DE2423882C3 - Verfahren zum Herstellen eines Supraleiters mit einer aus wenigstens zwei Elementen bestehenden supraleitenden intermetallischen Verbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahret zum Herstelen eines Supraleiters mit einer aus wenigstens zwei Elementen bestehenden supraleitenden intermetallischen Verbindung, bei welchem ehv; duktile Kompoiente aus wenigstens einem Element der Verbindung nit einer zweiten, ein duktiles Trägermetall für die restlichen Elemente der Verbindung enthaltenden Komponente in Kontakt gebracht, anschließend bei erhöhter Temperatur der zweiten duktilen KompoWärmebehandlung derart unterzogen, daß die gewünschte Verbindung durch Reaktion des Drahtmaterials, also beispielsweise des Niobs oder Vsnadiums, mit dem in der umgebenden Matrix enthaltennen weiteren Element der Verbindung, beispielsweise Zinn oder Gallium, gebildet wird. Das in der Matrix enthaltene Element diffundiert dabei in das aus dem dem anderen Element der Verbindung bestehende Drahtmaterial ein und reagiert mit diesem unter BU-

nente üie restlichen Elemente der Verbindung züge- 10 dung einer aus der gewünschten Verbindung be-

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führt werden und die Verbindung durch Reaktion ihrer durch die zweite Komponente hindurchdiffun-(üerenden restlichen Elemente mit der ersten Komponente gebildet wird. ,

Aus zwei Elementen bestehende supraleitende intennetallische Verbindungen des Typs A₃B, beispielsweise Nb₃Sn oder V₈Ga, die A15-Kristallstruktur besitzen, haben sehr gute Suprabitungseigenschaften und zeichnen sich insbesondere durch ein hohes

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stehenden Schicht (DT-OS 2044 660, DT-OS 20 52 323, DT-OS 20 05 828).

Diese bekannten Verfahren können jedoch aus einer Reihe von Gründen noch nicht voll befriedigen. Zunächst kann bei diesen Verfahren der Diffusionsprozeß nicht so gelenkt werden, daß das gesamte in der Matrix vorhandene Gallium oder Zinn zur BiI-dung der intermetallischen Verbindung verbraucht wird. Es ist daher bei diesen Verfahren nicht möglich,

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kritisches Magnetfeld, eine hohe Sprungtemperatur ao V₃Ga- oder Nb₃Sn-Schichten beliebiger Dicke aufzu- und eine hohe kritische Stromdichte aus. Sie eignen bauen. Vielmehr wird die Diffusion von Gallium oder sich daher besonders als Supraleiter für Supralei- Zinn in Richtung der Vanadium- bzw. Niobkerne tungsspulen zum Erzeugen starker Magnetfelder, wie zum Stillstand kommen, wenn die Aktivität der EIesie beispielsweise für Foischungszwecke benötigt wer- mente Gallium und Zinn in der Kupfermatrix gleich den. Weitere Einsatzmöglichkeiten bestehen beispiels- 35 ihrer Aktivität in den entstandenen intermetallischen weise bei Supraleitungsmagneten für die Schwebe- Verbindungen V₃Ga oder Nb₃Sn ist. Mit anderen führung von Magnetschwebebahnen oder in Wscklun- Worten heißt dies, daß kein weiteres V₃Ga oder gen elektrischer Maschinen. Neuerdings sind auch Nb₃Sn gebildet werden wird, wenn die Konzentration Ternärverbindungen, wie beispielsweise Jas Niob- des Galliums oder des Zinns in der Kupfermatrix in-Aluminim-Germanium (Nb₃Al₀₈Ge_{0 2}), von besonde- 30 folge der Eindiffusion von Gallium bzw. Zinn in die rem Interesse. Da diese Verbindungen sehr spröde Kerne auf einen bestimmten Wert abgesunken ist. sind, bereitet jedoch ihre Herstellung in einer bei- Diffundiert man beispielsweise aus einer Kupferspielsweise für Magnetspulen geeigneten Form erheb- Gallium-Matrix mit 18 Atomprozent Gallium bei liehe Schwierigkeiten. Es sind mehrere Verfahren be- einer Temperatur von etwa 700° C Gallium in Vanakanntgeworden, die eine Herstellung von Supra- 35 dtumkerne ein, so ist der erwähnte Gleichgewichtsleitern mit insbesondere zweikomponentigem inter- zustand, bei dem keine weitere Bildung von V₃Ga metallischen Verbindungen in Form langer Drähte mehr erfolgt, dann erreicht, wenn der GaliHumgehalt oder Bänder ermöglichen. Bei diesen Verfahren, die der Matrix auf etwa 12 Atomprozent abgesunken ist. insbesondere zur Herstellung von sogenannten Viel- Dies bedeutet, daß nur etwa 38°/o des in der Matrix kerrdeitern mit in einer normalleitenden Matrix an- 40 verfügbaren Galliums in der V₃Ga übergeführt wergeordneten Drähten, insbesondere aus Nb₃Sn und den. Die Dicke der gebildeten Nb₃Sn- oder V₃Ga-V₃Ga dienen, wind ein drahtförmiges duktiles EIe- Schichten in einem Vielkeraleiter ist bei den bekannment der herzustellenden Verbindung, beispielsweise ten Verfahren also nicht nur von der Glühzeit, der ein Niob- oder Vanadiumdraht, mit einer Hülle aus Glühtemperatur und der Zusammensetzung der Kupeiner ein duktiles Trägermetall und die übrigen EIe- 45 fer-Gallium- bzw. der Kupfer-Zinn-Legierung abhänmente der Verbindung enthaltenden Legierung bei- gig, sondern wird auch bestimmt durch die für jeden spielsweise einer Kupfer-Zinn-Legierung oder einer
Kupfer-Gallium-Legierung, umgeben. Insbesondere
können auch eine Vielzahl solcher Drähte in eine
Matrix aus der Legierung eingelagert werden. Der so 50
gewonnene Aufbau wird dann einer querschnittsverringernden Bearbeitung unterzogen. Dadurch wird
einmal ein langer Draht erhalten, wie er für Spulen
benötigt wird. Zum anderen wild bei dieser Bearbeitung der Durchmesser der beispielsweise aus Niob 55 Bei den erwähnten bekannten Verfahren kann dies oder Vanadium bestehenden Drähte auf einen nied- nur dadurch erreicht werden, daß das Verhältnis des "rigen Wert in der Größenordnung von etwa 30 bis Matrixanteils zum Kernanteil an der Gesamtquer-50 μΐη oder noch weniger reduziert, was im Hinblick schnittsfläche des Leiters so bemessen wird, daß da: auf die Supraleitungseigenschaften des Leiters wü»> Schichtwachstum nicht durch ein beschränktes Ange sehenswert ist. Ferner wird durch die querschnittsver- 60 bot an Gallium oder Zinn begrenzt wird, d. h., es is ringernde Bearbeitung noch angestrebt, eine möglichst ein möglichst großer Kernabstand erforderlich. Diesi gute metallurgische Verbindung zwischen dem Draht Forderung kann in Mehrkernleitern gegebenen Quer und dem umgebenäen Matrixmaterial aus der Legie- Schnitts aber nur dadurch erfüllt werden, daß ent rung zu erhalten, ohne daß jedoch Reaktionen auf- weder bei gegebener Kernzahl die Kerne wahrem treten, die zu einer Versprödung des Leiters führen. 65 der querschnittsverringernden Bearbeitungsschritt Nach der querscnnitt;veriingernden Bearbeitung wird besonders dünn ausgezogen werden oder daß bei ge dann der aus einem oder mehreren Drähten und dem gebenem Kernquerschnitt die Anzahl der Kerne vei umtrebenden Matrixmaterial bestehende Leiter einer mindert wird. Beide Lösungen sind wenig befried

Kern verfügbare Gesamtzinn- bzw. Gesamtgalliummenge, d. h. vom Volumen des für jeden einzelnen Kern verfügbaren Teils der Matrix.

