DE3911195C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Flußmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und umfaßt Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Spule für den Flußmesser sowie ein Verfahren zum Prüfen eines Gegenstandes unter Verwendung des Flußmessers.

Der Flußmesser, bei dem ein Quanteninterferometer zur Anwendung kommt und der insbesondere die Abnehmerspulen (Sondenspulen) und deren Kerne betrifft, ist geeignet, die Langzeitsprödigkeit (bei der thermischen Alterung) eines in Hochtemperaturumgebungen wie etwa chemischen Anlagen oder Kernkraftwerken verwendeten metallischen Materials wie etwa eines rostfreien Ferritstahls zu erkennen.

Aus JP 62-2 77 704-A ist ein Verfahren für die Herstellung von supraleitenden Schichtspulen bekannt, die in einem starken Magnetfeld, wie es bei einem Kernfusionsringmag­ neten, einem Teilchenbeschleunigermagneten, einem Supra­ leitungsgeneratormagneten usw. auftritt, eine hohe kri­ tische Stromkennlinie aufweisen, während sie in einem schwachen Magnetfeld, das beispielsweise bei der Ver­ schlechterungsdiagnose von rostfreiem Ferritstahl auf­ tritt, keine hohe kritische Stromkennlinie besitzen.

Aus JP 61-28 859-A ist ein Verfahren für die Erkennung des Grades der Langzeitsprödigkeitsschädigung eines in einer bestehenden Anlage verwendeten rostfreien Ferrit­ stahlbauteils bekannt. In diesem Verfahren wird mittels eines Ferritoszilloskops die Änderung der Ferritmenge in dem Anlagenbauteil nach einem Langzeiteinsatz unter Hochtemperaturbedingungen magnetisch gemessen. Da die Änderung der Ferritmenge mit einem Ferritoszilloskop ge­ messen wird, kann eine durch die Abscheidung von Alpha'- und G-Phasen, die durch die spinodale Abscheidung der ersten Ferritphase erzeugt werden, hervorgerufene Ände­ rung der magnetischen Kennlinie nicht gemessen werden.

Aus JP 62-2 77 704-A, die sich auf Supraleiter der supra­ leitenden intermetallischen Verbindung Nb₃Sn bezieht, ist ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Schichtspule bekannt, das die Schritte der Übereinander­ lagerung eines Substrates, das wenigstens eines von zwei oder mehr die supraleitende intermetallische Verbindung aufbauenden metallischen Elementen enthält, und einer das verbleibende metallische Element enthaltenden Me­ tallplatte, des Einbaus eines ein drittes Element, z. B. Ti oder Ta, enthaltenden additiven Bestandteiles zwi­ schen das Substrat und die Metallplatte, um die kriti­ sche Stromdichte im starken Magnetfeld zu verbessern, und des Ausbildens einer Schaltung unter Verwendung ei­ nes Heizstrahles wie etwa eines Laserstrahles oder eines Elektronenstrahles, aufweist. Gemäß diesem Verfahren kann die supraleitende Schaltung durch die Hinzufügung des dritten Elementes ohne Verschmelzen des Substrates mit der Metallplatte erzeugt werden, so daß supraleiten­ de Spulen hergestellt werden können, die in einem star­ ken Magnetfeld eine ausgezeichnete kritische Stromkenn­ linie besitzen. Diese Technik behandelt jedoch weder ein Verfahren für die Ausbildung einer Spule aus einem neuen Oxid-Hochtemperatur-Supraleitungsmaterial noch zieht sie ein Verfahren zur Herstellung einer in schwachen Magnet­ feldern optimalen supraleitenden gedruckten Spule in Be­ tracht.

Aus JP 62-1 40 403-A ist eine in einem Ablenkelektromagne­ ten für einen Beschleuniger usw. eingesetzte supralei­ tende Spule bekannt, deren Leitungen gekreuzt sind und in der eine Mehrzahl von geschlossenen gekrümmten Ober­ flächen, in denen entgegengesetzte Ströme fließen, vor­ gesehen sind, wodurch in der Nähe der Mittellinie der supraleitenden Spule ein homogenes magnetisches Feld er­ zeugt wird, ohne daß die kritische Stromkennlinie der reinen Supraleiter verschlechtert wird. Die erwähnten herkömmlichen Techniken können in starken Magnetfeldern für Beschleuniger effektiv eingesetzt werden, während die Erkennung von schwachen Magnetfeldern, beispielswei­ se durch ein Quanteninterferometer (das im folgenden auch mit "SQUID" bezeichnet wird), eher durch externes und/oder internes Rauschen als durch ein an den Spulen­ öffnungen erzeugtes, inhomogenes magnetisches Feld nega­ tiv beeinflußt wird.

Aus dem Artikel "Squids, brains and gravity waves", aus der Zeitschrift "Physics Today", März 1986, Seite 36 bis 44, ist ein Flußmesser bekannt, der zur Erfassung geringer Ströme Josephson-Übergänge verwendet und der den zu erfassenden magnetischen Fluß mittels einer planaren Dünnfilm-Spiralspule in das SQUID einkoppelt.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren für deren Herstellung und Verwendung zu schaffen, bei der die Empfindlichkeit und die Signalauflösung eines eine Flußübertragungsschaltung (Flußtransformator) aufweisenden Quanteninterferometers verbessert ist und die mit hoher Genauigkeit den Grad der Sprödigkeit mißt, die bei einem in einer Hochtemperaturumgebung eingesetzten Bauteil einer bestehenden Anlage, das aus einem metallischen Material wie etwa einem rostfreien Ferritstahl besteht, auftritt.

Diese Aufgabe wird für die Einrichtung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und für die Herstellungsverfahren durch die in den Ansprüche 4 und 5 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens für die Verwendung der Einrichtung lösen die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale die Aufgabe.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In vorteilhafter Weise kann die gedruckte Spule ein Laminat aus zwei oder mehr gedruckten Unterspulen sein. Der Flußmesser kann auch als Flußsteigungsmesser betrieben werden, indem die Richtungen geändert werden, in denen die beiden gedruckten Spulen gewickelt sind. Eine dünne, filmähnliche gedruckte Spule kann durch Zerstäubung, Laser-Zerstäubung, MBE, MOCVD oder durch Sprühpyrolyse hergestellt werden. Eine gedruckte Dünnschichtspule kann durch Verwendung eines Rakelmessers hergestellt werden.

Im folgenden bezeichnet eine gedruckte Spule eine gedruckte Dünnfilmspule oder eine gedruckte Dünnschichtspule.

Der Flußmesser weist eine Flußübertragungsschaltung (Flußtransformator) auf, die eine gedruckte Spule enthält, die so angeordnet ist, daß sie einem zu messenden Gegenstand gegenüberliegt. Weiterhin weist der Flußmesser ein in der Reichweite des durch die Schaltung erzeugten magnetischen Flusses vorgesehenes Quanteninterferometer auf. Vorzugs­ weise besitzt die Spule einen Kern aus weichmagnetischem Material. In diesem Fall muß die Abnehmerspule nicht notwendig die Erstspule sein. Vorzugsweise wird zwischen die Spule und den zu messenden Gegenstand ein Bauteil (Zwischenschaltung) eingeschoben, damit der Abstand zwi­ schen Spule und zu messendem Gegenstand definiert ist.

Für die Beziehung zwischen der Spule und dem Kern gilt folgendes:

• 1. der weichmagnetische Kern ist auf der Seite der ge­ druckten Spule vorgesehen, die dem zu messenden Ge­ genstand gegenüberliegt;
• 2. der Kern aus einem weichmagnetischen Material ist zwischen supraleitenden Streifen der gedruckten Spu­ le angeordnet, wobei die gedruckte Spule und der Kern in der gleichen Ebene angesiedelt sind;
• 3. es ist ein Kern vorgesehen, der ein einteilig aus den in den Punkten (1) und (2) erwähnten Kernen auf­ gebautes Bauelement aufweist;
• 4. der Kern zwischen den supraleitenden Streifen der gedruckten Spule ist soweit ausgedehnt, daß er mit dem zu messenden Gegenstand in Verbindung steht;
• 5. zwei oder mehr gedruckte Spulen sind übereinanderge­ lagert.

