DE102004060615B4

DE102004060615B4 - superconductor composite

Info

Publication number: DE102004060615B4
Application number: DE102004060615A
Authority: DE
Inventors: Martino Dr. Leghissa; Marijn Pieter Dr. Oomen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: DE102004060615A1

Abstract

Bandförmiger, einstückiger Hybridsupraleiter mit einem sich in seiner Längsrichtung ersteckenden Supraleiterverbund
– aus einem bandförmigen Multifilament-Supraleiter, der mehrere in eine stabilisierende Matrix aus normalleitendem Material eingebettete supraleitende Leiteradern aus Hoch-T_c-Supraleitermaterial vom BSCCO-Typ aufweist,
und
– aus einem weiteren bandförmigen Supraleiter mit anderem Supraleitermaterial,
wobei die beiden Supraleiter auf einer Flachseite des Multifilament-Supraleiters zumindest abschnittweise in der Längsrichtung des Verbundes mechanisch und elektrisch aneinander gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine weitere Supraleiter als ein bandförmiger Schicht-Supraleiter (7a, 7b) ein Trägerband (8) und eine Schicht (9) aus einem Hoch-T_c-Supraleitermaterial vom YBCO-Typ aufweist, wobei die Schicht (9) der Flachseite (6a, 6b) des Multifilament-Supraleiters (3) zugewandt ist.Band-shaped, one-piece hybrid superconductor with a superconducting composite which extends in its longitudinal direction
A ribbon-shaped multifilament superconductor having a plurality of BSCCO type superconducting conductor cores embedded in a stabilizing matrix of normal conducting material, of high T _c superconducting material;
and
From another strip-shaped superconductor with another superconducting material,
wherein the two superconductors on a flat side of the multifilament superconductor are at least in sections in the longitudinal direction of the composite mechanically and electrically joined together, characterized in that the at least one further superconductor as a band-shaped layer superconductor (7a, 7b) a carrier tape (8) and a layer (9) of a high-T _c superconducting material of the YBCO type, the layer (9) facing the flat side (6a, 6b) of the multifilament superconductor (3).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bandförmigen, einstückigen Hybridsupraleiter mit einem sich in seiner Längsrichtung erstreckenden Supraleiterverbund aus einem bandförmigen Multifilament-Supraleiter, der mehrere in eine stabilisierende Matrix aus normalleitendem Metall eingebettete supraleitende Leiteradern aus Hoch-T_c-Supraleiter Material vom BSCCO-Typ aufweist, und aus einem weiteren bandförmigen Supraleiter mit anderem Supraleitermaterial, wobei die beiden Supraleiter auf einer Flachseite des Multifilament-Supraleiters zumindest abschnittweise in der Längsrichtung des Verbundes mechanisch und elektrisch aneinander gefügt sind. Unter einem Supraleiterverbund ist dabei eine Zusammensetzung aus verschiedenen Typen von Supraleitern zu verstehen. Ein Hybridsupraleiter mit einem entsprechenden Supraleiterverbund geht aus der DE 101 17 370 C2 hervor.The invention relates to a ribbon-shaped, one-piece hybrid superconductor having a longitudinally extending superconductor composite of a multifilamentary tape superconductor having a plurality of superconducting conductor cores of high-T _c superconducting material of BSCCO type embedded in a stabilizing matrix of normal conductive metal , And from a further strip-shaped superconductor with other superconducting material, wherein the two superconductors are mechanically and electrically joined together on a flat side of the multifilament superconductor at least in sections in the longitudinal direction of the composite. Under a superconductor composite is to understand a composition of different types of superconductors. A hybrid superconductor with a corresponding Supraleiterverbund goes out of the DE 101 17 370 C2 out.

