DE3243265C2

DE3243265C2 - Supraleitende Materialien und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE3243265C2
Application number: DE3243265T
Authority: DE
Inventors: Mitsuyuki Imaizumi; Kiyoshi Yoshizaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1982-04-28
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2002-04-29
Also published as: DE3243265T1; US4629515A; WO1982003941A1; GB2111871A; GB2111871B

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von supraleitenden Substanzen auf der Basis von Niob oder Vanadium in Form von Pul vern oder Kurzfasern sowie daraus hergestellte supra leitende Materialien, die sich selbst bei Verformung durch mechanische Beanspruchung in ihren supraleiten den Charakteristiken kaum verschlechtern und die im kommerziellen Maßstab hergestellt werden können.

Seit einigen Jahren werden immer mehr supraleitende Einrichtungen bei einer Vielzahl von Anwendungen ver wendet - z. B. als Vorrichtung in Verbindung mit der Erzeugung von Energie, z. B. einem Kernverschmelzungs reaktor, einem supraleitenden Generator und einer Vorrichtung für die Speicherung von elektrischer Energie, physika lische Hochenergievorrichtungen, z. B. einem Beschleu niger, Transporteinrichtungen, z. B. einem magneti schem Schwebezug und eine Vorrichtung zum Antrieb von Schiffen, und medizinische Vorrichtungen, z. B. eine Vorrichtung zur Behandlung von Erkrankungen unter Verwendung von π-Mesonen. Im Zusammenhang damit und mit der Herstellung von großdimensionierten Vorrich tungen war es wünschenswert, supraleitende Materia lien zu entwickeln, die in der Lage sind, hohen mag netischen Feldern und einer Hochgeschwindigkeitsan regung standzuhalten.

Aus DE-AS 27 33 511 ist ein Supraleiter bekannt, der aus vielen Drähten besteht und mit Reinaluminium stabilisiert ist. Eine Vielzahl von supraleitenden Stäben oder Drähten wird in einen aus einer Alumi niumlegierung bestehenden Block eingebettet. Diese Matrix wird dann von einer Hülle aus Reinaluminium umgeben. Zur Herstellung eines Supraleiters wird ein Block aus einer Aluminiumlegierung mit einer Vielzahl von Bohrungen vorbereitet, in die Stäbe aus supralei tendem Material eingesetzt werden. Nach der Extru sion des Blockes und Versehen mit einer Metallhülle erfolgt ein Ziehen des Materials zu einem feinen Draht, mit anschließender Entfernung der Metallhülle durch Abätzen.

In magnetischen Feldern von mindestens 8 Tesla werden im allgemeinen supraleitende Drähte verwendet, die aus Verbindungen, wie z. B. Nb₃Sn und V₃Ga, herge stellt worden sind und ausgezeichnete Hochmagnetfeld- Charakteristiken besitzen. Diese Drähte weisen je doch den Nachteil auf, daß sie mechanisch spröde sind. Aus diesem Grunde wurden verschiedene verbes serte Verfahren zur Herstellung derartiger supralei tender Drähte vorgeschlagen, um das vorstehend be schriebene Problem zu überwinden. So wurden z. B. diskontinuierliche, faserförmige supraleitende Draht materialien hergestellt. Diese supraleitenden Draht materialien werden nach einem Verfahren hergestellt, welches das Solidifizieren einer Kupfer-Basislegie rung, die geringe Konzentrationen an Niob- und Zinn komponenten enthält, durch schnelles Abkühlen zu fein verteilten Niobpartikeln in einer Kupfermatrix, Zie hen der auf diese Weise gebildeten Legierung unter Bildung von Niobfasern und anschließende Anwendung einer Wärmebehandlung auf der Oberfläche der Niob faser unter Bildung von Nb₃Sn umfaßt, oder alterna tiv ein Verfahren, welches das Preßsintern eines Gemisches aus Niobpulver und Kupfer- und Zinnpulver oder eines Kupfer-Zinn-Legierungspulvers, Herstellung feiner kurzer Fasern und anschließende Anwendung einer Wärmebehandlung auf der Oberfläche der feinen kurzen Faser unter Bildung von Nb₃Sn umfaßt.

