DE4317703C2 - Supraleitender Draht aus einer Nb-Ti-Legierung und ein Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Supraleitender Draht aus einer Nb-Ti-Legierung und ein Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft ein Verbundmaterial für ein Filament
eines supraleitenden Drahtes auf Basis einer Nb-Ti-Legierung
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden
Drahtes.
Ein supraleitender Draht aus einer Nb-Ti-Legierung weist eine
Struktur auf, umfassend eine Matrix, die aus einer Legierung
aus Cu oder auf Basis von Cu hergestellt ist, worin zumindest
ein supraleitendes Filament aus einer Legierung auf Basis von
Nb-Ti eingefügt ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes
auf Basis einer Nb-Ti-Legierung ist bekannt, das folgende
Schritte umfasst: Einführen eines Teils, hergestellt aus
einem Nb-Ti-Legierungsblock, in ein Rohr, hergestellt aus
einer Cu-Legierung oder einer Legierung auf Cu-Basis;
Durchführung einer querschnittsvermindernden Behandlung mit
dem Rohr einschließlich Extrusion und Ziehen, um dadurch ein
Filament zu bilden; Herstellen eines Bündels, das sich aus
mehreren derartiger Filamente zusammensetzt, und Einfügen des
Bündels in ein Rohr aus Cu oder einer Legierung auf Cu-Basis;
und Durchführen einer querschnittsvermindernden Behandlung
mit dem Rohr, einschließlich Extrusion und Ziehen, um dadurch
einen supraleitenden Draht zu erhalten. Nachfolgend wird
dieses Verfahren der Einfachheit halber als
"Einfügungsverfahren" bezeichnet.
Vor kurzem wurde ein Verfahren entwickelt, das folgende
Schritte umfasst: Vorheriges Einbetten eines Metalls wie Nb
und Ti, das keine supraleitenden Eigenschaften entfaltet, bei
einer Temperatur von 4,2 K, unter einem magnetischen Feld von
mehreren Tesla, in eine Ausgangslegierung aus Nb-Ti und
Herstellen eines Verbunddrahtes auf im wesentlichen gleiche
Art und Weise, wie es oben beschrieben ist. Nachfolgend wird
dieses Verfahren der Einfachheit halber als "künstliches
Pinning-Verfahren" bezeichnet.
Bei dem Einfügungsverfahren wird eine Metallphase, die aus
einer Nb-Ti-Legierungsmatrix ausgefällt ist, bezeichnet mit
einer α-Ti-Phase, als Pinning-Zentrum verwendet, um die
grundsätzliche Eigenschaft des supraleitenden Drahtes d. h.
die kritische Stromdichte (nachfolgend mit "Jc" bezeichnet)
zu steuern. Auf der anderen Seite wird bei dem
Einbettungsverfahren ein eingebettetes, nicht supraleitendes
Material als Pinning-Zentrum verwendet.
Bei dem Einfügungsverfahren ist eine angemessene
Wärmebehandlung, zusammen mit einer Kaltverarbeitung,
erforderlich, damit die α-Ti-Phase in der Nb-Ti-
Legierungsmatrix ein effizientes Pinning-Zentrum sein kann.
Da es jedoch schwierig ist, die Menge und die Form einer α-
Ti-Phase bei dem Verfahren zur Herstellung eines
supraleitenden Drahtes genau zu kennen, ist es sehr
schwierig, einen supraleitenden Draht mit einem angemessenen
Jc-Wert genau zu entwerfen. Zusätzlich erfordert dieses
Verfahren eine Vielzahl von komplizierten und zeitraubenden
Verfahrensschritten, was unvermeidbar die Herstellungskosten
erhöht.
Auf der anderen Seite können bei dem künstlichen Pinning-
Verfahren die Menge und die Änderung bei der Form der
eingefügten Pinning-Zentren abgeschätzt werden. Dadurch ist
es möglich, ein supraleitendes Material mit einem
angemessenen Jc-Wert genau zu entwerfen. Jedoch weist das
künstliche Pinning-Verfahren den Nachteil auf, dass sich der
Jc-Wert in einem niedrigen magnetischen Feld von 1 bis 3 T
erhöht, sich aber beachtlich in einem hohen oder mittleren
magnetischen Feld von 4 T oder mehr im Vergleich zu dem
Einfügungsverfahren vermindert (vgl. L. R. Motowidlo et al.,
Adv. Cryog. Eng., Bd. 36, Seite 311, 1990; K. Yamafuji et
al., Cryogenics, Bd. 31, Seite 431, 1991). Ein Verfahren zur
Verhinderung der deutlichen Abnahme des Jc-Wertes bei einem
mittleren und hohen magnetischen Feld wurde bisher noch nicht
geschaffen. Dies ist ein Hauptgrund dafür, dass das
Einbettungsverfahren im Vergleich zu dem Einfügungsverfahren
bisher noch nicht allzu sehr in die Praxis umgesetzt worden
ist.
EP-A-0 440 799 beschreibt einen supraleitenden Draht und
dessen Herstellung. Folien aus Nb und Nb-Ti mit einer Dicke
von 20 bzw. 80 µm werden übereinandergeschichtet, eng
aufgewickelt und dann in ein Cu-Rohr gegeben. Der
resultierende Verbund wird querschnittsvermindert und
anschließend weist er einen hexagonalen Querschnitt auf.
