DE102011083489A1

DE102011083489A1 - Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter und Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters

Info

Publication number: DE102011083489A1
Application number: DE102011083489A
Authority: DE
Inventors: Tabea Arndt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-03-28
Also published as: WO2013045229A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter mit wenigstens einem Leiterband (1), welches Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material umfasst, und mit wenigstens einer ersten elektrisch normalleitenden Schicht (8) auf einer Oberseite des Leiterbandes (1) und mit wenigstens einer zweiten elektrisch normalleitenden Schicht (7) auf einer Unterseite des Leiterbandes (1). Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zu dessen Herstellung durch Auflaminieren der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Schicht (8, 7) auf dem Leiterband (1). Die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Schicht (8, 7) sind aus unterschiedlichen Materialien, wodurch über die Dicke der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Schicht (8, 7) beliebige, gewünschte elektrische und mechanische Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters eingestellt werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter mit wenigstens einem Leiterband, welches Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material umfasst, und mit wenigstens einer ersten elektrisch normalleitenden Schicht auf einer Oberseite des Leiterbandes und mit wenigstens einer zweiten elektrisch normalleitenden Schicht auf einer Unterseite des Leiterbandes. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zu dessen Herstellung durch Auflaminieren der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Schicht auf dem Leiterband.
Bandförmige Hochtemperatur-Supraleiter, wie sie z.B. aus der US 7109151 B2 bekannt sind, werden zur verlustfreien Übertragung von Strömen verwendet. Sie werden unter anderem in Kabeln, in Magnetspulen, in Trafos, in Strombegrenzern oder in elektrischen Maschinen eingesetzt. Bei Kühlung des supraleitenden Materials unterhalb einer Sprungtemperatur T_c werden die Ohmschen Widerstände des Materials bis auf Null reduziert.
Als Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Materialien werden z.B. supraleitende Metalloxidverbindungen verwendet, welche hohe Sprungtemperaturen T_c von über 77 K aufweisen. Dies ermöglicht den kostengünstigen Einsatz von Flüssig-Stickstoff (LN₂)-Kühltechnik zur Abkühlung der Materialien unterhalb der Sprungtemperatur T_c. Verwendete Metalloxidverbindungen sind z.B. Cuprate auf Basis spezieller Stoffsysteme wie das vom Typ (RE)-M-Cu-O, wobei die Komponenten RE wenigstens ein Seltenes Erdmetall (einschließlich Y) und die Komponente M wenigstens ein Erdalkalimetall enthalten. Hauptvertreter dieses Typs ist das Material YBa₂Cu₃O_x, sogenanntes „YBCO“.
YBCO ist eine Keramik, welche poröse, spröde Eigenschaften aufweist. Um aus YBCO Bandleiter herzustellen, welche eine gewisse Biegsamkeit ohne Zerstörung der Keramik aufzuweisen, müssen diese als dünne Schicht auf einem Träger aufgebracht werden. Als Träger dienen in der Regel Metallbänder, wie z.B. Stahlband oder Bändern aus Nickelverbindungen, auf welche das YBCO-Material als dünne Schicht abgeschieden wird.
Für Leiteranwendungen wird das HTS-Material im Allgemeinen nicht unmittelbar auf einem metallischen Trägerband abgeschieden; sondern dieses Trägerband wird zunächst mit mindestens einer dünnen Zwischenschicht, die auch als Pufferschicht bzw. „Buffer“-Schicht bezeichnet wird, abgedeckt. Diese Zwischenschicht, mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 1 µm, soll das Eindiffundieren von Metallatomen aus dem Trägermaterial in das HTS-Material verhindern, um eine damit verbundene Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaften zu vermeiden. Zugleich kann mit einer solchen, als Diffusionsbarriere dienenden Zwischenschicht die Oberfläche geglättet und die Haftung des HTS-Materials verbessert werden. Ein epitaktisches Aufwachsen des HTS-Materials auf das metallische Trägerband wird durch die Zwischenschicht in vielen Fällen erst ermöglicht. Entsprechende Zwischenschichten bestehen insbesondere aus Oxiden von Metallen wie von Zirkon, Cer, Yttrium, Strontium oder Magnesium oder von Legierungen mit diesen Metallen, und sind somit in der Regel elektrisch isolierend.
