DE4102071A1

DE4102071A1 - Mechanische ausrichtung von teilchen zur verwendung bei der herstellung von supraleitenden und permanentmagnetischen materialien

Info

Publication number: DE4102071A1
Application number: DE4102071A
Authority: DE
Inventors: William Joel Nellis; Merrill Brian Prof Maple
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1990-01-24
Filing date: 1991-01-24
Publication date: 1991-07-25
Also published as: JPH04214063A; US5112801A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von hochquali tativen mechanisch ausgerichteten supraleitenden Materialien unter Verwendung orientierter plättchenförmiger Pulverteil chen, Fasern, Kristalle und anderer orientierter Formen der kürzlich entdeckten Hoch-T_c-Klasse von supraleitenden Keramik materialien, wie auch anderen supraleitenden Materialien. Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung dieser orien tierten Materialien bei der Herstellung von hochqualitativen Permanentmagnetmaterialien.

Derzeitige Verfahrensweisen

Historisch gesehen, wurden unterschiedliche wissenschaftliche Verfahren von Forschungsgruppen angewandt, um brauchbare supraleitende Produkte unter Verwendung starker Schockwellen zu synthetisieren oder herzustellen. Diese Bemühungen hatten unterschiedliche Erfolgsgrade. Ein Beispiel konventioneller supraleitender Materialien wurden durch Roy synthetisiert, und zwar unter Verwendung eines explosiven Kompaktierungsverfah rens (US-Patent 37 52 665). Ähnliche Bemühungen gab es hin sichtlich der Herstellung von Permanentmagnetmaterialien unter Verwendung von Schocksyntheseverfahren.

Seit der Entwicklung der revolutionären Hoch-T_c-Supraleiter und der Verbesserungen bei Permanentmagnetmaterialien wurden neue Herstellungsverfahren von der Forschung entwickelt, um die physikalischen Einschränkungen dieser Materialien zu be rücksichtigen. Beispielsweise sind diese neuen Materialien außerordentlich spröde von Natur aus und sie sind leicht durch die meisten üblichen Manipulationsverfahren deformierbar. Fer ner verursachen viele konventionelle Verarbeitungsverfahren eine Verschlechterung oder Zerstörung der supraleitenden elek trischen und magnetischen Qualitäten der neuen Materialien. Es wurden Versuche unternommen, Verarbeitungsverfahren vorzuse hen, welche die supraleitende Fähigkeit dieser Materialien we nig beeinflußt, wobei diese Versuche nur begrenzt erfolgreich waren.

Keramikverarbeitung

Keramikverarbeitungsverfahren wurden durch Forscher der AT Bell Laboratorien entwickelt, wobei versucht wurde, eine praktisch verarbeitbare Form für die neuen Hoch-T_c-Supraleiter vorzusehen. Ein Beispiel dieser Lö sung ist die Abstreichklingen-Bandgußtechnik. Keramikpulver wird mit einem Bindemittel, einem Plastiziermittel und einem Dispersionsmittel gemischt. Die sich ergebende Lösung wird mit einer gesteuerten Dicke auf einem Kunststoffilm abgeschieden. Das Lösungsmittel wird verdampft, um ein flexibles Band zu er zeugen. Wegen der nicht-leitenden organischen Komponenten in dem Band ist dieses YBa₂Cu₃O_7-x-Band nicht elektrisch supralei tend. Die langsame Erhitzung solcher YBa₂Cu₃O_7-x-Bänder auf 300°C entfernt unerwünschte Komponenten und bindet das Pulver schwach. Die Erwärmung auf 900 bis 1000°C erzeugt eine dich te, aber spröde supraleitende Struktur.

Keramische Verarbeitungsverfahren wurden auch von Forschern an den Argonne National Laboratorien und anderen Instituten un tersucht, und zwar in einem Bemühen Drahtextrusionsverfahren zu entwickeln, welche erfolgreich auf die neuen Hoch-T_c-Mate rialien angewendet werden könnten. Bei diesem Versuch wird eine Aufschlämmung der Bandgießart teilweise getrocknet, um ein Material mit einer viskosen Konsistenz zu erzeugen. Dieses Material wird auf eine Drahtform extrudiert und sodann gewik kelt. Das Brennen dieser Konstruktion ergibt einen festen ke ramischen supraleitenden Draht.

Andere Keramikverarbeitungsmöglichkeiten zum Vorsehen verar beitbarer Konstruktionen aus den neuen Hoch-T_c-Materialien wurden ebenfalls untersucht. Feine Keramikoxidpulver in einem organischen Träger wurden auf ein Substrat aufgedruckt, und zwar durch einen Sieb, um Schaltungsmuster zu erzeugen. In einem damit in Verbindung stehenden Prozeß wurden Plasmasprüh verfahren benutzt, um beliebige Formen mit supraleitendem Ma terial zu überziehen, um so supraleitende Kompositoberflächen zu erzeugen.

Metallurgische Verarbeitung

Eine Anzahl von Forschern ver wendete das klassische Kaltziehverfahren zur Herstellung von supraleitendem Draht durch Packen von supraleitendem Pulver in ein Silberrohr mit darauffolgender Reduzierung des Rohrdurch messers um das 10- bis 100fache. Das sich ergebende supralei tende Material mußte sodann in Sauerstoff angelassen werden, um die supraleitenden Qualitäten wieder herzustellen. Bei spielsweise zeigte sich, daß mit Silber ummantelte Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O-Drähte eine bevorzugte Kristallausrichtung mit der Basal-Ebene-Hoch-J_c kristallographischen Richtung längs der Länge des Drahtes hatte (vgl. T. Hikata et al, "Ag-Sheathed Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O Superconducting Wires with High Critical Current Density" in Japan, J. Appl. Phys. 28, L-82-L84, 1989). Das supraleitende Oxid mußte auf eine Dicke von nur 0,1 mm zur Erreichung von Ausrichtung herabgewalzt werden. Es ist zweckmäßig, kristallographische Oxidschichten mit größeren Dicken und auch mit höheren Dichten der kristal lographischen Defekte zu erhalten, um höhere kritische Strom dichten sowohl in Null und endlichen Magnetfeldern als bislang beobachtet zu erhalten.

Schmelztemperatur-Wachstum

Bei diesem Verfahren werden gesinter te Stangen aus YBa₂Cu₃O_7-x, die ungefähr 1 cm lang sind, ge schmolzen und sodann richtungsmäßig verfestigt. Diese Lösung erzeugt vollständig dichte, lange, nadelförmige Körner aus supraleitenden Konstruktionen oder Gebilden. Die sich ergeben de Nadelachse dieser Körner entspricht der a- oder b-Achse der orthorhombischen Struktur des Hoch-T_c-Materials. Dies sind kristallographische Basal-Ebenen-Richtungen der höchsten kri tischen Stromdichte. Es ist jedoch nicht praktikabel, be trächtliche Längen von supraleitendem Draht unter Vewendung dieser Verfahren herzustellen.

Die Schockkompaktierung

Die Verarbeitung von Supraleitern durch die Schockkompaktierung verspricht den größten Erfolg in der Supraleiterherstellung. Die US-Patente 47 17 627 und 47 62 754 der Anmelderin beschreiben erste praktische Ver fahren der Schockkompaktierung der neuen supraleitenden Mate rialien einschließlich der neuen Hoch-T_c-Materialien. Die ent sprechenden deutschen Druckschriften dieser Patente seien zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht.

Die extrem hohe Geschwindigkeit und die kurze Zeitdauer der Schockwelle, die in diesem Verfahren verwendet wird, gestat tet, daß die Grenzen zwischen Teilchen sich erwärmen und ver binden, ohne in signifikanter Weise die Mittelteile der Teil chen zu erwärmen. In einigen Fällen wird dieser Effekt dadurch erhöht, daß man die supraleitenden Materialien mit Metallpul vern mischt, um als ein ziehfähiges elektrisch leitendes Bin demittel zu wirken. Die Minimierung der Temperaturanstiege im Inneren der Teilchen wird angenommenermaßen durch die kurze (Mikrosekunden) Dauer des Kompressionsprozesses und die hohe thermische Kühlrate an den Inter-Teilchengrenzen verursacht.

Dadurch, daß man eine relativ kühle Temperatur im Inneren der Teilchen aufrechterhält, werden Kristallstruktur und supralei tende Eigenschaften der Masse des Teilchenmaterials beibehal ten. Andererseits gestattet die Oberflächenerwärmung die hete rogene Verarbeitung der Inter-Teilchengrenzen. Auf diese Weise kann die Struktur der Inter-Teilchengrenzen abgestimmt werden, um die kritische Stromdichte zwischen den Teilchen zu optimie ren. Dadurch, daß man dieses Teilchen als ein Einzelkristallit wählt, könnten sämtliche Korngrenzen für die krtische Strom dichte optimiert werden.

Die durch die Schockkompaktierung verarbeiteten Materialien genießen eine Anzahl von Eigenschaften, die bei nicht-kompak tierten supraleitenden oder magnetisch ausgerichteten Mate rialien oder in durch andere Verfahren verarbeiteten Supralei tern nicht vorkommen. Die Schockkompaktierung schafft Modifi kation in der Mikrostruktur der neuen Hoch-T_c-Materialien, welche die Funktionsweise der sich ergebenden Fabrikations produkte ändert. Beispielsweise entdeckten die Erfinder, daß schockinduzierte Defekte die supraleitenden Fluxoid-Pinning- Energien in YBa₂Cu₃O_7-x und die supraleitenden kritischen Stromdichten, J_c, in Bi₂Sr₂CaCu₂O_x erhöhten.

Die Erfinder haben auch entdeckt, daß die erhöhte Fluß-Pin ning-Energie von geschocktem YBa₂Cu₃O_7-x in unerwarteter Weise nach dem Anlassen in Sauerstoff bei 890°C für 53 Stunden auf rechterhalten bleibt. Dies ist eine typische Verarbeitungstem peratur, verwendet zur Optimierung der supraleitenden Eigen schaften. Das Anlassen entfernt die ursprüngliche hohe Dichte der schockinduzierten Defekte, aber ersetzt diese mit einer Hochdichtigkeit eines anderen kristallinen Defekts, der nahezu ebenso effektiv bei der Erhöhung der Flux-Pinning-Energie ist.