Es gibt zwei Verfahren zur magnetischen Abschirmung:

In einem Verfahren wird der gesamte Flußmesser mit Aus­ nahme der den magnetischen Fluß aufnehmenden gedruckten Spule mit einer Platte zur magnetischen Abschirmung überdeckt, im anderen Verfahren werden die Anschlußlei­ tungen für die magnetische Übertragungsschaltung bzw. den Flußtransformator mit einer Röhre zur magnetischen Abschirmung und das SQUID in der Schaltung bzw. im Transformator und die Spule zur Übertragung des magneti­ schen Flusses an das SQUID mit einer Platte zur magneti­ schen Abschirmung überdeckt.

Vorzugsweise sind die Platte und die Röhre zur magneti­ schen Abschirmung aus einem hochpermeablen Material oder einem µ-Metall hergestellt.

In dem Flußsteigungsmesser ist auf der Seite der Abnehmerspule, die dem zu messenden Gegenstand gegenüberliegt, eine zweite gedruckte Spule vorgesehen, deren Wicklungsrichtung derjenigen der Sondenspule oder Abnehmerspule entgegengesetzt ist.

Die Abnehmerspule (Sondenspule) ist vorzugsweise eine gedruckte Spule.

Nun werden Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Spule angegeben:

• 1. In einem Verfahren wird auf einem Substrat eine Mas­ ke angeordnet, wobei die Maske vorher in der Form einer gedruckten Spule hergestellt worden ist, an­ schließend und vor der Beaufschlagung der Maske mit der Zerstäubung wird auf der Maske ein Supraleiter­ target angeordnet, so daß eine supraleitende Dünn­ film-Spulenstruktur auf dem Substrat ausgebildet wird.
• 2. In einem weiteren Verfahren wird eine gedruckte Spu­ le mittels Elektronenstrahlabscheidung, Laser-Zer­ stäubungsabscheidung, MBE-Abscheidung, MOCVD, Sprüh­ pyrolyse-Abscheidung oder einer Kombination aus die­ sen Prozessen oder einer Kombination der Zerstäubung und eines dieser Prozesse hergestellt.
• 3. Die Mischung eines supraleitenden Materials wird mittels Kaltbearbeitung in ein linienähnliches Ma­ terial verarbeitet, welches dann in eine Spule umge­ wandelt wird, welche dann mittels eines Rakelprozes­ ses in eine gedruckte Spule umgewandelt und schließ­ lich gesintert wird.
• 4. Die Mischung eines supraleitenden Materials wird mittels eines Rakelprozesses in ein schichtähnliches Material verwandelt, anschließend wird das schicht­ ähnliche Material mittels eines direkten Arbeits­ prozesses in eine gedruckte Spule umgewandelt und dann gesintert.
• 5. Auf der Substratoberfläche wird das Negativbild ei­ ner gedruckten Spule ausgebildet, dann wird auf der gesamten Oberfläche des Substrates ein dünner Film ausgebildet, anschließend werden das Negativbild und der supraleitende dünne Film, die auf dem Material gebildet sind, beseitigt, um ein Negativmuster aus­ zubilden, wobei mittels eines Lösungsmittels eine Spule aus einem supraleitenden dünnen Film, der aus dem Überrest des Materials und des Films auf dem Substrat besteht, ausgebildet wird.
• 6. Das positive Muster einer gedruckten Spule wird auf dem auf der Substratoberfläche sich befindenden su­ praleitenden dünnen Film ausgebildet, das negative Muster wird weggeätzt und schließlich wird ein die verbleibende positive Musteroberfläche bildender Fo­ tolack mittels eines Lösungsmittels beseitigt oder in einem Trockenätzprozeß verascht.
• 7. Ein supraleitender dünner Film auf einem Substrat wird mittels eines fokussierten Ionenstrahles zer­ stäubt oder mittels Ionen implantiert und mit dem Ionenstrahl gescannt.
• 8. Ein dünner Film auf einem Substrat wird mit einem Laserstrahl bestrahlt, erwärmt und gescannt, an­ schließend wird ein negatives Muster bei einer Tem­ peratur, bei der eine nichtsupraleitende Phase aus­ gebildet wird, gebildet und schließlich wird ein po­ sitives Muster bei einer Temperatur, bei der eine supraleitende Phase ausgebildet wird, hergestellt.
• 9. Eine Paste aus supraleitendem Material wird auf ei­ nem Substrat mittels Siebdrucks aufgetragen, um ein Spulenmuster auszubilden.
• 10. Mittels Siebdrucks oder eines lichtempfindlichen Harzes wird ein Negativbild oder das Spulenmuster ausgebildet.
• 11. Die sich ergebende Zwischenschicht wird in Sauer­ stoff oder in der Atmosphäre erhitzt.

Der verwendete Kern ist aus einem weich­ magnetischen Material hergestellt. Das Verfahren für die Herstellung dieses Kerns ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Punktdefekt, ein Gitterdefekt und ungleichmäßige in­ nere Spannungen aufgrund der Störstellentrennung besei­ tigt werden und daß die primäre Magnetisierungsrichtung durch Kühlen, Ausrollen und Rekristallisation in einem Magnetfeld angepaßt wird.

Es wird ein Sprödigkeitsgrad-Prüfver­ fahren geschaffen, in dem ein Magnetfeld an einen zu messenden Gegenstand angelegt wird, eine Änderung der dem Gegenstand eigenen Magnetkennlinie angezeigt und der Grad der Sprödigkeit des Gegenstandes aus der Än­ derung der Magnetkennlinie erkannt wird; die durch die Magnetkennlinie bezeichnete Änderung wird mittels des Flußmessers gemessen.

Eine gedruckte Spule aus einem supraleitenden Streifen wird in der Magnetübertragungsschaltung des Quantenin­ terferometers als Prüfspule verwendet, wodurch allgemein die Eigeninduktivität der Abnehmerspule verringert wird. Die Übertragungsfähigkeit ε (Empfindlichkeit) der Flußübertragungsschaltung wird durch die Verringerung der Eigeninduktivität erhöht, wodurch die Signalauflö­ sung des Flußmessers verbessert wird. Indem in der ge­ druckten Spule ein weichmagnetischer Kern vorgesehen wird, wird die Streuung des durch den supraleitenden Kreis der gedruckten Spule hindurchgehenden magnetischen Flusses unterdrückt, weil der magnetische Fluß durch den Kern geführt wird. Das durch ein äußeres Magnetfeld er­ zeugte Rauschen wird verringert, wodurch die Empfind­ lichkeit des magnetischen Sensors in hohem Maße verbes­ sert wird. Eine Änderung der magnetomotorischen Kraft, die durch Alpha'- und G-Phasen, die in der Ferritphase des in einer Hochtemperaturumgebung eingesetzten rost­ freien Ferritstahls abgeschieden wurden, hervorgerufen wird, wird erfindungsgemäß mit einem Flußmesser genau gemessen, weil die Abnehmerspule in der Nähe der zu mes­ senden Probe vorgesehen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläu­ tert; es zeigt

Fig. 1 den Querschnitt eines Flußmessers;

Fig. 2-4 jeweils die Form einer ver­ wendeten gedruckten Spule;

Fig. 5 eine das Prinzip des Fluß­ messers erläuternde Darstellung;

Fig. 6 ein Blockschaltbild, in dem die verbesserte Empfindlichkeit und Auflösung des Flußmessers erläutert wird;

Fig. 7 eine die magnetische Abschirmung gegen äuße­ res magnetisches Rauschen für den Flußmesser erläuternde Darstellung;

