DD283797A5

DD283797A5 - Gegenstand mit supraleitenden eigenschaften

Info

Publication number: DD283797A5
Application number: DD89327459A
Authority: DD
Inventors: Neil M Alford
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1988-04-12
Filing date: 1989-04-10
Publication date: 1990-10-24
Also published as: AU3260189A; NO891467L; KR890016689A; JPH0212710A; EP0337657A2; GB8907204D0; EP0337657A3; GB8808619D0; NO891467D0

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gegenstand mit supraleitenden Eigenschaften, welcher eine erste Struktur aus keramischem supraleitendem Material und eine zweite Struktur, die mit der ersten Struktur mittels eines Klebstoffes verbunden ist, umfaszt, wobei von dem Klebstoff und der zweiten Struktur entweder das eine oder beide elektrisch leitend sind. Die erste Struktur kann gesinterte Teilchen eines supraleitenden Oxids mit einer kritischen Temperatur enthalten, die nicht niedriger als die Temperatur des fluessigen Stickstoffs ist, und die zweite Struktur kann ein Metall oder eine Legierung sein.{supraleitende Eigenschaften; Struktur, keramisch; Klebstoff, elektrisch leitend; gesinterte Teilchen; supraleitendes Oxid; fluessiger Stickstoff; Metall. Legierung}

Description

Gegenstand mit supraleitenden Eigenschaften Anwendungsgebiet: der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf einon elektrisch supraleitenden profilierten Gegenstand« beispielsweise einen Draht oder Stab, und insbesondere auf einen Gegenstand, welcher nicht nur bei niedriger Temperatur elektrisch supraleitend ist, sondern welcher auch bei Normaltemperfituren elektrisch leitend ist· Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstand in der Form einer zusammengesetzten Struktur, welche die zuvor erwähnten Eigenschaften besitzt.

Charakteristik dea bekannten Standes der Technik

Das Phänomen der elektrischen Supraleitfähigkeit ist seit vielen Oahren bekannt, aber bis vor kurzem konnte man eine solche Supraleitfähigkeit nur bei extrem niedrigen Temperaturen erreichen, beispieleweise in einer Niob-Legierung, Z₀ B, in einer Niob-Zinn-Legierung»

Die Temperaturen, bei welchen elektrische Supraleitfähigkeit in solchen Legierungen erreicht werden kann, liegen im allgemeinen unterhalb von 23 ⁰K, und solche Temperaturen können nur durc h die Verwendung flüssigen Heliums als Kühlmittel erreicht werden. Solche extrem niedrigen Temperaturen und die Kosten des flüssigen Heliums als Kühlmittel haben die praktische Anwendung des Phänomens der Supraleitfähigkeit begrenzt. Nichtsdestoweniger werden supraleitende Materialien in der kommerziellen Praxis verwendet, beispielsweise in magnetischen Kernforschungsabtastein richtungen.

Obwohl supraleitende Materialien in der kommerziellen Praxis

verwendet werden, können Störungen des Kühlsystems in einer kommerziellen Anlage und ein darauf folgendes Ansteigen der Temperatur bis zu einer Temperatur oberhalb der sogenannten kritischen Temperatur, bei welcher das Material nicht länger elektrisch supraleitend ist, ernsthafte Konsequenzen für die Ausrüstung haben, in welcner das supraleitende Material installiert ist«

Um solche Konsequenzen zu vermeiden oder zumindest abzuschwächen, ist es notwendig abzusichern, daß bei einer Temperatur oberhalb dieser sogenannten kritischen Temperatur, bei der das Material nicht länger elektrisch supraleitend ist, das Material zumindest elektrisch leitend und in der Lage ist, einen vertretbaren elektrischen Strom zu leiten. Wenn das supraleitende Material nicht selbst in der Lage ist, einen vertretbaren elektrischen Strom bei einer Temperatur¹ oberhalb der kritischen Temperatur zu leiten, kann es dabei ernsthafte Konsequenzen für die Ausrüstung geben, in welcher das supraleitende Material installiert ist«

Selbst dort, wo das supraleitende Material eine Metallegierung ist, beispielsweise eine Niob-Zinn-Legierung, welche mindestens bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur elektrisch leitend ist,kann das Material zum Beispiel einen sehr kleinen Querschnitt aufweisen, so daß dessen Strombelastbarkeit bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur auch gering sein kann, und insbesondere kann die Strombalastbarkeit bei dieser letzteren Temperatur nichtiso groß wie erforderlich sein-.

