DE10307643B4 - High-temperature superconducting body and method for its production - Google Patents

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Abstract

Hochtemperatursupraleitender Körper, enthaltend die supraleitende Verbindung vom Typ REBa2Cu3O7 und metallische Zusätze in oxidischer Form hergestellt mit einem Schmelztexturierungsprozess, wobei RE das chemische Element Y oder eines der chemischen Elemente mit der PSE-Ordnungszahl 57 bis 71 oder eine Mischung der genannten Elemente ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper als Zusätze eines oder mehrere der chemischen Elemente aus einer mit Ru, Ir und Rh gebildeten Gruppe A und eines oder mehrere der chemischen Elemente aus einer mit Zn, Li, Ni und Pd gebildeten Gruppe B enthält, wobei die molare Menge n des Zusatzes der Gruppe A j e 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0, 01 < n < 0; 3 und die molare Menge m des Zusatzes der Gruppe B je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0,001 < m < 0,1 gewählt ist, und dass der schmelztexturierte Körper aus einer supraleitenden Matrix besteht, in der neben einem oder mehreren Elementen der Gruppe B...High-temperature superconductive body containing the superconducting compound of the REBa 2 Cu 3 O 7 type and metallic additives in oxidic form prepared by a melt-texturing process, wherein RE is the chemical element Y or one of the chemical elements having the PSE atomic number 57 to 71 or a mixture of the above Is elements, characterized in that the body contains as additives one or more of the chemical elements of a group A formed with Ru, Ir and Rh and one or more of the chemical elements of a group B formed with Zn, Li, Ni and Pd, wherein the molar amount n of the addition of the group A per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0, 01 <n <0; 3 and the molar amount m of the addition of the group B per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0.001 <m <0.1 is selected, and that the melt-textured body consists of a superconducting matrix, in addition to one or more elements of the Group B ...

Description

Die Erfindung betrifft einen hochtemperatursupraleitenden Körper und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Körper kann in den verschiedensten geometrischen Formen ausgeführt sein, beispielsweise als ringförmiges Bauteil mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, als kreisscheibenförmiges Bauteil, als quaderförmiges Bauteil oder als Schicht auf einer Unterlage. Derartige Bauteile können insbesondere in der Energie-, der Antriebs- und der Transporttechnik angewandt werden.The The invention relates to a high-temperature superconductive body and a method for its production. The body can be in a variety of geometric Molds executed be, for example, as an annular Component with square or rectangular cross-section, as a circular disk-shaped component, as cuboid Component or as a layer on a substrate. Such components can especially in energy, drive and transport technology be applied.

Massive hochtemperatursupraleitende Materialien werden üblicherweise durch eine peritektische Schmelzkristallisation durch Umkehr der Zersetzungsreaktion α-Supraleiterphase (Massivmaterial) ⇔ Schmelze + β-Festphase hergestellt, die für YBa2Cu3O7-δ (YBCO) als α-Phase an Luft bei 1020°C abläuft (z.B. M. Murakami et al., Journal of Engineering Materials and Technology 114(1992)189-195). Nicht reagierte β-Phase Y2BaCuO5 (211) bleibt im Fall von YBCO als Einschluss im Gefüge erhalten. Die diesem Prozess zugrunde liegende Kristallisation verbunden mit einem Temperaturgradienten wird üblicherweise als Schmelztexturierung bezeichnet.Massive high-temperature superconducting materials are usually prepared by peritectic melt crystallization by reversing the decomposition reaction α-superconductor phase (bulk material) ⇔ melt + β-solid phase used for YBa 2 Cu 3 O 7-δ (YBCO) as α-phase in air at 1020 ° C (M. Murakami et al., Journal of Engineering Materials and Technology 114 (1992) 189-195). Unreacted β phase Y 2 BaCuO 5 (211) remains in the case of YBCO as an inclusion in the microstructure. The crystallization underlying this process combined with a temperature gradient is commonly referred to as melt texturing.

Die wichtigsten Eigenschaften der so erhaltenen Formkörper werden durch die kritische Stromdichte bestimmt, die selbst dadurch begrenzt ist, dass der in den Supraleiter vom Typ II eindringende Magnetfluss unter dem Einfluss von Feld und Strom in Bewegung gerät (Dissipation, die bis zum Verlust der Supraleitung führen kann). Herkömmliche Massivmaterialien sind Verbundmaterialien, in denen Partikel einer Zweitphase, Y2BaCuO5, enthalten sind. Dabei wird an den inneren Grenzflächen Magnetfluss festgehalten („pinning"). Nach dem Stand der Technik hergestellte Materialien enthalten bis zu 50 % dieser nichtsupraleitenden Phase, wodurch der stromtragende Querschnitt beträchtlich eingeengt wird. Dies wirkt sich besonders stark in beschichteten Leiterbahnen und Bändern aus, in denen die Supraleiterdicke nur einige 10 bis 100 nm beträgt.The most important properties of the moldings thus obtained are determined by the critical current density, which is itself limited by the fact that the magnetic flux entering the type II superconductor starts to move under the influence of field and current (dissipation leading to the loss of superconductivity) can). Conventional solid materials are composite materials in which particles of a second phase, Y 2 BaCuO are included. 5 Magnetic flux is trapped at the inner interfaces ("pinning") Materials produced by the prior art contain up to 50% of this non-superconductive phase, which considerably narrows the current-carrying cross-section, which has a particularly pronounced effect on coated conductors and tapes. in which the superconductor thickness is only a few 10 to 100 nm.

