CS244879B1

CS244879B1 - A method for the chemical synthesis of superconducting compounds

Info

Publication number: CS244879B1
Application number: CS848020A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Husa; Vaclav Klabik; Vaclav Landa; Jindrich Musil; Jaromir Sladky; Jaroslav Smrcka
Original assignee: Vaclav Husa; Vaclav Klabik; Vaclav Landa; Jindrich Musil; Jaromir Sladky; Jaroslav Smrcka
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1984-10-22
Publication date: 1986-08-14
Also published as: CS802084A1

Abstract

Chemická syntéza supravodivých sloučenin v rotujícím stejnosměrném výboji magne- tronu při níž se do chemické reakce postupně zapojuje nejméně jeden prvek obsažený v katodovém terči s plyny inertního vnitřního prostředí magnetronu.Chemical synthesis of superconducting compounds in a rotating DC magnetic discharge in which at least one element contained in the cathode target with gases of the inert internal environment of the magnetron is gradually connected to the chemical reaction.

Description

Vynález se týká způsobu chemické syntézy supravodivých sloučenin v rotujícím stejnosměrném výboji magnetronu.The present invention relates to a method of chemical synthesis of superconducting compounds in a rotating DC discharge of magnetron.

Většina dosud známých supravodičů jsou podvojné nebo potrojné sloučeniny kovů na bázi niobu, zirkonu, olova, molybdenu, titanu, germania a dalších a to sloučeniny těchto kovů navzájem nebo sloučeniny s dusíkem případně uhlíkem nebo sírou.Most of the superconductors known to date are double or triple compounds of niobium, zirconium, lead, molybdenum, titanium, germanium and others based on these metals or with nitrogen or carbon or sulfur.

Všeobecně platí, že výroba těchto sloučenin je velmi náročná, má-li být získána sloučenina v požadované čistotě tak, aby její vlastnosti byly skutečně supravodivé. Další nevýhodou jsou mechanické vlastnosti těchto supravodivých sloučenin, které jsou většinou křehké a proto obtížně zpracovatelné obvyklými tvářecími nebo obráběcími technologiemi.Generally, the production of these compounds is very difficult if the compound is to be obtained in the desired purity so that its properties are truly superconducting. Another disadvantage is the mechanical properties of these superconducting compounds, which are mostly brittle and therefore difficult to process by conventional forming or machining technologies.

Supravodivé vrstvy se proto vytvářejí bud naprašováním hotové sloučeniny v magnetronu, na pásek, například měděný, nebo se tvářením vyrobí mnohažilový vodič například z niobu v bronzové matrici, a následným žíháním se dosáhne difuse Sn z bronzu do Nb drátu a na jeho povrchu vznikne požadovaná supravodivá vrstvička NbjSn.Therefore, superconducting layers are formed either by sputtering the finished compound in a magnetron onto a strip such as copper, or a multi-core conductor is formed, for example, from niobium in a bronze matrix, followed by annealing to achieve Sn diffusion from bronze to Nb wire. NbjSn layer.

Tyto metoda jsou pracné a zdlouhavé. Při aplikaci hotové sloučeniny naprašováním v magnetronu je nebezpečí jejího znečištění.These methods are laborious and time consuming. There is a risk of contamination when the finished compound is sputtered in magnetron.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob chemické syntézy supravodivých sloučenin v rotujícím stejnosměrném výboji magnetronu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že do chemické reakce se postupně zapojuje nejméně jeden prvek, obsažený v katodovém terči a to s plyny inertního vnitřního prostředí magnetronu.The above mentioned disadvantages are eliminated by the method of chemical synthesis of superconducting compounds in the rotating DC discharge of magnetron according to the invention, which consists in that at least one element contained in the cathode target is gradually involved in the chemical reaction with gases of inert internal environment of magnetron.

Výhody podle způsobu vynálezu spočívají v tom, že chemická reakce probíhá těsně před naprášením tenké vrstvy v doutnavém výboji magnetronu. Využívá se toho, že atomy vyrážené z katodového terče mají dostatečnou energii, aby reagovaly s částicemi plynu, kterým je naplněna komora magnetronu.Advantages of the method of the invention are that the chemical reaction proceeds just prior to sputtering of the thin layer in the glow discharge of the magnetron. It is utilized that the atoms ejected from the cathode target have enough energy to react with the gas particles that fill the magnetron chamber.

Na objekt, kterým je například drát nebo pásek se naprašuje již požadovaná sloučenina, přičemž katodový terč je z jednoho prvku- například niobu. Využívá se skutečnosti, že katodový terč bombardovaný urychlenými ionty uvolňuje atomy a současně jim uděluje požadovanou energii potřebnou, aby proběhla žádaná chemická reakce.The desired compound is sputtered onto an object, such as a wire or strip, and the cathode target is of one element, for example niobium. It is exploited by the fact that the cathode target bombarded by accelerated ions releases atoms and at the same time provides them with the required energy needed to carry out the desired chemical reaction.