Neben der Eigenschaft als Diffusionsbarriere und Haftvermittler dienen die Zwischenschichten zum texturierten Wachstum des HTS-Materials. Sie weisen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, welcher mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des HTS-Materials zumindest annähernd übereinstimmt, um so unerwünschte mechanische Spannungen bei den für Anwendungen der Supraleitungstechnik und der Schichtpräparation unerlässlichen Temperaturzyklen und gegebenenfalls dadurch bedingt Schädigungen wie Abplatzen zu vermeiden.
Ähnliche Anforderungen sind auch an die Auswahl des Systems „Träger-Zwischenschicht“ zu stellen. Auch hier sind gute Hafteigenschaften anzustreben, wobei zugleich die gewünschte Texturierung der Zwischenschicht nicht beeinträchtigt werden darf. Schichten müssen rissfrei und diffusionsdicht auf den Metallbändern abgeschieden werden, um hohe kritische Stromdichten J_c in den bandförmigen Leitern zu erreichen.
Trotz der Zwischenschichten weisen die HTS-Schichten in der Regel Inhomogenitäten auf, welche lokal zu einem Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften der Materialien bei hohen Stromdichten oder bei hohen Magnetfeldern führen können. Gerade bei der Herstellung sehr langer Bänder lassen sich Inhomogenitäten in den HTS-Schichten nicht verhindern. Diese beeinträchtigen die Leitungseigenschaften der bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter im Einsatz sehr stark und können im Extremfall zu ihrer Zerstörung führen. Um dies zu verhindern, werden die Hochtemperatur-Supraleiter mit einer Kupfer- oder Edelmetallschicht auf der HTS-Schicht versehen, welche lokale Inhomogenitäten elektrisch überbrücken kann. Diese Kupfer- oder Edelmetallschicht, wie z.B. Silberschicht, wird als elektrische Stützschicht oder als Stabilisierungsschicht bezeichnet. Sie dient sowohl zur elektrischen Überbrückung von Inhomogenitäten, als auch zur mechanischen Stabilisierung der Bandleiter. Die Kupfer- oder Edelmetallschicht ermöglicht weiterhin ein einfaches Kontaktieren der Leiter z.B. durch Löten und schützt die HTS-Schicht vor Zerstörung bei kurzzeitigem Überströmen I > I_c im Kurzschlussfall.
Ein typischer Wert für die Stromtragfähigkeit pro Einheitsgewicht eines bandförmigen YBCO Hochtemperatur-Supraleiters mit Kupferschicht beträgt 57 Am/g bei einer Kupferschichtdicke von 40 µm, wobei diese Werte auch von der Qualität und Zusammensetzung des Kupfers abhängen können. Eine ausreichende elektrische Stabilisierung bei Anwendungen in z.B. Generatoren kann jedoch dickere Kupferschichten erfordern, z.B. Kupferschichten mit einer Dicke von größer 100 µm, wobei die Stromtragfähigkeit pro Einheitsgewicht auf unter 40 Am/g fällt. Höhere Kupferschichtdicken führen weiterhin zu einer Erhöhung des Gewichtes und Volumenbedarfs des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters. Gewicht und Volumenbedarf sind in vielen Anwendungen, wie z.B. in Generatoren, begrenzt durch geometrische Faktoren und eine Erhöhung des Gewichts und des Volumenbedarfs der Leiter führt zu einer Verschlechterung der Eigenschaften und des Wirkungsgrades von Maschinen.
Um eine bessere Leitfähigkeit im normalleitenden Zustand zu erreichen und um bessere mechanische Eigenschaften des bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiters zu erreichen, werden in der Regel weitere metallische Schichten auf der Vorder- und Rückseite aufgebracht. Technische Supraleiter vom Typ RE-123 sind entweder monolytisch durch einseitiges, galvanisches Abscheiden von Kupfer auf einem mit HTS-Material beschichteten Stahlband aufgebaut. Alternativ ist bekannt, auf beiden Seiten des mit HTS-Material beschichteten Stahlbands zwei Metallbänder aufzulaminieren. Dabei handelt es sich jeweils um Metallbänder aus gleichem Material, z.B. Stahl, Kupfer oder Messing, welche die gleiche Dicke aufweisen.
Bei der Auswahl der Materialdicke ist man beschränkt durch die Eigenschaften der auflaminierten Metallbänder und durch die vom bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter in der Anwendung geforderten elektrischen und mechanischen Eigenschaften. So müssen die Bänder dick genug sein, um mechanisch stabil zu sein und um genügend Stromtragfähigkeit aufzuweisen für eine elektrische Überbrückung von Fehlstellen im HTS-Material und bei einem Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften. Bei einem Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften müssen die auflaminierten Metallbänder ausreichend dimensioniert sein, um unter Umständen den gesamten Strom tragen zu können und um eine Zerstörung des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters z.B. durch lokale Überhitzung und Schmelzen oder Abplatzen von Schichten zu verhindern. Zwischen- und Deckschichten auf dem Substratband können bei großen Stromstärken nicht ausreichen, um im normalleitenden Zustand den Strom zu tragen.