Viele solcher Verbundmaterialien werden in ein weiteres Cu-
Rohr gegeben und ähnlich wie oben behandelt, unter Erhalt der
supraleitenden Drähte.
E. W. Collings: Applied Superconductivity, Metallurgy, and
Physics of Titanium Alloys, Volume 2, 1986, Plenum Press New
York and London, S. 367 beschreibt einige kommerzielle Ti-Nb-
Verbundmaterialien, die einen Nb-Gehalt in der Größenordnung
von 53% (hoher Nb-Gehalt), 50% (mittlerer Nb-Gehalt) bzw. 47%
(niedriger Nb-Gehalt) haben.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Verbundmaterial für ein
Filament eines supraleitenden Drahtes aus einer Nb-Ti-
Legierung zur Verfügung zu stellen, dessen Jc-Wert in einem
mittleren und hohen magnetischen Feld erhöht ist.
Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren für
die effiziente Herstellung eines supraleitenden Drahtes aus
einer Nb-Ti-Legierung anzugeben.
Diese Erfindung stellt ein Verbundmaterial der genannten Art
zur Verfügung, das die in den Ansprüchen 1 und 4 angegebenen
Merkmale aufweist.
Diese Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur
Herstellung eines supraleitenden Drahtes zur Verfügung, das
in den Ansprüchen 7 und 9 beschrieben ist.
Zusätzliche Merkmale dieser Erfindung sind in der
nachfolgenden Beschreibung angegeben und sind auch in den
Unteransprüchen beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm, das eine Änderung des BC2-Wertes
in Abhängigkeit von dem Ti-Gehalt einer
Legierung auf Basis von Nb-Ti zeigt;
Fig. 2A bis 2G ein repräsentatives Verfahren zur Herstellung
des erfindungsgemäßen supraleitenden Drahtes
vom Nb-Ti-Legierungstyp; und
Fig. 3 ein anderes repräsentatives Verfahren zur
Herstellung des erfindungsgemäßen
supraleitenden Drahtes vom Nb-Ti-
Legierungstyp.
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung ist der Ti-Gehalt der
Legierung auf Basis von Nb-Ti 48 bis 65 Gew.-% und der
Volumenanteil des Materials aus Nb oder der Nb-Legierung (A)
liegt bei 20 bis 35% in dem geschichteten Körper.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung liegt der Ti-
Gehalt der Legierung auf Basis von Nb-Ti bei 25 bis 45 Gew.-%,
und der Volumenanteil des Materials aus Ti oder der Ti-
Legierung (B) ist 20 bis 35% in dem geschichteten Körper.
Die Legierung auf Basis von Nb-Ti kann ein zusätzliches
Element wie Ta, Hf enthalten. Das zusätzliche Element kann
dazu beitragen, das obere kritische Feld zu erhöhen
(nachfolgend mit "BC2" bezeichnet).
Die Nb-Legierung (A) kann ein zusätzliches Element aufweisen,
beispielsweise Ti, Ta, Al, Mg, Fe, Hf, Cu, Ge, Ni, Zr und Cr.
Die Legierung (B) auf Ti-Basis kann ein zusätzliches Element
aufweisen, beispielsweise Nb, Ta, Al, Mg, Fe, Hf, Cu, Ge, Ni,
Zr und Cr.
Der supraleitende Draht aus einer Nb-Te-Legierung kann durch
eines der folgenden Verfahren hergestellt werden.
Das erste Verfahren umfasst: Bilden eines Körpers durch
alternierendes Schichten einer ersten Schicht aus einer
Legierung auf Basis von Nb-Ti, die 48 bis 65 Gew.-% Ti
enthält, und einer zweiten Schicht aus einem Pinningmaterial
aus Nb oder einer Nb-Legierung ohne supraleitende
Eigenschaften, wobei der Volumenanteil des Materials aus Nb
oder der Nb-Legierung auf 20 bis 35% in dem Körper ist. Dann
wird eine querschnittsvermindernde Behandlung mit dem
geschichteten Körper durchgeführt und ein supraleitender
Draht gebildet, indem eine Vielzahl dieser so behandelten
Körper gebündelt wird; und dann wird mit dem supraleitenden
Draht ggf. ein Verfahren, einschließlich Extrusion und
Ziehen, bzw. eine querschnittsvermindernde Behandlung
durchgeführt. Der gemäß dem ersten Verfahren erhaltene
supraleitende Draht enthält ein supraleitendes Filament mit
einer Struktur, umfassend eine Legierungsmatrix auf Basis von
Nb-Ti und Pinning-Zentren aus Nb oder einer Nb-Legierung (A).
Ein zweites Verfahren enthält: Bilden eines Körpers durch
alternierendes Schichten einer ersten Schicht aus einer Nb-
Ti-Legierung mit 25 bis 45 Gew.-% Ti, und einer zweiten
Schicht aus einem Pinningmaterial aus einem Metall aus Ti,
einer Ti-Legierung mit einer kritischen Temperatur, die
niedriger ist als die der Legierung auf Basis von Nb-Ti, oder
einer Ti-Legierung ohne supraleitende Eigenschaften, wobei
der Volumenanteil des Ti oder der Ti-Legierung 20 bis 35% in
dem Körper ist. Dann wird eine querschnittsvermindernde
Behandlung mit dem geschichteten Körper durchgeführt und ein
supraleitender Draht gebildet, indem eine Vielzahl der so
behandelten Körper gebündelt wird. Mit dem supraleitenden
Draht wird ggf. ein Verfahren, einschließlich Extrusion und
Ziehen, bzw. eine querschnittsvermindernde Behandlung
durchgeführt. Der erhaltene supraleitende Draht enthält ein
supraleitendes Filament mit einer Struktur, umfassend eine
Legierungsmatrix auf der Basis von Nb-Ti und Pinning-Zentren
aus Ti oder einer Ti-Legierung (B).
