DE1458397A1

DE1458397A1 - Supraleitende magnetische Vorrichtung

Info

Publication number: DE1458397A1
Application number: DE19641458397
Authority: DE
Inventors: Toshio Doi; Masaru Kobayashi; Seijiro Maeda; Hideharu Ohara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1963-10-23
Filing date: 1964-10-21
Publication date: 1970-07-23
Also published as: US3408604A; DE1458397B2; GB1081465A

Description

Supraleitende magnetische Vorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Niob-Zirkon-Titan-Legierungen bestimmter Zusammensetzung als Supraleiterwerkstoff.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, zupraleitende Materialien vorzusehen, die bei sehr hohen magnetischen Feldstärken brauchbar sind. Weiterhin soll der Preis dieser supraleitenden Materialien niedriger sein als bisher, und sie sollen leicht zu dünnen Drähten verarbeitbar sein. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, supraleitende Materialien vorzusehen, die bessere Eigenschaften in einem bestimmten Bereich des Niobgehaltes zeigen.
Andere Merkmale und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden, detaillierten Beschreibung, die sich auf die angefügten Zeichnungen bezieht, hervorgehen. Von diesen zeigt: Fig. 1 H-IO Kurven von erfindungsgemäßen Supraleitern; die Figt 2a, 2b und 2c die Eintragung charakteristischer Meßwerte von erfindungsgemäßen Supraleitern in. ein Dreieokadiagramm. Ti-V, Nb-Zr, Zr-Mo, Ta-Hf, Ti-Nb, Ti-Mo, Ti-Ta und ähnliche Kombinationen sind als Legierungen bekannt, die ausgeprägte Supraleiter-Eigenschaften besitzen und mechanisch verarbeitbar sind. Unter diesen zeigen die Nb-Zr-Legierungen die besten Eigenschaften als Supraleiter und sie werden in den Vereinigten Staaten bereits auf den Markt gebracht.
Eigene experimentelle Untersuchungen an der im Handel erhältlichen Legierung Nb-25 At% Zr ergaben nun für die kritische Stromstärke (Io) bei einer Temperatur von 4,2°K @erte von 5. 104A/cm2 bzw. nahezu Null in einem transversalen Magnetfeld von 60 kOe bzw. 75 kOe. Das besagt, daß die oben angegebene Nb-Zr-Legierung in starken Magnetfeldern von 70 kOe an nicht mehr brauchbar ist. Darüber hinaus sind Nb und Zr relativ teuer und bedingen einen relativ hohen Preis für die Legierung.
Gegenstand der Erfindung ist eine supraleitende magnetische Vorrichtung unter Verwendung einer ternären Legierung mit 20 bis 60 Atomprozent Niob, 1 bis 79 Atomprozent Zirkon und 1 bis 79 Atomprozent Titan.
Zur Schmelzherstellung eines Rohlinge aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungekomponenten wird zweckmäßig ein Elektronenstrahl-Schmelzofen benutzt.
Dieser Rohling wird dann zur Herstellung von Drähten mit beispielsweise 0,25 mm Durchmesser wiederholten Kaltverarbeitungsvorgängen und zwischemgeschalteten Anlaß- oder Austemperungsbehandlungen unterworfen. Mit so erhaltenen Supraleiternunterschiedlicher prozentualer Zusammensetzung wurden experimentelle Untersuchungen mit senkrecht zueinander orientierten Richtungen von Magnetfeld und elektrischem Strom durchgeführt. Die Ergebnisse der Messungen, die die Beziehung zwischen Magnetfeldstärke H und kritischer Stromstärke Io bei 4,20K zeigen, sind in Fig. 1 und 2 wiedergegeben. Die Sprungtemperatur der Legie rung liegt bei etwa 7 bis 11K. In Fig. 1 zeigen die Kurven 1, 2, 3, 4, 5 und 6 die H-Ic Kurven für Nb-50% Zr-Legierungen als Vergleichsproben, für Nb-30% Zr-20% Ti-Legierungen, Nb-20% Zr-30%-Ti-Legierungen, Nb-10% Zr-40% Ti-Legierungen, Nb-50% Ti-Legierungen und für Nb-25% Zr-Legierungen als Vergleichsproben, die im Handel erhältlich sind. Die Fig. 2a, 2b und 2c sind Dreiecksdiagramme, in die die aus den Kurvender Fig. 1 entnommenen Werte für die kritische Stromstärke Ic bei Feldstärken des angelegten Magnetfeldes von , 509 70 bzw. 80 k0e aufgetragen sind. Die Werte für die kritische Stromstärke sind in den jeweiligen Figuren numerisch eingetragen. Den Fig. 1 und 2 ist es zu entnehmen, daß bei den erfindungsgemäßen Legierungen hohe kritische Stromstärkewerte bis zu höheren Magnetfeldstärken aufrechterhalten bleiben, als bei den bekannten Nb-Zr- und Nb-Ti-Legierungen. So liegt beispielsweise der Wert für die kritische magnetische Feldstärke der bekannten Nb-25% Zr-Legierung bei etwa 75 k0e, während die analogen Werte für die neuen Legierungen bei etwa 90 bis 105 k0e liegen, was besagt, daß die erfindungseenc*-ßen supraleitenden Materialien bis zu höheren mj.Lnetischen Feldst«rken benutzbar sind. Es wurde außerdem festgestellt, daß Drähte aus erinfungsgemäßen supraleitenden Materialien mit relativ niedrigen Niobgehalt in Form einer Spule einen geringen Abfall in der kritischen Stromstärke zeigen, d.h. eine niedrige sogenannte "Degradation". So zeigen supraleitende Drähte mit 0,25 mm Durchmesser aus einer Nb-50% Zr-40% Ti-10%-Legierung maximal zulässige Stromstärkewerte, die im wesentlichen gleich denjenigen für ein kurzes gerades Drahtstfück warene n. Ähnliche Untersuchungen wurden auch an Legierunen mit unterschiedlichem @@iobgehält von 20 bis 60% durchgeührt und es wurde gefunden, daß der Effekt umso geringer ist, de niedriger der Niobgehalt gewählt wird. Solche Drähte aus harter Supraleitern, die, wie oben beschrieben, Einer geringen Degradationseffect zeigen, sind außerordentlich interessant für die Anwendung @ls Wicklungen für Supraleiter-Magnete, -Transform@torer, oder ähnliche @@@auteile.
Bei de erfindunsgemäßen supraleitenden Legierungen wird Die relativ @ @@@zre Kompomente Nb teilweise durch das relativ billige @i ersetzt, wodurch legierungen mit relativ geringen Kosten erhalten Werden, die sich darüber hinaus für die Herstellunzg- dünner @r _:'@te leichter mechanisch verar beiten lassen.

Claims

Patentanspruch Supraleitende magnetische Vorrichtung, die unter supraleiten-

beitet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorrichtung wenigstens eine Spule enthält, die aus einer aus 20 bis 60 Atomprozent Niob, 1 bis 79 Atomprozet zirkon und 1 bis 79 Atomprozent Titan bestehenden legierunc hergestellt ist.