Eine Optimierung der bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter erfolgt in der Regel nach den benötigten elektrisch oder den benötigten mechanischen Eigenschaften. So werden z.B. stark mechanisch belastete bandförmige Hochtemperatur-Supraleiter mit Stahlbändern gleicher Dicke versehen, welche z.B. eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, aber eine schlechte elektrische Leitfähigkeit. Damit wird der Einsatz dieser bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter auf Anwendungen beschränkt, welche eine geringe Stromtragfähigkeit erfordern. Bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter für Anwendungen mit hoher elektrischer Tragfähigkeit werden in der Regel z.B. mit Kupferbändern gleicher dicke Laminiert, womit sich eine eingeschränkte mechanische Festigkeit z.B. gegenüber Zugkräften ergibt. Bessere mechanische oder elektrische Eigenschaften sind nur durch Verwendung von zwei gleichen Metallbändern mit größerer Dicke möglich, womit sich die räumlichen Bedingungen in der Anwendung verschlechtern. So sind z.B. in MRT-Spulen dickere bandförmige Hochtemperatur-Supraleiter mit erheblichen Verschlechterungen der Eigenschaften im MRT verbunden, wie z.B. geringeren Feldstärken am Patientenort und höheren Abwärmemengen bei der Bestromung.
Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters und des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters ist es deshalb, eine optimale mechanische Stabilität bei gleichzeitig optimaler elektrischer Stromtragfähigkeit für eine Anwendung zu erreichen, insbesondere bei minimalem Gewicht und Dicke des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters und des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche untereinander und mit den Merkmalen der Unteransprüche sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters umfasst die Schritte Bereitstellen wenigstens eines Leiterbandes, welches Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material umfasst, und Auflaminieren wenigstens einer ersten elektrisch normalleitenden Schicht auf einer Oberseite und wenigstens einer zweiten elektrisch normalleitenden Schicht auf einer Unterseite des Leiterbandes. Als wenigstens eine erste und als wenigstens eine zweite normalleitende Schicht werden erfindungsgemäß Schichten aus unterschiedlichen Materialien verwendet.
Durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien können zum Auflaminieren Materialien verwendet werden, welche für die jeweilige Aufgabe, elektrisches oder mechanisches Stabilisieren optimal sind. So kann die Dicke der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten normalleitenden Schicht unterschiedlich gewählt werden. Durch die unterschiedlichen Dicken der zwei normalleitenden Schichten können die mechanischen und elektrischen Eigenschaften nahezu beliebig eingestellt werden. Es können Dicken verwendet werden, welche für die Anwendung zu optimalen elektrischen und gleichzeitig zu optimalen mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters führen, wobei die Gesamtdicke minimal gehalten wird.
Das Leiterband kann durch direktes oder indirektes Aufbringen von Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material hergestellt werden, insbesondere in Form einer Schicht auf der Oberseite eines Trägerbandes. Das Trägerband kann metallisch sein. Bei einem indirekten Aufbringen kann eine Pufferschicht zwischen Trägerband und Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material verwendet werden, um z.B. ein epitaktisches Aufwachsen des HTS-Materials zu erreichen und eine verbesserte Haftung auf dem Trägermaterial. Ein metallisches Trägerband, insbesondere aus Stahl, weist eine ausreichende mechanische Stabilität auf, um bei der weiteren Verarbeitung wie z.B. Laminieren nicht beschädigt oder zerstört zu werden.
Die wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht kann auf der Oberseite des Leiterbandes ausgebildet werden als elektrischer Shunt. Die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht kann auf der Unterseite des Leiterbandes ausgebildet werden als mechanische Stabilisierung. Durch Ausbildung der wenigstens einen ersten elektrisch normalleitende Schicht auf der Oberseite des Leiterbandes kann ein guter elektrischer Kontakt zur HTS-Schicht hergestellt werden. Für eine erste elektrisch normalleitende Schicht auf der Rückseite könnte z.B. eine elektrisch schlecht leitende Pufferschicht zwischen HTS-Material und Trägerschicht einen guten elektrischen Kontakt zwischen der wenigstens einen ersten elektrisch normalleitenden Schicht und der HTS-Schicht verhindern.