Die alternierenden Schichten zur Bildung des geschichteten
Körpers können wie folgt hergestellt werden:
- 1. Alternierendes Schichten von zwei Arten von Metallschichten. Eine der beiden Schichtarten ist aus einer Legierung auf Basis von Nb-Ti hergestellt, und die andere ist aus Nb oder Nb-Legierung (A) oder Ti oder Ti-Legierung (B) hergestellt;
- 2. alternierendes Zusammenbauen von zwei Arten von Metallröhren mit einem unterschiedlichen Durchmesser. Eine der beiden Arten von Röhren ist aus einer Legierung auf Basis von Nb-Ti und die andere aus Nb oder einer Nb-Legierung (A) oder aus Ti oder einer Ti-Legierung (B) hergestellt; und
- 3. alternierendes Schichten von zwei Arten von Metallfolien. Eine der beiden Arten ist aus einer Legierung auf Basis von Nb-Ti und die andere aus Nb oder einer Nb- Legierung (A) oder aus Ti oder einer Ti-Legierung (B) hergestellt.
Das Verhältnis der Dicke des Teils aus der Nb-Ti-Legierung zu
der Dicke des Teils aus Nb oder der Nb-Legierung (A) oder des
Teils aus der Legierung auf Basis von Nb-Ti zu dem Teil aus
Ti oder der Ti-Legierung (B) ist vorzugsweise in dem Bereich
von 1 bis 20.
Nach dem Verfahren ist es einfach, Nb oder eine Nb-Legierung
oder Ti oder eine Ti-Legierung (B) als Pinning-Zentrum in
eine Legierung auf Basis von Nb-Ti einzuführen. Demgemäss
ermöglicht das Verfahren, leicht einen supraleitenden Draht
aus einer Nb-Ti-Legierung herzustellen, der ausgezeichnete
supraleitende Eigenschaften und insbesondere eine
ausgezeichnete kritische Stromdichte aufweist, ohne dass eine
komplizierte Wärmebehandlung erforderlich ist, die bei den
konventionellen Verfahren angewandt wird.
Die Pinning-Kraft ist proportional zu der Volumenänderung der
quantisierten Flusslinien, die mit dem Pinningmaterial
überlappt sind, d. h. zu der Änderung des Pinning-Potenzials,
die eine Verschiebung der quantisierten Flusslinien in einem
supraleitenden Filament begleitet. Daher ist es zur Erhöhung
der Pinning-Kraft, wenn sich der Volumenanteil des
Pinningmaterials pro Filament nicht ändert, erforderlich, die
Volumenänderung des überlappten Bereiches, die die
Verschiebung der quantisierten Flusslinie begleitet, zu
erhöhen. Angesichts dessen ist es bevorzugt, den ersten Typ
zu verwenden, worin zwei Arten von Metallplatten alternierend
übereinander geschichtet werden, und mit dem geschichteten
Körper eine querschnittsvermindernde Behandlung
durchzuführen. Bei diesem Verfahren ist die Schichtrichtung
der Metallplatten, die aus der Legierung auf Basis von Nb-Ti
hergestellt sind, unterschiedlich, wobei die Metallplatten
Pinning-Zentren in verschiedenen Richtungen bilden.
Die Schichten aus dem Pinningmaterial können unterschiedliche
Dicken aufweisen.
Ein Pinning-Zentrum mit einer verhältnismäßig großen Dicke
ist wirksam in einem niedrigen magnetischen Feld. Im
Gegensatz dazu ist ein Pinning-Zentrum mit einer
verhältnismäßig kleinen Dicke bei einem hohen magnetischen
Feld wirksam. Aufgrund dieser Eigenschaften ist es möglich,
den Jc-Wert eines supraleitenden Drahtes aus einer Nb-Ti-
Legierung in einem mittleren und hohen magnetischen Feld zu
erhöhen.
Nachfolgend wird die Wirkung des erfindungsgemäßen
Verbundmaterials aus einer Nb-Ti-Legierung detailliert
erklärt.
Die supraleitende Eigenschaft der Nb-Ti-Legierung wird durch
den Ti-Gehalt beeinflusst. Beispielsweise vermindert sich die
kritische Temperatur (Tc) umgekehrt proportional zu dem Ti-
Gehalt. Wenn der Ti-Gehalt weniger als 40 Gew.-% ausmacht, wie
es in Fig. 1 gezeigt ist, erhöht sich das obere kritische
Feld (BC2) proportional zu dem Ti-Gehalt, und wenn der Ti-
Gehalt einen Bereich von 40 bis 50 Gew.-% erreicht, ist der
BC-Wert 11 T oder mehr. Wenn jedoch der Ti-Gehalt 50 Gew.-%
übersteigt, beginnt der BC2 Wert abzunehmen (vgl. C. Meingast
et al., J. Appl. Phys., Bd. 66, Seite 5962, 1989). Angesichts
dessen wird das Verbundmaterial gemäß der genannten Literatur
aus einer Nb-Ti-Legierung, die Ti in einem Gehalt von 46,5 Gew.-%
enthält und einen hohen BC2-Wert aufweist, und einem
Nb-Metall als Pinning-Zentrum hergestellt. Die Nb-Ti-
Legierung, die 46,5 Gew.-% Ti enthält, ist eine weit
verbreitete Legierung für eine α-Ti-Phasenausfällung. Diese
Nb-Ti-Legierung wird in einer großen Menge zur Verfügung
gestellt und weist ausgezeichnete Verarbeitungseigenschaften
und eine hohe Gleichmäßigkeit auf.
