DE1640200B1

DE1640200B1 - Supraleitendes material und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE1640200B1
Application number: DE19671640200
Authority: DE
Inventors: Robert Hugh Hammond
Original assignee: Gulf General Atomic Inc
Current assignee: Gulf General Atomic Inc
Priority date: 1966-01-28
Filing date: 1967-01-28
Publication date: 1971-04-08
Also published as: CH458462A; US3449092A; SE350141B; FR1508875A; GB1168522A

Description

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Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Material, die Schichten aus dem ersten Material. Das erfin-

bestehend aus einer Vielzahl von Schichten aus einem dungsgemäße supraleitende Material zeichnet sich

ersten Material, das bei einer tiefen absoluten Tem- gegenüber den bisher bekannten supraleitenden

peratur supraleitende elektrische Eigenschaften be- Materialien durch den wesentlichen Vorteil aus, daß

sitzt, und einer jeweils zwischen zwei derartigen 5 es auf relativ einfache Weise, nämlich allein durch

Schichten liegenden Schicht aus einem zweiten Mate- die angegebene Dimensionierung der Schichten bei

rial, das bei der betreffenden tiefen abosuten Tempe- relativ hohen magnetischen Feldstärken höhere kri-

ratur nicht supraleitende elektrische Eigenschaften tische Stromdichtewerte zu erreichen erlaubt als die

besitzt. bisher bekannten supraleitenden Materialien.

Es ist bereits eine Elektromagnetspule aus einem io Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

Supraleiter bekannt (französische Patentschrift Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher

1402 426), bei der supraleitende Schichten und beschrieben. Es zeigt

Widerstandsschichten vorgesehen sind. Die supra- Fig. 1 in einer vergrößerten Teilschnittansicht eine leitenden Schichten sind dabei jedoch dünner als die Probe des verbesserten supraleitenden Materials gevorgesehenen Widerstandsschichten ausgebildet. Von 15 maß der Erfindung,

Nachteil hierbei ist, daß das betreffende supraleitende Fig. 2 den Aufbau einer Vorrichtung, mit deren

Material eine relativ geringe kritische Stromdichte Hilfe das supraleitende Material gemäß der Erfindung

bei einer gegebenen magnetischen Feldstärke besitzt. hergestellt werden kann und

Es ist ferner ein Leiter bekannt (»Journal of Fig. 3 in einem Kurvendiagramm die elektrischen

Applied Physics«, 1962, Vol. 33, Nr. 3, S. 1045), der 20 Eigenschaften des in F i g. 1 dargestellten supra-

aus einem Nb₃Sn-Draht hergestellt ist, welcher von leitenden Materials.

einem Niobüberzug umgeben ist. Auch mit Hilfe In Fig. 1 ist ein supraleitendes Material darge-

eines derartigen Leiters ist es nicht möglich, beson- stellt, das mit 5 bezeichnet ist. Dieses supraleitende

ders hohe kritische Stromdichten bei einer bestimm- Material 5 enthält eine Vielzahl dünner Schichten aus

ten magnetischen Feldstärke zu erzielen. 25 einem supraleitenden Material mit einer Dicke von

Es ist ferner ein supraleitender Nb_sSn-Streifen be- normalerweise weniger als etwa 1 μ. Ferner enthält kannt (»Nature«, April 6, 1963, S. 82), bei dem eine das betreffende Material eine Vielzahl dünner Schicheinzige Schicht aus Nb₃Sn auf einem Niobstreifen ten 9 aus einem zweiten Material, das kein Supraaufgebacht ist. Im Zusammenhang mit der Her- leiter ist. Als Nichtsupraleiter kann ein Material mit stellung dieses supraleitenden Streifens sei noch be- 30 normalen Leiteigenschaften oder mit Isoliereigenmerkt, daß nach der jeweiligen Ablagerung eine Er- schäften verwendet werden. Der betreffende Nichtwärmung der Schichten erfolgt. Auch mit Hilfe dieses supraleiter wird zwischen jeweils zwei Schichten 7 bekannten supraleitenden Streifens ist es nicht mög- aus dem supraleitenden Material angeordnet. Somit lieh, bei einer gegebenen magnetischen Feldstärke erhält man ein Materialgebilde, das aus aufeinandereine besonders hohe kritische Stromdichte zu erzielen. 35 folgenden Schichten des Supraleiters und des Nicht-

