DE2856885B1 - Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Supraleiters,bestehend aus einer C-Faser mit einer duennen Schicht einer Niobverbindung der allgemeinen Formel NbCxNy und einer aeusseren hochleitfaehigen Metallschicht - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Supraleiters,bestehend aus einer C-Faser mit einer duennen Schicht einer Niobverbindung der allgemeinen Formel NbCxNy und einer aeusseren hochleitfaehigen Metallschicht

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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Supraleiters, bestehend aus einer C-Faser mit einer dünnen Schicht einer Niobverbindung der allgemeinen Formel 41>
in welcher die Summe von χ + y einen maximalen Wert zwischen 0,9 und 1,0 erreichen kann, y einen Wert zwischen 0,60 und 0,95 und χ einen Wert zwischen 0,05 und 0,40 bedeutet und einer äußeren, hochleitfähigen Metallschicht, bei welchem die C-Faser mit Niobchlorid, C-Verbindungen und Stickstoff oder Stickstoffverbindungen in der Gasphase behandelt wird.
Niobcarbonitrid ist wie andere Hochtemperatursupraleiter spröde und kann deshalb in massiver Form nur beschränkt Anwendung finden. Diese Schwierigkeit wird bei Erzeugung eines Dünnschichtsupraleiters auf einem dünnen flexiblen Substrat umgangen.
Insbesondere beim Bau großer supraleitender Magnete für die Wasserstoffusion besteht wegen der auftretenden Zugbeanspruchungen des Leiters die Forderung, diesen vor einer Degration seiner Supraleitungseigenschaften zu schützen.
Zur Vermeidung dieser Nachteile sind chemische Gasphasenabscheidungsverfahren von NbC*Nj> auf Kohlenstoffasern bekannt, die jedoch wegen ihrer hohen Herstellungstemperatur eine für hohe Stromtragwerte ungünstige Gefügestruktür aufweisen [G. E. Pike, H. O. Pierson, A. W. Mullendore, ]. E. Schirber, Applied Polymer Symposium No. 29,71 -81 (1976)] und [W. D. Smith, R. Y. Lin, J. Economy, Applied Polymer Symposium, No. 29,83 - 92 (1976)].
Für hohe Stromtragwerte ist eine hinreichend feine Verteilung von Korngrenzen bzw. Ausscheidungen änderer Phasen u. ä. hieran unerläßlich. Die einstufige Herstellung durch gleichzeitige Abscheidung aller
ίο Komponenten bei hohen Temperaturen (um 12Ö0°C) fördert aber die Ausbildung großer Körner mit wenig Anteil anderer Phasen.
Das Kornwachstum kann zwar in bekannter Weise durch Zusätze (z. B. SiCLt) während der Herstellung begrenzt werden [W. D. Smith, R. Y. Lin, J. Economy, Applied Polymer Symposium No. 29,83-92 (1976)], das Herstellungsverfahren wird hierbei jedoch zusätzlich erschwert und es sind negative Auswirkungen auf die Supraleitungstemperatur zu erwarten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem flexible Supraleiter aus mit NbCxNy beschichteten Kohlenstoffasern mit verbesserten Supraleitungseigenschaften bei hohen Stromtragwerten hergestellt werden können; ferner soll
-1J das Kornwachstum in der auf die Kohlenstoffaser aufzubringenden Schicht frühzeitig begrenzt werden, ohne daß Fremdzusätze, wie z. B. SiCU, erforderlich sind. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Supraleiter sollen eine mindestens ebenso
-io hohe oder höhere Supraleitungstemperatur wie die mit bekannten Verfahren hergestellten Supraleiter erreichen. Darüber hinaus soll auch eine hohe Stöchiometrie (Nichtmetall zu Metallverhältnis) erzielt werden können.
ν* Die Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise erfindungsgemäß gelöst durch die Verfahrensschritte
a) Abscheidung von Niob in feinkörniger Gefügestruktur auf der Oberfläche der C-Faser bei Temperaturen im Bereich zwischen 250° und 650° C,
b) Zugabe von C- und N-haltigen Verbindungen bei Drücken größer bzw. gleich Normaldruck und anschließende Erwärmung auf Temperaturen im Bereich zwischen der Niob-Abscheidungstemperatur(a) und 1200° C zum Eindiffundierenlassen von C und N in die Nb-Schicht unter Bildung von Niobcarbonitriden und
c) Aufbringen einer hochleitfähigen Metallschicht mit einem stromlosen Verfahren in bekannter Weise.
