DE2403665A1

DE2403665A1 - Verfahren zur herstellung von vornehmlich in laengsrichtung ausgedehnten elektrischen leitern mit supraleiter-eigenschaften

Info

Publication number: DE2403665A1
Application number: DE2403665A
Authority: DE
Inventors: Ian Leitch Mcdougall
Original assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Current assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Priority date: 1973-01-26
Filing date: 1974-01-25
Publication date: 1974-09-05
Also published as: CH570025A5; JPS49111595A; FR2215728B3; FR2215728A1

Description

PATENTANWALTSBÜRO TlEDTKE - BüHLIMG - KlNNE 2403665

TEL. (089) 539653-56 TELEX: j£.43-,5 CpJt CA3LE ACCF.ESS: Cermanirpatent München

8000 München

Bavarlarlng4 ₂5. Januar 1974 Postfach 202403

B 5816

Imperial Metal Industries (Kynoch) Limited Birmingham / Großbritannien

Verfahren zur Herstellung von vornehmlich in Längsrichtung ausgedehnten elektrischen Leitern mit Supraleiter-Eigenschaften

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters von länglicher bzw. in Längsrichtung ausgedehnter Form mit zumindest einer Schicht, die bei tiefen Temperaturen (d.h. bei Temperaturen in der Gegend des Siedepunktes von flüssigem Helium, d.i. 4,2⁰K) supraleitende Eigenschaften besitzt und durch eine intermetallische Verbindung aus zumindest zwei Bestandteilen gebildet wird.

Seit etlichen Jahren ist die supraleitende Verbindung Nb^Sn allgemein bekannt, die, wie weiter gefunden wurde, selbst in hohen Magnetfeldern und bei Durchfluß hoher elektrischer Ströme supraleitende Eigenschaften beibehält. Nb^Sn-Supraleiter sind jedoch

(Nö)

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Deutsche Bank (München) Kto. 51/61 070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Pottscheck (München) Kto. 67043-504

hauptsächlich wegen der außerordentlichen Sprödigkeit bzw. Bruchanfälligkeit der Verbindung schwierig zu behandeln bzw. handhaben. Unter der Voraussetzung, daß gewisse Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, können jedoch Nb^Sn enthaltende Leiter behandelt und verwendet werden, ohne daß die mechanische Anfälligkeit ein zu schwierig zu überwindendes Problem ist..Als Problem bleibt dann allerdings noch der Einfluß der Bruchanfälligkeit auf die Wirtschaftlichkeit der Herstellung solcher Leiter bestehen. Diese mechanischen Probleme treten auch bei anderen intermetallischen Supraleiter-Verbindungen wie z.B. Nb,Al und V,Ga auf.

Das Problem der Bruchanfälligkeit während der Fertigung wird daher oft dadurch umgangen, daß man eine die Bildungselemente wie Niob und Zinn enthaltende Anordnung bzw. Zusammensetzung verwendet und den in die endgültige Gestalt gebrachten Leiter einer Wärmebehandlung zur Erzeugung der Verbindung unterwirft, die (für Nb-,Sn) zwischen etwa 900 bis 1000⁰C erfolgt. Dabei ist allerdings zu beachten, daß der Schmelzpunkt von Zinn bei 232 C liegt, so daß das geschmolzene Zinn bei 900⁰C eine außerordentlich reaktive Flüssigkeit ist. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß es für den Leiter üblicherweise nützlich ist, wenn er wesentliche Mengen eines nicht supraleitenden

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Metalls, d.h. eines Metalls enthält, das bei etwa 4,2°K kein Supraleiter ist wie z.B. Kupfer, um so die Stabilisierung oder Standfestigkeit des Leiters zu erreichen oder zu unterstützen, wie allgemein bekannt ist. Bei Wärmebehandlungstemperaturen von 90O⁰C und mehr reagiert nun das Zinn mit jeglichem Kupfer, mit dem es irgendwie in Berührung kommt und bildet dabei niedrigschmelzende eutektische (Kupfer-Zinn) Bronze. In der Praxis wird daher bei der Herstellung einiger Leiter das Stabilisierungskupfer dem Leiter erst nach Beendigung der Vförmebehandlung zur Bildung von Nb^Sn angefügt.