Es ist außerdem bekannt (»Die Naturwissenschaf- Supraleiters besteht.

ten«, Heft 6, 1962, S. 128) einen Niob-Draht zu er- Die Schichten 7 bestehen vorzugsweise aus einem

wärmen, auf dem Zinn abgelagert wird, das dann in Supraleiter des Typs Π, wie Nb₃Sn. Die Sprung-

das Niob hineindiffundiert. Auch mit Hilfe eines der- temperatur dieses Materials für den Übergang in den

artigen Drahtes gelingt es nicht ohne weiteres, bei 40 supraleitenden Zustand liegt über 17° K. Die dünnen

einer gegebenen magnetischen Feldstärke besonders Schichten 9 können aus irgendeinem normalen

hohe kritische Stromdichten zu erzielen. Leitermaterial bestehen, wie aus Silber, Niob, Kupfer

Es ist schließlich bekannt (»Elektrie«, Heft 4,1965, usw. Die Schichten 9 können jedoch auch durch Iso-S. 177, 178, 180 und 181), eine kontinuierliche Ab- latormaterialien gebildet sein, wie durch Zusammenlagerung einer Mischung aus Niob und Zinn vor- 45 Setzungen aus Silizium oder Aluminium oder durch zunehmen, um eine Einzelschicht aus Nb₃Sn zu bil- geeignete organische Verbindungen. Die Hauptanforden. Die betreffende Nb₃Sn-Schicht wird dabei in derung an ein derartiges Material, das zur Hersteleiner Dicke von etwa 2 μ auf einem Träger von 8 μ lung der dünnen Schichten 9 dient, besteht darin, daß Dicke aufgebracht, jedoch nur deshalb, um biegsame dessen Ausdehnungs- und Zusammenziehungseigen-Leiter zu erhalten. Dabei ist es ferner bekannt, durch 50 schäften zu den entsprechenden Eigenschaften des Plattieren eines supraleitenden Drahtes mit einer supraleitenden Materials passen. Ein Material kann Kupferschicht einen relativ hohen kritischen Strom- als eine gute normale elektrische Leitfähigkeit bedichtewert zu erzielen. Dieser Stromdichtewert ist sitzend betrachtet werden, wenn es bei einer Temjedoch bei einer bestimmten magnetischen Feldstärke peratur von 0° C einen spezifischen Widerstand in wie bei den übrigen bekannten supraleitenden Mate- 55 der Größenordnung von 10~⁶ Ohm · Meter oder rialien noch relativ gering. weniger besitzt. Es hat sich gezeigt, daß die kritische

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu- Stromdichte bei Proben aus dem aus einzelnen

gründe, einen Weg zu zeigen, wie ein supraleitendes Schichten zusammengesetzten Material 5 über einen

Material auszubilden ist, das bei relativ hohen ma- weiten Bereich magnetischer Feldstärke höher ist als

gnetischen Feldstärken höhere kritische Stromdichten 60 bei einem vergleichsweise nur aus einem supraleiten-

besitzt als die bisher bekannten supraleitenden Mate- den Material wie Nb₃Sn hergestellten Schichtgebilde,

rialien und das derart flexibel ist, daß es sich einfach Auf Grund einer sich auf die beiden vorstehend

zur Herstellung von supraleitenden Spulen verwen- erwähnten Schichtgebilde beziehenden Vergleichs-

den läßt. betrachtung würde man zu dem Ergebnis gelangen,

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei 65 daß das Zwischenlagern von Schichten aus einem einem supraleitenden Material der eingangs genann- nichtsupraleitendenMaterial Zwischenschichten eines ten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Schicht supraleitenden Materials zu einer geringen Gesamtaus dem zweiten Material wesentlich dünner ist als stromdichte führt, da nämlich der spezifische Wider-

stand der nichtsupraleitenden Schichten wesentlich größer ist als der der supraleitenden Schichten. Tatsächlich hat sich aber das an sich nicht erwartete Gegenteil herausgestellt.