Dieses Problem der geringen Strombelastbarkeit in bekannten, aus supraleitenden Materialien bestehenden Metall-Legierun-

gen bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur ist durch die Herstellung einer zusammengesetzten Struktur gelöst worden, die eins Kupferkomponente und eine elektrisch supraleitende Komponente umfaßt* Es ist beispielsweise bekannt» einen Verbunddreht durch Einbringen eines Stabes einer aus supraleitendem Material bestehenden Nioblegierung in einen Kern, der in einen Kupferstrang gebohrt ist, herzustellen, wobei der Strang gestreckt wird, um einen Verbunddraht mit einer äußeren Kupferhülle und einen Kern aus supraleitendem Material zu bilden« Der Strang kann eine Vielzahl von Kernen umfassen, in die jeweils ein Stab aus supraleitendem Material eingebracht wird· Die Strombelastbarkeit der Kupferhülle ist bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur viel größer als diejenige des Kerns oder der Kerne des supraleitenden Materials allein, und das P_roblem, das sich auf das oben Ausgeführte bezieht, wird vermieden«

In einer jüngsten Entwicklung ist das Phänomen der elektrischen Supraleitfähigkeit in bestimmten Materialien bei wesentlich höheren Temperaturen als jenen beobachtet worden, welche nur durch Kühlen mit flüssigem Helium erreichbar sind« Das Phänomen der Supraleitfähigkeit ist insbesondere bei Temperaturen beobachtet worden, die 77 ⁰K oder sogar höher sein können, das heißt, bei Temperaturen, welche durch Kühlen mit flüssigem Stickstoff erreichbar sind. Die Tatsache, daß die Supraleitfähigkeit bei solchen relativ hohen Temperaturen erreichbar ist, und die Tatsache, daß das erforderliche Kühlmittel der relativ billige flüssige Stickstoff ist, hat die Möglichkeit zu noch weitverbreiteteren praktischen Anwendungen des Phänomens der Supraleitfähigkeit eröffnet, als es bisher möglich gewesen ist.

Die Materialien, welche bei solchen relativ hohen Temperaturen elektrische Supraleitfähigkeit aufweisen« welche so hoch wie 77 ⁰K oder höher sein können, sind keramische Materialien, welche relativ leicht herzustellen sind und welche relativ billig sind. Beispielsweise haben 0. B, Bednorz und K, A· Müller in Z_# Phys. B« "Condensed Matter", 64, Seiten 189 bis 193 (1986) über die Herstellung abgeschiedener und wärmebehandelter Mischungen des Lanthans, Bariums, Kupfers und Sauerstoffs berichtet, und zwar derart, daß die Mischungen, die bei einer kritischen Temperatur, die höhe rist als die kritischen Temperaturen, die bisher bsi M&tallen und Legierungen beobachtet worden sind, Supraleitfähigkeit gezeigt haben« Die Mischungen wiesen, wie berichtet wurde, die Zusammensetzung La,- Ba CU(-O,-(·» .) auf, wobei X = 0,75 bis 1 ist, und die Zusammensetzungen wurden durch Abscheiden aus Barium-, Lanthan- und Kupfernltratlösungon unter Zusatz einer Oxalsäurelösung behandelt, gefolgt von einer Spaltung und Festkörperreaktion bei 900 C bei einer Dauer von fünf Stunden und einer Sinterung in einer Sauerstoffatmosphäre.

In der veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung 0275343 wird eine supraleitende Verbindung mit einer kritischen Temperatur oberhalb 28 ⁰K beschrieben, welche au 35 ⁰K sein kann. Die Vorbindung ist vom REpTMO .-Typ, worin das Seitenerdelement (RE) teilweise durch ein oder mehrere Erdalkalimetall-Elemente (AE) ersetzt ist, und worin der Sauerstoffgehalt gestört ist und eine Phase der allgemeinen Zusammensetzung RE₂ AE TMO. enthält, worin TM ein Übergangsmetall und χ < o,3 und y < o,5 darstellen« Ein bevorzugtes Seltenerdelement ist Lanthan, ein bevorzugtes Erdalkalielement ist Barium und ein bevorzugtes Übergangsmetall ist Kupfer«

In der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/U5 87/02958, Internationale Veröffentlichung Nr« WO 99/05029, wird eine Zusammensetzung beschrieben, welche bei einer Temperatur von 40 ⁰K und höher supraleitend ist, und welche einen gesinterten Metalloxidkomplex der Foimel

• L ^Li-x^Mx-AVy

umfaßt, in welcher L Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium oder Lutetium oder eine Kombination davon ist; M ist Barium, Strontium, Kalzium, Magnesium, Quecksilber oder eine Kombination davon, vorausgesetzt, daß, wenn L Lanthan ist, M nicht Barium ist, A ist Kupfer, Wismut, Wolfram, Zirkonium, Tantal, Niob oder Vanadium, χ reicht von etwa 0,01 bis 1,0, a reicht von 1 bis 2, b ist 1 und y ist etwa 2 bis 4.

