DD281591A5 - METHOD FOR PRODUCING CERAMIC HIGH TEMPERATURE SUPERSHIPERS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Hochtemperatursupraleitern. Ziel der Erfindung ist es, den Zeitaufwand fuer Vorbrand und Sinterung der eingesetzten Materialien zu reduzieren und somit zu einer weniger energieaufwendigen Herstellung der Hochtemperatursupraleiter beizutragen. Erreicht wird dieses Ziel durch die Anwendung einer reduzierenden Atmosphaere waehrend des Vorbrandes, die die chemische Umsetzung der Ausgangsmaterialien beschleunigt.{Herstellungsverfahren; Hochtemperatursupraleiter; Keramik; Vorbrand}The invention relates to a method for the production of ceramic high-temperature superconductors. The aim of the invention is to reduce the time required for pre-firing and sintering of the materials used and thus contribute to a less energy-consuming production of high-temperature superconductors. This goal is achieved by applying a reducing atmosphere during pre-firing which accelerates the chemical reaction of the starting materials. High temperature superconductors; ceramics; preliminary firing}
Description
Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung vcn keramischen Hochtemperatursupraleitern auf der Basis von Y2O3, CuO, BaCO3.The invention relates to a process for the production of ceramic high-temperature superconductors based on Y 2 O 3 , CuO, BaCO 3 .
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Verfahren zur Herstellung von Hochtemperatursupraleitern lassen sich einteilen in:Methods for the preparation of high temperature superconductors can be divided into:
- konventionelle keramische Methodo- conventional ceramic method
- Mischfällungsmethode zur Herstellung der Substanz in stöchiometrischer Zusammensetzung für die darauffolgende Sinterung,Mixed precipitation method for producing the substance in stoichiometric composition for subsequent sintering,
- Methoden zur Herstellung von dünnen Schichten (z.B. Sputtern, Aufdampfen, u.a.).Methods for producing thin layers (e.g., sputtering, evaporation, etc.).
In der konventionellen keramischen Technik werden die Ausgangsstoffe (Y2O3, CuO, BaCO3) im gewünschten Verhältnis gemischt und danach einem Vorbrand unterzogen (Temperaturbereich: 850-1OCO0C, Atmosphäre: Luft oder Sauerstoff, Zeitdauer: 6h und mehr). Während des Vorbrandes sollen die eingesetzten Ausgangsstoffe miteinander reagieren und zum überwiegenden Teil bereits die gewünschte chemische Verbindung ausbilden. Danach wird das Material homogenisiert (Kugelmühle), verpreßt, einer Sinterung unterzogen (Temperatur: 900-1 000°C, Atmosphäre: Sauerstoff, Zeitdauer: 6h und mehr) und langsam in Sauerstoff abgekühlt. Bei diesen in der Literatur beschriebenen Methoden (z.B.: C. Allgeier, J.S.Schilling, E.Amberger Phys.Rev.B35 116] 1987 S.8791; R.J.Cava, B.Batlogg, R.B.van Dover, D.W.Murphy, S.Sunshine, T.Siegrist, J.P.Remeika, E.A.Rietman, S.Zaruhak and G.P.Espinosa Phys.Rev.Lett.58 [16] 1987 S. 1676) ist infolge des mehrmaligen Vorbrandes ein relativ großer Zeitaufwand notwendig, um eine möglichst vollständige Umsetzung der eingesetzten Ausgangsmaterialien zu erreichen.In the conventional ceramic technique, the starting materials (Y 2 O 3 , CuO, BaCO 3 ) are mixed in the desired ratio and then subjected to pre-firing (temperature range: 850-1OCO 0 C, atmosphere: air or oxygen, time: 6 h and more). During the pre-firing, the starting materials used should react with one another and, for the most part, already form the desired chemical compound. Thereafter, the material is homogenized (ball mill), pressed, subjected to sintering (temperature: 900-1000 ° C, atmosphere: oxygen, time: 6h and more) and slowly cooled in oxygen. In these methods described in the literature (eg: C. Allgeier, JSSchilling, E.Amberger Phys.Rev.B35 116] 1987 S.8791; RJCava, B.Batlogg, RBvan Dover, DW Murphy, S.Sunshine, T. Siegrist, JPRemeika, EARietman, S. Zaruhak and GPEspinosa Phys.Rev.Lett.58 [16] 1987 p. 1676), a relatively large amount of time is required as a result of the multiple pre-firing in order to achieve as complete as possible a conversion of the starting materials used.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, die Zeitdauer für die vollständige Umsetzung der eingesetzten Ausgangsmaterialien während Vorbrand und Sinterung zu senken und somit Y-Ba-Cu-O-Hochtemperatursupraleiter auch weniger energieaufwendig herzustellen.The aim of the invention is to reduce the time duration for the complete implementation of the starting materials used during pre-firing and sintering and thus to produce Y-Ba-Cu-O-high temperature superconductor less energy consuming.