Als erste elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metallschicht, insbesondere aus Kupfer oder Messing, aufgebracht werden. Als zweite elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metallschicht, insbesondere aus Stahl aufgebracht werden. Kupfer weist sehr gute elektrische Eigenschaften auf und Stahl weist sehr gute mechanische Eigenschaften, d.h. eine gute mechanische Stabilität auf.
Als erste elektrisch normalleitende Schicht kann aber auch eine Metallschicht aus Kupfer aufgebracht werden als zweite elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metallschicht aus Messing aufgebracht werden. Messing weist im Vergleich zu Kupfer eine bessere mechanische Festigkeit auf.
Über die Auswahl der Dicke der wenigstens einen ersten normalleitenden Schicht können die elektrischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters im normalleitendem Zustand eingestellt werden. Über die Auswahl der Dicke der wenigstens einen zweiten normalleitenden Schicht können die mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters eingestellt werden.
Ein erfindungsgemäßer bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter, insbesondere hergestellt nach dem zuvor beschriebenen Verfahren, weist wenigstens ein Leiterband auf, welches Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material umfasst, und weist wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht auf einer Oberseite des Leiterbandes auf und wenigstens eine zweite elektrisch normalleitenden Schicht auf einer Unterseite des Leiterbandes. Die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht sind aus unterschiedlichen Materialien.
Das Leiterband kann Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material umfassen, insbesondere in Form einer Schicht, direkt oder indirekt auf der Oberseite eines Trägerbandes. Das Trägerband kann ein metallisches Trägerband sein.
Die wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht kann auf der Oberseite des Leiterbandes ausgebildet sein als elektrischer Shunt und die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht kann auf der Unterseite des Leiterbandes ausgebildet sein als mechanische Stabilisierung.
Die erste elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metallschicht sein oder umfassen, insbesondere aus Kupfer oder Messing. Die zweite elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metallschicht sein oder umfassen, insbesondere aus Stahl.
Die erste elektrisch normalleitende Schicht kann aber auch eine Metallschicht aus Kupfer sein oder Kupfer umfassen und die zweite elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metallschicht aus Messing sein oder Messing umfassen.
Die Gesamtdicke des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters kann im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm sein. Dabei handelt es sich um Dicken, welche gut in HTS-Anwendungen wie z.B. MRT, Strombegrenzern, Motoren oder Generatoren eingesetzt werden können, ohne räumlich zu Problemen zu führen.
Die elektrischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters können im normalleitenden Zustand durch die Dicke der wenigstens einen ersten normalleitenden Schicht eingestellt werden, und die mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters können durch die Dicke der wenigstens einen zweiten normalleitenden Schicht eingestellt werden.
Die mit dem bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter verbundenen Vorteile sind analog den Vorteilen, welche zuvor im Bezug auf das Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters beschrieben wurden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es wird in den Figuren dargestellt:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Leiterbands 1 in Schrägansicht, und
2 eine schematische Schnittdarstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters nach dem Stand der Technik in Schrägansicht, und
3 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters in Schrägansicht.
In 1 ist ein Schnitt durch ein Leiterband 1 in Schrägansicht gezeigte. Das Leiterband 1 umfasst ein Substrat 2 in Form eines bandförmigen Trägers mit einer darauf abgeschiedenen HTS-Schicht 4. Das Substrat ist z.B. ein Stahlband. Die HTS-Schicht kann z.B. aus YBCO bestehen. Es sind aber auch andere, insbesondere die zuvor beschriebenen Materialien möglich. Zur Verbesserung der mechanischen Haftung und für ein epitaktisches Aufwachsen ist zwischen dem bandförmigen Träger 2 und der HTS-Schicht 4 in dem in 1 dargestelltem Ausführungsbeispiel eine Puffer-Schicht 3 angeordnet. Auf der HTS-Schicht 4 kann eine dünne Edelmetallschicht oder eine dünne Kupferschicht als Deckschicht 5 galvanisch abgeschieden sein. Diese dient als Bypass, d.h. der elektrischen Überbrückung von Fehlstellen in der z.B. keramischen HTS-Schicht 4. In der Regel ist die Deckschicht 5 dünn ausgebildet, z.B. im Bereich weniger µm.
