DE2505076B2 - Verfahren zur Herstellung einer duktilen supraleitenden Legierung auf der Basis von Niob oder Vanadium - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer duktilen supraleitenden Legierung auf der Basis von Niob oder Vanadium

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Legierung auf der Basis von Niob oder Vanadium mit Anteilen an Aluminium, Zinn, Gallium, Germanium und/oder Silizium, bei dem die Legierungsschmelze oder die auf eine Temperatur nahe der Schmelztemperatur erhitzte Legierung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von über 100°C/s abgekühlt wird und die Legierung bei 800 bis 1400° C geglüht wird.
Die intermetallischen Verbindungen vom Typ A3B mit JJ-W(A 15)-Struktur, wobei in dieser Formel A Niob oder Vanadium und B Aluminium, Gallium, Silizium, Germanium oder Zinn bedeuten, erreichen Sprungtemperaturen bis zu 23,2°K sowie kritische Stromdichten bis zu WA/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, Niob-Zirkonium- oder Niob-Titan-Legierungen eingelagert sind. Die Sprungtemperatur von Niob liegt bei 9° K, die von Vanadium bei 5° K. Da die Stromtragfähigkeit der reinen Metalle recht niedrig ist, wird sie durch Legieren erhöht. Se'.zt man dem Niob bis zu 50% Zirkonium oder Titan zu, so läßt sich die kritische Stromdichte /c max bei 5° K auf Werte um 3-105 A/cm2 steigern. Diese kritische Stromdichte liegt jedoch immer noch zwei bis drei Zehnerpotenzen unter den entsprechenden Werten der obengenannten spröden intermetallischen Verbindungen.
Aus DE-OS 19 13 156 ist ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden, gegebenenfalls unterstöchiometrisch zusammengesetzten Legierung auf der Basis von Niob mit Anteilen Aluminium bekannt, bei dem die Legierungsschmelze durch Aufsprühen auf eine gekühlte, unterhalb der Raumtemperatur gehaltene Fläche zum plötzlichen Erstarren gebracht und die Legierung im Temperaturbereich um 800° einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Dieser Literaturstelle kann jedoch nicht entnommen werden, in welcher Menge Aluminium verwendet werden soll, um eine supraleitende Legierung mit verbesserten Eigenschaften zu erhalten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Legierungen der eingangs genannten Art zu entwickeln, die duktil sind und die dennoch die hohe Stromtragfähigkeit und Sprungtemperatur der außerordentlich spröden intermetallischen Verbindung vom Typ A3B mit j9-W(A 15)-Struktur aufweisen.
Es hat sich nun herausgestellt, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art gelöst werden kann, bei dem die Anteile an Aluminium, Zinn, Gallium, Germanium und/oder Silizium in Mengen von insgesamt 1 bis 7%, und zwar jeweils gerade in einer solchen Menge, daß sie sich bei einer Temperatur nahe der Schmelztemperatur der Legierung in fester Lösung befinden, verwendet werden und bei dem über einen Zeitraum von 5 bis 200 Stunden geglüht wird, bis sich Teilchen der intermetallischen Phase A3B ausscheiden, wobei A Niob oder Vanadium und B Aluminium, Zinn, Gallium, Germanium oder Silizium bedeuten.
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 13000C über einen Zeitraum von 12 bis 120 Stunden durchgeführt.
Die rasche Abkühlung kann vorteilhaft durch
J5 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, Ge oder Sn entwickelt, die sich im rasch abgekühlten Zustand als übersättigte Mischkristalle darstellen, aber nach der geschilderten Wärmebehandlung intermetallische Verbindungen vom Typ A3B mit j3-W(A 15)-Struktur in derart feiner Verteilung zur Ausscheidung bringen, daß der Abstand zwischen den einzelnen Teilchen in der Niob- bzw. Vanadiummatrix so klein wird, daß er durch den »Proximity«-Effekt 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 Nb3AI, NbsSn, NbaGa, NbsGe, V3Ga oder V3S1 in äußerst feiner Verteilung in der Niob- bzw. Vanadiummatrix zur Ausscheidung
W) 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 Gew.°/o Aluminium geht man von Niob mit
"Ί 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 Gew.% Al, dem Eutektikum Nb2AI-NbAl3, zugesetzt. Es
wird eine Anzahl von Knöpfen erschmolzen, die zu einer selbstverzehrenden Elektrode zusammengesetzt werden. EJiese wird in eine Fingerkokille (wassergekühlt. Kupfer, Durchmesser 20 mm) abgeschmolzen. Der Finger ist gut duktil. Wird eine Legierung Nb-4,5 Gew.% Al benutzt, so läßt sich der Finger durch Rundhämmern bis auf einen Durchmesser von wenigen Millimetern reduzieren. Eine Weiterverarbeitung zu Draht ist möglich. Dieser Draht wird dann einer Glühbehandlung von 200 Stunden bei 12000C unterworfen. Dabei wird eine Sprungtemperatur von 16,2° K 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 bringen, wenn man mit einer im Vakuutn-Lichtbogenofen rotierenden seibstverzehrenden Elektrode arbeitet. Dabei werden Schmelzentröpfchen abgeschleudert, die im freien Flug zu Kugeln erstarren.
Die Weiterverarbeitung des Granulats erfolgt dann durch Kompaktieren, Einmanteln und Strangpressen zu Profilen, z. B. zu Rohren.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Legierung auf der Basis von Niob oder Vanadium mit Anteilen an Aluminium, Zinn, Gallium, Germanium und/oder Silizium, bei dem die Legierungsschmelze oder die auf eine Temperatur nahe der Schmelztemperatur erhitzte Legierung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von über 10O0CVs abgekühlt wird und die Legierung bei 800 bis 14000C geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile an Aluminium, Zinn, Gallium, Germanium und/oder Silizium in Mengen von insgesamt! bis 7% und zwar jeweils gerade in einer solchen Menge, daß sie sich bei einer Temperatur nahe der Schmelztemperatur der Legierung in fester Lösung befinden, verwendet werden und daß über einen Zeitraum von 5 bis 200 Stunden geglüht wird, bis sich Teilchen der intermetallischen Phase AjB ausscheiden, wobei A Niob oder Vanadium und B Aluminium, Zinn, Gallium, Germanium oder Silizium bedeuten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung einer supraleitenden Legierung auf der Basis von Niob mit Anteilen an Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß 3 bis 6% Aluminium verwendet werden und zwischen 1100 und 13000C über einen Zeitraum von 12 bis 120 Stunden geglüht wird.
DE2505076A 1975-02-07 1975-02-07 Verfahren zur Herstellung einer duktilen supraleitenden Legierung auf der Basis von Niob oder Vanadium Ceased DE2505076B2 (de)

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US4836849A (en) * 1987-04-30 1989-06-06 Westinghouse Electric Corp. Oxidation resistant niobium alloy

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