DD296180A5

DD296180A5 - Verfahren zur Herstellung von Hochtemperatur-Supraleitendem Draht oder Band

Info

Publication number: DD296180A5
Authority: DD
Publication date: 1991-11-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochtemperatur-supraleitendem Draht oder Band, bestehend aus einem metallischen Mantel und einem darin befindlichen Kern aus hochtemperatur-supraleitendem Werkstoff. Bei der Herstellung wird in einen Mantel aus Ag oder aus einem anderen metallischen Werkstoff mit hohem Diffusionskoeffizienten fuer Sauerstoff ein pulverfoermiger Supraleiterwerkstoff, der hochtemperatur-supraleitende Eigenschaften besitzt oder diese nach einer Waermebehandlung in Sauerstoff oder sauerstoffhaltiger Atmosphaere annimmt, eingebracht. Danach wird dieser Verbund mittels Kaltumformverfahren umgeformt. Erfindungsgemaesz werden dem pulverfoermigen Supraleiterwerkstoff 0,1 bis 10 Masseanteile in % eines pulverfoermigen Zusatzes zugemischt, der aus einem Werkstoff hergestellt ist, welcher weicher als der Supreleiterwerkstoff ist.{Hochtemperatur-Supraleiter; Draht; Band; Metallmantel; Silber; Supraleiterwerkstoff, pulverfoermig; Kern; Kaltumformung; Zusatz, pulverfoermig; Zusatz, weich}

Description

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hochtemperatur-Supraleiter weisen gegenüber den in bekannter Weise nach dem Kerndrahtverfahren hergestellten Leitern in überraschender Weise beträchtlich höhere Werte für die kritische Stromdichte auf. Dabei sind j_c-Werte von 5000 A/cm² und darüber hinaus erreichbar. Wodurch dieser Erfolg eintritt, ist wissenschaftlich-technisch nicht sicher erklärbar. Möglicherweise bewirkt der weiche pulverförmige Zusatz, daß sich die Körner des pulverförmigen Supraleiterwerkstoffs während der Kaltumformung des Verbunds mit ihrer a-b-Ebene in die Verformungsrichtung des Drahtes oder Bandes eindrehen. Damit würde in vorteilhafter Weise die hohe Anisotropie der Stromdichte zwischen der c-Achse und den a- und b-Achsen der Kristallite der Supraleiterverbindungen ausgenutzt.

Ausführungsbeispiel

Zur Herstellung einer YBaCuO-Verbindung wird ein in der stöchiometrischen Zusammensetzung gemischtes Pulver der Ausgangssubstanzen Y₂O₃, CuO und BaCO₃ verwendet. Für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet man abweichend von der festgelegten atomaren Zusammensetzung (Y₁Ba₂Cu₃) 5 Massenanteile in % BaCO₃ weniger für die Pulvermischung. Diese Mischung wird bei 950°C/45h an Luft geglüht, um das in der Mischung vorhandene BaCO₃ZUr Reaktion zu bringen. Anschließend wird das Pulver zu einer Ausgangskorngröße von D_m = 9μηι aufgemahlen. Diese Pulvermischung wird mit 5 Massenanteilen in % metallischem Barium einer Korngröße von D_m = 9μιη innig gemischt und anschließend einer Sauerstoffglühung 400-600°C —4h mit anschließender langsamer Ofenabkühlung von 50 bis 100°C/h unterzogen. Die Pulvermischung wird in einseitig verschlossene Silberrohre 8 χ 1,5mm gefüllt, durch Klopfen verdichtet und mit einem Silberstopfen verschlossen. Das Silberrohr wird vor der Verwendung einer Rekristallisationsgiü hung 500°C/1 h/Luft unterzogen. Die ersten Verformungsschritte von 8 an 6mm 0 werden über Hämmern realisiert, die weiteren Verformungsschritte erfolgen über Ziehen mit einem Verformungsgrad η = 20% pro Ziehstein. Der an 1 mm 0 gezogene Draht wird einer Schlußwa'rmebehandlung 910°C-2h-/₂ langsame Ofenabkühlung 100°C/h und nochmaligen Halten bei 500°C-2h-langsamem Ofenabkühlung 100°C/h unterzogen. Der fertige hochtemperatur-supraleitende Draht weist Stromdichtewerte j_c im Bereich von 5000 A/cm² auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von hochtemperatur-supraleitendem Draht oder Band, bei dem in einen Mantel aus Ag oder aus einem anderen metallischen Werkstoff mit hohem Diffusionskoeffizienten für Sauerstoff ein pulverförmiger Supraleiterwerkstoff, der hochtemperatur-supraleitende Eigenschaften besitzt oder diese nach einer Wärmebehandlung in Sauerstoff oder sauerstoffhaltiger Atmosphäre annimmt, eingebracht wird und bei dem dieser Verbund mittels Kaltumformverfahren umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem pulverförmigen Supraleiterwerkstoff 0,1 bis 10 Massenanteile in % eines pulverförmigen Zusatzes zugemischt werden, der aus einem Werkstoff besteht, welcher weicher als der Supraleiterwerkstoff ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz aus Ag, Cu, Au, Sn, Pb, Bi, Cd, In oder Ba oder aus einer Legierung dieser Metalle besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz aus einem Metall oder einer Metallegierung besteht, das bzw. die auch ein Bestandteil des pulverförmigen Supraleiterwerkstoffs ist, wobei ein mit diesem Metall oder mit dieser Metallegierung entsprechend untergattierter Supraleiterwerkstoff verwendet wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und betrifft die Herstellung von hochtemperatur-supraleitendem Draht oder Band, bestehend aus einem metallischen Mantel und einem darin befindlichen Kern aus hochtemperatursupraleitendem Werkstoff.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind Hochtemperatur-Supraleiter auf der Basis von Bi Sr Ca Cu O oder SE-BA Cu O, wobei SE das Element Y oder ein anderes zur Gruppe der seltenen Erden gehörendes Element ist, mit Sprungtemperaturen über der Siedetemperatur des flüssigen Stickstoffs bekannt.

