DE3835242C2 - Verfahren zum Erhöhen der kritischen Stromdichte in metallumhüllten Hochtemperatur-Supraleitern - Google Patents
Verfahren zum Erhöhen der kritischen Stromdichte in metallumhüllten Hochtemperatur-SupraleiternInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der
kritischen Stromdichte in einem Hochtemperatur-Supraleiter
aus keramischem Werkstoff (Verbundleiter), bei dem zur
Einstellung optimaler supraleitender Eigenschaften des
keramischen Werkstoffes eine stufenweise Wärmebehandlung
durchgeführt wird.
Aus keramischen Werkstoffen bestehende Hochtemperatur-
Supraleiter sind spröde und können daher nicht ohne
weiteres zu Drähten oder Bändern weiterverarbeitet werden,
wie dies zur Herstellung von Wicklungen für Elektromagnete
oder elektrische Maschinen meist erforderlich ist. Um
solche keramischen Werkstoffe zu Drähten oder Bändern
weiterverarbeiten zu können, wurde bereits vorgeschlagen,
das homogene supraleitende Material in geeignete Hüll
körper aus hoch kaltverformbaren Metallen zu füllen. Durch
Kaltverformung werden dann die gefüllten Hüllkörper ent
sprechend gestreckt und so auf den gewünschten Querschnitt
gebracht. Hierbei gehen jedoch die supraleitenden Eigen
schaften der keramischen Werkstoffe zumindest teilweise
verloren. Durch eine anschließende gezielte Wärmebehand
lung unter Sauerstoff kann dann die Supraleitfähigkeit
wieder hergestellt werden. Es hat sich gezeigt, daß bei
einer Sauerstoffnachbehandlung im Temperaturbereich der
orthorhombischen Phase eine optimale Einstellung der
supraleitenden Eigenschaften möglich ist.
In Jap. Journal of Applied Physics, Vol. 27 (1988), S. 191
bis 194 ist beschrieben, daß Hochtemperatur-Supraleiter
sowohl orthorhombische Phasen als auch tetragonale Phasen
aufweisen können. Um den Sauerstoff-Gehalt und damit die
supraleitenden Eigenschaften zu erhöhen, wird eine Wärme
behandlung bei 800°C für 3 h in Stickstoff und bei 450°C
für 5 h in Sauerstoff vorgeschlagen. Weiterhin ist es aus
Journal Am. Ceram. Soc. 71 (1988) S. C-328 bis 329 bekannt
geworden, Hochtemperatur-Supraleitermaterial einer Wärme
behandlung bei einer Temperatur von 850°C für max. 12 h in
einer Helium- oder Sauerstoffatmosphäre durchzuführen;
anschließend erfolgte eine Wärmebehandlung bei 450°C in
Sauerstoff-Atmosphäre für 30 min.
Weiterhin ist in Journal Am. Ceram. Soc. 70 (1987), S.
C-388 bis 390 eine Methode angegeben, wobei das Supra
leitermaterial einer Heißumformung mit anschließender
Nachbehandlung in Sauerstoff bei 900°C unterzogen wird.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfin
dung darin, hochtemperatur-supraleitende Pulver, die in
Metallrohren eingeschlossen und auf Enddimension kalt
verformt sind, so wärmezubehandeln, daß auch bei diesem
Verbund eine ganz wesentliche Erhöhung der kritischen
Stromdichte erreicht werden kann.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine stufenweise Wärme
behandlung des durch Kaltverformung in einem Metallrohr
auf Enddimension gebrachten Supraleiterdrahtes erreicht,
die zunächst im Temperaturbereich von 880 bis 900°C in
einer Schutzgasatmosphäre oder Vakuum maximal 3 h und
danach im Temperaturbereich von 560° bis 650°C in einer
Sauerstoffatmosphäre durchgeführt wird.
Besonders vorteilhaft ist, wenn sich die abschließende
Sauerstoffnachbehandlung dann über 24 bis 48 h erstreckt.
Nach dieser Behandlung wird der Verbundleiter unter
Sauerstoff bis auf 50°C abgekühlt.
Die Tabellen 1 und 2 zeigen die kritische Stromdichte
eines mit einem Silbermantel umgebenden keramischen Werk
stoffes (Y₁Ba₂Cu₃O7-x, x < 0,5) in Abhängigkeit von der
Wärmebehandlung und der entsprechenden Schutzgas- bzw.
Sauerstoffatmosphäre.
Wie insbesondere Tabelle 1 zeigt, reicht die dreistündige
Wärmebehandung - ob unter Edelgas oder Sauerstoff -
allein nicht aus, um eine nennenswerte Erhöhung der
kritischen Stromdichte zu erzielen. Die Werte zeigen
jedoch, daß mit einer ersten erfindungsgemäßen
Wärmebehandlung unter Schutzgas in Verbindung mit einer
anschließenden Sauerstoffnachbehandlung eine erhebliche
Erhöhung der kritischen Stromdichte eintritt. Diese ist
aber wieder wesentlich von der gewählten Temperatur
abhängig, wie dies die Werte der Tabelle 2 zeigen.
Gemäß der Erfindung kann in einem metallumhüllten kera
mischen Verbundkörper mit einer logarithmischen Form
änderung von 4,15 eine kritische Stromdichte von 300 A/cm²
dann erzielt werden, wenn der in Form von Draht oder Band
vorliegende Verbundleiter drei Stunden lang bei einer
Temperatur von 900°C unter Argon vorbehandelt und
anschließend 48 Stunden lang bei einer Temperatur von
560°C unter Sauerstoff und Abkühlung auf 50°C
nachbehandelt wird.
Kritische Stromdichte im Ag-Mantel-Halbzeug | |
Wärmebehandlung | |
Kritische Stromdichte | |
3h/900°C/Ar | |
0-30 A/cm² | |
3h/900°C/O₂ | 0-10 A/cm², |
3h/900°C/O₂+ 48h/560°C/O₂ | 8 A/cm² |
3h/900°C/Ar + 48h/560°C/O₂ | 100 A/cm² |
Temperatureinfluß der Sauerstoffnachbehandlung auf die kritische Stromdichte im Ag-Verbunddraht mit einer logarithmischen Formänderung von 4,15 | |
Wärmebehandlung | |
Kritische Stromdichte | |
3h/900°C/Ar + 48h/460°C/O₂ | |
128 A/cm² | |
3h/900°C/Ar + 48h/560°C/O₂ | 300 A/cm² |
Claims (4)
1. Verfahren zur Erhöhung der kritischen Stromdichte in
metallumhüllten Hochtemperatur-Supraleitern (Verbund
leiter), bei dem das keramische Supraleitermaterial in
einem Metallrohr durch Kaltverformung auf Enddimension
gebracht wird und zur Einstellung optimaler supraleitender
Eigenschaften des keramischen Werkstoffes eine stufenweise
Wärmebehandlung zunächst im Temperaturbereich von 880°C
bis 900°C im Vakuum oder einer Schutzgasatmosphäre maximal
3 h lang und dann im Temperaturbereich von 560°C bis 650°C
in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Schutzgas
atmosphäre aus Stickstoff, Edelgasen, Kohlendioxid,
Kohlenoxid oder Wasserdampf verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach der
Sauerstoffwärmebehandlung der Verbundleiter unter
Sauerstoff auf 50°C abgekühlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sauerstoffnachbehandlung für eine
Dauer von 24 bis 48 h erfolgt.
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DE3835242A1 DE3835242A1 (de) | 1990-04-19 |
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1988
- 1988-10-15 DE DE3835242A patent/DE3835242C2/de not_active Expired - Fee Related
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