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, die Umsetzung der in der konventionellen <eramischen Herstellungstechnologie verwendeten Ausgangsmaterialien (z.B. Y2O3, CuO, BaCO3) zu beschleunigen, insbesondere die Umsetzung der eingesetzten Karbonate, um ein einphasiges Endprodukt mit möglichst hoher Tc zu erreichen.The object of the invention is to accelerate the reaction of the starting materials used in the conventional <eramischen manufacturing technology (for example, Y2O3, CuO, BaCO 3), particularly the reaction of the carbonate input to achieve a single phase end product with the highest possible T c.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Vorbrand unter reduzierenden Bedingungen durchgeführt wird. Dabei sind alle Inertgase geeinigt, bevorzugt N2 und Ar. Im Unterschied zu Vorbränden in oxydierender Atmosphäre (z. B. Luft, O2) nehmen die Pulver bereits nach dem Vorbrand die gewünschte schwarze Färbung an, die für Hochtemperstursupraleiterproben auf der Basis von Y-Ba-Cu-O typisch ist. Mittels R5ntgenbeugung wurde nachgewiesen, daß die Umsetzung der verwendeten Ausgangsmaterialien während des Vorbrandes in reduzierender Atmosphäre weiter fortgeschritten ist, als bei Vorbränden in der üblich verwendeten Atmosphäre von Luft oder O2. Eine erweiterte Variante des erfindungsgmäßen Verfahrens zur beschleunigten Umsetzung der eingesetzten Ausgangsmaterialien besteht in der Durchführung des Vorbrandes in einer Atmosphäre, in der zeitlich mehrfach reduzierende und oxydierende Bedingungen wechseln. Die Phasenanalyse mittels Röntgenbeugung ergab, daß sich während des dreistündigen Vorbrandes in reduzierender Atmosphäre ein Phasengemisch bildete, in dem neben den noch nicht umgesetzten Ausgangsmaterialien supraleitende und nicht supraleitende Phasen zu etwa gleichen Teilen enthalten sind (Figur 1, Kurve a). Die erweiterte Variante des Vorbrandes, in der reduzierende und oxydierende Bedingungen zeitlich mehrfach wechseln, liefert ein Phasengemisch, das überwiegend aus der supraleitenden Phase besteht (Figur 1, Kurve b). Die Behandlung in reduzierender Atmosphäre beschleunigt offensichtlich den Umsatz der Ausgangsstoffe und die dazwischenliegende Behandlung in reiner Sauerstoffatmosphäre fördert den weiteren Umsatz der entstehenden Zwischenprodukte zur supraleitenden Y-Ba-CU-O-Phase. Nach dem Vorbrand wird das Material in an sich bekannter Weise homogenisiert, verpreßt und die Sinterung unterzogen. Die Zeiten der Sinterung der Pulver, die in reduzierender Atmosphäre vorgebrannt wurden, können verkürzt werden, gegenüber denen, die in oxydierender Atmosphäre unter sonst gleichen Bedingungen vorgebrannt wurden.According to the invention, this object is achieved in that the pre-firing is carried out under reducing conditions. In this case, all inert gases are in agreement, preferably N 2 and Ar. In contrast to pre-fires in an oxidizing atmosphere (eg air, O 2 ), the powders assume the desired black coloration already after pre-firing, which is typical for high-temperature superconductor samples based on Y-Ba-Cu-O. By X-ray diffraction, it was demonstrated that the conversion of the starting materials used during the pre-firing in a reducing atmosphere is more advanced than in pre-firing in the usual atmosphere of air or O 2 . An advanced variant of the erfindungsgmäßen method for accelerated implementation of the starting materials used is to carry out the pre-firing in an atmosphere in which several times reducing and oxidizing conditions change. The phase analysis by means of X-ray diffraction revealed that a phase mixture formed during the three-hour pre-firing in a reducing atmosphere in which in addition to the unreacted starting materials superconducting and non-superconducting phases are contained in approximately equal parts (Figure 1, curve a). The extended variant of the pre-firing, in which reducing and oxidizing conditions change over time several times, yields a phase mixture which consists predominantly of the superconducting phase (FIG. 1, curve b). The treatment in a reducing atmosphere obviously accelerates the conversion of the starting materials and the intermediate treatment in a pure oxygen atmosphere promotes the further conversion of the resulting intermediates to the superconducting Y-Ba-CU-O phase. After Vorbrand the material is homogenized in a conventional manner, pressed and subjected to sintering. The times of sintering of the powders prefired in a reducing atmosphere can be shortened compared to those prefired in an oxidizing atmosphere under otherwise identical conditions.
Ausfuhr jngsbeispielExport Example
Im A_'«iührungsbeispiel soll ein Vergleich zwischen 2 Proben vorgenommen werden, von denen die eine bei sonst gleichen Bedingungen In reduzierender und dio andere in oxydierender Atmosphäre vorgebrannt wurde.In the exemplary embodiment, a comparison is made between 2 samples, one of which was prefired under otherwise identical conditions in reducing and dioxygenating atmospheres.