Der Schochkompaktionsschritt erhöht die Leitfähigkeit einiger supraleitender Materialien. Er gestattet auch die Verwendung von effektiv niedrigeren Sinterzeiten und -temperaturen. Diese modifizierten Sintereigenschaften minimieren die Verringerung der supraleitenden Qualitäten der Ausgangsmaterialien, die während anderer Aspekte der Verarbeitung auftreten können und von denen angenommen wird, daß sie durch schockinduzierte Ef fekte hervorgerufen werden.

Verfahrenseinschränkungen

Die derzeit verfügbaren Verfahren zur Herstellung von Hoch-T_c-Materialien leiden an einer Anzahl von Beschränkungen. Ein konsistenter Stromfluß mit hoher kri tischer Stromdichte durch die hergestellten Materialien wie selbst einem kleinen Abstand konnte nicht zuverlässig erreicht werden. In Massen (im Gegensatz zu Dünn-Schicht oder Dünn- Film) Materialien ist ein Schlüsselziel der Anordnung des Hoch-T_c -Oxids derart, daß die Richtung des höchsten J_c in der anisotropischen Kristallstruktur entlang der gewünschten Rich tung des Stromflußes für jeden Kristalliten erfolgt. Die Er reichung dieses Ziels ist ein Aspekt der vorliegenden Erfin dung.

Die relativ lange nach der Herstellung erforderliche Hochtem peratursinterung bei vielen konventionellen Herstellungsver fahren führt auch zu einer Erweichung oder zum Schmelzen der internen Struktur der supraleitenden Teilchen. Dies zerstört häufig ihre supraleitenden Eigenschaften.

Orientierte Fasern, Nadeln und Plättchen

Kürzlich waren eine Anzahl von Laboratorien in der Lage, Fa sern aus supraleitenden Materialien herzustellen. Beispiels weise stellte eine Forschungsgruppe an der Standford-Universi tät Fasern aus Bi₂CaSr₂CU₂O_x her, in denen die a-b-Ebene, die in der Hoch-J_c-Richtung liegt, parallel zur Achse der Faser verläuft (Fiegelson, Science, Band 240, Seiten 1642-1645, 1988). Supraleitende Fasern sind im allgemeinen länger als 1 mm und können potentiell Zentimeter oder sogar Meter in Länge sein.

Die frühere Forschung auf dem Gebiet der Faser-, Nadel- (weni ger als 1 mm Länge) und Plättchenorientierung, war sehr be schränkt. Kürzlich wurde entdeckt, daß einige Chargen von supraleitenden Pudern, die in der Form von Plättchen vorlie gen, mit der a-b-Ebene in der Ebene des Plättchens orientiert sind. Die plattenartige Morphologie von Hoch-T_c-Körnern wurde von einer Anzahl von Forschern erkannt (Arendt und andere, "Aligned sintered compact of RBa₂Cu₃O_7-x" in Materials Research Society Symposium Proceedings, Band 99, Seiten 203-208, 1987). Es wird erwartet, daß andere orientierte Ma terialien erkannt oder entwickelt werden.

Es wäre außerordentlich zweckmäßig, ein Hoch-T_c-supraleitendes Material herzustellen, bei dem die supraleitenden Teilchen mit ihren a-b-Ebenen parallel zur Richtung des Stromflusses orien tiert sind. Diese Orientierung würde einen direkteren Strom flußpfad mit höchtem J_c durch die supraleitende Konstruktion gestatten. Der Effekt einer solchen Orientierung würde darin bestehen, daß die Stromdichte über bearbeitbare Materiallängen hinweg verbessert wird. Ein derartiger Durchbruch in der Tech nologie ist nötig, bevor die breite Anwendung von Supraleitern für praktisch elektrische Anwendungsfälle erreicht werden kann. Die Herstellung eines relativ flexiblen Materials, wel ches durch Automation in gewünschten Längen hergestellt werden könnte, wäre außerordentlich zweckmäßig für solche Anwendungs fälle.

Mit dem Auftreten orientierter supraleitender Hoch-T_c-Fasern als Ausgangsmaterialien besteht die Aussicht, praktikable supraleitende Konstruktionen vorzusehen. Vor dem Auftreten der vorliegenden Erfindung gab es jedoch eine Anzahl von Hinder nissen hinsichtlich der Herstellung von supraleitenden Kon struktionsteilen für praktische Anwendungsfälle, die durch bislang bekannte Verfahren nicht überwunden werden könnten.

Die neuen Faser-, Nadel- und Plättchenformen der Hoch-T_c su praleitenden Materialien haben viele Beschränkungen der Teil chenform dieser supraleitenden Verbindungen. Die spröde Kera miknatur der neuen supraleitenden Materialien bleibt eine die Verwendung einschränkende Begrenzung. Selbst geringe Beanspru chung kann die wichtige Orientierungqualität dieser supralei tenden Formen zerstören. Nach dem Bruch der orientierten Mate rialien werden die Strompfade kompromitiert oder zerstört. Ferner kann jedwede Deformation der umgebenden Tragmaterialien die Fragmente von ihrer ursprünglichen planaren Orientierung weg fehlausrichten, was auch dazu dient, die leitende Kapazi tät dieser Materialien zu kompromitieren oder zu zerstreuen.

Viele Einschränkungen der bekannten Herstellungsverfahren sind unglücklicherweise dann noch nachteiliger, wenn diese Verfah ren auf die neuen orientierten Fasern, Plättchen oder anderen ausgerichteten Materialien angewandt werden. Die für die kera mische Verarbeitung notwendige Herstellung von Aufschlämmungen kann zur Disorientierung der Materialien führen. Ferner kann sich durch diesen Verarbeitungsschritt der Faser- oder Plätt chen-Bruch oder die volle Zerschlagung ergeben. Kaltziehver fahren, welche in einigen Fällen den Vorteil der Erzeugung kristallographischer Orientierung besitzen, haben auch die Tendenz die Faser- oder Plättchen-Struktur zu deformieren und zu brechen. Diese Brüche und Deformationen können die supra leitenden Qualitäten der endgültigen supraleitenden Materia lien innerhalb eines Konstruktionselementes stark einschrän ken.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Er findung besteht darin, ein hergestelltes supraleitendes oder permanentmagnetisches Konstruktionselement vorzusehen, und zwar supraleitende Fasern, Plättchen, Nadeln und/oder kristal lographisch ausgerichtete supraleitende oder permantentmagne tische Materialien, insbesondere Hoch-T_c-Materialien enthal tend.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, mechanisch aus gerichte Teilchen vorzusehen, und zwar für die Verwendung beim isostatischen Heißpressen, Kaltpressen und Sintern, wobei Ab streichklingenverfahren oder bei dynamischen Hochdruckverar beitungsverfahren.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein supralei tendes filamentäres (fadenartiges) oder planares Konstruk tionselement vorzusehen, wobei leitende Metallpulver oder Folien wahlweise eng assoziiert sind mit supraleitenden Fa sern, Nadeln und/oder Plättchen und daß die derart assozi ierten Metallmaterialien eine mechanische Stützung, thermische Stabilisierung und elektrische Sicherheitspfade für die Fasern vorsehen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben für die Herstellung eines supraleitenden filamentä ren Konstruktionskörpers, der verwendet werden kann zur Her stellung von Kabeln und anderen geeigneten Formen unbegrenzter Länge.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden filamentären Konstruk tionskörpers anzugeben, wobei dieses Verfahren kontinuierlich und automatisch betreibbar ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, filamentäre, etwas ziehfähige supraleitende Drahtformen herzustellen, die in konventionellen elektrischen Anwendungsfällen einsetzbar sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Fabrika tionsverfahren anzugeben, welches die Sintererfordernisse vermeidet und/oder minimiert.

Die vorliegende Erfindung sieht ein neues Verfahren zur Her stellung von mechanisch ausgerichteten Materialien vor, und zwar zur Verwendung bei der Herstellung eines filamentären oder planaren supraleitenden oder permanentmagnetischen Kon struktionskörpers oder Konstruktionselements durch irgendeines von mehreren bekannten Fabrikationsverfahren. Orientierte supraleitende Fasern, Plättchen und andere ausgerichtete supraleitende oder permanentmagnetische Formen sind das Aus gangsmaterial, das mechanisch ausgerichtet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die planare oder nahezu planare Orientierung von supraleitenden oder per manentmagnetischen Fasern, Nadeln und/oder Plättchen ausge nutzt zur Erzeugung eines linearen etwas ziehfähigen, strom leitenden Konstruktionselements oder eines etwas weniger ziehfähigen planaren Konstruktionselements. Wegen der vielen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens behält das supra leitende oder permanentmagnetische Material seine im ganzen polare Orientierung nach Anwendung des erfindungsgemäßen Her stellungsverfahrens. Verschiedene Verfahren der Orientierungs kompaktierung und der Vereinigung, verwendet in Techniken, wie der Faseroptik und Keramikmatrixzusammensetzung, können bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Das erfindungs gemäße Verfahren kann auch mit magnetischen Ausrichtverfahren in einigen Fällen kombiniert werden.

Die supraleitenden Materialien für hohe Magnetfelder und hohen elektrischen Strom können durch das erfindungsgemäße Verfahren in einem Metallmedium eingebettet werden, um dünne, supralei tende Schichten vorzusehen. Ein Vorteil einer solchen Kon struktion besteht darin, daß diese erfindungsgemäßen Materia lien eine hinreichende Festigkeit besitzen, um in großen elektromagnetischen Kräften zu widerstehen, die in einem supraleitenden Magnet mit hohem Feld vorhanden sind. Ferner sieht das Metallmedium einen gesteuerten nicht-destruktiven Strompfad vor, der dann zweckmäßig ist, wenn das supraleitende Material einen Übergang erfährt von einem supraleitenden Zu stand in einem Normalzustand. Wegen der Struktur und der Qua litäten der erfindungsgemäßen Konstruktionskörper wird die thermische und die mechanische Stabilität beibehalten.