Um eine hohe effektive kritische Stromdichte zu erreichen, also eine hohe kritische Stromdichte, bezogen auf den gesamten Leiterquerschnitt, sind nun aber gerade möglichst dicke Schichten aus der herzustellenden intermetallischen Verbindung erforderlich.

gend, da einerseits das Ausziehen der Kerne zu be- schritt werden bei diesen Verfahren dann amf das Masonders dünnen Fäden erhebliche Schwierigkeiten trixmaterial die restlichen Elemente der herzustellenbereitet und einen großen Aufwand erfordert und den Verbindung, im Falle von Nb₃Sn also Zinn, aufandererseits bei Verminderung der Kernzahl die effek- gebracht. Dies geschieht dadurch, daß man den Draht tive Stromdichte gerade durch diese Verminderung 5 kurz in eine Zinnschmelze taucht, so daß auf dem abnimmt und durch die möglicherweise erzielten dik- Matrixmaterial eine dünne Zinnschicht gebildet wird, keren Diffusionsschichten in der Regel nur kompen- oder daß man eine Zinnschicht auf das Matrixmatesiert wird. Eine beliebige Vergrößerung der Kern- rial aufdampft. Anschließend wird dann eine Wärmeabstände ist schließlich auch aus verformungstech- behandlung durchgeführt, bei der die auf das Matrixnischen Gründen nicht möglich. Will man nämlich io material aufgebrachten Elemente der herzustellenden beispielsweise eine größere Anzahl von Vanadium- Verbindung zunächst in das Matrixmaterial ein- und oder Niobkernen gleichmäßig derart dünn ziehen, daß durch dieses hindurchdiffundieren und dann durch ihre Querschnitte untereinander gleichbleiben, dann Reaktion mit den Kernen die gewünschte supradarf der Kernabstand nicht zu groß sein. leitende Verbindung bilden (»Applied Physics Let-

Eine weitere Schwierigkeit bei den bekannten Ver- 15 ters«, 20 [1972], S. 443 bis 445; DT-OS 2205 308).

fahren besteht darin, daß das die eingelagerten Kerne Auf die beispielsweise aus Kupfer bestehende Ma-

enthaltende Matrixmaterial aus dem Trägermetaü trix lassen sich dabei jedoch nur verhältnismäßig ge-

und den übrigen Elementen der herzustellenden Ver- ringe Mengen beispielsweise von Zinn aufbringen,

bindung insbesondere bei höheren Konzentrationen Beim Aufbringen größerer Mengen von Zinn können

dieser Elemente verhältnismäßig schlecht verformbar ao sich nämli;h bei der zum Eindiffundieren des Zinns

ist. Insbesondere haben diese Matrixmaterialien die in die Kupfermatrix erforderlichen Temperatur leicht

Eigenschaft, daß sie bei einer querschnittsverringern- unerwünschte spröde Zwischenphasen aus Kupfer

den Kaltbearbeitung sehr rasch aushärten und sich und Zinn bilden. Ferner kann auch nach dem Auf-

dann nur sehr schwer weiterverformen lassen. Es ist bringen zu großer Zinnmengen beim Eindiffundieren

ist daher bei diesen Verfahren erforderlich, den aus as des Zinns in die Matrix das Zinn selbst oder ein Ober-

den Kernen und dem Matrixmaterial bestehenden flächenbereich der Matrix aufschmelzen und dabei

Leiteraufbau bereits nach rela'iv kleinen Verfor- leicht von der Matrixoberfläche abtropfen oder ab-

mungsschritten jeweils einer Zwischenglühung zur Er- laufen. Für die Bildung der gewünschten intermetalli-

holung und Rekristallisation des während der Kalt- sehen Verbindung, beispielsweise von Nb₃Sn, steht

verformung brüchig gewordenen Matrixgefüges zu 30 also auch bei diesen Verfahren nur eine begrenzte

unterziehen. Obwohl diese Glühbehandlung bei Tem- Menge des niedriger schmelzenden Elementes, bei-

peraturen und Glühzeiten durchgeführt werden kön- spielsweise von Zinn, zur Verfügung. In der DT-OS

nen, bei denen sich in der Regel die herzustellende 22 05 308 ist allerdings bereits angedeutet, daß man,

supraleitende Verbindung noch nicht bildet, sind sie sofern dies erwünscht ist, auch das gesamte in der

insbesondere wegen der erforderlichen häufigen Wie- 35 Kupfermatrix enthaltene Niob in Nb₃Sn umsetzen

derholungen sehr zeitraubend. Diese zunehmend kann, wenn man die einzelnen Verfahrensschritte zur

schlechter werdende Verformbarkeit der Matrix- Beschichtung der Matrix mit Zinn, zur anschließen-

materialien bei zunehmendem Gehalt der restlichen den Bildung und Homogenisierung der Kupfer-Zinn-

Elernente der herzustellenden Verbindung ist schließ- Matrix und zur Reaktion des in der Matrix enthalte-

lich auch ein Grund dafür, daß zur Erzielung star- 40 nen Zinns mit den Niobkernen genügend oft wieder-

kerer Schichten der herzustellenden Verbindung die holt. Ein derartiges Verfahren ist jedoch wegen der

Konzentration von beispielsweise Gallium oder Zinn Vielzahl der erforderlichen Verfahrensschritte außer-

in der Matrix nicht einfach beliebig erhöht werden ordentlich aufwendig.

kann. Dazu kommt, daß mit zunehmender Konzen- Weiterhin ist in der DT-OS 22 05 308 ein konti-

tration dieser Elemente der Schmelzpunkt des Matrix- 45 miierliches Verfahren zum Herstellen von Nb₃Sn-

materials absinkt, was bei sehr hohen Konzentratio- Vielkernleitern beschrieben, bei dem ein aus einer

nen zu Unzuträglichkeiten bei der Wärmebehandlung Kupfermatrix und eingelagerten Niobkernen be-

zur Bildung der intermetallischen Verbindung führt. stehender drahtförmiger Leiteraufbau kontinuierlich

Außerdem können diese Elemente bei zu hoher Kon- durch einen Ofen geführt wird, in dem nebenein-

zentration auch unerwünschte intermetallische Pha- 50 ander mehrere Gefäße mit geschmolzenem Zinn an-

sen mit dem Trägermetall bilden. geordnet sind. Die jeweils oberhalb dieser Gefäße be-

Es sind auch bereits Vorschläge für Verfahren be- findlichen Teile des Ofeninneraums werden von dem

kanntgeworden, bei denen die erwähnten wiederhol- Leiteraufbau nacheinander durchlaufen. Die erste

ten Zwischenglühungen vermieden werden sollen. Zinnschmelze, deren zugehörigen Dampfraum dei

