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DE1790062C - Superconductors with an Nb deep 3 Sn layer on the surface and processes for their production - Google Patents

Superconductors with an Nb deep 3 Sn layer on the surface and processes for their production

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Publication number
DE1790062C
DE1790062C DE19681790062 DE1790062A DE1790062C DE 1790062 C DE1790062 C DE 1790062C DE 19681790062 DE19681790062 DE 19681790062 DE 1790062 A DE1790062 A DE 1790062A DE 1790062 C DE1790062 C DE 1790062C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carbon
superconductor
niobium
superconductors
tin
Prior art date
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Expired
Application number
DE19681790062
Other languages
German (de)
Other versions
DE1790062B2 (en
DE1790062A1 (en
Inventor
Günther Dr 8520 Er langen Bios Barbara 8500 Nürnberg Lanig Peter 8520 Erlangen Ziegler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19681790062 priority Critical patent/DE1790062C/en
Priority to CH1198169A priority patent/CH495069A/en
Priority to NL6912051A priority patent/NL6912051A/xx
Priority to FR6929942A priority patent/FR2017350A1/fr
Priority to GB43694/69A priority patent/GB1245339A/en
Priority to DE2104332A priority patent/DE2104332C3/en
Publication of DE1790062A1 publication Critical patent/DE1790062A1/en
Publication of DE1790062B2 publication Critical patent/DE1790062B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE1790062C publication Critical patent/DE1790062C/en
Expired legal-status Critical Current

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Description

besondere hochwarmfeste Metalle bzw. Metallegie- 60 Bei den bisher bekannten Supraleitern mit aus derspecial high-temperature-resistant metals or metal-alloy 60 In the case of the previously known superconductors with from the

rungen, beispielsweise die unter dem Handelsnamen Gasphase abgeschiedenen Nb^n-Schichten ist dagegenMention, for example the deposited under the trade name gas phase Nb ^ n layers is against it

»Hastelloy« bekannte Legierung auf Nickelbasis. Kohlenstoff, wenn überhaupt, allenfalls als zufällige,"Hastelloy" well-known nickel-based alloy. Carbon, if at all, at most as random,

Von entscheidender Bedeutung für die technische unbeabsichtigte, durch die Ausgangsmaterialien verVerwendung von Supraleitern ist die sogenannte kriti- ursachte Verunreinigung in äußerst geringen Mengen sehe Stromdichte jc. Wenn diese Stromdichte durch 65 in diesen Schichten vorhanden,
einen in einem sich im supraleitenden Zustand befind- Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfiniichen Supraleiter fließenden Strom überschritten wird, dungsgemäßen Supraleiters enthält die Nb3Sn-Schicht geht der Supraleiter vom supraleitenden in den elek- 0,25 bis 1,3 Gewichtsprozent Kohlenstoff. Supraleiter
The so-called critical contamination in extremely small quantities is of decisive importance for the unintentional technical use of superconductors as a result of the starting materials, see current density j c . If this current density exists through 65 in these layers,
In a preferred embodiment of the superconductor according to the invention, the superconductor contains the Nb 3 Sn layer, the superconductor goes from the superconducting to the electrical 0.25 to 1.3 percent by weight of carbon. Superconductor

790790

mit diesen Kohlenstoffgehalten in der Nb3Sn-SChJcIu einem zweiten Quarzrohr2, das mittels einer Quurz- ith these carbon contents in the Nb 3 Sn SChJcIu a second Quarzrohr2, which by means of a Quurz-

"' * wand3 unterteilt ist. Der eine Teil 4 des Rohres 2,"'* wand3 is divided. One part 4 of the pipe 2,

in welchem sich während des Betriebs der Vorrichtung ein Niobvorrat 5 befindet, dient als Niobchlonnator. 5 Der andere Teil 6 des Rohres 2, in dem sich beim Betrieb der Vorrichtung ein Zinnvorrat 7 beftnda, dient als Zinnchlorinator. Das Quarzroh 2 ist an beiden Enden mit Rohrstutzen 8 und 9 zur Einleitung von Chlorgas versehen. Durch die Quarzwand 3 wird einin which during the operation of the device a niobium supply 5 is used as a niobium chloride. 5 The other part 6 of the tube 2, in which the Operation of the device a tin supply 7 is used as a tin chlorinator. The quartz tube 2 is on both Provide ends with pipe sockets 8 and 9 for introducing chlorine gas. Through the quartz wall 3 is a

d Til 4 d Rohres 2 ind Til 4 d pipe 2 in

zeigen // -y,-Werte von über 5 · 1010A ■ GauB ■ cm2.show // -y, values of over 5 · 10 10 A ■ GauB ■ cm 2 .

Bei K- Silenstoffgehalten von 0,4 bis 1,1 Gewichtsprozent :n der Nb3Sn-Schicht können sogar //-/V-Werte zwischen 7- 10ia und etwa 9 bis 10- 1010A-Gc'uu-i-:!! 2 erreicht werden.With K-Silenstoff contents of 0.4 to 1.1 weight percent: n the Nb 3 Sn layer even // - / V values between 7-10 ia and about 9 to 10-10 10 A-Gc'uu-i -: !! 2 can be achieved.