Vorzugsweise wird die Abscheidung von Niob bei einer Temperatur im Bereich von 500° bis 6000C durchgeführt.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird beispielsweise dem bei ca. 6000C feinkörnig abgeschiedenen Niob zunächst NH3 und CH4 zugeführt und danach die Temperatur so langsam erhöht, daß sich der so durch Dissoziation entstehende (angebotene) Stickstoff bzw. Kohlenstoff entlang der Korngrenzen durch die gesamte Schicht ausbreiten kann und eine Rekristallisation der Körner unter beginnender Bildung eines Niobcarbonitrid-Films verhindert wird. Bei höherer Reaktionstemperatur (beispielsweise 1050 bis 11000C) bildet sich die gewünschte kubische Phase schließlich im ganzen Korn aus.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Beispiels näher erläutert:
Im ersten Schritt des Prozesses wurde Niobpenta-
40
ORIGINAL INSPECTED
chlorid bei 125° C verdampft und mit einem Wasserstoffträgergasstrom von 10 l/h in den Reaktor eingespeist, in welchen Kohlenstoff-Fasern vorgelegt worden waren. Die Abscheidungstemperatur betrug 600° C und die Abscheidungsdauer 17 Minuten. Auf diese Weise wurde eine 0,5 μηι dicke Niobschicht auf den Fasern erhalten. In einem zweiten Reaktor wurde danach die Niobschicht mit strömendem NH3 und CH4 im Verhältnis 3 zu 1 und einem Gesamtdurchsatz von 36 l/h bei langsam ansteigenden Temperaturen bis 1100° C in Niobcarbonitrid umgewandelt. Die Zeit der Wärmebehandlung hatte einen bedeutenden Einfluß auf den Einsatzwert der Sprungtemperatur und der Übergangsbreite des auf diese Weise hergestellten flexiblen Supraleiters. Während bei 17minütiger Wärmebehandlung der Einsatzwert bei 17,9 K und einer Übergangsbreite von 0,7 K lag, nahm bei einer Wärmebehandlung
j von 90 Minuten der Einsatzpunkt den Wert von 18,2 K an, wobei die Übergangsbreite nun bei 1,5 K lag. Der mittlere Korndurchmesser der Nb-carbonitridkristalle in der Beschichtung änderte sich durch die verschieden lange Wärmebehandlungszeit nicht, sondern war in beiden Fällen kleiner als 0,1 μπι. Anschließend wurde der Supraleiter stromlos in einem Kupferbad verkupfert.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Supraleiters, bestehend aus einer C-Faser mit einer dünnen Schicht einer Niobverbindung der allgemeinen Formel
in welcher die Summe von χ + y einen maximalen Wert zwischen 0,9 und 1,0 erreichen kann, /einen Wert zwischen 0,60 und 0,95 und χ einen Wert zwischen 0,05 und 0,40 bedeutet und einer äußeren, hochleitfähigen Metallschicht, bei welchem die C-Faser mit Niobchlorid, C-Verbindungen und Stickstoff oder Stickstoffverbindungen in der Gasphase behandelt wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
a) Abscheidung von Niob in feinkörniger Gefügestruktur auf der Oberfläche der C-Faser bei Temperaturen im Bereich zwischen 250° und 6500C,
b) Zugabe von C- und N-haltigen Verbindungen bei Drücken größer bzw. gleich Normaldruck und anschließende Erwärmung auf Temperaturen im Bereich zwischen der Niob-Abscheidungstemperatur (a) und 12000C zum Eindif fundierenlassen von C und N in die Nb-Schicht unter Bildung von Niobcarbonitriden und
c) Aufbringen einer hochleitfähigen Metallschicht mit einem stromlosen Verfahren in bekannter Weise.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung von Niob bei einer Temperatur im Bereich von 500° bis 6000C durchgeführt wird.
DE2856885A 1978-12-30 1978-12-30 Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Supraleiters, bestehend aus einer C-Faser mit einer dünnen Schicht einer Niobverbindung der allgemeinen Formel NbC χ Ny und einer äußeren hochleitfähigen Metallschicht Expired DE2856885C2 (de)

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