Bei diesen Verfahren werden zunächst ein oder meh- 55 Leiteraufbau zuerst durchläuft, befindet sich auf einei

rere Kerne aus einem duktilen Element der herzu- Temperatur von 1500⁰C, die übrigen Zinnschmel-

stellenden Verbindung, insbesondere Niob oder Va- zen, deren Dampfräume vom Leiteraufbau anschlie-

nadium, in ein' duktiles Matrixmaterial, beispielsweise ßend durchlaufen werden, befinden sich auf einei

Kupfer, Silber oder Nickel, eingelagert, das selbst Temperatur von 1000⁰C. Der Leiter selbst wire

kein Element der herzustellenden Verbindung oder 60 durch den Ofen auf einer Temperatur von 850° C ge-

nur sehr geringe Mengen eines solchen Elementes halten. Im Dampfraum über der ersten, auf einer Tem·

enthält Der aus den Kernen und diesem Matrixmate- peratur von 1500° C befindlichen Zinnschmelze sol

rial bestehende Aufbau kann dann ohne jede Zwi- nach den Angaben in der DT-OS 2205 308 dei

schenglühung durch eine querschnittsverringernde Zinndampfdruck so hoch sein, daß die Ubertragungs

Bearbeitung, beispielsweise durch Kaltziehen, zu 65 oder Absetzrate des Zinns die Feststoffdiffusionsrati

einem dünnen Draht verarbeitet werden, der sehr des Zinns in die Kupfermatrix überschreitet, so da(

dünne Kerne aus Vanadium oder Niob enthält Nach sich quer über den Drahtradius ein Zinnkonzentra

dem letzten querschnittsverringernden Bearbeitungs- tionsgradient schnell aufbaut Der drahtförmige Lei

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teraxifbau wird so lange über der Zinnschmelze metallischen Verbindung auftritt. Ferner sollen, sohöherer Temperatur gehalten, bis genügend Zinn für weit dies erforderlich ist, auch die Vorteile beibehaldie Bildung der gewünschten mittleren Matrixzusam- ten werden, die ein duktiles, ohne Zwischenglühunmenüetzung aufgebracht ist. Der Zinndampfdruck in gen kalt zu verformendes Matrixmaterial bietet,
den Dampfräumen über den auf einer Temperatur 5 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gevon 1000° C befindlichen Zinnschmelzen, die der löst, daß die restlichen Elemente durch eine che-

Leiteraufbau anschließend durchläuft, soll nach den mische Transportreaktion der zweiten duktilen Kom-

Angaben in der DT-OS 22 05 308 dann gerade so ponente zugeführt werden.

groß sein, daß die Zinnzufuhrrate auf einen Wert Chemische Transportreaktionen sind an sich bereduziert wird, der gleich demjenigen ist, bei dem 10 reits bekannt und dadurch charakterisiert, daß sich Zinn durch die Kupfermatrix diffundiert und auf die ein fester oder flüssiger Stoff mit Gasen unter BiI-Obeifläche der Niobkerne durch Feststoffdiffusion dung nur gasförmiger Reaktionsprodukte umsetzt und trifft Die Feststoffdiffusion selbst findet bei der Tem- daß anschließend an anderer Stellen des Systems pera tor von 850° C statt. Diese ist erheblich niedriger Rückreaktionen unter Abscheidung des Ausgangsais die Temperatur der Zinnschmelzen gewählt, um 15 stoffes stattfindet. Voraussetzung für eine chemische ein Wiederabdampfen des Zinns von der Matrix und Transportreaktion ist neben der Reversibilität der ein Aufschmelzen der Matrix zu verhindern. Auch stattfindenden chemischen Reaktion das Vorliegen dieses Verfahren ist wegen der drei verschiedenen, eines Konzentrationsgefälles zwischen der Stelle, an für die Zinnschmelzen und den Leiteraufbau selbst der die gasförmigen Reaktionsprodukte gebildet wererforderlichen Temperaturen, die während des ver- 20 den, und der Ftelle, an welcher durch Zerfall dieser hältnismäßig langwierigen Verfahrens genau einge- Reaktionsprodukte die Rückreaktion erfolgen soll halten werden müssen, äußerst aufwendig. Ferner (vgl. H. Schäfer, »Chemische Transportreaktiosind die für die Zinnschmelzen erforderlichen Tem- tionen«, Weinheim/Bergstraße, Verlag Chemie, 1962, peraturen von 1500 bzw. 1000⁰C hinsichtlich der S. 11).

auftretenden Beanspruchungen des Gefäßmaterials 35 Gegenüber dem bekannten Verfahren ergeben sich

unangenehm hoch. Weiterhin erweist es sich als durch den erfindungsgemäßen Einsatz von chemi-

schwierig, vorgegebene Anreicherung der Kupfer- sehen Transportreaktionen zur Zufuhr der restlichen

matrix an Zinn im Dampfraum über einer Zinn- Elemente der herzustellenden Verbindung zur zwei-

schmelze jeweils reproduzierbar zu erreichen. ten duktilen Komponente eine Vielzahl von Vorteilen.

Ferner ist es aus der DT-AS 17 90 062 bekannt, 30 Einmal hat es sich gezeigt, daß für chemische TransSupraleiter mit einer Nb₃Sn-Schicht an der Ober- portreaktionen keine Temperaturen erforderlich sind, fläche dadurch herzustellen, daß gasförmige Halo- welche die zur Bildung der supraleitenden intermetalgenide der Elemente Niob und Zinn an einem auf Hschen Verbindung selbst erforderlichen Temperatuetwa 750 bis 1000° C erhitzten Träger aus einem ren wesentlich überschreiten. Außerdem lassen sich hochwarmfesten Metall oder einer hochwarmfesten 35 mit Hilfe von chemischen Transportreaktionen vorMetallegierung mittels Wasserstoff reduziert werden. gegebene Mengen der restlichen Elemente der herzu-Den Halogeniden kann eine gasförmige Kohlenstoff- stellenden Verbindung in einfacher Weise und gut verbindung beigemischt werden, die am erhitzten reproduzierbar der zweiten duktilen Komponente Träger unter Abspaltung von Kohlenstoff wenigstens des zu behandelnden Leiteraiufbaues zuführen,
teilweise zersetzt bzw. durch den Wasserstoff redu- 40 Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum ziert wird. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nur Herstellen von supraleitenden Bauteilen unterschiedzur Herstellung von draht- oder bandförmigen Ein- Hcher Formen, soweit sie nur eine Schicht einer aus zelleitern mit einer Nb„Sn-Schicht an der Oberfläche, wenigstens zwei Elementen bestehenden supraleitendie nach ihrer Herstellung wegen der Sprödigkeit der den intermetallischen Verbindung aufweisen oder NbjSn-Schicht nicht mehr querschnittsverringernd 45 ganz aus einer solchen Verbindung bestehen,
verformt werden können. Zur Herstellung von Nb₃Sn- Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren Supraleitern, die in normalleitendes Metall eingebet- jedoch zum Herstellen von Vielkemleitern angewentet sind, oder gar zur Herstellung von Vielkern- det. Dazu können zunächst vorteilhaft mehrere Kerne Supraleitern ist das Verfahren dagegen nicht geeignet. aus der ersten Komponente in ein Matrixmaterial