Vysoká rotace doutnavého výboje v magnetronu podporuje vzájemné promíchání všech komponent a jejich chemickou reakci. Výhoda tohoto způsobu je především vysoká čistota vznikající sloučeniny, která vzniká bezprostředně před jejím naprášením na měděný pásek.The high rotation of the glow discharge in magnetron promotes the intermixing of all components and their chemical reaction. The advantage of this method is, in particular, the high purity of the compound formed, which is formed immediately prior to its sputtering on the copper strip.

K reakci je možné použít pouze čistých prvků, ze kterých je požadovaná sloučenina tvořena, odpadá tedy náročná výroba sloučeniny a manipulace s ní. Vhodnou úpravou ploch jednotlivých prvků, jejich mozaiky v katodovém targetu lze dosáhnout i určitých malých odchylek od steohiometrického složení sloučeniny a to takových odchylek, které poskytují nejlepší supravodivé parametry.Only the pure elements from which the desired compound is formed can be used for the reaction, thus avoiding the complex manufacture and handling of the compound. By appropriately adjusting the surfaces of the individual elements, their mosaic in the cathode target, certain small deviations from the steohiometric composition of the compound can be achieved, such deviations that provide the best superconducting parameters.

Další výhodou je skutečnost, že reakce probíhá při relativně nižší teplotě doutnavého výboje, díky vysokým kinetickým energiím zúčastněných elementárních částic. Platí to zejména pro supravodiče typů NbN, NbC a NBCN.Another advantage is that the reaction proceeds at a relatively lower glow discharge temperature due to the high kinetic energies of the elementary particles involved. This is especially true for NbN, NbC and NBCN superconductors.

Příklad 1Example 1

Supravodič typu NbN se vytvoří tak, že měděný vodič, který tvoří anodu probíhá před 'katodovým targetem vyrobeným z niobu. Prostředí magnetronu přitom tvoří zředěné páry čpavku NHj. Ionty čpavku v magnetronu bombardují katodový target a vyrážejí atomy niobu, která v doutnavém rotujícím stejnosměrném výboji se promíchávají s disociovaným čpavkem a slučují dusíkem na požadovaný NbN, který se naprašuje na měděný nosič.The NbN-type superconductor is formed such that the copper conductor that forms the anode extends before the cathode target made of niobium. The magnetron environment is formed by dilute ammonia NH3 vapors. Ammonia ions in the magnetron bombard the cathode target and launch niobium atoms, which in a glowing rotating DC discharge mix with dissociated ammonia and combine nitrogen to the desired NbN, which is sputtered onto a copper carrier.

Příklad 2'Example 2 '

Supravodič typu NbC se vytvoří tak, že na měděný nosič, který tvoří anodu v magnetronu a probíhá před katodovým targetem, vyrobeným z niobu, dopadá sloučenina NbC, která vzniká v doutnavém rotujícím stejnosměrném výboji tím, že disociovaný methan CH₃ vyráží z katodového targetu atomy niobu, které při vysoké rotaci v doutnavém výboji se slučují s přítomným uhlíkem na NbC.The NbC superconductor is formed by impacting the copper carrier that forms the anode in the magnetron and running in front of the niobium cathode target formed by the glow rotating DC discharge by dissociating methane CH ₃ from atoms at the cathode target niobium, which when combined with a high glow discharge, combine with the carbon present on NbC.

Příklad 3Example 3

Supravodič NbCN se vytvoří na měděném nosiči tak, že v magnetronu tvoří anodu, přičemž katodu magnetronu tvoří terč z niobu. Při doutnavém stejnosměrném výboji bombardují ionty směsi plynů čpavku NH^ a methanu CH^ katodu, vyrážejí z ní atomy niobu, které se promíchají v rotujícím výboji s přítomnými atomy dusíku a uhlík a slučují se s nimi na požadovanou sloučeninu NbCN, která dopadá a ulpívá na měděném nosiči.The NbCN superconductor is formed on the copper support by forming an anode in the magnetron, the magnetron cathode forming a niobium target. In a glow DC discharge, the ions of a mixture of ammonia gases NH NH and methane CH ^ cathode, precipitating niobium atoms, which are mixed in a rotating discharge with nitrogen and carbon atoms present and combined to form the desired NbCN compound which falls and adheres to copper carrier.

Claims

Process for chemical synthesis of superconducting compounds in a rotating DC discharge of magnetron, characterized in that at least one element contained in the cathode target with gases of the inert internal environment of magnetron is gradually involved in the chemical reaction.