das

'reine Metall zur Stabilisierung in Röhren aus dem Metall A vorgesehen. Ein Bündel derartiger Röhren

fist in" einem Block aus Bronze eingebettet, welcher durch Verformung zu der endgültigen Größe hergestellt und dann warm behandelt wird, damit die Elemente A und B miteinander re agier en^ um die Verbindung A^B zu schaffen.

- Patentansprüche -

- 35 -

4Ö9808/0890

Claims

Patentansprüche

1·/ Verfahren ziir Herstellung eines Supraleiters, bei welchem ein Verbundmaterial im wesentlichen aus einem Trägermaterial und mindestens einem Element gebildet ist, welches, wenn es mit einem Aiisgangsmaterial in Kontakt gebracht und v/arm behandelt ist, mif dem Ausgangsmaterial reagiert, um eine supraleitende Verbindung zu bilden, bei welchem das Verbundmaterial und das Ausgangsmaterial zusammen mit einem Metall, welches zum Stabilisieren vorgesehen ist, zu einheitlicher Struktur gebildet werden und bei welchem die einheitliche Struktur warm behandelt wird, um eine Festkörperreaktion zwischen dem Ausgangsmaterial und dem Element oder den Elementen zur Schaffung einer Supraleiterverbindung zu bewirken, wobei die Warm— behandlungstemperatur so gesteuert ist, daß ein

Schmelzen des Verbundmaterials bei Kontakt mit dem Ausgangsmaterial in irgendeiner Stufe während der Reaktion vermieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischen- oder Trennmaterial (13) vorhanden und angebracht ist, um das Metall (14) vor einem Eindiffundieren eines der übrigen Bestandteile zu schützen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
409808/0890
zeichnet, daß die supraleitende Verbindung eine A15-Kristallstruktur mit der allgemeinen Formel AJB hat, wobei A ein Substratmetall . und B eines oder mehrere Elemente ist, welche, wenn sie mit dem ■ Substratmetall a.·* - A legiert sind, den Supraleiter bilden, und daß das Zwischen- oder Trennmaterial (13) zwischen und in Kontakt mit dem stabilisierenden Metall (14) und dem Trägermaterial (12) angeordnet ist, um das stabilisierende Metall (14) vor einem Eindiffundieren eines der übrigen Bestandteile während der Warmbehandlung zu schützen.
5. Verfahren-nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial (12) im wesentlichen ein Trägermaterial und mindestens ein Clement aus der Gruppe Aluminium, Gallium, Indium, Silizium, Germanium, Gold, Platin, Antimon, Rhodium,

^f Zirkonium, Palladium, Osmium, Ruthenium, Kobalt, Thallium, Blei, Arsen, Wismut, Iridium, und Zinn aufweist, und daß das Ausgangsmaterial (11) im wesentlichen aus Niobium besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das

- 37 409808/0890

-Yl-

Verbundmaterial (12) im wesentlichen aus einem Trägermaterial und zumindest einem Element aus der Gruppe Aluminium, Gallium, Indium, Silizium, Germanium, Antimon, Arsen, Beryllium und Zinn besteht, und daß das Ausgangsmaterial im wesentlichen aus Vanadium besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial (12) eine feste Lösung des Elements oder der Elemente

in dem Trägermaterial auf v/eist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Elemente, welche letztlich mit dem Ausgangsmaterial (11) umgesetzt sind, um die supraleitende Verbindung zu bilden, miteinander in fester Lösung in dem Träger-

* material vorhanden sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das Zwischen- oder Trennmaterial (13) Tantal aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischen- oder

- 38 409808/0890

Trennmaterial (13) dasselbe Material wie das Ausgangs-

material (11) aufweist.
9. Supraleiter, der nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
10.Supraleiter, der im wesentlichen eine einheitliche Grundmassenstruktur mit einem Ausgangsmaterial, einem Trägermaterial,mindestens einem Element, von welchem zumindest ein Teil mit zumindest einem Teil des Ausgangsmaterial zur Schaffung einer supraleitenden Verbindung kombiniert ist, und ein Metall zum Stabilisieren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennmaterial (13) angebracht ist, um das zum Stabilisieren vorgesehene Metall (14) vor dem Eindiffundieren eines der übrigen Bestandteile zu schützen.
11.Supraleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (13) im wesentlichen aus Niobium besteht, und daß das Element oder die Elemente aus der Gruppe Aluminium, Gallium, Indium, Silizium, Germanium, Gold, Platin, Antimon, Rhodium, Zirkonium, Palladium, Osmium, Ruthenium, Kobalt, Thallium, Blei, Arsen, Wismuth, Iridium und Zinn ausgewählt ist oder sind.

409808/0890

- 39
12. Supraleiter nach Anspruch 11, dadurchge kennzeichnet, daß das Zwischen- oder Trennmaterial (13) Niobium oder Tantal aufweist.
13»Supraleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (13) im wesentlichen aus Niobium besteht, und daß das Element oder die Elemente aus der Gruppe Aluminium, Gallium, Indium, Silizium, Germanium, Antimon, Arsen, Beryllium und Zinn ausgewählt ist oder sind.
14. Supraleiter nach Anspruch 13_} dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischen- oder Trennmaterial

(13) Tantal aufweist,
15.Supraleiter nach einem der Ansprüche 10 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß die

, supraleitende Verbindung die Niob-Zinn-Verbindung Nb^Sn und die Grundmasse Kupfer als Trägermaterial zusammen mit etwas nicht umgesetztem Zinn und reinem Kupfer

(14) zum Stabilisieren enthält, welches von den Zinn enthaltenden Bestandteilen durch eine Zwischen- oder Trennschicht (13) aus Niobium oder Tantal getrennt ist.

409808/0890

Leerseite