Aus IEEE Transactions on Magnetics, Vol. Mag-16, Nr. 5, September 1980, S. 1236-1240 ist bekannt, bei der Herstellung von supraleitenden Drähten durch das dis kontinuierliche Verfahren zu Untersuchungszwecken die Kupfermatrix wegzuätzen.

In den diskontinuierlichen, faserförmigen supralei tenden Drahtmaterialien, die nach den vorstehend be schriebenen Verfahren hergestellt werden, kann der elektrische Strom infolge des angrenzenden Effekts der diskontinuierlichen, faserförmigen supraleiten den Substanzen passieren. Selbst wenn daher die Drahtmaterialien durch Einwirkung elektromagnetischer Kräfte verformt werden, so werden deren supraleitende Stromcharakteristiken so lange nicht reduziert, als die Distanz zwischen den supraleitenden Substanzen auf einem niedrigeren Wert als einem vorausbestimm ten Wert gehalten wird.

Um die vorstehend beschriebenen ausgezeichneten dis kontinuierlichen, faserförmigen supraleitenden Materialien, insbesondere Drähte, herzustellen, ist es erforderlich, pulverförmige oder kurze, faserför mige supraleitende Substanzen mit ausgezeichneten supraleitenden Charakteristiken zu verwenden. Ein industrielles Verfahren zur Herstellung derartiger supraleitender Substanzen wurde bis jetzt nicht zur Verfügung gestellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ver fügung zu stellen, das die industrielle Herstellung pulverförmiger oder faseriger supraleitender Substan zen mit ausgezeichneten supraleitenden Charakteristi ken erlaubt.

Eine weitere Aufgabe gemäß der Erfindung besteht in der Schaffung ausgezeichneter supraleitender Materia lien, die aus supraleitenden Substanzen gebildet wer den, welche man nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren herstellt.

Supraleitende Substanzen umfassen Verbindungen vom A 15-Typ, wie z. B. Nb₃Sn, Nb₃Ge, Nb₃Al, V₃Ge, V₃Ga und V₃Si; Verbindungen vom C 15-Typ, wie z. B. HfV₂, Verbindungen vom NaCl-Typ, wie z. B. NbC und NbN, Oxide, wie BaPb_1-xBi_xO₃ und Li_1+xTi_2-xO₄, und Chevrel-Phasen-Verbindungen, wie PbMo₆S₈. Diese Substanzen werden in pulver artiger und faseriger Form verwendet, wobei die Seite oder der Durchmesser von mehreren Mikron bis zu mehreren Zehnen Angstrom (Å) beträgt.

Diese pulverförmigen oder faserigen supraleitenden Substanzen können nach einem Verfahren gemäß Patent anspruch 1 hergestellt werden.

Der Ausdruck "chemisches Auflösen einer nicht-su praleitenden Substanz", wie er hier verwendet wird, bedeutet ein Verfahren, bei welchem ein Verbundme tallmaterial in ein Ätzmittel eingetaucht wird, um nicht-supraleitende Substanzen, die in diesem ent halten sind, aufzulösen und zu entfernen. Geeignete Ätzmittel umfassen Säuren, wie HNO₃, HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, CH₃COOH und HF und gemisch te Lösungen, die diese Säuren enthalten.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.

Das Bearbeitungsverfahren zur Bildung des vorstehend beschriebenen metallischen Verbundmetalls und die Wärmebehandlung zur Bildung der supraleitenden Sub stanz werden zumindest einmal wiederholt.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren gemäß Patentanspruch 7 durchgeführt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 8 und 9.

Das leicht bearbeitbare Metall kann z. B. Cu, Sn, Ga, eine Cu-Sn-Legierung und eine Cu-Ga-Legierung umfas sen.