Germ- v-n:erer Erfindung kann der Supraleiter mit einer k-. liLnstoffhaltigen Nb3Sn-Schioht vorteilhaft in der Weise hergestellt^ werden, daß gasförmigeGerm- vn: he invention, the superconductor with a k-. LiLnstoffhaltigen Nb 3 Sn-Schioht are advantageously produced in such a way that gaseous

Chlorgas versehen. Dur QProvide chlorine gas. Major Q

Je von Niob und Zinn gemischt und an einem io Einströmen von Gas aus dem Teil 4 des Rohres 2 inEach of niobium and tin mixed and an inflow of gas from part 4 of the tube 2 in

auf et\>
hochwa
Metall-
und d;·.
Kohl::
on et \>
hochwa
Metal-
and d; ·.
Cabbage ::

■ 750 bis 1000"C erhitzten Träger aus einem mfesten Metall bzw. einer hochwarmfesten ■:erung mittels Wasserstoff reduziert werden dem Gemisch der Halogenide eine gasförmige■ 750 to 1000 "C heated carrier made of a m-resistant metal or a highly heat-resistant ■: The mixture of halides is reduced to a gaseous form by means of hydrogen

den Teil 6 und umgekehrt verhindert. Das Rohr I ist an beiden Enden mit Graphitkörpern 10 und Il verschlossen, die jeweils mit einer möglichst engen Öffnung zur Durchführung eines bandförmigen Trägers 12prevents part 6 and vice versa. The tube I is closed at both ends with graphite bodies 10 and II, each with the narrowest possible opening for the passage of a band-shaped carrier 12

wenig
stoff '
AN
dabei
Niob
geeii:;-pcnl.r
und /
Zinn
little
material '
ON
included
niobium
geeii:; - pcnl.r
and /
tin

wenü
Zinn'
falN i
geget
(Nbi
less
Tin'
falN i
given
(Nbi

ffverbindung beigemischt wird, die am er- 15 versehen sind. Der Träger 12 wird von der Rolle 13ff compound is added, which are provided on the er 15. The carrier 12 is taken from the roll 13

i rager unter Abspaltung von Kohlenstoff is teilweise zersetzt bzw. durch den Wasser-.i/iert wird.i rager with splitting off of carbon is partially decomposed or by the water will.

-förrnige Halogenide von Nio' und Zinn sind ^besondere Niobtetra'-Horid (NbCl1I b/.w.-shaped halides of nio 'and tin are ^ special niobium tetra'-horid (NbCl 1 I b / .w.

.!jchlorid (NbCI5) und Zinnchlond (SnCl,) L:s können aber auch Bromide, wie Niob-.! jchloride (NbCl 5 ) and tin chloride (SnCl,) L: s can also bromides, such as niobium

.mid (NbBrJ bzw. Niobtetrabromid (NbBr1) iidibromid (SnBr2), sowie Jodide von Niob und rwendet werden..mid (NbBrJ or niobium tetrabromide (NbBr 1 ) iidibromide (SnBr 2 ), as well as iodides of niobium and rwendet.

r kann, wie dies bereits vorgeschlagen wurde, irachlorid zusammen mit Zinndibromid ver-r can, as has already been suggested, irachloride together with tin dibromide

werden, welches leichter reduzierbar Lt als .hlorid. Außerdem kann auch, wie dies ehen-which is more easily reducible than .hlorid. In addition, like this

und nach der Beschichtung auf die motorisch angetriebene Rolle 14 iufgewickelt. Der Träger 12 steht mit den Grapliitkör^.rn 10 und 11 in elektrisch leitender Verbindung. Diese sind über die Zuleitungen 15 und iu an eine elektrische Stromquelle angeschlossen. and wound onto the motorized roller 14 after coating. The carrier 12 stands with the graphite bodies 10 and 11 in electrical conductive connection. These are connected to an electrical power source via leads 15 and iu.

Zur Einleitung des Wasserstoffes in die Beschichtungskammer dient der Rohrstutzen 17, der in ein in der Beschichtungskammer 1 angeordnetes, mit zah'-reichen öffnungen versehenes Rohr 19 mündet. Durch dieses Rohr 19 wird eine gleichmäßige Verteilung des Wasserstoffes in der Beschichtungskammei bewirkt Zur Zuführung der gasförmigen Kohlenstoffverbindung dient das Rohr 20, das beispielsweise mit einemThe pipe socket 17, which is inserted into an in the coating chamber 1 arranged with zah'-rich Openings provided tube 19 opens. Through this tube 19 a uniform distribution of the Causes hydrogen in the coating chamber To supply the gaseous carbon compound, the tube 20 is used, for example with a

eits vorgeschlagen wurde, zur Vermeidung von 30 Vorratsgefäß 21 für flüssiges KohlenstofftetrachiondIt has already been proposed to avoid 30 storage vessel 21 for liquid carbon tetrachloride

nenfalls auftretenden störenden Niobtrichlorid-, !-Niederschlägen an den Wanden der Beschich-any disturbing niobium trichloride-,! -deprecipitation on the walls of the coating

tung^-immer, in welcher die Reduktion der Halogenide stattfindet, das gasförmige Niobtetrachlorid durcitung ^ - always, in which the reduction of the halides takes place, the gaseous niobium tetrachloride durci

22 verbunden sein kann. Das Vorratsgefäß 21 befindet sich in einem Flüssigkeitsthermostaten 23, der zur Einstellung der Temperatur des Kohlenstofftetrachloridvorrats 22 dient. Die bei der Beschiehtungs-22 can be connected. The storage vessel 21 is located in a liquid thermostat 23, which is used for Setting the temperature of the carbon tetrachloride supply 22 is used. The at the coating

Beimen-iung von Chlorgas wenigstens teilweise in 35 reaktion entstehenden Abgase werden durch den Rohr-Niobpentachlorid übergeführt werden. stutzen 24 aus der Beschichtungskammer 1 abgeführt.Admixture of chlorine gas, at least partially in the reaction, are released by the tube niobium pentachloride be transferred. nozzle 24 removed from the coating chamber 1.