In der zuvor erwähnten Internationalen Veröffentlichung wird auch die Produktion des gesinterten Metalloxidkomplexes durch Erwärmen einer Mischung der festen Verbindungen beschrieben, die L, M, A und O in Verhältnissen enthalten, die dazu geeignet sind, die zuvor erwähnte Formel bis zu einer Temperatur von 640 bis 800 ⁰C in einer Sauerstoffatmosphäre und in einer Zeit hervorzubringen, um die Mischung in den Festzustand reagieren zu lassen und die Mischung anschließend für eine Dauer von mindestens etwa 12 Stunden bei 900 bis 1100 ⁰C im Anschluß an die Reaktion zu erwärmen, und zwar unter Pelletieierung der Mischung und Sinterung der Pellets» Bei Sicherheit der gesinterten Metalioxidkomplexe ist eine kritische Temperatur von 100 ⁰K, das heißt -173 C, beobachtet worden.

Ein bevorzugter gesinterter Metalloxidkomplex ist derjenige, bei dem L Yttrium, M Barium und A Kupfer ist« und eine Phase eines solchen bevorzugten Materials, welches als ein Material mit einer hohen kritischen Temperatur erkannt wurde, ist diejenigo mit einer empirischen Formel YBa₂Cu₃O_x, wobei χ typischerweise zwischen 6,5 und 7,2 liegt«

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Nachteile des Standes der Technik weitgehend zu vermeiden«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gegenstand mit supraleitenden Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gegenstand eine erste Struktur eines keramischen supraleitenden Materials und eine zweite Struktur umfaßt, die mit der ersten Struktur mittels eines Klebstoffes verbunden ist, wobei entweder der Klebstoff oder die zweite Struktur oder beide elektrisch leitend sind«

Nur eines Beispiels wegen und zur Veranschaulichung der einfachen Produktion wird die Herstellung eines oxidkeramischen Yttrium-Barium-Kupfer-Materials beschrieben« Ein geeignetes Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid ist dasjenige mit der Zusammensetzung YBa₂Cu₃O_x, wobei χ zwischen 6,5 und 7,2 liegt« Ein solches keramisches supraleitendes Material kann durch Bilden einer Mischung der Oxide der erforderlichen Elemente und/oder der Vorläufer dieser Oxide, beispielsweise Karbonate, in den erforderlichen Proportionen, Erwärmung der Mi-

schung bei einer erhöhten Temperatur in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, beispielsweise bei einer Temperatur von 900 bis 950 ⁰C oder höher in Luft während einer Zeit in der Größenordnung von 12 bis 24 Stunden und anschließendem Abkühlen des auf diese Weise gebildete keramischen Materials hergestellt werden« Das so gebildete keramische supraleitende Material kann sich in der Form einer gesinterten Struktur befinden, welches, wenn es gewünscht wird, zerkleinert werden kann, um das Material in eine besondere Form umzuwandeln, welche sich für die Gestaltung der Form einer Antenne eignet»

Die Gegenstände können aus dem keramischen Teilchenmaterial durch Verfahren hergestellt werden, welche in·der Keramik-Verarbeitungstechnik herkömmlich sind, Beispielsweise durch Pulverpressen, durch isostatisches Pressen oder durch Schlickergießen. Beispielsweise kann das keramische Teilchenmaterial in einer Form bei erhöhtem Druck in eine gewünschte Gestalt gepreßt werden, und das Material kann bei erhöhter Temperatur in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erwärmt werden, beispielsweise in Luft bei einer Temperatur in der Größenordnung von 900 bis 950 ⁰C oder höher, um die Teilchen des keramischen Materials zu« mmenzusintern* Der auf diese Weise gesinterte Gegenstand kann anschließend langsam auf Umgebungste-mperatur in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre abgekühlt werden, und während des Abkühlprozesses kann der Gegenstand getempert werden, beispielsweise bei einer Temperatur von annähernd 400 ⁰C bis 450 ⁰C, Bei einem alternativen Verfahren kann der Gegenstand durch Profilieren einer Zusammensetzung geformt werden, welche das keramische Teilchenmaterial und ein organisches Material enthält« Das organische Material kann aus dem auf diese Weise profilierten Gegenstand durch Erwärmen mit höherer Temperatur entfernt werden« Danach können die Teilchen des

keramischen Materials gesintert werden und dar gesinterte Gegenptand kann nach dem zuvor beschriebenen Verfahren gekühlt und getempert wert.en.