Die beschriebene Behandlung umfaßt einen Schritt, bei dem die Metallfaser auf Niob- oder Vanadium-Basis mit einem pulverigen oder faserigen Material auf der Basis von Zinn oder Gallium vermischt wird, oder einen Schritt, bei dem Zinn oder Gallium auf der Metallfaser durch elektrolytische oder galvanische Abscheidung, Vakuum-Aufdampfung oder Ablagerung niedergeschlagen wird.

Mit derart hergestellten Materialien werden erfindungsgemäß Supraleiter mit einer erheblich verbesserten kriti schen Stromdichte pro Querschnittseinheit im Ver gleich zu den üblichen zur Verfügung gestellt, indem man um die supraleitfähigen Substanzen, die nach dem vorerwähnten Verfahren hergestellt wurden, ein Metall mit einer hohen mechanischen Festigkeit anbringt. Eine bevorzugte Ausgestaltung dieses Supraleiters ist in Anspruch 11 angegeben.

Metalle mit hoher mechanischer Festigkeit umfassen Cu-Ni-Legierungen, wie Kupronickel, welches 10 bis 30 Gew.-% Ni enthält und Monelmetall, welches 30 bis 40 Gew.-% Cu enthält, abscheidungshärtende Kupferlegie rungen, wie Cu-Ti und Cu-Be, nicht magnetischer rost freier Stahl, wie SUS 304 und SUS 316, und Metalle mit ausgezeichneten Kaltverarbeitungseigenschaften, wie z. B. Nb und Ta.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt

Fig. 1 bis 3 eine Querschnittsansicht eines Bei spiels für einen Verbundmetalldraht aus Kup fer, Zinn und Niob gemäß einem Beispiel der Erfindung;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Verbundpul vers, welches Kupfer und Niob umfaßt;

Fig. 5 und 6 Querschnittsansichten von Beispielen von Verbundmetalldrähten, welche Kupfer und Vanadium umfassen;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Stranges, welcher einen Kupferbehälter und eine Mehr zahl von Verbundmetalldraht-Materialien, die sich in dem Behälter befinden, umfaßt; und

Fig. 8 eine charakteristische Ansicht, welche die Ver änderungen der kritischen Stromdichte eines supraleitenden Drahtmaterials gemäß der Er findung, eines supraleitenden Drahtmaterials aus kontinuierlichen Fasern und eines supra leitenden Drahtmaterials aus diskontinuier lichen Fasern, wie es nach einer konventio nellen Methode hergestellt wurde, zeigt.

Beispiel 1

Nb-Drähte (11) mit einem Durchmesser von 110 µm wurden in Cu-Substrat (12) gemäß Fig. 1 eingebettet, um ein Verbundmetallrohr mit einem äußeren Durchmesser von 50 mm und einem inneren Durchmesser von 20 mm herzustellen. Ein Sn-Drahtma terial (13) wurde in den hohlen Teil des Verbundme tallrohres eingeführt unter Bildung eines Verbund metallstabes. Das Verbundmetallrohr kann in ein facher Weise durch zentrale maschinelle Bearbeitung nach dem Heiß-Hohlstrangpressen oder Heißextrudieren hergestellt werden. Der Ver bundmetallstab kann hergestellt werden, indem man geschmolzenes Zinn in den hohlen Teil des Verbund metallrohres einfüllt.

Der Verbundmetallstab wurde dann mittels einer Drahtzangenbank, einer Streckmaschine oder derglei chen gezogen unter Bildung eines Drahtmaterials mit einem Außendurchmesser von 0,8 mm. Das Drahtmate rial wurde dann in einem Temperaturbereich von 650 bis 950°C in Inertgasatmosphäre für mehrere 10 Stunden wärmebehandelt, wobei Sn durch Cu diffun dierte, und Nb in eine faserige Form mit einem Drahtdurchmesser von 2 µm oder darunter in Nb₃Sn durch Festkörperreaktion umgewandelt wurde. Schließlich wurde das Material in HNO₃ einge taucht, um die Anteile an Cu-Sn, mit Ausnahme von Nb₃Sn, aufzulösen und zu entfernen, wodurch sich eine faserige Nb₃Sn-supraleitende Substanz bil dete.