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung eines 50 aus der zweiten Komponente eingebettet und zusam-Supratleiters mit einer aus wenigstens zwei Elemen- men mit diesem querschnittsverringernd bearbeitet ten bestehenden supraleitenden intermetallischen Ver- werden. Nach dem letzten querschnittsverringernden bindung, bei der zunächst eine duktile Komponente Bearbeitungsschritt wird dann die chemische Transaus wenigstens einem Element der Verbindung mit portreaktion durchgeführt.

einer zweiten, ein duktiles Trägermetall für die rest- 55 Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verliehen Elemente der Verbindung enthaltenden Korn- fahren zum Herstellen eines Supraleiters mit einer ponente in Kontakt gebracht wird, anschließend bei aus zwei Elementen bestehenden Verbindung des erhöhter Temperatur der zweiten duktilen Kompo- Typs A_SB mit A 15-Kristallstniktur. Bei der Herstelnente die restlichen Elemente der Verbindung züge- lung solcher Verbindungen besteht die erste Komführt werden und die Verbindung durch Reaktion 60 ponente aus dem höher schmelzenden Element der ihrer durch die zweite Komponente hindurchdiffun- Verbindung, während durch die Transportreaktion dierenden restlichen Elemente mit der ersten Kompo- das niedriger schmelzende Elemente zugeführt nente gebildet wird, weiter zu verbessern. Insbeson- wird,

dere soll das Verfahren unter gleichzeitiger Senkung Eine besonders gute Kaltverformbarkeit des aus der erforderlichen Temperaturen und Erhöhung 65 der ersten und der zweiten Komponente bestehenden seiner Reproduzierbarkeit weiter vereinfacht werden, Leiteraufbaus wird dann erreicht, wenn die zweite ohne daß eine verfahrensbedingte Begrenzung der Komponente nur aus dem Trägermetall für die Test-Schichtdicke der herzustellenden supraleitenden inter- liehen Elemente der herzustellenden Verbindung be-

ίο

steht. In einem solchen Fall muß dann die gesamte erforderliche Menge der restlichen Elemente durch die chemische Transportreaktion zugeführt werden. Dies kann, insbesondere wenn zur Bildung dicker Schichten der herzustellenden intermetallischen Verbindung größere Mengen der restlichen Elemente zugeführt werden müssen, verhältnismäßig lange dauern. Eine Verkürzung der erforderlichen Reaktionszeiten kann dann erreicht werden, wenn die zweite Kom-

gehalt nicht mehr als 4 Atomprozent betragen. Obwohl für den Transport von Zinn verschiedene Transportmittel, beispielsweise auch Wasser, in Frage kommen, hat sich Chlor als besonders geeignet zum Transport von Zinn erwiesen, da es hohe Tran^portraten ermöglicht. Besonders günstig ist es, das Chlor in Form von Chlorwasserstoff in den Reaktionsraum einzubringen. Die Transportreaktion kann bei der Herstellung von Nb₃Sn besonders günstig im Tempe-

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erläutert werden wird, sowohl in einem geschlossenen System als auch in einem offenen System durchgeführt werden.

Bei der chemischen Transportreaktion können sich

ponente neben dem Trägermetall auch noch einen io raturbereich zwischen 700 und 800° C durchgeführt Anteil der restlichen Elemente der herzustellenden werden, wobei insbesondere Temperaturen von Verbindung enthält. Wenn eine gute Kaltverformbar- 750° C und mehr auch zur Bildung der Verbindung keit der zweiten Komponente erwünscht ist, sollte Nb₃Sn selbst ausreichen.

dieser Anteil jedoch nicht zu hoch sein. Weiterliin eignet sich das erfindungsgemäße Ver-

AIs Träger für die zweite Komponente ist insbe- 15 fahren hervorragend zum Herstellen eines SuprasonderrKupfer geeignet. Gegebenenfalls kommen leiters mit der intermetallischen Verbindung V₃Ga. auch Silber oder eine duktile Legierung aus Kupfer Bei der Herstellung eines solchen Supraleiters kann und Silber sowie weitere duktile Elemente in Frage, die erste Komponente vorteilhaft aus Vanadium und die eine ausreichende Diffusion der restlichen EIe- die zweite Komponente aus Kupfer mit 0 bis 23 Atommenge der herzustellenden Verbindung zur ersten ao prozent Gallium bestehen. Wenn eine gute Kaltver-Komponente hin erlauben und weder störend mit den formbarkeit der zweiten Komponente erwünscht ist, Elementen der herzustellenden Verbindung reagieren sollte sie nicht mehr als 15 Atomprozent Gallium noch sich störend auf die chemische Transportreak- enthalten.. Eine besonders hohe Kaltverformbarkeit tion auswirken. k'^{s zu e}'^ner Querschnittsverringerung von etwa 99%

Die chemische Transportreaktion kann, wie noch 25 ergibt sich dann, wenn der Galliumgehalt der zweiten

Komponente höchstens 12 Atomprozent beträgt. Als Transportmittel für das Gallium hat sich insbesondere Jod als geeignet erwiesen. Dieses kann in den

^ Reaktionsraum besonders vorteilhaft in Form von

zwarαΤΓοΰβΙΙβ füTdas zu"transportierende Element 30 Kupferiodid (CuJ) eingebracht werden, das sich we- und der die zweite duktile Komponente enthaltende sentlich einfacher handhaben und dosieren läßt als

- ' " etwa Jodverbindungen des Galliums oder elementares

Jod. Die Transportreaktion wird beim Herstellen eines Leiters mit der Verbindung V₃Ga bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 450 und 700° C vorgenommen, wobei sich bei Temperaturen von etwa 660° C und mehr auch die intermetallische Verbindung V₃Ga bildet.

_w Um auch bei einem Leiteraufbau größerer Länge

porTohne Temperaturgefälle hat sich überraschender- 40 entlang des gesamten Leiters eine möglichst gleichweise als möglich erwiesen, da offenbar bei entspre- mäßige Konzentration des zu transportierenden EIechenden Transportreaktionen sich an der Quelle für mentes im Material der zweiten Komponente zu erdas zu transportierende Element einerseits und an der reichen, ist es besonders vorteilhaft, die Quelle füi vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Oberfläche des das zu transportierende Element möglichst gleich dieses Element aufnehmenden Leiteraufbaus anderer- 45 mäßig über den Reaktionsraum derart zu verteilen. seits auch bei gleicher Temperatur unterschiedliche daß die Transportwege zu den verschiedenen Teiler Reaktionsgleichgcwichte einstellen. Durch diese Mög- des die zweite Komponente enthaltenden Leiterauflichkeit, bei praktisch einheitlicher Temperatur arbei- baus etwa gleich groß sind. Dabei hat es sich als beten zu können, wird das erfindungsgemäße Verfahren sonders günstig erwiesen, wenn die Quelle für das zv weiter erheblich vereinfacht. Insbesondere läßt sich 5° transportierende Element den Leiteraufbau rohr die Temperatur entlang des zu behandelnden Leiter- förmig umschließt Dies ist deshalb möglich, wei aufbaues einfacher konstant halten, wenn für die nicht nur das zu transportierende Element selbst, daj Durchführung der Reaktion ohnehin nur eine Tem- bei den anzuwendenden Temperaturen in der Rege peratur erforderlich ist Eine möglichst gute Tempe- schmilzt, sondern auch Legierungen dieses Elemente; raturkonstanz entlang des gesamten Leiteraufbaus ist 55 mit anderen Metallen als Quelle geeignet sind.
beim erfindungsgemaßen Verfahren wünschenswert, Um insbesondere die Bildung unerwünschter sprö

um entlang des gesamten Leiters die gleichen Reak- der Phasen zu vermeiden, hat es sich ferner als vor tionsbedingungen zu haben. teilhaft erwiesen, die Transportreaktion derart zu füh