Fig. 8 die schematischen Querschnitte eines herkömm­ lichen und eines erfindungsgemäßen Flußmes­ sers, um den Unterschied der Flußmessung zwi­ schen dem herkömmlichen und dem erfindungsge­ mäßen Flußmesser zu erläutern;

Fig. 9 einen schematischen Querschnitt des in Fig. 21 gezeigten Flußmessers, um dessen Flußmessung zu erläutern;

Fig. 10 den schematischen Querschnitt des in Fig. 24 gezeigten Flußmessers, um dessen Flußmessung zu erläutern;

Fig. 11 eine die magnetische Hysteresis-Kennlinie von neuem rostfreien Ferritstahl erläuternde Dar­ stellung;

Fig. 12 eine die von einem herkömmlichen Flußmesser gemessene magnetische Hysteresis-Kennlinie von versprödetem, rostfreiem Ferritstahl erläuternde Darstellung;

Fig. 13 eine zu der in Fig. 12 ähnliche Kennlinie, die durch den erfindungsgemäßen Flußmesser gemes­ sen wurde;

Fig. 14 eine das Verfahren zur Herstellung einer ge­ druckten Dünnfilmspule erläuternde Darstellung;

Fig. 15 eine die Herstellung einer gedruckten Dünn­ filmspule des Flußmessers erläuternde Darstellung, wobei ein Laser­ strahlabscheideprozeß angewendet wurde;

Fig. 16 das Blockschaltbild der Herstellung einer ge­ druckten Dünnfilmspule als eine Ausführungs­ form des Flußmessers;

Fig. 17 ein Beispiel des Verfahrens der Herstellung einer gedruckten Dünnfilmspule des Flußmessers;

Fig. 18 ein weiteres Beispiel für ein Verfahren der Herstellung einer gedruckten Dünnfilmspule des Flußmessers;

Fig. 19 die Verwendung eines fokussierten Ionenstrah­ les als ein Beispiel eines Herstellungsver­ fahrens einer gedruckten Dünnfilmspule des Flußmessers;

Fig. 20 den Querschnitt eines ein Positionierungsele­ ment für die gedruckte Spule aufweisenden Flußmessers als eine Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 21 den Querschnitt eines einen Kern einer ge­ druckten Schaltung aufweisenden Flußmessers;

Fig. 22 den Querschnitt einer Aus­ führungsform des Flußmessers, in der die ge­ druckte Spule und der Kern der gedruckten Spule auf derselben Ebene ausgebildet sind;

Fig. 23 den Querschnitt einer Aus­ führungsform des Flußmessers, in dem die Ker­ ne der gedruckten Spulen als integrales Bau­ teil ausgebildet sind;

Fig. 24 den Querschnitt einer Aus­ führungsform des Flußmessers, in dem sich der Kern einer gedruckten Spule bis zur zu mes­ senden Probe erstreckt;

Fig. 25 den Querschnitt einer Aus­ führungsform des Flußmessers, der zwei Abneh­ merspulen aufweist und den Flußgradienten messen kann;

Fig. 26 den Querschnitt eines Kühlelementes für den Flußmesser;

Fig. 27 die Anwendung des Flußmes­ sers in einem Kernkraftwerksbehälter;

Fig. 28 im Querschnitt den Herstellungsprozeß einer Ausführungsform der gedruckten Spule des Flußmessers;

Fig. 29 schematisch einen Schnitt durch die gedruckte Spule des Flußmessers;

Fig. 30 ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens der gedruckten Spule des Fluß­ messers; und

Fig. 31 eine Ausführungsform für ein Herstellungsver­ fahren des Flußmessers, in dem eine Y-Ba-Cu-O-System-supraleitende ge­ druckte Spule zur Anwendung kommt.

Struktur des magnetischen Sensors

In den Fig. 1, 20 bis 25 sind schematische Darstellungen von Ausführungsformen des Flußmessers (des magnetischen Sensors gezeigt). In der Ausführungs­ form von Fig. 1 ist im oberen Teil des Flußmessers ein Quanteninterferometer (SQUID) 1 und in der Nähe der zu messenden Probe 2 eine eine gedruckte Spule aufweisende Abnehmerspule 3 vorgesehen. Das SQUID 1 und die Abneh­ merspule 3 sind durch eine Abschirmung 99 vor äußerem Rauschen geschützt. Wie in Fig. 1 gezeigt, weist der Flußmesser einen Durchmesser W zwischen ungefähr 20 und 200 mm und eine Höhe I zwischen ungefähr 50 und 200 mm auf. Die Abnehmerspule 3 besitzt eine Dicke A zwischen ungefähr 50 µm und 3 mm und ist entweder in engem Kon­ takt mit oder in geringem Abstand von der Probe 2 ange­ bracht. Im letzteren Fall ist die Abnehmerspule 3 von der Probe 2 durch einen Abstand W zwischen ungefähr 100 µm und 5 mm getrennt. Sie kann entweder aus einem Dünn­ film oder aus einer Dünnschicht gebildet sein. Die in den Fig. 1, 20 bis 25 gezeigten Abnehmerspulen 3 sind als Dünnschicht ausgebildet. Zur Definition des Abstan­ des zwischen einer Abnehmerspule 4 und einer Probe 2 in der Ausführungsform von Fig. 20 wird zwischen diese Ele­ mente ein Element 5 mit einem Wert der relativen Permea­ bilität, der im wesentlichen gleich 1 ist, eingefügt, um den Absorptionsverlust des Flusses zu unterdrücken. Das Material des Elementes 5 ist vorzugsweise ein organi­ sches Isolationsmaterial wie etwa Polyäthylen oder Tef­ lon oder ein anorganisches Isolationsmaterial. Die ge­ druckte Spule kann einer leichten Änderung des magneti­ schen Flusses in der Probe 2 nachfolgen, wodurch die Em­ pfindlichkeit und die Signalauflösung des magnetischen Sensors verbessert wird.

In der Ausführungsform von Fig. 21 ist auf der Seite der gedruckten Spule 4, die der zu messenden Probe 2 gegen­ überliegt, ein Kern (A) 6 der gedruckten Spule aus einem weichmagnetischen Material vorgesehen. Als weichmagneti­ sche Materialien sind Sendust und Eisen-Nickel-Legierun­ gen wie etwa Permalloy (PC) und sehr hartes Permalloy (HPC), die einen niedrigen Hysteresisverlust aufweisen, oder ein gegen hohe Frequenzen resistentes Ferritmate­ rial gut geeignet. Durch die Bereitstellung dieses Kerns (A) 6 der gedruckten Spule wird die Streuung des durch die gedruckte Spule 4 hindurchgehenden Flusses unter­ drückt, wodurch die Signalintensität des magnetischen Sensors erhöht wird. In der Ausführungsform von Fig. 22 ist der Kern (B) 7 zwischen supraleitende Streifen der gedruckten Spule 4 eingepaßt. Die gedruckte Spule 4 und der Kern (B) 7 sind in derselben Ebene vorgesehen. In der Ausführungsform von Fig. 23 ist ein Kern (C) 8 vor­ gesehen, der die Kerne (A) 6 und (B) 7 der gedruckten Spulen der Fig. 21 und 22 als integrales Bauelement auf­ weist. In der Ausführungsform von Fig. 24 erstreckt sich der Kern zwischen den supraleitenden Streifen der ge­ druckten Schaltung 4 von Fig. 23 bis zur zu messenden Probe 2, während der Kern (D) 9 der gedruckten Spule so ausgebildet ist, daß er mit der zu messenden Probe 2 in Kontakt ist. Vom Kern (D) 9 der gedruckten Spule wird der von der Probe 2 ausgesendete magnetische Fluß direkt in den Kern geleitet, so daß die Flußstreuung abnimmt, das Rauschen beseitigt wird und dadurch die Empfindlich­ keit des magnetischen Sensors verbessert wird.

