NL8402034A - Werkwijze voor het vervaardigen van een supergeleider in de vorm van een mono- of multifilamentdraad, en aldus vervaardigde supergeleider. - Google Patents

Description

/ β>. - . 3 -I

HO 32541

Korte aanduiding: Werkwijze voor het vervaardigen van een supergeleider in de vorm van een mono- of multifilamentdraad, en aldus vervaardigde supergeleider.

Aanvraagster noemt als uitvinder: Ir. P. Hoogendam.

5

De werkwijze heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een supergeleider in de vorm van een mono- of multifilamentdraad/ waarbij een kernmateriaal van een poedervormige intermetallische verbinding aangebracht wordt in een holle buitenbuis van 10 een element uit de groep VB van het periodieke systeem, welke buitenbuis in een matrix van geleidend materiaal aangebracht en aan een hittereactiebehandeling onderworpen wordt zodanig dat een samenhangende laag met supergeleidende eigenschappen ontstaat. Een dergelijke werkwijze is bekend uit DE 24 13 446.

15 Bij deze bekende werkwijze moet het poeder, waarmee de buis van het element uit de genoemde groep VB gelijkmatig is gevuld, hierin worden gecompacteerd waardoor de buis aan de binnenwand ongelijkmatig wordt belast en er in deze binnenwand poederkorrels worden ingebed zodat een onregelmatige buis-poederovergang ontstaat. Dit effect 20 treedt in versterkte mate op wanneer de reductie in diameter van de buis per reductiestap zoals bijvoorbeeld bij extrusie, groot is. Bij verdergaande vervorming van de aldus gevormde filamenten vindt door deze opgetreden onregelmatigheden in de buis-poederovergang breuk van de filamenten en daardoor draadbreuk plaats. Verder is, doordat het 25 compacteren van het poeder in de genoemde buis moet plaatsvinden, de hoeveelheid poeder in de buis beperkt waardoor de te bereiken stroomdichtheid wordt begrensd. Een ander nadeel bij deze werkwijze is het moeilijk vervormbaar zijn van het zich in de buis bevindende en uit de poedervormige intermetallische verbinding bestaande kernmateriaal, vooral 30 wanneer dit kernmateriaal gecompacteerd wordt. Ook hierdoor treedt bij verdergaande vervorming breuk op van de filamenten. Weer een verder nadeel is dat de hittebehandeling of het gloeien van het buismateriaal ter verkrijging van optimale vervormingseigenschappen op vrij grote diameter moet gebeuren omdat het toepassen van een aantal compacteringsreducties op 35 de buis na het vullen met poeder, voordat de aldus gevormde filamenten kunnen worden verwerkt in een multifilamentcomposiet, inherent is aan deze werkwijze. Ook hierdoor wordt de te bereiken eindafmeting van de filamenten beperkt.

De uitvinding beoogt bovengenoemde nadelen te 40 ondervangen en een verbeterde werkwijze aan te geven waarmee 3 4 0 2 0 3 4 ? * 2 supergeleiders met verbeterde eigenschappen worden vervaardigd.

Dit wordt bij een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding aldus bereikt dat tenminste een holle binnenbuis van een de supergeleiding niet nadelig beïnvloedend materiaal 5 gevuld wordt met een mengsel van de poedervormige intermetallische verbinding en een de supergeleiding niet nadelig beïnvloedend smeermiddel, dat de met het poedermengsel gevulde binnenbuis als composietstaaf getrokken wordt met compactering van het poedermengsel, en dat het gecompacteerde mengsel als staaf wordt aangebracht in de buitenbuis van 10 het genoemde element of een legering daarvan, welke buitenbuis vervolgens om de staaf wordt gezonken. Bij deze werkwijze kan de dunwandige binnenbuis, waarin de compactering van het poedermengsel heeft plaatsgevonden, verwijderd worden voordat het gecompacteerde mengsel als staaf in de buitenbuis wordt aangebracht. De werkwijze kan ook zodanig 15 worden uitgevoerd dat de binnenbuis niet wordt verwijderd maar gevuld met het gecompacteerde mengsel als één geheel in de buitenbuis wordt aangebracht.

Het smeermiddel neemt niet deel aan noch verstoort het de reactie bij de hittebehandeling waarbij de supergeleidende 20 verbindingslaag wordt gevormd of het smeermiddel neemt wel deel aan deze reactie zonder de supergeleidende eigenschappen van de gevormde verbinding nadelig te beïnvloeden. Dit smeermiddel wordt met veel voordeel in het poedermengsel gebruikt om een homogene vervorming van dit poedermengsel raogelijk te maken en werkt tussen de harde korrels van de intermetallische 25 verbinding zodat de korrels ingebed liggen in smeermiddel waardoor samenklontering en vorming van structuren vermeden worden.