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere ren, daß das zweite Element nur in solcher Menge zui für die Herstellung von Supraleitern mit der inter- 60 Oberfläche der zweiten Komponente transportier metallischen Verbindung Nb₃Sn hervorragend geeig- wird, wie es unter Bildung bzw. Aufrechterhaltunj net Zur Herstellung eines Supraleiters mit dieser Ver- einer homogenen, einphasigen Legierung in die zweit« bindung wird vorteilhaft von einem Aufbau ausge- Komponente eindiffundieren kann,
gangen, dessen erste Komponente aus Niob und des- Bei der einfachsten Form des erfindungsgemäßei

sen zweite Komponente aus Kupfer mit 0 bis 65 Verfahrens kann die Transportreaktion bei eine

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Leiteraufbau unterschiedlichen Temperaturen befinden, so daß der Stofftransport entlang eines Temperaturgefälles erfolgt Besonders vorteilhaft ist es jedoch, bei der erfindungsgemäß einzusetzenden Transportreaktion die Quelle für das zu transportierende Element und den die zweite duktile Komponente enthaltenden Leiteraufbau wenigstens annähernd auf der gleichen Temperatur zu halten. Ein solcher Stofftrans-

8,5 Atomprozent, vorzugsweise 0 bis 4 Atomprozent Zinn besteht Wenn eine gute Kaltverformbarkeit der zweiten Komponente erwünscht ist, sollte der Zinn-

Temperatur oberhalb der Bildungstemperatur de herzustellenden intermetallischen Verbindung durch] geführt und so lange aufrechterhalten worden, bis dl

11 12

gewünschte Schichtstärke der herzustellenden Verbin- Zinngranulat; die Zinnoberfläche im geschmolzenen

dung erreicht ist. Zustand betrug etwa 1 cm². Die Ampulle 14 war etwa

Eine andere Möglichkeit besteht darin, nach Ab- 12 cm lang und hatte einen Innendurchmesser von

schluß der Transportreaktion zur Verstärkung der ge- etwa 30 mm, also einen Rauminhalt von etwa

bildeten Schichten der intermetallischen Verbindung 5 100 cm^s. Die Ampulle 14 wurde anschliebend bis zu

eine zusätzliche Wärmebehandlung in inerter Atmo- einem Restgasdruck von etwa 10~^e Torr evakuiert.

Sphäre vorzunehmen. Wärend dieser Wärmebehand- Dann wurde die Ampulle mit Chlorwasserstoffgas mit

lung wird dann das während der Transportreaktion einem Druck von etwa 0,05 Torr bei Raumtemperatur

übertragene Element nicht weiter zugeführt. gefüllt und abgeschmolzen. Die abgeschmolzene Am-

Ferner besteht die Möglichkeit, das erfindungs- io pulle wurde in einen Rohrofen 15 eingebracht und gemäße Verfahren so durchzuführen, daß in einer dort 16 Stunden 'ang auf eine Temperatur von etwa ersten Phase der Transportreaktion bei einer Tempe- 750° C erhitzt, wobei Zinn durch chemische Transratur unterhalb der Bildungstemperatur der Verbin- portreaktion vom Zinn vorrat 13 zum Leiteraufbau 11 dung die zweite Komponente mit dem zweiten EIe- übertragen wurde. Anschließend wurde die Ampulle ment der Verbindung angereichert und in einer zwei- 15 abgekühlt und der Leiteraufbau herausgenommen, ten Phase bei einer Temperatur oberhalb der BiI- Eine Untersuchung des Leiteraufbaus zeigte, daß dungstemperatur der Verbindung unter weiterer Zu- durch die Transportreaktion eine Zinnmenge von fuhr des zweiten Elementes die Verbindung gebildet etwa 28 mg auf den Leiteraufbau 11 übertragen und wird. dabei die Kupfermatrix des Leiteraufbaus in homo-Die Kerne der nach dem erfindungsgemäßen Ver- ao gene α-Phase c"es Legierungssystems Kupfer-Zinn umfahren herzustellenden Vielkeraleiter brauchen übri- gewandelt wurde. Gleichzeitig wurden, wie in F i g. 2 gens nicht vollständig aus wenigstens einem duktilen schematisch dargestellt ist, an der Oberfläche der einElement der Verbindung, also beispielsweise aus Va- zelnen Niobkerne 1 jeweils etwa 1 bis 2 μΐη starke nadium oder Niob, zu bestehen. Vielmehr können die Nb_sSn-Schichten 3 gebildet.

Kerne auch eine Seele aus einem elektrisch und ther- 25 Zur Verstärkung der gebildeten Nb₃Sn-Schichten

misch gut leitenden, bei der Betriebstemperatur des wurde der Leiteraufbau anschließend unter Inertgas,

Supraleiters elektrisch normalleitendem Metall, bei- beispielsweise Argon, einer weiteren mehrstündigen

spielsweise Kupfer, enthalten, die zur Stabilisierung Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa

dient. Es braucht dann nur eine diese Seele umscblie- 750° C unterzogen, während der weiteres Zinn aus

ßende Hülle aus wenigstens einem Element der Ver- 30 der Kupfer-Zinn-Matrix 2 in die Niobkerne 1 eindif-

bindung zu bestehen. fundierte und mit dean Niob Nb_ÄSn bildete.

An Hand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele Der Zinntransport kommt bei dieser Ausführungssoll die Erfindung noch näher erläutert werden. form des erfindungsgemäßen Verfahrens überraschen-

F i g. 1 und 2 zeigen schematisch im Querschnitt derweise trotz gleicher Temperatur von Zinnquelle

einen Leiteraufbau für einen nach dem erfindungs- 35 und Leiteraufbau zustande. Dies ist offenbar darauf

gemäßen Verfahren herzustellenden Vielkemleiter zurückzuführen, daß das Gleichgewicht der Trans-

vor bzw. nach der Bildung der intermetallischen Ver- portreaktion, das am Ort der Zinnquelle auf der Seite

bindung; der Zinnchloridbildung liegt, in der Nähe des Leiter-

F i g. 3 bis 6 zeigea schematisch verschiedene Aus- aufbaus infolge der Legierungsbildung des Zinns mit

führungsformen von apparativen Anordnungen zur 40 dem Kupfer auf die Seite der Freisetzung von Zinn

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. verschoben ist. Dadurch stellt sich auch ohne eine

. I₁ Temperaturdifferenz ein Konzentrationsgefälle zwi-

Beispiel l _{schen den} orten der Hin- und der Rückreaktion ein.