Die Gründe für das Auftreten dieser Eigenschaft sind nicht vollkommen geklärt. Gemäß der vorliegenden Theorie wird angenommen, daß der von dem betreffenden Gebilde maximal führbare Strom bzw. die kritische Stromdichte eines Supraleiters des

von dem jeweiligen Endverwendungszweck des betreffenden Materials 5 ab. Die Verbesserung hinsichtlich der supraleitenden Eigenschaften wird bei der Prüfung eines zwei Schichten 7 aus supraleitenden Materialien und eine dazwischengebettete Schicht 9 aus einem nichtsupraleitenden Material enthaltenden Schichtgebildes deutlich. Für praktische Anwendungszwecke ist mit der Verwendung von mindestens hundert Schichten 7 aus supraleitenden Materialien

Typs II in einem Magnetfeld infolge Wanderung der io zu rechnen, einschließlich jeweils dazwischenliegen-Magnetflußlinien durch das supraleitende Material der Schichten 9 aus nichtsupraleitendem Material, abnimmt. Die Bewegung der Flußlinien wird dabei Obwohl nicht angenommen wird, daß irgendeine durch Fehlerstellen oder Diskontinuitäten in der kritische Maximalzahl an verwendbaren supraleiten-Struktur des supraleitenden Materials behindert. Mit den Schichten 7 existiert, dürften in der Praxis mehr anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß die 15 als etwa 10 000 Schichten 7 wahrscheinlich nicht ver-

Flußlinien durch die betreffenden Diskontinuitäten »festgehalten« werden. Dies führt zum Ansteigen der kritischen Stromdichte. Die Schichten 9 aus dem nichtsupraleitenden Material weisen derartige Diskontinuitäten auf. Deshalb werden die Flußlinien in den betreffenden Schichten des nichtsupraleitenden _ Materials festgehalten. Dementsprechend tritt in den aus dem supraleitenden Material bestehenden Schichten 7 keine Bewegung von Flußlinien auf; diese Schichten können somit höhere Ströme führen.

Die aus dem supraleitenden Material bestehenden Schichten 7 sollten eine genügende Dicke besitzen, um den jeweiligen Strom auch führen zu können; sie sollten dabei jedoch nicht dicker sein, als es zur Auswendet werden. Für die meisten Anwendungsfälle wird die Gesamtdicke des zusammengesetzten supraleitenden Materials 5 wahrscheinlich nicht mehr als 0,6 mm betragen.

Die Herstellung des verbesserten supraleitenden Materials 5 kann durch Materialablagerung im Vakuum, durch Flammspritzen, durch Materialzerstäubung, durch Materialablagerung auf chemischem Wege oder durch Anwendung irgendeines anderen geeigneten Verfahrens erfolgen, das die Herstellung von jeweils übereinanderliegenden Schichten aus supraleitenden und nichtsupraleitenden Materialien gestattet.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des

führung dieser Funktion unter normalen Bedingun- 30 verbesserten supraleitenden Materials 5 umfaßt eine gen erforderlich ist. Im allgemeinen führt eine Zu- selektive Vakuum-Materialablagerung in einem Eleknahme der Dicke zu einer Zunahme des Volumens tronenstrahlofen. In diesem Elektronenstrahlofen des Materialgebildes 5, ohne dabei eine nennens- wird das supraleitende Material 5 auf einer Unterwerte Verbesserung der Eigenschaften dieses Ge- lage 10 aus irgendeinem geeigneten Material abbildes mit sich zu bringen. Die Dicke der supra- 35 gelagert, vorzugsweise auf rostfreiem Stahl. Das beleitenden Schicht beträgt normalerweise nicht mehr treffende Schichtgebilde kann, sofern erwünscht, mit als etwa 1 Mikron und nicht weniger als etwa einer Schutzschicht 110 aus einem elektrisch leiten-50 Angström. Vorzugsweise beträgt die Dicke bei den Material, wie Zinn, Kupfer oder Silber, überVerwendung von Schichten aus Nb₃Sn nicht mehr zogen werden, das ebenfalls in geeigneter Weise im als etwa 2000 Angström und nicht weniger als 40 Vakuum aufgebracht werden kann. Die Schutzschicht 75 Angström. Schichten mit innerhalb dieses Be- kann aus einem guten elektrischen und thermischen reiches liegenden Dicken bringen zufolge ihrer Leiter bestehen; es kann jedoch auch erwünscht sein, Eigenschaften wünschenswerte Ergebnisse in wirt- einen zusätzlichen dünnen Überzug 111 aus einem schaftlicher und elektrischer Hinsicht mit sich. Material aufzubringen, das einen guten Isolator dar-