Die Ausgangsmaterialien Y]O3, CuO1 BaCO1 wurden in dem für die Bildung der Substanz Y1Ba2Cu3Ox entsprechenden Verhältnis eingewogen und vermischt. Ein Teil (im folgenden mit Probe I bezeichnet) des Pulvers wurde einem Vorbrand mit den Bedingungen: Temperatur: 875°C, Atmosphäre: N2, Normaldruck, Zeitdauer: 3 h unterzogen und ein anderer Teil (mit Probe Il bezeichnet) einem Vorbrand mit den Bedingungen: Temperatur: 8750C, Atmosphäre: O2, Normaldruck, Zeitdauer: 3d. Nach dem Vorbrand besitzt die Probe I eine schwarze und die Probe Il eine graue Farbe. Beide Pulver wurden in einer Kugelmühle 1 h entsprechend homogenisiert und danach mit einem Preßdruck von 1000 kp/cm2 zu Tabletten verpreßt. Anschließend wurden beide Proben gleichzeitig einer Sinterbehandlung mit folgenden Bedingungen unterzogen: Temperatur: 9250C, Atmosphäre: O2, Normaldruck, Zeitdauer: 3h.The starting materials Y! O 3 , CuO 1 BaCO 1 were weighed into the ratio corresponding to the formation of the substance Y 1 Ba 2 Cu 3 O x and mixed. A part (hereinafter referred to as Sample I) of the powder was subjected to a preliminary firing under conditions of: temperature: 875 ° C, atmosphere: N 2 , atmospheric pressure, time: 3 hours, and another part (designated Sample II) with a precombustion the conditions: temperature: 875 0 C, atmosphere: O 2 , atmospheric pressure, time duration: 3d. After preburn, sample I has a black color and sample Il a gray color. Both powders were homogenized in a ball mill for 1 h and then pressed into tablets at a pressure of 1000 kg / cm 2 . Subsequently, both samples were simultaneously subjected to a sintering treatment under the following conditions: temperature: 925 ° C., atmosphere: O 2 , atmospheric pressure, time: 3 h.
Die Abkühlung der Proben erfolgte unter fließender Sauerstoffatmosphäre mit oiner Abkühlgeschwindigkeit < 5 K/min. Die Tablette des unter reduzierenden Bedingungen vorgebrannten Pulvere I ergab einen festen schwarzen Körper. Die Tablette des unter oxydierenden Bedingungen vorgebrannten Materials Il zeigt eine schwarzgrüne Färbung und ist weniger gut zusammengesintert.The cooling of the samples was carried out under flowing oxygen atmosphere with a cooling rate <5 K / min. The tablet of Pre-fired Pulver I gave a solid black body. The tablet of material II pre-fired under oxidizing conditions shows a black-green color and is less well sintered together.
Zur Charakterisierung der entstandenen Keramik bezüglich ihrer supraleitenden Eigenschaften wurde der elektrische Widerstand und die magnetische Suszeptibilität als Funktion der Temperatur gemessen. Die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes der Proben I und Il ist in Abb.2 angegeben. Probe I (Vorbrand unter reduzierenden Bedingungen) besitzt einen Phasenübergang in den supraleitenden Zustand bei 84K und bei Probe Il (Vorbrand unter oxydierenden Bedingungen) bleibt der elektrische Widerstand im untersuchten Temperaturbereich endlich. In Abb. 3 und 4 ist die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität für beide Proben dargestellt. Nur bei Probe 1 kann man von einem supraleitenden Übergang (Tc = 83K, ΔΤ - 14 K) sprechen. In Probe Il ändert sich der für den supraleitenden Zustand typische Diamagnetismus nahezu linear zwischen 15K und 92 K, was auf einer starken Mehrphasigkeit der Probe beruht. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß bei sonst gleichen Herstellungsbedingungen die Verwendung einer reduzierenden Atn.osphäre in der beschriebenen Weise die Herstellung von Proben mit besseren supraleitenden Eigenschaften gestattet.To characterize the resulting ceramic with respect to their superconducting properties, electrical resistance and magnetic susceptibility as a function of temperature were measured. The temperature dependence of the electrical resistance of samples I and II is shown in Fig.2. Sample I (pre-firing under reducing conditions) has a phase transition to the superconducting state at 84K, and for sample II (pre-firing under oxidizing conditions) the electrical resistance remains finite in the investigated temperature range. Figures 3 and 4 show the temperature dependence of the magnetic susceptibility for both samples. Only with sample 1 one can speak of a superconducting transition (T c = 83K, ΔΤ - 14 K). In sample II, the diamagnetism typical for the superconducting state changes almost linearly between 15K and 92 K, which is based on a strong multiphase nature of the sample. The advantages of the method according to the invention are that, with otherwise identical production conditions, the use of a reducing atmosphere in the manner described permits the production of samples with better superconducting properties.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD31746688A DD281591A5 (en) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | METHOD FOR PRODUCING CERAMIC HIGH TEMPERATURE SUPERSHIPERS |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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DD281591A5 true DD281591A5 (en) | 1990-08-15 |
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ID=5600599
Family Applications (1)
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DD31746688A DD281591A5 (en) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | METHOD FOR PRODUCING CERAMIC HIGH TEMPERATURE SUPERSHIPERS |
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Country | Link |
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DD (1) | DD281591A5 (en) |
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1988
- 1988-06-17 DD DD31746688A patent/DD281591A5/en not_active IP Right Cessation
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