Im folgenden Beispiel soll die Herstellung eines Man kann in einem solchen Falle von einer »reakti-

Nb_aSn-Vielkernleiters mittels einer Transportreaktion 45 ven Transportreaktion« sprechen,
im geschlossenen System unter Verwendung von Die Chlorwasserstoffmenge, also die Menge des

Chlorwasserstoffgas als Transportmittel näher er- Transportmittels, ist beim vorstehend geschilderten

läutert werden. Ausführungsbeispiel so niedrig gewählt, daß nicht

Zunächst wurde ein Leiteraufbau des in Fig. 1 durch zu raschem Zinntransport spröde, zinnreiche dargestellten Typs in der Weise hergestellt, daß zu- 50 Kupfer-Zinn-Phasen gebildet werden. Letzteres wäre aächst ein Niobstab in ein Kupferrohr gesteckt und beispielsweise dann der Fall, wenn man unter sonst dann dieser Stab ohne Zwischenglühung zu einem gleichen Bedingungen die Ampulle mit Chlorwasserlangen Draht ausgezogen wurde. 19 Stücke dieses stoffgas eines Druckes von 3 Torr füllen würde. Statt Drahtes wurden dann zu einem Bündel zusammen- 28 mg Zinn wurden dann durch die Transportreakgefaßt und emeut in ein Kupferrohr gesteckt Der so 55 tion 142 mg Zinn übertragen,
gewonnene Aufbau wurde dann so oft kaltgezogen, Die einfache in Fig. 3 dargestellte Versuchsanord-Ks ein Leiteraufbau der in F i g. 1 dargestellten Form nung hat noch den Nachteil, daß den näher am Zinnerreicht war, bei dem die neunzehn einzelnen Niob- vorrat 13 gelegenen Teilen des Leiteraufbaues 11 kerne 1 einen Durchmesser von etwa 20 μΐη und die etwas mehr Zinn zugeführt wird als den vom Zinn-Kupfermatrix 2 einen Durchmesser von etwa 200 μΐη So vorrat 13 weiter entfernten Teilen. Dies ist insbesonhatte. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in dere bei der Herstellung großer Drahtlängen ungün-Fig. 1 weniger Niobkerne dargestellt, als der be- stig, wie sie beispielsweise bei Supraleitungsspulen erschriebene Leiteraufbau enthält. forderlich sind. Man kann jedoch dadurch Abhilfe

Ein 14 cm langes Stück 11 dieses Leiteraufbaus schaffen, daß man die Gasatmosphäre in der Ampulle

wurde dann, wie F i g. 3 zeigt, auf ein Keramikrohr 12 65 beispielsweise mit Hilfe eines kleinen in der Ampulle

gewickelt und dieses zusammen mit einem Zinnvor- angeordneten, von außen über eine magnetische

rat 13 in eine Quarzampulle 14 eingebracht. Der Zinn- Kupplung angetriebenen Ventilators verwirbeln se

vorrat bestand aus etwa 0,5 bis 1 g ausgeheiztem daß ein Gasstrom von der Quelle zum Leiteraufbau

24 23 682 Λ

13 ^ u

und zurück entsteht. Noch wesentlich einfacher kann _D . .

j man e«ne gleichmäßige Zinnzufuhr jedoch dadurch Beispiel 2

««SFV¹* "^V^ ^QueUe f" das zu transpor- Statt Chlorwasserstoff kann man beim erfi,

üerende Zinn möglichst gleichmäßig innerhalb der gemäßen Verfahren für Zinn auch andere τΐ

Ampulle derart verteilt, daß die Transportwege zu 5 mittel, beispielsweise auch Wasser verwenden

AlJSlFTS· ^T?^en- ^de? ^iteraufbaus^twa folgenden näher erläutert ^Srden Toi z'unäch.

J."⁰¹¹ «"ß ^d-Fi gezeigt eine entsprechende An- wurde zur Herstellung eines NbSn-VielkiS

"Ϊ^Ι,^,Γ¹^ ^die Zinnquelle21 den Leiter- entsprechend dem BeSpiel 1 vertuen NaS₁ η

ί ^SS^JS^⁰ VT^" ^Fonn "hrförmig Evakuieren der Ampulle auf einTSas^· *"

SiA^ Le^eraufbau 22 ist wiederum auf eii .. 10"« Torr wurde die Ampulle jedoch SchTmk

, Keramikrohr 23 aufgewickelt und zusammen mit der wasserstoffgas, sondern mit Wass«daS mit

einer Ampulle 24 ano«nrHn^ die Druck von etwa 20 Torr bei »

meide? ta^dJ*^^g^^rigkeiten zu ver- Transportreaktionen«, wobei folgendes 3SAiSSSSSC^ _a5 ^chgewichtangeno.menwerdeikann:

^{sn + Ht}

^SJT^^SJ^?^ -^eine Τ!? ^{ein Ver}^^{ich der} R^ktionszeiten einerseits

Mößlichkeh hZctMvT λ ⁸? ^aul^damPfen. Eme weitere und der transportierten Zinnmenge andererseits zw aus eta« IS? ΐ™·' ^^{8 Z}™W<> «n Rohr 30 sehen den Beispielen 1 und 2 zeigt, wirdS zinn ζΓη^Ξ_βηΖηί?Γ ν- Ψ^' ^P«¹^«« einer durch Wasser weniger gut tranVportert ah, «ta cn

SStä?Ä"^"^Leei<?^{IIIglIlit25Gewichts}- Chlorwasserstoff. ChlorwLerstoffSdaher als Trans

E L«n L^m ^; ^ .^verwenden· Ein solches Rohr poitmittel für Zinn vorzuziehen.

kann man beispielsweise durch Gießen herstellen. „ .

iJer Zmntransport erfolgt in diesem Falle von der 35 Beispiel 3

i SSL^Zinnq?^eIIe *^enenden Legierung In diesem Beispiel soll die Herstellung eines V Ga

³??StÄsaatirsS

VjGa-Schichten verbrauchte Gallium in die Matrix

ässss

griilh·vontoMa™ Si, Ä!n ?eü ST^" f'" »IT,fr ^⁰"¹ ""«« """tfönnigen Leipulte transportiert wird. i?„ . "-'""""S gebogen — diese Form ist für