In Fig. 25 wird schematisch die Verwendung des Flußmes­ sers als Flußsteigungsmesser erläutert. Der Flußmesser enthält eine Flußübertragungsschaltung, die eine Reihen­ schaltung zweier Abnehmerspulen mit gleicher Eigeninduk­ tivität aufweist: Eine in der Nähe der zu messenden Pro­ be 2 vorgesehene untere Abnehmerspule 10 und eine in Ge­ genrichtung zur unteren Abnehmerspule 10 auf der der Probe 2 gegenüberliegenden Seite der Abnehmerspule 10 vorgesehene obere Abnehmerspule 11. Hierbei heben sich die zwei homogenen Magnetfelder gegenseitig auf, so daß lediglich der von den zwei Abnehmerspulen aufgenommene Unterschied zwischen den magnetischen Flüssen als Signal an das SQUID geliefert wird. Es sind viele andere Ver­ fahren zur Anordnung eines Kernes denkbar. Beispielswei­ se kann ein Kern 17 wie in Fig. 25 gezeigt angeordnet werden. Der spezielle Flußsteigungsmesser kann die Ver­ teilung der Alpha'- und G-Phasen in Richtung der durch die Ferritphase definierten Tiefe prüfen, außerdem heben sich die homogenen äußeren Magnetfelder gegenseitig auf, so daß dieser Flußmesser in bezug auf die Abschirmung und das S/N-Verhältnis (Signal-/Rauschverhältnis) vor­ teilhafter ist als der vorhin erwähnte Flußmesser.

Wie gerade beschrieben, weist der Flußmesser von Fig. 25 zwei Abnehmerspulen auf, so daß er den relativen Wert, die Richtung und den Gradienten des Flusses messen kann, während der vorhin erwähnte Flußmesser auf die Messung des absoluten Flußwertes gerichtet ist.

In Fig. 26 ist ein Flußmesser mit ei­ nem Kühlsystem gezeigt. Die eine in Fig. 23 gezeigte Form aufweisende Platte 281 zur magnetischen Abschirmung des Flußmessers ist von einem inneren Vakuumbehälter 290 umgeben, der sich in einem äußeren Vakuumbehälter 291 befindet. Der äußere Behälter 291 wird über das flexible Rohr 300 evakuiert. Mittels dieser Evakuierung wird der Flußmesser von der zu messenden Probe 2 thermisch iso­ liert. Die Innenwand eines Reaktordruckbehälters, die eine der zu messenden Proben 2 darstellt, ist bei einer Regelprüfung in Reaktorwasser einer Temperatur von unge­ fähr 60°C eingetaucht. Um die Effizienz der Wärmeisola­ tion zwischen dem Reaktorwasser und dem Flußmesser zu verbessern, ist an der inneren Oberfläche des äußeren Vakuumbehälters eine vielschichtige Isolationsschicht 310 angebracht. Über ein flexibles Zuführungsrohr 320 wird in den inneren Vakuumbehälter 290 flüssiges Helium oder flüssiger Stickstoff eingeführt und über das flexi­ ble Rückleitungsrohr 330 ausgelassen. Mit diesen Kühl­ mitteln werden die gedruckte Spule 4, die Anschlußleitun­ gen 24, die Spule S 25 und das rfSQUID 28 auf eine Tempe­ ratur gekühlt, bei der sie in einem supraleitenden Zu­ stand arbeiten. Wenn die gedruckte Spule 4 als Nb-Ti- System und das rfSQUID 28 mit einem Nb-supraleitenden Material hergestellt werden, wird flüssiges Helium ein­ geführt; sind hingegen beide aus einem supraleitenden Material eines Y-, Bi- oder Tl-Systems hergestellt, wird flüssiger Stickstoff eingeführt. Die Struktur des Fluß­ messers ist wie der äußere Vakuumbehälter 291 entweder aus rostfreiem Stahl oder verstärktem Plastik herge­ stellt.

In Fig. 27 ist der Querschnitt eines Kernreaktorbehäl­ ters gezeigt, in dem der Flußmesser an­ gewendet wird. Wenn die Langzeitsprödigkeit der Reaktor­ druckbehälterwand 933 ermittelt werden soll, wird der äußere Vakuumbehälter 291 mit dem Flußmesser an der Reaktordruckbehälterwand 933 befestigt und über Wellen (1) 934 und (2) 935, die in einem Ge­ triebe 936 miteinander verbunden sind, angetrieben. Durch einen X-Richtungsmotor 937 wird der äußere Vakuum­ behälter 291 in X-Richtung bewegt, während er durch ei­ nen Y-Richtungsmotor 938 in Y-Richtung bewegt wird. Das Getriebe 936 wird von einem Rahmen 939 getragen, der, wie gezeigt, an vier Punkten mittels Saugern 940 an der Reaktorwand 933 befestigt ist. Der Saugvorgang zwischen den Saugern 940 und der Reaktorwand 933 wird anhand der Entleerung der Sauger 940 vom Reaktorwasser mittels ei­ ner Vakuumpumpe 941 ausgeführt. Der Rahmen 939 ist durch Kabel 942 frei aufgehängt und mittels eines oberhalb des Druckbehälters mit offener Abdeckung angebrachten (nicht gezeigten) Kranes vertikal und horizontal beweglich.

In den Fig. 2 bis 4 ist die Gestalt der Ausführungsfor­ men der gedruckten Spulen, wie sie in den Fig. 1, 20 bis 25 dargestellt sind, gezeigt. Die gedruckte Spule (A) 12 von Fig. 2 hat die Form von kombinierten, übereinander­ gelagerten supraleitenden Bändern; sie kann den durch die Fugen (A) 15, (B) 16 und (C) 17 hindurchgehenden magnetischen Fluß, der einen Supraleitungskreis bildet, messen. Sie kann jedoch den durch die Fuge (B) 16 hin­ durchgehenden magnetischen Fluß nicht messen, so daß in dieser Fuge ein Verlust erzeugt wird. In den gedruckten Spulen (B) 13 und (C) 14 der Fig. 3 bzw. 4 besitzt die Fuge (D) 18 die Eigeninduktivität eines die supraleiten­ den Bändern (A) 21 und (B) 22 aufweisenden Kreises und eine dieser Induktivität entsprechende Flußsignalinten­ sität, während die Fuge (E) 19 zusätzlich die Eigenin­ duktivität des inneren supraleitenden Bandes und eine dieser Induktivität entsprechende Flußsignalintensität aufweist, so daß folglich die Fuge (F) 20 die maximale Flußsignalintensität liefert. Die gedruckte Spule (C) 14 hat im Vergleich zur gedruckten Spule (B) 13 abgerundete Kanten, was der Verringerung des Stromwiderstandes dient. Die erwähnten gedruckten Spulen arbeiten effektiv bei Proben aus einem metallischen Material, in dem Ab­ scheidungen, die den magnetischen Fluß beeinflussen, lo­ kal verteilt sind.

Die Abnehmerspule P 23 und S 25 von Fig. 5 sind über An­ schlußleitungen 24 verbunden, wodurch eine geschlossene supraleitende Schaltung 26 aufgebaut wird. Die Spule S 25 ist über eine Gegeninduktivität M_s an das ein einzi­ ges Josephson-Element 27 aufweisende rfSQUID 28 gekop­ pelt. Die Eigeninduktivität L_d der Anschlußleitungen soll durch ausreichendes Verdrillen der Anschlußleitun­ gen soweit wie möglich verringert werden. Wenn die in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Abnehmerspulen verwendet wer­ den, wird die Empfindlichkeit und die Signalauflösung des Flußmessers im Vergleich zu einer herkömmlichen Vielwicklungsringabnehmerspule verbessert. Der Grund hierfür wird mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Die Durchlässigkeit ε des magnetischen Flusses der Abneh­ merspule P 23, die die Empfindlichkeit des Flußmessers angibt, an die Spule S 25 wird durch die in Fig. 6 gege­ bene Gleichung wiedergegeben, wobei L_p die Eigenindukti­ vität der Abnehmerspule P 23, n_p die Wicklungszahl der Spule P 23, A_p die Querschnittsfläche der Spule P 23, d der mittlere Durchmesser einer Einzelwicklungsringspule, die mit der Abnehmerspule P 23 äquivalent ist, L_s die Eigeninduktivität der Spule S 25, n_s die Wicklungszahl der Spule S 25 und L_{p 0} und L_{s 0} die Eigeninduktivitä­ ten einer Windung der Abnehmerspule P 23 bzw. S 25 ist.