Die supraleitende Substanz wurde verwendet, um ein diskontinuierliches, faserförmiges, supraleitendes Drahtmaterial herzustellen; die supraleitenden Ei genschaften desselben wurden untersucht, wobei zu friedenstellende Ergebnisse erhalten wurden.

Wenn es erforderlich ist, die Korngröße der vor stehend genannten faserigen Nb₃Sn-supraleitenden Substanz einzustellen, so wird die supraleitende Substanz z. B. mit Hilfe einer Kugelmühle in eine feine Pulverform gemahlen. In vielen Fällen ist die Verwendung einer Cu-Sn-Legierung vom Standpunkt der Leichtigkeit des Ziehens vorteilhaft.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde ein Bronze-Verfahren ange wendet, obwohl in den vorstehenden Beispielen ein Innendiffusionsverfahren zur Anwendung kam. D. h., eine Anzahl von Nb-Stäben (15) wurden in Bronze, welche 13 Gew.-% oder darunter Sn enthielt, einge bettet unter Bildung eines Verbundmetallstabes, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird. Der Verbundmetallstab wurde wiederholt Behandlungen durch Heißextrudieren und Kaltziehen-Weichglühen unterworfen, um dessen Querschnittsfläche zu reduzieren und ein Verbund drahtmaterial zu bilden. Dann wurde das Verbund drahtmaterial unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 unter Bildung von Nb₃Sn wärmebehan delt. Schließlich wurden Anteile von Cu-Sn mit Hil fe des gleichen Ätzungsmittels, wie es in dem vor stehenden Beispiel verwendet wurde, entfernt unter Bildung einer Nb₃Sn-supraleitenden Substanz in faseriger Form. In ähnlicher Weise wurde ein dis kontinuierliches faserförmiges supraleitendes Drahtmaterial hergestellt; seine supraleitenden Charakteristiken wurden untersucht und als zufrie denstellend beurteilt.

Auch durch Einbetten von Nb-Stäben in Bronze, die durch Reduzierung der Sn-Konzentration in ihrer Be arbeitbarkeit verbessert waren, Bearbeiten des er haltenden Materials unter Reduzierung seiner Quer schnittsfläche, Abscheiden von Sn nach Methoden, wie z. B. Plattieren, um fehlendes Sn zu ersetzen, und anschließende Anwendung einer Wärmebehandlung, kann eine Nb₃Sn-supraleitende Substanz herge stellt werden.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurde ein externes Diffusions verfahren angewendet. D. h., eine Anzahl von Nb- Drähten (17) wurden in ein Cu-Substrat (16) gemäß Fig. 3 eingebettet und das Substrat (16) unter Re duzierung seiner Querschnittsfläche bearbeitet. Sn (18) wurde mit Hilfe von Verfahren wie Galvanisie ren oder Schmelzplattieren auf demselben unter Einstellung der Enddimensionen ab geschieden. Das erhaltene Material wurde der glei chen Wärmebehandlung wie im Beispiel 1 unter Bil dung von Nb₃Sn unterworfen. Dann wurden Cu-Sn-An teile mit Hilfe des gleichen Ätzungsmittels wie im Beispiel 1 entfernt unter Bildung einer faserigen Nb₃Sn-supraleitenden Substanz. Die supraleitende Substanz wurde verwendet zur Herstellung eines dis kontinuierlichen faserförmigen supraleitenden Drahtmaterials; die supraleitenden Charakteristiken desselben wurden untersucht und als befriedigend beurteilt.