Meßzwecke besonders geeignet — und in eine Quarz-

15 16

ampulle 32 mit einer Länge von etwa 270 mm und von Gallium die V₃Ga-Schichten auf den Vanadiumeinem Innendurchmesser von etwa 24 mm einge- kernen bilden. Da zunächst eine Anreicherung der ⁿgs- r bracht Oberhalb des Drahtstückes 31 wurde auf Kupfermatrix an Gallium erforderlich ist, sind natür-'ort- } einem Ständer 33 ein Quarzboot 34 angeordnet, das lieh die Reaktionsdauer und der Galliumvorrat reich- * im ? durch Trennwände 35 in zehn Abteilungen unterteilt 5 licher zu bemessen als beim vorstehend erläuterten ^hst I ist. In diese Abteilungen wurden insgesamt 16 mg Beispiel. Anreicherung der Matrix und Bildung der iters : Gallium in zehn Portionen 36 eingebracht. Die Trenn- V₃Ga-Schichten können beispielsweise bei der eindem wände 35 verhindern beim Schmelzen des Galliums, heitlichen Temperatur von etwa 660° C vorgenomvoD daß sich dieses etwa bei leichter Schräglage der Am- men werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, üor- ^; pulle ungleichmäßig im Boot 34 verteilt Somit wird io die Anreicherung der Matrix bei einer Temperatur nem erreicht, daß die Galliumquelle gleichmäßig in der vorzunehmen, bei der sich V₃Ga noch nicht bildet, füllt . Ampulle derart verteilt ist, daß die Transportwege zu beispielsweise bei 600° C, und zur anschließenden irde den verschiedenen Teilen des Drahtstückes 31 etwa Bildung der V,Ga-Schichten die Temperatur auf beiansgleich groß sind. Außerdem wurde in eine Abteilung spielsweise 660° C zu erhöhen. Nach Möglichkeit Jge- des Bootes 34 ein Vorrat 37 von etwa 3 mg CuJ ein- 15 sollte auch bei der Anreicherung der Matrix nur so ung gebracht Diese Verbindung setzt sich bei erhöhter viel Gallium zur Matrix transportiert werden, wie den Temperatur quantitativ mit Galliumschmelze zu GaI- unter Bildung bzw. Aufrechterhaltung einer homo-■trbr liumjodid um. Im Gegensatz zu den überaus hygro- genen, einphasigen Legierung, vorzugsweise aus der ώη skopischen Jodiden GaJ und GaJ₃ ist das chemisch α- oder yS-Phase des Systems Kupfer—Gallium, in die iat- sehr beständige CuJ unempfindlich gegen Feuchtig- ao Matrix eindiffundieren kann. Dies kann man vorzugsäet, keit und kann daher sehr genau dosiert werden. weise dadurch erreichen, daß man möglichst geringe tive Selbstverständlich könnte auch elementares Jod als Mengen des Transportmittels einsetzt. Zu große Men-•ns-Transportmittel eingewogen werden, doch treten in- gen an Transportmittel führen zu einem zu hohen folge seines hohen Dampfdruckes beim Abpumpen Galliumangebot, was wiederum die Bildung sehr galder Ampullen erhebliche Verluste ein. Außerdem 25 liumreicher Schichten, insbesondere der y-Phase an müßten die Vakuumpumpen durch Filter oder Kühl- oder in der Nähe der Matrixoberfläche zur Folge hat. fallen vor dem Eindringen der aggressiven Joddämpfe Derartige Schichten sind jedoch unerwünscht, da bei iits geschützt werden. der im Laufe der weiteren Wärmebehandlung aufwi-Nach dem Einbringen des CuJ-Vorrates wurde die tretenden Homogenisierung der Matrix in dieser Luninn Ampulle 32 mit Argon gespült, bis zu einem Restgas- 30 ker zurückbleiben.

Xh druck von etwa 1 Torr Argon abgepumpt und abge- An Stelle von reinem Gallium können als Galliumas- schmolzen. Anschließend wurde die Ampulle zur quelle auch Galliumlegierungen, vorzugsweise Kup-Durchführung der Transportreaktion im Rohrofen 38 fer-Gallium-Legierungen mit einem höheren Gallium-49 Stunden lang auf eine Temperatur von 660° C er- gehalt als der zu behandelnde Leiteraufbau eingesetzt hitzt, die zur Bildung von V₃Ga ausreicht. Nach Ab- 35 werden, beispielsweise eine Kupfer-Gallium-Legierung 'a- kühlen und öffnen der Ampulle zeigte eine genauere mit 32 Atomprozent Gallium. Bei einheitlicher Tem- >e- Untersuchung, daß etwa 12 mg Gallium vom GaI- peratur kommt in einem solchen Falle ein Konzentrair- liumvorrat 36 auf das Drahtstück 31 übertragen wor- tionsausgleich zwischen den galliumreichen und galrtden waren. Der Galliumgehalt der Kupfer-Gallium- liumarmen Legierungen zustande. Ein solcher Konler matrix war praktisch gleichgeblieben, jedoch hatten 40 zentrationsausgleich fördert auch die Homogeniix sich an den Oberflächen der Vanadiumkerne etwa tat der Galliumverteilung im Leiteraufbau beispielsen 4 um dicke VjGa-Schichten gebildet Das Drahtstück weise bei dem im Beispiel 3 beschriebenen Vera- zeigte bei einer Temperatur von 4,2 K in einem Ma- fahren.

gnetfeld von 5 Tesla einen kritischen Strom von 90 A. B e i s ρ i e 1 4

ist Vergleichsproben des gleichen Leiteraufbaus, die 45

va unter sonst gleichen Bedingungen, aber ohne GaI- Wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße

e- lium-Nachlieferung durch Transportreaktion, also Verfahren auch in einem offenen System durchgeführt

id ohne Gallium- und CuJ-Vorrat, geglüht wurde, hatten werden. Eine geeignete Vorrichtung hierfür ist in

;t. dagegen bei gleicher Temperatur und im gleichen F i g. 6 schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung

1- Magnetfeld nur kritische Ströme von 19 bis 22 A. 50 besteht unter anderem aus einem Reaktionsrohr 41,

it Als Transportreaktion kommt bei diesem Beispiel durch das ein Leiteraufbau 42 hindurchgezogen wer-

t. wohl das Gleichgewicht den kann, dem ein Element durch chemische Trans-

s portreaktion zugeführt werden soll. Ein Vorrat 43

3GaJ :£ 2Ga + GaJ_s dieses zuzuführenden Elementes ist in einem an das

g 55 Reaktionsrohr 41 angesetzten Vorratsrohr 44 vort in Frage, das an der Oberfläche der Galliumquelle gesehen. Beide Rohre sind von Rohröfen 45 und 46 s zugunsten von flüchtigem GaJ und an der Kupfer- umgeben. Durch einen Rohrstutzen 47 kaan das d bzw. Kupfer-Gallium-Oberfläche des Leiteraufbaus Transportmittel zugeführt, durch einen Rohrstutzen zugunsten von Gallium und ebenfalls flüchtigem GaJ₃ 48 überschüssiges Gas abgeführt werden. Um zu hohe s verschoben ist. 60 Druckunterschiede an den Durchführungen für den 1 Natürlich kann man auch bei der Herstellung von Leiteraufbau 42 durch das Reaktionsrohr 41 und da-1 V„Ga-Vielkernleitern von einem Leiteraufbau aus- mit Dichtungsprobleme zu vermeiden, wird die ι gehen, bei dem die Vanadiumkerne in eine gallium- Transportreaktion vorteilhaft unter Inertgas, beifreie Kupfermatrix eingebettet sind. Man kann dann spielsweise Edelgas, wie Argon, durchgeführt, das zuzunächst durch eine chemische Transportreaktion 65 sammen mit dem Transportmittel durch den Rohrdie Kupfermatrix in eine Kupfer-Gallium-Matrix um- stutzen 47 zugeführt werden kann. Zur kontinuierwandeln und anschließend unter weiterer Aufrecht- liehen Herstellung beispielsweise eines Nb,Sn-Vielerhaltung der Transportreaktion zur Nachlieferung kernleiters kann als Leiteraufbau 42 z. B. ein etwa