Die Schockkompaktierungsherstellung nach der Ausrichtung hat den Vorteil der Erzeugung von Supraleitern mit überlegenen supraleitenden Eigenschaften infolge der schockinduzierten Defekte. Dieser Kompaktierungsschritt kann mit einer Schock wellenbelastung, Hochleistungsschock mit dynamisch hohem Druck oder gepulstem Amboßpressen sowie anderen Verfahren erreicht werden. Der Vorteil der Fluß-Pinning-Defekte kann in anderen Nach-Ausrichtungsherstellungverfahren durch die Vorbehandlung der Teilchen durch das Schockverfahren erreicht werden. Die Teilchen können sodann durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgerichtet werden und verarbeitet werden durch das Nicht- Schockherstellungsverfahren.

Es wird angenommen, daß Hoch-T_c-Materialien ihre kritischen Stromdichten (J_c) durch das Kriechen der supraleitenden Fluxoide beschränkt haben. Es scheint ein zweifacher Grund für das Flußkriechen vorzuliegen. Die Energiebarrrieren, welche die supraleitenden Fluxoide in den Hoch-T_c-Materialien festle gen, sind ungefähr 50mal kleiner (bei 77°K, flüssiger N₂-Tem peratur) als in Niedrig-T_c-Materialien (bei 4,2,°K). Zudem liegen die Betriebstemperaturen ungefähr 20mal höher. Es wird somit angenommen, daß das Fluß- oder Fluxkriechen in Hoch- T_c-Materialien thermisch aktiviert wird. Das Flußkriechen scheint die kritischen Stromdichten zu reduzieren.

Eine Möglichkeit zur Verminderung des Flußkriechens und zur Erhöhung der Fluß- oder Flux-Pinning-Energien ist die Ein führung von Defekten, beispielsweise durch Schockkompaktieren. Die Erfinder haben entdeckt, daß die Fluß-Pinning-Energie von YBa₂Cu₃O_7-x bei 70°K und 10 kOe durch Schockkompaktieren sig nifikant vergrößert wird.

Das vorliegende Verfahren kann zweckmäßig angewandt werden unter Verwendung eines großen Bereichs von konventionellen supraleitenden Materialien und Hoch-T_c-Materialien, entweder einzeln oder in Mischungen. Beispiele derartiger geeigneter Materialien sind die Keramikoxide der Gruppe XBa₂Cu₃O_7-x, wobei x folgendes sein kann: Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu oder andere Seltenerdelemente, und O kann par tiell ersetzt sein durch F, Br, oder Cl und ferner ist X eine kleine Zahl kleiner als 1, typischerweise 0,1.

Beispiele einiger neuerer Materialien sind Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_x, Tl₂Ca₂Ba₂Cu₃O_y und andere damit in Verbindung stehende Verbin dungen, welche Tl und Bi Kupferoxide enthalten. Zudem werden auch neu entdeckte Verbindungen, die eine unterschiedliche Elektronenstruktur gegenüber Hoch-T_c-Verbindungen besitzen und entwickelt werden von den erfindungsgemäßen Verarbeitungstech niken Vorteile ziehen. Diese Materialien besitzen Elektronen ladungsträger, anstelle von Lochladungsträgern in den Hoch- T_c-Materialien. Dazu gehört Nd_2-xCe_xCuO₄.

Geeignete Kombinationen anderer supraleitender Materialien brauchbar bei den Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wären die folgenden, wobei darauf aber keine Ein schränkung vorgenommen werden soll: Pb/Mo/S, Eu/Mo/S, Sn/Eu/Mo/S, Pb/Eu/Mo/S, La/Eu/Mo/S, Sn/Al/Mo/S, Nb/N, Mo/N, V/Si, Nb/Si, Nb/Al/Ge, Nb/Al, Nb/Ga, Nb/Ti and Nb/Zr. Andere brauchbare Kombinationen von Permanentmagnetmaterialien umfas sen die folgenden: Sm/Co, Fe/B/Nd, Fe/B/Pr, Fe/B/Sm, Fe/B/Eu, Fe/B/Co, Fe/B/Ni, Fe/B/Nd/Pr, Fe/B/Nd/Sm, Fe/B/Nd/Eu, Fe/B/Nd/Co und Fe/B /Nd/Ni.

Die Schockkompaktierverfahren der vorliegenden Erfindung sind für die Massenproduktion und kontinuierliche Herstellungsver fahren gut geeignet. Die Kompaktierung kann mit irgendeiner Anzahl unterschiedlicher Mittel erreicht werden, und zwar einschließlich zwei-stufiger Licht-Gasgewehre, Schienengeweh re, Luftgewehre, Explosivstoffe, magnetische Kompaktierung usw. Die Verwendung von Explosionsmitteln gestattet die Her stellung von beliebig großen und/oder langen Konstruktions elementen. Ferner kann auch eine Anzahl von Proben gleichzei tig in einem Klub-Sandwichstyle (mehrlagiger Sandwich) kompak tiert werden. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung sind die supraleitenden Materialien sequentiell geschichtet oder mit nicht-anhaftendem Material mit Abstand angeordnet und werden sodann gleichzeitig kompaktiert.

Die Verwendung einer eleganten und sehr direkten Möglichkeit macht beim erfindungsgemäßen Verfahren supraleitende Fasern erforderlich, die mechanisch ausgerichtet sind und abgeschie den sind auf einer Tragoberfläche einer Metallfolie und/oder Pulver. Die Metallfolie und/oder das Metallpulver ist über den Fasern geschichtet. Sodann erfolgt die Schockkompaktierung. Die Schockkompaktierung hat mehrere vorteilhafte Effekte, zu denen auch der gehört, daß ein inniger Kontakt ermöglicht wird zwischen dem Metall und dem supraleitendem Material. Dieser Kontakt sieht mechanische Tragfähigkeit, Wärmekühlung und alternative elektrische Leitungsvorteile vor.

Wenn gewünscht, kann die Schockkompaktierung ferner Brücken verbindungen zwischen den Fasern sowohl seitlich als auch horizontal erzeugen. Wegen dieses Merkmals können die Fasern zufällig in Ebenen senkrecht zur Richtung des Stromflusses positioniert werden und noch immer einen Elektronenflußpfad aufgebaut haben. Im Falle, daß ein solcher Pfad an einigen Punkten diskontinuierlich wäre, würde die Metallmatrix eine Verbindungsmöglichkeit vorsehen, welche gestatten würde, daß der Strom zu einer benachbarten, aber nicht angrenzenden Faser übertragen wird. Wahlweise kann eine Menge des Hoch-T_c-supra leitenden Pulvers zugegeben werden, so daß die Schockkompak tierung einen kontinuierlichen supraleitenden Pfad für den elektrischen Strom vorsieht.

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können supraleitende Fasern oder Plättchen abgeschieden und mecha nisch orientiert (in einigen Fällen gleichzeitig) werden durch irgendeine Anzahl von Verfahren, von denen viele konventionel ler Natur auf dem Gebiet der Materialverarbeitung sind. Bei spielsweise kann das supraleitende Material durch ein sich bewegendes Rohr abgeschieden werden und nach unten zur Erzeu gung einer Spur auf eine Oberfläche sinken. Bei dem anderen Verfahren bleibt das Abscheidungsrohr stationär, wobei sich die Oberfläche stetig unterhalb der aus dem Rohr fließenden Materialien bewegt. Geringe Vibrationen können dazu dienen, die Abscheidung der Fasern oder Plättchen vom Rohr auf der Oberfläche zu fördern. In einem alternativen System wird ein genutetes oder mehrfach genutetes Substrat verwendet. Zufällig aufgebrachte Fasern oder Plättchen werden vibriert, durch Luft geblasen oder in diese Nuten gebürstet, auf welche Weise die richtige Orientierung erreicht wird. Abwandlungen des Verfah rens sind möglich, um Phänomena statischer Elektrizität oder anderer störende Phänomena zu berücksichtigen.

Ein effektives Verfahren, welches Pulverteilchen mit Plätt chenform ausrichtet, ist ein Aspekt der Erfindung. Ein Pulver, bestehend aus Teilchen ähnlicher Größe wird abgestrichen, und zwar zur Erzeugung einer Vorformanordnung. Es wird angenommen, daß das Abstreichen die Pulverteilchen in der Weise ausrich tet, wie dies für Münzen in einem Stapel gilt, die von Natur aus mit ihren Ebenen vorzugsweise parallel oder nahezu parallel zur Oberfläche ausgerichtet sind, auf der sie ruhen. Das darauffolgende Sintern, Schockkompaktieren oder andere Verfah rensmethoden werden verwendet, um die Pulverteilchen zu ver binden und in der bevorzugten Orientierung einzufrieren.

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf spröden Fasern und Plättchen basierender Draht unterschiedli cher Längen in verarbeitbare supraleitende Kabel verarbeitet werden, und zwar in einer mechanisch, elektrisch und wärme verteilungsstutzenden Metallmatrix. Für große Kabellängen würden die Vorschockmaterialien zusammengebaut werden, Explo sionspulver oder Explosionsflächenelemente würden auf der Oberseite der Anordnung angeordnet werden und in einer einzi gen Explosion würde die gesamte Länge stoßkompaktiert. Dieses Einzelexplosionsverfahren würde bestrebt sein, die Bildung von störenden Grenzen zwischen unterschiedlichen Segmenten zu mi nimieren, was anderenfalls auftreten könnte.

Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren zum elek trostatischen Laden einer Metallfolie zu verwenden und zum entgegengesetzten Laden der orientierten Fasern derart, daß diese an der Folie anhaften würden, bevor der Bindeprozeß er folgt. Mit einem Verfahren ähnlich dem Photokopieren könnte eine vorkonstruierte Schaltung direkt am Platz verbunden wer den. Ein physikalisch anhaftendes Material, wie beispielsweise ein Adhesions- oder Klebemittel könnte ebenfalls dazu verwen det werden, um ein lay out von der gewünschten Schaltung vor zusehen, und sodann könnte die Inkontaktbringung mit ausge richteten Fasern oder Plättchen vor dem Binden erfolgen.

Ein Filamentdraht oder Fäden enthaltender Draht, erzeugt durch das erfindungsgemäße Verfahren, könnte in einem gewissen Ausmaß in einer Anzahl gewünschter Formen gebogen werden. Es ist jedoch möglich, den durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Artikel direkt in eine endgültige gewünschte Form zu bringen, wie beispielsweise die Konfiguration einer elektrischen Spule. Diese Lösungsmöglichkeit würde die Mög lichkeit des unerwünschten Reißens des Materials während des Wickelns vermeiden. Es würde ebenfalls eine attraktive Alter native sein, wenn das Sintern bevorzugt ist oder aber dann, wenn eine starrere Struktur erwünscht ist. Wenn beispielsweise eine Spule erforderlich wäre, so würde eine Form mit spulenar tigen (gewickelten) Rippen vorgesehen. Dies könnte einfach in der Form eines Gewinderohrs aus irgendeinem leitenden Mate rial, wie beispielsweise Kupfer, erfolgen. Das Rohr könnte sodann elektrostatisch geladen werden und mit den supralei tenden Fasern kontaktiert werden oder aber mit einer Mischung von supraleitenden Fasern und Metallpulver. Das Rohr würde von Fasern, die nicht in den Nuten untergekommen sind, sauber ge wischt werden. Dieser Konstruktionskörper würde sodann in ein etwas größeres Rohr oder einen Metallfolienzylinder eingesetzt und schockkompaktiert.

Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung einer supralei tenden elektrischen Spule oder anderer gewünschter Formen könnte ein nicht-störendes Klebemittel verwendet werden, um das orientierte Teilchen in der gewünschten Konfiguration zu befestigen. Alternativ könnte ein Klebemittel verwendet wer den, welches während des Sinterns weggebrannt würde. Auf diese Weise könnte eine Spirale oder Schraubenlinie auf einem Zylin der vorgesehen werden und der Fluß der orientierten Fasern oder Plättchen angebracht werden in einem stetigen Strom da rauf. Ein ascheloses Klebemittel würde die ideale Wahl für ein solches System sein. Wenn es die Natur des supraleitenden Ma terials gestattet, so kann ein einfacher Flüssigkeitspray dazu dienen, die Teilchen mit dem Metallträgermaterial vor dem Ver binden zu binden, und zwar inbesondere wenn ein Feststopfen oder Stoßen vor dem Stoß- oder Schockereignis erreicht wird.

Erfindungsgemäß ist ferner ins Auge gefaßt, daß geeignete Nu ten in der Aufnahmemetalloberfläche in einer X- oder Y-Rich tung vorgesehen sein könnten. Dies könnte erreicht werden durch Stanzen eines gewünschten Musters auf eine Metallfolie und durch Vibration der Fasern in ihrem Platz. Im Falle der Schockkompaktierung könnte das obere Folienniveau zurückge schält werden, was die Oberfläche der supraleitenden Fasern enthüllt. Zu diesem Zeitpunkt könnten die Fasern in der ver bleibenden Richtung angeordnet und verbunden (verklebt) wer den. Im Falle von Plättchenmaterial können beide Achsen gleichzeitig verbunden werden. Auf diese Weise könnte eine Schaltung irgendeiner gewünschten Konfiguration erreicht werden, wie dies beispielsweise in der Mikrochip-Herstellung erforderlich ist.

Es ist ferner ins Auge gefaßt, daß dort, wo die Verbindung der hergestellten supraleitenden Kabel im Feld erforderlich ist, kleine Kits oder Sätze selbst-verbrennender oder selbst-sin ternder Anbringvorrichtungen vorgesehen würden. Diese Sätze oder Sets würden nicht kompaktierte Fasern und eine kleine, umschlossene Explosivladung enthalten, die in einfacher Weise gezündet werden könnte, und zwar unter Verschmelzung von zwei benachbarten Enden eines langen Kabels. Im Falle der Sinterung sind heißbrennende Sicherungen vorgesehen. Zudem können große Längen supraleitenden Materials durch Verbinden sehr kleiner Abschnitte aus beispielsweise Cu verbunden werden.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten supralei tenden Materialien könnten für eine Anzahl von Verwendungen außerordentlich zweckmäßig sein. Potentielle Anwendungsfälle der vorliegenden Erfindung sind lange Leistungsübertragungs kabel, Anwendungen mit hohen Magnetfeldern, wie beispielsweise in induktiven Energiespeichern, Motoren und Generatoren sowie bei der magnetischen Fusion und anderen Anwendungsfällen. Auf dem Gebiet der Computertechnologie könnte die vorliegende Erfindung auf Gebieten wie den Josephson junction oder Sperr schichtvorrichtungen und supraleitenden Übertragungsleitungen verwendet werden. Von der vorliegenden Erfindung würden ferner Beschleuniger und freie Elektronenlaser profitieren. Auf die sen Gebieten können die erfindungsgemäßen Konstruktionskörper verwendet werden für ein hohes Q aufweisende Hochleistungs HF- Strukturen, Strahltransportmagnete, eine hohe Emission aufwei sende Beschleunigungs-Kathodenstrukturen und Wriggler-Magnete, zusammen mit anderen Anwendungsfällen. Zudem werden weitere neue und nicht vorhersehbare Anwendungsfälle für die Erfindung im Laufe der Zeit entwickelt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1(a) eine dreidimensionale Ansicht eines zylindrischen Kupfertest-Probenhalters;

Fig. 1(b) einen Querschnitt des zylindrischen Kupfertest- Probenhalters und Stahlkolbens,

Fig. 1(c) eine dreidimensionale Ansicht des um die supralei tenden Fasern herum kompaktierten Silberpulvers;

Fig. 1(d) einen Seitenschnitt und eine Draufsicht auf das um die supraleitenden Fasern kompaktierte Silberpulver;

Fig. 1(e) eine Seitenschnittansicht verschiedener Stufen der Beschichtung des Silberpulvers und supraleitender Fasern;

Fig. 1(f) einen Seitenschnitt eines zylindrischen Kupfertest- Probenhalters in einer Stahlwiedergewinnungs-Befe stigungsanordnung;

Fig 2(a) den elektrischen Widerstandswert einer nicht ge schockten Bi₂Sr₂CaCu₂O₈-Faser;

Fig. 2(b) den elektrischen Widerstand der mit 30 kbar in Silberpulver schockkompaktierten Bi₂Sr₂CaCu₂O₈-Faser;

Fig. 3 Röntgenbeugungsabtastungen der gemäß Beispiel 4 erzeugten Proben;

Fig. 4 Röntgenstrahlenbeugungs-Abtastungen für unter schiedliche ausgerichtete Materialien gemäß Beispiel 4;

Fig. 5 die magnetischen Suszeptibilitäten der 100 kbar-Pro be des Beispiels 4 schockkompaktiert mit 100 kbar und orientiert senkrecht und parallel zu dem ange legten 30 Oe-Magnetfeld;

Fig. 6 eine Darstellung des Verhältnisses des Siebemomentes in der Senkrechten zu demjenigen in der Parallelmag netfeld-Konfiguration aus schockkompaktierten Schei ben in Beispiel 4;

Fig. 7 zeigt die Null-Feld-gekühlten Siebmagnet-Suszeptibi litäten in einem senkrechten Feld von 30 Oe, abhän gig von der Temperatur für Proben des Beispiels 4;

Fig. 8 zeigt den normalisierten elektrischen Widerstands wert R(T)/R(T = 295°K), abhängig von der Temperatur für eine 100 kbar geschockte und angelassene Probe;

Fig. 9a und 9b zeigen Röntgenstrahlenbeugungs-Abtastungen für das Pellet wie gepreßt, bzw. das Pellet wie gesintert gemäß Beispiel 5.

Fig. 10 zeigt den elektrischen Widerstandswert des ge sinterten Pellets des Beispiels 5;

Fig. 11 zeigt die Magnetdaten Sieb- und Meissner-Signale für ein 20 Oe Magnetfeld, angelegt parallel und senk recht zur Achse des scheibenförmigen gesinterten Pellets des Beispiels 5.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Die vorliegende Erfindung faßt die Herstellung verbesserter, mechanisch ausgerichteter hochqualitativer supraleitender Materialien ins Auge, und zwar für die Verwendung in zahl reichen Herstellungsverfahren, basierend auf den kürzlich entdeckten Klassen von supraleitenden Keramikoxidmaterialien: RBA₂Cu₃O_7-x, wobei x ungefähr 0,1 ist, R ist Y oder ir gend eine der Lanthaniden mit Ausnahme von Ce, Pr, Pm (welches radioaktiv und instabil ist) und Tb, und T_c ist ungefähr 95°K; (La_2-xSr_x) CuO₄ und (La_2-xBa_x) CuO_x mit x zwischen 0,05 und 0,25 und Tc beträgt ungefähr 40 K; und Verbindungen im Bi-Ca-Sr-Cu-O-System und Tl-Kupferoxid-Verbindungen mit T_c von 120°K oder weniger. Diese Materialien besitzen an isotrope Kristallstrukturen mit orthorhombischen oder tetra gonaler Symmetrie. Infolge ihrer anisotropischen Kristall strukturen sind die physikalischen Eigenschaften der Materia lien anisotrop.

