CS271585B1

CS271585B1 - Composite superconductive material

Info

Publication number: CS271585B1
Application number: CS881427A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Ing Csc Landa; Vladimir Ing Csc Plechacek; Zdenek Ing Csc Blazek
Original assignee: Landa Vaclav; Plechacek Vladimir; Blazek Zdenek
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1988-03-04
Publication date: 1990-10-12
Also published as: CS142788A1

Abstract

Composite supra-conductive material based on copper oxides, barium oxides and/or strontium oxides and at least one component composed of lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, ytterbium, yttrium, and scandium, to which an additive component containing 1 to 60 % weight of silver is added.

Description

Vynález ee týká kompozitního supravodivého materiálu na bázi oxidů mědi, barya a/nebo stroneia a oxidu nejméně jednoho prvku ze skupiny tvořené lanthanem, cerem, praseodymem, neodymem, samariem, europiem, gadoliniem, terhiem, dysproslem, holmiem, ytterhiem, yttriem a skandiem·The invention relates to a composite superconducting material based on copper, barium and / or stroneium oxides and oxide of at least one element of the group consisting of lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terium, dysprosel, holmium, ytterium, yttrium and skand

Materiály na bázi oxidů mědi, barya a/nebo stroneia a oxidu nejméně jednoho prvku ze skupiny tvořené lanthanem, cerem, praseodymem, neodymem, samariem, euro~ piem, gadoliniem, terhiem, dysproslem, holmiem, ytterhiem, yttriem a skandiem představují nový druh supravodičů, který umožňuje dosáhnout podstatně vyšší kritické teploty oproti dříve známým supravodivým materiálům· Příkladem je materiál Y-Ba-Cu-O, který je možno udržovat v supravodivém stavu při teplotě varu kapalného dusíku· Uvedené materiály však mají zároveň řadu závažných nevyřešených nedostatků, které zatím znemožňují jejich použití v technické praxi pro výrobu prakticky použitelných supravodivých vodičů a znesnadňují i experimentální a vývojové práce· Většina nevýhodných vlastností vyplývá ze skutečnosti, že se jedná o keramické materiály β nevyhovujícími mechanickými vlastnostmi a s nedostatečnou odolností proti působení řady vlivů vnějšího prostředí· Tyto keramické materiály nejsou prakticky schopny plastické deformace a porušují se křehkým lomem· Jejich případné užití je proto omezeno na málo namáhané předměty, u kterých je třeba ae vyhýbat tahovým napětím a mechanickým ijtepelným rázům· To však znemožňuje perspektivní využití stávajících materiálů na bázi výše uvedených oxidů pro většinu aplikací supravodivosti· Supravodiče jsou ve většině aplikací podrobeny meohanickým napětím, která vznikají působením velmi silných magnetických polí· Namáhání materiálu vzniká také smršťováním a dilatacemi při opakovaném ochlazování na nízké teploty a při ohřevu· Například u supravodivých magnetů je jedním z hlavních požadavků vysoká mechanická pevnost supravodičů, například pevnost v ohybu· Stávající materiály na bázi uvedených oxidů však vykazují nízkou pevnost, do značné míry způsobenou značnou pórovitosti.' Podstatnou nevýhodou stávajících materiálů na bázi uvedených oxidů je dále Spatná stabilita v atmosféře a nízká odolnost vůči korozi, zejména ve vlhkém prostředí nebo při přímém styku в vodou, ee kterou jsou velmi reaktivní· Ke korozi dochází například působením vody, která kondenzuje a odpařuje se na povrchu supravodiče při teplotních cyklech· Kondenzovaná voda narušuje povrch materiálu, kde vytváří sekundární mikrokrystalickou strukturu a způsobuje zhoršení, až úplné vymizení supravodivosti· Vlhkost prostředí také způsobuje postupný růst trhlin· Pórovitost stávajících materiálů na bázi uvedených oxidů ještě zhoršuje nízkou odolnost proti korozi tím, že zvětšuje povrch a umožňuje pronikání vody do materiálu· Proto jsou hledány a vyvíjeny způsoby ochrany proti korozi povlakováním a jinými povrchovými úpravami materiálu· Dosavadní výsledky těchto snažení jsou však neuspokojivé, protože se zvyšuje pracnost výroby, ochrana je většinou nedostatečná a nespolehlivá a vznikají obtíže při zhotovování kontaktů a spojování supravodičů· Z ЕР 0 277 749 je znám supravodivý materiál s perovskitovou strukturou obsahující stříbro· Toto stříbro je zde přítomno v základní perovskitevé fázi, kde nahrazuje část podílu mědi· Obsah stříbra zde přispívá sice ke snížení kritické teploty, neřeší však zlepšení mechanických vlastností, pórovitosti ani odolnosti vůči korozi, protože materiál sestává pouze z keramické supravodivé fáze·Materials based on oxides of copper, barium and / or stroneium and the oxide of at least one element of the group consisting of lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terium, dysprosel, holmium, ytterium, yttrium and scandium represent a new type of superconductors , which allows to reach a significantly higher critical temperature compared to previously known superconducting materials · An example is the material Y-Ba-Cu-O, which can be kept in the superconducting state at the boiling point of liquid nitrogen. they make it impossible to use them in technical practice for the production of practically usable superconducting conductors and make experimental and development work more difficult. · Most of the disadvantageous properties result from the fact that these are ceramic materials β · These ceramics are practically incapable of plastic deformation and are subject to brittle fracture · Their possible use is therefore limited to low-stressed objects where tensile stresses and mechanical heat-shock impacts must be avoided. based on the above oxides for most superconductivity applications · In most applications, superconductors are subjected to meohanic stresses due to very strong magnetic fields · Material stresses are also caused by shrinkage and dilatations during repeated cooling to low temperatures and heating · For example, high mechanical strength of superconductors, such as flexural strength · existing materials based on these oxides, however, exhibit low strength, largely due to rovitosti. ' A significant disadvantage of existing materials based on these oxides is also Poor atmospheric stability and low corrosion resistance, especially in humid environments or in direct contact with water, which are very reactive. · Condensed water disrupts the surface of the material where it forms a secondary microcrystalline structure and causes deterioration to complete disappearance of superconductivity · Environmental humidity also causes gradual crack growth · The porosity of existing oxides-based materials further aggravates low corrosion resistance by enlarges the surface and allows water to penetrate into the material · Therefore, ways to protect against corrosion by coating and other surface treatments of the material are sought and developed. e manufacturing effort is increased, protection is usually insufficient and unreliable and difficulties arise in making contacts and connecting superconductors · From ЕР 0 277 749 a superconducting material with a perovskite structure containing silver is known · This silver is present in the basic perovskite phase, replacing Copper content · While the silver content contributes to lowering the critical temperature, it does not solve the improvement of mechanical properties, porosity or corrosion resistance, since the material consists only of the ceramic superconducting phase ·