Die supraleitenden ksramischen Materialien der beschriebenen Art haben eine kleine oder keine Strombfilaatbarkeit bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur, und dieses Problem des Mangels der Strombelastbarkeit bei einer solchen Temperatur ist viel größor als in dem Fall einer aus supraleitenden Materialien bestehenden Metall-Legierung« Obwohl das Problem möglicherweise mit tab einer Verbundstruktur gelöst werden könnte, hat der Erfinder ausgeführt, daß dort, wo das supraleitende Material ein keramisches Material ist, eine solche zusammengesetzte Struktur nicht durch das zuvor beschriebene Verfahren gebildet werden kann. Obwohl es möglich wäre, einen Stab oder Stäbe des gesinterten supraleitenden keramischen Teilcherimaterials in einen Kern oder in Kerne in einen Kupferstrang einzubringen, wäre es nicht möglich, den Strang und den Stab oder di.3 Stäbe in der zuvor beschriebenen Weise zu strecken, da das keramische Material nicht in der Weise streckbar ist,in welcher eine aus supraleitendem Material bestehende Metall-Legierung streckbar ist*

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstand, welcher eine zusammengesetzte Struktur aufweist und ein keramisches elektrisch supraleitendes Material und ein elektrisch leitendes Material umfaßt. Der Gegenstand ist bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur elektrisch supraleitend und ist außerdem elektrisch leitend und kann so angeordnet werden, daß er eine beträchtliche Strombelastbarkeit bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Tempe-

ratur besitzt.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Gegenstand mit supraleitenden Eigenschaften zur Verfügung gestellt, welcher eine erste Struktur eines keramischen, elektrisch supraleitenden Materials und eine zweite Struktur umfaßt, die miv der ersten Struktur mittels eines Klebstoffes verbunden ist, in welchem von dem Klebstoff und der zweiten Struktur entweder das eine oder das andere oder beide elektrisch leitend sind.

Der Einfachheit halber wird nachfolgend nur das keramische Material der ersten Struktur, welches elektrisch supraleitend ist, auf die Supraleitung zurückgeführt·'

Bei der Anwendung und bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur wird der elektrische Strom durch die erste Struktur des Gegenstandes geleitet, welcher sich wie ein Supraleiter verhält. Bei einer Temperatur oberhalb nicht länger wie ein Supraleiter und der elektrische Strom wird durch die zweite Struktur und/oder durch den Klebstoff geführt, welche bei Normaltemperaturen elektrisch leitend ist oder sind. Außerdem kann sich in der ersten Struktur an sogenannten "heißen Stellen" übermaßige Wärme entwickeln, und die zweite Struktur und/oder der Klebstoff dienen als Wärmeleiter, durch welchen diese Wärme aus der ersten Struktur entfernt werden kann.

Wenn die Wärme nicht entfernt wird, ist es möglich, daß bei der Anwendung die Temperatur der ersten Struktur bis zu einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur ansteigen kann«

Erfindungsgemäß kann die erste Struktur in der Form einer solchen Struktur vorhanden sein, die gesinterte Teilchen des keramischen supraleitenden Materials enthält« Die zweite Struktur kann elektrisch leitend sein, oder auch nicht, aber es wird bevorzugt, daß sie elektrisch leitend ist, da es dann für den Gegenstand der Erfindung möglich ist, eine größere Strombelastbarkeit bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur des keramischen supraleitenden Materials zu besitzen·