Ais gasförmige Kohlenstoffverbindungen eignen sich insbesondere Kohlenstofftetrachlorid (CCl4) und Kohlenstoffrnonoxyd (CO). Diese Verbindungen spal- Carbon tetrachloride (CCl 4 ) and carbon monoxide (CO) are particularly suitable as gaseous carbon compounds. These connections split

Durch das Quarzrohr 25 ist die Beschichtungskammer 1 mit dem Quarzrohr 2 verbunden. Die Quarzrohre 1. 2The coating chamber 1 is connected to the quartz tube 2 through the quartz tube 25. The quartz tubes 1. 2

Λ.,,......,^.....-..~-.,- ν--/· e-.. ~r~ und 25 sind von geeignet geformten, beispielsweise Λ . ,, ......, ^ .....- .. ~ -., - ν - / · e - .. ~ r ~ and 25 are of suitably shaped, for example

ten unter Anwesenheit von Wasserstoff bei Tempera- 40 aufklappbaren Rohröfen 26 umgeben, durch welche türen von 750 bis 1000° C in ausreichender Menge die einzelnen Teile der Vorrichtung erhitzt werden Kohl nstoff ab, zersetzen sich jedoch bei tieferen Tem- können.th in the presence of hydrogen at temperature 40 hinged tubular furnaces 26 surrounded by which doors between 750 and 1000 ° C, the individual parts of the device are heated in sufficient quantities Carbon, but decompose at lower temperatures.

peraturen kaum, so daß die KohlenstofTabscheidung Im folgenden Ausführungsbeispiel wird die »erstei-temperatures hardly, so that the carbon separation.

nur am Träger und nicht an den auf niedrigeren Tem- lung eines bandförmigen Supraleiters mit einer Nb3Snperaturen befindlichen Teilen der Beschichtungsein- 45 Schicht mit 0,4 Gewichtsprozent Kohlenstoffgehalt richtung erfolgt. Durch geeignete Wahl der Menge der
den Halogeniden beigemischten gasförmigen Kohlen
takes place only on the carrier and not on the parts of the coating device with a carbon content of 0.4 percent by weight located at the lower temperature of a strip-shaped superconductor with an Nb 3 temperature. By appropriate choice of the amount of
Gaseous coals mixed with the halides

stoffverbindungen kann der jeweils gewünschte Kohlenstoffgehalt in der Nb3Sn-Schicht sehr genau eingestellt werden.material compounds, the carbon content desired in each case in the Nb 3 Sn layer can be set very precisely.

An Hand einiger Figuren und Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using a few figures and examples.

F i g. I zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung eines bandförmigen Supraleiters gemäß der Erfindung;F i g. I shows schematically an embodiment of a device for producing a tape-shaped Superconductor according to the invention;

F i g. 2 zeigt schematisch im Längsschnitt einen bandförmigen Supraleiter gemäß der Erfindung;F i g. 2 shows schematically in longitudinal section a tape-shaped superconductor according to the invention;

F i g. 3 zeigt die Abhängigkeit des Produktes H ·je vom Kohlenstoffgehalt in der Nb3Sn-SchichtF i g. 3 shows the dependence of the product H · je on the carbon content in the Nb 3 Sn layer

unter Verwendung von Kohlenstofftetrachlorid näher beschrieben.described in more detail using carbon tetrachloride.

Als Träger 12 wird beispielsweise ein Band aus der hochwarmfesten unter dem Handelsnamen »Hastelloy Alloy Β« (DIN-Bezeichnung NiMo 30) bekannten Legierung verwendet, die etwa 62°/0 Nicke!, 26 bis 30°/0 Molybdän und zum restlichen Teil kleine Mengen det Flemente Kobalt, Silizium, Mangan, Eisen. Kohlenstoff und Vanadium enthält. Dieser TrägerFor example, a band made of the high-temperature alloy known under the trade name “Hastelloy Alloy Β” (DIN designation NiMo 30) is used as the carrier 12, which has about 62 ° / 0 Nicke !, 26 to 30 ° / 0 molybdenum and the remaining part is small Quantities of elements cobalt, silicon, manganese, iron. Contains carbon and vanadium. This carrier

SS wird in geeigneter Weise in das Quarzrohr 1 cingeseut und während der Beschichtung mit konstanter Geschwindigkeit durch das Rohr hindurchgezogen. Ferner werden die Ausgangsmaterialien Niob und Zinn in den Niöbchlorir.ator 4 und den ZinnchlorinatorSS is inserted into the quartz tube 1 in a suitable manner and pulled through the tube at constant speed during coating. Further The starting materials niobium and tin are used in the Niöbchlorinator 4 and the Zinnchlorinator

