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Die A15 Phasen bilden eine Stoffgruppe die sich durch eine bestimmte im Bild gezeigte A15 Struktur auszeichnet Zwei Beispiele fur A15 Phasen sind Cr3Si und Nb3Sn Elementarzelle einer A15 Struktur z B von Nb3SnEine A15 Phase ist entweder eine intermetallische Phase vom Typ A3B oder eine Modifikation des Elements Wolfram 1 Im Jahr 2015 waren unter den binaren Verbindungen schon uber 60 A15 Phasen bekannt 2 ausserdem noch Mischungen daraus Alle A15 Phasen haben eine bestimmte Kristallstruktur die sogenannte b W Struktur des Wolframs die zum kubischen Kristallsystem gehort und zur Raumgruppe Pm3 n Nr 223 Vorlage Raumgruppe 223 3 Sie wurde an elektrolytisch erhaltenem Wolfram entdeckt also an einem Element wobei im b Wolfram eine Elementarzelle acht Wolframatome enthalt 4 Typischerweise haben A15 Phasen die Zusammensetzung A3B wobei A ein Ubergangsmetall z B Ti V Cr Zr Nb Mo Ta W und B z B ein Hauptgruppenelement Al Si P Ga Ge As In Sn Sb Pb Bi ist Die wichtigsten Verbindungen mit A15 Phase sind technisch wichtige Supraleiter Sie werden fur Anwendungen genutzt die grosse Strome und Magnetfelder erfordern z B fur das bildgebende Verfahren der Kernspinresonanz in der Medizin In solchen Anwendungen sind sie den bisher bekannten Hochtemperatursupraleitern deutlich uberlegen 2 haufige Elemente binarer A15 Phasen Gruppe IVb Gruppe Vb Gruppe VIb Gruppe IIIa Gruppe IVa Gruppe Va3 Al Si P4 Ti V Cr Ga Ge As5 Zr Nb Mo In Sn Sb6 Ta Pb BiInhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften und Verwendung der intermetallischen Phasen 2 Beschreibung der Struktur 3 Phasen des Wolframs a W und die A15 Phase b W 4 Historisches 5 Zugehorigkeit zu den Frank Kasper Phasen 6 EinzelnachweiseEigenschaften und Verwendung der intermetallischen Phasen BearbeitenA15 Phasen ermoglichen den Bau von supraleitenden Magneten mit magnetischen Flussdichten von mehr als 10 T 2 Die hochste bekannte Sprungtemperatur fur A15 Phasen ist 23 2 K fur Nb3Ge 5 Die technisch wichtigste Phase ist Nb3Sn da es das einzige A15 Material ist fur das kostengunstige Verfahren zur Leiterfertigung entwickelt wurden 6 Die erste uber viele Jahre verwendete Herstellungsverfahren nutzte Bander mit Nb3Sn die aus Nb Bandern durch Erhitzen in flussigem Zinn erhalten wurden 7 Die A15 Phasen sind ausserordentlich sprode 1 und konnen daher nicht plastisch verformt werden Herkommliche Verfahren zum Ziehen von Drahten konnen daher nicht verwendet werden und auch Giessverfahren der geschmolzenen Phasen sind nicht praktikabel 1 Moglich ist eine Verarbeitung von Nb3Sn als Pulver in einer Rohre dabei kann das Nb3Sn auch erst in der Rohre hergestellt werden 8 9 nbsp Schematische Darstellung der Cr3Si oder A15 Struktur von A3B Phasen Die A Atome sind in zueinander orthogonalen Reihen angeordnet Die eingezeichneten Stabe dienen zur Veranschaulichung und Verdeutlichung dieser Anordnung sie sollen keine besonderen Bindungen symbolisieren A15 Phasen konnen thermisch ziemlich stabil sein Fur Nb3Al wird ein Schmelzpunkt von 2060 C angegeben Mo3Si geht bei 2025 C peritektisch in festes Mo und Schmelze uber 10 Nb3Sn hingegen wandelt sich schon bei 43 K in eine tetragonale Struktur um 11 Beschreibung der Struktur Bearbeiten nbsp Schematische Darstellung der Cr3Si oder A15 Struktur von A3B Phasen Jedes B Atom ist von 12 A Atomen umgeben jedes A Atom von vier B Atomen Die eingezeichneten Stabe dienen zur Verdeutlichung der Anordnung und sollen keine besonderen Bindungen darstellen In der A15 A3B Struktur besetzen die B Atome die Ecken und das Zentrum der Elementarzelle Das entspricht einer kubisch raumzentrierten Anordnung mit zwei B Atomen pro Elementarzelle an den Positionen