Der Hauptgrund für die Auswahl der Bandform besteht in dem Bestreben, die Beschränkungen infolge der Sprödigkeit der "Verbindung durch Lokalisierung des spröden Supraleitermaterials längs oder nahe der Null- oder neutralen Biegeachse des Komposits zu überwinden. Die Unterlage oder das Substrat ist üblicherweise Niob oder rostfreier Stahl, auf dem das Nb,Sn gebildet wird mit Kupfer auf der Oberfläche zur Stabilisierung.

Die Hauptschwierigkeiten bei den bestehenden Verfahren zur Herstellung von Nb^Sn-Band sind, daß: a) eine sehr enge Kontrolle der chemischen Reaktionen zur Bildung von Nb,Sn notwendig ist, wenn ein ein-

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heitliches Produkt erhalten werden soll; wenn z.B. ein Niobstreifen kontinuierlich durch einen Zinndampf oder verdampfte Zinnverbindungen enthaltenden Ofen geschickt wird, muß die chemische Zusammensetzung und die Temperatur innerhalb enger Bereiche gesteuert werden, wenn Nb,Sn von guter Qualität erhalten werden· soll.

b) Die Bildungsgeschwindigkeit von Nb,S,n ist recht hoch und es wird ein Gefüge großer Körner gebildet. Das führt zu einer Verminderung der kritischen Feldstärke und vor allem zu einer hohen Wahrscheinlichkeit der Bildung von "Oberflächenkerbungen" im Nb,Sn, an denen sich beim Biegen entstehende elastische Spannungen lokalisieren. Der letztere Effekt ist für die geringe kritische Belastbarkeit oder Spannung verantwortlich, die zur Herbeiführung von Fehlern oder Unterbrechungen von Nb,Sn in den in dieser Weise erzeugten Bändern erforderlich ist, die typischerweise bei 0,2 % liegt.

Das Band wird zur Herstellung von Wicklungen in irgendeiner geeigneten Weise verwendet.

Gemäß der Erfindung wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters von länglicher Form der oben genannten Art vorgesehen, das im wesentlichen

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dadurch gekennzeichnet ist, daß man auf einer metallischen Träger- oder Stützfläche:

a) eine Komponente einer möglichen intermetallischen supraleitenden Verbindung;

b) eine Schicht von Stabilisierungsmaterial aus der Gruppe Kupfer, Aluminium, Silber und Gold sowie

c) eine Schicht der restlichen Komponente oder Komponenten der möglichen intermetallischen supraleitenden Verbindung

vorsieht und die Zusammensetzung zur Herbeiführung einer Interdiffusion der besagten Bestandteile zur Erzeugung der intermetallischen supraleitenden Verbindung wärmebehandelt.

Vorzugsweise wird die Stützfläche aus der Gruppe Kupfer, Aluminium, Silber und Gold ausgewählt. Die Schichten (a) und (b) können unter Bildung einer Legierung des Stabilisierungsmaterials mit der einen Komponente der möglichen intermetalliscnen supraleitenden Verbindung kombiniert werden.

Die Oberfläche kann ein Band oder ein Zylinder sein.

Zwischen der Oberfläche und der darauf befindlichen Schicht kann eine Tantalschicht vorgesehen werden. Weitere Tantalschichten können zwischen den Schichten (a) und (b)

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und den Schichten (b) und (c) oder zwischen der Legierung und der Schicht (c) angeordnet sein. Die Legierung kann sich zwischen der Ober- bzw. Stützfläche und der Schicht (c) befinden. Eine weitere Schicht oder weitere Schichten der Art (a) oder der Legierung können vorgesehen werden, wobei jede zusätzliche Schicht von der vorangehenden Schicht durch eine Schicht der Art (c) getrennt ist. Eine Tantalschicht kann zwischen allen aneinander grenzenden Schichten vorgesehen sein. Die Schichten (a), (b) und (c) oder die Schichten aus der Legierung und dem Material (c) und bei Bedarf die Tantalschichten können zu beiden Seiten der Oberfläche (bzw. Stützfläche oder Träger) angeordnet sein.

Die zusammengesetzten Oberflächenschichten können vor der besagten Wärmebehandlung gelängt werden; diese Längung kann bei einer erhöhten Temperatur erfolgen, die niedriger ist als die Temperatur der besagten Wärmebehandlung. Die Schichten können durch Aufwalzen oder Elektroplattieren oder Vakuumabseheidung oder gemeinsames Strangpressen (Ko-extrusion) oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise aufgebracht werden.