bei einem Supraleiter gemäß der Erfindung. 60 sowie ein Kohlenstofftetrachloridvorrat 22 in das Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung eignet sich Vorratsgefäß 21 eingebracht. Vor Beginn der Abscheibeispielsweise zur Herstellung eines bandförmigen dungsreaktion wird die Luft aus der Vorrichtung beiSupraleiters gemäN der Erfindung, wobei von gas- spielsweise durch Einleiten von Inertgas, wie Helium förmigem Niobtetrachlorid und Zinndichlorid aus- oder Argon, verdrängt. Über die Zuleitungen 15 und gegangen Avird, die durch Überleiten von Chlorgas 65 16 wird durch den Träger 12 elektrischer Strom geüber erhitztes Niob bzw. erhitztes Zinn erzeugt werden, leitet, der so bemessen ist, daß der Träger auf eine Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Temperatur von etwa 9000C erhitzt wird. Mit Hilfe als Beschichtungskammer dienenden Quarzrohr 1 und der Rohröfen 26 werden die Wand der Beschichtungs-in a superconductor according to the invention. 60 and a carbon tetrachloride supply 22 in the die in FIG. 1 is suitable storage vessel 21 introduced. Before the start of the disc, for example to produce a band-shaped formation reaction, the air is displaced from the device in the case of superconductors according to the invention, with argon being displaced from gas, for example by introducing inert gas such as helium-shaped niobium tetrachloride and tin dichloride. Via the supply lines 15 and Avird, which by passing chlorine gas 65 16 is generated by the carrier 12 electrical current ge over heated niobium or heated tin, conducts, which is dimensioned so that the carrier on a The device consists essentially of a temperature of about 900 0 C is heated. With the aid of the quartz tube 1 serving as the coating chamber and the tube furnaces 26, the wall of the coating

5 65 6

kammer 1 auf etwa 700° C, der Niobchlorinator 4 und stellung von Supraleitern mit kohlenstoffhaltigen der Zinnchlorinator 6 auf etwa 8000C und das Ver- Nb3Sn-Scluchten kann praktisch in gleicher Weise verbindungsrohr 25 zur Vermeidung einer Kondensation fahren werden, wie bei dem vorstehend beschriebenen der Chloride auf etwa 650°C erhitzt. Der Kohlenstoff- Ausführungsbeispiel. Lediglich durch das Rohr 20 tetrachloridvorrat 22 wird mit Hilfe des Flüssigkeits- 5 wird dann nicht mit gasförmigem Kohlenstofftetrathermostaten 23 auf einer Temperatur von 5° C gehal- chlorid beladener Wasserstoff, sondern unmittelbar ten. Durch den Rohrstutzen 8 wird Chlorgas in den gasförmiges Kohlenstoffmonoxyd eingeleitet. Bei Ein-Niobchlorinator 4 und durch den Rohrstutzen 9 leitung von 0,1 l/h Kohlenstoffmonoxyd durch das Chlorgas in den Zinnchlorinator 6 eingeleitet. Beim Rohr 20 in die Beschichtungskammer einer Vorrich-Überleiten des Chlorgases über das erhitzte Niob 5 io tung nach F i g. 1 und im übrigen ungeänderten Verwird gasförmiges Niobtetrachlorid, beim Überleiten Suchsbedingungen wurde auf dem bandförmigen des Chlorgases über das geschmolzene Zinn 7 gas- Träger 12 eine Nb3Sn-Schicht mit 0,22 Gewichtsförmiges Zinndichlorid gebildet. Die Chloride des prozent Kohlenstoff abgeschieden. Der in dieser Weise Niobs und des Zinns mischen sich im Rohr 25 und hergestellte bandförmige Supraleiter hatte in einem strömen durch dieses Rohr in die Beschichtungs- 15 äußeren Magnetfeld von 5OkOe einen H'je-Wert von kammer 1 ein. Gleichzeitig wird der Beschichtungs- etwa 5 · 1010A · Gauß · cm-*,
kammer 1 durch den Rohrstutzen 17 Wasserstoff zu- Selbstverständlich müssen die gasförmigen Haloge-
chamber 1 are heated to about 700 ° C, the Niobchlorinator 4 and position of superconductors with carbonaceous the Zinnchlorinator 6 to about 800 0 C and the encryption Nb 3 Sn Scluchten virtually in the same way connecting pipe 25 pass to avoid condensation, as in that of the chlorides described above is heated to about 650 ° C. The carbon embodiment. Only through the pipe 20 is tetrachloride supply 22 with the help of the liquid 5 is then not with gaseous carbon tetrathermostats 23 at a temperature of 5 ° C chloride-laden hydrogen, but directly th. Through the pipe socket 8 chlorine gas is introduced into the gaseous carbon monoxide. In the case of a niobium chlorinator 4 and through the pipe socket 9, 0.1 l / h of carbon monoxide is introduced into the tin chlorinator 6 through the chlorine gas. In the case of tube 20 in the coating chamber, the chlorine gas is passed over the heated niobium device according to FIG. 1 and otherwise unchanged, gaseous niobium tetrachloride is used; when the search conditions were passed, an Nb 3 Sn layer with 0.22% by weight of tin dichloride was formed on the band of the chlorine gas over the molten tin 7 gaseous carrier 12. The chlorides of the percent carbon deposited. The niobium and tin mixed in this way in the tube 25 and the band-shaped superconductor produced in a flow through this tube into the coating 15 external magnetic field of 50 Oe had an H'je value of chamber 1. At the same time, the coating is about 5 · 10 10 A · Gauss · cm- *,
chamber 1 through the pipe socket 17 hydrogen of course, the gaseous halogen

geführt, dem zur Vermeidung von Nb8Sn-Nieder- nide von Niob und Zinn nicht unbedingt durch Überschlägen an der Wand der Beschichtungskammer gas- leiten von Halogengas über erhitztes Niob bzw. Zinn förmiger Chlorwasserstoff beigemengt ist. Ferner wird ao erzeugt werden. Es kann vielmehr auch unmittelbar in das Vorratsgefäß 21 Wasserstoff als Trägergas ein- von den gasförmigen Verbindungen ausgegangen wergeleitet, der dort mit gasförmigem Kohlenstofftetra- den.led, to which to avoid Nb 8 Sn-Nieder- nide of niobium and tin is not necessarily admixed by flashovers on the wall of the coating chamber gas conducts of halogen gas over heated niobium or tin-shaped hydrogen chloride. Furthermore, ao will be generated. Rather, hydrogen as a carrier gas can also be passed directly into the storage vessel 21 from the gaseous compounds, which there with gaseous carbon tetrahedron.

