DE2505076A1 - Herstellung einer duktilen supraleitenden legierung auf der basis von niob oder vanadium - Google Patents
Herstellung einer duktilen supraleitenden legierung auf der basis von niob oder vanadiumInfo
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Description
- Herstellung einer duktilen supraleitenden Legierung auf der Basis von Niob oder Vanadium Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden duktilen Legierung auf der Basis von Niob oder Vanadium mit Anteilen an Aluminium und/oder Zinn und/oder Gallium und/oder Germanium und/oder Silizium Die intermetallischen Verbindungen vom Typ A3B mit ß-W (A 15-Struktur), wobei in dieser Formel A Niob oder Vanadium und B Aluminium, Gailium, Silizium, Germanium oder Zinn bedeuten, erreichen Sprungtemperaturen bis zu 232 °K sowie kritische Stromdichten bis zu 108 A/cm2 Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Sprödigkeit lassen sie sich jedoch nicht zu Leitern umformen Man benutzt daher für technische Zwecke überwiegend Composite-Leiter Diese bestehen aus einer Kupfermatrix, in die duktile Drähte aus Niob, NioDm Zirkon- oder Niob-Titan-Legierungen eingelagert sind. Die Sprungtemperatur von Niob liegt bei 9 OK, die von Vanadium bei 5 OK. Da die Stromtragfähigkeit der reiner Metalle recht niedrig ist, wird sie durch Legieren erhöht Setzt man dem Niob bis zu 50% Zirkon oder Titan zu, so läßt sich die kritische Stromdichte 1c maxbei 5 K auf Werte 5 2 um 3 o 10 A/cm steigern, Diese kritische Stromdichte liegt jedoch immernochzwei bis drei Zehnerpotenzen unter den entsprechenden Werten der obengenannten spröden intern metallischen Verbindungen.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verw fahren zur Herstellungen von Legierungen der eingangs genannten Art zu entwickeln, die duktil sind und die dennoch die hohe Stronitragfähigkeit und Sprungtemperatur der außerordentlich spröden intermetallischen Verbindung vom Typ A3B mit ß-W (A 15-Struktur) aufweisen.
- Es hat sich nun herausgestellt, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Herstellungsverfahren gelöst werden kann, bei dem die Anteile an Aluminium, Zinn, Gallium, Germanium oder Silizium in Mengen von ca, 1 bis 7 Ges0%, und zwar jeweils gerade in einer solchen Menge verwendet werden, daß sie sich bei einer Temperatur nahe der Schmelztemperatur der Legierung in fester Lösung befinden; von dieser Temperatur wird die Legierung sehr rasch, d.ho mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit über 102 OC/sec,, abge kühlt und sodann einer Wärmebehandlung bei, je nach Zusammensetzung, 800 bis 1400 0 über einen Zeitraum von 5 bis 2 Stunden unterzogen, bis sich die Teilchen der intermetallischen Phase A3B (A und B haben die zuvor definierte Bedeutung) ausscheiden.
- Nach einer vorteilhaften Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei einer Legierung auf der Basis von Niob ein Anteil an Aluminium zwischen 3 und 6 Gew.% eingestellt und die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1300 0C über einen Zeitraum von 12 bis 120 Stunden durchgeführt.
- Die rasche Abkühlung kann vorteilhaft durch Abschmelzen der Legierung in einen wassergekühlten Kupfertiegel oder durch Abschleudern der Legierung von einer rotierenden selbstverzehrenden Elektrode im Vakuum-Lichtbogenofen durchgeführt werden.
- Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also Niob-oder Vanadium Legierungen mit Anteilen an Al, Ga, Si, Gt oder Sn entwickelt, die sich im rasch abgekühlten Zustand als übersättigte Nischkristalle darstellen, aber nach der geschilderten Wärmebehandlung intermetallische Verbindungen vom Typ A3B mit ß-W (A 15-Struktur) in derart feiner Verteilung zur Ausscheidung bringen, daß der Abstand zwischen den einzelnen Teilchen in der Niob- bzw. Vanadium matrix so klein wird, daß er durch den #rrox5i##ity"-Ef.fe#t supraleitend überbrückt wird, Dabei wird die Gesamtlegierung bei der für die eingelagerten Teilchen typischen Temperatur supraleitend; Die Legierungen werden im Vakuum-Lichtbogenofen erschmolzen und z.B. in wassergekühlten Kupferkokillen rasch erstarrt.
- Dabei kommt es zur Bildung eines homogenen Mischkristalls.