Het gecompacteerde poedermengsel al dan niet met omringende binnenbuis wordt als een staaf in de genoemde buitenbuis geplaatst van een element of legering daarvan uit de groep VB van het 30 periodieke systeem, bijvoorbeeld niobium of een niobiumlegering. Deze buitenbuis wordt vervolgens om de genoemde staaf gezonken. Het geheel wordt eventueel nog verder getrokken en de aldus gevormde staaf kan in een mono- of multifilament composiet worden verwerkt. Hierbij kunnen de in de matrix ingebedde filamenten sterk in diameter verkleind worden tot bijv.

35 10 pm zonder dat filamentdegradatie optreedt. De opvolgende hittereactiebehandeling kan bij een temperatuur van 600-800°C plaatsvinden.

De bij deze werkwijze toegepaste binnenbuis moet, daar hij het poeder afsluit van de omringende buitenbuis waarmee de reactie tot 40 supergeleidende verbinding moet plaatsvinden, ook deelnemen aan de reactie 8402034 > £ 3 of oplossen in het smeermiddel zonder de reactie te schaden. Wanneer de binnenhuis niet deelneemt aan de reactie noch oplosbaar is in het smeermiddel moet hij, voor het inbrengen van het gecompacteerde mengsel in de buitenbuis, verwijderd worden. Als materiaal voor de binnenbuis waarin 5 het poedermengsel wordt gecompacteerd en dat deelneemt aan de reactie tot supergeleidende verbinding, kan koper of ook tin bijvoorbeeld gebruikt worden.

Als smeermiddel in het poedermengsel kan tin gebruikt worden in een hoeveelheid van 10 tot 60 gewichtspercent van het 10 poedermengsel. Wanneer het poedermengsel uit NbSn2 met tin als smeermiddel bestaat, dan bedraagt de hoeveelheid tin, aanwezig als vrije tin en gebonden in de intermetallische verbinding, maximaal 85 gewichtspercent van het mengsel. Ook andere smeermiddelen, bijvoorbeeld aluminiumoxide, zijn denkbaar.

15 Aan het poedermengsel kunnen elementen of verbindingen daarvan worden toegevoegd die de reactie versnellen en/of bij lagere temperatuur laten verlopen en/of de supergeleidende eigenschappen van de gevormde verbindingslaag verbeteren. Zo kan bij de werkwijze, waar de binnenbuis waarin het poedermengsel is gecompacteerd wordt verwijderd, 20 koperpoeder als reactieversneller aan het poedermengsel worden toegevoegd in een hoeveelheid van tenminste 0,1 gewichtspercent van het mengsel. Bij de werkwijze, waar de buis waarin het poedermengsel is gecompacteerd niet wordt verwijderd en deze binnenbuis uit koper bestaat, is daardoor al in het algemeen koper in een hoeveelheid van meer dan 10 gewichtspercent van 25 het mengsel aanwezig en behoeft er geen koper meer te worden toegevoegd.

Een ander element of verbinding daarvan die de reactie versnelt en/of bij lagere temperatuur laat verlopen, en/of de supergeleidende eigenschappen verbetert, kan ook nog worden toegevoegd. In het geval dat de binnenbuis uit een materiaal bestaat dat aan de reactie deelneemt cq deze niet 30 nadelig beïnvloedt (bijv. tin) en/of de supergeleidende eigenschappen verbetert, kan in vele gevallen nog koper als reactieversneller aan het poedermengsel toegevoegd worden.

Uit DE 26 20 271 is een werkwijze bekend waarbij eveneens een kernmateriaal van een legering met hoog tingehalte in een 35 binnenbuis van koper wordt geplaatst waarna het geheel in een buitenbuis van niobium wordt ingebracht. De koperbuis wordt hierbij om een geheel andere reden toegepast, namelijk om het verschil in mechanische eigenschappen af te vlakken terwijl het tingehalte in het kernmateriaal beneden de 25 atoompercent moet liggen om uiteindelijk een gelijkmatige 40 Nb3Sn laag te vormen. De reaktie waarbij deze laag gevormd wordt is dan 8402034

Cf * ' 4 een reaktie tussen vaste stoffen.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding heeft het mengsel van poedervormige intermetallische verbinding en smeermiddel reeds zodanige mechanische eigenschappen dat vervorming in de buitenbuis 5 van niobium zeer goed mogelijk is. De binnenbuis van koper dient als houder om daarin het poedermengsel te compacteren en om inbedding van poederkorrels in de binnenwand van de buitenbuis te voorkomen. De keuze van koper als materiaal voor deze houder is een goede keuze gezien de deelname van dit element als reaktieversneller bij de vorming van de 10 Nb3Sn laag. De genoemde binnenbuis van koper kan voorzien zijn van een verdere binnenbuis van tin. Deze verdere binnenhuis van tin geeft een extra bescherming voor de binnenwand van de buitenbuis en vergroot de aanwezige hoeveelheid tin.