Im allgemeinen müssen bei der Herstellung des 45 stellt. Es wird angenommen, daß eine derartige verbesserten supraleitenden Materials 5 die nicht- Schutzschicht bei der Verminderung der Stromsupraleitenden Schichten 9 hinreichend dick sein, um herabsetzung mitwirkt. Die Schutzschicht bringt eine die Funktion einer zusammenhängenden Schutz- Schutz-Stromleitung mit sich, wenn das supraschicht zu erfüllen, die die Flußlinien festhält. Hin- leitende Material plötzlich normale Leitfähigkeitssichtlich dieser Funktion kann die Dicke unter Be- 50 eigenschaften annimmt; die betreffende Schutzschicht rücksichtigung der Eigenschaften des jeweils ver- verleiht somit dem supraleitenden Material thermowendeten Materials noch variiert werden, jedoch dynamische Stabilität und ermöglicht, daß es wieder wird die Dicke der nichtsupraleitenden Schicht nor- supraleitend wird. Eine weitere Funktion der Schutzmalerweise mindestens etwa 10 Angström betragen. schicht besteht darin, dem supraleitenden Material 5 Wird Niob verwendet, so wird vorzugsweise eine 55 einen mechanischen Schutz zu verleihen. Normaleretwa 100 Angström dicke Schicht verwendet. Werden weise liegt die Dicke der verwendeten Schutzschicht für die supraleitenden und nichtsupraleitenden mindestens in der Größenordnung der Schichtdicke Schichten Nb₃Sn bzw. Nb verwendet, so wird eine des verwendeten supraleitenden Materials.
Dicke für die letztere Schicht zwischen etwa 15 Ang- Das supraleitende Material 5 kann von der Unterström und 400 Angström bevorzugt. Obwohl nicht 60 lage 10 zur weiteren Verwendung abgestreift werden, angenommen wird, daß dickere Schichten 9 erforder- In einem derartigen Fall würde die Unterlage 10 mit

einem geeigneten Lösungsagens überzogen werden. In gewissen Fällen, wie bei der Herstellung von Magneten, kann das verbesserte supraleitende Material 5 zweckmäßigerweise auf einer Trägerunterlage 10 gebildet werden, um einen Draht herzustellen, der sich zur Wicklung einer Hubmagnetspule oder eines Toroids eignet. Ob die Unterlage 10 beibehalten

lieh sind, können die nichtsupraleitenden Schichten 9, sofern erwünscht, bis zu einer Dicke verwendet werden, die etwa 20% der Dicke der supraleitenden Schichten 7 beträgt.

Die Gesamtzahl der aufeinanderfolgenden Schichten 7 und 9, die zur Herstellung des verbesserten supraleitenden Materials 5 verwendet werden, hängt

wird oder nicht, hängt von dem jeweiligen besonderen Anwendungszweck des verbesserten supraleitenden Materials ab; die Beibehaltung der Unterlage 10 bringt eine zusätzliche Festigkeit des Endproduktes mit sich, wodurch dieses einen größeren Anwendungsbereich besitzt.

Ein Vorteil des durch Ablagerung in einem Elektronenstrahlofen hergestellten verbesserten supraleitenden Materials besteht darin, daß das Schichtstimmte Zeit lang erfolgt, durch eine in dem Abdeckteil 35 vorgesehene Öffnung 49 bestimmt.

In der Vakuumkammer 13 befindet sich noch eine zur Erwärmung der Unterlagestreifen 41 dienende Wärmequelle 51. Durch diese Wärmequelle wird jeweils der Teil der Unterlagestreifen 41, auf denen die Ablagerung erfolgt, auf eine Temperatur von etwa 750° C gebracht. Mit Hilfe eines geeigneten Thermostatreglers 53 erfolgt eine entsprechende Temperatur

gebilde derart flexibel ist, daß es leicht zu Magnet- io regulierung,
spulen verarbeitet werden kann. Durch Verwendung einer zusätzlichen Vorrichtung