Da jedoch Nb in die Nb-Ti-Legierung eingefügt wird, die 46,5 Gew.-%
Ti wie in der genannten Literatur enthält, ist die Nb-
Ti-Legierung zur Bildung eines Verbundmaterials nicht
geeignet. D. h. beim Einführen von Nb als Pinning-Zentrum in
die Nb-Ti-Legierung wird die Zusammensetzung in dem
Verbundmaterial zu der Nb-reichen Seite verschoben, mit dem
Ergebnis, dass sich der BC2-Wert erniedrigt. Wenn Ti in die
Nb-Ti-Legierung als Pinning-Zentrum eingeführt wird, wird die
Zusammensetzung des Verbundmaterials zu der Ti-reichen Seite
verschoben mit dem Ergebnis, dass sich der BC2-Wert
erniedrigt.
Um die Jc-Eigenschaft zu verbessern, wird im allgemeinen bei
dem Einbettungs- bzw. Einfügungsverfahren davon ausgegangen,
dass das Pinning-Zentrum, das aus dem eingeführten Nb
hergestellt ist, mit Hilfe einer Kaltverarbeitung,
einschließlich Ziehen, klein gemacht wird, um die Pinning-
Wirkung zu erhalten. Obwohl sich bei diesem Verfahren der Jc-
Wert erhöht, wenn die Größe des Pinning-Zentrums auf die
Kohäsionslänge der Nb-Ti-Legierungsmatrix vermindert wird
(beispielsweise 5,7 nm, was die Kohäsionslänge einer
Legierung auf Basis von Nb-Ti mit BC2 = 10 T ist), tritt
häufig ein Eindringen von supraleitenden Elektronen von einer
Nb-Ti-Legierung in die Pinning-Zentren,
"Nachbarschaftseffekt" genannt, auf, mit dem Ergebnis, dass
der TC-Wert und der BC2-Wert vermindert werden. Die Erfinder
dieser Erfindung haben intensive Untersuchungen durchgeführt
und festgestellt, dass eine solche Abnahme des BC2-Wertes
stark mit der Zerstörung der Jc-Eigenschaft in einem
mittleren und hohen magnetischen Feld korreliert.
Daher ist davon auszugehen, dass eine Verbesserung der Jc-
Eigenschaft in einem mittleren und hohen magnetischen Feld
erreicht werden kann, indem die Verminderung des BC2-Wertes
unterdrückt wird, indem das Verhältnis eines eingeführten
Pinning-Metalls zu der Nb-Ti-Legierungsmatrix in einem
Verbundmaterial so eingestellt wird, dass der BC2-Wert auf
einen maximalen Wert eingestellt wird.
Die Abnahme des BC2-Wertes, die die Einfügung von Pinning-
Zentren begleitet, wurde vermieden und die Jc-Eigenschaft in
einem mittleren und hohen magnetischen Feld verbessert, indem
der Ti-Gehalt der Legierung auf Basis von Nb-Ti auf 48 bis 65 Gew.-%
und der Volumenanteil von Nb oder der Nb-Legierung in
dem geschichteten Körper auf 20 bis 35% festgelegt wird,
wenn Nb oder die Nb-Legierung (A) als Pinning-Zentrum in eine
Matrix aus der Legierung auf Basis von Nb-Ti eingeführt wird.
Darüber hinaus kann die Abnahme des BC2-Wertes, die durch die
Einfügung eines Pinning-Zentrums resultiert, vermieden
werden, und die JC-Eigenschaft in einem mittleren und hohen
magnetischen Feld kann verbessert werden, wenn der Ti-Gehalt
der Legierung auf Basis von Nb-Ti auf 25 bis 45 Gew.-% und der
Volumenanteil von Ti oder der Ti-Legierung (B) in einem
supraleitenden Filament auf 20 bis 35% festgelegt wird, wenn
Ti oder eine Ti-Legierung (B) als Pinning-Zentrum in eine
Matrix aus der Legierung auf Basis von Nb-Ti eingeführt wird.
Diese Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Beispiele und die Zeichnungen erläutert.
Wie in Fig. 2A gezeigt ist, wurden eine Nb-Legierungsschicht
1, die 52 Gew.-% Ti enthält, und eine Nb-Schicht 2
alternierend übereinander angeordnet, um dadurch einen
geschichteten Körper zu bilden. Der geschichtete Körper wurde
in ein Cu-Rohr 3 mit einem Außendurchmesser von 45 mm und
einem Innendurchmesser von 35 mm eingefügt. Das
Volumenverhältnis der Nb-Schichten 2 zu einem geschichteten
Körper, der Nb-Ti-Legierungsschichten 1 und Nb-Schichten 2
enthält, wird auf 20% eingestellt. Danach wird mit dem
geschichteten Körper eine querschnittsvermindernde Behandlung
durchgeführt, die Heißextrusion und Ziehen umfasst, um
dadurch ein Filament 4 mit einem Durchmesser von 1,3 mm zu
bilden, das in Fig. 2B gezeigt ist. Die Cu-Außenfläche des
Filamentes 4 wurde aufgelöst und durch Salpetersäure
entfernt, unter Erhalt des Cu-freien Filamentes 5, das in
Fig. 2C gezeigt ist.