Das keramische supraleitende Material der ersten Struktur kann irgendein keramisches Material sein, welches supraleitende Eigenschaften hat, und es ist vorzugsweise ein solches Material, das ein-e kritische Temperatur besitzt, das heißt, es wird supraleitend bei einer Temperatur, welche nicht niedriger als die Temperatur ist, bei welcher flüssiger Stickstoff siedet» Nur als Beispiel eines solchen Materials können die erwähnten keramischen Oxide genannt werden, beispielsweise die Seltenerde-Barium-Kupfer-Oxide, z. B* Yttrium-Barium-Kupfer-Oxide, die Lanthan-Strontium-Kupfer-Oxide und die Wismut-Kalzium-Strontium-Kupfer-Oxide. Ein geeignetes Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid ist dasjenige mit der Zusammensetzung YBa₂Cu₃O_x, wobei χ zwischen 6,5 und 7,2 liegt. Solche keramischen supraleitenden Materialien können durch Bilden einer Mischung der Oxide der erforderlichen Elemente und/oder der Vorläufer für diese Oxide, z# B. Karbonate, in den erforderlichen Proportionen, Erwärmen der Mischung mit einer erhöhten Temperatur in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, z. B. bei einer Temperatur von 900 bis 950 C oder höher in Luft für eine Dauer in der Größenordnung von 12 bis 24 Stunden und anschließendem Abkühlen des

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so geformten keramischen Materials hergestellt werden· Das auf diese Weise geformte keramische supraleitende Material kann sich in der Form einer gesinterten Struktur befinden, welche, wenn es gewünscht ist, zerkleinert werden kann, um das Material in eine Teilchenform umzuwandeln·

Die erste Struktur des Gegenstandes der Erfindung kann aus dem keramischen supraleitenden Teilchenmaterial oder aus Öen Vorläufern davon durch Verfahren hergestellt werden, welche in der Keramik-Verarbeitungstechnik herkömmlich sind, beispielsweise durch Pulverpressen, durch isostatisches Pressen oder auch durch Schlickergießen· Beispielsweise können das keramische supraleitende Teilchenmaterial odor die Vorläufer davon in einer Form bei erhöhtem Druck und mit erhöhter Temperatur in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre in eine gewünschte Gestalt gepreßt werden, z· B« in Luft bei einer Temperatur der Größenordnung von 900 bis 950 ⁰C oder höher, um die Teilchen des keramischen Materials zusammenzusintern. Die auf diese Weise gesinterte Struktur kann in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre leicht p*f Umgebungstemperatur abgekühlt werden una während des Abkühlungsprozesses kann die Struktur getempert werden, beispielsweise bei einer Temperatur von annähernd 400 ⁰C bis 450 ⁰C, Bei einem alternativen Prozeß kann die Struktur durch Profilieren einer Zusammensetzung gebildet werden, welche das keramische supraleitende Teilchenmaterial oder die Vorläufer davon und ein organisches Material enthält, beispielsweise durch Extrudieren der Zusammensetzung in die Form eines Stabes oder durjh Kalandern der Zusammensetzung in die Form einer Folie oder eines Films. Danach kann das organische Material aus der auf diese Weise profilierten Struktur durch Erwärmen mit erhöhter Temperatur entfernt

werden, die Teilchen des keramischen Materials können gesintert werden, oder die Vorläufer können in das keramische supraleitende Material umgewandelt und gesintert werden, und die gesinterte Struktur kann nach dem zuvor beschriebenen Verfahren abgekühlt werden. Bei einem bevorzugten Prozeß wird die erste Struktur aus einer Zusammensetzung gebildet, die keramisches supraleitendes T_eilchenmaterial oder die Vorläufer davon, eine Flüssigkeit und ein organisches Material enthält, beispielsweise ein organisches Polymermaterial, das in der Flüssigkeit löslich oder dispergierbar ist« Eine solche Zusammensetzung wird bevorzugt, da sie leicht in eine Vielzahl der Profilierungen für die erste Struktur geformt werden kann.

Das Material der zweiten Struktur kann elektrisch leitend sein oder auch nicht, aber aus Gründen, auf die zuvor Bezug genommen wurde, ist es vorteilhafterweise elektrisch leitend, und es ist in vorteilhafter Weise ein Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Das Material, das im Fall eines Metalls eine Legierung aus zwei oder mehr Metallen sein kann, weist vorteilhafterweise eine elektrische Leitfähigkeit grö-

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ßer IO Ohm cm und insbesondere größer als 10 Ohm cm auf« Geeignete Metalle enthalten Nickel, Aluminium, Wolfram, Eisen, Platin, Silber und Kupfer.

