DE3729125A1

DE3729125A1 - Method for producing a superconducting component

Info

Publication number: DE3729125A1
Application number: DE19873729125
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Hillmann; Helmut Dr Krauth
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1987-09-01
Filing date: 1987-09-01
Publication date: 1989-03-09

Abstract

Due to its brittleness, superconducting ceramic material cannot be subjected to any mechanical deformation in order to produce more or less complicated components therefrom. It has, furthermore, the disadvantage that no sufficiently high current carrying capacity is present. This problem can be solved by means of the method according to the invention by alternately applying a multiplicity of extremely thin superconducting and normally conducting layers (2) onto a carrier (1) which is shaped in accordance with the shape of the superconducting component, a thicker layer (3) of normally conducting material and an insulating layer (4) following after a number of these thin layers (2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus keramischem supraleitendem Material aufgebauten Bau elementes.The invention relates to a method for producing a made of ceramic superconducting material element.

Supraleiter auf Keramikbasis werden bisher nur in Form von Sinterkörpern oder gesinterten Schichten hergestellt, wo bei aus mehreren verschiedenen oxidischen Pulvern durch Mischen, Pressen und Sintern zunächst eine keramische Sintermasse gebildet wird, die zur Homogenisierung meist noch mindestens einmal zu einem feinkörnigen Pulver zer mahlen wird, bevor die Formkörper endgültig hergestellt werden.Ceramic-based superconductors have so far only been used in the form of Sintered bodies or sintered layers made where with from several different oxidic powders Mixing, pressing and sintering first a ceramic Sintered mass is formed, mostly for homogenization at least once more into a fine-grained powder is ground before the moldings are finally produced will.

Die in Form von Sinterkörpern oder Schichten vorliegenden supraleitenden Materialien, können jedoch wegen ihrer Sprödigkeit nicht unmittelbar zu elektrischen Leitern, Spulen für Maschinen und Elektromagnete, magnetischen Ab schirmungen oder dergleichen weiterverarbeitet werden.Those in the form of sintered bodies or layers superconducting materials, however, because of their Brittleness not directly to electrical conductors, Coils for machines and electromagnets, magnetic ab shields or the like can be processed further.

Keramische Supraleiter auf der Basis Y Ba CuO mit Perovskite-Gitterstruktur besitzen bekanntlich besonders hohe kritische Temperaturen und hohe kritische Magnet feldstärken, weisen jedoch nicht die für technische Supraleiter erforderliche hohe kritische Stromdichte auf.Ceramic superconductors based on Y Ba CuO with perovskite lattice structure are known to have particularly high critical temperatures and high critical magnetic field strengths, but do not have the high critical current density required for technical superconductors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem nicht nur die Herstellung beliebig ge formter Bauelemente ermöglicht wird, sondern auch die er forderliche Stromtragfähigkeit und Stabilität gewährleis tet sind.The invention is based on the object of a method create, with which not only the manufacture arbitrarily ge molded components is made possible, but also he guarantee the required current carrying capacity and stability are.

Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf einem der Form des Bauelementes entsprechend ge formten Träger alternierend eine Vielzahl von supralei tenenden und normalleitenden Schichten aufgebracht werden. Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention, these objects are achieved by that on one of the shape of the component corresponding to ge carriers alternately formed a variety of suprali tenenden and normal conductive layers are applied. Further features and details of the invention emerge itself from the subclaims.

Durch den gemäß der Erfindung gezielten und relativ ein fachen Aufbau einer Schichtstruktur an einem der Form des Bauelementes angepaßten Träger, wird nicht nur die Her stellung eines funktionsfähigen supraleitenden Bauelemen tes ermöglicht, sondern auch die gewünschte erforderliche hohe Stromtragfähigkeit erzielt. Damit wird die Möglich keit eröffnet, auf einfache Weise beliebig geformte supra leitende Bauelemente, wie Magnete, Spulen, Abschirmungen und dergleichen herstellen zu können.Due to the targeted and relatively according to the invention fold structure of a layer structure on one of the form of the Component adapted carrier, not only the Her provision of a functional superconducting component tes enables, but also the required required high current carrying capacity achieved. This makes the possible opened up, in a simple way arbitrarily shaped supra conductive components, such as magnets, coils, shields and to be able to manufacture.