Die Durchlässigkeit ε ist maximal, wenn L_p = L_s ist, woraus sich die maximale Empfindlichkeit ergibt. Wenn daher die Eigeninduktivität L_{p 0} einer Windung der Prüf­ spule verkleinert wird, wird die Empfindlichkeit ε und die Signalauflösung ΔΦ des Flußmessers verbessert. In den Abnehmerspulen (A) 12, (B) 13 und (C) 14 mit n_p = 1 ist die Querschnittsfläche A_p klein, während der mittle­ re Durchmesser d im Vergleich zu herkömmlichen Abnehmer­ spulen groß ist, so daß L_{p 0} vorteilhaft verkleinert wird.

Wie in Fig. 7 gezeigt, besteht die Maßnahme zur Verrin­ gerung von äußerem Rauschen darin, den gesamten Flußmes­ ser mit Ausnahme der Seite der gedruckten Spule, die den Fluß von der zu messenden Probe mißt, mit einer magneti­ schen Abschirmung 281 wie etwa einem µ-Metall zu be­ decken, um den äußeren Fluß auf ungefähr 10^-4 G zu ver­ ringern. Die Anschlußleitungen 24 für die Flußübertra­ gungsschaltung werden magnetisch abgeschirmt, indem die Leitungen durch Leitungsröhren 282 zur magnetischen Ab­ schirmung geführt werden und indem das SQUID 28 und die Spule S 25, die den Fluß an das SQUID 28 überträgt, ebenfalls mit einer magnetischen Abschirmung 283, bei­ spielsweise aus einem PC-Material, abgeschirmt werden, wodurch das durch einen äußeren Fluß hervorgerufene Rau­ schen hinreichend unterdrückt wird.

In Fig. 8 bestehen die in den Fig. 1, 20 bis 25 gemesse­ nen Proben aus rostfreiem Ferritstahl 29, der in einer Hochtemperaturumgebung wie etwa in einer chemischen An­ lage oder in einem Kernkraftwerk eingesetzt wird. Wenn der rostfreie Stahl 29 über lange Zeit hinweg unter Hochtemperaturbedingungen eingesetzt wird, ändert sich seine innere Struktur, wodurch seine Festigkeit verrin­ gert wird. Wie in Fig. 8 gezeigt, rührt eine Änderung der inneren Struktur von der spinodalen Abscheidung ei­ ner Ferritphase 30 in dem Stahl her, außerdem werden Alpha'- und G-Phasen 31 und 32 in der Ferritphase 30 ab­ geschieden. Wenn die Probe mittels eines (nicht gezeig­ ten) Demagnetisierers demagnetisiert und dann mittels eines eine (nicht gezeigte) Erregerspule aufweisenden (nicht gezeigten) Erregersystems magnetisiert wird, hat der durch die Ferritphase 30 erzeugte magnetische Fluß 33 die in Fig. 8 gezeigte Form. Wenn jedoch die herkömm­ liche Abnehmerspule 34 verwendet wird, weist sie zu der zu messenden Probe 29 einen Abstand auf, so daß der Be­ reich hoher Flußdichte nicht gemessen werden kann und daher die Meßempfindlichkeit bei einer durch eine ge­ ringe Abscheidung hervorgerufenen Änderung der Flußdich­ te niedrig ist. Wenn eine Abnehmerspule 4 dieser beson­ deren Ausführungsform verwendet wird, ist auch eine ge­ ringe Abscheidung einer Messung zugänglich, so daß durch Alpha'- und G-Phasen 31 und 32 hervorgerufene Änderungen der Flußdichte mit hoher Empfindlichkeit gemessen werden können. Durch Einfügen einer Dünnschicht, deren Wert der relativen Permeabilität nahe bei 1 liegt und die ge­ druckte Spule 4 hält, werden Abstandsschwankungen zwi­ schen der gedruckten Spule 4 und der Probe aus rostfrei­ em Ferritstahl verringert, so daß die Empfindlichkeit weiter verbessert wird.

In Fig. 9 ist die Verteilung des magnetischen Flusses dargestellt, wenn durch den magnetischen Sensor von Fig. 21 der rostfreie Ferritstahl 29 gemessen wird. Der mag­ netische Fluß wird durch den Kern 6 der gedruckten Spule induziert, wodurch die Flußströmung verglichen mit der Verwendung der gedruckten Spule von Fig. 8 verrin­ gert wird. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, wird bei der Mes­ sung des rostfreien Stahls 29 mit dem magnetischen Sen­ sor von Fig. 24 die Flußströmung weiter unterdrückt und daher die Empfindlichkeit und die Rauschreduzierung wei­ ter verbessert, weil der magnetische Fluß (2) 35, der die gedruckte Spule in Fig. 9 nicht erreichen kann, durch den aus einem weichmagnetischen Material bestehen­ den Kern 8 der gedruckten Spule induziert wird.

In Fig. 11 ist die Kennlinie der Flußdichte (B) 37 gegen die magnetomotorische Kraft (H) 36 des rostfreien Fer­ ritstahls 29, einem Material, das vor einem Langzeitein­ satz unter Hochtemperatur-Umgebungsbedingungen eingefügt worden ist, gezeigt. Die von der magnetomotorischen Kraft 36 hervorgerufene Magnetisierungskurve bildet eine magnetische Hysteresisschleife 38, mittels der die maxi­ male Flußdichte 39, die Restflußdichte 40 und die Koer­ zitivkraft 41 bzw. die Hysteresisfläche 42 gemessen wer­ den können. Die maximale Flußdichte 39 hängt von der an­ fänglichen Ferritmenge im Material ab. Wenn das Mate­ rial, das sich aufgrund eines Langzeiteinsatzes unter Hochtemperatur-Umgebungsbedingungen verschlechtert hat, mittels einer herkömmlichen Abnehmerspule 34 bzw. mit­ tels der erfindungsgemäßen gedruckten Spule 4 gemessen wird, ergeben sich Kennlinien für die magnetomotorische Kraft 36, wie sie in den Fig. 12 bzw. 13 gezeigt sind. Aus diesen Darstellungen wird deutlich, daß die Verwen­ dung des erfindungsgemäßen magnetischen Sensors die Meß­ empfindlichkeit für die Hysteresisfläche 42 und die Restflußdichte 40 in hohem Maße verbessert.

Nun wird ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Spulen beschrieben, bei dem Zerstäubungsabscheidung, Elektronenstrahlabscheidung, Laserzerstäubungsabschei­ dung, MBE-Abscheidung, MOCVD oder Sprühpyrolyseabschei­ dung angewendet wird.

Zunächst wird die Ausbildung einer gedruckten Spule bei Verwendung der Zerstäubungsabscheidung beschrieben. Bei der Zerstäubungsabscheidung wird ein Substrat, z. B. MgO, in einem Herstellungsbehälter angeordnet, anschließend wird eine das Muster einer gedruckten Spule aufweisende Maske auf dem Substrat plaziert und schließlich wird ein im Herstellungsbehälter angeordnetes Target aus einem supraleitenden Material wie etwa BiSiCaCuO in einem Edelgasplasma, beispielsweise Argon, zerstäubt, wodurch auf dem Substrat ein supraleitendes Dünnfilm-Spulenpro­ dukt ausgebildet wird.