Kürzlich wurde zwar gefunden, dass durch chemische Substitution z.B. Zn für Cu in Y123 Supraleitern ( DE 101 12 990 ) die kritische Stromdichte deutlich vergrößert werden kann. In herkömmlichen Verfahren entsteht aber immer die nichtsupraleitende Phase Y2BaCuO5 verfahrensbedingt in beträchtlichen Anteilen. Ihr Vorhandensein ermöglicht ein tiegelfreies formstabiles peritektisches Aufschmelzen und, in der Umkehrung, die Kristallisation quasieinkristalliner Blöcke. Deshalb besteht ein dringendes Bedürfnis darin, Lösungen für den Ersatz des nichtsupraleitenden Füllmaterials zu finden, ohne dabei die Verarbeitbarkeit des Materials im Schmelzkristallisationsprozess, der ein tiegelfreies formstabiles Verfahren ist, zu beeinträchtigen. Besonders effektive Pinnungzentren entstehen in Form lang ausgedehnter Kanäle (nm-Durchmesser) bei Bestrahlung mit energiereichen Neutronen oder energiereichen Strahlen (R. Gonzalez-Arrabal, M. Eisterer, H. W. Weber, G. Fuchs, P. Verges, G. Krabbes, Very high trapped fields in neutron irradiated and reinforced YBa2Cu3O7-δ melt-textured superconductors, Applied Physics Letters, 81 2002 (5) 868-870; R. Weinstein, R.-P. Sawh, D. Parks, M. Murakami, T. Mochida, N. Chikumoto, G. Krabbes, W. Bieger, Very high values of Jc obtained in NdBa2Cu3Ox by use of U/n process Physica C 383 (2002) 214-222).Recently, it has been found that by chemical substitution, for example, Zn for Cu in Y123 superconductors ( DE 101 12 990 ) the critical current density can be significantly increased. In conventional processes, however, the non-superconducting phase Y 2 BaCuO 5 always arises in considerable proportions due to the process. Their presence enables a crucible-free dimensionally stable peritectic melting and, inversely, the crystallization of quasi-crystalline blocks. Therefore, there is an urgent need to find solutions for the replacement of the nonsuperconductive filling material without impairing the processability of the material in the melt crystallization process, which is a seal-free dimensionally stable process. Particularly effective Pinnungzentren arise in the form of long channels (nm diameter) when irradiated with high-energy neutrons or high-energy rays (R. Gonzalez-Arrabal, M. Eisterer, HW Weber, G. Fuchs, P. Verges, G. Krabbes, Very high Trapped fields in neutron irradiated and reinforced YBa 2 Cu 3 O 7-δ melt-textured superconductors, Applied Physics Letters, 81 2002 (5) 868-870; R. Weinstein, R.-P. Sawh, D. Parks, M. Murakami, T. Mochida, N. Chikumoto, G. Krabbes, W. bender, Very high values of J c Obtained in NdBa 2 Cu 3 O x by use of U / n process Physica C 383 (2002) 214-222).

Wegen der nur langsam abklingenden Restaktivität sind diese Verfahren ökonomisch uneffektiv.Because of Of the only slowly decaying residual activity, these methods are economical ineffective.

Eine Sonderform massiver Supraleiter stellen dicke Filme des supraleitenden Materials auf REBa2Cu3O7-Basis dar, die für bestimmte Anwendungen in der Informationsübertragung oder Energieübertragung eine vorteilhafte Alternative zu „Powder in tube"-BiSCCO-Materialien bilden, aufgetragen auf ein Substrat, beispielsweise aus Keramik oder ein Metallband.A special form of solid superconductors are thick films of the REBa 2 Cu 3 O 7 -based superconducting material which, for certain applications in information transmission or energy transfer, form an advantageous alternative to "powder in tube" BiSCCO materials applied to a substrate. for example, ceramic or a metal band.

Weiterhin bekannt ist nach der DE 102 49 550 A1 ein supraleitender Kabelleiter mit SEBCO-beschichteten Leiterelementen, der ein Trageelement enthält, auf dem mindestens eine Lage aus zwei oder mehreren supraleitenden Leiterelementen aufgewickelt ist, wobei die einzelnen Leiterelemente jeder Lage nebeneinander angeordnet sind, und die supraleitenden Leiterelemente gebildet sind aus einem bandförmigen Substrat, das mit einem supraleitenden Material auf der Basis von Seltenerd-Bariumcuprat beschichtet ist.Furthermore, it is known from DE 102 49 550 A1 a superconducting cable conductor with SEBCO-coated conductor elements, which comprises a support element, on which at least one layer of two or more superconducting conductor elements is wound, wherein the individual conductor elements of each layer are arranged side by side, and the superconducting conductor elements are formed from a band-shaped substrate, the coated with a superconducting material based on rare earth barium cuprate.