Vorzugsweise liegt die Dicke der supraleitenden Schichten in der Größenordnung der Flußlinienabstände im Magnetfeld, also zwischen 10 und 50 nm. In diesem Falle können sich die Flußlinien unter Energieabsenkung in der auf die su praleitende Schicht folgenden dünnen normalleitenden Schicht aufhalten und dort verankern, was zu einer hohen Stromtragfähigkeit führt. In jeder normalleitenden Schicht befindet sich dann - in Lorentz-Kraftrichtung gesehen - in der Regel jeweils nur eine Flußlinie. The thickness of the superconducting layers is preferably in the order of magnitude of the flux line spacing in the magnetic field, between 10 and 50 nm. In this case, the river lines under energy reduction in the on the su Pre-conductive layer following thin normal conductive Hold on to layer and anchor there, resulting in a high Current carrying capacity. In every normal conductive layer is then - seen in the Lorentz force direction - in usually only one river line at a time.

Die Schichtdicke der normalleitenden Schicht soll erfin dungsgemäß in der Größenordnung der supraleitenden Kohä renzlänge liegen, damit die Flußlinien ihre Energie opti mal absenken können. Vorzugsweise soll die Schichtdicke zwischen 10 und 20 nm liegen.The layer thickness of the normally conductive layer should be invented in accordance with the order of magnitude of the superconducting cohesion limit length so that the river lines optimize their energy can lower times. The layer thickness should preferably be are between 10 and 20 nm.

Wegen der Anisotropie des kritischen Magnetfeldes müssen die Schichten erfindungsgemäß polykristallin auf den Trä ger aufgebracht werden. In diesem Falle wird ein zwischen einem Maximum und Minimum liegendes mittleres kritisches Magnetfeld im supraleitenden Bauelement wirksam. Das Auf bringen der Schichten kann mit einem der üblichen Be schichtungsverfahren erfolgen, beispielsweise durch Sput tern, Aufdampfen, Flammspritzen, chemische Abscheidungs verfahren oder dergleichen.Because of the anisotropy of the critical magnetic field the layers according to the invention polycrystalline on the carrier ger applied. In this case, a between a maximum and minimum mean critical Magnetic field effective in the superconducting component. The up bring the layers with one of the usual Be Layering processes take place, for example by sput tern, vapor deposition, flame spraying, chemical deposition procedure or the like.

Die für einen technischen Supraleiter erforderliche Stabi lisierung wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß nach einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden, entsprechend dünnen Schichten aus supraleitendem und nor malleitendem Material eine dicke Schicht aus hochleitfähi gem Normalmetall, wie z. B. Kupfer, Silber oder derglei chen aufgebracht wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß Träger selbst aus einem solch hochleitfähigem Metall besteht.The stabilizer required for a technical superconductor lization is achieved according to the invention in that after a certain number of consecutive, correspondingly thin layers of superconducting and nor a thick layer of highly conductive material gem normal metal, such as. B. copper, silver or the like Chen is applied. Another option is there in that carriers themselves are made from such a highly conductive Metal.

Um die bei technischen Supraleitern für den Quenchschutz (d. h. Schutz der supraleitenden Bauelemente bei plötzli chem Übergang in die Normalleitung) erforderlichen parallel geschalteten Widerstände an den von innen nach außen von einander elektrisch getrennten Wicklungs elementen anbringen zu können, folgt erfindungsgemäß auf die Dicke, als Lötgrundlage dienende normalleitende Schicht eine hitzebeständige Isolationsschicht, vorzugs weise auf Oxid- und/oder Silikatbasis. Auf diese Weise entsteht eine in der Zeichnung dargestellte Folge von geschlossenen Schichten, wie sie für den Aufbau eines beispielsweise dargestellten zylindrischen Magneten verwendet werden können.In the case of technical superconductors for quench protection (i.e. protection of the superconducting components in the event of sudden chem transition to the normal line) required resistors connected in parallel on the inside externally electrically separate winding To be able to attach elements follows according to the invention the thickness, which serves as a solder base and is normally conductive Layer a heat-resistant insulation layer, preferably wise on oxide and / or silicate basis. In this way creates a sequence of shown in the drawing closed layers as they are used to build a for example cylindrical magnets shown can be used.