De toepassing van de intermetallische verbinding en tin 15 als smeermiddel tussen de korrels daarvan, doet de aanwezige hoeveelheid tin, die gebruikt kan worden bij de vorming van de Nb3Sn laag, stijgen tot bijvoorbeeld driemaal de waarde genoemd als optimale waarde in DE 26 20 271. De vorming van een gelijkmatige Nb3Sn laag is niet in gevaar omdat de reaktie plaatsvindt als een soort van vaste-stof / 20 vaste-stofreaktie. Dat wil zeggen, tijdens deze reaktie blijft de poederstructuur van de kern bestaan waarbij er vanuit deze structuur tin gedoseerd wordt nageleverd aan de reaktie omdat het NbSn2 destabiliseert.

Ook de hoeveelheid tin die gebruikt wordt, is ten 25 opzichte van de werkwijze bij het DE 24 13 466 aanmerkelijk hoger. Dit komt enerzijds doordat van een gecompacteerd poedermengsel wordt uitgegaan en anderzijds door de vrij grote hoeveelheid vrij tin die aan het poedermengsel kan worden toegevoegd. Deze tinhoeveelheid kan tot ongeveer 80 atoompercent oplopen. Bovendien ontstaat door de gladde 30 overgang tussen het niobium van de buitenbuis en het poedermengsel, dat zich eventueel nog in de binnenbuis bevindt, bij de hittereactiebehan-deling een zeer regelmatige laaggroei van de supergeleidende verbinding zodat bij het ontwerp van de supergeleider met een zeer dunne diffusiebarriere kan worden volstaan zonder dat de kopermatrix 35 verontreinigd wordt door reactie met tin dat uit het poedermengsel afkomstig is.

Aldus is deze werkwijze volgens de uitvinding buitengewoon voordelig doordat met behulp van een zeer betrouwbaar produktieproces een supergeleider verkregen wordt die een zeer hoge 40 critische stroomdichtheid heeft.

8402034

Claims (9)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een 5 supergeleider in de vorm van een mono- of multifilamentdraad, waarbij een kernmateriaal van een poedervormige intermetallische verbinding aangebracht wordt in een holle buitenbuis van een element uit de groep VB van het periodieke systeem, welke buitenbuis in een matrix van geleidend materiaal aangebracht en aan een hittereactiebehandeling onderworpen wordt 10 zodanig dat een samenhangende laag met supergeleidende eigenschappen ontstaat, met het kenmerk, dat tenminste een holle binnenbuis van een de supergeleiding niet nadelig beïnvloedend materiaal gevuld wordt met een mengsel van de poedervormige intermetallische verbinding en een de supergeleiding niet nadelig beïnvloedend smeermiddel, dat de met het 15 poedermengsel gevulde binnenbuis als composietstaaf getrokken wordt met compactering van het poedermengsel, en dat het gecompacteerde mengsel als staaf wordt aangebracht in de buitenbuis van het genoemde element of een legering daarvan, welke buitenhuis vervolgens om de staaf wordt gezonken.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het 20. e n m e r k, dat de binnenhuis gevuld met het gecompacteerde mengsel als één geheel in de buitenbuis wordt aangebracht.

3. Werkwijze volgens conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat als smeermiddel tin in een hoeveelheid van 10 tot 60 gewichtspercent van het poedermengsel wordt gebruikt.

4. Werkwijze volgens conclusies 1 of 2, waarbij voor de poedervormige intermetallische verbinding NbSn2 en voor de buitenbuis niobium wordt gebruikt, waarbij door de hittereactiebehandeling een supergeleidende laag van NbjSn ontstaat, met het kenmerk, dat als smeermiddel tin in een hoeveelheid van 10 tot 60 gewichtspercent 30 van het poedermengsel wordt gebruikt.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat voor het materiaal van de binnenbuis koper wordt gebruikt.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5,met het 35. e n m e r k, dat in de binnenbuis, voor het vullen met het mengsel, een verdere binnenbuis van tin wordt aangebracht.

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan het poedermengsel elementen of verbindingen daarvan worden toegevoegd die de reactie versnellen en/of bij 40 lagere temperatuur laten verlopen en/of de supergeleidende eigenschappen 8402034 3- c van de gevormde laag verbeteren.

8. Werkwijze volgens conclusie 1 en conclusie 7, m e t het kenmerk, dat koperpoeder in een hoeveelheid van tenminste 0,1 gewichtspercent van het poedermengsel wordt toegevoegd.

9. Supergeleider in de vorm van een mono- of multifilamentdraad vervaardigd met de werkwijze volgens één der voorgaande conclusies. **** 8402034