Aus der DE 196 23 050 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung hochtemperatursupraleitender massiver Materialien bekannt. Danach wird zu einem Ausgangspulver SEuMvCuwOz eine arteigene platinhaltige Verbindung SEkPtlMmCunOz zugemischt. Diese Pulvermischung wird vermahlen, verpresst und thermisch einschließlich eines tiegelfreien Schmelztexturierungsprozesses behandelt und zu massiven Blöcken, Formkörpern oder Bändern verarbeitet, die als Supraleiter einsetzbar sind.From the DE 196 23 050 A1 For example, a method for producing high temperature superconducting bulk materials is known. Thereafter, a species-specific platinum-containing compound SE k Pt l M m Cu n O z is added to a starting powder SE u M v Cu w O z . This powder mixture is ground, pressed and thermally treated, including a crucible-free melt-texturing process, and made into solid blocks, moldings or ribbons which can be used as superconductors.

Nachteile bisheriger Lösungen sind hier die geringe Wachstumsgeschwindigkeit bei physikalischer Beschichtung und die mangelhafte Schichtqualität bei chemischen Verfahren. Die Kristallisation über Schmelzverfahren ermöglicht deutlich höhere Raten und bessere Qualitäten.disadvantage previous solutions here are the slow growth rate at physical Coating and the poor coating quality in chemical processes. The crystallization over Fusion allows significantly higher rates and better qualities.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hochtemperatursupraleitenden Körper mit sehr guten, reproduzierbaren elektrischen und magnetischen Eigenschaften zu entwickeln. Eingeschlossen in diese Aufgabe ist die Entwicklung eines dementsprechenden Herstellungsverfahrens.The invention has for its object to develop high-temperature superconducting body with very good, reproducible electrical and magnetic properties. Locked in in this task is the development of a corresponding manufacturing process.

Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst.These Task is with the features specified in the claims solved.

Die Erfindung basiert auf einem hochtemperatursupraleitenden Körper, der die supraleitende Verbindung vom Typ REBa2Cu3O7 und metallischen Zusätzen enthält oder aus dieser besteht und der mit einem Schmelztexturierungsprozess hergestellt ist, wobei RE das chemische Element Y oder eines der chemischen Elemente mit der PSE-Ordnungszahl 57 bis 71 oder eine Mischung der genannten Elemente ist.The invention is based on a high-temperature superconducting body containing or consisting of the REBa 2 Cu 3 O 7 type superalloy compound and metallic additives, which is made by a melt texturing process, where RE is the chemical element Y or one of the chemical elements with the PSE -Ordnungszahl 57 to 71 or a mixture of said elements is.

Erfindungsgemäß enthält der Körper als Zusätze eines oder mehrere der chemischen Elemente aus einer mit Ru, Ir und Rh gebildeten Gruppe A und eines oder mehrere der chemischen Elemente aus einer mit Zn, Li, Ni und Pd gebildeten Gruppe B. Dabei ist die molare Menge n des Zusatzes der Gruppe A je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0,01 < n < 0,3 und die molare Menge m des Zusatzes der Gruppe B je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0, 001 < m < 0, 1 gewählt. Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal besteht der schmelztexturierte Körper aus einer supraleitenden Matrix, in der neben einem oder mehreren Elementen der Gruppe B noch Bereiche enthalten sind, die eines oder mehrere Elemente der Gruppe A konzentriert enthalten. Diese Bereiche liegen als elongierte Partikel, als lamellenartig ausgebildete Zonen oder als granulare Einschlüsse vor.According to the invention, the body contains as additives one or more of the chemical elements of a group A formed with Ru, Ir and Rh and one or more of the chemical elements of a group B formed with Zn, Li, Ni and Pd of the addition of the group A per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0.01 <n <0.3 and the molar amount m of the addition of the group B per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0, 001 <m < 0, 1 selected. According to a further feature of the invention, the melt-textured body consists of a superconducting matrix in which, in addition to one or more group B elements, there are also areas which contain one or more group A elements concentrated. These areas are present as elongated particles, as lamellar zones or as granular inclusions.

Die elongierten Partikel bestehen gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung aus einer Ru-haltigen Phase der Zusammensetzung RurPtpAlaBabCucYyOx bestehen, wobei gilt:
0,01 < r < 0,2
0 < p < 0,15
0 < a < 0,15
0, 3 < b < 0, 55
0, 01 < c < 0, 5
0 < y < 0, 25.
The elongated particles consist according to an advantageous embodiment of the invention of a Ru-containing phase of the composition Ru r Pt p Al a Ba b Cu c Y y O x exist, where:
0.01 <r <0.2
0 <p <0.15
0 <a <0.15
0, 3 <b <0, 55
0, 01 <c <0, 5
0 <y <0, 25.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann der supraleitende Körper als supraleitender Film mit einer Dicke im Bereich von 0,1 μm bis 100 μm ausgeführt sein.According to one appropriate embodiment of Invention, the superconducting body as a superconducting film be made with a thickness in the range of 0.1 .mu.m to 100 .mu.m.