Seit langem sind metallische Supraleitermaterialien wie NbTi oder Nb₃Sn bekannt, die wegen ihrer niedrigen Sprungtemperatur T_c eine He-Kühltechnik erfordern. Diese Materialien werden deshalb auch als Niedrig(Low)-T_c-Supraleitermaterialien oder LTS-Materialien bezeichnet. Seit 1987 sind auch supraleitende Metalloxidverbindungen mit hohen Sprungtemperaturen T_c von über 77 K bei Normaldruck bekannt, die deshalb auch als Hoch(High)-T_c-Supraleitermaterialien oder HTS-Materialien bezeichnet werden und insbesondere eine Flüssig-Stickstoff(LN₂)-Kühltechnik erlauben. Unter solche Metalloxidverbindungen fallen insbesondere Cuprate aus zwei Materialfamilien, nämlich vom Typ der Bi-Cuprate und der Y-Cuprate, für die nachfolgend die Bezeichnung "BSCCO-Typ" bzw. "YBCO-Typ" verwendet wird. Die erstgenannte Familie BSCCO umfasst dabei mindestens fünf verschiedene Komponenten, nämlich Bi oder ein äquivalentes Element wie Tl, zwei verschiedene Erdalkalimetalle, Cu und O. Ein Hauptvertreter dieser Familie ist (Bi, Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x, das sogenannte BPSCCO, mit einer Sprungtemperatur T_c von etwa 110 K. Die Familie vom YBCO-Typ umfasst mindestens vier Komponenten, nämlich eine Seltene Erde wie z. B. das Y oder eine äquivalente Komponente, ein Erdalkalimetall, Cu und O. Hauptvertreter dieser Familie ist das YBa₂Cu₃O_x, das sogenannte YBCO, mit einer Sprungtemperatur T_c von etwa 92 K.For a long time, metallic superconductor materials such as NbTi or Nb ₃ Sn are known, which require a He-cooling technique because of their low transition temperature T _c . These materials are therefore also referred to as low-T _c superconductor materials or LTS materials. Since 1987, superconducting metal oxide compounds with high transition temperatures T _c of more than 77 K at normal pressure are known, which are therefore also referred to as high (high) -T _c superconductor materials or HTS materials, and in particular a liquid nitrogen (LN ₂ ) cooling technique allow. Among such metal oxide compounds, cuprates in particular fall from two families of materials, namely the type of Bi-cup rate and the Y-cup rate, for which the term "BSCCO type" or "YBCO type" is used below. The former family BSCCO comprises at least five different components, namely Bi or an equivalent element such as Tl, two different alkaline earth metals, Cu and O. A main member of this family is (Bi, Pb) ₂ Sr ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _x , the so-called BPSCCO, with a transition temperature T _c of about 110 K. The family of YBCO type comprises at least four components, namely a rare earth such. The main representative of this family is the YBa ₂ Cu ₃ O _x , the so-called YBCO, with a transition temperature T _c of about 92 K.

Leiter aus solchen HTS-Materialien, wie sie für Transformator-, Motor und Magnetwicklungen vorgesehen werden, weisen insbesondere eine Bandform auf. Dabei sind zwei verschiedene Ausführungsformen konzipiert:

a) Zum einen fallen unter den BSCCO-Typ besondere BPSCCO-Multifilamentbänder mit normalleitender Matrix. Entsprechende Bänder weisen im Allgemeinen mehrere in eine stabilisierende Matrix aus Ag oder einer Ag-Legierung eingebettete supraleitende Leiteradern aus dem HTS-Material (Bi, Pb)₂Ca₂Sr₂Cu₃O_x auf (vgl. z. B. "IEEE Transactions on Applied Superconductivity", Vol. 5, No. 2, Juni 1995, Seiten 1145 bis 1149 oder 1258 bis 1261). Entsprechende bekannte Bandleiter lassen sich so ausbilden, dass sie gegen einen Überstrom hinreichend stabil sind, d.h. eine gute elektrische Stabilisierung besitzen. Sie können gut handhabbar sein, haben jedoch eine verhältnismäßig geringe mechanische Festigkeit von beispielsweise 100 MPa und auch nur eine begrenzte Stromdichte. Ein konkretes typisches Beispiel eines solchen Bandleiters hat einen Querschnitt von 4 × 0,2 mm² und trägt im Eigenfeld bei 77 K etwa 100 A, was einer Stromdichte von 125 A/mm² entspricht.
b) Zum anderen sind Bandleiter mit HTS-Material vom YBCO-Typ bekannt, die ein metallisches Trägerband wie z. B. aus Stahl aufweisen, auf dem eine Schicht aus dem HTS-Material wie z. B. YBa₂Cu₃O_x abgeschieden ist (vgl. z. B. WO 00/46863 A). Solche auch als "Coated conductors" bezeichnete Schicht-Supraleiter haben deutlich bessere Festigkeitswerte als die vorerwähnten Multifilament-Bänder mit BSCCO-Material, z. B. von etwa 400 MPa, und außerdem eine höhere Stromdichte. Ein typisches Beispiel eines solchen bandförmigen Schicht-Supraleiters hat einen Querschnitt von 4 × 0,1 mm² und trägt bei 77 K im Eigenfeld 100 A, was einer Stromdichte von 200 A/mm² entspricht. Solche Schicht-Supraleiter können jedoch praktisch keinen Überstrom tragen, da sie un- bzw. unterstabilisiert sind. Außerdem ist ihre verhältnismäßig dünne Supraleiterschicht empfindlich gegen mechanische Beschädigungen.

Conductors made of such HTS materials as provided for transformer, motor and magnet windings have in particular a band shape. There are two different embodiments designed:

