用于生产超导部件的基于铌锡化合物的粉末制造技术

本发明专利技术涉及用于生产超导部件的基于铌锡化合物的粉末，所述铌锡化合物的组成特别为Nb

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产超导部件的基于铌锡化合物的粉末
[0001]本专利技术涉及用于生产超导部件的基于铌锡化合物的粉末，所述铌锡化合物的组成特别为Nb
x
Sn
y
，其中1 ≤ x ≤ 6且1 ≤ y ≤ 5，其中所述粉末具有低氧含量，涉及其生产方法以及这样的粉末用于生产超导部件的用途。
[0002]超导体表示当温度低于特定温度，即所谓的跃变温度时电阻降至零的材料。在超导状态下，该材料的内部保持无电场和磁场，并且无损耗地传送电流。超导体尤其用于产生强的恒定磁场或用于生产低损耗变压器，该变压器在相同功率下具有比常规变压器小的尺寸和质量并因此尤其在移动运行中带来优点。
[0003]超导体可分类为各种种类，如金属超导体、陶瓷超导体和高温超导体。最迟自从发现18.05 K的铌锡（Nb3Sn）的跃变温度以来，铌及其合金已作为用于生产超导体的材料成为焦点。因此，由铌制成的超导空腔谐振器用于例如粒子加速器（尤其是位于汉堡DESY或日内瓦CERN的XFEL和FLASH）。
[0004]超导线材作为超导部件特别令人感兴趣并且它们尤其用于生产超导线圈。对于强力超导线圈，通常需要具有仅几微米粗细度的导电纤维/长丝的千米长的线材，其需要复杂的生产方法。
[0005]为了生产这样的线材，特别是基于铌锡合金的线材，基本依靠青铜法，其中使用Cu
‑
Sn合金作为原材料。
[0006]例如，EP 0 048 313描述了基于青铜
‑
Nb3Sn的超导线材，其可在高磁场下使用并以青铜
‑
Nb3Sn线材中的立方相为特征并包含基于Nb的比例计0.01至7和/或基于线材中的青铜比例计0.05至10的重量%范围的选自Li、Be、Mg、Sc、Y、U、Ti、Zr、Hf、V、Ta、Mo、Re、Fe、Ru、Ni、Pd、Zn、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sb的起稳定化作用的合金成分，其基本防止四方相的形成和/或减轻四方变形（1
‑
c/a）。
[0007]作为替代，基于铌锡合金的超导线材可通过所谓的PIT（粉末装管）法制成，其中将粉末状的含锡起始化合物引入铌管，然后拉拔以产生线材。在最后一个步骤中，通过热处理在含铌的管套与引入的含锡粉末之间形成超导Nb3Sn边界层。关于含锡起始化合物，相组成、化学纯度和粒度在此是关键的，所述粒度必须不大于成品长丝的直径。
[0008]T. Wong等人描述了例如PIT法和用于例如NbSn2的含锡起始化合物的生产（T. Wong等人,
ꢀ“
Ti and Ta Additions to Nb3Sn by the Powder in Tube Process”, IEEE Transactions on Applied superconductivity, 第11卷, 第1期 (2001), 3584
‑
3587）。在此，该方法的缺点在于，为了使铌与锡令人满意地反应以形成NbSn2，需要由研磨步骤和高达48小时的热处理组成的多级法。此外，一般教导在于氧含量应尽可能低。
[0009]US 7,459,030描述了通过PIT法生产超导Nb3Sn线材的方法，其中使用钽锡合金粉末作为起始化合物。为了生产这种线材，使用K2NbF7和K2TaF7，在与锡反应前将它们还原成各自的铌金属和钽金属。但是，所述方法的缺点在于，对这些铌金属和钽金属的使用有一些限制。例如，仅可以使用具有小于3000 ppm的最大氧含量和小于100 ppm的最大氢含量的那些。超过该氧含量会导致成品线材的品质较低。在高于100 ppm的氢值下，在该方法操作中出现安全技术问题，因为氢在热处理过程中逸出。此外，所述方法的缺点在于，目标化合物
含有高含量的未反应锡且成品线材芯也含有含钽化合物，这可对线材的超导性质具有不良影响。此外，在起始化合物K2NbF7和K2TaF7的还原中形成难溶性金属氟化物，如MgF2或CaF2，这些无法完全分离。此外，该过程链中的所有含氟化合物都极具毒性。
[0010]A. Godeke等人提供了用于生产铌锡超导体的常规PIT法的综述（A. Godeke等人,