Das Ba kann ganz oder teilweise durch ein oder mehrere Elemente der Seltenerden und/oder der Erdalkalimetalle substituiert sein.The Ba may be wholly or partly by one or more elements of the Rare earth and / or the alkaline earth metals to be substituted.

RE kann teilweise durch Ca gemäß REl_zCazBa2Cu3O7-σ substituiert sein, wobei 0,01 < z < 0,2 gilt.RE may be substituted 2 Cu 3 O 7-σ z Ca z Ba in part by Ca according RE l _, wherein 0.01 <z <0.2 applies.

Das Verfahren zur Herstellung hochtexturierter oder enkristalliner hochtemperatursupraleitender Körper durch einen Schmelzkristallisationsprozess, bei dem als supraleitende Phase eine Verbindung vom Typ REBa2Cu3O7 entsteht, wobei RE das chemische Element Y oder eines der chemischen Elemente mit der PSE-Ordnungszahl 57 bis 71 oder eine Mischung der genannten Elemente ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsmischung für den Schmelztexturierungsprozess ein Zusatz zugegeben wird, der eines oder mehrere der chemischen Elemente aus einer mit Ru, Ir und Rh gebildeten Gruppe A und eines oder mehrere der chemischen Elemente aus einer mit Zn, Li, Ni und Pd gebildeten Gruppe B enthält. Dabei wird die molare Menge n des Zusatzes der Gruppe A je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0,02 < n < 0,3 und die molare Menge m des Zusatzes der Gruppe B je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0, 001 < m < 0, 1 gewählt.The process for producing hochtexturierter or enkristalliner high-temperature superconducting body by a melt crystallization process in which the superconducting phase is a compound of the type REBa 2 Cu 3 O 7 , where RE is the chemical element Y or one of the chemical elements with the PSE atomic number 57 to 71 or is a mixture of said elements, characterized in that an additive is added to the starting mixture for the melt texturing process comprising one or more of the chemical elements of a group A formed by Ru, Ir and Rh and one or more of the chemical elements of Zn, Li, Ni and Pd formed group B. In this case, the molar amount n of the addition of the group A per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0.02 <n <0.3 and the molar amount m of the addition of group B per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0, 001 <m <0, 1 selected.

Die molare Menge n eines Ru-Zusatzes je 1 Mol REBa2Cu3O7 wird vorteilhaft mit 0,01 < n < 0,3 gewählt.The molar amount n of a Ru additive per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 is advantageously chosen to be 0.01 <n <0.3.

Die molare Menge m eines Zn-Zusatzes je 1 Mol REBa2Cu3O7 wird vorteilhafterweise mit 0,001 < m < 0,1 gewählt.The molar amount m of a Zn additive per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 is advantageously chosen to be 0.001 <m <0.1.

Die molare Menge k eines Li-Zusatzes je 1 Mol REBa2Cu3O7 wird vorteilhaft mit 0,001 < k < 0,1 gewählt.The molar amount k of a Li additive per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 is advantageously chosen to be 0.001 <k <0.1.

Die erfindungsgemäßen hochtemperatursupraleitenden Körper weisen sehr gute reproduzierbare elektrische und magnetische Eigenschaften auf.The High-temperature superconducting inventive body have very good reproducible electrical and magnetic properties on.

Der erfindungsgemäße Zusatz beeinflusst durch die chemischen Elemente Ru, Ir und/oder Rh der Gruppe A in starkem Maße den Prozess der Schmelzkristallisation. Üblicherweise erfolgt die Schmelztexturierung mit einem Überschuss von Y2BaCuO5, welches das Auseinanderfließen des partiell geschmolzenen Formkörpers verhindert. Der Überschuss findet sich dann als Fremdphase im Körper wieder. Die stabilisierende Funktion der Schmelze bei nur geringem Gehalt (entsprechende stöchiometrische Menge Y2BaCuO5) übernehmen die Elemente der Gruppe A.The additive according to the invention greatly influences the process of melt crystallization by the chemical elements Ru, Ir and / or Rh of group A. Usually, the melt texturing is carried out with an excess of Y 2 BaCuO 5 , which prevents the flow apart of the partially molten molding. The surplus is then found as a foreign phase in the body again. The stabilizing function of the melt at a low content (corresponding stoichiometric amount of Y 2 BaCuO 5 ) take over the elements of group A.

Bevorzugt soll der A-Gruppengehalt in der Mischung < 0,1 Mol je Mol RE123 betragen, wenn die Ausscheidung einer zweiten Phase nicht gewünscht wird. Dieser Fall ist dann angebracht, wenn die vorteilhaften starken Pinningkräfte, verursacht durch magnetische Momente im atomaren Bereich (nm-Skala), für die Flusshaftung ausgenutzt werden sollen.Prefers the A-group content in the mixture should be <0.1 moles per mole of RE123, if the elimination of a second phase is not desired. This case is then installed, with favorable strong pinning forces caused by magnetic moments in the atomic range (nm scale), for the flux adhesion to be exploited.