a) On the one hand, the BSCCO type includes special BPSCCO multifilament tapes with a normal conducting matrix. Corresponding ribbons generally have a plurality of superconducting conductor cores embedded in a stabilizing matrix of Ag or an Ag alloy of the HTS material (Bi, Pb) ₂ Ca ₂ Sr ₂ Cu ₃ O _x (compare, for example, "IEEE Transactions on Applied Superconductivity ", Vol. 5, No. 2, June 1995, pages 1145 to 1149 or 1258 to 1261). Corresponding known strip conductors can be designed so that they are sufficiently stable against an overcurrent, ie have good electrical stabilization. They can be handled well, but have a relatively low mechanical strength, for example, 100 MPa and even a limited current density. A concrete typical example of such a strip conductor has a cross-section of 4 × 0.2 mm ² and carries approximately 100 A in its own field at 77 K, which corresponds to a current density of 125 A / mm ² .
b) On the other hand, strip conductors with HBC material of the YBCO type are known, which comprise a metallic carrier tape such as, for B. steel, on which a layer of the HTS material such. B. YBa ₂ Cu ₃ O _{x is} deposited (see, for example, WO 00/46863 A). Such coated superconductors, also referred to as "coated conductors", have significantly better strength values than the abovementioned multifilament tapes with BSCCO material, e.g. B. of about 400 MPa, and also a higher current density. A typical example of such a band-shaped layer superconductor has a cross-section of 4 × 0.1 mm ² and carries 100 A at 77 K in its own field, which corresponds to a current density of 200 A / mm ² . However, such layer superconductors can carry practically no overcurrent because they are unsupported or unterabilized. In addition, their relatively thin superconductor layer is sensitive to mechanical damage.

Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit der erstgenannten Multifilament-Bandleiter mit HTS-Material vom BSCCO-Typ hat man dünne Stahlbänder auf beiden Seiten des Leiters aufgelötet (vgl. z. B. "IEEE Transactions on Applied Superconducitivity", Vol. 11, No. 1, März 2001, Seiten 3256 bis 3260). Durch eine entsprechende Armierung nimmt jedoch die kritische Stromdichte des Leiters weiter ab. Ein typisches Beispiel eines entsprechenden Bandleiters mit zwei 50 μm dicken Stahlbändern als Armierung hat einen Querschnitt von 4 × 0,3 mm² und trägt bei 77 K im Eigenfeld 100 A, was einer Stromdichte von 80 A/mm² entspricht.To improve the mechanical strength of the first-mentioned multifilament tape conductors with BSCCO type HTS material, thin steel strips were soldered on both sides of the conductor (see, for example, "IEEE Transactions on Applied Superconductivity", Vol , March 2001, pages 3256 to 3260). By appropriate reinforcement, however, the critical current density of the conductor continues to decrease. A typical example of a corresponding strip conductor with two 50 μm thick steel strips as a reinforcement has a cross-section of 4 × 0.3 mm ² and carries 100 A at 77 K in its own field, which corresponds to a current density of 80 A / mm ² .

Bei den bandförmigen Schicht-Supraleitern mit einer HTS-Schicht vom YBCO-Typ auf einem Trägerband ist es bekannt, zusätzlich eine Au-Shuntschicht aufzudampfen (vgl. "IEEE Transactions on Applied Superconductivity", Band 11, No. 1, März 2001, Seiten 3385 bis 3388). Eine solche Shuntschicht erlaubt zwar geringe Überströme; jedoch bieten entsprechende dünne Shuntschichten nur einen geringen Schutz gegen mechanische Beschädigungen. Auch ein Imprägniermaterial wie z. B. Epoxidharz in einer Spulenwicklung kann zu Schädigungen der Shuntschichten von entsprechenden Schicht-Supraleitern führen. Außerdem verursachen hohe Überströme eine unzulässige Erwärmung des Leiters, die zu dessen Beschädigung führen können. Ein Aufbringen von normalleitendem Material mit größerer Dicke, z. B. durch Aufdampfen oder Löten, kann zwar die mechanischen Probleme beseitigen, führt jedoch zu einer entsprechenden Verringerung der kritischen Stromdichte. Ein typisches Beispiel ist z. B. ein YBCO-Schicht-Supraleiter mit 100 μm aufge lötetem Kupferband, der einen Querschnitt von 4 × 0,2 mm² aufweist und 100 A trägt, was einer Stromdichte von 125 A/mm² entspricht.In the band-shaped layer superconductors with an YBCO-type HTS layer on a carrier tape, it is known to additionally evaporate an Au shunt layer (compare "IEEE Transactions on Applied Superconductivity", Volume 11, No. 1, March 2001, pages 3385 to 3388). Such a shunt Although layer allows low overcurrents; however, corresponding thin shunt layers offer only little protection against mechanical damage. An impregnating material such. B. epoxy in a coil winding can lead to damage to the shunt layers of corresponding layer superconductors. In addition, high overcurrents cause excessive heating of the conductor, which can lead to its damage. An application of normal conducting material of greater thickness, for. B. by vapor deposition or soldering, although the mechanical problems can be eliminated, but leads to a corresponding reduction of the critical current density. A typical example is z. B. a YBCO-layer superconductor with 100 microns soldered copper tape having a cross section of 4 × 0.2 mm ² and carries 100 A, which corresponds to a current density of 125 A / mm ² .

Aus der DE 102 25 531 A1 ist eine punktuelle Verbindungstechnik von Supraleitern verschiedenen Supraleiter-Typs zu entnehmen. Eine entsprechende Verbindung stellt nur in einem kleinen Kontaktbereich eine praktisch punktförmige Verbindung zwischen den verschiedenen Supraleiter-Typen dar; in den übrigen Leiterbereichen wird der Strom jeweils nur durch einen Supraleiter eines dieser Typen geführt.From the DE 102 25 531 A1 is a selective bonding technique of superconductors different superconductor type refer to. A corresponding compound represents a practically point-like connection between the different superconductor types only in a small contact area; in the other conductor regions, the current is only guided by a superconductor of one of these types.