Nun wird die Herstellung einer gedruckten Spule bei Ver­ wendung der Elektronenstrahlabscheidung beschrieben. Bei der Elektronenstrahlabscheidung wird ein metallisches Ausgangsmaterial, das eine supraleitende Substanz ent­ hält, im Hochvakuum mit einem Elektronenstrahl be­ strahlt, um das Metall zu verdampfen und den Dampf auf dem Substrat abzulagern. Ein Hochvakuum (beispielsweise ungefähr 10^-8 Torr, ist wünschenswert). Ein Nb-Dünnfilm mit einer Übergangstemperatur T_c = 9,8 K) kann jedoch auf einem Quarzsubstrat mit einer Filmbildungsrate in der Größenordnung von 10 Nanometer/Minute bei einer Sub­ strattemperatur von 500°C oder höher auch bei einem Va­ kuum von ungefähr 10^-5 Torr ausgebildet werden, wobei die Übergangstemperatur T_c höher ist als bei den meisten supraleitenden Materialien.

In Fig. 14 ist die Bildung einer ge­ druckten Dünnfilmspule bei Verwendung der Elektronen­ strahlabscheidung erläutert. Eine die Konfiguration ei­ ner gedruckten Spule aufweisende Maske 44 wird im voraus auf einem Quarzsubstrat 43 unter Vakuumbedingungen, bei­ spielsweise in der Größenordnung von 10^-8 Torr, pla­ ziert, anschließend wird das Substrat unter Erwärmung auf 600°C in Rotation versetzt, schließlich wird der mittels Elektronenstrahlbestrahlung vakuumverdampfte Nb- Fluß 45 von oben auf die Maske 44 gegeben, wodurch in den Fugen der Maske 44 eine gedruckte Dünnfilmspule 46 ausgebildet wird.

Nun wird die Laserstrahlabscheidung beschrieben. Wie in Fig. 15 gezeigt, wird beispielsweise auf einem MgO-Sub­ strat 43 eine Maske 44 ausgebildet, anschließend wird das gesamte Zwischenprodukt in einen Vakuumbehälter 47 gegeben, der daraufhin auf ein Vakuum von 10^-10 bis 10^{- 11} Torr evakuiert wird. Im Zentrum des Vakuumbehälters 47 ist ein Target aus einem gesinterten BiSiCaCuO 49 enthaltenden, supraleitenden Material angeordnet. Das Target 45 wird mit einem Laserstrahl 51 von einem Laser 50 aus angeregtem Dimer bestrahlt, um den Fluß 45 zu er­ zeugen und dadurch eine gedruckte Dünnfilmspule 46 auf dem Substrat 43 aufwachsen zu lassen. Der Zustand des Flusses 45 wird mit einem Quadrupol-Massenspektrometer 52 beobachtet. Beispielsweise wird als Laserquelle ein ArF-Excimerlaser (dessen Wellenlänge 193 nm beträgt) verwendet, um einen Ausgangslaserstrahl von 30 mJ/Impuls bei 20 Hz für 20 Minuten zu erzeugen, wodurch ein 1 µm- Supraleitungsfilm gebildet wird. Hierbei ist ein Hochva­ kuum notwendig, das Substrat muß jedoch nicht erwärmt werden.

Nun wird die Bildung einer gedruckten Oxid-Supralei­ tungsspule bei Verwendung einer MBE-Abscheidung be­ schrieben. Ein supraleitender Film wird durch Erwärmen eines MgO-Substrates auf 600°C ausgebildet, wobei als Verdampferquelle beispielsweise das Metall Ba, das Me­ tall Cu oder ein Seltenerdenmetall und als Festkörper­ sauerstoffquelle Sb₂O₃ in einem superhohen Vakuum in der Größenordnung von 10^-11 Torr verwendet wird.

Nun wird die Bildung einer gedruckten Spule bei Verwen­ dung von MOCVD beschrieben. Um beispielsweise einen YBCO-Film zu bilden, werden organische Verbindungen Y(DPM)₃, Ba(DPM)₂ und Ca(CPM)₂ verdampft, wobei die ent­ sprechenden Gastemperaturen zwischen 130 und 160°C, zwi­ schen 280 und 300°C bzw. zwischen 140 und 170°C gehalten werden und in einer Reaktionskammer mittels eines Ar- Trägergases mit einer Strömungsrate von 200 cm³/Minute zusammengebracht werden. Gleichzeitig wird mit einer Strömungsrate zwischen 200 und 500 cm³/Minute gereinig­ tes Sauerstoffgas in die Reaktionskammer gegeben. Die Substrattemperatur sollte bei 600°C liegen. Unter diesen Bedingungen wird ein YBCO-Dünnfilm mit einer Aufwachsra­ te zwischen 0,1 und 10 µm/Stunde gebildet.

Nun wird die Bildung einer gedruckten Spule bei Verwen­ dung von Sprühpyrolyse beschrieben. Dieses Verfahren enthält das Sprühen einer eine supraleitende Substanz enthaltenden wäßrigen Lösung auf ein erwärmtes Substrat in Atmosphäre und die Wärmebehandlung des sich ergeben­ den Zwischenproduktes in Atmosphäre, wodurch ein supra­ leitender Film ausgebildet wird. Dieses Verfahren hat die Vorteile, daß auch auf einem Substrat mit einer kom­ plizierten Form ein supraleitender Film ausgebildet wer­ den kann, daß ein vorbereitetes Zusammensetzungsverhält­ nis gleich dem Zusammensetzungsverhältnis des gebildeten Filmes ist und daß die Filmbildungsrate hoch und die Er­ höhung der Filmdicke leicht ist. Zur Bildung beispiels­ weise eines Bi-Supraleiters werden die entsprechenden, Bi, Sr, Ca und Cu entsprechenden Nitrate im Verhältnis 1 : 1 : 1 : 2 gemischt, um eine wäßrige Lösung zu bilden. Diese Lösung wird in der Atmosphäre auf das auf 400°C erwärmte Substrat gesprüht. In diesem Moment wird das das Lösungsmittel darstellende Wasser sofort verdampft. Die meisten Cu-Nitrate werden in wenigen Sekunden in Oxide verwandelt, ebenso werden die Bi-Nitrate teilweise in Oxide verwandelt. Wenn schließlich während weiterer 10 Minuten eine 860°C-Wärmebehandlung ausgeführt wird, so verwandeln sich die bleibenden Metallnitrate in Oxi­ de, wodurch eine supraleitende gedruckte Spule ausgebil­ det wird.

In Fig. 16 ist ein Beispiel für den Fertigungsprozeß ei­ ner dünnschichtähnlichen gedruckten Spule gezeigt. Im voraus vorbereitete Oxide wie etwa Ba₂YCuO_7-y werden mit einem Bindemittel gemischt und pulverisiert. Im allge­ meinen wird als Bindemittel ein Epoxidharz oder ein or­ ganisches Epoxidharz-Bindemittel verwendet. Die Verbin­ dung wird dann in einer Kaltbearbeitung wie etwa dem Ex­ trudieren in ein streifenähnliches Material und schließ­ lich in ein spulenförmiges Material verwandelt. Dieses Material wird anschließend mit einem Rakel 53D in eine dünnschichtähnliche Spule 54D verwandelt. Schließlich wird das Bindemittel verdampft und das verbleibende Pul­ ver durch Brennen der dünnschichtähnlichen Spule 54D gesintert.