Höhere A-Gruppengehalte sind dagegen vorteilhaft, wenn gleichzeitig durch Zugabe von A1 und Pt die Bildung einer Phase RurPtpAlaBabCucYyOx angestrebt wird. Diese Phase hat die Tendenz, feine nadelförmige Ausscheidungen in der supraleitenden Matrix zu bilden, die, ähnlich zu kolumnaren Strahlendefekten, Flusslinien mehrfach und fest pinnen.But a higher A-group contents are advantageous when at the same time the formation of a phase Ru Pt r p Al a Ba b Cu c O y Y x is sought by the addition of A1 and Pt. This phase tends to have fine acicular precipitates in the superconducting Matrix, which, similar to columnar radiation defects, pinning flux lines multiply and tightly.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass hohe Stromdichten bei 77 K noch oberhalb 3 T erreicht werden.One particular advantage is that high current densities at 77 K can still be reached above 3 T.

Nachstehend ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.below is the invention of embodiments explained in more detail.

Beispiel 1example 1

Ein supraleitender Körper wird in einem Prozess aus folgenden wesentlichen Verfahrensschritten hergestellt:

  • a) Herstellung einer Pulvermischung und Formgebung (Pressen zu einem Formkörper oder Verstreichen auf einer Unterlage),
  • b) Durchführung eines Schmelzkristallisationsprozesses an dem geformten Körper,
  • c) Oxidation des kristallisierten Formkörpers.
A superconductive body is produced in a process from the following essential process steps:
  • a) preparation of a powder mixture and shaping (pressing into a molding or spreading on a substrate),
  • b) performing a melt crystallization process on the molded body,
  • c) oxidation of the crystallized molding.

Im Schritt a) wird zunächst ein Pulver der Ausgangsverbindung YBa2Cu2,98Ni0,02O7 hergestellt aus einem Gemisch von Y2O3, BaCO3,CuO und NiO in entsprechenden molaren Anteilen durch dreimaliges Erhitzen auf 940 °C mit nachfolgender Zerkleinerung und Homogenisierung des Reaktionsproduktes. Dem so erhaltenen Pulver wird RuO2-Pulver zugemischt im folgenden molaren Verhältnis: 1YBa2Cu2,98Ni0,02O7:0,03RuO2 In step a) is first a powder of the starting compound YBa 2 Cu 2.98 Ni 0.02 O 7 prepared from a mixture of Y 2 O 3 , BaCO 3 , CuO and NiO in appropriate molar proportions by heating three times at 940 ° C with subsequent comminution and homogenization of the reaction product. The powder thus obtained is admixed with RuO 2 powder in the following molar ratio: 1YBa 2 Cu 2.98 Ni 0.02 O 7 : 0.03RuO 2

Die erhaltene Pulvermischung wird zu einem zylindrischen Formkörper mit einem Durchmesser von 20 mm gepresst.The obtained powder mixture becomes a cylindrical shaped body with a diameter of 20 mm pressed.

Zur Vorbereitung der Schmelztexturierung im Verfahrensschritt b) wird auf die Stirnfläche des Formkörpers mittig ein Keim aus einkristallinem SmBa2Cu3O7 mit seiner kristallographischen c-Achse parallel zur Zylinderachse aufgesetzt. Bei der anschließenden Schmelztexturierung wird der Formkörper an Luft wie folgt wärmebehandelt:

  • 1. Aufheizen mit 400 K/h auf 1050°C
  • 2. Schnelles Abkühlen auf 1020°C
  • 3. Kristallisation durch Abkühlen mit 1 K/h auf 975°C
To prepare the melt texturing in process step b) is centrally 7 placed on the end face of the shaped body, a seed of monocrystalline SmBa 2 Cu 3 O with its crystallographic c-axis parallel to the cylinder axis. In the subsequent melt-texturing, the shaped body is heat-treated in air as follows:
  • 1. Heating at 400 K / h to 1050 ° C
  • 2. Fast cooling to 1020 ° C
  • 3. crystallization by cooling with 1 K / h to 975 ° C.

Im anschließenden Verfahrensschritt c) erfolgt die Oxidation des Formkörpers bei 380°C über 150 Stunden in einer Sauerstoffatmosphäre.in the subsequent Process step c), the oxidation of the shaped body at 380 ° C over 150 Hours in an oxygen atmosphere.

Der so hergestellte Formkörper enthält eine supraleitende Matrix, die frei von Einschlüssen anderer Y-Ba-Cu-Oxide ist. In der Matrix sind lamellenartige Ru-haltige Zonen enthalten.Of the Moldings produced in this way contains a superconducting matrix free of inclusions of other Y-Ba-Cu oxides is. The matrix contains lamellar Ru-containing zones.

Beispiel 2Example 2

Das Beispiel betrifft einen aus einem supraleitenden Material bestehenden massiven Körper bei dem als supraleitende Matrix YBa2Cu2,99Ni0,01O7 frei von Einschlüssen der Phase Y2BaCuO5 oder anderer Y-Ba-Cu-O-Phasen entsteht. Zur Herstellung wird im Schritt a) ein Ausgangspulver aus Y2O3, BaCO3, CuO und Zn in den der Formel entsprechenden Anteilen hergestellt.The example relates to a solid body made of a superconducting material in which the superconducting matrix YBa 2 Cu 2.99 Ni 0.01 O 7 is formed free of inclusions of the phase Y 2 BaCuO 5 or other Y-Ba-Cu-O phases. For the preparation, a starting powder of Y 2 O 3 , BaCO 3 , CuO and Zn in the proportions corresponding to the formula is prepared in step a).

