Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Materials aus MgB2 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des supra- leitenden Materials MgB2 in verschiedenen geometrischen Formen.
Die Erfindung betrifft zudem ein nach diesem Verfahren herge- stelltes Material sowie eine Vorlegierung. zur Durchführung des Verfahrens.
MgB2 ist seit langem bekannt. Es kristallisiert in der hexagona- len A1B2 Struktur und besteht aus alternierenden Schichten aus Mg Atomen und graphitähnlichen Schichten aus B. Die supraleitenden Eigenschaften wurden erst im Januar 2001 entdeckt und diese wa- ren aufgrund der hohen Sprungtemperatur von 39 K aufsehenerre- gend. Es wird hier auf die Veröffentlichungen von S. L. Bud'ko, G. Lapertot, G. Petrovic, C. E. Cunningham, N. Anderson and P. C.
Canfield, Ames Laboratory and Department of Physics and Astro- nomy Iowa State University, Ames, IA 50011 (January 30,2001) und J. Kortus, I. I. Mazin, K. D. Belashchenko, V. P. Antropov, L. L. Boyer, Center for Computational Materials Science, Code 6390, Naval Research Laboratory, Washington, DC 20375, Ames La- boratory, ISU, Ames, IA, 50011 (January 30,2001) verwiesen.
MgB2 ist sehr spröde und die Herstellung technischer Teile und insbesondere Drähten aus diesem Material ist aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von Formteilen aus supraleitendem MgB2 ermöglicht. Die Aufgabe ist dadurch gelöst, dass eine Mg und B sowie-wenigstens eine weitere Komponente enthaltende, verform- bare Vorlegierung hergestellt und aus der verformten Vorlegie- rung diese wenigstens eine weitere Komponente entfernt wird.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird somit nicht das supralei- tende Material, sondern eine verformbare Vorlegierung zur Her- stellung der gewünschten Form bearbeitet. Eine besonders geeig- nete Vorlegierung ist eine LiMgB-Legierung. Diese lässt sich als sehr stabile Phase herstellen und ist beispielsweise schmiedbar, giessbar und pressbar. Nach dem Verformen dieser Vorlegierung wird diese durch Entfernen des Li in das supraleitende Material übergeführt. Das Entfernen des Li kann ohne Verändern der Form erfolgen. Nach dem Verformen der Vorlegierung wird die Form beim Übergang zum supraleitenden Material somit beibehalten. LiMgB ist als Elektrodenmaterial aus der FR-A-2 563 535 an sich be- kannt.
Die Vorlegierung kann-in einer Schmelze bei einer Temperatur von 180°-600° C hergestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass. eine Schmelztemperatur zwischen 180° und 450° C besonders vorteilhaft ist. Die Vorlegierung kann jedoch auch durch Mahlen der Kompo- nenten und insbesondere durch Kaltmahlen hergestellt werden. Bei einer Temperatur von etwa 450° C ist die Phase sehr homogen und geht bei einer weiteren Temperaturerhöhung in einen pastösen Zu- stand über. In diesem Zustand kann die Vorlegierung geformt wer- den. Alternativ kann die homogene Phase der Vorlegierung abge- kühlt und anschliessend aufgrund ihrer Duktilität verformt, bei- spielsweise geschmiedet oder gepresst werden.
Die weitere Komponente und insbesondere Li kann durch Tempern entfernt werden. Vorzugsweise erfolgt dies im Vakuum. Ein Ent- fernen der weiteren Komponente ist aber auch durch andere chemi- sche oder physikalische Verfahren, beispielsweise mittels Elek- trolyse oder Solvolyse möglich.
Eine besonders geeignete Zusammensetzung der Vorlegierung be- steht aus 10%-97% (Atomprozent) Li, 1%-30% (Atomprozent) Mg und 2%-60% (Atomprozent) B.
Die Vorlegierung eignet sich besonders zum Dotieren, beispiels- weise mit Be und/oder AI.
Das nach dem Verfahren hergestellte Material ist insbesondere ein Formteil. Insbesondere ist dieser Formteil ein Draht, insbe- sondere ein'geschmiedeter, gepresster oder gezogener Draht.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird aus Mg und B sowie einer weiteren Komponente, insbesondere Li durch Aufschmelzen eine ho- mogene Phase hergestellt. Das Schmelzen erfolgt in einem Tempe- raturbereich von 180°-600° C, vorzugsweise bei 180°-450° C.
Es sind jedoch auch andere Temperaturbereiche denkbar. Eine Her- stellung ist auch durch Mahlen der genannten Komponenten und insbesondere durch Kaltmahlen hergestellt. In dieser Schmelze wird bei höheren Temperaturen beispielsweise bei etwa 450° C ei- ne sehr hohe Homogenität erreicht. Wird diese Temperatur über- schritten, so wird die LiMgB-Legierung zunehmend härter. Dieses an sich ungewöhnliche Verhalten kann zur Herstellung einer vor- formbaren Vorlegierung benutzt werden. Die Vorlegierung wird bei dieser erhöhten Temperatur, bei der sie hart, beispielsweise pa- stös und duktil ist, verformt, beispielsweise geschmiedet. Durch Tempern im Vakuum wird diese geformte Vorlegierung in das supra- leitende Material übergeführt. Bei dieser Behandlung wird das Li bzw. die weitere Komponente entfernt. Alternativ zum Tempern ist eine Entfernung der weiteren Komponente auch elektrolytisch durch Deinterkalation möglich. Ferner kann die weitere Komponen- te chemisch entfernt werden. Hierzu eignet sich insbesondere ei- ne Solvolyse, beispielsweise in Alkohol, insbesondere Isopropa- nol bzw. Isopropanol/Ethanol-Mischungen. Die Vorlegierung kann dotiert werden. Insbesondere kann Mg über- dotiert werden. Ein Dotieren ist insbesondere mit Be und/oder Al vorteilhaft.
Zum Verformen der Vorlegierung sind aufgrund der Duktilität die- ser Vorlegierung sehr viele Arbeitsverfahren möglich. Insbeson- dere kann die Vorlegierung geschmiedet, gegossen, gepresst oder extrudiert werden. Dies kann bei erhöhter Temperatur, insbeson- dere einer Temperatur über 450° C oder auch im abgekühlten Zu- stand bei Raumtemperatur erfolgen. Es sind im wesentlichen alle Formen herstellbar. Technisch interessant ist aber insbesondere die Herstellung von Drähten, die in einem gewünschten Durchmes- ser und Längen sehr einfach hergestellt werden können.