Aus der EP 0 371 410 A1 ist eine weitere Verbindungstechnik mittels einer Lötverbindung zwischen zwei HTS-Leitern in einem diskreten Verbindungsbereich zu entnehmen.From the EP 0 371 410 A1 is another connection technology by means of a solder joint between two HTS conductors in a discrete connection area to take.

Aus der US 6,020,803 A geht ein supraleitender Hochfeldmagnet hervor, der eine Hybrid-Anordnung aus einem Solenoiden aus metallischen LTS-Leitern und einem davon umschlossenen rohrförmigen Aufbau aus mit einem der bekannten oxidischen HTS-Materialien beschichteten Ringscheiben aufweist.From the US 6,020,803 A shows a superconducting high-field magnet, which has a hybrid arrangement of a solenoids of metallic LTS conductors and a tubular structure thereof enclosed with one of the known oxide HTS materials coated annular discs.

Die US 6,444,917 B1 offenbart einen bandförmigen HTS-Leiter mit einer geschlossenen Umhüllung. Das HTS-Material kann dabei in mehreren, lamellierten Schichten vom selben Materialtyp vorliegen.The US Pat. No. 6,444,917 B1 discloses a band-shaped HTS conductor with a closed enclosure. The HTS material can be present in several, laminated layers of the same type of material.

Bei dem Supraleiterverbund mit den eingangs genannten Merkmalen soll es sich um eine sich in Leiterlängsrichtung ausgeprägt erstreckende Zusammensetzung aus den verschiedenen Supraleiter-Typen handeln; d.h., diese Supraleiter-Typen erstrecken sich gemeinsam über eine ausgeprägte Länge/Strecke in dieser Richtung. Die Zusammensetzung stellt folglich eine mechanische und elektrische Parallelschaltung der beiden Supraleiter-Typen in dieser Richtung dar.at the superconductor composite with the features mentioned above it is in a ladder longitudinal direction pronounced extending composition of the different superconductor types act; that is, these types of superconductors extend together over one another pronounced length / distance in this direction. The composition thus provides a mechanical and electrical parallel connection of the two superconductor types in this direction dar.

Aus der eingangs genannten DE 101 17 370 C2 ist ein Hybridsupraleiter mit einem solchen Supraleiterverbundaufbau aus einem metallischen Niedrig(Low)-T_c-Supraleiter (LTS-Leiter) und einem keramischen HTS-Leiter bekannt: Diese beiden Leiter sind zu einem einstückigen Hybridsupraleiter zusammengefügt, indem sie zumindest abschnittweise über ihre Länge mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind. Mit einem solchen Leiterverbund aus einem metallischen LTS- und einem keramischen HTS-Leiter werden zum einen die mechanischen Eigenschaften und die Stromtragfähigkeit des metallischen LTS-Leiters bei niedrigen Magnetfeldern ausgenutzt; zum anderen verhält sich der Verbund bei höheren Magnetfeldern wie ein keramischer HTS-Leiter. Der bekannte Verbund erfordert jedoch nach wie vor eine Kühltechnik des metallischen LTS-Materials, insbesondere mit flüssigem Helium (LHe).From the above DE 101 17 370 C2 For example, a hybrid superconductor having such a superconductor composite structure of a metallic low (T _c) superconductor (LTS conductor) and a ceramic HTS conductor is known: these two conductors are joined together to form a one-piece hybrid superconductor mechanically by at least portions of their length and electrically connected to each other. With such a conductor assembly of a metallic LTS and a ceramic HTS conductor on the one hand, the mechanical properties and the current carrying capacity of the metallic LTS conductor are exploited at low magnetic fields; on the other hand, at higher magnetic fields, the composite behaves like a ceramic HTS conductor. However, the known composite still requires a cooling technique of the metallic LTS material, in particular with liquid helium (LHe).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hybridsupraleiter mit den eingangs genannten Merkmalen anzugeben, der zum einen eine höhere Betriebstemperatur erlaubt und zum anderen eine gute Stabilisierung bei Überströmen ermöglicht sowie eine hinreichende mechanische Festigkeit aufweist.task The present invention is to provide a hybrid superconductor with the specify the features mentioned above, on the one hand a higher operating temperature allowed and on the other hand, a good stabilization at overcurrents and allows has a sufficient mechanical strength.

Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Dementsprechend soll der eingangs definierte Supraleiterverbund dahingehend ausgestaltet sein, dass der mindestens eine weitere Supraleiter als ein Schicht-Supraleiter ein Trägerband und eine Schicht aus einem Hoch-T_c-Supraleitermaterial vom YBCO-Typ aufweist, wobei die Schicht der Flachseite des Multifilament-Supraleiters zugewandt ist.This object is achieved with the features specified in claim 1. Accordingly, the superconductor composite defined above is to be designed such that the at least one further superconductor has as a layer superconductor a carrier tape and a layer of a high-T _c superconducting material of the YBCO type, the layer facing the flat side of the multifilament superconductor is.