Anschließend wird Ru-Pulver im Verhältnis 1MolYBa2Cu2,99Ni0,01O7:0,03MolRuO2 zugemischt und die Mischung in analoger Weise wie in den Verfahrensschritten b) und c) des Beispiels 1 behandelt.Subsequently, Ru powder is in proportion 1MolYBa 2 Cu 2.99 Ni 0.01 O 7: 0,03MolRuO 2 mixed and treated the mixture in an analogous manner as in the process steps b) and c) of Example 1.

Der so hergestellte Formkörper enthält eine supraleitende Matrix, die frei von Einschlüssen anderer Y-Ba-Cu-Oxide ist. In der Matrix sind granulare Ru-haltige Einschlüsse enthalten.Of the Moldings produced in this way contains a superconducting matrix free of inclusions of other Y-Ba-Cu oxides is. The matrix contains granular Ru-containing inclusions.

Die kritische Stromdichte bei 77 K in einem so hergestellten Körper ist über einen weiten Bereich bis 3 T von einem außen angelegten Feld unabhängig und größer 5 × 108 A/m2.The critical current density at 77 K in a body thus produced is independent of an externally applied field over a wide range up to 3 T and greater than 5 × 10 8 A / m 2 .

Beispiel 3Example 3

Dieses Beispiel betrifft die Herstellung eines supraleitenden massiven Körpers, bei dem die supraleitende Phase Li enthält, das einen Teil des Cu in der Verbindung YBa2Cu3O7 ersetzt.This example relates to the production of a superconductive bulk body in which the superconducting phase contains Li which replaces a part of the Cu in the compound YBa 2 Cu 3 O 7 .

Die Herstellung erfolgt in analoger Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass zur Herstellung des Ausgangspulvers Y2O3, BaCO3, CuO und Li2CO3 in Anteilen gemischt werden, die der Formel YBa2Cu2,99Ni0,01O7 entsprechen.The preparation is carried out in an analogous manner as described in Example 1, with the difference that for the preparation of the starting powder Y 2 O 3 , BaCO 3 , CuO and Li 2 CO 3 are mixed in proportions of the formula YBa 2 Cu 2.99 Ni 0.01 O 7 correspond.

Der so hergestellte Formkörper enthält eine supraleitende Matrix, die frei von Einschlüssen anderer Y-Ba-Cu-Oxide ist. In der Matrix sind granulare Ru-haltige Einschlüsse enthalten.Of the Moldings produced in this way contains a superconducting matrix free of inclusions of other Y-Ba-Cu oxides is. The matrix contains granular Ru-containing inclusions.

Der erhaltene Körper zeichnet sich dadurch aus, dass bei 77 K die kritische Stromdichte im Bereich bis 3 T größer als 5 × 108 A/m2 ist.The body obtained is characterized in that at 77 K, the critical current density in the range up to 3 T is greater than 5 × 10 8 A / m 2 .

Beispiel 4Example 4

Das Beispiel betrifft den Fall, dass der supraleitende Körper in Form eines 50 μm dicken Films auf einer Unterlage von ZrO2 hergestellt wird. Dazu wird in Schritt a) ein Pulver der Zusammensetzung YBa2Cu2,985Zn0,015O7 hergestellt, dem RuO2 im molarem Verhältnis 1YBa2(Cu, Zn)3O7:0,03RuO2 zugemischt wird.The example relates to the case that the superconducting body is made in the form of a 50 μm thick film on a ZrO 2 base. For this purpose, in step a) a powder having the composition YBa 2 Cu 2.985 Zn 0.015 O 7 is produced, the molar ratio of RuO 2 in 1YBa 2 (Cu, Zn) 3 O 7 : 0.03RuO 2 is mixed.

Das Gemisch wird in Ethanol aufgeschlämmt und in einer Kugelmühle 20 Minuten gemahlen. Nach der Separation des Mahlguts wird so viel Ethanol entzogen, bis eine verstreichbare Konsistenz erreicht ist. Der Schlicker wird mit einem Spatel auf eine Unterlage aus ZrO2 als etwa 50 μm dicker Film aufgetragen.The mixture is slurried in ethanol and ground in a ball mill for 20 minutes. After separation of the millbase, so much ethanol is removed until a spreadable consistency is achieved. The slip is applied to a Un with a spatula layer of ZrO 2 applied as a film about 50 microns thick.