800 der somit erhaltenen Cu-freien Filamente 5 wurden in ein
Cu-Rohr 6 mit einem Außendurchmesser von 45 mm und einem
Innendurchmesser von 35 mm eingefügt, mit anschließender
Durchführung einer querschnittsvermindernden Behandlung,
umfassend Heißextrusion und Ziehen, unter Erhalt eines
Verbunddrahtes 7 mit einem Durchmesser von 1 mm, der in Fig.
2E gezeigt ist.
Darüber hinaus wurden 800 der somit erhaltenen Verbunddrähte
7 in ein Cu-Rohr 8 mit einem Außendurchmesser von 45 mm und
einem Innendurchmesser von 35 mm eingeführt. Dann wurde eine
querschnittsvermindernde Behandlung, die Heißextrusion und
Ziehen umfasst, durchgeführt, unter Erhalt eines
supraleitenden Drahtes. Somit wurde der gewünschte
supraleitende Draht 9 aus einer Nb-Ti-Legierung mit einer
Struktur erhalten, die 800 supraleitende Verbunddrähte
umfasst, die in eine Cu-Matrix eingefügt sind, wie es in Fig.
2G gezeigt ist.
Ein supraleitender Draht aus einer Nb-Ti-Legierung wurde im
wesentlichen wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der
Ausnahme, dass die Zusammensetzung aus einer Nb-Ti-
Legierungsschicht und das Volumenverhältnis einer Nb-Schicht
zu einem geschichteten Körper, der Nb-Ti-Legierungsschichten
und Nb-Schichten enthält, so eingestellt wurden, wie es in
Tabelle 1 gezeigt ist. Die kritischen Stromdichten Jc der
supraleitenden Drähte aus der Nb-Ti-Legierung gemäß den
Beispielen 1 bis 5 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4
wurden bei einer Temperatur von 4,2 K in flüssigem Helium in
einem magnetischen Feld von 5 T und 8 T gemessen. Die
Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, weisen die supraleitenden
Drähte aus der Nb-Ti-Legierung gemäß den Beispielen 1 bis 5
hohe Jc-Werte in magnetischen Feldern von 5 T und 8 T auf.
Diese hohen Werte werden dem Aufbau eines jeden
Verbundmaterials zugeschrieben.
Wenn eine Nb-Legierung, die ein Element wie Ti, Ta, Al, Mg,
Fe, Hf, Cu, Ge, Ni, Zr, Cr, mit Ausnahme von Nb, in einem
Gehalt von 20 Gew.-% oder weniger, als Pinning-Zentrum
verwendet wurde, wurden die gleichen Ergebnisse wie oben
erhalten.
Nb-Ti-Legierungsschichten, die 38 Gew.-% Ti enthalten, und Ti-
Metallschichten wurden alternierend übereinander angeordnet,
um dadurch einen geschichteten Körper zu bilden. Der somit
erhaltene geschichtete Körper wurde abgeschliffen, damit er
in ein Cu-Rohr mit einem Außendurchmesser von 45 mm und einem
Innendurchmesser von 35 mm eingeführt werden kann, und in das
Cu-Rohr eingefügt, um dadurch ein Filament zu erhalten. Das
Volumenverhältnis der Ti-Schichten zu einem geschichteten
Körper, der Nb-Ti-Legierungsschichten und Ti-Schichten
enthält, wurde auf 20% eingestellt. Dann wurde mit dem
Filament eine querschnittsvermindernde Behandlung, die
Extrusion und Ziehen umfasst, durchgeführt, um dadurch ein
Filament mit einem Durchmesser von 1,3 mm zu bilden. Die Cu-
Außenfläche des Filamentes wurde aufgelöst und durch
Salpetersäure entfernt, um dadurch das Cu-freie Filament zu
erhalten.
Danach wurde mit diesem Filament zweimal eine
querschnittsvermindernde Behandlung, die Heißextrusion und
Ziehen umfasst, durchgeführt, um dadurch einen gewünschten
supraleitenden Draht aus einer Nb-Ti-Legierung zu erhalten,
der die gleiche Querschnittsstruktur aufweist, wie der Draht
von Beispiel 1.
Ein supraleitender Draht aus einer Nb-Ti-Legierung wurde im
wesentlichen wie bei Beispiel 6 hergestellt, mit der
Ausnahme, dass die Zusammensetzung der Nb-Ti-
Legierungsschicht und das Volumenverhältnis der Ti-Schichten
zu einem geschichteten Körper, der Nb-Ti-Legierungsschichten
und Ti-Schichten enthält, so eingestellt wurden, wie es in
Tabelle 2 gezeigt ist.
Die kritischen Stromdichten Jc der supraleitenden Drähte aus
der Nb-Ti-Legierung in den Beispielen 6 bis 10 und den
Vergleichsbeispielen 5 bis 8 wurden bei einer Temperatur von
4,2 K in flüssigem Helium bei einem magnetischen Feld von 5 T
und 8 T gemessen. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2
gezeigt.