- Durch die beschriebene Wärmebehandlung läßt sich dann die supraleitende intermetallische Verbindung Nb AP, Nb3Sn, Nb3Ga, Nb3Ge, V3Ga oder V3Si in äußerst feiner Verteilung in der Niob- bzw. Vanadiummatix zur Ausscheidung bringen, und zwar derart, daß die gesamte Legierung bei der für die ausgeschiedene Phase typischen Sprungtemperatur supraleitend wird.
- Zur Herstellung einer Niob-Legierung mit Anteilen von 3 bis 6 Ges0% Aluminium geht man von Niob mit einer Reinheit von 99,9,' und von Aluminium mit einer Reinheit von 99,99,' aus. Zweckmäßigerweise wird das Aluminium in Form einer Vorlegierung Niob-28,5 Ges,96 li, dem Eutektikum Nb2Al-NbAl3, zugesetzt. Es wird eine Anzahl von Knöpfen erschmolzen, die zu einer selbstverzehrenden Elektrode zusammengesetzt werden. Diese wird in eine Fingerkokille (wassergekühlt, Kupfer, Durchmesser 20 mm) abgeschmolzen.
- Der Finger ist gut duktilv Wird eine Legierung Nb-4,5 Gew.% Al benutzt, so laet sich der Finger durch Runchämmern bis auf einen Durchmesser von wenigen Millimetern reduzieren.
- Eine Weiterverarbeitung zu Draht ist möglich. Dieser Draht wird dann einer Glühbehandlung von 200 Stunden bis 1200 0C unterworfen Dabei wird eine Sprungtemperatur von 16f2 0K und eine kritische Stromdichte von 3,7.107 A/cm2 erreicht.
- Besonders hohe Anteile an Al, Sn, Ga, Ge oder Si lassen sich in Niob oder Vanadium in Lösung bringen9 wenn man mit einer im Vakuum=Lichtbogenofen rotierenden selbstverzehrenden Elektrode arbeitet Dabei werden Schmelzentröpfchen abgeschleudert 9 die im freien Flug zu Kugeln erstarren Die Weiterverarbeitung des Granulats erfolgt dann durch Kompaktieren, Einmanteln und Strangpressen zu Profilen, zXBo zu Rohren
Claims (2)
- Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden-duktilen Legierung auf der Basis von Niob oder Vanadium mit Anteilen an Aluminium und/oder Zinn und/oder Gallium und/oder Germanium und/oder Silizium, dadurch gekennzeichnet daß diese Anteile in Mengen von ca. 1 bis 7 Ges.,', und zwar jeweils gerade in einer solchen Menge verwendet werden, daß sie sich bei einer Temperatur nahe der Schmelztemperatur der Legierung in fester Lösung befinden, daß diese Legierung von dieser Temperatur rasch, d.h. mit einer Abkühlungsgescbwindigkeit über 102 0C/sec0, abgekühlt wird und daß die Legierung einer Wärmebehandlung - je nach Zusammensetzung - bei 800° jebis 1400 °C über einen Zeitraum von 5 bis 200~Stunden unterzogen wird'bis sich die Teilchen der intermetallischen Phase A3B ausscheiden, wobei A Niob oder Vanadium und B Aluminium, Zinn, Gallium, Germanium oder Silizium bedeuten.
- 2 Verfahren zur Herstellung einer Legierung auf der Basis von Niob nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetq daß die Legierung zwischen 3 und 6 Gewa% Aluminium enthält.und daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 1100 ° und 1300 °C über einen Zeitraum von 12 bis 120 Stunden durchgeführt wird.30 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnete daß die rasche Abkühlung durch Abschmelzen der Legierung in einen wassergekühlten Kupfertiegel im Vakuum-Lichtbogenofen durchgeführt wird 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rasche Abkühlung durch Abschleudern der Legierung von einer rotierenden selbstverzehrenden Elektrode im Vakuum-Lichtbogenofen durchgeführt wird
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Cited By (2)
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| EP0288678A2 (de) * | 1987-04-30 | 1988-11-02 | Westinghouse Electric Corporation | Oxydationsbeständige Nioblegierung |
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1975
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Cited By (3)
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| US4224087A (en) * | 1978-09-14 | 1980-09-23 | National Research Institute For Metals | Method for producing Nb3 Sn superconductor |
| EP0288678A2 (de) * | 1987-04-30 | 1988-11-02 | Westinghouse Electric Corporation | Oxydationsbeständige Nioblegierung |
| EP0288678A3 (de) * | 1987-04-30 | 1990-04-04 | Westinghouse Electric Corporation | Oxydationsbeständige Nioblegierung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2505076B2 (de) | 1978-05-18 |
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