Der Klebstoff, mit Hilfe dessen die ersten und zweiten Strukturen des Gegenstandes der Erfindung miteinander verbunden sind, kann elektrisch leitend sein oder auch nicht, aber er ist aus Gründen, auf die zuvor verwiesen wurde, vorzugsweise elektrisch leitend. Der Klebstoff kann ein organisches Material sein, das sich für eine Abbindung an einem festen harzhaltigen Material eignet« Beispielsweise kann der Kleb-

stoff ein vulkanisierbares Epoxidharz sein. Das organische Klebstoffmaterial kann elektrisch leitend sein, beispielsweise kann es mit Metallteilchen gefüllt sein. Es wird jedoch bevorzugt« daß der Klebstoff ein metallisches Material ist, welches selbst elektrisch leitend ist. Der Klebstoff kann ein relativ niedrig schmelzendes Weichlot sein, und eine solche Form des Klebstoffs ist insbesondere dort geeignet, wo die zweite Struktur selbst ein metallisches Material ist« Metallische Materialien in Form eines relativ niedrig schmelzenden Weichlotes und die als Klebstoff verwendet werden können, sind in der Technik gut bekannt.

Das Vorhandensein eines Klebstoffes und der zweiten Struktur in dem erfindungsgemäßen Gegenstand verschafft wesentliche Vorteile zusätzlich zu jenen, auf die bereits hingewiesen wurde. Deshalb haben die keramischen supraleitenden Materialien beispielsweise dann, wenn sie in Form einer Struktur vorliegen, die gesinterte Teilchen eines keramischen supraleitenden Materials enthalten, nicht eine solche Härte, die so groß wie gewünscht sein kann, insbesondere, wenn sie in Form einer Struktur mit kleinem Querschnitt vorliegen, und das Vorhandensein einer zweiten Struktur, die mit der ersten Struktur des supraleitenden keramischen Materials mittels eines Klebstoffs verbunden ist, verleiht eine vorteilhafte Erhöhung der Härte in der ersten Struktur«

Der Gegenstand der Erfindung kann eine Vielzahl unterschiedlicher Formen aufweisen, und die Erfindung i&t nicht auf einen Gegenstand mit einer bestimmten Form beschränkt. Beispielsweise kann der Gegenstand die Form eine., flächenhaf-

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ten Gegenstandes aufweisen, ζ« B. in Form einer Folie. Zur Herstellung einer solchen Struktur können eine flöchenhafte erste Struktur und/oder eine flächenhafte zweite Struktur mit einem Klebstoff in Berührung gebracht werden, und die Strukturen können mit dem Klebstoff zusammengebracht werden, welcher zwischen die Strukturen gebracht wird· Beispielsweise kann in dem Fall, in welchem die zweite Struktur metallisch ist, eine Oberfläche einer flächenhaften zweiten Struktur oder einer flächenhaften ersten Struktur oder beide mit flüssigem organischem Klebstoff oder mit einem metallischen Weichlot in flüssiger Form beschichtet werden, wobei die beschichteten Oberfläche(n) zusammengebracht werden können, und der flüssige organische Klebstoff oder das Weichlot bewirken oder erlauben eine Verfestigung· Die Struktur kann während des Aufbaues und vor der Verfestigung des flüssigen organischen Klebstoffes oder des Weichlotes verspannt werden, um eine gute Verbindung zwischen den planaren Oberflächen über deren vollständigen Bereich zu sichern.

Der Gegenstand der Erfindung kann in Form eines Drahtes oder Stabes vorliegen. Beispielsweise, kann eine erste Struktur eines keramischen supraleitenden Materials in Form eines Drahtes oder Stabes mit einem Klebstoff beschichtet werden, beispielsweise durch Ziehen des Drahtes oder Stabes durch ein Bad mit flüssigem organischem Klebstoff oder flüssigem W_eichlot, und der auf diese Weise beschichtete Draht oder Stab kann anschließend in die zweite Struktur eingebracht werden, welche die F-'orm eines Rohres aufweist, und der flüssige organische Klebstoff oder das Weichlot bewirken oder erlauben eine Verfestigung« Bei einer alternativen Bauweise kann eine erste Struktur in Form eines

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Drahtes oder Stabes in eine zweite Struktur in Form eines Rohres eingebracht werden, wobei der flüssige organische Klebstoff oder das flüssige Lot in den ringförmigen Raum zwiochen den ersten und zweiten Strukturen eingebracht werden können, und wobei der flüssige organische Klebstoff oder das W_oichlot eine Verfestigung bewirken oder erlauben können.