An Hand von Fig. 2 wird nunmehr ein Verfahren der betrachteten Art und Durchführung der betreffenden Unterlagestreifen 41 kann eine kontinuier-

zur Herstellung des verbesserten supraleitenden Materials gemäß der Erfindung näher erläutert. In Fig. 2 ist schematisch ein Elektronenstrahlofen 11 gezeigt, der für die Herstellung des verbesserten supraleitenden Materials 5 geeignet ist. Der Elektronenstrahlofen 11, nachstehend auch nur Ofen genannt, enthält eine durch eine Ummantelung gebildete Vakuumkammer 13, die über eine Absaugleitung 15 evakuiert wird. In der Vakuumkammer 13 befindet sich eine Erhitzungsanlage 17. Diese Erhitzungsanlage 17 ist mit einem Kühlsystem 19 versehen; sie besteht mindestens aus zwei getrennten Schmelztiegeln 21. In dem einen Schmelztiegel, der auf der linken Seite der beiden in Fig. 2 dargestellten Schmelztiegel angeordnet ist, befindet sich im Vakuum geschmolzenes Niob mit 3 · 10~³⁰/o oder weniger Fremdstoffen. In dem anderen Schmelztiegel 21 befindet sich im Vakuum geschmolzenes Zinn mit 1O^-3 % oder weniger Fremdstoffen. In dem Behälter 13 herrscht ein Druck von nicht mehr als ΙΟ"³ Torr.

Jedem der beiden Schmelztiegel 21 ist eine Elektronenschleuder 23 zugeordnet, die genügend Elektronen abgibt, um das Material in dem betreffenden Schmelztiegel auf eine zur Verdampfung erforderliche Temperatur zu erwärmen. Die Elektronenschleudern 23 geben jeweils einen Elektronenstrahl eine

liehe Ablagerung erfolgen. Dabei führen die Streifen mehrere Durchläufe aus, bei denen sie abwechselnd an einer Abdeckteilöffnung vorbeilaufen, an der auf sie Nb₃Sn abgelagert wird, und dann an einer anderen Abdeckteilöffnung, an der auf sie Niob abgelagert wird.

Zur vereinfachten Alleinablagerung von Niob oder Zinn an Stelle der gleichzeitigen Ablagerung von Niob und Zinn zwecks Bildung von Nb₃Sn, sind Abdeckblenden 55 und 56 vorgesehen, die getrennt vor- und zurückbewegbar sind bzw. die jeweils zwischen einer ersten Stellung (in ausgezogenen Linien angedeutet), in der sie den Aufwärtsweg der Zinn- und Niobverdampfungsatome nicht unterbrechen, und einer zweiten Stellung (durch gestrichelte Linien angedeutet) verschiebbar sind, in welcher sie jeweils die Zinn- oder Niobverdampfungsatome am Erreichen der Unterlage 41 hindern. Hieraus ergibt sich, daß die schrittweise Bewegung der Abdeckblende 55 in die Sperrlage zur Ablagerung von aufeinanderfolgenden Schichten aus Niob und Nb₃Sn auf den einzelnen Unterlagestreifen führt; bei Bewegung der Abdeckblende 56 in die Sperrlage wird eine Zinnschicht abgelagert.

Mit Beginn des Ablagerungsvorganges werden die Steuerschaltungen 37 derart eingestellt, daß die Ver-

35

auf die Oberfläche des in dem jeweiligen Schmelz- 40 dampfungsmenge an Niob etwa zweimal so groß ist tiegel 21 enthaltenen Stoffes ab. Die von jedem wie die des Zinns; dieses 2:1-Verhältnis von Niob

zu Zinn führt dann zur Ablagerung von Nb₃Sn. Sobald die gewünschten Verdampfungsmengen erreicht sind, wird die Steuervorrichtung 47 betätigt, welche

Schmelztiegel 21 erzeugte Materialdampfmenge wird durch Überwachungsvorrichtungen 33 geregelt, die oberhalb der betreffenden Schmelztiegel angeordnet

sind. Ein Abdeckteil 35 beschränkt den Bereich jeder 45 die Aufwickehrolle 45 hinreichend stark fortbewegt

Überwachungsvorrichtung 33 auf den Schmelztiegel und somit jeweils einen neuen Flächenteil der Unterlagestreifen 41 senkrecht über die Abdeckteilöffnung 40 führt. Sobald eine Nb₃Sn-Schicht 7 in gewünschter