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje kompozitní supravodivý materiál . na bázi oxidu mědi, barya a/nebo stroneia a oxidu nejméně jednoho prvku ze skupiny tvořené lanthanem, cerem, praseodymem, neodymem, samariem, europiem, gadoliniem, terhiem, dysproslem, holmiem, ytterhiem, yttriem a skandiem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že materiál dále obsahuje doplňující kovovou složku 1 až 60 % hmot· stříbra·Composite superconducting material largely overcomes these drawbacks. based on copper, barium and / or stroneium oxide and the oxide of at least one element of the group consisting of lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terium, dysprosl, holmium, ytterium, yttrium and scandium according to the invention in that the material further comprises an additional metal component of 1 to 60% by weight · silver ·

CS 271585 BlCS 271585 Bl

Supravodivý kompozitní materiál podle vynálezu vzniká spojením supravodivé keramiky a doplňující kovové složky. Dodáním stříbra se výrazně snižuje porovitost materiálu. Na řeěení podle vynálezu je významná ta okolnost, že stříbro na rozdíl od jiných prvků nevstupuje prakticky v uvedených materiálech do supravodivé fáze a zůstává jako samostatná kovová fáze. Proto přísada stříbra bui vůbec nezhorěuje, nebo jen v omezené míře snižuje supravodivé vlastnosti, jako například kritickou teplotu.The superconducting composite material of the present invention is formed by combining a superconducting ceramic and a complementary metal component. The supply of silver significantly reduces the porosity of the material. What is significant in the solution according to the invention is that, unlike other elements, silver does not enter the superconducting phase practically in said materials and remains as a separate metal phase. Therefore, the silver additive either does not burn at all or only to a limited extent reduces superconducting properties such as critical temperature.

Kompozitní supravodivý materiál podle vynálezu má oproti dosavadním supravodi> vým materiálům na bázi uvedených oxidů řadu výhod. Přidáním stříbra se keramická matice zpevňuje, snižuje se možnost vzniku a Síření trhlin a zvySuje se mechanická pevnost materiálu. Snižují se také mechanická pnutí, která vznikají v supravodivém r materiálu vlivem nehomogenit a při ochlazování. Následkem toho se zvyšuje odolnost proti porušení křehkým lomem, Jakož i pevnost a životnost. Materiál podle vynálezu má i podstatně nižSí reaktivitu в vodou a mnohem lepší stabilitu v atmosféře. Tyto výhody se uplatňují při přípravě, ověřování, zkouškách i praktickém využívání vysokoteplotních supravodičů.The composite superconducting material according to the invention has a number of advantages over the prior art superconducting materials based on said oxides. The addition of silver strengthens the ceramic nut, reduces the possibility of cracking and propagation and increases the mechanical strength of the material. The mechanical stresses that arise in the superconducting material due to inhomogeneities and cooling are also reduced. As a result, brittle fracture resistance as well as strength and durability are increased. The material according to the invention also has substantially lower reactivity in water and much better stability in the atmosphere. These advantages apply to the preparation, testing, testing and practical use of high temperature superconductors.