Die Whisker oder Faserform dieser Materialien sind verfügbar, wobei die Basal-Ebenen Hoch-J_c-Richtung dieser Materialien parallel orientiert ist zur Achse der Faser. Die Fasern können eine Länge von 1 mm oder mehr besitzen und 20 µm im Durchmes ser sein, und zwar vorzugsweise 100 µm bis 300 µm im Durchmes ser. Die Durchmesser können im Bereich bis ungefähr 1-2 mm liegen. Die Orientierung dieser Materialien wird erfindungsge mäß ausgenutzt, um faserartige oder monolithische Produkte mit hoher Stromleitung zu erzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren erreicht die Herstellung von Materialien mit diesen Qualitäten durch die mechanische Ausrichtung der Fasern und durch die Schockkompaktierung oder in anderer Weise erfolgende weitere Verarbeitung derselben, um sicherzustellen, daß deren fortge setzte richtige Ausrichtung in einem fertigen hergestellten Produkt beibehalten bleibt.

Der innige Kontakt zwischen der Metallmatrix und dem supralei tenden Keramikmaterial, vorgesehen durch den Kompaktierungs prozeß gestattet zahlreiche Vorteile für den sich ergebenden faserartigen Gegenstand während des elektrischen Stromflusses. In gleicher Weise brauchbare Nach-Ausrichtungsverfahren umfas sen die Schockbelastung, das isostatische Heißpressen, Kalt pressen und Sintern, Abstreifklingenverfahren unter anderem Nach-Aufrichtungsverfahren.

Orientierte Konstruktionskörper treten auch als orientierte Plättchen auf. Offensichtlich tritt diese physikalische Qua lität von Natur aus in bestimmten Chargen supraleitender Teil chen auf, wie beispielsweise denen, die aus glimmerartigen oder glimmerhaltigen Materialien bestehen. Die den Erfindern verfügbare Materialquelle war DuPont, wobei diese Firma Bi₂Sr₂CaCu₂O_x und YBa₂Cu₃O_7-x-Materialien lieferte.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Plättchen waren im allgemeinen hinsichtlich ihrer Dicke regulär, was für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung als die kleinste Dimension des Teilchens angesehen wird. In den anderen Dimensionen ten dierten die Teilchen in ihrer Form irregulär zu sein. Bezug nahmen auf die Breiten der Teilchen in der vorliegenden An meldung beziehen sich daher auf die Teilchendimension, die durch einen Sieb mit Perforationen eines gegebenen Durchmessers gehen, aber nicht durch einen Sieb mit Perforationen eines kleineren Durchmessers. Bezugnahmen auf die Teilchenlängen in der vorliegenden Anmeldung beziehen sich auf die größte Di mension des Teilchens.

Wenn die Größe der Länge und die Breite der Teilchen weniger divergent wird, so gibt es weniger Toleranz hinsichtlich der niedrigsten durchschnittlichen Breitendimension der Teilchen, die für die vorliegende Erfindung brauchbar sind. Es würden jedoch spezielle Vorteile für ähnlich geformte Teilchen der gleichen allgemeinen Dimension beim erfindungsgemäßen Verfah ren vorliegen, wie beispielsweise bei der nahezu kreisförmigen oder nahezu quadratischen Form. Mit Teilchen solcher Konfi gurationen wäre es beispielsweise viel weniger wahrscheinlich, daß eine lange Granüle (Granulat) über einem leeren Raum durch zwei kleinere Granülen aufgehängt wäre. Teilchen mit solchen Dimensionen wären daher für die Erzeugung eines dichteren, leerstellenfreieren Produktes brauchbar.

Typischerweise sollten die anderen Dimensionen der Teilchen ungefähr 50% größer sein als die Dicke. Einige allgemein brauchbare Dimensionen sind 10 µm Dicke mit einem 30-100 µm Bereich für die Länge und Breite; 20 µm Dicke mit einem 60-200 µm Bereich für die Länge und Breite; und 60 µm Dicke mit einem 180-600 µm Bereich für die Länge und Breite. Eine 10 µm Dicke wäre die brauchbarste in einem gleichförmiger geformten Teil chen mit Längen- und Breitendimensionen im Bereich von 60 µm × 50 µm.

Es wird angenommen, daß die mechanische Ausrichtung der supra leitenden Teilchen, erreicht in den Beispielen 1-5 der vorlie genden Beschreibung, erfolgreich waren wegen der Dimensionen der Breite und Länge der Teilchen, die größer waren als ihre Dicke. Ferner war die Hoch-J_c-Basal-Ebenenrichtung in der Ebe ne der plättchenförmigen Teilchen. Dies ist eine bevorzugte Pulverform zur Verwendung bei der Erfindung, weil die Ausrich tung der Längen jedes Teilchens nicht erforderlich ist, um einen Hoch-J_c-elektrischen Stromfluß zu erreichen.

Nadelförmige Teilchen haben oftmals eine Dicke und Breite, die vergleichbar miteinander sind und wesentlich kleiner als die Länge des Teilchens. Ferner ist die Hoch-J_c-Richtung im allge meinen längs der Achse der Nadeln. Um in einem solchen Fall optimale Ergebnisse durch das erfindungsgemäße Verfahren zu erreichen, müssen die Teilchen ausgerichtet sein mit ihren Längen, vorzugsweise orientiert in der gleichen Richtung. Eine solche Orientierung kann dadurch erreicht werden, daß man die Teilchen durch eine Düse oder einen Trichter leitet, dessen Öffnung in seiner Größe zwischen den Breiten und Längen der nadelförmigen Teilchen liegt.

Die anisotropen physikalischen Eigenschaften des supraleiten den Ausgangsmaterials umfassen den elektrischen Widerstands wert und die magnetische Suszeptibilität im Normalzustand, und das J_c des supraleitenden Zustands. Für technische Anwendungs fälle, bei denen große Werte von J_c und/oder H_c2 erforderlich sind, ist es zweckmäßig die Kristallite dieser Verbindungen in der Richtung zu orientieren, in der J_c und H_c2 maximiert werden.

Erfindungsgemäß werden die Ausgangsmaterialien zuerst in lange dünne Fasern von nahezu gleichförmiger Kristallstruktur und Orientierung geformt oder in Plättchen mit der Basal-Ebene der Kristallstruktur entlang der Länge der Faaser und in der Ebene des Plättchens. Diese Teilchen werden sodann mechanisch in einer gewünschten Richtung ausgerichtet, um ein traditionell texturiertes Aggregat zu bilden. Die Orientierung kann 30° oder weniger gegenüber der Mitte sein, vorzugsweise 15° oder weniger gegenüber der Mitte, und am bevorzugtesten 5° oder weniger von der Mitte.

Das Aggregat ausgerichteter Teilchen kann sodann kompaktiert werden, um einen monolithischen kompaktierten superaleitenden Körper zu bilden. Der Stoß- oder Schockkompaktierungsdruck kann von 10 bis 200 kbar reichen und beträgt vorzugsweise 50 bis 150 kbar und am bevorzugtesten 60 bis 110 kbar. Die Kom paktierungszeit kann bis zu 10 Mikrosekunden betragen, wobei 0,5 bis 5 Mikrosekunden bevorzugt werden.

Das Aggregat kann auch vorverarbeitet werden in einem Monoli then durch Schockbelastung, isostatisches Heißpressen, Kalt pressen und Sintern, und durch Abstreichplattenverfahren unter anderen Nach-Ausrichtungs-Fabrikationsverfahren.

Die Oxid supraleitenden Teilchen können rein oder gemischt mit Metallpulver sein, um einen filamentären oder faserartigen Supraleiter zu bilden. Diese Metalle umfassen, sind aber nicht begrenzt auf Ag, Au, Al und Cu. Die Größe des Metallpulvers, welches verwendet werden kann gemäß der Erfindung reicht von 1 µm bis 40 µm, vorzugsweise von 2 µm bis 10 µm. In einigen Fällen sind Mischungen der Teilchengrößen vorteilhaft, wie beispielsweise dann, wenn Leerstellen zwischen eine größere Größe besitzenden supraleitenden Teilchen aufgefüllt werden durch den Einschluß von Metallpulver eines feineren Grades. Bei kugelförmigeren Pulvern hat eine sorgfältige Auswahl der Prozenzsätze der Teilchengrößen optimale Ergebnisse zur Folge.

Zu den Kompaktierungsverfahren gehören Gasgewehre, Explosiv stoffe, Maschinengewehre oder elektromagnetische Abschußrampen und magnetische Kompressionssysteme, wobei aber eine Ein schränkung darauf nicht vorgenommen wird. Die Aufbauten und die Maschinerie für explosive Verfahren sind bekannt und es wird beispielsweise auf die folgenden Literaturstellen hinge wiesen: Shock Waves for Industrial Application (L.E. Murr, ed, Noyes Pub., Park Ridge NJ, 1988) und Nellis et al., High Temperature Superconducting Compounds (Whang et al, Eds. TMS Pbs., Warrendale, PA, Seite 249, 1989). Viele ähnliche Konfi gurationen wären auch geeignet. Bei der weiteren Entwicklung dieses Systems werden zahlreiche andere Verfahren vorgesehen werden können.

Die Erfindung ist ebenfalls brauchbar zur Erzeugung von per manentmagnetischen Materialien aus orientierten magnetischen Plättchen und Kristallmaterialien mit anisotropen magnetischen Eigenschaften. Beispiele solcher Materialien sind Fe/B/X und Fe/B/X/Y, wobei X und/oder Y ausgewählt sind aus der aus fol gendem bestehenden Gruppe: Nd, Pr, Sm, Eu, Co und Ni. Diese Materialien sind in der gewünschten Richtung ausgerichtet, und zwar durch irgendwelche der oben genannten Mittel. Sie werden sodann dynamisch kompaktiert, um einen koherenten Materialkörper zu erzeugen. Die dynamische Kompaktierung führt erwünschte Kristalldefekte in diese Materialien ein, wie dies auch in den supraleitenden Materialien geschieht. Diese Defek te legen die Felder in den Kristalliten und Kristallen fest und erzeugen dadurch Magnetmaterialien mit erhöhten magneti schen Eigenschaften.