Ein derartiger Aufbau eines Hybridsupraleiters mit einem solchen Supraleiterverbund weist die folgenden Vorteile auf:

– Der Verbund besitzt eine hohe mechanische Festigkeit, die vergleichbar ist mit einem BPSCCO-Multifilamentleiter mit aufgelötetem Stahlband.
– Der Verbund ist robust und gut handhabbar, da sich auf seiner Außenseite das Trägerband mit Armierungsfunktion befindet. Eventuelle Imprägniermaterialien berühren nur das Trägerband und schädigen nicht die Supraleiterschicht vom YBCO-Typ.
– Hohe Überströme sind möglich ohne große Erwärmung, da das normalleitende Matrixmaterial des Multifilament-Supraleiters in gutem elektrischen Kontakt zum einen mit dem Supraleitermaterial der BSCCO-Filamente und zum anderen mit dem Supraleitermaterial der YBCO-Schicht steht.
– Die kritische Stromdichte ist zwar etwas geringer als bei einem einzelnen Schicht-Supraleiter mit einer Schicht aus dem YBCO-Material, ist aber deutlich höher als bei einem einzelnen bandförmigen Multifilament-Supraleiter mit Filamenten vom BSCCO-Typ.
– Das Verhalten in einem externen Magnetfeld ist für bestimmte Anwendungen günstiger. Bekanntlich nimmt der kritische Strom von Supraleitern vom BSCCO-Typ abhängig von der Magnetfeldrichtung unterschiedlich ab. Dabei ist die Abnahme bei senkrechter Magnetfeldrichtung stärker als bei paralleler. Hingegen nimmt der kritische Strom von Supraleitermaterial von YBCO-Typ im parallelen und senkrechten Magnetfeld etwa gleichermaßen ab, und zwar in geringerem Maße als bei dem Supraleitermaterial vom BSCCO-Typ. Wird der Supraleiterverbund in einer Spulenwicklung eingesetzt, so trägt an Stellen mit hohem parallelen Feld der Leiterteil mit dem BSCCO-Typ-Material den meisten Strom. Demgegenüber übernimmt an Stellen mit hohem senkrechten Magnetfeld das Material vom YBCO-Typ den größeren Stromanteil. Abhängig von der Spulengeometrie kann folglich dieses Verhalten günstiger sein als bei einem Einzelleiter des jeweiligen Materialtyps.
– Der Supraleiterverbund reagiert auf Änderungen der Betriebstemperatur unkritischer als Supraleiter vom BSCCO- oder YBCO-Typ. Bei tiefen Betriebstemperaturen z. B. unterhalb der Temperatur des flüssigen Stickstoffs (77 K) wird von der hohen Stromtragfähigkeit des YBCO-Materials Gebrauch gemacht. Bei hohen Betriebstemperaturen (> 77 K) besitzt dagegen BPSCCO-Material als bevorzugt verwendetes Material vom BSCCO-Typ wegen seiner hohen Sprungtemperatur die höhere Stromtragfähigkeit. Solche hohen Betriebstemperaturen können z. B. in gewissen Fehlerfällen in Anwendungen wie z. B. Energiekabeln, Transformatoren oder Drosseln auftreten, z. B. nach Überströmen durch Kurzschlüsse oder nach Ausfall einer Kühlanlage.

Such a construction of a hybrid superconductor with such a superconductor composite has the following advantages:

- The composite has a high mechanical strength, which is comparable to a BPSCCO Multifilamentleiter with brazed steel strip.
- The composite is robust and easy to handle, because on its outside is the carrier tape with reinforcing function. Any impregnating materials only touch the carrier tape and do not damage the YBCO-type superconductor layer.
- High overcurrents are possible without much heating, since the normal conductive matrix material of the multifilament superconductor is in good electrical contact with the superconductor material of the BSCCO filaments on the one hand and with the superconductor material of the YBCO layer on the other hand.
Although the critical current density is somewhat lower than for a single layer superconductor with a layer of the YBCO material but significantly higher than a single ribbon multifilament superconductor with filaments of the BSCCO type.
- The behavior in an external magnetic field is more favorable for certain applications. As is known, the critical current of BSCCO type superconductors decreases differently depending on the magnetic field direction. The decrease in the perpendicular magnetic field direction is stronger than in parallel. By contrast, the critical current of YBCO-type superconducting material in the parallel and perpendicular magnetic field decreases approximately equally, and to a lesser extent, than in the BSCCO-type superconducting material. If the superconductor composite is used in a coil winding, the conductor part with the BSCCO-type material carries the most current in places with a high parallel field. In contrast, at locations with a high perpendicular magnetic field, the material of the YBCO type takes over the greater proportion of current. Depending on the coil geometry, this behavior may therefore be more favorable than with a single conductor of the respective material type.
- The superconductor composite responds to changes in operating temperature more critical than BSCCO or YBCO type superconductors. At low operating temperatures z. B. below the temperature of the liquid nitrogen (77 K) is made use of the high current carrying capacity of the YBCO material. At high operating temperatures (> 77 K), on the other hand, BPSCCO material, as a preferred material of the BSCCO type, has the higher current carrying capacity because of its high transition temperature. Such high operating temperatures can z. B. in certain cases of error in applications such. As power cables, transformers or chokes occur, for. B. after overcurrents due to short circuits or failure of a cooling system.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hybridsupraleiters gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß kann der Hybridsupraleiter noch zusätzlich folgende Merkmale aufweisen:

– So kann der Supraleiterverbund insbesondere so ausgebildet werden, dass das Querschnittsverhältnis von normalleiten dem Metall der Matrix zu Supraleitermaterial der Filamente für den Multifilament-Supraleiters derart ausgelegt ist, dass das normalleitende Metall gleichzeitig zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest weitgehend, eine Stabilisierungsfunktion auch für das Supraleitermaterial des mindestens einen Schicht-Supraleiters übernehmen kann. D.h., eine Überstabilisierung des BSCCO-Multifilament-Supraleiters, die aus technologischen Gründen praktisch immer gegeben ist, wird vorteilhaft zur Kompensation einer Unterstabilisierung des YBCO-Schicht-Supraleiters ausgenutzt. Der Verbund zeichnet sich deshalb durch gute Stabilisierungsverhältnisse aus.
– Außerdem kann der Multifilament-Supraleiter jeweils auf seinen beiden Flachseiten mit einem Schicht-Supraleiter verbunden sein. Ein solcher Aufbau ist mechanisch sehr stabil und gegen Beschädigungen des Supraleitermaterials geschützt.
– Ferner wird vorteilhaft vorgesehen, dass auf der Schicht aus dem Hoch-T_c-Supraleitermaterial vom YBCO-Typ des mindestens einen Schicht-Supraleiters wenigstens eine Deckschicht aus normalleitendem Material aufgebracht ist, die der zugeordneten Flachseite des Multifilament-Supraleiters zugewandt ist. Mit einer entsprechenden Deckschicht kann die Verbindung zwischen den aneinanderzufügenden Teilen verbessert werden.
– Vorteilhaft kann eine Lötverbindung des Multifilament-Supraleiters mit dem mindestens einen Schicht-Supraleiter vorgesehen sein. Hierzu kann vorzugsweise ein Niedertemperaturlot verwendet werden. Beschädigungen des Supraleitermaterials beim Zusammensetzen der Supraleiter lassen sich so vermeiden.

Advantageous embodiments of the hybrid superconductor according to the invention are evident from the claims dependent on claim 1. In this case, the embodiment can be combined according to claim 1 with the features of one of the subclaims or preferably also those of several subclaims. Accordingly, the hybrid superconductor may additionally have the following features:

- Thus, the superconductor composite can be formed in particular so that the cross-sectional ratio of normal conducting the metal of the matrix to superconducting material of the filaments for the multifilament superconductor is designed such that the normal conductive metal at least partially, preferably at least largely, a stabilizing function for the superconductor material of the at least one layer superconductor can take over. That is, an overstabilization of the BSCCO multifilament superconductor, which is practically always given for technological reasons, is advantageously used to compensate for a sub-stabilization of the YBCO layer superconductor. The composite is therefore characterized by good stabilization conditions.
- In addition, the multifilament superconductor may be connected in each case on its two flat sides with a layer superconductor. Such a structure is mechanically very stable and protected against damage to the superconductor material.
Furthermore, it is advantageously provided that at least one cover layer of normally conducting material is applied to the layer of the high-T _c superconducting material of the YBCO type of the at least one layer superconductor, which faces the associated flat side of the multifilament superconductor. With a corresponding cover layer, the connection between the parts to be joined can be improved.
Advantageously, a solder joint of the multifilament superconductor with the at least one layer superconductor can be provided. For this purpose, preferably a low temperature solder can be used. Damage to the superconducting material during assembly of the superconductors can thus be avoided.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hybridsupraleiters gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the hybrid superconductor according to the invention go from the above-mentioned subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Dabei zeigt deren einzige Figur in schematisierter Form einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Supraleiterverbund eines Hybridsupraleiters.The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment further explained with reference to the drawing. there shows the only figure in schematic form a cross section by a superconductor composite according to the invention a hybrid superconductor.