chlorid beladen wird und dieses gasförmige Kohlen- Ein nach dem vorstehend beschriebenen Verfahrenchloride is loaded and this gaseous carbon one by the method described above

stofftetrachlorid durch d is Rohr 20 in die Beschich- hergestellter bandförmiger Supraleiter ist im Längstungskammer 1 transportiert. Die Chloride von Niob »5 schnitt in F i g. 2 dargestellt. Der bandförmige und Zinn und das Kohlenstofftetrachlorid werden »Hastelloy-Alloy-B«-Träger ist mit 31, die auf diesem durch den Wasserstoff am erhitzten 1 rager i2 redu- Träger fest haftende kohlenstoffhaltige Nb^n-Schicht ziert, wobei dieser mit einer kohlenstoffhaltigen mit 32 bezeichnet. Untersuchungen an metallographi-Nb3Sn-Schicht beschichtet wird. Der beschichtete sehen Schliffen lassen darauf schließen, daß der Einbau Träger wird aus dem Rohr 1 herausgeführt und auf die 30 des Kohlenstoffs in das Nb3Sn-GrundmateriaI in Form Rolle 14 gewickelt. von feinverteilten Ausscheidungen erfolgt. Es kannMaterial tetrachloride is transported through the pipe 20 into the coated strip-shaped superconductor in the elongation chamber 1. The chlorides of niobium »5 cut in FIG. 2 shown. The ribbon-shaped and tin and carbon tetrachloride are "Hastelloy-Alloy-B" carrier with 31, which adorns the carbon-containing Nb ^ n layer, which is firmly adhering to the heated 1 rager i2 redu carrier by the hydrogen, with a carbon-containing layer designated by 32. Investigations on metallographic Nb 3 Sn layer is coated. The coated see sections suggest that the built-in support is led out of the tube 1 and wound onto the 30 of the carbon in the Nb 3 Sn base material in the form of a roll 14. of finely divided excretions. It can

Beim vorliegenden Beispiel hatte die Beschichtungs- jedoch nicht ausgeschlossen werden, daß ein Teil des kammer im Rohr 1 eine Länge von etwa 30 cm. Der Kohlenstoffes mit dem Niob auch Niobcarbidaus-Niobchlorinator 4 und der Zinnchlorinator 6 waren Scheidungen bildet.In the present example, however, the coating had not to be excluded that part of the chamber in the tube 1 a length of about 30 cm. The carbon with the niobium also Niobcarbidaus-Niobchlorinator 4 and the tin chlorinator 6 were divorce forms.