Nach dem Trocknen in Luft wird die beschichtete Unterlage in einen Zweizonenofen auf eine Temperatur von 1015 °C aufgeheizt. Nach Halten der Temperatur für 5 Minuten wird auf 1045 °C abgekühlt und mit zeitlicher Versetzung von 6 h ein langsamer Abkühlvorgang mit 0,5 K/h begonnen. Zwischen den beiden Ofenheizzonen wird dabei eine Temperaturdifferenz von 3 K eingestellt und die Temperatur kontinuierlich mit 0,5 K/h bis auf 975 °C weiter abgesenkt.To when dried in air, the coated base becomes a two zone oven to a temperature of 1015 ° C heated. After maintaining the temperature for 5 minutes, cool to 1045 ° C and with a time shift of 6 h a slow cooling process started at 0.5 K / h. Between the two Ofenheizzonen is doing set a temperature difference of 3K and the temperature Continuously lowered at 0.5 K / h to 975 ° C.

Abschließend wird die Oxidation bei 380 °C über 10 h analog wie im Beispiel 1 beschrieben durchgeführt.Finally, it will the oxidation at 380 ° C for 10 h carried out analogously as described in Example 1.

Die erhaltene Schicht besteht aus einer supraleitenden Matrix, die vereinzelte Ru-haltige granulare Einschlüsse enthält.The obtained layer consists of a superconducting matrix, the isolated Ru-containing granular inclusions contains.

Beispiel 5Example 5

Die Herstellung eines supraleitenden Körpers mit nadelförmigen Ausscheidungen wird im folgenden Ausführungsbeispiel beschrieben.The Preparation of a superconducting body with acicular precipitates is the following embodiment described.

Zunächst wird ein Pulver der Zusammensetzung YBa2Cu3O7 hergestellt aus den äquivalenten Mengen Y2O3 + 2BaCuO3 + 3 CuO, wie im Beispiel 1 beschrieben, dem nach Zerkleinerung RuO2, Y2O3 und Pt-Pulver in den molaren Verhältnissen 1YBa2Cu3O7:0,24Y2O3:0,035RuO2:0,015Pt zugemischt werden.First, a powder of the composition YBa 2 Cu 3 O 7 is prepared from the equivalent amounts of Y 2 O 3 + 2BaCuO 3 + 3 CuO, as described in Example 1, after crushing RuO 2 , Y 2 O 3 and Pt powder in the molar ratios 1YBa 2 Cu 3 O 7 : 0.24Y 2 O 3 : 0.035RuO 2 : 0.015Pt be mixed.

Nach dem Homogenisieren wird die Pulvermischung zu einem Formkörper der Abmessungen 35 × 35 × 20 mm2 gepreßt. Zur Vorbereitung der Schmelzkristallisation wird der Körper mit einer quadratischen Seite auf eine keramische Platte aus Al2O3 gesetzt und auf der gegenüberliegenden freien Seite wird mittig ein Keimkristall aus YBa2Cu3O7 plaziert. Anschließend wird im Verfahrensschritt b) der Schmelztexturierungsvorgang wie im Beispiel 1 beschrieben durchgeführt.After homogenization, the powder mixture is pressed into a shaped body of dimensions 35 × 35 × 20 mm 2 . To prepare the melt crystallization, the body is placed with a square side on a ceramic plate of Al 2 O 3 and on the opposite free side, a seed crystal of YBa 2 Cu 3 O 7 is placed in the middle. Subsequently, in process step b), the melt-texturing process is carried out as described in Example 1.

Es entsteht ein Formkörper, der eine supraleitende Matrix aus YBa2Cu3O7 enthält. In der Matrix ist neben granularen Einschlüssen von Y2BaCuO5 ein hoher Anteil elongierter Partikel in Form feiner Nadeln enthalten, die aus Al0,12Ba0,42Cu0,09Pt0,09Ru0,07Y0,21O1,22 bestehen.The result is a shaped body containing a superconducting matrix of YBa 2 Cu 3 O 7 . In the matrix, in addition to granular inclusions of Y 2 BaCuO 5, a high proportion of elongated particles in the form of fine needles consisting of Al 0.12 Ba 0.42 Cu 0.09 Pt 0.09 Ru 0.07 Y 0.21 O 1.22 exist.

Der Körper zeichnet sich durch kritische Stromdichten über 5 × 108 A/m2 in Feldern bis zu 3,5 T bei 77 K aus.The body is characterized by critical current densities over 5 × 10 8 A / m 2 in fields up to 3.5 T at 77 K.

Claims (9)