Die Abmessungen der ersten und zweiten Strukturen und damit dee Gegenstandes der Erfindung können über einen beträchtlichen Bereich verschieden sein und sie können aus einer Vielzahl von Gründen unterschiedlich sein« Ein Faktor, der sich auf diese Abmessungen stützt, ist die Strombelastbarkeit, welche in der supraleitenden ersten Struktur bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur erforderlich ist, und die Strombelastbarkeit, welche in der zweiten Struktur und/oder in der ersten Schicht bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur erwünscht ist. Der Einfachheit halber und eines Beispiels wegen wird vorausgesetzt, daß im Betriebsfall der elektrische Strom bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur im wesentlichen vollständig durch die zweite Struktur geführt wird, und daß ein kleiner oder kein Strom durch den Klebstoff geführt wird.

Oe größer im allgemeinen der Querschnittsbereich der Strukturen ist, desto größer ist die gewünschte Strombelastbarkeit, Dort, wo der Gegenstand der Erfindung in Form eines Krahtes oder Stabes vorliegt, kann die erste Struktur einen Durchmesser aufweisen, der sich zwischen wenigen Mikrometern und mehreren tausend Mikrometern verändert.

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beispielsweise von 10 Mikrometern bis zu 5000 Mikrometern, obwohl diese Durchmesser nur beispielhaft sind und keine Einschränkung bedeuten. Dort, wo der Gegenstand in Form eines Drahtes oder Stabes vorliegt, kann die zweite Struktur in Form eines Rohres ebenso eine Wanddicke aufweisen, die zwischen wenigen Mikrometern und mehreren tausend Mikrometern veränderlich ist, z« B, von 10 Mikrometern bis zu 5000 Mikrometern« Dort, wo der Gegenstand der Erfindung in Form einer flächenhaften Struktur vorliegt, können die ersten und zweiten Strukturen dieselben Dicken aufweisen entsprechend dem Durchmesser des Drahtes oder Stabes der ersten Struktur und der Dicke der Wände der röhrenförmigen zweiten Struktur, auf die oben verwiesen wurde«

Die Dicke der Klebstoffschicht kann über einen weiten Bereich einfach verändert werden, sie weist jedoch im allgemeinen eine Dicke auf, die ausreichend ist, um eine angemessene Verbindung zwischen den ersten und zweiten Strukturen zu bilden«

Ausführungsbeispiele

Eine Tei lchenmischung aus BaCO₃, CuO und Y₂^x ^miit ^^ΘΠ ^⁸" wichtsverhältnxssen 52,9 : 32,0 : 15,1 wurde zusammen mit Ethanol in einen Kunststoffbehälter gefüllt, und die Mischung wurde gemischt und in der Schwingmühle unter Verwendung von Zirkonerde als Schleifmedium zerkleinert. Die Mischung wurde aus dem Kunststoffbehälter entfernt und in einem rotierenden Verdampfungsapparat getrocknet und anschließend in einem Ofen in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 900 ⁰C während einer Dauer von 12 Stunden

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erwärmt. Die Mischung wurde anschließend dem Ofen entnommen und erneut unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zerkleinert, bis das sich dabei ergebende Teilchenmaterial einen Oberflächenbereich aufwies, der nach dem BET-Verfahren im Bereich von 1 bis 6 mg ~ gemessen wurde. Das aus Teilchen bestehende Material wies eine Teilchengröße im Bereich von 0,001 bis 5 Mikrometer auf und bestand aus einer Zusammensetzung, die mittels der Röntgenbeugung bestimmt wurde, von YBa₀Cu,O . Das von der Thermogravimetrie angegebene χ wies einen Wert von 6,9 auf«

Es wurden 100 Gewichtsteile des T_eilchenmaterials mit eieben Gewichtsteilen Polyvinylbutyral und mit 10,5 Gewichtsteilen Zyklohexanon gemisoht, und die dickflüssige Zusammensetzung wurde wiederholt durch den Walzenspalt zwischen den Walzen einer Zwillingswalzenmühle bei Umgebungstemperatur geleitet«