a 0 0 0 und a wobei a der Gitterparameter ist 12 Es befinden sich sechs A Atome in der Elementarzelle die paarweise auf den Flachen der kubischen Zelle angeordnet sind namlich an den Positionen a 0 a 0 und a 0 12 Die A Atome sind somit auf Geraden angeordnet die parallel zu den drei aufeinander senkrecht stehenden Achsen verlaufen Jedes B Atom ist von 12 A Atomen umgeben d h die Koordinationszahl ist 12 wobei die 12 A Atome ein nicht regulares sondern verzerrtes Ikosaeder bilden Die Koordinationszahl von A ist 14 12 da jedes A in kurzem Abstand a 2 0 5 a displaystyle tfrac a 2 0 5 a nbsp mit zwei A Atomen in mittlerem Abstand mit vier B Atomen vier gleiche Bindungslangen von 5 4 a 0 559 a displaystyle tfrac sqrt 5 4 a approx 0 559 a nbsp gegenuber einem Tetraeder stark verzerrte Winkel und in langerem Abstand 6 4 a 0 612 a displaystyle tfrac sqrt 6 4 a approx 0 612 a nbsp mit weiteren 8 A Atomen benachbart ist Phasen des Wolframs a W und die A15 Phase b W BearbeitenWahrend das gewohnliche Wolfram a W genannt eine kubisch raumzentrierte body centered cubic bcc Kristallstruktur hat hat das b W die A15 Struktur Es war lange Zeit umstritten ob das b W eine echte Modifikation des reinen Wolframs ist oder ob es z B als Wolframoxid anzusehen sei Neuere Arbeiten belegen dass reinstes sauerstofffreies Wolfram gar keine A15 Phase bildet da die bcc Phase die thermodynamisch stabile Phase ist Demnach stabilisiert Sauerstoff die A15 Phase und spielt bei ihrer Bildung eine wichtige Rolle 13 Wahrend a Wolfram eine Sprungtemperatur zur Supraleitung von 0 1 K hat liegt die von b W bei 1 4 K 14 Historisches BearbeitenDie erste bekannte A15 Phase war die 1931 entdeckte b W Struktur des Wolframs 4 1933 wurde dann die erste binare Verbindung mit A15 Struktur entdeckt das Chromsilicid Cr3Si 15 In einer im Februar 1953 veroffentlichten Arbeit wurde erstmals belegt dass A15 Phasen supraleitend sein konnen Dabei wurden aus damaliger Sicht erstaunlich hohe Sprungtemperaturen gemessen 17 0 K fur V3Si 6 0 K fur V3Ge 1 30 K fur Mo3Si und 1 43 K fur Mo3Ge 16 Wichtige Beitrage zur Erforschung der Supraleitung der A15 Phasen wurden von Theodore Geballe und Bernd Matthias geleistet die zusammen in den Bell Laboratories arbeiteten Beispielsweise veroffentlichten sie 1967 die Beschreibung einer festen Losung von Nb3Al und Nb3Ge des ersten bekannten Supraleiters mit einer Sprungtemperatur oberhalb 20 K 17 Uber 32 Jahre von 1954 bis zur Entdeckung der Hochtemperatursupraleiter 1986 hielten die A15 Phasen die Spitzenposition bei den Stoffen mit den hochsten Sprungtemperaturen fur die Supraleitung 2 Zugehorigkeit zu den Frank Kasper Phasen BearbeitenZusammen mit anderen intermetallischen Verbindungen wie z B den Laves Phasen gehoren die A15 Phasen zu den Frank Kasper Phasen die durch Koordinationspolyeder mit Koordinationszahlen von 12 13 14 15 und 16 gekennzeichnet sind und die sich durch ihre fur die technische Anwendung oft ungunstige Sprodigkeit auszeichnen 18 Einzelnachweise Bearbeiten a b c Wolfgang Klose Alfred Muller Supraleitende A15 Phasen Hrsg O Madelung Advances in Solid State Physics Festkorperprobleme Band 12 Pergamon Vieweg Springer Braunschweig Berlin Heidelberg 1972 ISBN 3 540 75329 X S 599 625 doi 10 1007 BFb0107697 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche abgerufen am 27 April 2016 a b c d Gregory R Stewart Superconductivity in the A15 structure In Physica C Band 514 2015 S 28 35 doi 10 1016 j physc 2015 02 013 arxiv 1505 06393 Louis Richard Testardi Structural instability and superconductivity in A 15 compounds In American Physical Society Hrsg Reviews of Modern Physics Band 47 Nr 3 1 Juli 1975 S 637 648 doi 10 1103 RevModPhys 47 637 a b Hellmuth