Beispiel 1 Schockkompaktierung von supraleitenden Fasern in Silberpulver

Supraleitende Bi₂Sr₂CaCu₂O₈-Fasern wurden den Erfindern durch Dr. R. Feigelson von dem Stanford Universität Centers für Ma terials Research übergeben. Diese Fasern bestanden aus wenigen langen Körnern aus dem supraleitenden Material mit der Basal- Ebene-hochkritischen Stromdichtenrichtung der Kristallstruk tur, orientiert entlang der Faserlänge. Die Fasern wurden durch das Verfahren hergestellt, wie es in dem oben genannten Science-Artikel angegeben ist (Fiegelson, id). Diese Fasern hatten 260 µm Durchmeser und 7 mm Länge. Sie wurden in einem Trockner gehaltem, bevor ihr Zusammenbau in die unten be schriebene Testkapsel erfolgte.

Fig. 1 zeigt einen zylindrischen Kupfertest-Probenhalter 1, und zwar bearbeitet mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Höhe von 6 mm. Ein zylindrisches Loch 3 wurde sodann in den Testproben-Halter 1 gebohrt, wobei dieses Loch mit dem Kreis der Testproben-Halterkappe 5 konzentrisch war. Das zylindri sche Loch 3 erstreckte sich auf 2,3 mm zur Testproben-Halter basis 4 hin.

Silberpulver (Aesar Inc.,) mit Teilchen von 0,8-1,3 µm im Durchmesser wurde mit einer Spatula in das zylindrische Loch 3 auf einem Niveau von 0,5 mm, wie in Fig. 1e gezeigt, eingege ben. Silberpulver mit 10 µm Teilchen (zu dieser Zeit nicht verfügbar) wäre bevorzugt worden, um die Wärmeerzeugung an der Grenzschicht der Teilchen während der Kompaktierung zu erhö hen, was einen niedrigeren Druck zur Kompaktierung des Silbers und die Minimierung der Wahrscheinlichkeit des Bruchs der Fa ser gestattet hätte.

Die Silberpulverschicht 13 wurde sodann unter Verwendung eines elektromagnetischen Stampfgeräts mit einem Stahlkolben 7 (Fig. 1b) gestampft und an den Durchmesser des Hohlraums angepaßt, wobei dann die Testproben-Haltekappe 5 während des Stopfens ersetzt wurde. Die Silberpulverschicht 13 (Fig. 1e) wurde bis auf 50% der Silberkristalldichte gestopft. Das Stopfen oder Kompaktieren diente zur Erhöhung der Pulverdichte und mini mierte somit die Materialbewegung und Wärmeerzeugung während der Schockkompaktierung.

Auf der Oberfläche der gestopften Silberpulverschicht 13 wur den drei Fasern 11 parallel zueinander gelegt, und zwar mit einem ungefähr 1 mm Abstand zwischen diesem, wie dies in Fig. 1e dargestellt ist. Zusätzliches Silberpulver wurde aufge bracht und nach unten gestopft, wie oben beschrieben. Hinrei chend zusätzliches Silberpulver 15 wurde hinzugegeben, um das gesamte Silberpulverniveau auf eine Dicke von 1,2 mm zu brin gen. Eine Draufsicht und eine Seitenansicht dieser Anordnung ist in Fig. 1d dargestellt. Eine dreidimensionale Ansicht zeigt die Fig. 1c. Nach der Kompaktierung wurde die herge stellte Schockkapsel in einem Trockner aufbewahrt.

Eine derart vor der Schockkompaktierung belastete Kapsel wurde visuell inspeziert. Die kompaktierte oder verdichtete Silber pulverschicht 13 über den Fasern 11 wurde sorgfältig wegge schabt, um die Fasern 11 zu betrachten. Es wurde festgestellt, daß kein Reißen der Fasern 11 auftrat, und zwar trotz des Ver dichtens entgegen der flachen Stahlkolbenoberfläche der Sil berpulverschicht 13.

Zwei der in der oben genannten Weise zusammengebauten Kapseln wurden unter Verwendung des in Fig. 1f gezeigten Plastikpro jektils 17 schockkompaktiert. Eine wurde mit 30 kbar schock behandelt und die andere mit 58 kbar in der Stahlfassung 19 der Fig. 1f, und zwar für ungefähr 3 Mikrosekunden. Die für dieses Verfahren verwendete Maschine war eine zweistufige Leichtgaskanone, die in der Technik wohl bekannt ist (A.H. Jones et al., J. Appl. Phys, Band 37, Seiten 3493-3499, 1966).

Nach-Schockanalysen dieser Proben zeigten engen mechanischen Kontakt der kompaktierten zusätzlichen Silberpulverschicht 15 mit den supraleitenden Fasern 11. Dies wurde teilweise beob achtet durch den Eindruck der Formen der Fasern auf die Textur der Außenoberfläche des Silbers im Gehäusematerial. Die Fasern 11 verblieben im wesentlichen dort, wo wie ursprünglich waren.

Die obere Zugabe der Silberpulverschicht 15 wurde jedoch etwas gegenüber der Bodensilberpulverschicht 13 getrennt und wurde leicht abgeschält, was die drei Fasern 11 freilegte, die an verschiedenen Stellen gebrochen waren.

Die Trennung der zusätzlichen Silberpulverschicht 15 von der Silberpulverschicht 13 und den Fasern 11 hat mehrere Vorteile. Beispielsweise wird die Vor-Produktionstestung und Leitungs drahtaufbringung erleichtert. Der Punkt der vorliegenden Ar beit war jedoch der des Vorsehens eines einstückigen monoli thischen filamentären oder faserartigen Produkts. Daher wurde bei dem nächsten Versuch der erste Verdichtungsschritt eli miniert.

Beispiel 2 Modifizierte Schockkompaktierung von supralei tenden Fasern

Die Probenherstellung und Materialien waren die gleichen wie beim Beispiel 1 mit den folgenden Ausnahmen: Es erfolgte keine Vorkompaktierung oder Vorverdichtung der Silberpulverschicht 13, vielmehr wurde diese Schicht manuell horizontal geschüt telt, um das Silberpulver einfach auf Niveau zu bringen. 203 mg von 5-8 µm Durchmesser Silberpulver wurden in diesem Schritt aufgebracht. Zwei supraleitende Fasern wurden sodann auf dem Silber mit ungefähr 5 mm Abstand angeordnet. Weitere 209 mg Silberpulver (5-8 µm) wurden auf der Oberseite der Fa sern angeordnet. Sodann wurde die Anordnung mit einem Stahl kolben 7 (Fig. 1b) auf 62% der Silberkristalldichte wie beim Beispiel 1 verdichtet.

Die visuelle Inspektion der Vor-Schockkapsel zeigte nicht, daß die Fasern in dem Endverdichtungsverfahren gerissen waren. Das heißt, der Abdruck der Fasern auf der Textur der Oberfläche der zusätzlichen Silberpulverschicht 15 zeigte keine verstell baren Risse in den Fasern.

Eine wie oben beschrieben hergestellte Testkapsel wurde bei 29 kbar ungefähr 3 Mikrosekunden lang schockkompoaktiert. Ob wohl das Ergebnis im allgemeinen positiv war, wurde das teil weise Abblättern der zusätzlichen Silberpulverschicht 15 von einer der Fasern beobachtet. Das Silberpulver wurde schock kompaktkiert auf 96% der Silberkristalldichte. Die erste freigelegte Faser zeigte jedoch Brüche an mehreren Stellen. Die zweite Faser, eingeschlossen in Silber, wurde in ein SQUID-Magnetometer eingesetzt. Die magnetischen Suszeptibili täsdaten zeigten einen supraleitenden Übergang bei T_c = 90°K, den gleichen wie für nicht-geschockte Fasern. Die Faserprobe zeigte somit Supraleitung in der Masse nach der Stoßkompaktie rung.

Ein zweites Paar von supraleitenden Fasern wurde mit einer 1,2 µm dicken Silberschicht durch Dampfabscheidung überzogen und in 5-8 µm Silberpulver bei 30 kbar in der gleichen Weise stoß- oder schockkompaktiert, wie das eben beschriebene verar beitete Paar von Fasern. Es wurde ein schlechter elektrischer Kontakt zwischen dem Silber und der Faser erreicht. Um den elektrischen Transport in den Fasern in der Silberschicht zu testen oder eine Oberseite einer der Fasern wegpoliert, um die Faser freizulegen. Vier elektrische Leiter an der Faser ange bracht, um Strom und Spannungsleiter vorzusehen und der Faser widerstand wurde als eine Funktion der Temperatur gemessen. Ähnliche Messungen wurden an der nicht-schockbehandelten Faser zu Vergleichszwecken ausgeführt. Die Widerstandsdaten für bei de sind in Fig. 2 gezeigt. Das schockkompektierte Muster zeig te einen supraleitenden Übergang bei 86°K, was auch für die nicht-geschockte Faser galt. Der Übergang war jedoch nicht vollständig und ein Teil der Probe wurde in eine halbleitende Phase nach dem Schockverarbeitungsschritt transformiert.

Beispiel 3 Schockkompaktierung von supraleitenden Plättchen teilchen + Ag-Pulver

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden Bi₂Sr₂CaCu₂O₈-Pulver mit plättchenförmigen Teilchen gewählt. Diese Pulver hatten ungefähr 10 µm in Dicke und passierten Standardsiebe für 20-30 µm Teilchengröße. Dieses Pulver wurde mit 30 Vol.% Sil ber gemischt. Die Pulvermischung wurde in zwei Cu-Kapseln der in den Beispielen 1 und 2 gezeigten Art eingehämmert. Der Zweck des Verfahrens des Hämmerns oder Einklopfens besteht darin, eine hohe Pulverdichte zu erreichen und die Plättchen abzusetzen, wobei ihre Ebenen vorzugsweise in der Ebene des Probenhohlraums orientiert sind.