Obwohl ein kontinuierlicher Nb-Drahtkern in den Beispielen 1 bis 3 verwendet wird, kann, selbst wenn der Draht im Verlauf der Herstellung gebrochen wird oder eine diskontinuierliche Faser von Anfang an verwendet wird, durch Anwendung des erfin dungsgemäßen Verfahrens eine supraleitende Substanz hergestellt werden.

Nach der Bildung von Nb₃Sn auf einem Teil der Oberfläche des Nb-Drahtes durch Anwendung der Wär mebehandlung auf das Verbundmetallmaterial wird eine Kaltbearbeitung durchgeführt, um das gesamte oder einen Teil des Nb₃Sn zu brechen, und durch weitere Wärmebehandlung reagieren nicht umgesetztes Nb und Sn. Selbst wenn daher ein Nb-Drahtkern einen verhältnismäßig hohen Durchmesser aufweist, kann das gesamte Nb zur Bildung von Nb₃Sn verwendet werden.

Obwohl die Erfindung in bezug auf ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Substanz von Nb₃Sn in pulverförmiger oder kurzfaseriger Form in den vorstehenden Beispielen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese Materialien beschränkt. Wenn z. B. V oder ein V-Basis-Material als metallischer Drahtkern verwendet werden, oder Ga oder eine Cu- Ga-Legierung als leicht bearbeitbares Metall, das in der Lage ist, in Kombination mit dem V-Basis-Me tall eine supraleitende Substanz zu bilden, einge setzt werden, so kann eine V₃Ga-supraleitende Substanz nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her gestellt werden. In ähnlicher Weise können supra leitende Substanzen, wie V₃Si und Nb₃Al nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.

Außerdem können die supraleitenden Eigenschaften durch Zugabe metallischer Elemente, wie Al, Mg, Mn, Ga, Hf, Ta, Zr etc., zu dem Nb- oder V-Metall, und metallische Elemente, wie Al, In, Mg, Mn, Pb etc., zu dem Sn- oder Ga-Metall verbessert werden.

Beispiel 4

Verbundpulver mit einem mittle ren Durchmesser von ca. 40 µm, welches Cu (5) und Nb (6) umfaßt, das in Cu (5), wie in Fig. 4 ge zeigt, gegeben wird, wurde bei einer Temperatur von 600 bis 1000°C unter Bildung eines Verbundmetall stabes, welcher Cu und Nb umfaßt, mit einem Durch messer von 20 mm heißgepreßt. Der Verbundmetallstab wurde dann kalt bearbeitet unter Bildung eines Drahtmaterials mit einem Durchmesser von 0,2 mm, welches wiederum chemisch behandelt wurde zur Ent fernung der Cu-Metallschicht, unter Erhalt einer Nb-Metallfaser mit einem mittleren Durchmesser von ca. 0,3 µm. Schließlich wurde die Nb-Metallfaser durch elektrolytische Abscheidung mit Sn versehen und bei 700 bis 1000°C wärmebehandelt, um die Nb- Metallfaser in eine Nb-Sn-Mischfaser umzuwandeln, welche dann in einer Kugelmühle unter Bildung einer pulverförmigen Nb₃Sn-Verbindung mit einem mittleren Durchmesser von ca. 0,3 µm vermahlen wurde.

Im Verlauf der Herstellung des Verbundmetallstabes in diesem Beispiel können Cu-Pulver oder Cu-Faser vorhanden sein. Obwohl gemäß diesen Beispiel Sn durch Galvanisieren auf der Metallfaser abgeschieden wur de, kann hier auch die Methode der Vakuumaufdam pfung, eine Methode, bei welcher geschmolzenes Zinn permeiert wird, eine Methode, bei der lediglich Sn-Pulver zugemischt wird und eine Methode, bei welcher Sn und Cu vorher zu einer Legierung verar beitet werden, angewendet werden. Das Vermahlen der Nb₃Sn-Faser kann durch verschiedene mechanische Verfahren erfolgen.