Zumindest Teile des nicht supraleitenden Metalls und des bzw. der stärker reaktive(n) Bestandteil(s)

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können als eine Legierung vorhanden sein; in dieser Weise ist der stark reaktive Bestandteil mit dem und im-nicht supraleitenden Metall in direktem Kontakt und die - direkte oder durch eine zwischengeschaltete Tantalschicht vermittelte - Berührung zwischen der Legierung und dem Rest der Konstituenten oder Bildungskomponenten bildet einen Kontakt zwischen den letzteren«und dem hoch reaktiven Bestandteil. Die besagte Wärmebehandlung führt dann zur Diffusion einer gewissen Menge des Gehalts an hoch reaktiven Konstituenten der Legierung in den Rest der Konstituenten unter Erzeugung der intermetallischen supraleitenden Verbindung.

Wenn der stärker reaktive Konstituent oder Bestandteil in der Zusammensetzung oder Anordnung in einer Legierung anwesend ist, wird die Wärmebehandlung zur Herbeiführung der Diffusion vorzugsweise bei einer solchen Temperatur durchgeführt, daß keines der Metalle oder Konstituenten der Anordnung in der flüssigen Phase ist. So wird die Legierung aus dem nicht supraleitenden Metall und dem stärker reaktiven Konstituenten normalerweise einen geringeren Schmelzpunkt besitzen als der Rest der Konstituenten und leicht unterhalb dieser " Temperatur zur Reaktion gebracht werden.

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Das nicht supraleitende Metall ist vorzugsweise Kupfer. Ebenfalls bevorzugt wird Zinn als der stärker reaktive Bestandteil. Wenn eine Legierung aus Kupfer und Zinn zur Anwendung gelangt, enthält diese vorzugsweise bis zu maximal 25 Gew.% Zinn, Rest Kupfer zur Erleichterung der Längung der Zusammensetzung. Für solche Zinngehalte kann die Längung Durchführungstemperaturen von bis zu 8CO⁰C erfordern. Vorzugsweise liegt der maximale Zinngehalt bei 15 Gew.%, wodurch die Längung bei Zimmertemperatur durchgeführt werden kann.

Die Wärmebehandlungstemperatur kann durch Erhöhung des Schmelzpunktes durch Einbau eines legierenden Zusatzes in das nicht supraleitende Metall angehoben werden, der für diesen Zweck geeignet ist und die Diffusion des stärker reaktiven Konstituenten nicht stört. So führt beispielsweise der Einbau von bis zu 25 Gew.!& Nickel in Kupfer oder Kupfer-Zinnlegierungen zu einer Erhöhung des Schmelzpunktes derselben um bis zu etwa 100⁰C. Eine Folgeerscheinung des Einbaus eines solchen legierenden Zusatzes ist, daß der resultierende erhöhte elektrische Widerstand von größerem Nutzen hinsichtlich ^!\ der Verminderung einer Stromverbindung bzw« Flußbrücke .;; zwischen den Schichten des Leiters, wie es beispielsweise in der GB-PS 1 205 130 beschrieben wird, sein kann.

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Der weniger reaktive Bestandteil ist vorzugsweise Niob.

Nachfolgend werden Durchführungsformen der Erfindung als Beispiele unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung beschrieben, die ein zusammengesetztes Band vor der Reaktion in der Perspektive zeigt.

Etliche unterschiedliche Formen der Erfindung können bezugnehmend auf diese Zeichnung beschrieben werden. Gemäß einer ersten Form besteht das Band aus einem Kupfersubstrat 1 mit darauf befindlicher Schicht 2 aus Niob, auf der eine weitere Kupferschicht 3 vorgesehen ist. Eine äußere Schicht 4 aus Zinn ist ebenfalls angefügt. Diese Anordnung oder Zusammensetzung wird hergestellt, indem man ein dickes Kupferband an der Oberfläche chemisch reinigt und dann darauf ein Niobband aufwalzt, dessen ins Spiel kommende Oberfläche ebenfalls chemisch gereinigt wurde. Die Walzverbindung erfolgt bei einer erhöhten Temperatur wie bei 75C bis 9CO°C. Ein weiteres dünneres Kupferband mit elektroplattierter Zinnschicht auf einer Seite wird dann auf der freien Kupferseite chemisch gereinigt und mit der freien Oberfläche der Niobschicht 2 zusammengebracht.