je etwa 40 cm und das Verbindungsrohr 25 etwa 20 cm 35 In Fig. 3 ist die Abhängigkeit des #· je-Wertes lang. Die Rohre 1, 2 und 25 hatten ferner jeweils den vom Kohlenstoffgehalt in der Nb3Sn-Schicht bei bandgleichen Durchmesser von etwa 3,5 cm. Der Chlorgas- förmigen Supraleitern mit NbgSn-Schichten an der durchsalz durch den Niobchlorinator 4 betrug etwa Oberfläche dargestellt. An der Ordinate ist der H-J0-4 l/h, der Chlorgasdurchsatz durch den Zinnchlorina- Wert, an der Abszisse der Kohlenstoffgehalt in der tor 6 etwa 10 l/h. Durch den Stutzen 17 wurden etwa 40 Nb3Sn-Schicht in Gewichtsprozent aufgetragen. Der 15 l/h Wasserstoff eingeleitet, denen etwa 2,5 l/h durchgehend gezeichnete Teil der Kurve und der Meß-Chlorwasserstoffgas beigemischt war. Über den Koh- wert bei 1,5 Gewichtsprozent Kohlenstoff wurden lenstofftetrachloridvorrat 22 wurden 3 l/h Wasserstoff durch eine Vielzahl von Messungen an bandförmigen als Tiägergas geleitet, die bei der Tc nperatur von 5°C Supraleitern ermittelt, die entspr ;hend dem vormit gasförmigem Kohlenstofftetrachlorid gesättigt 45 stehenden Ausführungsbeispiel unter Verwendung von wurden. Der bandförmige Träger 12, der 0,2 cm breit Kohlenstofftetrachlorid bzw. Kohlenstoffmonoxyd her· und 50 μ dick war, wurde mit einer Geschwindigkeit gestellt wurden. Der gestrichelte Teil der Kurve wurde von etwa 20 bis 25 cm pro Minute durch das Ro.ir 1 auf Grund der Meßwerte geschätzt Das äußere gezogen und dabei mit einem etwa 8 μ starken Nb3Sn- Magnetfeld H betrug bei diesen Messungen jeweils Überzug mi: "»,4 Gewichtsprozent Kohlenstoffgehalt 50 50 kOe. Die Kurve in F i g. 3 läßt klar erkennen, da£ beschichtet Das beschichtete Band zeigte ein einem die //-jc-Werte zunächst mit wachsendem Kohlenäußeren Magnetfeld von 5OkOe einen i/·/c-Wert stoffgehalt in der Nb3Sn-Schicht rasch ansteigen unc von etwa 7 · 1010A · Gauß · cm-*. Die kritische Strom- nach Durchlaufen eines Maximums wieder abfallen dichte je ist dabei auf den Querschnitt der Nb3Sn- Der höchste bisher gemessene H · jV-Wert betnij Schicht bezogen. 55 9,2 · 1010A · Gauß · cm*. Ein Maximum des H -je each about 40 cm and the connecting pipe 25 about 20 cm 35 In FIG. 3, the dependence of the # · je value is long. The tubes 1, 2 and 25 also each had the carbon content in the Nb 3 Sn layer with the same band diameter of about 3.5 cm. The surface of the chlorine gas-shaped superconductor with NbgSn layers on the salt through the niobium chlorinator 4 was approximately shown. The HJ is 0-4 l / h on the ordinate, the chlorine gas throughput due to the tin chlorine value, and the carbon content in gate 6 is about 10 l / h on the abscissa. About 40 Nb 3 Sn layers in percent by weight were applied through the nozzle 17. The 15 l / h of hydrogen was introduced, to which about 2.5 l / h of the continuously drawn part of the curve and the measuring hydrogen chloride gas were added. With a carbon tetrachloride stock 22, 3 l / h of hydrogen were passed through a large number of measurements on tape-shaped as carrier gas, which at a temperature of 5 ° C determined superconductors at a temperature of 5 ° C Carbon tetrachloride saturated 45 standing embodiment using were. The tape-shaped support 12, which was made of carbon tetrachloride or carbon monoxide 0.2 cm wide and 50 μm thick, was set at one speed. The dashed part of the curve is from about 20 to 25 cm per minute by the Ro.ir 1 on the basis of the measured values estimated The outer pulled and thereby with an approximately 8 μ thick Nb 3 Sn magnetic field H in each case was in these measurements coating mi: "", 4 percent by weight carbon content 50 50 kOe. The curve in FIG. 3 clearly shows that coated. The c value material content in the Nb 3 Sn layer increases rapidly unc from about 7 · 10 10 A · Gauss · cm- *. The critical current density drops again after passing through a maximum depending on the cross-section of the Nb 3 Sn- The highest H · jV value measured so far related to the layer: 55 9.2 · 10 10 A · Gauss · cm *. A maximum of the H -j e

Nb3Sn-Schichten mit anderen Kohlenstoffgehalten Wertes von etwa 10 · 1010A · Gauß · cm"* ist fü können bei sonst gleichbleibenden Bedingungen da- Kohlenstoffgehalte von etwa 0,8 bis etwa 1,0Ge durch hergestellt werden, daß die Temperatur des wichtsprozent zu erwarten. Die F i g. 3 zeigt seh Kohlenstofftetrachloridvorrates 22 mit Hilfe des Flüs- deutlich, daß durch Kohlenstoffbeimischungen di sigkeitsthermostaten 23 geändert wird. Bei Erhöhung 60 H-je-Werte gegenüber den bisher bekannten Wertei der Temperatur wird der als Trägergas dienende erheblich gesteigert werden könnsn.
Wasserstoff mit mehr Kohlenstofftetrachlorid, bei er- Die Dicke der kohlenstoffhaltigen Nb^n-Schichte.
Nb 3 Sn layers with different carbon contents value of about 10 · 10 10 A · Gauss · cm "* is fü, with otherwise constant conditions, carbon contents of about 0.8 to about 1.0 Ge can be produced by keeping the temperature of the Fig. 3 clearly shows the carbon tetrachloride supply 22 with the aid of the liquid that the addition of carbon changes the fluid thermostat 23. If the temperature is increased by 60 H-per values compared to the previously known values, the carrier gas is used can be increased considerably.
Hydrogen with more carbon tetrachloride, at- The thickness of the carbon-containing Nb ^ n layer.

niedrigter Temperatur mit weniger Koblenstofftetra- bei den erfindungsgemäßen Supraleitern liegt vorteil chlorid beladen. Das Kohlenstofftetrachlorid wird bei hait zwischen etwa 3 und 10 μ. Dünnere Schichte den angegebenen Bedingungen in der Beschichtungs- 65 lassen sich nur sehr schwer gleichmäßig aus der Gaj kammer nicht vollständig, sondern nur zu etwa 201V0 phase abscheiden, dickere Schichten neigen zu elektr reduziert. sehen Instabilitäten, d. h. zum plötzlichen ÜberganLower temperature with less Koblenstofftetra- in the superconductors according to the invention is advantageously loaded with chloride. The carbon tetrachloride is at hait between about 3 and 10 μ. Thinner layers under the specified conditions in the coating 65 are very difficult to deposit evenly from the gas chamber, not completely, but only to about 20 1 V 0 phase; thicker layers tend to be electrically reduced. see instabilities, ie to sudden transition

Bei Verwendung von Kohlenstoffmonoxyd zur Her- in den elektrisch normalleitenden Zustand vor EiWhen using carbon monoxide to restore the normal electrical conductivity before egg

reichen der an sich zu erwartenden kritischen Stromdichte. range of the critical current density to be expected.