Beim Aufbau des in der Figur gezeigten, allgemein mit 2 bezeichneten Supraleiterverbundes wird von bekannten Ausführungsformen seiner Einzelteile ausgegangen. Er weist einen bandförmigen Multifilament-Supraleiter 3 auf, der in eine Matrix 4 aus normalleitendem Material eingebettete supraleitende Filamente 5 enthält. Als Material der Matrix 4 kommt insbesondere Ag oder eine Ag-Legierung oder ein sonstiges, Ag enthaltendes Material in Frage (vgl. DE 198 20 489 A1 ). Das supraleitende Material der Filamente ist vom Bi-Cuprat-Typ. Hierunter werden alle bekannten fünf- oder noch höherkomponentigen oxidischen Supraleitermaterialien verstanden, die eine kristalline Struktur ähnlich oder gleich der der supraleitenden Phasen des BSCCO-Stoffsystems aufweisen. Hauptvertreter ist das Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_y oder insbesondere das (Bi, Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x. Die einzelnen Komponenten des Materials können dabei in bekannter Weise teilweise oder vollständig durch andere Elemente ersetzt sein. Auf alle Fälle enthält das System neben Cu und O zwei verschiedene Erdalkalimetalle. Die Bezeichnung "BSCCO-Typ" schließt also auch die allgemein mit (Bi, Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x bezeichnete Materialfamilie mit ein.In the construction of the shown in the figure, generally with 2 designated Supraleiterverbundes is assumed by known embodiments of its individual parts. He has a ribbon-shaped multifilament superconductor 3 on that in a matrix 4 Of normal conducting material embedded superconducting filaments 5 contains. As material of the matrix 4 In particular Ag or an Ag alloy or other, Ag-containing material in question (see. DE 198 20 489 A1 ). The superconducting material of the filaments is of the Bi-cuprate type. These are understood to mean all known five- or even higher-component oxide superconductor materials which have a crystalline structure similar or identical to that of the superconducting phases of the BSCCO substance system. The main representative is the Bi ₂ Sr ₂ Ca ₁ Cu ₂ O _y or in particular the (Bi, Pb) ₂ Sr ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _x . The individual components of the material can be partially or completely replaced by other elements in a known manner. In any case, besides Cu and O, the system contains two different alkaline earth metals. The term "BSCCO-type" thus also includes the generally by (Bi, Pb) ₂ Sr ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _x designated family of materials with a.

An mindestens einer der beiden Flachseiten 6a und 6b des bandförmigen Multifilament-Supraleiters 3 ist ein Schicht-Supraleiter 7a bzw. 7b angefügt, insbesondere angelötet. Jeder dieser Schicht-Supraleiter umfasst dabei zumindest ein Trägerband 8 aus einem Armierungsmaterial wie insbesondere aus einem nicht-magnetischen Stahl, beispielsweise aus einer besonderen Ni-Legierung (vgl. DE 102 26 392 C1 ). Auf diesem Trägerband ist eine dünne Schicht aus einem Supraleitermaterial vom YBCO-Typ direkt oder indirekt über mindestens eine Zwischenschicht in bekannter Weise aufgebracht ist. Unter diesem Materialtyp werden alle bekannten vier- oder noch höherkomponentigen oxidischen Supraleitermaterialien verstanden, die eine kristalline Struktur gleich oder ähnlich wie die eines der bekannten (RE)-M-Cu-O-Materialien aufweisen, wobei die Komponente RE wenigstens ein Seltenes Erdmetall unter Einschluss von Y und die Komponente M ein Erdalkalimetall umfassen. Bevorzugter Hauptvertreter dieser Familie bzw. des ausgewählten Typs ist das Material YBa₂Cu₃O_x. Selbstverständlich können auch hier die einzelnen Komponenten des Materials in bekannter Weise teilweise oder vollständig durch andere Elemente ersetzt sein. Auf alle Fälle enthält das System neben Cu und O wenigstens ein Erdalkalimetall.On at least one of the two flat sides 6a and 6b the ribbon-shaped multifilament superconductor 3 is a layer superconductor 7a respectively. 7b added, in particular soldered. Each of these layer superconductors comprises at least one carrier tape 8th from a reinforcing material such as in particular from a non-magnetic steel, for example from a special Ni alloy (see. DE 102 26 392 C1 ). On this carrier tape, a thin layer of a superconducting material of the YBCO type is applied directly or indirectly via at least one intermediate layer in a known manner. By this type of material is meant any known four- or even higher-component oxide superconductor materials which have a crystalline structure similar or similar to that of one of the known (RE) -M-Cu-O materials, the component RE including at least one rare earth metal including of Y and component M comprise an alkaline earth metal. Preferred main representative of this family or of the selected type is the material YBa ₂ Cu ₃ O _x . Of course, here too, the individual components of the material can be partially or completely replaced by other elements in a known manner. In any case, in addition to Cu and O, the system contains at least one alkaline earth metal.

Der mindestens eine Schicht-Supraleiter 7a oder 7b soll mit seiner Schicht 9 aus dem Supraleitermaterial so an den Multifilament-Supraleiter 3 angefügt sein, dass seine supraleitende Schicht 9 der Flachseite 6a bzw. 6b des Multifilament-Supraleiters zugewandt ist. Zur Verbindung kann eines der bekannten Niedertemperatur-Lotmaterialien (vgl. z. B. die eingangs genannte DE 101 17 370 C2 ) mit möglichst niedriger Löttemperatur wie z. B. ein In-Lot ohne Flussmittel verwendet werden, um das Supraleitermaterial der supraleitenden Schichten 9 nicht zu schädigen. Die Lotschichten sind in der Figur mit 10 bezeichnet. Für lange Längen kann z. B. ein Lötbad benutzt werden.The at least one layer superconductor 7a or 7b should with his shift 9 from the superconductor material to the multifilament superconductor 3 be added that its superconducting layer 9 the flat side 6a respectively. 6b the multifilament superconductor faces. For connection, one of the known low-temperature solder materials (cf., for example, the aforementioned US Pat DE 101 17 370 C2 ) with the lowest possible soldering temperature such. B. an in-solder without flux can be used to the superconductor material of the superconducting layers 9 not to harm. The solder layers are in the figure with 10 designated. For long lengths z. B. a solder bath can be used.