Hochtemperatursupraleitender Körper, enthaltend die supraleitende Verbindung vom Typ REBa2Cu3O7 und metallische Zusätze in oxidischer Form hergestellt mit einem Schmelztexturierungsprozess, wobei RE das chemische Element Y oder eines der chemischen Elemente mit der PSE-Ordnungszahl 57 bis 71 oder eine Mischung der genannten Elemente ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper als Zusätze eines oder mehrere der chemischen Elemente aus einer mit Ru, Ir und Rh gebildeten Gruppe A und eines oder mehrere der chemischen Elemente aus einer mit Zn, Li, Ni und Pd gebildeten Gruppe B enthält, wobei die molare Menge n des Zusatzes der Gruppe A j e 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0, 01 < n < 0; 3 und die molare Menge m des Zusatzes der Gruppe B je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0,001 < m < 0,1 gewählt ist, und dass der schmelztexturierte Körper aus einer supraleitenden Matrix besteht, in der neben einem oder mehreren Elementen der Gruppe B Bereiche enthalten sind, die eines oder mehrere Elemente der Gruppe A konzentriert enthalten, wobei diese Bereiche als elongierte Partikel, als lamellenartig ausgebildete Zonen oder als granulare Einschlüsse vorliegen.High-temperature superconductive body containing the superconducting compound of the REBa 2 Cu 3 O 7 type and metallic additives in oxidic form prepared by a melt-texturing process, wherein RE is the chemical element Y or one of the chemical elements having the PSE atomic number 57 to 71 or a mixture of the above Is elements, characterized in that the body contains as additives one or more of the chemical elements of a group A formed with Ru, Ir and Rh and one or more of the chemical elements of a group B formed with Zn, Li, Ni and Pd, wherein the molar amount n of the addition of the group A per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0, 01 <n <0; 3 and the molar amount m of the addition of the group B per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0.001 <m <0.1 is selected, and that the melt-textured body consists of a superconducting matrix, in addition to one or more elements of the Group B contain regions which contain one or more elements of group A concentrated, these regions being present as elongated particles, as lamellar zones or as granular inclusions. Hochtemperatursupraleitender Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elongierten Partikel aus einer Ru-haltigen Phase der Zusammensetzung RurPtpAlaBabCucYyOx bestehen, wobei gilt 0, 01 < r < 0, 2 0 < p < 0,15 0 < a < 0,15 0, 3 < b < 0, 55 0,01 < c < 0,5 0 < y < 0, 25.High-temperature superconductive body according to claim 1, characterized in that the elongated particles of a Ru-containing phase of the composition Ru r Pt p Al a Ba b Cu c Y y O x exist, wherein 0, 01 <r <0, 2, 0 < p <0.15 0 <a <0.15 0, 3 <b <0, 55 0.01 <c <0.5 0 <y <0.25. Hochtemperatursupraleitender Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein supraleitender Film mit einer Dicke im Bereich von 0,1 μm bis 100 μm ist.High-temperature superconductive body according to claim 1, characterized characterized in that the body is a superconducting film having a thickness in the range of 0.1 μm to 100 μm. Hochtemperatursupraleitender Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ba ganz oder teilweise durch ein oder mehrere Elemente der Seltenerden und/oder der Erdalkalimetalle substituiert ist.High-temperature superconductive body according to claim 1, characterized characterized in that the Ba is wholly or partly by one or more Substituted elements of rare earths and / or alkaline earth metals is. Hochtemperatursupraleitender Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass RE teilweise durch Ca gemäß RE1-zCazBa2Cu3O7-σ substituiert ist, wobei 0, 01 < z < 0, 2 gilt.High-temperature superconductive body according to claim 1, characterized in that RE 1-z Ca z Ba 2 Ca is partially substituted in accordance with RE Cu 3 O 7-σ, where 0, 01 <z <0, 2 applies. Verfahren zur Herstellung hochtexturierter oder einkristalliner hochtemperatursupraleitender Körper durch einen Schmelzkristallisationsprozess, bei dem als supraleitende Phase eine Verbindung vom Typ REBa2Cu3O7 entsteht, wobei RE das chemische Element Y oder eines der chemischen Elemente mit der PSE-Ordnungszahl 57 bis 71 oder eine Mischung der genannten Elemente ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsmischung für den Schmelztexturierungsprozess ein Zusatz zugegeben wird, der eines oder mehrere der chemischen Elemente aus einer mit Ru, Ir und Rh gebildeten Gruppe A und eines oder mehrere der chemischen Elemente aus einer mit Zn, Li, Ni und Pd gebildeten Gruppe B enthält, wobei die molare Menge n des Zusatzes der Gruppe A je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0, 02 < n < 0, 3 und die molare Menge m des Zusatzes der Gruppe B je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0,001 < m < 0,1 gewählt wird.Process for the production of highly textured or monocrystalline high-temperature superconductive bodies by a melt crystallization process in which the superconducting phase is a compound of the type REBa 2 Cu 3 O 7 , wherein RE is the chemi or a mixture of said elements is, according to one of claims 1 to 5, characterized in that the starting mixture for the melt-texturing process, an additive is added, the one or more the chemical elements of a group A formed with Ru, Ir and Rh and one or more of the chemical elements of a Z formed with Zn, Li, Ni and Pd group B, wherein the molar amount n of the addition of the group A per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0, 02 <n <0, 3 and the molar amount m of the addition of the group B per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0.001 <m <0.1 is selected. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die molare Menge n eines Ru-Zusatzes je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0,01 < n < 0,3 gewählt wird.A method according to claim 6, characterized in that the molar amount n of a Ru additive per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 is selected with 0.01 <n <0.3. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die molare Menge m eines Zn-Zusatzes je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0,001 < m < 0,1 gewählt wird.A method according to claim 6, characterized in that the molar amount m of a Zn additive per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 with 0.001 <m <0.1 is selected. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die molare Menge k eines Li-Zusatzes je 1 Mol REBa2Cu3O7 mit 0,001 < k < 0,1 gewählt wird.A method according to claim 6, characterized in that the molar amount k of a Li additive per 1 mol of REBa 2 Cu 3 O 7 is chosen to be 0.001 <k <0.1.
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