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Diese Anordnung wird erneut bei 200⁰C zusammengewalzt zur Erzeugung der gezeigten Zusammensetzung. Das Band wird dann wärmebehandelt und zwar zu Beginn bei einer Temperatur von 225⁰C zur Herbeiführung einer Diffusion von Zinn in das Kupfer und wenn der Hauptteil so eindiffundiert ist, wird die·Temperatur zur Steigerung der Diffusionsgeschwindigkeit von Zinn durch die Kupferschicht in die Niobschicht erhöht.

Bei einer abgewandelten Form der Erfindung wird Tantal zwischen die Kupferscnicht 1 und die Niobschicht 2 gebracht, um die Diffusion von Zinn durch die Niobschicht hindurch in die untere Kupferschicht 1 zu verhindern. Die Tantalschicht kann durch Walzverbindung aufgebracht werden, wie es oben unter Bezugnahme auf die Herstellung der dargestellten Anordnung beschrieben ist.

Gemäß einer abgewandelten Realisierungsform, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die gleiche Zeichnung beschrieben wird, wobei jedoch die Bedeutung der Bezugszeichen abgehandelt ist, besteht das Band aus einem Kupfersubstrat 1 mit darauf befindlicher Tantalschicht 2, die von einer Schicht 3 aus Bronze mit 10 Gew.% Zinn bedeckt wird und schließlich einer Niobschicht 4. Diese Anordnung wird hergestellt, indem man ein Kupferband herstellt, dessen obere Fläche chemisch reinigt und darauf ein

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passendes Tantalband mit chemisch gereinigten Paßflächen sowie ein Niobband mit ebenfalls chemisch gereinigter Paßfläche aufwalzt. Die Walzverbindung erfolgt bei erhöhter Temperatur wie 750 bis 900⁰C.

Die obere Fläche dieses Vorkörpers wird dann gereinigt und ein gereinigtes Bronzeband wiederum bei einer erhöhten Temperatur zur Erzeugung einer Dreischichtanordnung dann aufgewalzt. Dieser Vorgang wird mit einer Niobschicht als obere Schicht wiederholt zur Erzeugung der in der Zeichnung wiedergegebenen Anordnung. Die Schichten aus Bronze und Niob können auch, wenn erforderlich, durch eine weitere Tantalschicht getrennt sein. Zusätzliche Schichten von Br onze und Niob können bei Bedarf angefügt werden und in ähnlicher Weise können Schichten dem Band von der Unterseite her angefügt werden unter Bildung eines mehrschichtigen Sandwichs. Eine weitere Deckschicht aus Kupfer kann ebenfalls angefügt werden.

Die Sandwichstruktur wird dann bei einer Temperatur von 900⁰C wärmebehandelt und das Zinn diffundiert dabei in das Niob unter Umsetzung zum Nb^Sn. Die Tantalschicht ^* wirkt als Diffusionsschranke, die ein Hindurchwandern von Kupfer verhindert, da Kupfer in Tantal so gut wie unlöslich ist und mithin verhindert die Tantalschicht

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zwischen dem Niob und der Bronze fast vollständig, daß das Niob von Kupfer erreicht wird, sogar bevor eine Schicht von intermetallischem Ta,Sn gebildet wird. Die Diffusionsgeschwindigkeit von Kupfer durch intermetallische Strukturen vom ß-Wolframtyp (z.B. Ta,Sn und Nb-,Sn) ist gering und so findet die nachfolgende Bildung von Nb,Sn ohne merkliche Kupferkontamination statt. Die Bildungsgeschwindigkeit vcn Ta,Sn durch Diffusion von Zinn ist jedoch ähnlich derjenigen der Nb,Sn-Bildung und somit wird das Niob durch eine dünne -Tantalschicht (z.B. 1 jüir) vor Kupferkontamination geschützt ohne bedeutende Verminderung der Geschwindigkeit der Nb,Sn-Bildung.