500 μπι breiter und etwa 150 μΐη starker bandförmi- Wie bereits erwähnt, eignet sich das erfindungsger Leiteraufbau mit einer Kupfermatrix und 60 Niob- gemäße Verfahren nicht car zur Herstellung von kernen mit einem Durchmesser von jeweils etwa drahtfönnigen Supraleitern, sondern auch zur Herstellu μπι verwendet werden, der ähnlich wie der in Bei- lung von supraleitenden Bauteilen anderer Form. Beispiel 1 verwendete Leiteraufbau hergestellt ist. Nach 5 spielsweise kann ein supraleitendes Abschinnblech Spülen der Vorrichtung mit Inertgas kann der Zinn- oder ein supraleitender Abschirmzylinder mit einer vorrat 43 beispielsweise auf etwa 780⁰C, und das VjGa-Schicht hergestellt werden, indem man eine Reaktionsrohr 41 mit dem Leiteraufbau 42 auf etwa Vanadiumplatte oder einen Vanadiumzylinder auf 750° C erhitzt werden, so daß die Transportreaktion einer Seite mit einer Kupferschicht versieht und der nahezu isotherm verläuft. Durch den Rohrstutzen 47 »ο so gewonnenen Anordnung bei einer Temperatur von wird dann ein Gasgemisch von beispielsweise 10 l/h etwa 660° C durch eine chemische Transportreaktion Argon und 0,5 l/h Chlorwasserstoffgas über den Zinn- mittels Jod Gallium zuführt. In die Kupferschicht difvorrat geleitet. Bei einer Länge des Reaktionsrohres fundiert dann das Gallium ein und reagiert mit dem 41 von etwa 1 m kann dann der Leiteraufbau 42 mit angrenzenden Vanadium unter Bildung einer V_?Gaeiner Geschwindigkeit von etwa 3 m/h durch das Re- 15 Schicht An der kupferfreien Seite des VanadiumaktionsKohr gezogen werden. Vom Zinnvorrat 43 wird bauteils tritt dagegen unter den angegebenen Bedindabei Zinn zum Leiteraufbau 42 transportiert, durch gungen praktisch kerne Reaktion von Vanadium mit welches die Kupfermatrix in homogene α-Phase des Gallium ein, so daß dort kerne V₃Ga-Schicht gebildet Systems Kupfer—Zinn übergeführt und an der Ober- wird.

fläche- der Niobkerne Nb_sSn-Schichten gebildet ao Die erste Komponente mit einem höher schmelzenwerden, den Element der herzustellenden Verbindung braucht Eine weitere Möglichkeit für das Arbeiten im of- beim erfinidungsgemäßen Verfahren nicht unbedingt fenen System besteht darin, den Gasabzugsstutzen 48 aus einem einzigen Metall zu bestehen, sondern kann entfallen zu lassen und durch den Rohrstutzen 47 gegebenenfalls auch Zusätze enthalten. Beispielsweise nur so viel Transportmittel zuzuführen, wie an den as können dem Niob oder dem Vanadium auch Titan, Durchführungen für den Leiteraufbau 42 durch das Zirkon oder Tantal in Mengen bis zu etwa 30 Ge-Reaktionsrohr 41 infolge von Undichtigkeiten ver- wichtsprozent beigemischt sein. Auch Zusätze von lorengeht. Man kann dann beispielsweise auch den Hafnium sind möglich, Ferner kann als erste Kompo-Zinnvorrat innerhalb des Reaktionsrohres 41 gleich- nente beispielsweise auch eine Vanadium-Niob-Legiemäßig entlang dem Leiteraufbau 42 verteilen. 30 rung verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (24)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Supraleiters -mit einer aus wenigstens zwei Elementen bestehenden supraleitenden intermetallischen Verbindung, wobei eine duktile Komponente aus wenigstens einem Element der Verbindung mit einer zweiten, ein duktiles Trägermetall für die restlichen Elemente der Verbindung enthaltenden Komponente

in Kontakt gebracht, anschließend bei erhöhter Temperatur der zweiten duktilen Komponente die restlichen Elemente der Verbindung zugeführt werden und die Verbindung durch Reaktion ihrer durch die zweite Komponente hmdurchdiffundierenden restlichen Elemente mit der ersten Korn- %s ponente gebildet wird, dadurch gekennnei, daß die restlichen Elemente durch eine chemische Transportreaktion der zweiten duktilen Komponente zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ao kennzeichnet, daß mehrere Kerne aus der ersten Komponente in ein Matrixmaterial aus dei zweiten Komponente eingebettet und zusammen mit diesem querschnittsverringernden Bearbeitungsschritt die chemische Transportreaktion durch- as geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die herzustellende supraleitende Verbindung eine aus zwei Elementen bestehende Verbindung des Typs A₃B mit A 15-Kri- Itallstruktur ist und die erste Komponente aus dem höher schmelzenden Element der Verbindung besteht, während durch die Transportreaktion das niedriger schmelzende Element zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente nur aus dem Trägermetall für die restlichen Elemente besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente neben dem Trägermetall auch einen Anteil der restlichen Elemente der herzustellenden Verbindung enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermetall Kupfer vorgesehen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportreaktion in einem geschlossenen System durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportreaktion in einem offenen System durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Trans- |»ortreaktion die Quelle für das zu transportielende Element und der die zweite duktile Kom ponente enthaltende Leiteraufbau wenigstens annähernd auf der gleichen Temperatur gehalten werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung Nb₃Sn gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente aus Niob und die zweite Komponente aus Kupfer mit

0 bis 8,5 Atomprozent, vorzugsweise 0 bis 4 Atomprozent Zinn besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, da durch gekennzeichnet, daß als Transportmittel für das Zum Chlor verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlor in Form von Chlorwasserstoff in den Reaktionsraum eingebracht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportreaktion bei einer Temperatur zwischen 700 und 800° C durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung V₃Ga gebildet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente aus Va nadium und die zweite Komponente aus Kupfer mit 0 bis 23 Atomprozent, vorzugsweise 0 bis 15 Atomprozent Gallium besteht.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Transportmittel für das Gallium Jod verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Jod in Form von Kupferjodid (CuJ) in den Reaktionsraum eingebracht wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportreaktion bei einer Temperatur zwischen 450 und 700° C vorgenommen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 7 und einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für das zu transportierende Element möglichst gleichmäßig über den Reaktionsraum derart verteilt wird, daß die Transportwege zu der» verschiedenen Teilen des die zweite Komponente enthaltenden Leiteraufbaus etwa gleich groß sind.

2). Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für das zu transportierende Element den Leiteraufbau rohrförmig umschließt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

21, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportreaktion derart geführt wird, daß das zweite Element nur in solcher Menge zur Oberfläche der zweiten Komponente transportiert wird, wie es unter Bildung bzw. Aufrechterhaltung einer homogenen, einphasigen Legierung in die zweite Komponente eindiffundieren kann.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß der Transportreaktion zur Verstärkung der gebildeten Schichten der intermetallischen Verbindung eine zusätzliche Wärmebehandlung in inerter Atmosphäre vorgenommen wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

22, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Phase der Transportreaktion bei einer Temperatur unterhalb der Bildungstemperatur der Verbindung die zweite Komponente mit dem zweiten Element der Verbindung angereichert und in einer zweiten Phase bei einer Temperatur oberhalb der BiI-dungsteinperatur der Verbindung unter weiterer Zufuhr des zweiten Elementes die Verbindung gebildet wird.