DD289369A5

DD289369A5 - Hochtemperatur-supraleiter

Info

Publication number: DD289369A5
Application number: DD89334873A
Authority: DD
Inventors: Sylvia Rohr; Gerhard Eckart; Roland Mueller
Original assignee: Zi F. Festkoerperphysik U. Werkstofforschung Der Adw,De; Tu Dresden,De
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1991-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochtemperatur-Supraleiter, der beispielsweise fuer Magnete, elektrische Maschinen, Energieuebertragungskabel und bei mikroelektronischen Schaltkreisen anwendbar ist. Der Leiter besteht aus einem Traegermaterial, einer hochtemperatur-supraleitenden Schicht und einer dielektrischen Zwischenschicht aus ZrO2. Erfindungsgemaesz ist die hochtemperatur-supraleitende Schicht unter Vermeidung einer als Diffusionsbarriere dienenden Schicht unmittelbar auf einer amorphen oder teilkristallinen, mittels Plasmaspritzen auf das Traegermaterial aufgetragenen 5 bis 150 mm dicken ZrO2-Zwischenschicht aufgebracht. Diese Zwischenschicht bewirkt eine gute Haftung der Leiterteile untereinander und bildet eine sichere und inerte Diffusionsbarriere.{Hochtemperatur-Supraleiter; Magnete; Energieuebertragungskabel; Schaltkreis; Traegermaterial; supraleitende Schicht; Zwischenschicht; ZrO2; Diffusionsbarriere; Haftschicht}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und betrifft einen Hochtemperatur-Supraleiter, der beispielsweise für Magnete, elektrische Maschinen, Energieübertragungskabel und bei mikroelektronischen Schaltkreisen anwendbar ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind bereits in unterschiedlicher Weise aufgebaute Hochtemperatur-Supraleiter bekannt. Bei einem dieser bekannten Leiter sind auf einem Trägermaterial aus Saphir oder MgO eine mittels Sol-Gel-Technik aufgebrachte haftvermittelnde dielektrische Zwischenschicht aus ZrO₂ und darauf eine Ag-Schicht angeordnet. Auf der Ag-Schioht befindet sich die hochtemperatursupraleitende Schicht. Die Ag-Schicht dient als Diffusionsbarriere zur Vermeidung chemischer Wechselwirkungen zwischen Trägermaterial und supraleitender Schicht und wird mittels Sputtern aufgebracht.

Das Aufbringen der Ag-Schicht stellt einen zusätzlichen, aufwendigen technologischen Schritt dar, der sich - auch wegen des Ag-Preises - ungünstig auf die Kosten der Erzeugnisse auswirkt. Ein Mangel der mittels Sol-Gel-Technik aufgebrachten ZrO₂-SChIcIu besteht darin, daß diese auf dem Trägermaterial nur ungenügend haftet. Außerdem tritt in nachteiliger Weise bei der Wärmebehandlung eine Schwindung der Schicht ein.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Voraussetzungen für eine kostengünstige Herstellung von Hochtemperatur-Supraleitern mit hohem Gebrauchswert.

Darlegung des Wesen:« der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Hochtemperatur-Supraleiter mit einer von einem Trägermaterial getragenen hochtemperatur-supraleitenden Schicht und einer haftvermittelnden dielektrischen Zwischenschicht aus ZrO₂ so auszubilden, daß ein haftfester Verbund der supraleitenden Schicht mit beliebigem Trägermaterial gewährleistet ist und dabei Wechselwirkungen zwischen Trägermaterial und supraleitender Schicht weitgehend ausgeschlossen sind. Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die hochtemperatur-supraleitende Schicht unter Vermeidung einer als Diffusionsbarriere dienenden Schicht unmittelbar auf einer amorphen oder teilkristallinen, mittels Plasmaspritzen auf das Trägermaterial aufgetragenen 5 bis 150pm dicken ZrOrZwischenschicht aufgebracht ist.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung enthält die mittels Plasmaspritzen aufgetragene ZrOrZwischenschicht zusätzlich bis 15 Massenanteile in % Y₂O₃ und/oder bis 30 Massenanteile in % MgO. Vorteilhaft ist es, wenn die Porosität der ZrO^Zwischenschicht <30% ist. Da? Trägermaterial besteht zweckmäßigerweise aus einem Metall, einer Metallegierung oder aus einem oxidkeramischen Werkstoff, vorzugsweise aus AI₂O₃, SiO₂ oder MgO.