Zinn kann jedoch durch die Tantal-Diffusionsschranke hindurchwandern, da es die Verbindung Ta,Sn bildet, welche einen Katerialtranspcrt durch die Schranke hindurch ermöglicht. Das Zinn wandert daher in die Niobschicht zur Erzeugung des Nb,Sn. Das Tantal kann auch verhindern, daß Zinn das Stabilisierungskupfer erreicht und dessen elektrische Eigenschaften herabsetzt und zwar durch Ausnutzung des Effekts abnehmender Reaktionsgeschwindigkeit mit der Dicke der Verbindung. So sind zur Bildung einer Ta,Sn-Schicht von 10yum Dicke etwa 160 Stunden bei 70O⁰C erforderlich, d.h. viel längere Zeiten als für die Nb,Sn-Bildung. Eine Tantalschicht von 6 bis 12 /um Dicke wird da-

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her das Stabilisierungskupfer vor einer Kontamination während der Wärmebehandlung des Leiters schützen.

Die Dauer der Wärmebehandlung liegt typischerweise bei,10 bis 20 Stunden, wobei allerdings die genaue Zeit von der anwesenden Menge an Zinn und Niob abhängt. Die Diffusion von Zinn in das Niob erfolgt zu Beginn sehr rasch, sobald jedoch ein Nb^Sn-FiIm auf dem Niob gebildet ist, fällt die Wachstumsgeschwindigkeit des Films exponentiell ab und mithin ist eine gewisse Zeit für den vollständigen Verbrauch des Niobs unter Bildung von Nb^Sn erforderlich. Wegen der Bildung des Nb^Sn-Films wird ein Mehrschicht-Sandwich mit dünnen Niobschichten,die sandwichartig zwischen Bronzeschichten angeordnet sind, bevorzugt.

Der Zinngehalt der Bronze kann je nach Bedarf zwischen 2 und 15 % variieren, wobei höhere Zinngehalte eine kürzere Reaktimsüauer ergeben, aber die Temperatur der Wärmebehandlung wegen der Schmelzprobleme infolge der Absenkung des Schmelzpunktes von Kupfer durch das niedrigschmelzende Zinn beschränken.· Ein typischer Prozentsatz an Zinn in der Bronze liegt zu Beginn bei 10 Gew.%. Wenn die Wärmebehandlungste'ijperatur auf beispielsweise 1000⁰C erhöht werden soll, so sollte die Maximalmenge an Zinn in der Bronze bei

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etwa 2 Gew.% liegen.

Die Erzeugung der supraleitenden Nb^Sn-Verbindung in Form von dünnen Filmen über die Länge und im Zentrum des Bandes bedeutet, daß es relativ leicht ist, das Band ohne Gefahr von Brüchen (beim Zinn) zu biegen. In der Tat ist das Nb^Sn von feinkörniger Struktur mit glatter Grenzfläche in einer Trägermatrix enthalten und mit dieser integral verbunden, wodurch die kritische Fehler- oder Ausfallbelastung solcher Bänder auf bis zu 2 % erhöht wird (verglichen mit 0,2 % für einige Bänder nach dem Stande der Technik). Auch ist die chemische Zusammensetzung über die gesamte Länge des Bandes einfach und genau kontrollierbar, indem man die Bestandteile der supraleitenden Verbindung in Form eines Diffusionspaares von einem oder mehreren Bestandteilen, die an einer gemeinsamen Grenzfläche längs der Gesamtlänge des Bandes vor*der Reaktion in Kontakt sind, vorsieht. Die Gesamtlänge des Bandes wird simultan zur Reaktion gebracht, so daß die Bedingungen für die chemische Reaktion an allen Punkten im Leiter identisch sind und ein homogenes Produkt dadurch erhalten wird. Die Anwesenheit der nach der Wärmebehandlung verbleibenden Bronze bewirkt eine Verfestigung der Nb^Sn-Schichten, da diese natürlich fester ist als das Basis-Kupferband, so daß eine Ansammlung von Kräften

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eher in der Basis als in den Nb^Sn-Schichten auftritt.

Wenn das Ausmaß der Biegung des Bandes während der Wicklung bei der Erzeugung eines Magneten derart ist, daß das Nb^Sn brechen würde, kann der Magnet mit der Anordnung in noch nicht, wärmebehandelter Form gewickelt und die Wärmebehandlung nachfolgend zur Bildung des Nb^Sn-Supraleiters durchgeführt werden.