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, weisen die supraleitenden
Drähte aus der Nb-Ti-Legierung gemäß den Beispielen 6 bis 10
höhere Jc-Werte unter magnetischen Feldern von 5 T und 8 T als
die Drähte der Vergleichsbeispiele 5 bis 8 auf. Die hohen
Werte werden dem Aufbau eines jeden Verbundmaterials
zugeschrieben.
Wenn eine Legierung auf Ti-Basis, die ein Element wie Nb, Ta,
Al, Mg, Fe, Hf, Cu, Ge, Ni, Zr, Cr
enthält, in einem Gehalt von 20 Gew.-% oder weniger verwendet
wurde, wurden die gleichen Ergebnisse wie oben erhalten.
Eine Legierungsschicht 12 auf Basis von Nb-Ti, die 60 Gew.-%
Ti enthält und eine Nb-Schicht 13 wurden alternierend
übereinander angeordnet, um dadurch einen geschichteten
Körper zu bilden. Der somit erhaltene geschichtete Körper
wurde abgeschliffen, so dass er in ein Cu-Rohr 11 mit einem
Außendurchmesser von 200 mm und einem Innendurchmesser von
170 mm eingeführt werden kann, und er wurde in das Cu-Rohr
eingeführt, um dadurch das Verbundmaterial 14 zu erhalten.
Zwei Arten von Nb-Schichten 13 wurden hergestellt. Die eine
war eine Nb-Schicht 13 mit einer Dicke von 10 mm. Die andere
war eine Nb-Schicht 13 mit einer Dicke von 1 mm. Eine Einheit
aus den vier der zuerst genannten Nb-Schichten und eine
andere Einheit aus 15 der zuletzt genannten Nb-Schichten
wurden zur Bildung des geschichteten Körpers verwendet. Dann
wurde mit dem erhaltenen Verbundmaterial eine
querschnittsvermindernde Behandlung, die Heißextrusion und
Ziehen umfasst, durchgeführt, um dadurch das Filament mit
einem Außendurchmesser von 1,2 mm zu bilden. Die Cu-
Außenfläche des Verbundmaterials wurde aufgelöst und durch
Salpetersäure entfernt, und 1000 der erhaltenen Filamente
wurden in ein Cu-Rohr mit einem Außendurchmesser von 45 mm
und einem Innendurchmesser von 38 mm eingeführt.
Danach wurde mit dem erhaltenen Filament eine
querschnittsvermindernde Behandlung, einschließlich
Heißextrusion und Ziehen durchgeführt, unter Erhalt eines
Verbunddrahtes mit einem Außendurchmesser von 1,0 mm. Der
somit erhaltene Verbunddraht wurde in ein Cu-Rohr mit einem
Außendurchmesser von 45 mm und einem Innendurchmesser von 38 mm
eingeführt, um dadurch einen weiteren Verbunddraht zu
erhalten. Mit diesem Verbunddraht wurde eine
querschnittsvermindernde Behandlung, einschließlich
Heißextrusion und Ziehen durchgeführt, um dadurch einen
gewünschten supraleitenden Draht aus einer Nb-Ti-Legierung
gemäß Beispiel 11 mit einem Außendurchmesser von 0,2 mm zu
erhalten.
Ein supraleitender Draht aus einer Nb-Ti-Legierung gemäß
Beispiel 12 wurde im wesentlichen wie bei Beispiel 11
gebildet, mit der Ausnahme, dass eine Einheit, die sich aus
vier Nb-Schichten mit einer Dicke von 10 mm zusammensetzt,
und die andere Einheit, die sich aus 5 Nb-Schichten mit einer
Dicke von 1 mm zusammensetzte, zur Bildung eines
geschichteten Körpers verwendet wurden.
Ein supraleitender Draht aus einer Nb-Ti-Legierung gemäß
Beispiel 13 wurde im wesentlichen auf gleiche Weise wie bei
Beispiel 11 gebildet mit der Ausnahme, dass ein geschichteter
Körper durch eine Einheit, die sich aus vier Nb-Schichten mit
einer Dicke von 10 mm zusammensetzte, und die andere Einheit,
die sich aus einer Schicht aus einer Legierung auf Basis von
Nb-Ti mit einer Dicke von 1 mm zusammensetzte, anstelle von
15 Nb-Schichten mit einer Dicke von 1 mm gebildet wurde.
Die kritischen Stromdichten (Jc) der supraleitenden Drähte
aus der Nb-Ti-Legierung gemäß den Beispielen 11 bis 13 wurden
bei einer Temperatur von 4,2 K in flüssigem Helium bei
magnetischen Feldern von 5 T und 8 T gemessen. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 3 gezeigt.
In den Beispielen 11 und 12 wirkte eine Nb-Schicht mit einer
Dicke von 10 mm vor der Verarbeitung als großes Pinning-
Zentrum in einem supraleitenden Draht, wodurch der Jc-Wert in
einem niedrigen magnetischen Feld erhöht wurde, und eine Nb-
Schicht mit einer Dicke von 1 mm vor der Verarbeitung wirkte
als kleines Pinning-Zentrum, unter Erhöhung des Jc-Wertes in
einem mittleren und hohen magnetischen Feld. Demgemäß hatte
der supraleitende Draht, der bei den Beispielen 11 und 12
erhalten wurde, höhere Jc-Werte als der supraleitende Draht,
der gemäß Beispiel 13 erhalten wurde, bei dem Nb-Schichten
mit der gleichen Dicke verwendet wurden.