Die Herstellung von Drähten erfolgt mittels des Kerndrahtverfahrens. Hierbei werden Silberrohre bzw. Rohre aus anderen Metallen mit hohen Diffusionskoeffizienten für Sauerstoff mit Hochtemperatur-Supraleiterpulver gefüllt und über Ziehen ohne oder mit Zwischenglühungen zu einem Drahtdurchmesser von < 1 mm verarbeitet. Zur Herstellung von Mehrkernleitern werden mehrere dieser Drähte in einem Abmessungsbereich < 1 mm gebündelt, in einem, Hüllwerkstoff, einem Metallrohr, deponiert und über Ziehen zu einem Multifilament-Draht verarbeitet. Eine anschließende Schlußwärmebehandlung des fertigen Drahtes zur Ausheilung von Gitterfehlern bzw. Gitterstörungen und zur Wiedereinstellung der optimalen Sauerstoffstöchiometrie in diesen Verbindungen erfolgt im Temperaturbereich von 900-950⁰C bzw. bei 400-600⁰C unter GyAtmosphäre mit anschließender langsamer Abkühlung im Ofen. Die T_c-Werte dieser Supraleiter liegen über der Siedetemperatur des flüssigen Stickstoffs und stellen damit einen wesentlichen Vorteil gegenüber den bisher bekannten A15-Phasen-Supraleitern dar, da der Kühlaufwand zur Erreichung des supraleitenden Zustandes wesentlich geringer ist. Die bisher erreichten Stromdichten von etwa 1 000 A/cm² bei 77 K sind allerdings für eine praktische Anwendung zu gering.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Voraussetzungen für die Herstellung von hochtemperatur-supraleitendem Draht oder Band mit verbesserten Gebrauchseigenschaften nach dem Kerndrahtverfahren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von hochtemperatur-supraleitendem Draht oder Band, bei der in einen Mantel aus Ag oder aus einem anderen metallischen Werkstoff mit hohem Diffusionskoeffizienten für Sauerstoff ein pulverförmiger Supraleiterwerkstoff eingebracht wird und bei der dieser Verbund mittels Kaltumformverfahren umgeformt wird, so zu gestalten, daß wesentlich höhere Strom dichtewerte als 1 000 A/cm² erreicht werden. Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß dem pulverförmigen Supraleiterwerkstoff 0,1 bis 10 Massenanteile in % eines pulverförmigen Zusatzes zugemischt werden, der aus einem Werkstoff hergestellt ist, welcher weicher als der Supraleiterwerkstoff ist. Vorzugsweise wird dabei ein Zusatz verwendet, der aus Ag, Cu, Au, Sn, Pb, Bi, Cd, In oder Ba oder aus einer Legierung dieser Metalle besteht. Zweckmäßig ist es, einen Zusatz zu verwenden, der aus einem Metall oder einer Metallegierung besteht, das bzw. die selbst Bestandteil des pulverförmigen Supraleiterwerkstoffs ist, wobei in einem solchen Fall ein mit diesem Metall oder mit dieser Metallegierung entsprechend untergattierter Supraleiterwerkstoff verwendet wird. Bei der Schlußwärmebehandlung werden dann die in metallischer Form vorliegenden Zusätze in das Kristallgitter des Supraleiterwerkstoffs eingebaut, z. B. Bi in BiSrCaCuO oder Ba YBaCuO.