Nun wird der Rakelprozeß beschrieben. Er enthält die Schritte der homogenen Mischung von keramischem Pulver mit einem Bindemittel und einem Lösungsmittel, der Be­ seitigung von Schäumen, der Bildung einer Aufschlämmung aus der sich ergebenden Mischung, des Gebens dieser Auf­ schlämmung auf ein flaches Metall oder eine Glasplatte und der Bestimmung der Dicke der Aufschlämmung mit dem flachen Teil eines Rakels, indem das Rakel mit der flüs­ sigen Aufschlämmung in Kontakt gebracht wird. Wenn bei­ spielsweise ein Bi-Supraleiter hergestellt wird, werden die Oxidmaterialien mit einem Zusammensetzungsverhältnis von Bi_0,7, Pp_0,3, SrCaCu_1,8O_x gemischt, um einen Bi-Supra­ leiter mit einer hohen T_c-Phase zu erzeugen. Dieses Ma­ terial wird anschließend pulverisiert und mit einem or­ ganischen Bindemittel gemischt, um eine Aufschlämmung zu erzeugen. Diese Aufschlämmung wird als supraleitender Film mit einem Rakel auf ein Substrat aufgetragen, wo­ durch eine gedruckte Spule gebildet wird, die dann für ungefähr eine Stunde bei einer Temperatur von beispiels­ weise 500°C wärmebehandelt wird.

In Fig. 17 wird die Herstellung einer dünnfilmähnlichen gedruckten Spule erläutert. Auf einem Substrat 43 wird mit einem lichtempfindlichen Harz 53 das Negativbild ei­ ner gedruckten Spule ausgebildet, anschließend wird ein supraleitender Dünnfilm 54 auf der gesamten Substrat­ oberfläche mit dem Negativbild abgeschieden. Die das Ne­ gativbild bildende Substanz und der darauf befindliche Dünnfilm werden anschließend mit einem Lösungsmittel be­ seitigt, wodurch eine gedruckte Dünnfilmspule 46 herge­ stellt wird.

Nun wird als Beispiel insbesondere die Bildung einer ge­ druckten Spule mit einem Pb-Supraleiter beschrieben. Auf dem Substrat 43 wird mit einem lichtempfindlichen Harz 53 das Negativbild einer gedruckten Spule gebildet. Das verwendete Substrat ist aus Quarzglas oder einem Saphir hergestellt, als lichtempfindliches Harz wird Diazo-N- Acetyl-4-Nitro-1-Naphthylamin verwendet. Auf der gesam­ ten Oberfläche des Substrates mit dem negativen Bild wird dann der supraleitende Dünnfilm 54 gebildet. Der verwendete Supraleiter basiert auf einem Pb-System. Der Dünnfilm-Herstellungsprozeß ist eine Vakuumabscheidung mit Widerstandsheizung. Der Pb-Dünnfilm bietet der ther­ mischen Zerstörung geringen Widerstand und besitzt eine geringe Wasserdichtigkeit, so daß zusätzlich zu Pb Au und In hinzugefügt werden. Faktisch werden Au (mit unge­ fähr 4 Gewichtsprozent), In (mit ungefähr 5 bis 14 Ge­ wichtsprozent) und Pb (mit ungefähr 82 bis 88 Gewichts­ prozent) in dieser Reihenfolge vakuumabgeschieden.

Das verwendete Lösungsmittel kann eine Alkalilösung oder Alkohol sein. Die in der obigen Beschreibung angegebenen Materialien dienen nur als Beispiel, in der Erfindung können aber auch andere Materialien verwendet werden.

In Fig. 18 ist ein ähnliches Beispiel für die Herstel­ lung einer gedruckten Dünnfilmspule dargestellt. Auf ei­ nem Substrat 43 wird ein supraleitender Dünnfilm 54 ge­ bildet, anschließend wird mit einem lichtempfindlichen Harz 55 das positive Muster 56P einer gedruckten Spule ausgebildet. Das negative Muster 56N wird chemisch weg­ geätzt, das auf dem positiven Muster 56P verbleibende lichtempfindliche Harz 55 wird aufgelöst und mit dem Lösungsmittel beseitigt, so daß eine gedruckte Dünnfilm­ spule 56 gebildet wird.

Die gedruckten Spulen der Fig. 3 und 4 besitzen Quer­ schnitte, deren Form und Herstellungsprozeß nun bei­ spielhaft anhand der gedruckten Spule von Fig. 4 be­ schrieben wird.

In Fig. 28 wird schematisch der Herstellungsprozeß des Querschnittes der supraleitenden gedruckten Spule von Fig. 4 erläutert; in Fig. 29 wird schematisch der Quer­ schnitt der Spule erläutert. Wie in Fig. 28 gezeigt, wird das bei einer Temperatur von 9,5 K supraleitend werdende Nb auf einem Glassubstrat 43 mit einer Auf­ wachsrate von 2000Å/Minute für 50 Minuten mittels Elek­ tronenstrahlabscheidung (6 Kw) abgelagert, wodurch ein Nb-supraleitender Film (1) 440 mit einer Dicke von 10 µm und damit eine gedruckte Spule gebildet wird. Auf dem so gebildeten Film (1) 440 wird eine Maske (1) 450 pla­ ziert, anschließend wird darauf ein SiO₂- oder LiF-Iso­ lationsfilm 416 von ungefähr 15 µm Dicke mittels Zer­ stäubung von oben aufgetragen. Hierbei ist darauf zu achten, daß der Isolierfilm an manchen Stellen nicht zu dünn bleibt (in der Größenordnung von 10 Ångström), da­ mit die Bildung eines Josephson-Elementes verhindert wird. Anschließend wird die Maske (1) 450 beseitigt und eine Maske (2) 451 wie gezeigt angeordnet. Mittels Elek­ tronenstrahlabscheidung (6 Kw) wird von oben ein 20 µm dicker Nb-Film abgelagert. Anschließend wird die Maske (2) 451 beseitigt. Somit ist der in Fig. 29 gezeigte Querschnitt entstanden. Es wird festgestellt, daß die supraleitenden Filme (1) 440 und (2) 441 keine Brücke und folglich dazwischen kein Josephson-Element bilden sollten, wenn der Isolierfilm 460 in X-Richtung weiter als der supraleitende Film (1) 440 ausgedehnt wird.

Nun wird ein weiterer Herstellungsprozeß einer supra­ leitenden gedruckten Spule beschrieben. In Fig. 30 ist eine weitere Ausführungsform des Herstellungsprozesses einer supraleitenden gedruckten Spule gezeigt. Auf einem Nb-Substrat 561 ist ein Ti-Schaltungsmuster 562 in Fu­ genkonfiguration eingepaßt, wobei die Fugen einem nega­ tiven Schaltungsmuster entsprechen. Auf das Substrat, in das das Ti-Muster eingepaßt ist, wird eine CuSn-Legie­ rung-Metallplatte 563 gelagert und mit diesem verbunden, wodurch aus dem Substrat und der Legierungsplatte mit dem dazwischen gelagerten Ti ein Laminat gebildet wird. Das Laminat wird entlang des Ti-Musters mit einem Laser­ strahl bestrahlt, um eine Diffusionsreaktion zwischen Ti, Nb und Sn hervorzurufen, damit eine Nb₃Sn-Ti-Supra­ leitungsschaltung 564 ausgebildet wird. Die umgebende NiB₃Sn-Schicht außerhalb des Musters wird mit chemischen Mitteln (ätzend) oder in einem Schneideprozeß beseitigt.