Kompozitní supravodivý materiál podle vynálezu je blíže osvětlen a jeho vlastnosti ukázány v následujících příkladech,The composite superconducting material according to the invention is explained in more detail and its properties are shown in the following examples,

V prvním příkladu byl pro účely porovnání obvyklou metodou práškové metalurgie připraven vzorek δ. 1 supravodivého materiálu o složení Prášek uvedeného složení byl lisován do tvaru plochých válců o průměru 16 a 24 mm a slinován v kyslíkové atmosféře. Ze slinutého materiálu byly vyříznuty hranoly o rozměrech 14x2x1 a 20x6x2 mm. Všechny další vzorky v tomto i v následujících příkladech byly připraveny stejným způsobem a ve stejných rozměrech. Na vzorku Č, 1 byly stanoveny hodnoty kritické teploty T , při které materiál vykazuje nulový elektrický odpor, pevnoeti v ohybu » porovitoeti P v objemových %. Nalezeny byly hodnoty T_Q « 91 К, £Tpo » 26 N.mnT , P ³ 21 %. Obdobným způsobem byl připraven vzorek č. 2 o složení YBa^Cu^Oy, к němuž bylo přidáno 1 % hmot, stříbra. V rámci přesnosti měření, která je asi 1 К nebyly zjištěny rozdíly mezi vzorky δ. 1 a 2 v hodnotách T_c, pevnost v ohybu byla lepší o 8 % a porovitost nižší o 2 % и vzorku č. 2.In the first example, a sample of δ was prepared for comparison by a conventional powder metallurgy method. 1 superconducting material composition The powder of this composition was pressed into the shape of flat cylinders with a diameter of 16 and 24 mm and sintered in an oxygen atmosphere. Prisms of dimensions 14x2x1 and 20x6x2 mm were cut from the sintered material. All other samples in this and the following examples were prepared in the same manner and in the same dimensions. The values of the critical temperature T at which the material exhibits zero electrical resistance, the bending strength P porovitoeti P in volume% were determined on the sample No.1. Values of T _Q 91 91 K, T Tpo 26 26 N.mnT, P ^{3 of} 21% were found. In a similar manner, sample No. 2 having the composition YBa ^ Cu ^ Oy was prepared to which 1% by weight of silver was added. Within the measurement accuracy, which is about 1 К, there were no differences between the samples δ. 1 and 2 in the T _c values, the flexural strength was improved by 8% and the porosity was reduced by 2% и of sample No. 2.

Druhým příkladem je vzorek č. 3, který byl připraven ve složení УВагСиуЭу spřísadou 30 % hmot, stříbra. V porovnání se vzorkem č. 1 měl vzorek č. 3 kritickou teplotu T_c stejnou, pevnost v ohybu se zvýšila na 80 N.mm , tj. 3 x a porovitost se snížila na 11 %, tj. téměř na polovinu.The second example is Sample No. 3, which was prepared in the composition of UGS with 30% by weight of silver. Compared to Sample 1, Sample 3 had a critical temperature T _{c of the} same, the flexural strength increased to 80 N.mm, i.e. 3x, and the porosity decreased to 11%, i.e. almost by half.

Ve třetím příkladu bylo и vzorku č. 4 к základnímu složení YBa₂Cu^0^ přidáno 60 & hmot, stříbra. Vzorek vykazoval nadále poměrně vysokou kritickou teplotu T_c = 84 K, pevnost v ohybu (7~р₀ ee zvýšila více než 5 x na 140 N.mm*² při podstatně snížené pórovitosti P = 8 i.In the third example, sample # 4 was added 60% by weight of silver to the base composition YBa ₂ Cu 4 O ₂ . The sample continued to show a relatively high critical temperature T _c = 84 K, a flexural strength (7 ~ ₀ р ee increased more than 5 x 140 N.mm ² * with considerably reduced porosity and P = 8.

U uvedených vzorků bylo s rostoucím obsahem stříbra současně zaznamenáno zvyšování odolnosti proti mechanickému porušení i proti korozi působením vody. Obdob„ ně byla potom připravena i další složení kompozitního supravodivého materiálu.With the increasing silver content of these samples, an increase in resistance to mechanical failure and corrosion by water was also observed. Similarly, other compositions of the composite superconducting material were then prepared.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Copper, barium and / or strontium oxide composite superconducting material of at least one element selected from the group consisting of lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, ytterbium, yttrium and scandium The composition further comprises an additional metal component of 1 to 60 wt% silver. ⁴