Dicke, wie etwa 500 Angström, abgelagert ist, wird

21, dem sie durch wirksame Unterbrechung der Sichtlinie zwischen ihr und der Oberfläche des nicht zugehörigen Schmelztiegels 21 zugeordnet ist. Jeder

Elektronenschleuder ist eine Steuerschaltung 37 und 50 die Abdeckblende 55 für eine genügend lange Zeiteine Speisespannungsquelle 39 zugeordnet. spanne in die Sperrstellung bewegt, währenddessen

Etwa 25 cm über der Oberfläche der beiden Schmelztiegel 21 befindet sich eine Vielzahl flacher Unterlagenstreifen 41. Als Streifenmaterial dient ein von großen Rollen abgewickeltes rostfreies Stahlband mit einer Dicke von etwa 0,025 mm. Die Unterlagestreifen 41 werden dabei von einer Abwickelrolle 43 abgewickelt und auf eine Aufwickehrolle 45 aufgewickelt. Die Bewegung der Unterlagestreifen erfolgt schrittweise. Diese Bewegung wird durch eine Steuervorrichtung 47 gesteuert, die einen (bier nicht dargestellten) Motor antreibt, der mit der Aufwickelrolle 45 antriebsmäßig verbunden ist. In dem dargestellten Ofen erfolgt die Ablagerung der einzelnen, parallel zueinander liegenden Schichten, die dann das verbesserte supraleitende Material 5 bilden, nach einem Unterbrechungsverfahren. Bei diesem Verfahren wird die Fläche, auf der die Ablagerung eine beüber der Nb₃Sn-Schicht eine etwa 100 Angström dicke Niob-Schicht abgelagert wird. Unmittelbar danach wird die Abdeckblende 55 weggezogen, so daß nunmehr auf die Niob-Schicht eine Nb₃Sn-Schicht abgelagert werden kann. Hat die Nb_aSn-Schicht eine Dicke von 500 Angström erreicht, so wird die Abgabe von Zinn einmal unterbrochen, um die alleinige Ablagerung von Niob vorzunehmen. Es sei bemerkt, daß es hinsichtlich der Wirkung des verbesserten supraleitenden Materials keine Rolle spielt, ob die erste auf die Unterlage aufgebrachte Schicht aus dem supraleitenden oder aus dem nichtsupraleitenden Material besteht.

Der vorstehend erläuterte Ablagerungsvorgang wird hinreichend oft wiederholt, um ein supraleitendes Material 5 mit der gewünschten Anzahl an Schichten zu erhalten. Gemäß einem besonderen Bei-

spiel enthält das supraleitende Material zwanzig Schichten aus parallel zueinander liegenden, jeweils 500 Angström dicken NbgSn-Schichten und 100 Angström dicken Niob-Schichten; die Gesamtdicke beträgt etwa 12 000 Angström. Der Ablagerungs-Vorgang für die Herstellung eines supraleitenden Materials mit etwa zwanzig Schichten dauert etwa 2 Minuten. Sobald die letzte oder zwanzigste Schicht abgelagert ist, wird die Abdeckblende 56 in die Sperrlage bewegt. Dann wird etwa 10 Minuten lang eine Schutzschicht aus Zinn abgelagert. Danach wird die Speisespannung von den Elektronenschleudern abgeschaltet; die Steuervorrichtung 47 wird wirksam, um die Unterlagestreifen 41 (und das darauf abgelagerte Schichtmaterial 5) auf die Aufwickelrolle aufzuwickeln. Die auf diese Weise abgelagerten Schichten aus Niob—Zinn und Niob sind flexibel genug, um ohne zu zerreißen oder irgendwelche anderen nicht erwünschten physikalischen Mangel zu erleiden aufgewickelt werden zu können.