Die Mischung wurde auf eine Dichte von 4,34 g/cm³ in Probe A und 4,38 g/cm³ in Probe B eingeklopft oder verdichtet. Die Materialien wurden in zwei Schichten in einem Probenhohlraum in den Cu-Kapseln eingeklopft, und zwar waren diese Schichten 0,50 mm dick und hatten 10 mm Durchmesser. Die Basal-Ebene- Hochstromdichten-Richtung der Kristallstruktur lag in der Ebene der Plättchen. Durch die Schockkompaktierung mit 58 kbar und 87 kbar wurde das Pulver in einen Konstruktionskörper kom paktiert mit einer kristallographisch hochorientierten oder geordneten Textur.

Röntgenstrahlen-Beugungsanalysen dieser Konstruktionskörper zeigten starke Gitterreflexionen des Typs (002n) (Null, Null, gerade Zahl) , und zwar indiziert zur Bi₂Sr₂CaCu₂O₈-Struktur plus Silber. Diese Reflexion, die dadurch beobachtet wurde, daß man den Röntgenstrahl senkrecht auf die Stirnfläche der schockkompaktierten Scheibenoberflächen leitete, zeigte, daß die c-Achse der Teilchen sehr dicht zur Senkrechten der Schei benoberfläche lag.

Magnetische Daten zeigten eine große Anisotropie bei den Siebe (screening) und Meissner-Signalen, abhängig davon, ob das Mag netfeld senkrecht oder parallel zur Scheibenoberfläche ange legt wurde. Für die 58 kbar Verarbeitung war das Null-Feld-ge kühlte Screeningsignal in der senkrechten Konfiguration -1,0×10^-4 emu/g der supraleitenden Probe und in der Parallel richtung war es -0,15×10^-4 emu/g der supraleitenden Probe bei 10°K.

Sowohl die Röntgenstrahl- als auch die Magnetdaten zeigten, daß eine substantielle bevorzugte Orientierung der Basal-Ebene in der Ebene der Scheibe erreicht wurde. Die hergestellten supraleitenden Konstruktionskörper waren kristallographisch orientierte Kompaktkörper aus dem Hoch-T_c-Material Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_x, gemischt mit Silber.

Elektrische Widerstandswertmessungen an diesen Proben zeigten nur einen monoton abnehmenden Widerstandswert mit abnehmender Temperatur, selbcst bei Temperaturen unterhalb des T_c der Kom paktkörper, und zwar magnetisch gemessen. Dies zeigte, daß der Widerstandswert des 30 Vol.% Silbers wesentlich kleiner war als der Kontaktwiderstand zwischen dem supraleitendem Material und der Silbermatrix. Infolgedessen wurden die Experimente des Beispiels 4 bei weggelassenem Silber ausgeführt.

Beispiel 4 Schockkompaktierung orientierter supraleitender Plättchenpulver

Eine "Shot"-Serie von fünf Schockkompaktierexperimenten (BT01-BT05) wurde ausgeführt unter Verwendung von Bi₂Sr₂CaCu₂O₈ (Bi2212) plättchenförmigen Teilchen von ungefähr 10 µm Dicke und gesiebt, um ein Pulver zu erhalten, mit einer 30-37 µm Teilchengröße zur Verwendung bei der weiteren Verar beitung. Schockdrücke wurden erzeugt durch 6 g, 20-mm-Durch messer. Polyethylen-Plastik-Projektile, beschleunigt mit einer 6,5 m langen zweistufigen Lichtgaskanone oder einem Leichtgasgewehr. Aufschlaggeschwindigkeiten der Polycarbo nat-Impakt- oder Schlagoberflächen waren 0,85, 1,2, 1,5, 1,9 und 2,4 km/s, was nominale Schlag- oder Impaktschockdrücke von 30, 50, 70, 100 und 140 kbar erzeugte. Die reinen Bi2212-Pul verproben wurden in einer Kupferkapsel wie in Fig. 1 angeordnet und darin verfestigt, gehämmert. Die Pulverproben hatten einen Durchmesser von 10 mm und waren anfangs ungefähr 0,5 mm dick. Die Anfangsdichten betrugen 4,37, 4,39, 4,27, 4,40 und 4,19 g/cm³. Die Kupferkapseln wurden in den Stahl wiedergewinnungs-Behältern der Fig. 1(f) angeordnet.

Die Daten der Röntgenstrahlbeugungs-Abtastungen normal zu den Stirnflächen der schockkompaktierten Scheiben sind in den Fig. 3a-d gezeigt, und zwar für die Proben, die mit 30, bzw. 70 bzw. 100 bzw. 140 kbar verarbeitet wurden. Die starken Null- Null-gerade Zahl-Reflexionen demonstrierten eine starke Orien tierung der kompaktierten Teilchen mit der c-Achse der Kri stallstruktur, bevorzugt ausgerichtet senkrecht zur Stirnflä che der Scheibe und somit mit der Grund- oder Basal-Ebenen- Hoch-J_c-Richtung in der Ebene der Scheibe.

Fig. 4 veranschaulicht den Ausrichtprozeß. Die Daten der Rönt genstrahlenbeugungs-Abtastung des zufällig auf eine Glasplatte gesprühten Pulvers ist in Fig. 4a gezeigt. Die plättchenförmi gen Teilchen mit einer kontrollierten oder gesteuerten Teil chengröße von ungefähr 10 µm Dicke und 30-37 µm Breite (durch Sieben) wurden geklopft oder gehämmert. Das Hämmern erzeugte die bevorzugte kristallographische Orientierung in der Kupfer kapsel, wie dies in Fig. 4b für das "wie gehämmerte" Pulver gezeigt ist. Fig. 4c zeigt, daß die Schockkompaktierung die bevorzugte Ausrichtung des supraleitenden Ausgangsmaterials in dem monolithischen Kompaktkörper aufrechterhielt. Das Verfah ren war ähnlich im Schütteln eines Ensembles von Münzen mit ähnlichen Durchmessern, wobei deren Durchmesser vorzugsweise parallel zur Oberfläche, auf der sie angeordnet werden, ausge richtet sind. Fig. 4d zeigt das schockkompaktierte Muster, an gelassen bei 800°C in O₂ für 12 Stunden, wobei die bevorzugte Orientierung beibehalten wurde.

Das magnetische Moment einer Probe oder eines Musters von jeder schockkompaktierten Scheibe wurde mit einem 30 Oe Mag netfeld gemessen, und zwar ausgerichtet zur ersten senkrecht und sodann parallel zur Stirnfläche des Kompaktkörpers. Fig. 5 zeigt für die mit 100 kbar schockkompaktierte Probe die Ergeb nisse, welche die große Orientierungsabhängigkeit in dem Null- Feld-gekühlten (screening) und Feld-gekühlten (Meissner) Daten zeigen. Das Verhältnis der Screening-Momente senkrecht zu de nen in der Parallelkonfiguration sind in Fig. 6 dargestellt. Dieses Anisotropie-Verhältnis beträgt 6-7 für im wesentlichen sämtliche Schockdrücke der Kompaktierung und für sämtliche Temperaturen der magnetischen Messungen. Dieses Ergebnis zeigte, daß die bevorzugte Ausrichtung ein Masseneffekt durch jeden Kompaktkörper hindurch darstellt, und daß geringer Teil chenbruch während der Schockkompaktierungen auftrat. Optische Mikrographien der polierten Proben jedes Kompaktkörpers zeig ten eine stark texturierte Struktur mit keiner sichtbaren Riß bildung. Es kann jedoch etwas Rißbildung der Proben mit einem Maßstab auftreten, der zu klein ist, um bei Verwendung dieses Verfahrens beobachtet zu werden.

Fig. 7 zeigt die Null-Feld-gekühlte Screening (Messung) der magnetischen Suszeptibilitäten der Proben der Fig. 3 in einem senkrechten Feld von 30 Oe, aufgetragen abhängig von der Tem peratur. Die supraleitende Übergangstemperatur T_c betrug unge fähr 90°K für sämtliche Proben und auch für das nicht-schock behandelte Pulver (nicht gezeigt).

Fig. 8 zeigt die normalisierten elektrischen Widerstandswerte R(T)/R(T = 295 K), aufgetragen abhängig von der Temperatur T für die schockkompaktierte Probe bei 100 kbar und sodann ange lassen bei 800°C in O₂ für 12 Stunden. Der supraleitende Übergang (Transition) ist bei einer Einsetztemperatur von ungefähr 90°K gezeigt. Diese Probe mit einem metallischen Wi derstandswert, abhängig von der Temperatur wurde vorzugsweise kristallographisch ausgerichtet, wie dies in Fig. 4d gezeigt ist.

Beispiel 5 Sinterung orientierter supraleitender Plättchen pulver

Ein Pellet aus plättchenförmigen Bi₂Sr₂CaCu₂O₈-Teilchen von ungefähr 10 µm Dicke und gesiebt auf 37-45 µm Teilchengröße wurde gehämmert, kaltgepreßt und sodann gesintert. Die Tempe ratur wurde über 1 Stunde hinweg auf 870°C in Luft erhöht, 2 Stunden lang in Luft aufrechterhalten, während 2 Stunden auf 600°C in Luft vermindert, auf 600°C in Ar 12 Stunden lang gehalten und sodann ofengekühlt in Ar.

Röntgenstrahl-Beugungsabtastungen für das sich ergebende Pel let "wie gepreßt" und "wie gesintert" sind in Fig. 9a bzw. 9b dargestellt. Die starken Null-Null-gerade Zahl-Reflexionen zeigen eine substantielle preferentielle kristallographische Ausrichtung mit der c-Achse entlang der Achse des schreiben förmigen gesinterten Pellets an.

Der elektrische Widerstandswert des gesinterten Pellets ist in Fig. 10 gezeigt. Der supraleitende Übergang war bei T_c = 90°C und die Breite betrug ungefähr 15°K wie für die schock kompaktierte und angelassene Probe in Fig. 8.