Beispiel 5

Ein Verbundmetalldraht, der Cu (7) und V (8) um faßt, wobei V (8) in Cu (7), wie in Fig. 5 gezeigt wird, angeordnet ist, oder ein Verbundmetalldraht, welcher Cu (9) und eine Mehrzahl von Drähten mit V-Kern (10) (Durchmesser: 50 µm) umfaßt, die gemäß Fig. 6 in Cu (9) plaziert sind, wurde in einen me tallischen Behälter mit einem Durchmesser von 100 mm gegeben, bei 300 bis 900°C extrudiert und kalt bearbeitet unter Bildung eines Verbunddrahtes mit einem Durchmesser von 0,1 mm. Der auf diese Weise hergestellte Verbunddraht wurde chemisch be handelt, um die Cu-Basis-Metallschicht zu entfer nen, wobei eine Metallfaser auf V-Basis mit einem mittleren Durchmesser von ca. 0,05 µm gebildet wurde. Eine Ga-Cu-Legierung wurde in geschmolzenem Zustand in ein Bündel der vorstehend hergestellten Metallfasern auf V-Basis permeiert, welches dann wiederum einer Wärmebehandlung bei 550 bis 1000°C unterworfen wurde, um die V-Basis-Faser in eine V₃Ga-Mischfaser umzuwandeln.

Die V-Ga-Mischfaser wurde in einer Kugelmühle vermahlen, wobei eine zu winzigen Teilchen vermahlene V₃Ga-Verbindung mit einem mittleren Durchmesser von ca. 0,05 µm erhalten wurde.

Beispiel 6

Nb₃Sn-Pulver (3) in faseriger Form mit einem Durchmesser von 50 bis 320 nm (500-3200 Å) und einer Länge von 0,5 bis 5 µm wurde in ein 30 Gew.-% Cu-haltiges Nickelrohr (Kupronickel-Rohr) (2) gegeben, welches wiederum umgeben war von einem Kupferrohr (4) mit einem Außendurchmesser von 3,2 mm und einem Innen durchmesser 11,8 mm. Das auf diese Weise gebildete Verbundmetall wurde unter Bildung eines Drahtmate rials mit einem Außendurchmesser von 3 mm kaltgezo gen. Dann wurde das Drahtmaterial bearbeitet, so daß es einen hexagonalen Querschnitt aufwies, in welchem der Abstand zwischen den einander gegen überliegenden Seiten 2,8 mm betrug. Diese Drahtma terialien (127) wurden, wie in Fig. 7 gezeigt, in einen Kupferbehälter (1) mit einem Außendurchmesser von 50 mm und einem Innendurchmesser von 37,5 mm gegeben und bei 650°C unter Bildung eines Drahtma terials mit einem Außendurchmesser von 20 mm heiß extrudiert. Schließlich wurde das Drahtmaterial un ter Bildung eines runden Drahtes mit einem Durch messer von 0,5 mm kaltgezogen und dann mit einer Ganghöhe von 20 mm gedreht unter Bildung eines Nb₃Sn-Drahtmaterials vom diskontinuierli chen Faser-Typ gemäß der Erfindung.

Das auf diese Weise erhaltene Nb₃Sn-Drahtmaterial vom diskontinuierlichen Faser-Typ wurde in flüssi gem Helium bei einer Temperatur von 4,2 K gebogen, während ein diagonales Magnetfeld von 12 Tesla angelegt wurde. Es wurde die kritische Stromdichte der Nb₃Sn-Verbindung in dem Kupronickel-Rohr gemessen; die Ergebnisse sind in Fig. 8 wiedergegeben (Kurve A).

Zum Vergleich wurde jeweils die kritische Strom dichte eines im Handel erhältlichen kontinuierli chen faserigen feinkernigen Drahtes und eines Nb₃Sn-Drahtmaterials vom diskontinuierlichen Fa ser-Typ, hergestellt nach einem konventionellen Verfahren, unter den gleichen Bedingungen, wie sie oben beschrieben sind, gemessen. Die Ergebnisse werden in Fig. 8 jeweils als Kurve B und C aufge zeigt.