Selbstverständlich kann der mindestens eine Schicht-Supraleiter 7a, 7b noch weitere Schichten unterhalb oder oberhalb seiner supraleitenden Schicht 9 besitzen. So kann insbesondere auf der Oberfläche des Supraleitermaterials mindestens eine weitere Schicht aus einem normalleitenden Material wie Au oder Ag oder aus einem anderen Material als eine Deckschicht vorgesehen werden. Diese Schicht lässt sieh mittels bekannter Abscheideverfahren wie z. B. durch Aufdampfen, Sputtern, CVD oder durch ähnliche Verfahren aufbringen. Eine solche Deckschicht kann insbesondere eine verbesserte Lötverbin dung zwischen dem Schicht-Supraleiter 7a, 7b und dem Multifilament-Supraleiter 3 vermitteln.Of course, the at least one layer superconductor 7a . 7b even more layers below or above its superconducting layer 9 have. Thus, in particular on the surface of the superconducting material, at least one further layer of a normally conducting material such as Au or Ag or of another material may be provided as a covering layer. This layer can be see by known deposition methods such. B. by vapor deposition, sputtering, CVD or by similar methods. Such a cover layer may in particular provide an improved solder joint between the layer superconductor 7a . 7b and the multifilament superconductor 3 convey.

Gemäß einem typischen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridsupraleiters ist ein BPSCCO-Bandleiter mit Querschnitt 4 × 0,2 mm² mit zwei YBCO-Bandleitern vom Querschnitt 4 × 0,1 mm² und dünnen Lötschichten ausgebildet, so dass er einen gesamten Querschnitt von 4 × 0,4 mm² hat. Dieser Verbund kann bei 77 K im Eigenfeld 300 A tragen, was einer Stromdichte von 188 A/mm² entspricht.According to a typical embodiment of a hybrid superconductor according to the invention, a 4 × 0.2 mm ² section BPSCCO stripline is formed with two 4 × 0.1 mm ² YBCO band conductors and thin solder layers, so that it has a total cross section of 4 × 0 , 4 mm ² has. This composite can carry 300 A in its own field at 77 K, which corresponds to a current density of 188 A / mm ² .

Claims

A tape-like, integral hybrid superconductor with a located ersteckenden in its longitudinal direction superconductor composite - a strip-shaped multifilament superconductor comprising a plurality of embedded in a stabilizing matrix of normally conducting material superconducting conductor filaments made of high-T _c superconductor material of BSCCO-type, and - from a further band-shaped superconductor with other superconducting material, wherein the two superconductors on a flat side of the multifilament superconductor at least in sections in the longitudinal direction of the composite are mechanically and electrically joined together, characterized in that the at least one further superconductor as a band-shaped layer superconductor ( 7a . 7b ) a carrier tape ( 8th ) and a layer ( 9 ) of a high-T _c superconducting material of the YBCO type, wherein the layer ( 9 ) of the flat side ( 6a . 6b ) of the multifilament superconductor ( 3 ) is facing.

Hybrid superconductor according to claim 1, characterized in that the cross-sectional ratio of normal conducting metal of the matrix ( 4 ) to superconducting material of the filaments ( 5 ) of the multifilament superconductor ( 3 ) is designed such that the normal-conducting metal simultaneously at least partially, preferably at least substantially, a stabilizing function for the superconducting material of the at least one layer superconductor ( 7a . 7b ) can take over.

Hybrid superconductor according to claim 1 or 2, characterized in that the multifilament superconductor ( 3 ) each on its two flat sides ( 6a . 6b ) with a layer superconductor ( 7a . 7b ) connected is.

Hybrid superconductor according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the layer ( 9 ) from the YBCO-type high-T _c superconductor material of the at least one layer superconductor ( 7a . 7b ) at least one cover layer of normal conducting material is applied, the associated flat side ( 6a . 6b ) of the multifilament superconductor ( 3 ) is facing.

Hybrid superconductor according to one of Claims 1 to 4, characterized by a solder connection ( 10 ) the superconductor ( 3 ; 7a . 7b ).

Hybrid superconductor according to claim 5, characterized by a soldering by means of a low-temperature solder ( 10 ).

A hybrid superconductor according to any one of claims 1 to 6, characterized by (Bi, Pb) ₂ Sr ₂ Ca ₂ Cu ₃ O _x as the BSCCO type material and YBa ₂ Cu ₃ O _y as the YBCO type material.

Hybrid superconductor according to one of Claims 1 to 7, characterized by a matrix ( 4 ) of the multifilament superconductor ( 3 ) of Ag or an Ag-containing material.

Hybrid superconductor according to one of claims 1 to 8, characterized by a carrier tape ( 8th ) of the at least one layer superconductor ( 7a . 7b ) made of a non-magnetic steel.

Hybrid superconductor according to claim 9, characterized by a carrier tape ( 8th ) made of a Ni alloy steel.