Für Anwendungen mit großen Strömen ist die Deckschicht 5 nicht ausreichend, um im normalleitenden Zustand des Leiterbandes 1 den gesamten Strom zu tragen. Die Puffer-Schicht 3 verhindert ohne zusätzliche Maßnahmen eine Stromleitung über das Trägerband 2. Somit sind für Anwendungen mit großen Strömen Maßnahmen notwendig, um im normalleitenden Zustand des Leiterbandes 1 eine Stromtragfähigkeit des Leiterbandes 1 sicherzustellen. Bei vielen Anwendungen wirken auf das Leiterband 1 starke Kräfte, insbesondere Zugkräfte z.B. beim Wickeln. Zu diesem Zweck kann eine zusätzliche mechanische Stabilisierung des Leiterbandes 1 notwendig sein.
In 2 ist ein bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach dem Stand der Technik mit einer möglichen Maßnahme zur elektrischen und mechanischen Stabilisierung dargestellt. Der bandförmige Hochtemperatur-Supraleiter umfasst das zuvor beschriebene, in 1 dargestellte Leiterband 1. Auf das Leiterband 1 ist als Maßnahme zur Stabilisierung jeweils auf der flachen Ober- und Unterseite ein Metallband 6, 6’ auflaminiert. Das Metallband 6, 6’ kann z.B. aus Stahl, Kupfer oder Messing bestehen. Das Metallband 6 auf der Oberseite des Leiterbands 1 weist das gleiche Material und die gleiche Dicke auf wie das Metallband 6’ auf der Unterseite des Leiterbands 1. Das Metallband 6’ auf der Oberseite in elektrischem Kontakt zur HTS-Schicht 4 dient der elektrischen Stabilisierung und übernimmt im normalleitenden Zustand des Leiterbandes 1 im Wesentlichen die Stromleitung. Das Metallband 6 ist zusätzlich zur mechanischen Stabilisierung des Leiterbandes 1 vorgesehen. Die Wahl des Materials und der Dicke der Metallbänder 6, 6’ bestimmt die mechanische Stabilität und die Stromtragfähigkeit des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters und dessen Gesamtdicke. Eine Optimierung kann bei minimaler Dicke entweder für eine große mechanische oder eine große elektrische Tragfähigkeit erfolgen. Eine gleichzeitige Optimierung für eine große mechanische und eine große elektrische Tragfähigkeit ist bei minimaler Dicke nicht möglich.
In 3 ist ein erfindungsgemäßer bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter dargestellt. Dieser umfasst ebenfalls das zuvor beschriebene, in 1 dargestellte Leiterband 1. Auf das Leiterband 1 ist auf der flachen Oberseite ein Band aus einem ersten Metall als eine erste elektrisch normalleitenden Schicht 8 auflaminiert. Auf der flachen Unterseite des Leiterbandes 1 ist ein Band aus einem zweiten Metall als eine zweite elektrisch normalleitenden Schicht 7 auflaminiert. Das Material des Metallbandes 8 auf der Oberseite und das Material des Metallbandes 7 auf der Unterseite des Leiterbands 1 sind unterschiedlich. Über die unterschiedliche Wahl der Dicken der Metallbänder 7, 8 auf der Oberseite und auf der Unterseite des Leiterbandes 1 können unabhängig voneinander die elektrischen und die mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters jeweils eingestellt werden.
Das Material der normalleitenden Schicht 8 auf der Oberseite des Leiterbandes 1 kann ausgewählt werden rein nach seinen elektrischen Eigenschaften. So wird bevorzugt ein Material mit geringem elektrischem Widerstand bei Zimmertemperatur ausgewählt, z.B. Kupfer. Die Dicke der normalleitenden Schicht 8 wird gewählt nach der für die jeweilige Anwendung notwendigen Stromtragfähigkeit, d.h. der maximal möglichen Stromstärke bei normalleitendem Zustand des Leiterbandes 1 z.B. bei Zimmertemperatur.
Das Material der normalleitenden Schicht 7 auf der Unterseite des Leiterbandes 1 kann ausgewählt werden rein nach seinen mechanischen Eigenschaften. So wird bevorzugt ein Material mit hoher mechanischer Stabilität insbesondere bei Zugbelastung ausgewählt, z.B. Stahl. Dieses Material kann eine schlechtere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als die Schicht 8. Die Dicke der normalleitenden Schicht 7 wird gewählt nach der für die jeweilige Anwendung notwendigen mechanischen Stabilität, d.h. der maximal möglichen mechanischen Belastung z.B. beim Wickeln oder Ziehen des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters.