Die magnetischen Daten, Screening und Meissner-Signale für ein 20 Oe-Magnetfeld, angelegt parallel und senkrecht zur Achse des scheibenförmigen Pellets sind in Fig. 11 gezeigt. Das Verhältnis der Screening-Magnetmomente in paralleler und senkrechter Orientierung beträgt ungefähr 6, was ungefähr so groß ist wie das bei den Schockkompaktierkörpern gemäß Fig. 6. Es sei bemerkt, daß die Magnetfeld-Orientierung parallel zur zylindrischen Achse des gesinterten Pellets äquivalent war zur Feldorientierung senkrecht zu Stirnfläche der schockkompak tierten Scheiben.

Ein zweites Pellet wurde hergestellt durch Klopfen von plätt chenförmigen Teilchen, durch Kaltpressen und durch Sintern bei 800°C in Sauerstoff 12 Stunden lang, gefolgt von einer lang samen Abkühlung auf 600°C und sodann eine schnelle Abkühlung in He auf Raumtemperatur. Das Röntgenstrahl-Beugungsmuster zeigte, daß die kristallographische Orientierung aufrechter halten wurde und die elektrischen Widerstandsdaten zeigten ein metallisches Verhälten oberhalb T_c, wie in Fig. 8 gezeigt. Der Widerstandswert dieser gesinterten Probe ging auf Null bei einer ungefähr 5°K höheren Temperatur als die geschockte und angelassene Probe der Fig. 8.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor: Ein Verfahren zur mechanischen Ausrichtung orientierter supraleitender oder permanentmagnetischer Materialien für die weitere Verarbxeitung in Konstruktionkörpern. Diese Vorbehand lung optimiert die schließlich erreichte kristallographische Orientierung und auf diese Weise die Eigenschaften dieser Kon struktionskörper. Materialien, wie supraleitende Fasern, Na deln und Plättchen werden verwendet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung orientierter Kompaktkörper aus supraleitendem und/oder permanentmagnetischem Material, wobei folgendes vorgesehen ist:

a) Vorsehen einer Basisschicht aus Tragmaterial,
b) mechanische Orientierung, ausgerichteter supraleiten der oder permanentmagnetischer Teilchen in die ge wünschte Orientierung auf der Basisschicht,
c) wahlweise Abdeckung der Teilchen mit einem Trag material,
d) Verarbeitung des geschichteten Materials und
e) Wiedergewennung des sich ergebenden hergestellten Materials.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ausgerichteten Teil chen in einem begrenzten Größenbereich vorausgewählt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ausgerichteten Teil chen Granülen (Granalien, Körner) sind mit einer plätt chenartigen oder nadelartigen Morphologie im allgemeinen orientiert mit der kristallographischen Basisflächen (Basal-Ebene)-Hoch-J_c-Richtung in der gewünschten Richtung des elektrischen Stromflusses.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Granalien ungefähr 10 µm dick sind mit einer Länge und Breite, die im Bereich zwischen ungefähr 30 µm und 100 µm liegen können.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Granalien ungefähr 30-40 µm breit sind, und zwar mit einer Länge, die im Bereich zwischen ungefähr 30 µm und 100 µm liegen kann.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Granalien eine Länge und eine Breite besitzen, die im Bereich zwischen ungefähr 60 µm und 50 µm liegen kann.

7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Granalien ungefähr 20 µm dick sind mit einer Länge und Breite im Bereich zwi schen ungefähr 60 µm und 200 µm.

8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Granalien ungefähr 60 µm dick sind mit einer Länge und Breite, die im Bereich liegen kann zwischen ungefähr 180 µm und 600 µm.

9. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Granalien ungefähr 1 µm dick sind und ungefähr 10 µm bis 80 µm Durchmesser aufweisen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ausgerichteten Teil chen in der Form orientierter Fasern vorliegen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die orientierten Fasern derart orientiert sind, daß die Basal-Ebenen-Kristallogra phie-Hoch-J_c-Richtung parallel oder nahe parallel der Ach se der Faser ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die orientierten Fasern eine Länge von ungefähr 1 mm oder mehr besitzen und einen Durchmesser von 20 µm bis 300 µm.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die orientierten Fasern einen Durchmesser von ungefähr 50 µm bis 100 µm aufweisen.

14. Verfahren nach Ansprsuch 1, wobei die Teilchen aus Kera mikoxiden der Gruppe XBa₂Cu₃O_7-x bestehen, wobei X sein kann Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu oder andere Seltenerdelemente und O kann partiell ersetzt sein durch F, Cl, Br oder andere Halogenide entweder einzeln oder in Kombination, wobei x eine Zahl ist, die kleiner als 1 ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilchen bestehend aus Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_x, Tl₂CaBa₂Cu₃O_x und anderer in Beziehung stehender Tl- und Bi-Kupferoxide.

16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilchen aus Nd_2-xCe_xCuO₄ und anderen damit in Beziehung stehender Ver bindung bestehen.

17. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die supraleitenden Teil chen folgendes aufweisen: Pb/Mo/S, Eu/Mo/S, Sn/Eu/Mo/S, Pb/Eu/Mo/S, La/Eu/Mo/S, Sn/Al/Mo/S, Nb/N, Mo/N, V/Si, Nb/Si, Nb/Si/Ge, NbAl, Nb/Ga, Nb/Ti und Nb/Zr und wobei die permanentmagnetischen Teilchen folgendes aufweisen: Sm/Co, Fe/B/Nd, Fe/B/Pr, Fe/B/Sm, Fe/B/Eu, Fe/B/Co, Fe/B/Ni, Fe/B/Nd/Pr, Fe/B/Nd/Sm, Fe/B/Nd/Eu, Fe/B/Nd/Co und Fe/B/Nd/Ni.

18. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mechanische Orien tierung durch die Abscheidung eines Mittels erreicht wird zur Übertragung oder die Anlage eines genuteten Subtrats.

19. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilchen an dem Trag material angebracht sind unter Verwendung statischer elek trischer Kräfte und/oder einer physikalisch anhaftenden Substanz.

20. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilchen Pulverteil chen von plättchenförmiger Gestalt sind, die auf der Ober fläche der Basisschicht abgeschieden sind und die selbst orientiert sind.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Teilchen nach der Abscheidung hinreichend gehämmert werden, um eine weitere Ausrichtung und eine erhöhte Packungsdichte zu erlangen.

22.Verfahren nach Anspruch 1, wobei die orientierten Teilchen mechanisch ausgerichtet sind, die Hoch-J_c -kristallogra phische Richtung innerhalb einer gewissen Gradtoleranz auf die gewünschte Richtung des Stromflusses, wobei die Grad toleranz ist:

a) zur Ebene der gewünschten Richtung des Stromflusses im Falle plättchenförmiger Teilchen und/oder
b) zum Linearvektor der gewünschten Richtung des Strom flusses im Falle von Faser oder nadelförmigem Materia lien.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die orientierten Teil chen mechanisch ausgerichtet sind, um 30° oder weniger gegenüber der Mitte zu sein.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die orientierten Teil chen mechanisch auf 15° oder weniger gegenüber der Mitte ausgerichtet sind.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die orientierten Teil chen mechanisch ausgerichtet sind auf 5° oder weniger von der Mitte.

26. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt d erreicht wird durch Schockkompaktierung mit Druck von ungefähr 10 bis 200 kbar.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Schockkompaktierung bei Drücken von ungefähr 50 bis 150 kbar erfolgt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Schockkompaktierung bei Drücken von ungefähr 60 bis 110 kbar erfolgt.

29. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt d erreicht wird durch Schockkompaktierung von ungefähr 0,1 bis 10 Mikrosekunden.

30. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt d erreicht wird durch ein zweistufiges Leichtgasgewehr, ein ein stufiges Leichtgasgewehr, ein Pulvergewehr, ein Schienen gewehr, ein Luftgewehr, Explosivstoffe, magnetisch get riebene Hochgeschwindigkeitskompression oder anderen ähn liche Vorrichtungen und Verfahren.

31. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt d erreicht wird unter Verwendung einer hohen Beanspruchungsraten deformations-Vorrichtung, schnell angelegtem Gasdruck an eine konventionelle entgegengesetzte Amboßpresse oder eine ähnliche Vorrichtung und Verfahren.

32. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt d erreicht wird durch Sintern bis zu 1000°C, heißes isostatisches Pressen oder anderen ähnliche Verfahren.

33. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metallpulver gemischt wird mit den supraleitenden oder permanentmagnetischen Teilchen vor dem Schritt b und/oder, wobei die Basis schicht und/oder das Tragmaterial eine Metallfolie und/oder Pulver ist.

34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Metallfolie und/oder das Pulver Au, Ag, Al und/oder Cu aufweist.

35. Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Pulver eine Größe von 1 µm bis 40 µm besitzt.

36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Pulver eine Größe von 2 µm bis 10 µm besitzt.

37. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Teilchengrößen der Pulver in ausgewählten Prozentsätzen zur Erzeugung eines optimalen Resultats gemischt sind.

38. Supraleitender Gegenstand, hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1.

39. Vorrichtung, die den supraleitenden Gegenstand nach An spruch 38 enthält.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei die Vorrichtung ein langes Leistungsübertragungskabel ist, eine Hochfeldmag net-Vorrichtung, Computer und/oder zugehörige Vorrichtung, eine Beschleunigungsvorrichtung, ein freier Elektronen laser, eine magnetische Widerstandsvorrichtung, eine Rf- Struktur mit hoher Leistung und hohem Q, ein Strahltrans portmagnet, eine hochemittierende Beschleunigungskatho denstruktur, Wriggler-Magnete, magnetische Resonanz-Ab bildausrüstung, SQUID-Diagnostikvorrichtungen, kleine Oxidmagnete, NbN-Technologie, NbN-Supracomputer, supra leitende Generatoren, magnetische Energiespeicher, An triebsmittel unter Verwendung einer Gasturbine und Maglev-Transportationsmittel.

41. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitung fol gendes umfaßt: isostatisches Heißpressen, gepulstes iso statisches Heißpressen, Kalt- und Heißpressen, gefolgt von Sintern, Abstreichklingenverfahren oder andere ähnliche Verfahren.

42. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitung die Schockvorverarbeitung der Ausgangsmaterialien umfaßt.