Wie Fig. 8 zeigt, ist das Nb₃Sn-Drahtmaterial vom diskontinuierlichen Faser-Typ gemäß der Erfindung in einem solchen Maße verbessert, daß dessen kri tische Stromdichte bei einer Beanspruchung bzw. Verformung von 0 ein Mehrfaches des Wertes auf zeigt, wie das im Handel erhältliche Drahtmaterial und das nach dem konventionellen Verfahren herge stellte Drahtmaterial. Der Grund dafür liegt darin, daß das Drahtmaterial gemäß der Erfindung keine nicht-supraleitenden Substanzen, wie Cu-Sn-Bronze in dem Kupronickel-Rohr enthält, im Gegensatz zu den konventionellen Drähten, sondern im wesentli chen aus Nb₃Sn-Substanz besteht. Außerdem nimmt die kritische Stromdichte des Drahtmaterials gemäß der Erfindung selbst bei einer Verformung von 5% nicht ab, wohingegen das nach dem konventionellen Verfahren hergestellte Drahtmaterial eine Abnahme der kritischen Stromdichte bei einer Verformung von 1% zeigt. Der Grund dafür liegt darin, daß das Drahtmaterial gemäß der Erfindung aus feinem Nb₃Sn-faserförmigen Pulver zusammengesetzt ist. Wie vorstehend beschrieben, besitzt das Nb₃Sn- Drahtmaterial vom diskontinuierlichen Faser-Typ ge mäß der Erfindung ausgezeichnete supraleitende Ei genschaften, welche auch bei Anwendung einer mecha nischen Beanspruchung kaum verschlechtert werden.

Das Kupferrohr (4) wurde verwendet, um das Kupro nickel-Rohr (2) zu umhüllen, und zwar um die durch den Flußsprung, z. B. in Richtung des äußeren Durchmessers, gebildete Wärme schnell zu übertra gen. Außerdem können auch Rohre aus Aluminium oder Silber verwendet werden und haben denselben Ef fekt, wie vorstehend beschrieben. Es ist jedoch nicht immer erforderlich, derartige Rohre einzu setzen.

Im Beispiel 6 ist das supraleitende Material, wie vorstehend beschrieben, so konstruiert, daß ein Me tall mit einer hohen mechanischen Festigkeit um die supraleitende Substanz herum vorgesehen ist. Da das supraleitende Material keine nicht-supraleitenden Substanzen wie Cu-Sn-Bronze enthält, die in dem konventionellen supraleitenden Material dieses Typs enthalten sind, besitzt es eine deutlich erhöhte Stromdichte pro Einheit der Querschnittsfläche und ist außerdem in seiner Struktur vereinfacht; es kann im kommerziellen Maßstab hergestellt werden.

In einem Elektromagneten z. B., der durch Auf wickeln des supraleitenden Materials gemäß der Er findung hergestellt wird, kann selbst dann, wenn das Drahtmaterial unter dem Einfluß großer elektro magnetischer Kräfte deformiert wird, der angrenzen de Effekt aufrechterhalten wer den, da sich die pulverförmige supraleitende Sub stanz durch Gleiten bewegt, so daß auf diese Weise eine Reduzierung der Stromdichte wirksam verhindert werden kann. Da außerdem ein Metall mit einem hohen Widerstand, wie Kupronickel, als Metall, welches eine hohe mechanische Festigkeit besitzt, verwendet wird, kann der Verlust an Wechselstrom aufgrund des sich dynamisch ändernden Strom- und Magnetfeldes, wie z. B. bei einem Pulsmagnet, weitgehend vermin dert werden. Aus diesem Grunde findet das Drahtma terial gemäß der Erfindung einen breiten Anwen dungsbereich als Drahtmaterial mit hoher Leistung und Verläßlichkeit bei der Herstellung von z. B. Elektromagneten, die an Stellen verwendet werden, wo starke elektromagnetische Kräfte wirken.