Die vorstehend beschriebenen Durchführungsweisen bezogen sich insgesamt auf die Erzeugung von Nb-,Sn enthaltenden Supraleitern. Es können jedoch auch andere Grundmaterial- bzw. Matrixlegierungen wie Kupfer mit 18 At% Gallium mit Schichten von Niob zur Bildung von Nb,Ga; Nickel mit 20 At⁰A Gallium mit Schichten von Vanadium zur Bildung vcn V^Ga; Vanadium mit 10 At% Zinn mit Niobschichten zur Bildung von Nb₀ cSnV_n c» Nickel mit IC At% Silicium mit Vanadiumschichten zur Bildung von V₅Si; Kupfer mit 5 At% Germanium mit V 20 At% Al-Schichten zur Bildung von V_Q yyGe₀ t^AIq η"Verbindungen; Kupfer mit 20 kt% Aluminium und 5 At% Germanium mit Niobschichten zur Bildung von Nb₃Al₀^Ge_0>2. _{Rupfer m±t 18 At%} Aluminium mit Niobschichten zur Bildung von Nb,Al; Kupfer mit 18 At% Gallium mit Vanadiumschichten zur Bildung von V^Ga; Kupfer mit 7 At% Zinn und Niob-50 kt% Tantal-

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Schichten zur Bildung von Nb,Ta,Sn oder irgendwelche anderen geeigneten Kombinationen von intermetallische Verbindungen bildenden Materialien verwendet werden.

Bei Bedarf kann die Schicht 2 mit dem Träger oder Stützelement 1 eine Einheit bilden, wobei beide kombiniert sind wie beispielsweise, indem sie ein einzelner Niobvertreter sind.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf Bänder von supraleitendem Material; Rohre könnten nach dem gleichen Bildungssystem hergestellt werden, wobei ein Rohr beispielsweise aus Kupfer hergestellt und mit Schichten auf der inneren oder äußeren Oberfläche oder an beiden versehen wird.

Obgleich sich die hier beschriebene spezielle Durchführungsweise auf eine Tantaldiffusionsschranke ih einem Nb,Sn-Supraleitersystem bezieht, können auch andere Systeme unter Anwendung anderer Diffusionsschranken vorgesehen werden. Vier abgewandelte Systeme erhält man mit folgenden Materialien:

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Matrix-Legierung selektive Diffusions- weniger reaktives

schranke Metall

1. Ag + 10 Gew.% Nb V

Ge

2. Fe + 5 Gew.% Zr ■ V .

Ga

3. Mg + 5 Gew.% Hf Nb

Al

⁴· ^Ni(0,63)^Cu(0,27)^A1(0,l) ^{von Zr um}" ^Nb

gebenes Ta

Dabei treten folgende Reaktionen auf:

1. Das Ge reagiert mit dem Nb unter Bildung von Nb^Ge und das Ge diffundiert durch das Nb zur Bildung von V,Ge mit dem V. Das Silber ist im Nb so gut wie unlöslich und es tritt keine Reaktion damit auf und daher kommt es zu keiner Ag-Kontamination des gebildeten V,Ge.

2. Das Ga reagiert mit dem Zr unter Bildung von ZrGa₅.

• Das Ga diffundiert dann durch das Zr zur Bildung von V^Ga mit dem V. Da Eisen nahezu vollständig unlöslich

. in Zr ist (die maximale Löslichkeit bei 80O⁰C beträgt näherungsweise 0,02 Gew.%) und keine Reaktion zwischen dem Eisen und Zr auftritt, kann das Eisen das gebildete V,Ga nicht kontaminieren.

3. Das Al reagiert mit dem Hf unter Bildung von HfAl, und das Al diffundiert dann durch das Hf zur Bildung von

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Nb,Al mit dem Nb. Das Mg ist in dem Hf so gut wie unlöslich und es findet keine Reaktion mit diesem statt; das Mg verunreinigt daher das Nb^Al nicht,

4. Bei der doppelten Diffusionsschranke des vierten Beispiels wirken die einzelnen Komponenten blockierend für eine der Komponenten, die den möglichen Supraleiter kontaminieren würden. Das Al reagiert mit dem Zr unter Bildung einer Reihe von intermetallischen Verbindungen von Zr^Ai bis ZrAl^; das Kupfer diffundiert ebenfalls in das Zr, jedoch gelangt das im Zr unlösliche Ni nicht in dieses. Das Al ist ebenfalls in der Tantalschicht unter Bildung von TaAl, löslich und das Al diffundiert daher durch diese hindurch und erreicht das Nb zur Bildung von Nb,Al. Das Kupfer ist nun im Tantal nahezu vollständig unlöslich und wird daher von diesem zurückgehalten.