In Fig. 1 ist eine Schnittansicht und in Fig. 2 eine Seitenansicht eines zylinderförmigen, supraleitenden Magneten dargestellt. Mit 1 ist ein hohlzylinderförmiger Träger bezeichnet, der aus nichtleitendem Material oder zwecks Stabilisierung aus elektrisch leitendem Material, wie z. B. Kupfer, bestehen kann. Auf diesem Träger sind alternierend eine Vielzahl von supraleitenden und normal leitenden Schichten 2 durch an sich bekannte Beschich tungsverfahren aufgebracht. Nach einer gewissen Anzahl von Schichten folgt eine dickere Schicht 3 aus hochleitfähigem Material, wie z. B. Kupfer oder Silber, und darüber eine entsprechende Isolationsschicht 4. Letztere bietet die Möglichkeit, daß zum Schutz des Magneten bei plötzlichem Übergang in die Normalleitung (Quench) der Magnetwicklung parallel geschaltete Widerstände (shunts) eingebaut werden können. Wie aus den Figuren zu ersehen ist, wiederholt sich dieser Beschichtungszyklus, bis der gewünschte supra leitende Querschnitt erzielt wird.In Fig. 1 is a sectional view and in FIG. 2 is a side view of a cylindrical superconducting magnet. 1 with a hollow cylindrical carrier is called, which is made of non-conductive material or for the purpose of stabilization of electrically conductive material, such as. B. copper can exist. A plurality of superconducting and normally conducting layers 2 are alternately applied to this carrier by coating processes known per se. After a certain number of layers is followed by a thicker layer 3 of highly conductive material, such as. B. copper or silver, and a corresponding insulation layer 4 . The latter offers the possibility that in order to protect the magnet in the event of a sudden transition into the normal line (quench) of the magnet winding, resistors (shunts) connected in parallel can be installed. As can be seen from the figures, this coating cycle is repeated until the desired superconducting cross section is achieved.

Das auf diese Weise hergestellte supraleitende Bauteil kann zwecks Optimierung seiner supraleitenden Eigenschaf ten einer üblichen Wärmebehandlung unterzogen werden.The superconducting component produced in this way can be used to optimize its superconducting properties be subjected to conventional heat treatment.

Für die Funktionsfähigkeit des Magneten kann die bekannte Tatsache ausgenutzt werden, daß ein geschlossener supra leitender Ring nach Abkühlen in einem angelegten Magnet feld und anschließendem Abschalten des fremden Magnetfel des durch induziertes Anwerfen von Dauerströmen ein gleich starkes, dem angelegten Magnetfeld entgegengerichtetes Ma gnetfeld erzeugt wird.For the functionality of the magnet, the known The fact that a closed supra conductive ring after cooling in an applied magnet field and then switching off the external magnetic field the same by induced starting of continuous currents strong Ma opposite to the applied magnetic field gnetfeld is generated.

Das Anwerfen derartiger Dauerströme ist bekanntlich auch schrittweise durch Verwendung einer sogenannten Flußpumpe möglich.As is well known, starting such continuous currents is also known gradually by using a so-called flow pump possible.

Claims

1. A method for producing a superconducting material made of ceramic superconducting material, characterized in that a plurality of superconducting and normally conducting layers are alternately applied to a carrier shaped in accordance with the shape of the component.

2. The method according to claim 1, characterized records that the thickness of the superconducting Layers in the order of the river line distances in the Magnetic field.

3. The method according to claim 2, characterized records that the thickness of the superconducting layer is 10 to 50 nm.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, because characterized by that the thickness of the normally conductive layers in the order of magnitude superconducting coherence length.

5. The method according to claim 4, characterized records that the thickness of the normal conductive Layers is 10 to 20 nm.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, because characterized in that the individual Layers are applied polycrystalline.

7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that after a certain number of consecutive thin ones Layers of superconducting and normal conducting material to stabilize the superconducting component thick layer of highly conductive normal metal, such as. B. Copper or silver.

8. The method according to claim 7, characterized records that on every thick normal conductive Layer applied a heat-resistant insulation layer becomes.

9. The method according to claim 8, characterized shows that an insulation layer on oxide and / or silicate base is used.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, there characterized by that to Her position of a cylindrical superconducting magnet hollow cylindrical carrier is used on the alternating superconducting and normal conducting layers be applied.

11. The method according to claim 10, characterized ge indicates that the hollow cylindrical Magnet after cooling in an external magnetic field and then switching off this magnetic field by Indu adorn a continuous current is started.

12. The method according to claim 11, characterized ge indicates that starting with the help of a known flow pump takes place.