Eine Legierungsschicht auf Basis von Nb-Ti, die. 28 Gew.-% Ti
enthält, und eine Ti-Schicht wurden alternierend übereinander
angeordnet, um dadurch einen geschichteten Körper zu bilden.
Der somit erhaltene geschichtete Körper wurde abgeschliffen,
so dass er in ein Cu-Rohr mit einem Außendurchmesser von 200 mm
und einem Innendurchmesser von 170 mm eingefügt werden
konnte, unter Erhalt eines Filamentes. Zwei Arten von Ti-
Schichten wurden hergestellt. Die eine war eine Ti-Schicht
mit einer Dicke von 10 mm. Die andere war eine Ti-Schicht mit
einer Dicke von 1 mm. Eine Einheit setzte sich aus vier der
zuerst genannten Ti-Schichten zusammen und die andere Einheit
setzte sich aus 15 der zuletzt genannten Ti-Schichten
zusammen, und diese wurden zur Bildung des geschichteten
Körpers verwendet.
Dann wurde mit dem geschichteten Körper eine
querschnittsvermindernde Behandlung, einschließlich
Heißextrusion und Ziehen durchgeführt, um dadurch das
Filament mit einem Außendurchmesser von 1,2 mm zu bilden. Die
Cu-Außenfläche des Filamentes wurde aufgelöst und durch
Salpetersäure entfernt, und dann wurden 1000 der erhaltenen
Cu-freien Filamente in ein Cu-Rohr mit einem Außendurchmesser
von 45 mm und einem Innendurchmesser von 38 mm eingefügt, um
dadurch einen Verbunddraht zu erhalten.
Danach wurde mit dem erhaltenen Verbunddraht eine
querschnittsvermindernde Behandlung einschließlich
Heißextrusion und Ziehen durchgeführt, um einen Verbunddraht
mit einem Außendurchmesser von 1,0 mm zu erhalten. Der somit
erhaltene Verbunddraht wurde weiterhin in ein Cu-Rohr mit
einem Außendurchmesser von 45 mm und einem Innendurchmesser
von 38 mm eingefügt, um dadurch einen weiteren Verbunddraht
zu erhalten. Mit diesem Verbunddraht wurde eine
querschnittsvermindernde Behandlung, einschließlich
Heißextrusion und Ziehen durchgeführt, um dadurch einen
gewünschten supraleitenden Draht aus einer Nb-Ti-Legierung
gemäß Beispiel 14 mit einem Außendurchmesser von 0,2 mm zu
erhalten.
Ein supraleitender Draht aus einer Nb-Ti-Legierung wurde im
wesentlichen auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 14
hergestellt, mit der Ausnahme, dass 4 Ti-Schichten mit einer
Dicke von 10 mm und 5 Ti-Schichten mit einer Dicke von 1 mm
übereinander angeordnet wurden.
Ein supraleitender Draht aus einer Nb-Ti-Legierung wurde im
wesentlichen auf gleiche Weise wie bei Beispiel 14 gebildet,
mit der Ausnahme, dass ein geschichteter Körper durch eine
Einheit, die sich aus 4 Ti-Schichten mit einer Dicke von 10 mm
zusammensetzte, und durch die andere Einheit, die sich aus
einer Legierungsschicht auf Nb-Ti-Basis mit einer Dicke von 1 mm
zusammensetzte, anstelle von 15 Ti-Schichten mit einer
Dicke von 1 mm gebildet wurde.
Die kritischen Stromdichten (Jc) der supraleitenden Drähte
aus der Nb-Ti-Legierung gemäß den Beispielen 14 bis 16 wurden
bei einer Temperatur von 4,2 K in flüssigem Helium und
magnetischen Feldern von 5 T und 8 T gemessen. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 4 gezeigt.
In den Beispielen 14 und 15 wirkte eine Ti-Schicht mit einer
Dicke von 10 mm vor der Verarbeitung als großes Pinning-
Zentrum in einem supraleitenden Draht, wodurch der Jc-Wert in
einem niedrigen magnetischen Feld erhöht wurde. Demgemäss
wies der supraleitende Draht, der gemäß den Beispielen 14 und
15 erhalten wurde, höhere Jc-Werte auf als der supraleitende
Draht, der gemäß Beispiel 16 erhalten wurde, bei dem Ti-
Schichten verwendet wurden, die gleiche Dicke aufweisen.
Aufgrund der obigen Darlegungen kann erfindungsgemäß ein
supraleitender Draht aus einer Nb-Ti-Legierung mit einem
hohen Jc-Wert selbst in einem mittleren und hohen
magnetischen Feld erhalten werden, der vorzugsweise für einen
Magneten etc. in der Anwendung für MRI verwendet werden kann.
Claims (11)
1. Verbundmaterial für ein Filament eines supraleitenden
Drahtes, umfassend einen geschichteten Körper aus einer
ersten Schicht (1) aus einem Material aus einer
Legierung auf Basis von Nb-Ti und einer zweiten Schicht
(2) aus einem Pinningmaterial aus Nb oder einer Nb-
Legierung ohne supraleitende Eigenschaften, wobei die
Legierung auf Basis von Nb-Ti 48-65 Gew.-% Ti enthält und
der Volumenanteil des Materials aus Nb oder der Nb-
Legierung 20 bis 35% in dem Körper ist.