Die erfindungsgemäß vorgesehene, mittels Plasmaspritzen aufgebrachte ZrO₂-Zwischenschicht zeichnet sich gegenüber einer in bekannter Weise mittels Sol-Gel-Technik aufgebrachten ZrO₂-Zwischenschicht dadurch aus, daß während der Wärmebehandlung keine Schwindung der Schicht auftritt, sondern bereits bei der Abscheidung ein haftfester, nahezu dichter Verbund mit dem Trägermaterial entsteht. Vorteilhaft ist auch, daß eine Zr-Diffusion aus der erfindungsgemäß vorgesehenen Zwischenschicht nicht stattfindet, wodurch die vom Stand der Technik her bekannte Ag-Diffusionsbarriere entfallen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß als Trägermaterial auch solche Werkstoffe verwendbar sind, deren Anwendung bisher problematisch ist, wie beispielsweise Cu. Das ergibt sich aus der Tatsache, daß Wechselwirkungen von Trägermaterial und hochtemperatur-supraleitender Schicht mit der mittels Plasmaspritzen aufgebrachten ZrO₂-Zwischenschicht sicher vermieden werden.

-2- 289 369 Ausführungsbeispiel Die Erfindung ist nachstehend anhand von zwei Ausführungsbsispielen näher erläutert.

Beispiel 1 Auf einem Trägermaterial aus AI₂O₃ mit annähernd 4 Massenanteilen in % Zusätzen aus SiO₂, TiO₂, Fe₂O₃ und MnO sowie der Abmessungen 3 χ 1G x 30 mm³ befindet sich eine'! OO μπι dicke (ZrO₂ + MgO) (75/25)-Schicht, die mittels Plasmaspritzen

aufgebracht ist. Auf dieser Schicht ist eine 150 μιη dicke hochtemperatur-supraleitende Schicht aus Y-Ba-CuO angeordnet. Diese

Schicht weist ein T_c, von 92 K und ein T_c0 von 89K auf. Zur Herstellung dieses Bauelements werden beim Plasmaspritzen zum Erzeugen der Zwischenschicht auf dem Trägermaterial

folgende Parameter angewandt: I = 50OA, U = 55V, Plasmagas = Ar + H₂,50l/min, Spritzabstand 130mm. Das

Ausgangsmaterial für die hochtemperatur-supraleitende Schicht wird ebenfalls mittels Plasmaspritzen aufgebracht. Das so

beschichtete Trägermaterial wird abschließend einer Wärmebehandlung bei 890^cC/1 h/O₂ sowie nachfolgend bei 450°C/10 h/O₂unterzogen.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel ist als Trägermaterial Cu mit den Abmessungen 1 χ 40 χ 60mm verwendet. Auf diesem befindet sich eine 30 pm dicke (ZrO₂ + MgO) (75/25)-Srhicht, die mittels Plasmaspritzen aufgebracht ist. Eine darauf angeordnete hochtemperatursupraleitende Schicht gleicht der im Baispiel 1 beschriebenen, ist jedoch nur 100 μπι dick.

Die Herstellung dieses Bauelements ist nach der im Beispiel 1 beschriebenen Technologie erfolgt, wobei abweichend davon beim Erzeugen der Zwischenschicht ein Spritzabstand von 150mm angewandt und die Wärmebehandlung bei 920°C/1 h/Luft sowie nachfolgend bei 350°C/20 h/O₂ durchgeführt wurde.

Claims

1. Hochtemperatur-Supraleiter mit einer von einem Trägermaterial getragenen hochtemperatursupraleitenden Schicht und einer haftvermittelnden dielektrischen Zwischenschicht aus ZrO₂, dadurch gekennzeichnet, daß die hochtemperatur-supraleitende Schicht unter Vermeidung einer als Diffusionsbarriere dienenden Schicht unmittelbar auf einer amorphen oder teilkristallinen, mittels Plasmaspritzen auf das Trägermaterial aufgetragenen 5 bis 150Mm dicken ZrO₂-Zwischenschicht aufgebracht ist.

2. Hochtemperatur-Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels Plasmaspritzen aufgetragene ZrOrZwischenschicht zusätzlich bis 15 Massenanteile in % Y₂O₃ und/oder bis 30 Massenanteile in % MgO enthält.

3. Hochtemperatur-Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität der ZrOrZwischenschicht <30% ist.

4. Hochtemperatur-Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels Plasmaspritzen aufgetragene ZrOrZwischenschicht auf ein Trägermaterial aufgebracht ist, das aus einem Metall oder einer Metallegierung oder auseinem oxidkeramischen Werkstoff besteht.

5. Hochtemperatur-Supraleiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial AI₂O₃, SiO₂ oder MgO ist.