Das gemischte äußere Grundmaterial aus Cu und Ni für das Al ist besser als jede der Komponenten allein: Das Cu verringert die ferromagnetischen Eigenschaften des Ni und das Ni hebt den Schmelzpunkt der Cu/Al-Legierung auf vernünftige Bereiche für die Zwecke der Verarbeitung an. Die Verarbeitung kann in der Tat bei Temperaturen in der Gegend von 8C( C durchgeführt werden.

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Claims

Patentansprüche

./Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters von länglicher bzw. in Längsrichtung ausgedehnter Form mit zumindest einer Schicht, die bei tiefen Temperaturen ^ supraleitende Eigenschaften besitzt und durch eine inter- '_" metallische Verbindung aus zumindest zwei Bestandteilen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man auf einem metallischem Träger bzw. Stützelement:

a) eine Komponente einer möglichen intermetallischen supraleitenden Verbindung;

b) eine Schicht eines Stabilisierungsmaterials aus der Gruppe Kupfer, Aluminium, Silber und Gold und

c) eine Schicht der verbleibenden Komponente oder Komponenten der möglichen intermetallischen supraleitenden Verbindung

vorsieht und die Anordnung zur Herbeiführung einer Interdiffusion der Bestandteile zur Erzeugung der intermetallischen supraleitenden Verbindung wärmebehandelt.

2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement aus der Gruppe Kupfer, Aluminium, Silber und Gold ausgewählt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (a) und (b) unter Bildung

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einer Legierung des Stabilisierungsmaterials und der einen Komponente des möglichen intermetallischen Supraleiters kombiniert sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dp.B das Stützelement in Form eines Bandes oder Zylinders verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stützelement und der darauf befindlichen Schicht eine Diffusionsschranke vorgesehen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine selektive Diffusionsschranke zwischen den Schichten (a) und (b) und den Schichten (b) und (c) oder zwischen der Legierung und der Schicht (c) vorgesehen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schicht oder weitere Schichten der Art (a) oder der Legierung vorgesehen wird bzw. werden, wobei jede zusätzliche Schicht von der vorangehenden Schicht durch eine Schicht der Art (c) getrennt ist.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine selektive Diffusionsschranke zwischen allen benachbarten Schichten vorgesehen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Schichten von (a), (b) und (c) und/oder der Legierung und/oder der selektiven Diffusionsschranke auf beiden Seiten des Stützelementes vorgesehen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengefaßten Schichten vor der Wärmebehandlung vorzugsweise bei einer unter der Wärmebehandlungstemperatur liegenden erhöhten Temperatur gelängt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten nach einem aus der Gruppe Aufwalzen oder Elektroplattieren oder Vakuuraabscheidung oder gemeinsames Strangpressen oder Feuerplattieren ausgewählten Verfahren aufgebracht werden.

12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung zur Herbeiführung der Diffusion bei einer solchen Temperatur durchgeführt wird, daß keines

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der Metalle oder keiner der Konstituenten der Zusammensetzung oder Anordnung in der flüssigen Phase ist.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierungsmetall Kupfer und der stärker reaktive Bestandteil Zinn ist, die vorzugsweise zu einer Bronze mit maximal 25 Gew.% Zinn und insbesondere weniger als 15 Gew.% Zinn kombiniert sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die weniger reaktive Komponente Niob ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsschranke und die selektive Diffusionsschranke aus Tantal gebildet werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß das nicht supraleitende Metall einen legierenden Zusatz zur Erhöhung seines Schmelzpunktes und verzugsweise einen Nickelzusatz von bis zu 25 Gew.% enthält.

17. Supraleiteranordnung von im wesentlichen in Längsrichtung ausgedehnter Form erhalten nach einem der vorangehenden Ansprüche.

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