Fig. 31 erläutert eine weitere Ausführungsform des Her­ stellungsprozesses einer gedruckten Y-Ba-Cu-O Supralei­ tungsspule. Zunächst wird ein Block 565 aus einer Y-Ba- Cu 3 Legierung zur Bildung eines Substrates 566 ausge­ rollt. Eine Polymer-Abschirmungsschicht 567, beispiels­ weise eine Polyimid-Schicht, in der ein Schaltungsmuster ausgestanzt ist, wird an das Substrat geklebt. Das sich ergebende Zwischenprodukt wird in eine wäßrige Alkali­ lösung, beispielsweise NaOH, eingetaucht, während durch die Lösung ein elektrischer Strom geschickt wird, um in den ausgestanzten Fugen (den offengelegten Substratbe­ reichen) der Schicht mittels einer Anodenoxidation eine Oxidschicht 567 auszubilden. Dann wird das Substrat bei­ spielsweise auf eine Temperatur zwischen 800 und 950°C während einer Zeitdauer zwischen 5 und 100 Stunden er­ hitzt. Durch diese Behandlung diffundiert der in der Oxidschicht vorhandene Sauerstoff in das Substrat und reagiert mit den jeweiligen damit verbundenen Elementen, während die entsprechenden Elemente im Substrat in die Oxidschicht diffundieren und mit dem Sauerstoff reagie­ ren, wodurch eine Oxid-Supraleitungsspule 568 (YiBa₂Cu₃O_{4 - x}) gebildet wird. Unnötige Bereiche können entweder chemisch weggeätzt oder mechanisch beseitigt werden.

In Fig. 19 ist eine Ausführungsform des Herstellungspro­ zesses einer gedruckten Dünnfilmspule dargestellt. Auf einem Substrat 43 wird ein supraleitender Dünnfilm 54 ausgebildet, danach wird der Dünnfilm von einer Quelle aus flüssigen Metallionen 57 zum Zwecke des Zerstäubens mit einem fokussierten Ionenstrahl 58 bestrahlt. Der fo­ kussierte Ionenstrahl 58 wird durch eine Einzel-Linse 59 über eine Fokussierungssteuerung 60 in Verbindung mit einer Ionenstrahl-Abtaststeuerungseinheit 61 und einer Substratpositionierungssteuereinheit 62 gesteuert, um eine gedruckte Dünnfilmspule 46 auszubilden. Es sind verschiedene weitere Ausführungsformen für diesen Prozeß möglich. Zum Beispiel kann ein auf Glas, Quarz oder YSZ (mit Yttrium stabilisiertes Zirkonium) aufgetragenes su­ praleitendes Material YBa₂Cu₃O_{7- δ} mittels Ga oder Au als Flüssigmetallionenquelle bearbeitet werden. Selbst­ verständlich können andere geeignete Materialien verwen­ det werden. In den erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann eine gedruckte Spule vorteilhaft hergestellt wer­ den, ohne daß die Zahl der Herstellungsschritte von her­ kömmlichen supraleitenden Dünnfilmen oder linienähnli­ chen Materialien erhöht wird.

In der erläuterten Herstellung der gedruckten Dünnfilm­ spule kann die ausgebildete Spule vorteilhaft als Kern verwendet werden, ohne daß sie vom Substrat entfernt wird, falls als Substrat für die Herstellung der ge­ druckten Spule ein hochpermeables Material verwendet wird, das keine Phasentrennung hervorruft. Weiterhin kann ein dünnes Substrat mit einer im allgemeinen nied­ rigen Permeabilität vorteilhaft als Bauteil eingesetzt werden, das den Abstand zwischen der gedruckten Spule und einer zu messenden Probe definiert.

Durch die Erfindung werden die Flußdurchlässigkeit des zusammen mit einem Quanteninterferometer im magnetischen Sensor enthaltenen Flußtransformators und die Empfind­ lichkeit und die Signalauflösung des Flußmessers verbes­ sert. Daher kann der Verschlechterungsgrad eines in Hochtemperaturumgebungen wie etwa in chemischen Anlagen und in Kernkraftwerken eingesetzten rostfreien Ferrit­ stahls mit hoher Genauigkeit geprüft werden.

Claims (14)

1. Flußmesser mit,

• - einer Quanteninterferometereinrichtung (1, 28),
• - einer Flußübertragungsschaltung mit einer ersten Abnehmerspule (3, 4, 10) in Form einer gedruckten Spule (12, 13, 14) mit mehreren in einer einzigen Ebene angeordneten Windungen aus supraleitendem Material und einem Kern (6, 7, 8, 9, 17) aus einem weichmagnetischen Material, der mit der Quanteninterferometereinrichtung (1) magnetisch gekoppelt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die von den Windungen der gedruckten Spule gebildete Ebene der ersten Abnehmerspule (3, 4, 10) in Meßstellung parallel zur Oberfläche eines zu untersuchenden Gegenstands (2) und in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet ist,
daß der Flußmesser außerdem eine Einrichtung (5) zur Definition des Abstandes zwischen dem zu messenden Gegenstand (2) und dem Flußmesser aufweist, und
daß der Abstand zwischen 100 µm und 5 mm liegt.

2. Flußmesser gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußübertragungsschaltung eine zur ersten Abnehmerspule (10) in Reihe geschaltete zweite Abnehmerspule (11) aufweist, die so angeordnet ist, daß sich die magnetischen Flüsse der ersten und der zweiten Abnehmerspule (10, 11) gegenseitig aufheben.

3. Flußmesser gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine magnetische Abschirmungsplatte (281, 282, 283) zur magnetischen Abschirmung der Quanteninterferometereinrichtung (1, 28), der Anschlußleitungen (24) der Flußübertragungsschaltungen, einer Spule (25) zur Übertragung des magnetischen Flusses an die Quanteninterferometereinrichtung (1, 28) und des gesamten Flußmessers mit Ausnahme derjenigen seiner Seitenflächen, an der sich der zu messende Gegenstand (2) befindet, der den magnetischen Fluß von der ersten Abnehmerspule (4) empfängt.

4. Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Spule (12, 13, 14) eines Flußmessers nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten:

• der Kaltbearbeitung einer Substanz zur Formung eines linienähnlichen Materials,
• der Weiterbearbeitung des linienähnlichen Materials zu einem spulenähnlichen Material,
• der Weiterbearbeitung des spulenähnlichen Materials zu einem gedruckten spulenähnlichen Material in einem Rakelprozeß, und
• des Sinterns des gedruckten spulenähnlichen Materials,

dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz durch einen Schritt des Pulverisierens und des Vermischens eines supraleitenden Materials und eines Bindemittels hergestellt wird.

5. Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Spule (12, 13, 14) eines Flußmessers nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

• durch Ausbilden eines Dünnfilm-Negativmusters einer gedruckten Spule auf einem Substrat (43) mittels eines lichtempfindlichen Harzes (53),

gekennzeichnet durch die Schritte:

• der Abscheidung eines supraleitenden dünnen Filmes (54) auf der gesamten Oberfläche des mit dem Dünnfilm-Negativmuster (53) versehenen Substrats (43), und
• der Beseitigung des das Negativmuster bildenden Dünnfilmes (53) und des supraleitenden Dünnfilmes (54) mittels eines Lösungsmittels.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende dünne Schicht (54) durch Zerstäubung gebildet wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende dünne Schicht (54) durch Laserzerstäubungsabscheidung gebildet wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende dünne Schicht (54) durch Molekularstrahl-Abscheidung gebildet wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende dünne Schicht (54) durch MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) gebildet wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Spule (12, 13, 14) durch Sprühpyrolyse-Abscheidung gebildet wird.

11. Verfahren zum Prüfen des Sprödigkeitsgrades eines zu messenden Gegenstandes (2) unter Verwendung eines Flußmessers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Schritte:

• des Anlegens eines Magnetfeldes an den zu messenden Gegenstand (2),
• des Messens des magnetischen Flusses des Gegenstandes (2) mittels eines Flußmessers nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
• des Bestimmens aus dem magnetischen Fluß zumindest einer Kenngröße aus einer Gruppe von Kenngrößen, nämlich der Remanenz, der Koerzitivfeldstärke oder der Form oder der Fläche der Hysteresis-Schleife und
• des Vergleichens zumindest einer der Kenngrößen mit den jeweiligen ursprünglichen Werten der Kenngrößen, um den Sprödigkeitsgrad zu bestimmen.