Neben der Band- oder Drahtform können die erfindungsge'i äßen Supraleiter auch andere Formen besitzen. Beispielsweise eignen sich einseitig mit einerIn addition to the tape or wire shape, the erfindungsge'i Ate superconductors also have other shapes. For example, one-sided with a

kohlenstoffhaltigen NbjSn-Schicht beschichtete Hohlzylinder zur Abschirmung von Magnetfeldern. Neben hochwarmfesten Metallen bzw. Metallegierungen sind bei derartigen supraleitenden Körpern beispielsweise auch Quarz oder Keramik als Träger geeignet.carbon-containing NbjSn-layer coated hollow cylinders for shielding magnetic fields. In addition to heat-resistant metals and metal alloys are in such superconducting bodies, for example, quartz or ceramic are also suitable as a carrier.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

ι 2 irisch noniialleitenden Zustand über, wobei der ohm- Pater.tansprüche: sehe Widerstand des Supraleiters von Null auf einen verhältnismäßig hohen Wert ansteigt. Die kritischeι 2 Irish noniialleitenden state over, whereby the ohm Pater.t claims: see resistance of the superconductor increases from zero to a relatively high value. The critical one 1. Supraleiter, bestehend aus einem Träger mit Stromdichte jc ist abhängig von dem äußeren Magneteiner durch Abscheidung von Niob und Zinn aus 5 feld H, in welchem sich der Supraleiter jeweils befindet gasförmigen Verbindungen dieser Elemente er- und nimmt in der Regel mit wachsendem äußeren zeugten Nb3Sn-Schicht an der Oberfläche, d a- Magnetfeld ab. Der Zusammenhang zwischen außedurch gekennzeichnet, daß die Nb3Sn- rem Magnetfeld und kritischer Stromdichte kann Schicht 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent Kohlenstoff bekanntlich durch sogenannte //-jc-Kurven dargestellt enthält. io werden, die bei den verschiedenen Supraleitermateria-1. Superconductor, consisting of a carrier with a current density j c , depends on the external magneteiner due to the deposition of niobium and tin from 5 field H, in which the superconductor is located in each case, gaseous compounds of these elements take up and usually with increasing external generated Nb 3 Sn layer on the surface, d a magnetic field. The relationship between the fact that the Nb 3 Sn-rem magnetic field and the critical current density can contain 0.1 to 1.5 percent by weight of carbon, as is known, is represented by so-called // - jc curves. that the various superconductor materials 2. Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- lien unterschiedlich verlaufen.2. Superconductor according to claim 1, characterized thereby extending differently. zeichnet, daß die Nb3Sn-Schicht 0,25 bis 1,3 Ge- Supraleiter mit Nb.Sn-Schichten sind bekanntlichdraws that the Nb 3 Sn layer 0.25 to 1.3 Ge superconductors with Nb.Sn layers are known wichtsprozent Kohlenstoff enthält. von besonderer technischer Bedeutung, da diesecontains weight percent carbon. of particular technical importance as this 3. Supraleiter nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Schichten, auch in hohen Magnetfeldern noch hohe zeichnet, daß die Nb3Sn-Schicht 0,4 bis 1,1 Ge- 15 kritische Stromdichten zeigen. Supraleiter mit solchen wichtsprozent Kohlenstoff enthält. Schichten sind daher insbesondere für Magnetspuien3. Superconductor according to claim 2, characterized in that the layers, even in high magnetic fields, are characterized by the fact that the Nb 3 Sn layer shows 0.4 to 1.1 Ge 15 critical current densities. Contains superconductors with such weight percent carbon. Layers are therefore particularly useful for magnetic coils 4. Verfall en zur Herstellung eines Supraleiters zur Erzeugung sehr hoher Magnetfelder geeignet. Da nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- die //-/-Kurve von Nb3Sn im Bereich von //zwischen kennzeichnet, daß gasförmige Halogenide von 50 und 80 kOe nahezu hyperbolisch verläuft, ist es Niob und Zinn gemischt und an einem auf etwa 20 sinnvoll, das Produkt H ■ jc als Maß für die Strom-750 bis 1000 C erhitzten Träger aus einem hoch- tragfähigkeit von Supraleitern mit Nb?Sn-Schichten warmfesten Metall oder einer hochwarmfesten anzugeben. Bei den bekannten Supraleitern mit aus Metallegierung mittels Wasserstoff reduziert wer- der Gasphase abgeschiedenen Nb3Sn-Schichten an der den und daü dem Gemisch der Halogenide eine Oberfläche erreicht dieses Produkt H · je maximal gasförmige Kohlenstoffverbindung beigemischt 25 Werte von etwa 4 · 1010A · Gauß · cm 2. Ein Suprawird, die am erhitzten Träger unter Abspaltung leiter mit diesem //·./>Wert besitzt also beispieisvon Kohlen .'off wenigstens teilweise zersetzt bzw. weise in einem äuberen Magnetfeld// von 5OkOe durch den Wasserstoff redigiert wird. eine kritische Stromdichte jc = 8 · 105A-cm*2. Ob-S.Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- wohl die //· ye-Werte dieser bekannt Supraleiter4. Expire s for the production of a superconductor suitable for generating very high magnetic fields. Since according to one of claims 1 to 3, characterized in that the // - / - curve of Nb 3 Sn in the range of // between indicates that gaseous halides of 50 and 80 kOe are almost hyperbolic, it is niobium and tin mixed and on a sensible to about 20, the product H ■ j c as a measure for the current 750 to 1000 C heated carrier made of a high load-bearing capacity of superconductors with Nb ? Specify Sn layers of heat-resistant metal or a highly heat-resistant. In the known superconductors with Nb 3 Sn layers deposited from a metal alloy by means of hydrogen, the gas phase is reduced on the one side and on the surface of the mixture of halides, this product H · per maximum gaseous carbon compound is admixed with 25 values of about 4 · 10 10 A Gauss cm 2 . A supra becomes, which on the heated carrier with splitting off conductors with this //·./> value has, for example, carbon. a critical current density j c = 8 · 10 5 A-cm * 2 . Ob-S. Method according to claim 4, characterized by the // · y e values of these known superconductors zeichnet, daß als gasförmige Halogenide von Niob 30 schon verhältnismäßig hoch sind, ist es insbesonderedraws that as gaseous halides of niobium 30 are already relatively high, it is in particular und Zinn Niobtetrachlorid bzw. Niobpentachlorid für die Erzeugung sehr hoher Magnetfelder dennochand tin niobium tetrachloride or niobium pentachloride for the generation of very high magnetic fields und Zinndichlorid verwendet werden. wünschenswert, die H- jc-Werte noch weiter zu er-and tin dichloride can be used. desirable to increase the H- j c values even further 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch höhen, da bei einer höheren möglichen Stromdichte gekennzeichnet, daß als gasförmige Kohlenstoff- zur Erzeugungeines bestimmten Magnetfeldes weniger verbindung Kohlenstofftetrachlorid verwendet 35 Windungen erforderlich sind und somit Supraleiterwird, material eingespart und der äußere Durchmesser der6. The method according to claim 4 or 5, thereby increasing, since at a higher possible current density characterized in that less than gaseous carbon to generate a certain magnetic field compound carbon tetrachloride uses 35 turns are required and thus becomes superconductor, material saved and the outer diameter of the 7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch Magnetspule verringert werden kann. Außerdem begekennzeichnet, daß als gasförmige Kohlenstoff- steht bei der Herstellung dieser bekannten Supraleiter verbindung Kohlenstoffmonoxyd verwendet wird. eine gewisse Schwierigkeit darin, daß die erzielten7. The method according to claim 4 or 5, thereby solenoid coil can be reduced. Also marked, that as gaseous carbon stands in the manufacture of these known superconductors compound carbon monoxide is used. some difficulty in that they achieved 40 //-y't-Werte Schwankungen unterworfen sind und nicht immer reproduzierbar eingestellt werden können.40 // - y't values are subject to fluctuations and cannot always be set reproducibly. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beiThe invention is based on the object Supraleitern, bestehend aus einem Träger mit einer durch Abscheidung von Ν>υο und Zinn aus gasförmi-Superconductors, consisting of a carrier with a gaseous through deposition of Ν> υο and tin Die Erfindung betrifft einen Supraleiter, bestehend 45 gen Verbindungen die=c· Elemente erzeugten Nb3Sn-The invention relates to a superconductor, consisting of 45 gene connections the = c elements produced Nb 3 Sn- aus einem Träger mit einer durch Abscheidung von Schicht an der Oberfläche, einerseits die //-y'e-Wertefrom a carrier with a layer deposited on the surface, on the one hand the // - y'e values Niob und Zinn aus gasförmigen Verbindungen dieser weiter Zu erhöhen und andererseits die H-jc-WerteNiobium and tin from gaseous compounds increase this further Z u and on the other hand the Hj c values Elemente erzeugten Nb3Sn-Schicht an der Oberfläche. reproduzierbar zu machen.Elements produced Nb 3 Sn layer on the surface. to make reproducible. Derartige Supraleiter, bei denen beispielsweise die Zur Lösung dieser Aufgabe wird der SupraleiterSuch superconductors in which, for example, the superconductor is used to solve this problem Nb3Sn-Schicht durch Reduzieren der Chloride von 50 erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Nb3Sn-Nb 3 Sn layer formed according to the invention by reducing the chlorides of 50 in such a way that the Nb 3 Sn- Niob und Zinn mittels Wasserstoff am erhitzten Träger Schicht 0,1 bis 1,5 Owichtsprozent Kohlenstoff ent-Niobium and tin by means of hydrogen on the heated substrate, layer 0.1 to 1.5 weight percent carbon an der Oberfläche dieses Trägers abgeschieden ist, sind hält.is deposited on the surface of this carrier are holds. bekannt (Artikel von Hanak, Strater und Die Erfindung beruht auf der überraschenden Fest-known (article by Hanak, Strater and The Invention is based on the surprising C u 11 e η in »RCA Review«, Bd. XXV, September stellung, daß durch gezieltes Einbringen von Kohlen-C u 11 e η in "RCA Review", Vol. XXV, September position that the targeted introduction of coal 1964, S. 342 bis 365, und britische Patentschrift 55 stoff in die aus der Gasphase abgeschiedenen Nb3Sn-1964, pp. 342 to 365, and British patent specification 55 material in the Nb 3 Sn deposited from the gas phase 381). Sie können insbesondere band- oder draht- Schichten die kritische Stromdichte jc dieser Schichten381). You can especially tape or wire layers the critical current density j c of these layers förmig sein und eignen sich beispielsweise für die und damit auch das Produkt H-jc gut reproduzierbarbe shaped and are suitable, for example, for the and thus also for the product Hj c in a readily reproducible manner Wicklungen von Supraleituiigsmagnetspulen zur Er- eingestellt und insbesondere wesentlich erhöht werdenWindings of superconductive magnet coils to be set and in particular increased significantly zeugung hoher Magnetfelder. Als Träger dienen ins- kann.generation of high magnetic fields. Can serve as a carrier.
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