ꢀ“
State of the art powder
‑
in
‑
tube niobium
‑
tin superconductors”, Cyrogenics 48 (2008), 308
‑
3016）。
[0011]M. Lopez等人描述了通过机械合金化和在低温下的退火来合成纳米
‑
金属间Nb3Sn（M. Lopez等人,
ꢀ“
Synthesis of nano intermetallic Nb3Sn by mechanical alloying and annealing at low temperature”, Journal of Alloys and Compounds 612 (2014), 215
‑
220）。由此制成的Nb3Sn具有87重量%的Nb3Sn和8重量%的NbO。
[0012]但是，现有技术中已知的所有用于生产由Nb3Sn组成的超导线材的方法都具有缺点，即由于随元素铌和锡引入氧以及在该方法操作的过程中例如经由空气引入氧，将显著比例的氧转入目标化合物。因此，根据US 7,459,030的方法例如限于使用具有最多3000 ppm的氧含量的铌和钽金属粉末和具有最多2000 ppm的氧含量的锡。目标化合物中的高比例的氧尤其可导致晶格间隙位置被氧原子占据以及形成单独的NbO相，这可通过X
‑
射线衍射分析检测。以这种方式结合的铌因此不再可供进一步反应，如Nb3Sn边界层的形成。此外，形成边界层所必需的锡和铌的固态扩散受阻。这不仅对生产过程的收率和效率具有不良影响，而且氧的存在还导致目标化合物和线材的超导性质，例如临界电流密度或剩余电阻比（剩余电阻比，RRR）明显受损。
[0013]因此本专利技术的一个目的在于提供用于生产超导部件，特别是超导线材的合适的起始化合物，所述起始化合物能够有效反应而不损害目标化合物的超导性质。
[0014]已经令人惊讶地发现，通过以不具有单独的NbO或SnO相为特征的粉末来实现这一目的。
[0015]本专利技术的第一主题因此是用于生产超导部件的粉末，其包含Nb
x
Sn
y
，其中1 ≤ x ≤ 6且1 ≤ y ≤ 5，其中所述粉末不具有单独的NbO和/或SnO相。这特别可由该粉末在例如使用来自Malvern
‑
PANalytical公司的仪器（X' Pert
‑
MPD，具有半导体检测器、40 KV/40 mA的X
‑
射线管Cu LFF、Ni过滤器）对粉状样品测定的X
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射线衍射图样中不具有NbO和/或SnO反射来证明。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于生产超导部件的包含Nb
x
Sn
y
的粉末，其中1 ≤ x ≤ 6且1 ≤ y ≤ 5，其特征在于所述粉末不具有单独的NbO和/或SnO相。2.如权利要求1中所述的粉末，其特征在于所述粉末中的氧含量为基于粉末的总重量计小于1.5重量%，优选小于1.1重量%，特别优选0.2至0.75重量%。3.如前述权利要求的一项或多项中所述的粉末，其特征在于基于检测到的所有结晶相计和基于所述粉末的X
‑
射线衍射图样的Rietveld分析，所述粉末中的Nb3Sn或Nb6Sn5或NbSn2的比例在每种情况下大于92%，优选大于95%，特别优选大于98%。4.如前述权利要求的一项或多项中所述的粉末，其特征在于所述粉末具有借助激光衍射测定的小于15
ꢀµ
m，优选小于8
ꢀµ
m，特别优选1
ꢀµ
m至6
ꢀµ
m的粒度D99。5.如前述权利要求的一项或多项中所述的粉末，其特征在于所述粉末具有0.5至5 m2/g，优选1至3 m2/g的根据BET的比表面积。6.如前述权利要求的一项或多项中所述的粉末，其特征在于本发明的粉末的所有粉末粒子的95%在雾化后具有0.7至1的费雷特直径，其中费雷特直径被定义为粒子的最小直径除以最大直径。7.生产如权利要求1至6...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：钽铌欧碧盛创新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：