Brevet FR2009833A1 — publié le 19700213

La présente invention se rapporte à la production de matières supraconductrices niobium-étain Hb-,Sn. 3 La matière niobiuœétain de formule Hb^Sn est un supraconducteur ayant une température critique élevée (Tc.'"^-18,30K), qui 5 peut entretenir une densité de courant critique très élevée (Je amps/cm ) avant de perdre ses propriétés supraconductrices et de devenir normal» Elle constitue ainsi une matière intéressante pour la réalisation de solénoïdes supraconducteurs, dans lesquels elle peut être utilisée avec des champs dépassant 100 kgauss, 10./ mais des problèmes technologiques résultant de la nature friable de NbjSn rendent difficiles le travail de cette matière en vue de sa transformation en rubans et en fils convenables * Suivant un procédé connu pour la production de rubans munis de couches de Nb^Sn fixé sur un support métallique, on dépo-15 se le Nb^Sn à partir de vapeur sur un support en un alliage résistant à la corrosion, ayant un coefficient de dilatation thermique analogue à celui de Hb^Sn, par exemple sur la matière connue sous la déhomination "Hastelloy". Au cours de ce procédé de dépôt à partir de vapeur, on chauffe le support par voie résis-20 tive à 800-1000°0 et on dépose le ïïb^Sn sur le support chauffé par réduction par l'hydrogène des chlorures de niobium et d'étain NbCl^ et SnCl^. Le paramètre critique du dépôt niobium-étain en vue d'une utilisation dans un enroulement de solénoïde est sa densité de courant critique Je pour un champ spécifié. Des re-25 cherches ont montré qu'en général Je a une valeur optimale aux températures de dépôt voisines de 200°G et que sa valeur "chute" ou baisse à des températures de développement plus élevées, tandis que les vitesses de développement tombent elles-mêmes à des niveaux trop bas pour être admissibles quand la température du 30 support est nettement inférieure à 700°0» Dans les dépôts formés à 800°0, les valeurs typiques de Je sont égales à 2-3 x 10? amps/ 0 cm à 4,2°K dans un champ de 50 kgaûss, la mesure du courant é~ tant effectuée avec un vecteur de champ magnétique perpendiculaire au courant et parallèle à la largeur du ruban. Certaines varia 35 tions incontrôlées de Je sont observées d'un échantillon à l'autre et on â pu observer des valeurs de Je atteignant 5 x 10?amps/ 2 cm à 50 Kgauss. D'une façon générale, les facteurs déterminant la densité de courant critique dans les supraconducteurs dits "durs" ou de 40 type II tels que Nb^Sn ne sont pas bien connus, mais on sait que BAD ORIGINAL 69 12812 2 2009833 la valeur de Je est très sensible à la structure# Il semble qjje certains types de défauts cristallographiques puissent agir comme centres de rétention qui interrompent le mouvément des lignes de flux magnétique à travers le supraconducteur et empê-5 client par conséquent 1*établissement de l'état normal en permettant ainsi d'atteindre des densités de courant élevées» Toute-fols, la nature précise des dépôts qui peuvent agir de cette manière n'est pas bien connue et un travail important concernant les densités de courant critiques fournissant un état optimum 10 non seulement dans llb^Sn mais aussi dans les alliages supraconducteurs ductiles Hb-Zr et Bb—ïi ont été nécessairement empiriques» , Le but de l'invention est de créer un procédé perfectionné de dépôt à partir de vapeur de Hb^Sn permettant d'obtenir des 15 valeurs de Je remarquablement élevées et consistantes. Suivant l'invention, on introduit de l'oxygène dans le courant gazeux utilisé au cours du procédé de dépôt a partir de vapeur et par suite dans la couche en cours de développement» Bien que des résultats avantageux aient été observés dans 20 une gamme de valeurs allant de 0,05 à 5 volumes % d'oxygène dans le courant de gaz, des résultats optima ont été obtenus avec une concentration, en oxygène d'environ 0$5 volume % d'oxygène. La température du support est maintenue de préférence à 800°C environ, bien que la présence d'oxygène fournisse des résultats avan-25 tageux dans une gamme de températures allant de 700 à 1100°C environ, et afin d'éviter une condensation excessive de vapeur sur les parois du réacteur ou récipient, il est préférable d'utiliser des' températures de vapeur qui ne sont pas de plus de 100°C inférieures à la température du supportc 30 Au cours dsune série d'expériences au. cours desquelles la concentration en oxygène dans le courant de gaz a été augmentée de 0,02 à 1 % en volume, on a obtenu un accroissement presque linéaire de Je pour passer de 1,8 È 10? à 4,2 x 10? amps/cm^, les autres conditions demeurant constantes» 55 Des recherches portant sur la transmission, effectuées au microscope électronique et concernant du Bb^Sn déposé à partir de vapeur, ont montré que, bien que dans le Sb^Sn préparé jusqu'ici la matière soit formée généralement de cristallites bien définis relativement parfaits dont le diamètre va de 0,2 à 0,3 40 sderon ôLans certains eas3 et gusqusà 2—3 Microns dans d'autres BAD ORIGINAL 69 12812 3 2009833 cas, des échantillons dont le développement a été assuré en présence d'oxygène suivant l'invention présentant des effets de contraste par diffractiolii additionnels à l'intérieur des grains de Hb^Sn, et de fines lignes et des particules diffuses 5 ont été observées. Il semble que la précipitation d'une phase niobium-oxygène se produise et que les éléments précipités agissent comme centres d'amorçage du flux, ce qui augmente ainsi la densité de courant critique. L'exemple donné ci-après à titre non limitatif permettra 10 de mieux comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre» Tïïrrarpr.TC A propos des résultats les meilleurs obtenus jusqu'ici, on peut noter qu'une couche de 6,25 microns de Nb^Sn formée sur un support en "Hastelloy" d'une largeur de 6,35 œmj maintenu à 800 une densité de courant de 5j1 x 10? amps/cm-^. On obtient un dépfcfe avec des débits de constituants dans le courant gazeux, mesurés initialement ayant les valeurs suivantes j Hydrogène : 1000 cm?/mn Argon : 1350 cm?/mn Ub014 î -Î25 cm?/mn SnCl^ : 4-5 cm?/mn Oxygène î 12,5 cm /mn Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise 25 en oeuvre décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. 69 12812 4 2009833 REVENDICATIONS 1. Procédé pour le dépôt de matière supraconductrice nioMum-étain par réduction par l'hydrogène des chlorures de niobium et d'étain en phase vapeur sur un support chauffé, caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt en présence d'oxygène 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt à partir d'un courant de gaz renfermant entre 0,05 et 5 volumes % d'oxygène» 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt à partir d'un courant de gaz qui renferme de 0,4 à 0,6 volume % d'oxygène. ,4. Procédé suivant la revendication 3» caractérisé en ce qu'on effectue le dépôt sur un support maintenu à 800°C environ