Claims

1. Verfahren zu Herstellung einer supra leitenden Substanz auf der Basis von Niob oder Vanadium in Form von Pulver oder Kurzfasern, bestehend aus den folgenden Schritten:

(a) Herstellung einer Kombination, welche zumin dest aus Niob oder Vanadium und einem leicht verformbaren Metall besteht und aus welcher unter Verformung ein metallisches Verbund material gebildet wird;
(b) Behandlung des metallischen Verbund materials zur Bildung supraleitender Eigenschaften, wobei diese Behandlung zumin dest eine Wärmebehandlung umfaßt; und
(c) Entfernen der nichtsupraleitenden Substanzen, die noch in dem metallischen Verbundmaterial enthalten sind, durch chemisches Auflösen, wodurch eine pulver- oder kurzfaserförmige supraleitende Substanz gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leicht verformbare Metall mindestens ein Element aus der Gruppe Kupfer (Cu), Zinn (Sn) und Gallium (Ga) oder eine Cu-Sn-Legierung oder eine Cu-Ga-Legierung darstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung und die Wärmebehandlung mindestens einmal wiederholt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt (a) eines der Elemente Niob oder Vanadium in eine Cu-Sn- Legierung oder in eine Cu-Ga-Legierung ein gebettet oder parallel dazu plaziert wird und daraus unter Verformung das metallische Verbundmaterial gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt (a) eines der Elemente Niob oder Vanadium in ein Cu-Grund metall eingebettet oder parallel dazu plaziert wird und daraus unter querschnitts reduzierender Verformung ein metallisches Verbunddrahtmaterial gebildet wird, und dann im Verfahrensschritt (b) eines der Elemente Zinn oder Gallium darauf niedergeschlagen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt (a) eines der Elemente Niob oder Vanadium in mindestens eine Legierung aus der Gruppe Cu-Sn-Legierung und Cu-Ga-Legierung eingebettet oder parallel dazu plaziert wird und daraus unter quer schnittsreduzierender Verformung ein draht förmiges oder ein riemenförmiges metallisches Verbundmaterial gebildet wird, und dann im Verfahrensschritt (b) eines der Elemente Zinn oder Gallium darauf abgeschieden wird.

7. Verfahren zur Herstellung einer supra leitenden Substanz auf der Basis von Niob oder Vanadium in Form von Pulver oder Kurzfasern, bestehend aus den folgenden Schritten:

(a) Herstellung eines Verbundmetallstabs, welcher mindestens einen Kern mit einer Niob- oder Vanadiumkomponente und eine Mitte aus leicht verformbarem Metall umfaßt unter querschnittsreduzierender Verformung;
(b) Entfernen des leicht verformbaren Metalls aus dem Verbundmetallstab unter Bildung einer Metallfaser auf der Basis von Niob oder Vanadium durch chemisches Auflösen;
(c) Abscheiden einer Zinn- oder Gallium-Grund komponente auf der Metallfaser und Anwendung einer Wärmebehandlung unter Bildung supraleitender Eigenschaften;
(d) Vermahlen der Metallfaser.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß zur Durch führung des Verfahrensschritts (c) die Metallfaser mit einem pulverförmigen oder faserigen Material auf der Basis von Zinn oder Gallium vermischt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Ver fahrensschritt (c) auf die Metallfaser Zinn oder Gallium durch galvanische oder elektrolytische Abscheidung, Vakuumaufdampfung oder Ab lagerung niedergeschlagen wird.

10. Supraleitendes Material, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Substanz umfaßt, welche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wurde und um die ein Metall hoher mechanischer Festigkeit angebracht wird, so daß diese direkt umhüllt ist.

11. Supraleitendes Material nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Metall mit der hohen mechanischen Festigkeit mindestens ein Metall niederer mechanischer Festigkeit, welches leicht ver arbeitbar ist und eine hohe Wärmeleitfähig keit besitzt, vorzugsweise Ag, Al oder Cu, so angebracht ist, daß es dieses einhüllt.