Die Zusammensetzung, welche an einer der Walzen der Mühle haften geblieben ist, wurde wiederholt von der Walze entfernt, um einen rechten Winkel gedreht und durch den Walzenspalt zurückgeleitet, um auf diese Waise eine homogen gemischte Zusammensetzung herzustellen* Während des Mischverfahrens in der Zwillingswalzenmühle wird etwas von dem Zyklohexanon verdampft. Die Schicht, die in der Zwillingswax^enmühle hergestellt wurde, wurde aus der Mühle entfernt, in kleine Stücke zerhackt, in eine Kolbenstrangpresse gefüllt und in Form eines Drahtes mit einem Durchmesser von lmm stranggepreßt. Dur Draht wurde anschließend in einem Ofen bei 80 ⁰C erwärmt, um das Zyklohexanon zu verdampfen, dann bei 450 C für die Dauer von 60 Minuten weiter erwärmt, um das Polyvinylbutyral abzubrennen, und schließlich wurde der

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Draht in einer Sauerstoff atmosphäre bei 920 C für die Dauer von 12 Stunden erwärmt, um die Teilchen des supraleitenden Materials zu sintern, und der Ofen einschließlich des Inhaltes wurde danach bis 400 C in einer Sauerstoffatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 1 C pro Minute abgekühlt. Die Temperatur des Ofens wurde dann bei 400 ⁰C für die Dauer von 10 Stunden aufrechterhalten und schließlich wurde sie mit einer Geschwir tür abgekühlt,

einer Geschwindigkeit von 1 C min" auf Umgebungstempera-

Der Draht des supraleitenden Materials wurde in eineKupferrohr mit einem inneren Durchmesser von 2 mm und einem äußoren Durchmesser von 3 mm eingebracht, uno in den ringförmigen Raum zwischen den Draht und das Rohr wurde bei einer Temperatur von 80 C geschmolzenes Woodi bracht und eine Verfestigung ermöglicht,

Temperatur von 80 C geschmolzenes Woodsches Metall einge-

Der auf diese Weise hergestellte Gegenstand wies, wie ermittelt, Supraleitung auf, wenn eine Kühlung in flüssigem Stickstoff erfolgt, und darüber hinaus ist dor Gegenstand bei Umgebungstemperatur elektrisch leitend.

Claims

Patentansprüche

1-, Gegenstand mit supraleitenden Eigenschaften« gekennzeichnet durch eine erste Struktur eines keramischen supraleitenden Materials und eine zweite Struktur, die mit der ersten Struktur mittels eines Klebstoffes verbunden ist, in welchem von dem Klebstoff und der zweiten Struktur entweder das eine oder das andere oder beide elektrisch leitend sind«

2· Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß die erste Struktur gesinterte Teilchen des keramischen supraleitenden Materials enthält·

3r Gegenstand nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet« daß die zweite Struktur elektrisch leitend ist«

Αφ Gegenstand nach irgendeinem d-ar Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet« daß das keramische supraleitende Material eine kritische Temperatur aufweist, weiche nicht niedriger ist als die Temperatur« bei welcher der flüssige Stickstoff siedet.

5« Gegenstand nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet« daß das keramische Material keramische Oxide umfaßt,,

6. Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Oxid eine Formel YBa₅Cu₀O hat, wobei χ zwischen 6,5 und 7,2 liegt«

7, Gegenstand nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, daß die erste Struktur aur einer Zusammensetzung gebildet ist« die aus keramischem supraleitendem Toilchenmaterial, einer Flüssigkeit und einem organischen Polymermaterial besteht« das in der Flüssigkeit löslich oder dispergierbar ist.

8« Gegenstand nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7« dadurch gekennzeichnet« daß die zweite Struktur aus einem Metall oder einer Legierung aus zwei oder mehr Metallen hergestellt ist«

9« Gegenstand nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine elektrische Leitfähigkeit >1O⁵ Ohm" ¹Cm" ¹^

10« Gegenstand nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet» daß der Klebstoff ein metallisches Material ist« welches elektrisch leitend ist·

11» Gegenstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet« daß der Klebstoff ein niedrigschmelzendes Weichlot ist«

12· Gegenstand nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine flächenhafte Form·

13· Gegenstand nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet« daß dieser in Form eines Drahtes oder Stabes vorliegt, bestehend aus einer ersten Drahtoder Stabstruktur und einer zweiten Struktur in Form eines Rohres·

14« Gegenstand nach Anspruch 13« dadurch gekennzeichnet, daß

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die erste Struktur einen Durchmesser in dem Bereich von IO bis 5000 Mikrometer aufweist«

15· Gegenstand nach den Ansprüchen 13 oder 14« dadurch gekennzeichnet« daß die zweite Struktur eine Wanddicke von 10 bis 5000 Mikrometer aufweist.