2. Verbundmaterial für ein Filament eines supraleitenden
Drahtes nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Legierung auf Basis von Nb-Ti eine Legierung ist,
ausgewählt aus einer Nb-Ti-Legierung, einer Nb-Ti-Ta-
Legierung und einer Nb-Ti-Hf-Legierung.
3. Verbundmaterial für ein Filament eines supraleitenden
Drahtes nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nb-
Legierung eine Legierung ist, die ein zusätzliches
Element aufweist, ausgewählt aus Ti, Ta, Al, Mg, Fe, Hf,
Cu, Ge, Ni, Zr und Cr.
4. Verbundmaterial für ein Filament eines supraleitenden
Drahtes, umfassend einen geschichteten Körper aus einer
ersten Schicht aus einem Material aus einer Legierung
auf Basis von Nb-Ti und einer zweiten Schicht aus einem
Pinningmaterial aus Ti, einer Ti-Legierung mit einer
kritischen Temperatur, die niedriger ist als die der
Legierung auf Basis von Nb-Ti, oder einer Ti-Legierung
ohne supraleitende Eigenschaften, wobei die Legierung
auf Basis von Nb-Ti 25 bis 45 Gew.-% Ti enthält und der
Volumenanteil des Materials aus Ti oder der Ti-Legierung
20 bis 35% in dem Körper ist.
5. Verbundmaterial für ein Filament eines supraleitenden
Drahtes nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Legierung auf Basis von Nb-Ti eine Legierung ist,
ausgewählt aus einer Nb-Ti-Legierung, einer Nb-Ti-Ta-
Legierung und einer Nb-Ti-Hf-Legierung.
6. Verbundmaterial für ein Filament eines supraleitenden
Drahtes nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ti-
Legierung eine Legierung ist, die ein zusätzliches
Element aufweist, ausgewählt aus Nb, Ta, Al, Mg, Fe, Hf,
Cu, Ge, Ni, Zr und Cr.
7. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes,
umfassend die folgenden Schritte:
Bilden eines Körpers durch alternierendes Schichten einer ersten Schicht aus einer Legierung auf Basis von Nb-Ti, die 48 bis 65 Gew.-% Ti enthält, und einer zweiten Schicht aus einem Pinningmaterial aus einem Metall aus Nb oder einer Nb-Legierung ohne supraleitende Eigenschaften, wobei der Volumenanteil des Materials aus Nb oder der Nb-Legierung 20 bis 35% in dem Körper ist;
Durchführung einer querschnittsvermindernden Behandlung mit dem geschichteten Körper, und
Bilden des supraleitenden Drahtes durch Bündeln einer Vielzahl dieser so behandelten Körper.
Bilden eines Körpers durch alternierendes Schichten einer ersten Schicht aus einer Legierung auf Basis von Nb-Ti, die 48 bis 65 Gew.-% Ti enthält, und einer zweiten Schicht aus einem Pinningmaterial aus einem Metall aus Nb oder einer Nb-Legierung ohne supraleitende Eigenschaften, wobei der Volumenanteil des Materials aus Nb oder der Nb-Legierung 20 bis 35% in dem Körper ist;
Durchführung einer querschnittsvermindernden Behandlung mit dem geschichteten Körper, und
Bilden des supraleitenden Drahtes durch Bündeln einer Vielzahl dieser so behandelten Körper.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass eine
Vielzahl von supraleitenden Drähten zur Herstellung
eines Verbunddrahtes gebündelt werden und eine
querschnittsvermindernde Behandlung durchgeführt wird.
9. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes,
umfassend die folgenden Schritte:
Bilden eines Körpers durch alternierendes Schichten einer ersten Schicht aus einer Legierung auf Basis von Nb-Ti, die 25 bis 45 Gew.-% Ti enthält, und einer zweiten Schicht aus einem Pinningmaterial aus einem Metall aus Ti, einer Ti-Legierung mit einer kritischen Temperatur, die niedriger ist als die der Legierung auf Basis von Nb-Ti, oder einer Ti-Legierung ohne supraleitende Eigenschaften, wobei der Volumenanteil des Materials aus Ti oder der Ti-Legierung 20 bis 35% in dem Körper ist;
Durchführen einer querschnittsvermindernden Behandlung mit dem geschichteten Körper, und
Bilden des supraleitenden Drahtes durch Bündeln einer Vielzahl dieser so behandelten Körper.
Bilden eines Körpers durch alternierendes Schichten einer ersten Schicht aus einer Legierung auf Basis von Nb-Ti, die 25 bis 45 Gew.-% Ti enthält, und einer zweiten Schicht aus einem Pinningmaterial aus einem Metall aus Ti, einer Ti-Legierung mit einer kritischen Temperatur, die niedriger ist als die der Legierung auf Basis von Nb-Ti, oder einer Ti-Legierung ohne supraleitende Eigenschaften, wobei der Volumenanteil des Materials aus Ti oder der Ti-Legierung 20 bis 35% in dem Körper ist;
Durchführen einer querschnittsvermindernden Behandlung mit dem geschichteten Körper, und
Bilden des supraleitenden Drahtes durch Bündeln einer Vielzahl dieser so behandelten Körper.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass eine
Vielzahl von supraleitenden Drähten zur Herstellung
eines Verbunddrahtes gebündelt werden und eine
querschnittsvermindernde Behandlung durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schichten aus einem
Pinningmaterial unterschiedliche Dicken aufweisen.
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