In Fig. 3 sind drei jeweils den Verlauf der kritischen Stromdichte zeigende Kurven für drei verschiedene Materialien gezeigt. Von diesen Materialien bestehen zwei aus dem verbesserten supraleitenden Material; sie unterscheiden sich nur durch ihre Dicke, da die eine Probe zwanzig aufeinanderfolgende Schichten und die andere vierzig aufeinanderfolgende Schichten enthält. Die dritte Kurve gilt für ein Material, das nur aus Nb₃Sn besteht. Die nur aus Nb₃Sn bestehende Probe besitzt bei einer Dicke von etwa 12 000 Angström die gleichen Abmessungen wie die anderen beiden Proben. Die Kurven basieren alle auf Meßergebnissen, die nach dem gleichen Verfahren erzielt wurden. Wie die Kurven . erkennen lassen, ist bei beiden aus dem verbesserten supraleitenden Material bestehenden Proben die kritische Stromdichte höher als bei der nur aus Nb₃Sn bestehenden Probe. Die aus dem verbesserten supraleitenden Material bestehenden Proben weisen ähnliche Charakteristiken hinsichtlich der Strombeiastbarkeit auf. Wie Fig. 3 ferner erkennen läßt, hat die Dickenzunahme, d. h. die Zunahme der Anzahl verwendeter Schichten aus dem verbesserten supraleitenden Material, nur einen geringen Einfluß auf die kritische Stromdichte, und zwar unabhängig von der Magnetfeldstärke.

Claims

Patentansprüche:

1. Supraleitendes Material, bestehend aus einer Vielzahl von Schichten aus einem ersten Material, das bei einer tiefen absoluten Temperatur supraleitende elektrische Eigenschaften besitzt, und einer jeweils zwischen zwei derartigen Schichten liegenden Schicht aus einem zweiten Material, das bei der betreffenden tiefen absoluten Temperatur nichtsupraleitende elektrische Eigenschaften besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (9) aus dem zweiten Material wesentlich dünner ist als die Schichten (7) aus dem ersten Material.

2. Supraleitendes Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (7) aus dem ersten Material dünn sind.

3. Supraleitendes Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Schichten (7) aus dem ersten Material dünner sind als etwa 1 Mikron.

4. Supraleitendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 1 das erste Material ein Material des Supraleiti Typs II verwendet ist.

5. Supraleitendes Material nach einem der A sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß d nichtsupraleitende Material ein normalerwe: guter elektrischer Leiter ist.

6. Supraleitendes Material nach einem der A sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß d nichtsupraleitende Material ein elektrischer Is lator ist.

7. Supraleitendes Material nach einem der A sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß d erste Material supraleitendes Nb₃Sn ist.

8. Supraleitendes Material nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Materi Niob ist.

9. Supraleitendes Material nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl ά Schichten (7) aus supraleitendem Nb₃Sn jewei zwischen etwa 75 A und etwa 2000 A dick sin und daß die Zwischenschichten aus Niob eir

' Dicke zwischen etwa 15 A und etwa 400 A b< sitzen.

10. Supraleitendes Material nach einem d« Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, da eine elektrisch leitende Trägerschicht (10) di aufeinanderfolgenden Schichten (7, 9) trägt un daß ein Überzug (110) aus einer elektrisch Ie: tenden Substanz über den Schichten (7, 9, 10) al äußere Schutzschicht liegt.

11. Supraleitendes Material nach Anspruch IC dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schute schicht eine dünne elektrische Isolierschicht (111 enthält, die über der elektrisch leitenden Substan liegt.

12. Supraleitendes Material nach einem de Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dal die Schichten aus Niob jeweils eine Dicke voi etwa 100 A besitzen.

13. Supraleitendes Material nach einem de Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dal die Schichten (9) aus dem zweiten Material je weils eine Dicke von nicht mehr als etwa 20°/ der Dicke der ersten Schichten (7) besitzen.

14. Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Materials gemäß einem der Ansprüche ] bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (7) aus dem supraleitenden Material durcr Verdampfen einer Vielzahl von Substanzen untei Vakuumbedingungen und durch Regulierung dei entsprechenden Ablagerungsmengen abgelagen werden und daß die Schichten (9) aus dem zweiten Material dadurch gebildet werden, daß intermittierend die Ablagerung einer der Substanzen unterbunden wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Niob und Zinn unter Vakuumbedingungen in solchen Mengen verdampft werden, daß Niob—Zinn mit supraleitenden Eigenschaften gebildet wird, daß bei einem Druck von nicht mehr als 10 ~³ Torr gearbeitet wird und daß die Ablagerung von Zinn intermittierend unterbunden wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagerung auf einer hinreichend stark erwärmten Trägerschicht (10) vorgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY 109 515/191