Hartmann Fritz Ebert Otto Bretschneider Elektrolysen in Phosphatschmelzen I Die elektrolytische Gewinnung von a und b Wolfram In G Tammann W Biltz Hrsg Zeitschrift fur anorganische und allgemeine Chemie Band 198 Nr 1 Leopold Voss Wiley VCH Leipzig Weinheim 1 Juni 1931 S 116 140 doi 10 1002 zaac 19311980111 J E Hirsch M B Maple F Marsiglio Superconducting materials classes Introduction and overview In Physica C Superconductivity and its Applications Band 514 15 Juli 2015 S 1 8 doi 10 1016 j physc 2015 03 002 arxiv 1504 03318 Helmut Krauth 100 Jahre Entwicklung von Supraleitern fuer Magnet und Energietechnik PDF Nicht mehr online verfugbar In 6 Supraleiterseminar Braunschweig Technische Universitat Braunschweig 11 Mai 2011 archiviert vom Original am 30 April 2016 abgerufen am 30 April 2016 nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot elenia rz tu bs de Masaki Suenaga Metallurgy of Continuous Filamentary A15 Superconductors In Simon Foner Brian Schwartz Hrsg Superconductor Materials Science Metallurgy Fabrication and Applications Proceedings of a NATO Advanced Study Institute Band 68 Plenum Press Springer Science amp Business Media New York London 1981 ISBN 978 1 4757 0039 8 S 201 274 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche abgerufen am 29 April 2016 Patent US20100031493 Powder in Tube Process and Method of Manufacture Veroffentlicht am 11 Februar 2010 Erfinder Leszek Motowidlo Patent US7459030 Manufacturing method of Nb3Sn superconductive wire using powder technique Veroffentlicht am 2 Dezember 2008 Erfinder Takayoshi Miyazaki Hiroyuki Kato Kyoji Zaitsu Kyoji Tachikawa A Misra J J Petrovic T E Mitchell Microstructures and Mechanical Properties of a Mo3Si Mo5Si3 Composite In Scripta Materialia Band 40 Nr 2 Elsevier Science Ltd Dezember 1998 S 191 196 doi 10 1016 S1359 6462 98 00406 0 Roman Gladyshevskii Karin Cenzual Handbook of Superconductivity Hrsg Charles K Poole Horacio A Farach Richard J Creswick Academic Press London 2000 ISBN 0 12 561460 8 06 Crystal Structures of Classical Superconductors S 130 131 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche abgerufen am 4 Mai 2016 a b c Wang Rong Yao Luo Qi Guang Structure of A15 Compounds In physica status solidi a Band 96 Nr 2 Wiley VCH 16 August 1986 S 397 406 doi 10 1002 pssa 2210960204 Y G Shen Y W Mai Structure and properties of stacking faulted A15 tungsten thin films In Journal of Materials Science Band 36 Nr 1 Kluwer Academic Springer Januar 2001 S 93 98 doi 10 1023 A 1004847009613 A E Lita D Rosenberg S Nam A J Miller D Balzar L M Kaatz R E Schwall Tuning of tungsten thin film superconducting transition temperature for fabrication of photon number resolving detectors In The IEEE Council on Superconductivity Hrsg IEEE Transactions on Applied Superconductivity Band 15 Nr 2 Juni 2005 S 3528 3531 doi 10 1109 TASC 2005 849033 Bertil Boren X Ray Investigation of Alloys of Silicon with Chromium Manganese Cobalt and Nickel In Arkiv Kemi Mineral Geol 11A 10 1933 1 28 englische Zusammenfassung in den Metallurgical Abstracts siehe Seite 178 PDF 3 0 MB George F Hardy John K Hulm Superconducting Silicides and Germanides In American Physical Society APS Hrsg Physical Review Band 89 Nr 4 15 Februar 1953 S 884 doi 10 1103 PhysRev 89 884 Bernd Theodor Matthias Theodore H Geballe L D Longinotti E Corenzwit G W Hull R H Willens and J P Maita Superconductivity at 20 Degrees Kelvin In AAAS Hrsg Science Band 156 Nr 3775 5 Mai 1967 S 645 646 doi 10 1126 science 156 3775 645 Stanislaw M Dubiel Special Issue Frank Kasper Phases In Applied Sciences MDPI AG 20 Februar 2014 abgerufen am 30 April 2016 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title A15 Phasen amp oldid 239499345