Die Materialien und Dicken der Schichten 7 und 8 können derart gewählt und kombiniert werden, dass bei minimaler Gesamtdicke des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters eine für die jeweilige Anwendung notwendige und/oder maximale mechanische Gesamtstabilität und gleichzeitig eine für die jeweilige Anwendung notwendige und/oder maximale elektrische Stabilisierung, d.h. Stromtragfähigkeit im normalleitendem Zustand des Leiterbandes 1 erhalten wird. Das zuvor beschrieben Ausführungsbeispiel kann natürlich auch mit anderen Materialen mit den notwendigen Eigenschaften ausgeführt werden. Die Schichten 7 und 8 können gegebenenfalls auch vertauscht sein. Das Ausführungsbeispiel ist auch mit Ausführungsbeispielen aus dem Stand der Technik, insbesondere den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kombinierbar. Bei dem Verfahren können die wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht 8 und die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht 7 auf das Leiterband 1 gleichzeitig oder hintereinander, zeitlich aufeinander folgend, insbesondere in Bandform auflaminiert werden. Es können auch als wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht 8 und als wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht 7 Schichtstapel auflaminiert werden. Es ist auch möglich Schichtstapel durch nacheinander Auflaminieren von mehreren gleichen oder unterschiedlichen Bändern herzustellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7109151 B2 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters mit den Schritten: – Bereitstellen wenigstens eines Leiterbandes (1), welches Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material umfasst, und – Auflaminieren wenigstens einer ersten elektrisch normalleitenden Schicht (8) auf einer Oberseite und wenigstens einer zweiten elektrisch normalleitenden Schicht (7) auf einer Unterseite des Leiterbandes (1), dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens eine erste und als wenigstens eine zweite normalleitende Schicht (8, 7) Schichten aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterband (1) hergestellt wird durch direktes oder indirektes Aufbringen von Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material, insbesondere in Form einer Schicht (4) auf der Oberseite eines Trägerbandes (2), insbesondere auf einem metallischen Trägerband (2).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht (8) auf der Oberseite des Leiterbandes (1) ausgebildet wird als elektrischer Shunt und dass die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) auf der Unterseite des Leiterbandes (1) ausgebildet wird als mechanische Stabilisierung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste elektrisch normalleitende Schicht (8) eine Metallschicht, insbesondere aus Kupfer oder Messing, aufgebracht wird, und/oder dass als zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) eine Metallschicht, insbesondere aus Stahl aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als erste elektrisch normalleitende Schicht (8) eine Metallschicht aus Kupfer aufgebracht wird und dass als zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) eine Metallschicht aus Messing aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Auswahl der Dicke der wenigstens einen ersten normalleitenden Schicht (8) die elektrischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters im normalleitendem Zustand eingestellt werden und/oder dass über die Auswahl der Dicke der wenigstens einen zweiten normalleitenden Schicht (7) die mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters eingestellt werden.
Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 6, mit wenigstens einem Leiterband (1), welches Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material umfasst, und mit wenigstens einer ersten elektrisch normalleitenden Schicht (8) auf einer Oberseite des Leiterbandes (1) und mit wenigstens einer zweiten elektrisch normalleitenden Schicht (7) auf einer Unterseite des Leiterbandes (1), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht (8, 7) aus unterschiedlichen Materialien sind.
Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterband (1) Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material, insbesondere in Form einer Schicht (4), direkt oder indirekt auf der Oberseite eines Trägerbandes (2), insbesondere auf einem metallischen Trägerband (2) umfasst.
Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens erste elektrisch normalleitende Schicht (8) auf der Oberseite des Leiterbandes (1) ausgebildet ist als elektrischer Shunt und dass die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) auf der Unterseite des Leiterbandes (1) ausgebildet ist als mechanische Stabilisierung.
Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch normalleitende Schicht (8) eine Metallschicht ist oder umfasst, insbesondere aus Kupfer oder Messing, und/oder dass die zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) eine Metallschicht ist oder umfasst, insbesondere aus Stahl.
Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch normalleitende Schicht (8) eine Metallschicht aus Kupfer ist oder Kupfer umfasst und dass die zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) eine Metallschicht aus Messing ist oder Messing umfasst.
Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm ist.
Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters im normalleitenden Zustand durch die Dicke der wenigstens einen ersten normalleitenden Schicht (8) und dass die mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters durch die Dicke der wenigstens einen zweiten normalleitenden Schicht (7) einstellbar sind.